一种水凝胶电解质及其制备方法和应用

1.本发明涉及电解质技术领域，尤其涉及一种水凝胶电解质及其制备方法和应用。


背景技术：

2.电致变色器件中离子传导层根据状态不同可分为液态、凝胶和固态电解质，三者的离子运输速率顺序一般为：液态电解质＞凝胶电解质＞固态电解质。虽然液态电解质离子运输速率高，然而液态电解质存在器件封装、液体的冻结、副反应产物的累积等问题，因此人们采用离子电导率高的固体材料来取代液体电解质。凝胶态电解质目前研究较多，但机械性能较差。若能开发具有高机械性能和高离子传输速率的固态电解质，将对改良电致变色器件具有重要意义。
3.在几种电解质中，聚合物凝胶电解质可能具有类似固体的力学性质，同时保持类似于液体电解质的高离子导电性。凝胶电解质还可以避免固体电解质(例如，高电阻)和液体电解质(例如，泄漏和火灾的风险)的一些缺点。理想的聚合物电解质应该具有良好的离子导电性(与液体电解质一样好)和足够的机械强度(或柔韧性)来维持柔性器件复杂的变形。传统的固体聚合物电解质，如导电聚合物盐配合物或无机陶瓷电解质，由于其导电性低、刚度小、电极/电解质界面稳定性差，无法满足未来可穿戴柔性电子产品不断扩大的需求。因此，越来越多的研究转向生产具有高离子电导率、柔韧性和准固态性质的凝胶聚合物电解质，以解决固体聚合物电解质的上述缺点。
4.cn112898596a公开了一种水凝胶电解质及其超级电容器，水凝胶电解质在引发剂的作用下，将含有聚合单体、高分子聚合物和水中的聚合单体聚合形成水凝胶电解质聚合物前体，然后将水凝胶电解质聚合物前体浸泡在含有交联所述高分子聚合物的无机盐和锌盐的水溶液中；具有优异机械强度和柔韧性，组装为超级电容器不需要添加隔膜，简化了制造工艺，拓宽了电容器的电压的使用范围，具有实际应用价值。但是其未公开其如何实现自愈特性，其采用先制备聚合物前体后浸泡在无机盐水溶液中的方法。无机盐只能与少量的高分子交联增强体系的机械性能，而主体聚合物在损伤后不能实现自愈。且高分子聚合物与聚合单体间形成的共价交联不可逆，因此不具备自愈性。
5.cn113611545a公开了一种可拉伸、可压缩、抗冻有机水凝胶电解质基超级电容器及其制备方法，其公开的超级电容器的电解质为有机水凝胶电解质，其单体为丙烯酰胺和甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱，聚合物网络中掺杂有大豆蛋白，此有机水凝胶电解质的具有优异的拉伸和压缩性能，当最大拉伸至600％应变或压缩至80％应变时，仍可恢复至原始状态，室温电导率可达37.5ms
·
cm-1
，具有良好的电性能，用此有机水凝胶电解质制备的超级电容器具有良好的双电层行为、可逆性、优异的倍率性能、力学性能及抗冻性能，有望应用于对于力学性能、抗冻性能有较高要求的超级电容器领域，但是其未公开如何实现制备简便且快速愈合的问题。
6.综上所述，开发一种兼具愈合能力强、机械强度高且电性能优异的水凝胶电解质至关重要。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水凝胶电解质及其制备方法和应用，所述水凝胶电解质兼具愈合能力强、机械强度高且电性能优异的特点。
8.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
9.第一方面，本发明提供一种水凝胶电解质，所述水凝胶电解质包括水凝胶和电解质；
10.所述水凝胶包括丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物、含羟基的纤维素和金属盐聚合和动态交联的产物；
11.所述动态交联的方式包括：所述丙烯酸类化合物和含羟基的纤维素形成分子间氢键，所述金属盐中的金属离子与丙烯酸类化合物中的羧基和/或聚丙烯酰胺类化合物中的氨基形成离子键。
12.本发明中，通过非共价交联(氢键和离子键)的方式，使水凝胶电解质具有良好的电化学和力学特性。非共价交联，将大分子凝胶凝聚在一起，避免了水凝胶电解质发生断裂或产生裂缝时，其力学性能急剧下降的问题，同时，所述水凝胶电解质愈合过程迅速，在用于电致变色器件时，无需使用外部刺激就可以实现快速愈合，所述水凝胶电解质兼具愈合能力强、机械强度高且电性能优异的特点。
13.优选地，所述丙烯酸类化合物包括丙烯酸、聚丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或2-甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：丙烯酸、聚丙烯酸和甲基丙烯酸的组合，甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和2-甲基丙烯酸甲酯的组合，丙烯酸、聚丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和2-甲基丙烯酸甲酯的组合等，进一步优选丙烯酸。
14.优选地，所述丙烯酰胺类化合物包括丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、芳基丙烯酰胺或苯丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：丙烯酰胺和聚丙烯酰胺的组合，聚丙烯酰胺、芳基丙烯酰胺和苯丙烯酰胺的组合，丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、芳基丙烯酰胺和苯丙烯酰胺的组合等，进一步优选丙烯酰胺。
15.本发明中，优选丙烯酸和/或丙烯酰胺，原因在于二者皆易溶于水，来源广泛且聚合条件温和，并且含有大量活性官能团，能够和交联剂形成混合交联的大分子体系。
16.优选地，所述金属盐包括钙盐、二价铁盐或三价铁盐中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：钙盐和二价铁盐的组合，二价铁盐和三价铁盐的组合，钙盐、二价铁盐和三价铁盐的组合等。
17.优选地，以所述丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物的总质量为100份计，所述含羟基的纤维素的质量分数为0-2份，且不等于0份，例如0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.6份、0.8份、1.0份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份等，进一步优选0.3-0.6份。
18.本发明中，以所述丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物的总质量为100份计，控制所述含羟基的纤维素的质量分数为0-2份，且不等于0份，原因在于：含羟基的纤维素用来增强非共价交联体系的力学稳定性，使水凝胶在受外力变形后能够恢复形状，进一步优选0.3-0.6份，含羟基的纤维素的添加量过高会影响聚丙烯酸原本的链段运动，进而使体系的力学强度减弱；添加量过低会导致不能达到降低水凝胶刚度的效果。
19.优选地，以所述丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物的总质量为100份计，所
述金属盐的质量分数为0-2份，且不等于0份，例如0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.6份、0.8份、1.0份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份等，进一步优选0.1-0.8份。
20.本发明中，以所述丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物的总质量为100份计，控制所述金属盐的质量分数为0-2份，且不等于0份，原因在于：自由的阳离子在水凝胶受损后移动到界面上，通过离子键合使水凝胶自愈，进一步优选0.1-0.8份，金属盐的添加量过高会导致过量的离子交联降低了聚合物链迁移率，干扰了分子间的动态相互作用，如离子接触；金属盐的添加量过低会导致阳离子不能起到增强体系机械性能和自愈合能力的效果。
21.优选地，所述电解质包括硫酸锂、氢氧化钾或硫酸中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：硫酸锂和氢氧化钾的组合，氢氧化钾和硫酸的组合，硫酸锂、氢氧化钾和硫酸的组合等。
22.第二方面，本发明提供一种第一方面所述的水凝胶电解质的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
23.将丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物依次与含羟基的纤维素和碱性溶液混合，再与金属盐和引发剂混合，进行聚合和交联反应，得到所述水凝胶；
24.再将所述水凝胶在电解质溶液中浸泡，得到所述水凝胶电解质。
25.优选地，所述含羟基的纤维素的浓度为0-100g/l，且不等于0g/l，例如5g/l、10g/l、20g/l、30g/l、40g/l、50g/l、60g/l、70g/l、80g/l、90g/l等。
26.优选地，所述丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物与含羟基的纤维素溶液的质量比为(0.5-2):1，其中，0.5-2可以为0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8等。
27.优选地，将所述金属盐形成金属盐溶液，再进行混合。
28.优选地，所述金属盐溶液的浓度为0-50g/l，且不等于0g/l，例如5g/l、10g/l、20g/l、30g/l、40g/l、50g/l等。
29.优选地，所述引发剂包括过硫酸钾和/或过硫酸铵。
30.优选地，所述引发剂与丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物总质量的比例为1:(30-100)，其中，30-100可以为40、50、60、70、80、90等。
31.优选地，所述反应的温度为40-60℃(例如42℃、44℃、46℃、48℃、50℃、52℃、54℃、56℃、58℃等)，所述反应的时间为5-30h(例如10h、15h、20h、25h等)。
32.优选地，所述水凝胶干燥后再浸泡于电解质溶液。
33.优选地，所述干燥的温度为75-95℃(例如76℃、78℃、80℃、82℃、84℃、86℃、88℃、90℃、92℃、94℃等)，所述干燥的时间为0.5-3h(例如0.6h、0.8h、1h、1.5h、2h、2.5h、2.6h、2.8h等)。
34.优选地，所述电解质溶液包括硫酸锂水溶液、氢氧化钾水溶液或硫酸水溶液中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：硫酸锂水溶液和氢氧化钾水溶液的组合，氢氧化钾水溶液和硫酸水溶液的组合，硫酸锂水溶液、氢氧化钾水溶液和硫酸水溶液的组合等。
35.优选地，所述电解质溶液的浓度为0.3-5mol/l，例如0.5g/l、1g/l、1.5g/l、2g/l、2.5g/l、3g/l、3.5g/l、4g/l、4.5g/l等。
36.作为优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
37.(1)将丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物依次与含羟基的纤维素和碱性溶液混合，再与金属盐溶液和引发剂混合，在40-60℃反应5-30h，得到所述水凝胶；
38.(2)将所述水凝胶在75-95℃下干燥0.5-3h，然后在电解质溶液中浸泡，得到所述水凝胶电解质。
39.第三方面，本发明提供一种电子器件，所述电子器件包括第一方面所述的水凝胶电解质。
40.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
41.(1)本发明所述水凝胶电解质兼具愈合能力强、机械强度高且电性能优异。
42.(2)本发明所述水凝胶电解质的离子电导率在0.04s
·
cm-1
以上，且在10min以内即可实现自愈合。自愈合后的水凝胶电解质在0.32mpa以下的断裂应力作用下即可实现134％以上的断裂伸长率。
附图说明
43.图1是实施例1所述的水凝胶电解质的扫描电镜图；
44.图2是实施例2所述的水凝胶电解质的傅里叶红外测试图；
45.图3a是实施例1所述的水凝胶电解质在切断后的扫描电镜图；
46.图3b是实施例1所述的水凝胶电解质在切断后通过物理接触进行自我修复的扫描电镜图；
47.图3c是实施例1所述的水凝胶电解质自我修复后的扫描电镜图；
48.图4是实施例1-4所述的的水凝胶电解质的动态力学性能分析图。
具体实施方式
49.为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
50.实施例1
51.本实施例提供一种水凝胶电解质，所述水凝胶电解质由如下方法制备得到，所述方法包括如下步骤：
52.1)将0.2g羟丙基甲基纤维素(购于阿拉丁试剂(上海)有限公司，粘度为400mpa.s)分散于50ml去离子水中，温度60℃；
53.2)冷却至室温后，将50g丙烯酸单体加入羟丙基甲基纤维素溶液中；
54.3)然后将50ml氢氧化钠溶液加入上述溶液中；
55.4)搅拌30min后，在上述溶液中加入0.2g氯化钙和1.0g过硫酸钾；
56.5)然后将上述溶液注入模具中，在45℃下反应20h，形成水凝胶；
57.6)将制备好的水凝胶置于70℃烘箱中烘干3h；
58.7)然后将干燥的凝胶浸泡在2m硫酸锂水溶液中，得到水凝胶电解质。
59.实施例2
60.本实施例提供一种水凝胶电解质，所述水凝胶电解质由如下方法制备得到，所述方法包括如下步骤：
61.1)将0.25g羟丙基甲基纤维素(购于阿拉丁试剂(上海)有限公司，粘度为
400mpa.s)分散于50ml去离子水中，温度70℃；
62.2)冷却至室温后，将50g丙烯酸单体加入羟丙基甲基纤维素溶液中；
63.3)然后将50ml氢氧化钾溶液加入上述溶液中；
64.4)搅拌30min后，在上述溶液中加入0.2g氯化钙和1.0g过硫酸钾；
65.5)然后将上述溶液注入模具中，在45℃下反应30h，形成水凝胶；
66.6)将制备好的水凝胶置于80℃烘箱中烘干2h；
67.7)然后将干燥的凝胶浸泡在2m硫酸锂水溶液中，得到水凝胶电解质。
68.实施例3
69.本实施例提供一种水凝胶电解质，所述水凝胶电解质由如下方法制备得到，所述方法包括如下步骤：
70.1)将0.25g羟丙基甲基纤维素(购于阿拉丁试剂(上海)有限公司，粘度为400mpa.s)分散于50ml去离子水中，温度70℃；
71.2)冷却至室温后，将50g丙烯酸单体加入羟丙基甲基纤维素溶液中。
72.3)然后将50ml氢氧化钠溶液加入上述溶液中；
73.4)搅拌30min后，在上述溶液中加入0.3g氯化钙和1.0g过硫酸钾；
74.5)然后将上述溶液注入模具中，在50℃下反应20h，形成水凝胶；
75.6)将制备好的水凝胶置于90℃烘箱中烘干1h；
76.7)然后将干燥的凝胶浸泡在2m硫酸锂水溶液中，得到水凝胶电解质。
77.实施例4
78.本实施例提供一种水凝胶电解质，所述水凝胶电解质由如下方法制备得到，所述方法包括如下步骤：
79.1)将0.2g羟丙基甲基纤维素分散于50ml去离子水中，温度60℃；
80.2)冷却至室温后，将50g丙烯酸单体加入羟丙基甲基纤维素溶液中；
81.3)然后将50ml氢氧化钾溶液加入上述溶液中；
82.4)搅拌30min后，在上述溶液中加入0.3g氯化钙和1.0g过硫酸钾；
83.5)然后将上述溶液注入模具中，在50℃下反应25h，形成水凝胶；
84.6)将制备好的水凝胶置于85℃烘箱中烘干1.5h；
85.7)然后将干燥的凝胶浸泡在2m硫酸锂水溶液中，得到水凝胶电解质。
86.实施例5
87.本实施例与实施例2的区别在于将所述50g丙烯酸单体替换为40g甲基丙烯酸和10g丙烯酸单体，其余均与实施例2相同。
88.实施例6
89.本实施例与实施例2的区别在于将所述50g丙烯酸单体替换为20g丙烯酰胺和30g丙烯酸甲酯单体，其余均与实施例2相同。
90.实施例7
91.本实施例与实施例2的区别在于所述氯化钙的用量为1.5g，其余均与实施例2相同。
92.实施例8
93.本实施例与实施例2的区别在于所述羟丙基甲基纤维素用量为1.5g，其余均与实
施例2相同。
94.对比例1
95.本对比例与实施例2的区别在于未添加羟丙基甲基纤维素和氯化钙，其余均与实施例2相同。
96.对比例2
97.本对比例与实施例2的区别在于未添加氯化钙，其余均与实施例2相同。
98.性能测试
99.将实施例1-8和对比例1-2所述水凝胶电解质进行如下测试：
100.(1)表观形貌：
101.(2)离子电导率：采用chi660e电化学工作站在室温条件下测试并计算所述水凝胶电解质的离子电导率。
102.(3)力学性能：采用动态力学分析系统(dma)对所述凝胶电解质的力学性能进行了测试。
103.(4)自愈合性能：
104.测试结果汇总于表1和图1、图2、图3a、图3b、图3c和图4中。
105.表1
[0106][0107]
分析表1数据可知，实施例1-6优选范围内，本发明所述水凝胶电解质的离子电导率在0.04s
·
cm-1
以上，且在10min以内即可实现自愈合。自愈合后的水凝胶电解质在0.32mpa以下的断裂应力作用下即可实现134％以上的断裂伸长率；本发明所述水凝胶电解质兼具愈合能力强、机械强度高且电性能优异。
[0108]
分析对比例1与实施例2可知，对比例1所述水凝胶电解质不具备自修复能力，一旦
发生机械损伤后，伤口不能愈合。
[0109]
分析对比例2可知，所述水凝胶电解质在室温下的离子电导率为0.0203s
·
cm-1
。相比于对比例1制备的水凝胶电解质，其力学性能增加显著，可以在一定范围内进行拉伸和压缩，并能在没有外力作用的时候恢复形状。分析对比例2与实施例2可知，对比例2中仅存在氢键相互作用，而没有离子键作用，所以自愈合能力显著下降，自愈合能力较弱。
[0110]
分析实施例7与实施例2可知，实施例5所述水凝胶电解质在室温下的离子电导率和可拉伸性能均有一定程度的降低。钙离子作为离子交联剂的加入使得水凝胶在断裂后重组的过程中，由于钙离子的运动和在受损界面上离子配合物的动态形成，赋予水凝胶优异的自愈合性能。然而，过量的钙离子交联降低了聚合物链迁移率，干扰了分子间的动态相互作用，如离子接触。因此其对水分子的吸附和可拉伸性随着氯化钙水平的增加而下降。
[0111]
分析实施例8与实施例2可知，实施例6所述的水凝胶电解质在室温下的离子电导率低于0.02s
·
cm-1
，断裂伸长率小于200％，羟丙基甲基纤维素和钙离子的含量都会影响准固态水凝胶电解质的离子电导率。
[0112]
羟丙基甲基纤维素通过化学交联水凝胶链，降低了水凝胶的刚度，导致更大的拉伸应变，同时降低了断裂时的应力。而当羟丙基甲基纤维素用量过大时，准固态水凝胶的力学强度下降。结果表明，在一定浓度范围内添加羟丙基甲基纤维素可以提高材料的力学性能。
[0113]
图1是实施例1所述的水凝胶电解质在冷冻干燥后的扫描电镜图像。从电镜图可以看出水凝胶内部具有多孔结构，可以充当离子运输通道。当水凝胶以特定的溶胀比吸收电解液时，这些通道将变得足够大，从而实现快速离子传输。
[0114]
图2是实施例2所述水凝胶电解质在傅里叶红外测试结果。在红外曲线中出现脂肪链和聚丙烯酸中的-ch2伸缩振动和ch3中的c-h伸缩模式，表明丙烯酸单体已成功聚合。与不添加非共价交联剂的聚丙烯酸水凝胶(组分仅包括聚丙烯酸，未添加羟丙基甲基纤维素和氯化钙)相比，所述水凝胶中3700～3000cm-1
的宽频带明显减弱。这是由于在聚丙烯酸和羟丙基甲基纤维素之间的氢键络合过程中，羟基的损失表现为该峰的减弱。此外，由于ca
2+
与羧基负离子的相互作用，本实施例制备的准固态水凝胶中位于1558和1418cm-1
处的峰对比聚丙烯酸水凝胶也相对较弱。
[0115]
图3a是实施例1所述的水凝胶电解质在切断后的状态，图3b是通过物理接触进行自我修复的状态，图3c是自我修复后的状态，观察图可知，愈合区域未见明显缝隙，表明本技术所述水凝胶电解质具有良好的自我修复性能。
[0116]
图4是实施例1-4所述的水凝胶电解质的动态力学性能分析图，证明本技术所述水凝胶电解质的力学性能优异。图示为水凝胶电解质原始力学测试，因超测试量度，所以水凝胶电解质未被拉断。因此在表1中体现的是切断并自愈合后水凝胶电解质的拉伸性能。
[0117]
以实施例2为例，将所述水凝胶电解质连接至含有led小灯泡的线路中，观察所述水凝胶电解质进行伸长、断裂、修复后，对小灯泡亮度的影响。由于其优异的力学性能和离子导电性，led灯泡在拉伸状态下与正常状态相比仍能保持相当的亮度。并且愈合后的水凝胶电解质仍然能使led灯泡恢复起始状态的亮度，说明愈合后的水凝胶电解质拥有和起始相当的离子电导率。
[0118]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局
限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种水凝胶电解质，其特征在于，所述水凝胶电解质包括水凝胶和电解质；所述水凝胶包括丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物、含羟基的纤维素和金属盐聚合和动态交联的产物；所述动态交联的方式包括：所述丙烯酸类化合物和含羟基的纤维素形成分子间氢键，所述金属盐中的金属离子与丙烯酸类化合物中的羧基和/或聚丙烯酰胺类化合物中的氨基形成离子键。2.根据权利要求1所述的水凝胶电解质，其特征在于，所述丙烯酸类化合物包括丙烯酸、聚丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或2-甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述丙烯酰胺类化合物包括丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、芳基丙烯酰胺、或苯丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述金属盐包括钙盐、二价铁盐或三价铁盐中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的水凝胶电解质，其特征在于，以所述丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物的总质量为100份计，所述含羟基的纤维素的质量分数为0-2份，且不等于0份；优选地，以所述丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物的总质量为100份计，所述金属盐的质量分数为0-2份，且不等于0份。4.根据权利要求1-3任一项所述的水凝胶电解质，其特征在于，所述电解质包括硫酸锂、氢氧化钾或硫酸中的任意一种或至少两种的组合。5.一种权利要求1-4任一项所述的水凝胶电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物依次与含羟基的纤维素和碱性溶液混合，再与金属盐和引发剂混合，进行聚合和交联反应，得到所述水凝胶；再将所述水凝胶在电解质溶液中浸泡，得到所述水凝胶电解质。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述含羟基的纤维素的浓度为0-100g/l，且不等于0g/l；优选地，所述丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物与含羟基的纤维素溶液的质量比为(0.5-2):1。7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，将所述金属盐形成金属盐溶液，再进行混合；优选地，所述金属盐溶液的浓度为0-50g/l，且不等于0g/l；优选地，所述引发剂包括过硫酸钾和/或过硫酸铵；优选地，所述引发剂与丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物总质量的比例为1:(30-100)。8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为40-60℃，所述反应的时间为5-30h；优选地，所述水凝胶干燥后再浸泡于电解质溶液；优选地，所述干燥的温度为75-95℃，所述干燥的时间为0.5-3h；优选地，所述电解质溶液包括硫酸锂水溶液、氢氧化钾水溶液或硫酸水溶液中的任意
一种或至少两种的组合；优选地，所述电解质溶液的浓度为0.3-5mol/l。9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物依次与含羟基的纤维素和碱性溶液混合，再与金属盐溶液和引发剂混合，在40-60℃反应5-30h，得到所述水凝胶；(2)将所述水凝胶在75-95℃下干燥0.5-3h，然后在电解质溶液中浸泡，得到所述水凝胶电解质。10.一种电子器件，其特征在于，所述电子器件包括权利要求1-4任一项所述的水凝胶电解质。

技术总结
本发明涉及一种水凝胶电解质及其制备方法和应用，所述水凝胶电解质包括水凝胶和电解质；所述水凝胶包括丙烯酸类化合物和/或丙烯酰胺类化合物、含羟基的纤维素和金属盐聚合和动态交联的产物；所述动态交联的方式包括：所述丙烯酸类化合物和含羟基的纤维素形成分子间氢键，所述金属盐中的金属离子与丙烯酸类化合物中的羧基和/或聚丙烯酰胺类化合物中的氨基形成离子键。本发明所述水凝胶电解质兼具愈合能力强、机械强度高且电性能优异的特点。机械强度高且电性能优异的特点。机械强度高且电性能优异的特点。


技术研发人员：崔彦斌 李文丽 刘姣 张建岭
受保护的技术使用者：中国科学院过程工程研究所
技术研发日：2022.03.23
技术公布日：2023/10/8