一种基于离子缔合作用具备高拉伸性自修复凝胶电解质的制备方法

本发明涉及一种可拉伸自修复凝胶聚合物电解质的合成方法，具体来说涉及一种甜菜碱与pegma共聚形成的的聚合物凝胶电解质(pges)的合成方法及其薄膜制备，属于能源。

背景技术：

1、环境污染，全球变暖和化石能源减少已成为21世纪人类不可避免的问题之一。科学家一直致力于新能源的开发和应用。此外，锂离子电池自1991年商业化以来已成为重要的新能源，并广泛用于各种电子设备中。然而，随着人们生活水平的不断提高，最先进的锂离子电池由于其有限的能量密度，甚至不能满足实际需求，特别是在电动汽车领域。锂金属电池(lmb)被认为是下一代可充电电池，因为锂金属的理论能量密度很高(3860ma h g-1)。但是，当锂金属在作为负极材料的lmb中充电时与传统的液体电解质接触时，不可避免地会发生一些副反应，然后产生不规则的金属锂沉积物，从而导致锂枝晶的产生和快速的容量衰减。锂树枝状生长是影响锂电池安全性和稳定性的基本问题之一，过多的锂枝晶生长会刺穿隔膜导致电池内部短路，这种情况下液态电解质的易燃性就显得十分危险。固态电解质的出现解决了锂枝晶生长所引起的安全问题，在一定程度上提高了电解质的安全性。然而，在固态电解质的应用过程中，如果受到外力的作用亦或是电极材料在充放电过程中过大的体积收缩和膨胀，不可避免会有微裂纹的产生，这种机械损伤会破坏电解质与电极的界面，进而影响锂离子电池的安全性和使用寿命。所以，如果能将自修复功能引入到电解质材料中，使得微裂纹和电解质/电极界面能够自发修复，就能够提高锂离子电池的安全性和稳定性，解决电解质受损伤导致电池容量降低等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种两性离子2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(mpc)与pegma共聚制备具备可拉伸性及自修复性的凝胶电解质的制备方法。通过mpc分子中的磷酸根与氨根离子间的相互作用以及pegma良好的链段运动能力，实现离子键合的破坏-重建，从而在宏观层面实现材料的自修复性。

2、本发明关于mpc与pegma共聚制备聚合物凝胶电解质的合成方法，其特征步骤如下：

3、1)pegma-mpc共聚物的制备：将mpc单体与pegma单体及溶剂碳酸丙烯酯(pc)加入三口烧瓶中搅拌至分散均匀，加入引发剂过氧化苯甲酰(bpo)，在60℃下反应72小时。聚合完成后，将产物浸泡pc以除去残留引发剂及未反应单体，然后在80℃下真空干燥以除去pc溶剂。

4、2)电解液的制备：将双三氟甲磺酰亚胺锂(litfsi)与pc共同加入样品瓶中，将所配置的电解液置于热台上，使体系内锂盐分布均匀。

5、3)pegma-mpc凝胶电解质的制备方法：将步骤1)中所制备的pegma-mpc共聚物粉末倒入盛有litfsi/pc中，并置于热台上搅拌至混合均匀.将所得溶液倒入四氟培养皿中，热台温度提升至80℃将溶剂pc蒸干，之后将其转移至真空烘箱中80℃干燥12小时，除去有机溶剂后得到pegma-mpc薄膜。

6、优选地，步骤1)pegma的分子量为450-1000。

7、优选地，步骤1)pegma与dmaps的摩尔比为(1∶1-8∶1)。

8、优选地，步骤2)的热台温度为60℃。

9、优选地，步骤2)所配置的电解液浓度为1m

10、本发明以mpc为共聚单体，通过其磷酸根与氨根离子间的离子缔合作用及pegma良好的连段运动能力实现薄膜的自修复性，同时pegma良好的锂离子运输能力及pc电解液的加入保证了所制备电解质具有优异的离子电导率。

技术特征：

1.一种基于离子缔合作用具备高拉伸性自修复凝胶电解质的制备方法，其结构式如下：

2.权利要求1中的pegma-mpc共聚物的制备方法，其特征是，将mpc单体与pegma单体及溶剂碳酸丙烯酯(pc)加入三口烧瓶中搅拌至分散均匀，加入引发剂过氧化苯甲酰(bpo)，在60℃下反应72小时。聚合完成后，将产物浸泡pc以除去残留引发剂及未反应单体，然后在80℃下真空干燥以除去pc溶剂。

3.权利要求2中电解液的制备：将双三氟甲磺酰亚胺锂(litfsi)与pc共同加入样品瓶中，将所配置的电解液置于热台上，使体系内锂盐分布均匀。

4.权利要求3的pegma-mpc凝胶电解质的制备方法：将步骤1)中所制备的pegma-mpc共聚物粉末倒入盛有litfsi-pc中，并置于热台上搅拌至混合均匀.将所得溶液倒入四氟培养皿中，热台温度提升至80℃将溶剂·1pc蒸干，之后将其转移至真空烘箱中80℃干燥12小时，除去有机溶剂后得到pegma-mpc薄膜。

5.权利要求2的得到的mpc与pegma的比例为1∶1-8∶1，优选地，为4∶1。

6.权利要求3中的电解液浓度为1m，热台温度为60℃。

技术总结
本发明的目的在于提供一种2‑甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱与PEGMA共聚制备具备可拉伸性及自修复性的凝胶电解质的制备方法。通过选择弱相互作用、快速响应特点的离子缔合作用进行分子设计，制备出具有快速自修复能力的材料。利用2‑甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(MPC)中磷酸根与氨根离子之间的离子可逆作用，在材料受到外界损伤时，利用材料低于室温的玻璃化转变温度，通过分子内链段的运动将断裂的离子键合重新连接，从而实现材料在宏观上裂纹的修复。同时利用材料PEG部分的微弱氢键作用，同样能够为材料提供可逆键合，从而实现电解质的自修复性能。

技术研发人员：冯奕钰,田云超,封伟,李瑀
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1