【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学储能，更具体地，涉及一种多功能水凝胶电解质材料的制备方法及其应用。
技术介绍
1、与人体亲密接触的运动及健康监测器等可穿戴电子设备的需求推动了柔性储能技术的发展。水系钠离子电池因其高安全性、原料低成本及来源广泛、绿色环保等优点而受到了研究者的广泛关注并取得了一定进展。由于柔性水系钠离子电池需要具有承受一定的外部机械变形的能力，而液态钠离子电池在外力作用下会出现漏液以及隔膜错位等问题进而影响器件性能及带来一定的安全隐患，因此开发高性能柔性水系钠离子电池的关键是制备出柔性电解质，这也是目前柔性钠离子电池发展需要重点解决的难题之一。
2、目前常用于柔性器件中的电解质主要包括陶瓷电解质、水凝胶电解质及聚合物基固态电解质。但陶瓷电解质及聚合物基固态电解质的离子电导率及界面黏附性差等问题限制了其应用。水凝胶电解质由聚合物基质以及内部填充的盐溶液组成，具有较高的离子电导率以及较好的界面黏附性，在柔性水系钠离子电池领域显示良好的应用前景。不过，水凝胶电解质的电压窗口较窄，机械性能较差、保水性能较差以及低温性能不佳(例如，在-20℃时，非常容易结冰、无法发挥作用)等问题使得器件整体能量密度、柔性、循环稳定性、适用温度范围问题亟待提高，这成为制约电池应用的关键因素。
3、由于传统水凝胶电解质中聚合物基质对水的束缚能力不强，因此受限于水的热力学稳定电压窗口和冰点从而导致其电压窗口较窄并且低温性能不佳，并且单一的聚合物链在外部作用力存在下容易断裂，影响其实际应用，因此，要提升水凝胶电解质的综合性能，有必要对其
4、中国专利cn114276500 a公开了一种抗冻、导电有机水凝胶及其制备方法、应用，虽然它也公开了由水溶性单体如丙烯酸钠等聚合形成有机凝胶电解质的方法，但其在凝胶中添加的抗冻剂(乙二醇或甘油)存在影响凝胶电解质的机械性能等问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种多功能水凝胶电解质材料的制备方法及其应用，其中通过引入sbma、dmaps、maeds等功能性聚合物单体，配合传统用于形成水凝胶骨架的骨架聚合物单体，得到的改性后的水凝胶电解质含有两性离子，相较于未改性的水凝胶电解质，可以有效扩宽水凝胶电解质的电压窗口，并使得水凝胶电解质具有良好的保水能力、机械性能、抗冻性能。此外，得到的多功能水凝胶电解质可进一步配合柔性正负极，构建得到柔性水系钠离子电池，促进柔性水系钠离子电池的实际应用。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种多功能水凝胶电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、(1)将可溶性钠盐溶于去离子水中并混合均匀，得到前驱液；
4、(2)向所述前驱液中加入聚合物单体；其中，所述聚合物单体同时包括骨架聚合物单体和功能型添加剂单体；所述骨架聚合物单体用于形成水凝胶骨架；所述功能型添加剂单体为[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)(sbma)、[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵(dmaps)、[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]已基-(3-磺丙基)(maeds)中的一种或多种；
5、(3)向所述前驱液中继续加入热引发剂和交联剂，并进行热聚合，即可得到多功能水凝胶电解质材料。
6、作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，所述骨架聚合物单体和所述功能型添加剂单体的质量比为1～5:1，优选为4:1。
7、作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，所述骨架聚合物单体为丙烯酰胺、丙烯酸钠、乙烯醇、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
8、作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)中，所述热引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵(aps)、过硫酸钠、偶氮二异丁腈中的一种或几种；
9、所述交联剂为n,n'-亚甲基双丙烯酰胺(mbaa)、二乙烯基苯、二异氰酸酯中的一种或几种。
10、作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)中，所述热聚合的温度为40～80℃，聚合时间为2-6h。
11、作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述可溶性钠盐具体为硫酸钠、高氯酸钠、醋酸钠、硝酸钠和氯化钠中的一种或多种；
12、优选的，所述前驱液中可溶性钠盐的浓度为1～17mol kg-1，优选为9mol kg-1。
13、按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了上述制备方法制备得到的多功能水凝胶电解质材料。
14、按照本专利技术的又一方面，本专利技术提供了上述多功能水凝胶电解质材料在温度不超过-20℃的低温条件下作为电解质的应用。
15、按照本专利技术的再一方面，本专利技术提供了基于上述多功能水凝胶电解质材料构建的柔性水系钠离子电池，该柔性水系钠离子电池包括位于正极集流体上的正极活性材料、位于负极集流体上的负极活性材料和电解质，其特征在于，所述电解质具体为上述多功能水凝胶电解质材料。
16、作为本专利技术的进一步优选，所述正极集流体和所述负极集流体为钛片、钛网、碳布和不锈钢网中的一种或多种。
17、通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，通过在电解质中加入功能性聚合物单体，并基于热引发聚合的方法合成了含两性离子的水凝胶电解质，进而将改性过的水凝胶电解质用于柔性水系钠离子电池中，表现出较高的能量密度(如后文实施例1所示，最大能量密度为101.06wh kg-1(相对于正负极活性材料总质量))、优良的充放电倍率性能和循环稳定性。与未改性的水凝胶电解质相比，改性后的水凝胶电解质中的功能性聚合物链含有两性官能团，该官能团可以促进电解质盐的解离并且能为钠离子提供独特的迁移通道，同时该官能团的引入可以提高聚合物链中的官能团对水分子的束缚能力，使其表现出较宽的电压窗口、良好的保水能力、机械性能、抗冻性能，在柔性储能电池技术中具有较好的应用前景。
18、本专利技术在传统的用于形成水凝胶骨架的骨架聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多功能水凝胶电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述骨架聚合物单体和所述功能型添加剂单体的质量比为1～5:1，优选为4:1。
3.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述骨架聚合物单体为丙烯酰胺、丙烯酸钠、乙烯醇、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
4.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述热引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵(APS)、过硫酸钠、偶氮二异丁腈中的一种或几种；
5.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述热聚合的温度为40～80℃，聚合时间为2-6h。
6.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述可溶性钠盐具体为硫酸钠、高氯酸钠、醋酸钠、硝酸钠和氯化钠中的一种或多种；
7.利用如权利要求1－6任意一项所述制备方法制备得到的多功能水凝胶电解质材料。
8.如权利要求7所述多功能水凝胶电解质材料在温度不超过-20℃的低温条件下作为电解质的
9.基于如权利要求7所述多功能水凝胶电解质材料构建的柔性水系钠离子电池，该柔性水系钠离子电池包括位于正极集流体上的正极活性材料、位于负极集流体上的负极活性材料和电解质，其特征在于，所述电解质具体为如权利要求7所述多功能水凝胶电解质材料。
10.如权利要求9所述柔性水系钠离子电池，其特征在于，所述正极集流体和所述负极集流体为钛片、钛网、碳布和不锈钢网中的一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种多功能水凝胶电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述骨架聚合物单体和所述功能型添加剂单体的质量比为1～5:1，优选为4:1。
3.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述骨架聚合物单体为丙烯酰胺、丙烯酸钠、乙烯醇、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
4.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述热引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵(aps)、过硫酸钠、偶氮二异丁腈中的一种或几种；
5.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述热聚合的温度为40～80℃，聚合时间为2-6h。
6.如权利要求1所述制备方法，...
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