一种同时满足力学和电化学性能的树脂固体电解质及制备方法

本发明涉及一种同时满足力学和电化学性能的树脂固体电解质及制备方法，属于电解质。

背景技术：

1、结构-储能一体化复合材料是以树脂基体作为固体电解质，而导电纤维既作为增强体又作为电极材料的一种集储能性和承载性于一体的新型复合材料体系。结构-储能一体化复合材料兼具承载性和储能性两大核心优势，可有效降低系统质量、节约系统空间，提升系统效率，其在军用领域和民用领域应用潜力巨大，对于实现武器装备或航空航天器的功能化、轻量化及高性能等意义重大。

2、结构-储能一体化复合材料目前仍处于研发阶段，尚未实现实际应用。从技术角度看，树脂固体电解质是影响结构-储能一体化复合材料性能的关键因素。一般情况下，当树脂固体电解质的弹性模量达到109pa水平时，其离子电导率仅可达到10-9s/cm级别，离子电导率相对较低，从而导致结构-储能复合材料储能容量较低、循环充放电性能较差。因此，研发高离子电导率的树脂固体结构电解质，是制备具有高储能容量和优异电化学性能的结构-储能一体化复合材料的关键。

3、固态电解质是具有离子导电性的固态物质，这些物质或因其晶体中的点缺陷或因其特殊结构而为离子提供快速迁移的通道，在某些温度下具有高的电导率，故又称为快离子导体。常规树脂固体电解质的制备方法为将树脂和离子液体进行共混，(例如：文献(zhang,j.m.,etal.(2023)."high-strength and machinable load-bearing integratedelectrochemical capacitors based on polymeric solid electrolyte."naturecommunications14(1).))，或者进行造孔为锂离子传输提供通道(例如：文献(hu,j.,etal.(2021)."composite polymer electrolytes reinforcedby hollow silicananotubes for lithium metal batteries."journal of membrane science

4、618.))。但是这些方法制备的树脂固体电解质很难同时兼顾力学性能和电化学性能，力学性能好的固态电解质其电化学性能差，电化学性能好的树脂固体电解质其力学性能很差，使得应用场景受限。

技术实现思路

1、[技术问题]

2、现有的树脂固体电解质很难同时兼顾力学性能和电化学性能。

3、[技术方案]

4、为了解决上述问题，本发明先将木屑和离子液体ile混合，之后再和环氧树脂混合，固化，得到树脂固体电解质。本发明制备的树脂固体电解质能够同时满足力学和电化学性能，应用范围更广。

5、本发明的第一个目的是提供一种制备同时满足力学和电化学性能的树脂固体电解质的方法，包括如下步骤：

6、(1)将环氧树脂和固化剂混合均匀，得到混合物1；

7、(2)将木屑和离子液体ile混合均匀，得到混合物2；

8、(3)将混合物1和混合物2混合，固化，得到树脂固体电解质。

9、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中环氧树脂为双酚f型环氧树脂830。

10、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中固化剂为二乙基甲苯二胺(detda)。

11、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中环氧树脂和固化剂的质量比为3-5：1。

12、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中混合均匀是20-30℃(室温)、400-800rpm下通过搅拌混合均匀。

13、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中离子液体ile的制备方法如下：

14、将1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(emimbf4)、三氟甲磺酸锂(liotf)和碳酸丙酯(pc)混合均匀，得到离子液体ile；

15、其中，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(emimbf4)、三氟甲磺酸锂(liotf)的质量比为4：1；

16、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(emimbf4)和碳酸丙酯(pc)的质量比为100：1；

17、混合均匀是20-30℃(室温)、400-800rpm下搅拌10-20h，使得三氟甲磺酸锂(liotf)完全溶解。

18、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中木屑为松木屑，孔径为200-700μm。

19、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中木屑和离子液体ile的质量比为1-3：1。

20、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中混合均匀是通过超声处理，使得离子液体可以进入木屑的孔径中；超声的功率为30-50khz，超声的时间为20-40min。

21、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中混合物1和混合物2的质量比为1：1-3。

22、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中混合物1和混合物2混合之后倒入模具进行固化，模具的尺寸根据需要进行选择。

23、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中混合物1和混合物2混合之后倒入模具之前需要去除气泡。

24、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中固化是105-115℃下固化1-3h，125-135℃下固化103h，155-165℃下固化1-3h。

25、在本发明的一种实施方式中，树脂固体电解质在使用之前可以在离子液体ile中浸渍，取出；

26、其中，浸渍是20-30℃(室温)下浸渍10-30h。

27、取出是将表面多余的离子液体擦掉。

28、本发明的第二个目的是本发明所述的方法制备得到的树脂固体电解质。

29、本发明的第三个目的是提供一种结构-储能一体化复合材料，其采用了本发明所述的树脂固体电解质。

30、本发明的第四个目的是本发明所述的树脂固体电解质在电池领域的应用。

31、本发明的第五个目的是提供一种纽扣电池，其是按照负电极壳-弹簧-垫片-树脂固体电解质-垫片-正极电极壳的顺序在封装机上组装得到纽扣电池。

32、本发明的第六个目的是提供一种同时改善树脂固体电解质力学性能和电化学性能的方法，包括如下步骤：

33、(1)将环氧树脂和固化剂混合均匀，得到混合物1；

34、(2)将木屑和离子液体ile混合均匀，得到混合物2；

35、(3)将混合物1和混合物2混合，固化，得到树脂固体电解质。

36、[有益效果]

37、(1)通过本发明的方法制备得到的树脂固体电解质的电导率为(1.9-5.4)×10-4s/cm，拉伸强度为34-41mpa，杨氏模量为1.6-1.8gpa。

38、(2)本发明制备的树脂固体电解质能够同时满足力学性能和电化学性能，解决了当前无法同时满足“力学性能和电化学性能”的问题。

技术特征：

1.一种制备同时满足力学和电化学性能的树脂固体电解质的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中环氧树脂和固化剂的质量比为3-5：1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中木屑为松木屑，孔径为200-700μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中木屑和离子液体ile的质量比为1-3：1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，骤(3)中混合物1和混合物2的质量比为1：1-3。

6.权利要求1-5任一项所述的方法制备得到的树脂固体电解质。

7.一种结构-储能一体化复合材料，其特征在于，采用了权利要求6所述的树脂固体电解质。

8.权利要求6所述的树脂固体电解质在电池领域的应用。

9.一种纽扣电池，其特征在于，是按照负电极壳-弹簧-垫片-权利要求6所述的树脂固体电解质-垫片-正极电极壳的顺序在封装机上组装得到纽扣电池。

10.一种同时改善树脂固体电解质力学和电化学性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种同时满足力学和电化学性能的树脂固体电解质及制备方法，属于电解质技术领域。本发明所述的一种制备同时满足力学和电化学性能的树脂固体电解质的方法，包括如下步骤：(1)将环氧树脂和固化剂混合均匀，得到混合物1；(2)将木屑和离子液体ILE混合均匀，得到混合物2；(3)将混合物1和混合物2混合，固化，得到树脂固体电解质。本发明制备的树脂固体电解质能够同时满足力学性能和电化学性能，解决了当前无法同时满足“力学性能和电化学性能”的问题。

技术研发人员：李世超,武湛君,余本源,孙涛
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23