一种固态钠电池电解质及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及电池技术，具体的说是一种固态钠电池电解质及其制备和应用。电解质为碳酸酯类聚合物，钠盐及多孔支撑材料；其厚度为20-600μm；离子电导率为1×10-5S/cm-1×10-3S/cm；电化学窗口大于3.6V。制备为将碳酸酯类聚合物、钠盐按照一定比例溶于溶剂中，在多孔支撑材料上制膜，再经真空干燥，得到固态聚合物电解质材料。本发明专利技术所组装的固态钠电池倍率性能良好，具有优异的长循环稳定性能；不添加任何电解液，安全性高；主体材料为碳酸酯类聚合物，价格便宜，成本低廉；且该固态聚合物电解质材料制备简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池技术，具体的说是一种固态钠电池电解质及其制备和应用。
技术介绍
在储能行业，锂离子电池在过去的二十年中取得了突飞猛进的发展。然而，有限的锂资源将成为制约锂离子电池发展的因素之一。相比于稀缺的锂元素，含量丰富的钠元素使钠电池(包括钠离子电池)成为研究的热点。同锂离子电池相比，钠离子电池是指钠离子能够在电池电极之间传递并发生嵌入脱出实现充放电的装置。钠电池的正极材料常用磷酸钒钠，磷酸铁钠，钠离子氟磷酸盐，钠钒氟磷酸盐，钠铁氟磷酸盐，钠锰氧化物，钠钴氧化物。负极材料常常采用金属钠，硬碳，钠钛氧化物，镍钴氧化物，氧化锑，锑碳复合材料，锡锑复合材料，对苯二甲酸钠，锂钛氧化物，钠锂钛氧化物等，电解液以液态电解液为主。到目前为止，钠电池所用钠盐包括：六氟磷酸钠、高氯酸钠、双草酸硼酸钠、二氟草酸硼酸钠或三氟甲磺酸钠，液态钠电池所用碳酸酯溶剂，如碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯以及他们的混合溶剂。可是，液态电解液易挥发，在钠电池工作过程中易分解产生气体，容易引发钠电池的燃烧、爆炸。并且液态电解质电池对外壳有一定的要求。解决钠电池电解液问题，不仅可以解决钠电池的安全性问题，还可以使钠离子电池取代锂电池而得到广泛使用。CN103715449A公开了一种钠离子电池系统，所述负极活性物质是具有Na2Ti6O13结晶相的活性物质，所述负极活性物质层含有为导电材料的碳材>料，所述充电控制部将所述负极活性物质的电位控制得高于将Na离子不可逆地插入到所述碳材料的电位。CN103985851A公开了一类钠离子电池正极材料及包括该正极材料的钠离子电池。一种钠离子电池正极材料，包括导电添加剂和Na3-xM2LO6，其中0≤x＜2；M为Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、V、Cr中的一种或几种；L为Sb、Te、Nb、Bi、P中的一种或几种。其优点是：储钠容量高，稳定性好和倍率性能优良，具有很高的能量密度和功率密度；所组装的钠离子电池具有十分优异的循环稳定性，而且绿色清洁，安全环保，成本低廉，是一种十分优异的电化学储能体系；且正极材料的制备方法十分简单，原料廉价易得。CN103123981A专利技术公开了一种含有双氟磺酰亚胺钠的非水有机电解质，包括：电解质盐和有机溶剂，其中，所述电解质盐为双氟磺酰亚胺钠。以上专利对钠离子电池负极材料、正极材料和液态电解质做出了相关报道，可是，关于安全性能更加优异的固态聚合物钠电池的专利却不多。常用的锂离子电池用的聚合物电解质基体主要为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈，而上述基体因为离子电导率低、放电比容量低等问题，难以在钠电池中得到推广。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种固态钠电池电解质及其制备和应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种固态钠电池电解质，电解质为碳酸酯类聚合物，钠盐及多孔支撑材料；其厚度为20-600μm；离子电导率为1×10-5S/cm-1×10-3S/cm；电化学窗口大于3.6V。所述钠盐为六氟磷酸钠、高氯酸钠、双草酸硼酸钠、二氟草酸硼酸钠、三氟甲磺酸钠中的一种或几种；钠盐在电解质中的质量分数为5％-50％；所述碳酸酯类聚合物具有如通式1所示的结构：通式1其中，a的取值是1-10000，b的取值是1-10000。R1为：R2为：上述取代基中X为氟，苯基，羟基或磺酸钠，其中m1的取值是0-2，n1的取值是0-2，且m1与n1不同时为0；m2的取值是0-2，n2的取值是0-2，且m2与n2不同时为0；m3的取值是0-2，n3的取值是0-2，且m3与n3不同时为0；碳酸酯类聚合物在电解质中的质量分数为5％-90％；多孔支撑材料为纤维素无纺膜、玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET薄膜)、聚酰亚胺无纺膜中的一种或几种。优选的技术方案为：碳酸酯类聚合物为聚碳酸亚丙酯或聚碳酸亚乙酯；碳酸酯类聚合物在电解质中的优选质量分数为：40％-90％；钠盐为高氯酸钠或三氟甲磺酸钠；钠盐在电解质中的优选质量分数为5％-30％；多孔支撑材料为纤维素无纺膜或玻璃纤维。更优选的技术方案为：碳酸酯类聚合物为聚碳酸亚丙酯；碳酸酯类聚合物在电解质中的优选质量分数为：60％-80％；钠盐为高氯酸钠；钠盐在电解质中的优选质量分数为15％-30％；多孔支撑材料为纤维素无纺膜。一种固态钠电池电解质的制备方法：1)取碳酸酯类聚合物溶于溶剂中搅拌；2)将钠盐溶于上述溶液中，而后密封、搅拌直至形成均匀溶液；3)取上述溶液均匀浇筑在多孔支撑材料上，在60-80℃环境中干燥，即得固态电解质。所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、乙腈、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四氢呋喃、二甲基亚砜、环丁砜、亚硫酸二甲酯或亚硫酸二乙酯；所述碳酸酯类聚合物具有如通式1所示的结构：通式1其中，a的取值是1-10000，b的取值是1-10000。R1为：R2为：上述取代基中X为氟，苯基，羟基或磺酸钠，其中m1的取值是0-2，n1的取值是0-2，且m1与n1不同时为0；m2的取值是0-2，n2的取值是0-2，且m2与n2不同时为0；m3的取值是0-2，n3的取值是0-2，且m3与n3不同时为0；碳酸酯类聚合物在电解质中的质量分数为5％-90％；多孔支撑材料为纤维素无纺膜、玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET薄膜)、聚酰亚胺无纺膜中的一种或几种。优选的技术方案为：碳酸酯类聚合物为聚碳酸亚丙酯或聚碳酸亚乙酯；碳酸酯类聚合物在电解质中的优选质量分数为：40％-90％；钠盐为高氯酸钠或三氟甲磺酸钠；钠盐在电解质中的优选质量分数为5％-30％；多孔支撑材料为纤维素无纺膜或玻璃纤维。更优选的技术方案为：碳酸酯类聚合物为聚碳酸亚丙酯；碳酸酯类聚合物在电解质中的优选质量分数为：60％-80％；钠盐为高氯酸钠；钠盐在电解质中的优选质量分数为15％-30％；多孔支撑材料为纤维素无纺膜。一种固态钠电池电解质的应用，所述固态钠电池电解质在制备固态钠电池中的应用。一种固态钠电池，包括正极，负极，介于正负极之间的电解质，其特征在于：所述电解质为固体聚合物电解质；电解质为碳酸酯类聚合物，钠盐及其支撑材料；其厚度为20-600μmμm；离子电导率为1×本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态钠电池电解质，其特征在于：电解质为碳酸酯类聚合物，钠盐及多孔支撑材料；其厚度为20‑600μm；离子电导率为1×10‑5S/cm‑1×10‑3S/cm；电化学窗口大于3.6V。

【技术特征摘要】
1.一种固态钠电池电解质，其特征在于：电解质为碳酸酯类聚合物，钠
盐及多孔支撑材料；其厚度为20-600μm；离子电导率为1×10-5S/cm-1
×10-3S/cm；电化学窗口大于3.6V。
2.按权利要求1所述的固态钠电池电解质，其特征在于：所述钠盐为六
氟磷酸钠、高氯酸钠、双草酸硼酸钠、二氟草酸硼酸钠、三氟甲磺酸钠中
的一种或几种；钠盐在电解质中的质量分数为5％-50％；
所述碳酸酯类聚合物具有如通式1所示的结构：
通式1
其中，a的取值是1-10000，b的取值是1-10000；
R1为：
R2为：
上述取代基中X为氟，苯基，羟基或磺酸钠，其中m1的取值是0-2，
n1的取值是0-2，且m1与n1不同时为0；m2的取值是0-2，n2的取值是
0-2，且m2与n2不同时为0；m3的取值是0-2，n3的取值是0-2，且m3与
n3不同时为0；碳酸酯类聚合物在电解质中的质量分数为5％-90％；
多孔支撑材料为纤维素无纺膜、玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜
(PET薄膜)、聚酰亚胺无纺膜中的一种或几种。
3.一种权利要求1所述的固态钠电池电解质的制备方法，其特征在于：
1)取碳酸酯类聚合物溶于溶剂中搅拌；
2)将钠盐溶于上述溶液中，而后密封、搅拌直至形成均匀溶液；
3)取上述溶液均匀浇筑在多孔支撑材料上，在60-80℃环境中干燥，即得
固态电解质。
4.按权利要求3所述的固态钠电池电解质的制备方法，其特征在于：
所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、乙腈、碳酸
丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四氢呋喃、
二甲基亚砜、环丁砜、亚硫酸二甲酯或亚硫酸二乙酯；
所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔光磊，张建军，柴敬超，岳丽萍，赵江辉，刘志宏，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37