本发明涉及一种聚合物电解质材料，具体涉及一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料及其制备方法和应用，属于固态电解质。
背景技术：
1、随着时代的发展，二次电池广泛应用于消费电子，电动汽车及规模储能系统，但现有的二次电池中，普遍采用液态电解质，在充放电过程中，具有副反应严重，枝晶不可逆生长，容易引起短路、起火甚至爆炸等问题。针对上述问题，采用固态聚合物电解质代替液态电解质是目前解决电池安全性问题的有效措施。相较于液态电解质，固态电解质由于无流动相，可从根本上解决离子迁移过程中所导致的枝晶生长问题，可大幅提高电池工作电流及工作温度，进一步的，还可以大幅延长电池的循环性和使用寿命。
2、现有技术当中固态电解质多采用氧化物或硫化物，在适配高必能负极如硅负极和锂金属负极时，界面反应难以控制，严重时甚至影响电池的循环性能，且在使用过程中，为了提高电解质的运行压力，固态电解质层厚度较大，无法体现出其能量密度的优势。
3、中国专利（cn117878396a）公开了一种原位聚合的聚合物基固态电解质膜及其制备方法，将聚合物单体和快离子导体溶解于有机试剂中，得到混合溶液a；将有机离子液体和电解质盐溶解于有机试剂中，得到混合溶液b；混合溶液a和b混合，得到聚合物电解质层浆料；将聚合物电解质层浆料与多孔基体复合，原位聚合并固化，得到聚合物基固态电解质膜。然而，该技术方案一方面需要依靠快离子导体提高电解质弹性和导电率，另一方面还需要通过多孔基体提高电解质的力学性能，虽然其所得电解质的离子电导率为0.53×10-3 scm-1，但其仍无法满足固态电池对电解质的要求，需要进一步的改良和提升。
4、天冬聚脲具备优异的机械性能以及耐化学腐蚀性能，提高电池运行的循环稳定性，可作为聚合物电解质基体使用。然而天冬聚脲基固态聚合物电解质室温下离子电导率偏低，而且固态电解质/电极界面接触不稳定引起的界面阻抗增大，导致在钠金属或钠离子固态电池中的电化学性能不佳。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料，该电解质采用天冬聚脲基体作为骨架，基于其优异的机械性能和耐腐蚀性能，可以有效抑制电池在充放电过程中枝晶的生长，提高电池的循环寿命；同时，天冬聚脲内部含有聚醚胺结构软链，能够与金属离子发生络合作用，提高材料的离子导电性。
2、本发明的第二个目的在于提供一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料的制备方法，该方法采用原位聚合工艺，相比于传统的聚合物电解质制备工艺，原位聚合工艺不仅可以有效改善电解质/电极界面接触问题，增加了界面相容性，同时，还具备工艺简单、能耗降低，成本低廉等优点，适合规模化生产。
3、本发明的第三个目的在于提供一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料的应用，作为固态电解质制备二次电池。该聚合物电解质采用液态电解液作为增塑剂，保证离子在充放电过程中可以于溶胀相中快速传递，显著提高了天冬聚脲基聚合物电解质的离子电导率，有效解决了现有技术当中全固态聚合物电解质的离子电导率较低，无法满足在固态电池中的应用的问题。
4、为了实现上述技术目的，本发明提供了一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料，其特征在于：由包含聚天门冬氨酸酯、异氰酸酯固化剂和电解液在内的原料原位聚合反应所得；
5、所述聚天门冬氨酸酯中的氨基基团与异氰酸酯固化剂中的异氰酸酯基团的摩尔比为1:0.8~1.2；
6、所述聚天门冬氨酸酯与电解液的质量比为1:1~2；
7、所述电解液包含钠盐、溶剂和添加剂；
8、所述溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和丁二腈中的至少一种。
9、作为一项优选的方案，所述聚天门冬氨酸酯由聚醚胺和马来酸二乙酯组成。
10、作为一项优选的方案，所述聚天门冬氨酸酯的结构式如下所示：
11、式1：
12、；
13、其中，10≤y≤40，3≤x+z≤8。
14、作为一项优选的方案，所述异氰酸酯固化剂为hdi三聚体、ipdi三聚体和ipdi单体中的至少一种。
15、作为一项优选的方案，所述电解液中钠盐的浓度为1~3mol/l。
16、作为一项优选的方案，所述钠盐为六氟磷酸钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠和双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠中的至少一种。
17、作为一项优选的方案，所述添加剂为氟代碳酸乙烯酯。
18、作为一项优选的方案，所述添加剂占溶剂的体积百分比为3~10%。
19、本发明还提供了一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料的制备方法，将聚天门冬氨酸酯和异氰酸酯固化剂依次加入至电解液中，充分混合后得前驱体溶液，再加热进行原位聚合反应，即得。
20、作为一项优选的方案，所述电解质材料的制备过程于保护气氛下进行。
21、作为一项优选的方案，所述保护气氛为氮气和/或氩气。
22、作为一项优选的方案，所述原位聚合反应于电池内部进行，其条件为：温度为50~70℃，时间为24~72h。
23、本发明还提供了一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料的应用，作为固态电解质制备二次电池。
24、相对于现有技术，本发明技术方案的有益技术效果为：
25、1）本发明所提供的天冬聚脲基原位聚合物电解质采用天冬聚脲基体作为骨架，基于其优异的机械性能和耐腐蚀性能，可以有效抑制电池在充放电过程中枝晶的生长，提高电池的循环寿命；同时，天冬聚脲内部含有聚醚胺结构软链，能够与金属离子发生络合作用，提高材料的离子导电性。
26、2）本发明所提供的制备方法中，采用原位聚合工艺，相比于传统的聚合物电解质制备工艺，原位聚合工艺不仅可以有效改善电解质/电极界面接触问题，增加了界面相容性，同时，还具备工艺简单、能耗降低，成本低廉等优点，适合规模化生产。
27、3）本发明所提供的技术方案中，液态电解液中基于钠盐、添加剂和小分子增塑剂溶剂之间的协同作用，一方面可以高效溶解树脂和固化剂，保证了天冬聚脲原位电解质各组分之间的均匀分布；另一方面，还有效保证离子在充放电过程中可以于溶胀相中快速传递，显著提高了天冬聚脲基聚合物电解质的离子电导率，所得电解质的离子电导率可达1.34×10-3 s cm-1，有效解决了现有技术当中全固态聚合物电解质的离子电导率较低，无法满足在固态电池中的应用的问题。
1.一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料，其特征在于：由包含聚天门冬氨酸酯、异氰酸酯固化剂和电解液在内的原料原位聚合反应所得；
2.根据权利要求1所述的一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料，其特征在于：所述聚天门冬氨酸酯由聚醚胺和马来酸二乙酯组成。
3.根据权利要求1所述的一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料，其特征在于：所述异氰酸酯固化剂为hdi三聚体、ipdi三聚体和ipdi单体中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料，其特征在于：所述电解液中钠盐的浓度为1~3mol/l。
5.根据权利要求1所述的一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料，其特征在于：所述钠盐为六氟磷酸钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠和双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料，其特征在于：所述添加剂为氟代碳酸乙烯酯；所述添加剂占溶剂的体积百分比为3~10%。
7.权利要求1~6任意一项所述的一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料的制备方法，其特征在于：将聚天门冬氨酸酯和异氰酸酯固化剂依次加入至电解液中，充分混合后得前驱体溶液，再加热进行原位聚合反应，即得。
8.根据权利要求7所述的一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料的制备方法，其特征在于：所述电解质材料的制备过程于保护气氛下进行；所述原位聚合反应于电池内部进行，其条件为：温度为50~70℃，时间为24~72h。
9.权利要求1~6任意一项所述的一种天冬聚脲基原位聚合物电解质材料的应用，其特征在于：作为固态电解质制备二次电池。
