一种界面快速制备凝胶电解质的方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种界面快速制备凝胶电解质的方法和应用，制备方法包括：将氧化剂涂覆于电极基底表面，再涂覆凝胶前驱液，即得到凝胶电解质；其中，所述的凝胶前驱液为含有聚合单体

【技术实现步骤摘要】
一种界面快速制备凝胶电解质的方法和应用


[0001]本专利技术属于凝胶电解质
，涉及一种界面快速制备凝胶电解质的方法和应用
。

技术介绍

[0002]常见的储能器件有钠离子电池
、
锌离子电池
、
锂离子电池
、
热电池
、
超级电容器等
。
而超级电容器因功率密度高，循环寿命长，工作温限宽，免维护和绿色环保等特点而得到广泛关注
。
超级电容器的性能主要由电极材料和电解质决定
。
电解质根据存在的形态，可分为为固态电解质和液态电解质
。
液态电解质具有流动性强
、
易燃
、
易泄露
、
甚至易爆炸的危险，而固态电解质则解决了这一问题
。
[0003]凝胶电解质是一类被广泛研究的固态电解质
。
含水量高，有固定形态且机械性能较好，兼具液态电解质和一些其它固态电解质的优点
。
与液态电解质相比，凝胶电解质因为较好的机械性能，易于器件组装；与陶瓷等固态电解质相比，含水量高的凝胶电解质表现出更高的离子电导，提升了固态电解质的电化学性能
。
另外，凝胶电解质是介于固液之间的半固体状态，表现出极好的弯曲折叠特性
。
结合柔性电极材料，可以灵活组装柔性储能器件，尤其是可穿戴领域
。
而且，凝胶电解质由于一定的粘性，可以很好的与电极基底结合，降低界面电阻，提高电化学性能
。
[0004]然而，这种凭自身粘性降低界面电阻的办法是有限的
。
由于组装凝胶电解质与电极基底通常为两步，即先制备出凝胶电解质，再与电极组装成“三明治”结构
。
这就产生了较大的界面电阻
。
常用的办法是在凝胶电解质的表面蘸上适量的水，这种办法虽然降低了界面电阻，提高了离子电导，但是削弱了电极基底与凝胶电解质的结合力，在外力的干扰下，很容易造成电极基底与凝胶电解质的脱离，后续依然会产生较大的界面电阻，不利于柔性器件的工作
。
柔性器件在工作中，会经历反复多次的折叠，缠绕等过程，这对电极基底与凝胶电解质的结合力有很高的要求
。
另外，由于凝胶电解质的制备时间长，进而导致器件组装时间延长
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是提供一种界面快速制备凝胶电解质及其制备方法与应用
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种界面快速制备凝胶电解质的方法，包括：
[0008]将氧化剂涂覆于电极基底表面，再涂覆凝胶前驱液，即得到凝胶电解质；其中，所述的凝胶前驱液为含有聚合单体
、
交联剂
、
催化剂
、
可溶性盐的水溶液
。
[0009]进一步地，所述的氧化剂为过氧化氢，所述的催化剂为有机酸亚铁盐
。
[0010]进一步地，所述的氧化剂与催化剂的质量比为
(20
～
40):(1
～
3)
，所述的催化剂加入量为水溶液中水质量的
7.5
～
10
％
。
[0011]进一步地，所述的有机酸亚铁盐为甘氨酸亚铁
、
草酸亚铁
、
葡萄糖酸亚铁中的至少
一种
。
[0012]进一步地，所述的聚合单体为丙烯酰胺，其加入量为水溶液中水质量的
10
～
20
％
。
[0013]进一步地，所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯，其加入量为聚合单体质量的
0.1
～
1.0
％
。
[0014]进一步地，所述的可溶性盐为硫酸钠，其加入量为水溶液中水质量的7～
10
％
。
[0015]进一步地，涂覆过程在室温下进行
。
[0016]一种凝胶电解质，采用如上所述的方法制备而成
。
[0017]一种凝胶电解质的应用，包括将所述的凝胶电解质用于制备储能器件
。
[0018]本专利技术是一种新型的制备凝胶电解质的方法，首先在固体电极表面均匀涂覆双氧水，再将凝胶前驱液倒在电极表面，在固态电极表面快速引发凝胶化
。
整个过程，在室温下即可完成，成胶时间不超过
3s。
[0019]本专利技术中涂覆时间
、
温度等工艺条件均为优选制备条件
。
添加电解质盐是为了增大溶液的离子浓度，提高离子电导，更重要的是保持溶液
pH
在中性附近，溶液偏酸性偏碱性都会导致不成胶
。
引发体系的添加量会影响凝胶电解质的成胶时间，甚至不成胶
。
电极中的粘结剂会影响基底与凝胶电解质之间的结合力，从而影响电化学性能
。
[0020]本专利技术通过在固体电极表面原位一步引发单体成胶，实现秒级凝胶化，得到界面电阻更小，固体电极与凝胶的结合力更大，可以承受反复多次的扭曲折叠，电化学性能依然稳定
。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：
[0022]1)
与传统两步法组装“三明治”结构超级电容器相比，本专利技术采用固体电极表面一步原位成胶，通过先后涂覆氧化剂与含有引发剂的凝胶前驱液于电极表面，在室温下即可完成凝胶电解质的制备与电极组装，步骤更少，组装更快；
[0023]2)
与传统的成胶方法相比，本专利技术采用的界面成胶方法工艺简单，可操作性强，凝胶化时间更短：该方法凝胶化时间短，成胶时间不超过
3s
，是光引发
、
热引发成胶时间的几百分之一，甚至是几千分之一；
[0024]3)
本专利技术在固体电极界面成胶过程中，固态电极里的粘结剂成分与凝胶网络形成强相互作用，固体电极与凝胶的结合力更大，既降低了界面电阻，同时由于稳固的界面层，又能承受更大的外界干扰力，使导电离子在界面可实现稳定的电化学性能输出，经历数十次百余次折叠后，依然有很高的容量保留；
[0025]4)
本专利技术的制备工艺简单，原料廉价易得
。
附图说明
[0026]图1为实施例1的界面快速成胶的凝胶电解质的扫描电子显微图；
[0027]图2为实施例1的反应原料的纳米尺寸图；
[0028]图3为实施例1的反应体系中自由基种类的电子顺磁共振波谱；
[0029]图4为实施例1的界面快速成胶的凝胶电解质的红外光谱图；
[0030]图5为实施例1的反应体系的流变测试图；
[0031]图6为实施例1的界面快速成胶的凝胶电解质的压缩曲线图；
[0032]图7为实施例1的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种界面快速制备凝胶电解质的方法，其特征在于，包括：将氧化剂涂覆于电极基底表面，再涂覆凝胶前驱液，即得到凝胶电解质；其中，所述的凝胶前驱液为含有聚合单体
、
交联剂
、
催化剂
、
可溶性盐的水溶液
。2.
根据权利要求1所述的一种界面快速制备凝胶电解质的方法，其特征在于，所述的氧化剂为过氧化氢，所述的催化剂为有机酸亚铁盐
。3.
根据权利要求2所述的一种界面快速制备凝胶电解质的方法，其特征在于，所述的氧化剂与催化剂的质量比为
(20
～
40):(1
～
3)
，所述的催化剂加入量为水溶液中水质量的
7.5
～
10
％
。4.
根据权利要求2所述的一种界面快速制备凝胶电解质的方法，其特征在于，所述的有机酸亚铁盐为甘氨酸亚铁
、
草酸亚铁
、
葡萄糖酸亚铁中的至少一种
。5.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭昱，尚英辉，王启刚，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：