本申請屬于固體聚合物電解質領域，更具體地，涉及一種具有柔性界面的固態聚合物電解質、其制備方法和應用。

背景技術：

1、隨著能源的快速發展，鋰離子電池在新能源電動車、航空航天等領域得以廣泛應用。同時，鈉離子電池雖比容量不及鋰離子電池，但因其具有較好的循環穩定性已在儲能領域嶄露頭角。特別是近兩年，眾多科研工作者聚焦于資源豐富、成本更低且電化學性能穩定、安全性能更高的鈉離子電池。有望將鈉離子電池廣泛應用于儲能電池、基站備用電源、低速四輪車、電動兩輪車等領域，與鋰電形成互補格局。

2、電解質是電池材料中不可或缺的關鍵部件，對電池材料的性能起著至關重要的作用。目前使用最為廣泛的是液態電解液，但液態電解液的易燃、易爆、生長枝晶等問題極大地造成了電池的安全隱患。基于此，固態電解質迎來了新機遇和新挑戰，可大大提高電池的安全性能，有效降低電解質的分解、漏液和枝晶的生長等問題。

3、常見的固態電解質為無機硫化物固態電解質和有機聚合物固態電解質。硫化物固態電解質在能量密度和倍率性能方面優勢顯著，但其價格昂貴、易造成環境污染又在一定程度上阻礙了這類電解質的應用。與之相比，聚合物固態電解質成本低又具有很強的可設計性，因此得到了眾多研究者的青睞。然而，聚合物固態電解質最為突出的問題是界面阻抗大、機械性能差、離子電導率低，特別是室溫和低溫環境下離子電導率更低。

技術實現思路

1、針對現有技術的缺陷，本申請的目的在于提供一種固態電解質柔性界面的構筑方法及應用，通過構筑具有柔性界面的聚合物固態電解質，旨在解決現有技術聚合物固態電解質界面阻抗大、機械性能差、離子電導率低以及對應的電池電化學性能欠佳的技術問題。

2、為實現上述目的，第一方面，本申請提供了一種具有柔性界面的固態聚合物電解質的制備方法，包括如下步驟：

3、（1）將陽離子化木質素、離子液體以及電解質鹽混合分散于有機溶劑中，得到分散液；所述電解質鹽為用于制備電解質的電解質鋰鹽或電解質鈉鹽；

4、（2）在無水無氧環境下，將步驟（1）所述分散液與聚環氧乙烷混合攪拌得到混合液，將所述混合液澆筑成膜后進行真空干燥，得到柔性固態聚合物電解質。

5、優選地，步驟（1）所述木質素為針葉木硫酸鹽木質素、闊葉木硫酸鹽木質素、酶解木質素、熱塑性木質素中的一種或多種。

6、優選地，步驟（1）所述陽離子化木質素的制備方法包括如下步驟：將木質素溶解于氫氧化鈉的水溶液中，然后混入環氧銨鹽，惰性氣氛下加熱反應使木質素發生陽離子化，將反應得到的混合溶液透析、換水、干燥后得到所述陽離子化木質素。

7、優選地，步驟（1）所述陽離子化木質素、離子液體、電解質鹽以及有機溶劑的質量比為1:（1?~?40）:（0.2?~?10）:（20?~?1500）。

8、優選地，步驟（2）所述分散液與聚環氧乙烷的質量比為1:1~1:10；和/或，

9、步驟（1）所述有機溶劑為乙腈、四氫呋喃和n-甲基吡咯烷酮中的一種或多種；和/或，

10、所述真空干燥的溫度為40?~?60℃，干燥時間為12?~?36?h。

11、按照本發明的另一個方面，提供了一種所述的制備方法制備得到的具有柔性界面的固態聚合物電解質。

12、按照本發明的另一個方面，提供了一種所述的固態聚合物電解質在用作鋰/鈉離子電池的固態電解質中的應用。

13、總體而言，通過本申請所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：

14、（1）本發明采用陽離子化木質素作為填料，與離子液體、電解質鹽和peo聚合物復合制備固態聚合物電解質，實驗發現相較于現有技術常用的活性填料，本發明采用木質素填料制備的固態電解質界面柔性程度高，組裝得到的電池長循環后容量保有率顯著優于常規活性填料制備的固態聚合物電解質。

15、（2）本發明提供的一種固態聚合物電解質具有柔性界面，彎折或受壓后可以恢復，用作鋰離子或鈉離子電池的固態電解質時，可增強晶界結合并抑制枝晶的生長，也可增加電解質與電極表面的接觸面積，為反應提供更多的活性位點，進而提高了離子電導率。本發明提供的固態電解質柔性界面的構筑方法因其可適用于系列聚合物固態電解質的合成，且成本低又具有較強的普適性和廣泛的應用前景，更易于工業化生產。

16、（3）本發明提供的一種聚合物固態電解質柔性界面的構筑方法，得到了具有柔性界面的固態電解質，較佳實施例中其離子電導率為0.278?ms/cm，組裝電池后0.1c倍率充放電，在室溫環境下測得的首圈充、放電比容量分別為168.95?mah/g、157.93?mah/g，首圈效率為93.48%，循環100圈后容量保有率為96.68%，顯著優于現有技術的聚合物固態電解質。

技術特征：

1.一種具有柔性界面的固態聚合物電解質的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述木質素為針葉木硫酸鹽木質素、闊葉木硫酸鹽木質素、酶解木質素、熱塑性木質素中的一種或多種。

3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述陽離子化木質素的制備方法包括如下步驟：將木質素溶解于氫氧化鈉的水溶液中，然后混入環氧銨鹽，惰性氣氛下加熱反應使木質素發生陽離子化，將反應得到的混合溶液透析、換水、干燥后得到所述陽離子化木質素。

4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述陽離子化木質素、離子液體、電解質鹽以及有機溶劑的質量比為1:（1?~?40）:（0.2?~?10）:?（20?~?1500）。

5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑雙氰胺、1-乙基-3-甲基咪唑啉雙(三氟甲基磺酰基)亞胺和1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽中的一種或多種。

6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述電解質鋰鹽為雙三氟甲基磺酰亞胺鈉、二氟草酸硼酸鋰、二氟磷酸鋰和雙氟磺酰亞胺鋰中的一種或多種；

7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）采用超聲混合分散，超聲分散時間為10?~?90?min；和/或，

8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）所述分散液與聚環氧乙烷的質量比為1:1~1:10；和/或，

9.如權利要求1至8任一項所述的制備方法制備得到的具有柔性界面的固態聚合物電解質。

10.如權利要求9所述的固態聚合物電解質在用作鋰/鈉離子電池的固態電解質中的應用。

技術總結
本申請屬于固體聚合物電解質領域，更具體地，涉及一種具有柔性界面的固態聚合物電解質、其制備方法和應用。將陽離子化木質素、離子液體以及電解質鹽混合分散，得到混合液；所述電解質鹽為用于制備電解質的電解質鋰鹽或電解質鈉鹽；在無水無氧環境下，將所述混合液與有機溶劑以及聚環氧乙烷混合分散得到分散液，將所述分散液澆筑成膜后進行真空干燥，得到柔性固態聚合物電解質。本發明采用木質素填料制備的固態電解質界面柔性程度高，組裝得到的電池長循環后容量保有率顯著優于常規活性填料制備的固態聚合物電解質。

技術研發人員：艾常春,舒怡蕾,田園,薛永萍,陳尚清,易群
受保護的技術使用者：武漢工程大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28