一种具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质及其制备方法

本发明涉及准固态电解质制备领域，尤其涉及一种具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池作为当前广泛应用的储能设备，面临诸多限制。首先，锂资源稀缺且大量消耗导致其总产能受限，锂电池的原材料成本居高不下；其次，电解液及电池材料具有较高的毒性，一旦泄漏不仅会对环境造成污染，还会危害人体健康，这使得锂电池的生产条件极为苛刻。此外，近年来电动汽车电池发生短路自燃的新闻也为锂离子电池的发展带来负面影响。相比之下，锌金属负极具备较低的氧化还原电势(-0.76v vs.she)和较高的理论容量(820mah g-1和5855mah cm-3)，能够实现更高的能量密度。此外，锌基电池具有高安全性、绿色环保、便于处理等优点，高能量密度的锌基二次电池在未来电化学储能领域具有广阔的应用前景。

2、电解质是离子电池中控制反应机理和动力学的关键成分之一，包括液态、准固态和固态电解质，其中液态电解质通常在三种电解质中具有最高的离子电导率，但其流动性对电池的封装工艺有严格的要求，因为在使用过程中出现的小划痕或刺穿可能会导致封装失效，因此仍然存在液体电解液泄漏和蒸发的问题；特别是在柔性应用中，液体电解质可能会被挤压，导致电极-电解质界面不均匀变形，从而导致枝晶生长和短路问题，所以它们被排除在柔性/可穿戴应用之外。固态电解质缓解了液体电解质的担忧；但是由于它们室温离子电导率低、界面电阻高，电化学性能远不能令人满意。此外，它们的本征脆性限制了它们的大规模生产。与液态和固态电解质相比，准固态电解质在柔性/可穿戴电池和电子产品中的应用受到了更多的关注，因为它们继承了液态和固态电解质的优点，具有良好的离子电导率、界面特性和优异的机械性能。同时，准固体电解质可作为隔膜，具有适当的机械刚度和弹性，可以阻止枝晶生长，降低短路风险。

3、专利技术文献cn104465099b公开了一种金属有机凝胶电解质的制备方法，该方法将胶凝剂直接添加于染料敏化太阳能电池液态电解质中，原位固化液态电解质形成凝胶，该方法简单、方便、快速、成本低，合成的凝胶电解质可应用于太阳能电池及其他电池领域，但得到的金属有机凝胶电解质的电化学性能和循环稳定性较差。

4、因此，根据上述中的相关技术，亟需研发一种具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质及其制备方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质及其制备方法，以解决现有技术中金属有机凝胶电解质的电化学性能和循环稳定性较差的问题。

2、基于上述目的，本发明提供了一种具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质及其制备方法。

3、一种具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质及其制备方法，包括高分子聚合物配体、金属盐和有机溶剂。

4、优选的，所述高分子聚合物配体为聚丙烯腈。

5、优选的，所述金属盐为六水高氯酸锌。

6、优选的，所述有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺。

7、优选的，所述具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质的制备方法如下：

8、步骤a1：取聚丙烯腈加入到的n，n-二甲基甲酰胺中，水浴搅拌，得到聚丙烯腈溶液；

9、步骤a2：在聚丙烯腈溶液中加入六水高氯酸锌，水浴搅拌，得到前驱体溶液；

10、步骤a3：将前驱体溶液滴在硅胶模具上，在恒温干燥箱中加热，得到具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质。

11、优选的，步骤a1中所述聚丙烯腈与n，n-二甲基甲酰胺的用量比为0.2-1.2g：9.5-10.5ml。

12、优选的，步骤a1中所述水浴的温度为80-85℃，水浴搅拌的时间为30-35min。

13、优选的，步骤a2中聚丙烯腈溶液和六水高氯酸锌的用量比为10.2-10.8ml：0.5-1.2g。

14、优选的，步骤a2中所述水浴的温度为80-85℃，水浴搅拌的时间为45-50min。

15、优选的，步骤a3中所述恒温干燥箱的温度为45℃，加热时间为1-1.5h。

16、本发明的有益效果：

17、本发明提供的具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质中的高分子聚合物配体可以与金属离子自组装成凝胶，金属离子和高分子聚合物配体通过动态金属-配体配位力以及其他非共价分子间相互作用，如氢键、π-π堆积、主客体相互作用等自组装而成的凝胶网络具有分级纳米通道，可容纳有机溶剂分子以形成自支撑的准固态凝胶相材料，准固态电解质可以解决常规液体电解质泄漏的风险。

18、本发明提供的金属有机凝胶构建的纳米分级通道能够均匀电池体系中离子通量从而调控界面微环境，抑制金属枝晶的生长，同时能够诱导zn(002)晶面优先生长。此外，金属有机凝胶的分级纳米通道还能捕获多碘化物，能有效抑制其溶解和穿梭，实现金属离子电池体系的电化学性能和循环稳定性的提升，具有广泛的应用前景。

1.一种具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质，其特征在于，包括高分子聚合物配体、金属盐和有机溶剂。

2.根据权利要求1所述的具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质，其特征在于，所述高分子聚合物配体为聚丙烯腈。

3.根据权利要求1所述的具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质，其特征在于，所述金属盐为六水高氯酸锌。

4.根据权利要求1所述的具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质，其特征在于，所述有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤a1中所述聚丙烯腈与n，n-二甲基甲酰胺的用量比为0.2-1.2g：9.5-10.5ml。

7.根据权利要求5所述的具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤a1中所述水浴的温度为80-85℃，水浴搅拌的时间为30-35min。

8.根据权利要求5所述的具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤a2中聚丙烯腈溶液和六水高氯酸锌的用量比为10.2-10.8ml：0.5-1.2g。

9.根据权利要求5所述的具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤a2中所述水浴的温度为80-85℃，水浴搅拌的时间为45-50min。

10.根据权利要求5所述的具备分级多孔结构的金属有机凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤a3中所述恒温干燥箱的温度为45℃，加热时间为1-1.5h。