本發(fā)明涉及電化學材料，尤其涉及一種環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質及其制備方法和應用。

背景技術：

1、固態(tài)電解質在現(xiàn)代電化學裝置中具有廣泛的應用前景，尤其在提高安全性、能量密度和電化學穩(wěn)定性方面展現(xiàn)了巨大優(yōu)勢。傳統(tǒng)液態(tài)電解質因其易燃、揮發(fā)和腐蝕性，存在潛在的安全隱患，特別是當用于鋰離子電池時容易引發(fā)熱失控現(xiàn)象。固態(tài)電解質可以有效解決這些問題，但現(xiàn)有的固態(tài)電解質大多以無機材料為主，存在導電率低、機械強度不足等缺陷。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質及其制備方法和應用，以解決現(xiàn)有固態(tài)電解質導電率低、機械強度不足的問題。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

3、本發(fā)明提供了一種環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質，包含以下質量份數(shù)的制備原料：

4、環(huán)氧樹脂100份，離子導電基團化合物5～15份，高離子導電性鋰鹽5～15份，離子液體2～20份，柔性鏈段化合物10～30份，造孔劑1～20份，固化劑20～50份；

5、所述離子導電基團化合物包括磺酸基化合物、季銨鹽化合物或羧基化合物；

6、所述高離子導電性鋰鹽包括六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙(三氟甲磺酰)亞胺鋰、過氯酸鋰、碘化鋰和鋰雙(三氟甲磺酰)亞胺中的一種或幾種；

7、所述柔性鏈段化合物包括聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚醚醚酮中的一種或幾種。

8、作為優(yōu)選，還包括碳材料1～10份。

9、作為優(yōu)選，所述環(huán)氧樹脂包括縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯型環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、線性脂肪族環(huán)氧樹脂、聚氨酯改性環(huán)氧樹脂、雜環(huán)或特殊結構型環(huán)氧樹脂中的一種或幾種；

10、所述縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂包括雙酚a環(huán)氧樹脂、雙酚f環(huán)氧樹脂、雙酚s環(huán)氧樹脂、脂肪族醇環(huán)氧樹脂、苯酚甲醛環(huán)氧樹脂、鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂、氫化雙酚a環(huán)氧樹脂、雙酚ad環(huán)氧樹脂、羥甲基雙酚a環(huán)氧樹脂、溴化環(huán)氧樹脂、含磷環(huán)氧樹脂中的一種或幾種；

11、所述縮水甘油酯型環(huán)氧樹脂包括四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、間苯二甲酸二縮水甘油酯、對苯二甲酸二縮水甘油酯、四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、環(huán)己烷-1,2-二羧酸二縮水甘油酯和4,5-環(huán)氧環(huán)己烷-1,2-二甲酸二縮水甘油酯中的一種或幾種；

12、所述縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂包括2官能胺基環(huán)氧樹脂、3官能胺基環(huán)氧樹脂、4官能胺基環(huán)氧樹脂、多官能胺基環(huán)氧樹脂中的一種或幾種；

13、所述脂環(huán)族環(huán)氧樹脂包括3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸-3',4'-環(huán)氧環(huán)己基甲酯、雙((3,4-環(huán)氧環(huán)己基)甲基)己二酸酯、聚[(2-環(huán)氧乙烷基)-1,2-環(huán)己二醇]2-乙基-2-(羥甲基)-1,3-丙二醇醚、1,2-環(huán)氧-4-乙烯基環(huán)己烷、二氧化乙烯基環(huán)己烯、環(huán)氧化四氫呋喃、環(huán)氧化環(huán)戊烯中的一種或幾種；

14、所述線性脂肪族環(huán)氧樹脂包括脂肪族醇環(huán)氧樹脂、聚酯環(huán)氧樹脂、聚醚環(huán)氧樹脂中的一種或幾種；

15、所述雜環(huán)或特殊結構型環(huán)氧樹脂包括聚醚砜酮環(huán)氧樹脂、液晶環(huán)氧樹脂、聚硅氧烷共聚改性環(huán)氧樹脂、雙環(huán)戊二烯環(huán)氧樹脂、結晶性環(huán)氧樹脂、呋喃環(huán)氧樹脂、噻吩環(huán)氧樹脂、萘型環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂、海因環(huán)氧樹脂中的一種或幾種；

16、所述固化劑包括胺類固化劑、酸酐固化劑、咪唑固化劑、酚醛類固化劑中的一種或幾種。

17、作為優(yōu)選，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、三辛基甲基氯化銨四氟硼酸鹽中的一種或幾種。

18、作為優(yōu)選，所述磺酸基化合物包括磺酸鈉、磺酸鋰、磺化聚苯乙烯、磺化聚醚醚酮中的一種或幾種；

19、所述季銨鹽化合物包括四甲基氟化銨、四乙基銨鹽、四甲基氯化銨中的一種或幾種；

20、所述羧基化合物包括醋酸鈉、丙烯酸鈉、聚乳酸中的一種或幾種。

21、作為優(yōu)選，所述造孔劑為納米顆粒和/或發(fā)泡劑；

22、所述納米顆粒包括氧化鋁、二氧化硅、石墨烯、碳納米管、二氧化鈦中的一種或幾種；

23、所述發(fā)泡劑包括聚苯乙烯、聚氨酯、丁烷、氟利昂、碳酸氫鈉、氨基酸中的一種或幾種。

24、本發(fā)明還提供了所述的環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質的制備方法，包括以下步驟：

25、將原料混合后澆筑、固化即得所述環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質。

26、作為優(yōu)選，所述固化的溫度為60～120℃，時間為2～6h。

27、本發(fā)明還提供了所述的環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質在電池、電容器、傳感器或柔性電子器件中的應用。

28、經(jīng)由上述的技術方案可知，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

29、本發(fā)明提供的環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質，以環(huán)氧樹脂為主體基體，離子液體為輔助提供離子遷移路徑，同時將離子導電基團化合物中的離子導電基團接枝到環(huán)氧樹脂分子中，并引入柔性鏈段化合物降低交聯(lián)密度，確保固化后的電解質基體能夠形成有效的離子通道，從而提高導電性能。

30、本發(fā)明中采用離子導電機制，確保固態(tài)電解質在固化后仍具有良好的離子遷移通道，并保持高機械強度和化學穩(wěn)定性，以克服傳統(tǒng)固態(tài)電解質的局限性。

31、本發(fā)明中環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質為三維網(wǎng)格結構，其中環(huán)氧樹脂分子鏈通過交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀結構，離子導電基團化合物中的離子導電基團均勻分布在樹脂基體中，形成離子遷移通道，此結構有助于提高材料的離子導電性。

32、本發(fā)明中環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質在交聯(lián)反應初期環(huán)氧樹脂鏈段的運動性較高，隨著交聯(lián)反應的進行，離子導電基團逐漸形成網(wǎng)絡結構，最終在交聯(lián)的同時形成穩(wěn)定的離子遷移通道，從而提高電解質的導電性能。即初期環(huán)氧樹脂鏈段自由移動，離子基團分散；中間狀態(tài)環(huán)氧樹脂鏈段開始交聯(lián)，離子基團聚集形成初步通道；最終狀態(tài)形成穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡和離子遷移通道，顯示鏈段的固定。

33、本發(fā)明中環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質引入造孔劑形成微孔結構，孔徑分布均勻，孔隙率可調(diào)。微孔結構的形成不僅增加了離子遷移路徑，還提供了更大的接觸面積，從而進一步提升了電解質的離子導電性和整體性能。

技術特征：

1.一種環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質，其特征在于，包含以下質量份數(shù)的制備原料：

2.根據(jù)權利要求1所述的環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質，其特征在于，還包括碳材料1～10份。

3.根據(jù)權利要求2所述的環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂包括縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯型環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、線性脂肪族環(huán)氧樹脂、聚氨酯改性環(huán)氧樹脂、雜環(huán)或特殊結構型環(huán)氧樹脂中的一種或幾種；

4.根據(jù)權利要求3所述的環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質，其特征在于，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、三辛基甲基氯化銨四氟硼酸鹽中的一種或幾種。

5.根據(jù)權利要求4所述的環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質，其特征在于，所述磺酸基化合物包括磺酸鈉、磺酸鋰、磺化聚苯乙烯、磺化聚醚醚酮中的一種或幾種；

6.根據(jù)權利要求5所述的環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質，其特征在于，所述造孔劑為納米顆粒和/或發(fā)泡劑；

7.權利要求1～6任意一項所述的環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.如權利要求7所述的環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質的制備方法，其特征在于，所述固化的溫度為60～120℃，時間為2～6h。

9.權利要求1～6任一項所述的環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質在電池、電容器、傳感器或柔性電子器件中的應用。

技術總結
本發(fā)明屬于電化學材料技術領域，公開了一種環(huán)氧樹脂固態(tài)電解質及其制備方法和應用。制備原料如下：環(huán)氧樹脂100份，離子導電基團化合物5～15份，高離子導電性鋰鹽5～15份，離子液體2～20份，柔性鏈段化合物10～30份，造孔劑1～20份，固化劑20～50份；所述離子導電基團化合物包括磺酸基化合物、季銨鹽或羧基化合物；所述柔性鏈段化合物包括聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚醚醚酮中的一種或幾種。本發(fā)明以環(huán)氧樹脂為主體基體，離子液體提供離子遷移路徑，同時將離子導電基團接枝到環(huán)氧樹脂分子中，引入柔性鏈段降低交聯(lián)密度，確保固化后的電解質基體能夠形成有效的離子通道，從而提高導電性能。

技術研發(fā)人員：康紅偉,劉曉林,康紅星,張遙
受保護的技術使用者：深圳市郎搏萬先進材料有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23