一种环氧树脂固态电解质及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电化学材料，尤其涉及一种环氧树脂固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术：

1、固态电解质在现代电化学装置中具有广泛的应用前景，尤其在提高安全性、能量密度和电化学稳定性方面展现了巨大优势。传统液态电解质因其易燃、挥发和腐蚀性，存在潜在的安全隐患，特别是当用于锂离子电池时容易引发热失控现象。固态电解质可以有效解决这些问题，但现有的固态电解质大多以无机材料为主，存在导电率低、机械强度不足等缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种环氧树脂固态电解质及其制备方法和应用，以解决现有固态电解质导电率低、机械强度不足的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种环氧树脂固态电解质，包含以下质量份数的制备原料：

4、环氧树脂100份，离子导电基团化合物5～15份，高离子导电性锂盐5～15份，离子液体2～20份，柔性链段化合物10～30份，造孔剂1～20份，固化剂20～50份；

5、所述离子导电基团化合物包括磺酸基化合物、季铵盐化合物或羧基化合物；

6、所述高离子导电性锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(三氟甲磺酰)亚胺锂、过氯酸锂、碘化锂和锂双(三氟甲磺酰)亚胺中的一种或几种；

7、所述柔性链段化合物包括聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚醚醚酮中的一种或几种。

8、作为优选，还包括碳材料1～10份。

9、作为优选，所述环氧树脂包括缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环族环氧树脂、线性脂肪族环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂、杂环或特殊结构型环氧树脂中的一种或几种；

10、所述缩水甘油醚型环氧树脂包括双酚a环氧树脂、双酚f环氧树脂、双酚s环氧树脂、脂肪族醇环氧树脂、苯酚甲醛环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、氢化双酚a环氧树脂、双酚ad环氧树脂、羟甲基双酚a环氧树脂、溴化环氧树脂、含磷环氧树脂中的一种或几种；

11、所述缩水甘油酯型环氧树脂包括四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、间苯二甲酸二缩水甘油酯、对苯二甲酸二缩水甘油酯、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、环己烷-1,2-二羧酸二缩水甘油酯和4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯中的一种或几种；

12、所述缩水甘油胺型环氧树脂包括2官能胺基环氧树脂、3官能胺基环氧树脂、4官能胺基环氧树脂、多官能胺基环氧树脂中的一种或几种；

13、所述脂环族环氧树脂包括3,4-环氧环己基甲酸-3',4'-环氧环己基甲酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、聚[(2-环氧乙烷基)-1,2-环己二醇]2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇醚、1,2-环氧-4-乙烯基环己烷、二氧化乙烯基环己烯、环氧化四氢呋喃、环氧化环戊烯中的一种或几种；

14、所述线性脂肪族环氧树脂包括脂肪族醇环氧树脂、聚酯环氧树脂、聚醚环氧树脂中的一种或几种；

15、所述杂环或特殊结构型环氧树脂包括聚醚砜酮环氧树脂、液晶环氧树脂、聚硅氧烷共聚改性环氧树脂、双环戊二烯环氧树脂、结晶性环氧树脂、呋喃环氧树脂、噻吩环氧树脂、萘型环氧树脂、联苯型环氧树脂、海因环氧树脂中的一种或几种；

16、所述固化剂包括胺类固化剂、酸酐固化剂、咪唑固化剂、酚醛类固化剂中的一种或几种。

17、作为优选，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、三辛基甲基氯化铵四氟硼酸盐中的一种或几种。

18、作为优选，所述磺酸基化合物包括磺酸钠、磺酸锂、磺化聚苯乙烯、磺化聚醚醚酮中的一种或几种；

19、所述季铵盐化合物包括四甲基氟化铵、四乙基铵盐、四甲基氯化铵中的一种或几种；

20、所述羧基化合物包括醋酸钠、丙烯酸钠、聚乳酸中的一种或几种。

21、作为优选，所述造孔剂为纳米颗粒和/或发泡剂；

22、所述纳米颗粒包括氧化铝、二氧化硅、石墨烯、碳纳米管、二氧化钛中的一种或几种；

23、所述发泡剂包括聚苯乙烯、聚氨酯、丁烷、氟利昂、碳酸氢钠、氨基酸中的一种或几种。

24、本发明还提供了所述的环氧树脂固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

25、将原料混合后浇筑、固化即得所述环氧树脂固态电解质。

26、作为优选，所述固化的温度为60～120℃，时间为2～6h。

27、本发明还提供了所述的环氧树脂固态电解质在电池、电容器、传感器或柔性电子器件中的应用。

28、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

29、本发明提供的环氧树脂固态电解质，以环氧树脂为主体基体，离子液体为辅助提供离子迁移路径，同时将离子导电基团化合物中的离子导电基团接枝到环氧树脂分子中，并引入柔性链段化合物降低交联密度，确保固化后的电解质基体能够形成有效的离子通道，从而提高导电性能。

30、本发明中采用离子导电机制，确保固态电解质在固化后仍具有良好的离子迁移通道，并保持高机械强度和化学稳定性，以克服传统固态电解质的局限性。

31、本发明中环氧树脂固态电解质为三维网格结构，其中环氧树脂分子链通过交联形成三维网状结构，离子导电基团化合物中的离子导电基团均匀分布在树脂基体中，形成离子迁移通道，此结构有助于提高材料的离子导电性。

32、本发明中环氧树脂固态电解质在交联反应初期环氧树脂链段的运动性较高，随着交联反应的进行，离子导电基团逐渐形成网络结构，最终在交联的同时形成稳定的离子迁移通道，从而提高电解质的导电性能。即初期环氧树脂链段自由移动，离子基团分散；中间状态环氧树脂链段开始交联，离子基团聚集形成初步通道；最终状态形成稳定的交联网络和离子迁移通道，显示链段的固定。

33、本发明中环氧树脂固态电解质引入造孔剂形成微孔结构，孔径分布均匀，孔隙率可调。微孔结构的形成不仅增加了离子迁移路径，还提供了更大的接触面积，从而进一步提升了电解质的离子导电性和整体性能。

技术特征：

1.一种环氧树脂固态电解质，其特征在于，包含以下质量份数的制备原料：

2.根据权利要求1所述的环氧树脂固态电解质，其特征在于，还包括碳材料1～10份。

3.根据权利要求2所述的环氧树脂固态电解质，其特征在于，所述环氧树脂包括缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环族环氧树脂、线性脂肪族环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂、杂环或特殊结构型环氧树脂中的一种或几种；

4.根据权利要求3所述的环氧树脂固态电解质，其特征在于，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、三辛基甲基氯化铵四氟硼酸盐中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的环氧树脂固态电解质，其特征在于，所述磺酸基化合物包括磺酸钠、磺酸锂、磺化聚苯乙烯、磺化聚醚醚酮中的一种或几种；

6.根据权利要求5所述的环氧树脂固态电解质，其特征在于，所述造孔剂为纳米颗粒和/或发泡剂；

7.权利要求1～6任意一项所述的环氧树脂固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的环氧树脂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述固化的温度为60～120℃，时间为2～6h。

9.权利要求1～6任一项所述的环氧树脂固态电解质在电池、电容器、传感器或柔性电子器件中的应用。

技术总结本发明属于电化学材料技术领域，公开了一种环氧树脂固态电解质及其制备方法和应用。制备原料如下：环氧树脂100份，离子导电基团化合物5～15份，高离子导电性锂盐5～15份，离子液体2～20份，柔性链段化合物10～30份，造孔剂1～20份，固化剂20～50份；所述离子导电基团化合物包括磺酸基化合物、季铵盐或羧基化合物；所述柔性链段化合物包括聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚醚醚酮中的一种或几种。本发明以环氧树脂为主体基体，离子液体提供离子迁移路径，同时将离子导电基团接枝到环氧树脂分子中，引入柔性链段降低交联密度，确保固化后的电解质基体能够形成有效的离子通道，从而提高导电性能。技术研发人员：康红伟,刘晓林,康红星,张遥受保护的技术使用者：深圳市郎搏万先进材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/23