[发明专利]一种可自愈固态电解质薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明是一种可自愈固态电解质薄膜，所述可自愈固态电解质薄膜包括如下原料：单体、交联剂、引发剂以及电解质盐，所述交联剂与所述单体的摩尔比为0.1%，所述引发剂与所述单体的摩尔比为1%，所述电解质盐在所有原料的混合溶液中的浓度为0.1mol/L‑0.9mol/L。该薄膜的制备方法，包括如下步骤：（1）量取单体，再分别加入交联剂，引发剂及电解质盐，搅拌使其充分溶解得到透明溶液；（2）将步骤1中的溶液置于片状模具中，在紫外光下照射使其中单体交联固化，即可得到可自愈固态电解质薄膜。本发明所述的高拉伸、可自愈的固态电解质薄膜制备性能良好，工艺简单，在柔性可拉伸电子器件领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于固态电解质制备技术领域，具体的说是涉及一种可自愈固态电解质薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，诸如电子皮肤、智能织物、植入式医疗器械等柔性可穿戴电子器件受到日益广泛的关注，因此对可穿戴的柔性电子器件的需求也随之增高，可穿戴的柔性电子器件要求相关的器件具备优异的柔性和稳定性，但是，作为柔性电子器件中重要的组成部分，柔性、可拉伸、可自愈的电解质薄膜的制备依然面对很大的挑战。目前电解质薄膜中研究较多的以水凝胶电解质薄膜为主，水凝胶电解质具有良好的电导率，然而水凝胶电解质弹性模量较小，且其中水分易挥发，较易造成相关柔性电子器件的失效，与水凝胶电解质相比，固态电解质内部不含有液态组分，具有很好的环境稳定性。

固态电解质薄膜具有良好的机械性能、柔性以及很好的可组装性，其中聚氧化乙烯（PEO）应用较为广泛，然而，聚合物的共性问题是结晶程度较高，导致其电导率较低，且不具备可穿戴电子器件所需要的可拉伸性，因此，降低聚合物的结晶度，进而增加相关固态电解质薄膜的电导率和拉伸性成为制备具有优良性质的固态电解质的研究热点。一般的途径是在体系中加入增塑剂，或者采用与其他聚合物共聚等方法对固态电解质进行改性，但是以上制备方法成膜性较差，导致电化学性能不稳定。

作为一种可穿戴的器件，柔性电子器件的发展要求其中各单元具有一定的自愈性，自愈性的引入会提高相关器件使用的安全性和稳定性，然而以PEO为代表的固态电解质因为内部聚合物链段上并不包含相关基团，不能引入动态非共价键作用，从而不能有效的获得自愈功能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种一种可自愈固态电解质薄膜及其制备方法和应用，该可自愈固态电解质薄膜由单体聚合得到，其中所述单体为液态丙烯酸酯小分子，可作为溶剂溶解交联剂，引发剂及电解质盐，溶解及混合均匀后在紫外光照下聚合得到固态电解质薄膜。经由单体聚合得到的聚合物链上包含氨基甲酸酯基团，可在聚合物链间形成氢键，因为氢键为一动态可逆非共价键，所以聚合得到具有良好自愈性质的固态电解质薄膜。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种可自愈固态电解质薄膜，所述可自愈固态电解质薄膜包括如下原料：单体、交联剂、引发剂以及电解质盐，所述交联剂与所述单体的摩尔比为0.1%，所述引发剂与所述单体的摩尔比为1%，所述电解质盐在所有原料的混合溶液中的浓度为0.1mol/L-0.9mol/L。

本发明的进一步改进在于：所述单体为丙烯酸酯，所述交联剂为聚二丙烯酸酯或聚乙二醇二丙烯酸酯，所述引发剂为1-羟基环己基苯基酮，所述电解质盐为锂盐、钠盐、钾盐或铵盐。

本发明的进一步改进在于：单体丙烯酸酯为液态，可作为溶剂溶解其余组分，液态丙烯酸酯类单体中包含氨基甲酸酯基团，氨基甲酸酯基团是一种可自愈基团，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丁基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丙基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂、二氟磷酸锂、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪哩锂、高氯酸锂或氯化锂，所述钠盐为双三氟甲磺酰亚胺钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、氯化钠、硝酸钠、氟硅酸钠或邻苯二甲酸钠，所述钾盐为双氟磺酰亚胺钾、氯化钾、硝酸钾或邻苯二甲酸氢钾，所述铵盐为四氟硼酸四乙基铵、氯化铵或硝酸铵。