[发明专利]一种自愈合复合聚合物电解质及其制备与应用

权利要求书

1.一种自愈合复合聚合物电解质，其特征在于，该聚合物电解质主要由表面功能化的纳米粒子与自愈合聚合物基体复合而成，其中，所述表面功能化的纳米粒子与所述自愈合聚合物基体两者的质量比满足1/49～2/5。

2.如权利要求1所述自愈合复合聚合物电解质，其特征在于，所述表面功能化的纳米粒子是2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶(UPy)功能化的二氧化硅纳米粒子；所述UPy功能化二氧化硅纳米粒子的粒径为50～300nm。

3.如权利要求1所述自愈合复合聚合物电解质，其特征在于，所述自愈合聚合物基体是UPyMA与PEGMA聚合得到的PEG-UPy共聚物，其化学结构式如下：

其中，x:y＝(5～20):100，n＝5～20。

4.一种自愈合复合聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶与1,6-己二异氰酸酯置于反应器中，加热搅拌反应，反应产物经沉淀、洗涤及干燥后得到2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮异氰酸酯(UPy-NCO)化合物；

(2)准备SiO₂纳米粒子；

(3)将所述步骤(2)得到的SiO₂纳米粒子超声分散于第二溶剂，滴加3-氨丙基三甲氧基硅烷，在保护性气体保护下加热回流反应，反应产物经离心、洗涤及干燥后得到SiO₂-NH₂纳米粒子，即表面接枝有-NH₂基团的SiO₂纳米粒子；

(4)将所述步骤(1)得到的UPy-NCO化合物、所述步骤(3)得到的SiO₂-NH₂纳米粒子分散于第三溶剂中，加入二月桂酸二丁基锡(DBTDL)催化剂后升温，在保护性气体保护下反应，反应产物经离心、洗涤及干燥后得到表面UPy功能化的二氧化硅纳米粒子，即SiO₂-UPy；

(5)将2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶与甲基丙烯酸异氰基乙酯分散于有机溶剂中反应得到产物UPy-MA；将所得UPy-MA与PEGMA分散于第四溶剂中，加入引发剂、链转移试剂经过除水除氧后，加热反应得到PEG-UPy共聚物；

(6)将所述步骤(4)中所得SiO₂-UPy与所述步骤(5)中所得PEG-UPy共聚物溶解于有机溶剂中，加入锂盐搅拌均匀后得到混合溶液，再将该混合溶液浇筑成膜，干燥得到自愈合复合聚合物电解质。

5.如权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶的分子结构为：

所述1,6-己二异氰酸酯的分子结构为：

所述2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶与1,6-己二异氰酸酯的摩尔比为1/1～1/20，更优选为1/10～1/20；所述加热搅拌反应所采用的反应温度为80～120℃，反应时间为16～24小时。

6.如权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体是将正硅酸四乙酯分散在第一溶剂中，加入氨水以及去离子水，在20-80℃的温度条件下剧烈搅拌反应，反应产物经离心、洗涤、干燥后得到白色SiO₂纳米粒子；

优选的，所述第一溶剂为乙醇、乙腈、丙酮中的任一种；所述正硅酸四乙酯与所述第一溶剂比例满足1g/20mL～1g/5mL；所述正硅酸四乙酯与所述氨水的比例满足1g/2mL～1g/0.5mL，所述氨水的浓度为25％～28％；所述正硅酸四乙酯与所述去离子水的比例满足1g/1mL～1g/0.2mL；所述反应温度为25～80℃；所述反应其反应时间为12～24小时；

所述步骤(3)中，所述第二溶剂为甲醇、乙醇、丙酮中任一种；所述SiO₂纳米粒子与所述第二溶剂的比例满足1g/50mL～1g/30mL；所述SiO₂纳米粒子与所述3-氨丙基三甲氧基硅烷的比例满足1g/1000μL～1g/300μL；所述反应采用的保护性气体为氩气、氮气或者两者的混合气体；所述回流反应所采用的反应温度为56～80℃，反应时间为12～24小时。