钠离子电池的电解质及其制备方法、钠离子电池技术

本发明专利技术提供一种钠离子电池的电解质，按照质量百分比计，所述电解质包括以下组分：电解质溶剂为30～75％、钠盐为7～15％、聚合物为8～12％以及陶瓷粉体为5～55％。本发明专利技术还提供一种钠离子电池以及制备钠离子电池的电解质的方法。本发明专利技术能够提高钠离子电子的安全性能以及循环性能，并改善电解质与电极之间的界面接触。

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池的电解质及其制备方法、钠离子电池
本专利技术涉及钠离子电池领域，具体涉及一种钠离子电池的电解质及其制备方法、钠离子电池。
技术介绍
锂离子电池在手机、笔记本电脑等便携电子产品，以及电动工具、电动自行车、电动汽车中的广泛使用，极大地改变了人们的生活习惯、生产方式。因其具有电压高、能量密度高、能量效率高等优点而有着不可替代的作用。随着电动汽车及大规模储能需求的迅猛增长，对锂的消耗已经且会持续快速增加。然而，锂元素在地壳中的丰度很低，且全球分布极不均匀，将严重制约电动汽车及大规模储能的发展。与锂具有相似物理化学性质的钠在地壳中的含量相对丰富且分布广泛，也具有与锂类似的脱嵌机制，可以实现在电极材料中的可逆循环，金属钠的理论比容量为1166mAh/g，虽然比锂离子电池低，但是可以取代锂离子电池的部分应用场景，如对能量密度要求较低的大规模储能系统，因此钠离子二次电池的研究开发有望在一定程度上缓解锂资源短缺而带来的问题。但是钠与锂的活性不同，适用条件会有所不一样。目前室温下的钠离子电池有使用有机电解液的有机体系和使用水溶液电解液的水体系。水系电解液一般电极范围较低而具有较低的能量密度，而且水系不能使用金属钠作负极；而对于有机系电解液而言，由于金属钠非常活泼，目前的有机溶剂会跟它发生副反应，同时，有机系则存在易挥发、可燃等潜在安全因素。另外，有机系和水系电解液都存钠离子在负极表面不均匀沉积导致枝晶生长，引发电池短路、进一步可能产生燃烧、爆炸等安全问题。采用固态钠离子导体电解质可以缓解枝晶、燃烧爆炸等问题。然而，全固态钠离子导体电解质与电极之间界面接触很差。而且，在充放电循环过程中，会因为电极反复的体积变化而使界面接触越来越差，导致电池性能的衰减。
技术实现思路
鉴于此，有必要提供一种钠离子电池的电解质，能够提高钠离子电子的安全性能以及循环性能，并改善电解质与电极之间的界面接触，本专利技术还提供一种钠离子电池以及一种制备该电解质的方法。本专利技术第一方面提供一种钠离子电池的电解质，按照质量百分比计，所述电解质包括以下组分：电解质溶剂为30～75％、钠盐为7～15％、聚合物为8～12％以及陶瓷粉体为5～55％。在一个优选的实施方案中，所述电解质溶剂包括以下中至少一种：碳酸酯类溶剂和醚类溶剂。在一个优选的实施方案中，所述碳酸酯类溶剂包括以下中至少一种：乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯。在一个优选的实施方案中，所述醚类溶剂包括以下中至少一种：四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、乙二醇二甲醚、二甲氧甲烷、1,2-二甲氧乙烷、二甘醇二甲醚、二乙氧基乙烷。在一个优选的实施方案中，所述钠盐包括以下中至少一种：高氯酸钠、双三氟磺酰亚胺钠、六氟磷酸钠、双(氟磺酰)胺钠中的至少一种。在一个优选的实施方案中，所述聚合物包括以下中至少一种：聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯。在一个优选的实施方案中，陶瓷粉体包括以下中至少一种：SiO2、β″-Al2O3、钠超离子导体、硫基钠离子导体。在一个优选的实施方案中，所述钠超离子导体包括以下中至少一种：NaZr2P3O12、Na4Zr2Si3O12，所述硫基钠离子导体包括以下中至少一种：Na3PS4、Na3SbS4、Na10SnP2S12。本专利技术第二方面提供一种钠离子电池，所述钠离子电池包括负极、正极以及与所述负极和所述正极接触的电解质，所述电解质为所述的钠离子电池的电解质。本专利技术第三方面提供一种制备钠离子电池的电解质的方法，所述方法包括：在20～150℃的温度范围内以及在干燥的气氛中，按照质量百分比计，将电解质溶剂为30～75％、钠盐为7～15％、聚合物为8～12％以及陶瓷粉体为5～55％混合均匀即得到所述钠离子电池的电解质。本专利技术提供的一种钠离子电池的电解质，为固态或者半固态，聚合物与陶瓷粉体的引入可以拓宽电解质的电化学窗口，扩大正极材料的选择范围，比如采用高电压正极，提高电池的能量密度；溶解钠盐后的电解质溶剂所形成的液态电解液与陶瓷粉体够降低聚合物的玻璃转化温度，可提高离子电导率，让电解质在更低的温度下也具有较高的离子电导率，赋予电池更宽工作温度范围的能力，此外，陶瓷粉体与聚合物的加入还可以降低电解质中液态电解液的含量或比例，增加安全性，另外，陶瓷粉体与聚合物引入，可以增加电解质与钠之间的兼容性，或者可以形成稳定的电极-电解质界面膜，因此可以用金属钠作为负极，能明显提高电池能量密度。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，应当说明的是，以下各实施例是为了方便于技术人员理解本专利技术，并不在于限制本专利技术的保护范围，本领域普通技术人员，在不脱离本专利技术的基本构思的前提下，作出的改进，应当属于本专利技术的保护范围。本专利技术提供了一种可以呈现为固态或者半固态的钠离子电池的电解质，按照质量百分比计，所述电解质可以包括以下组分：电解质溶剂为30～75％、钠盐为7～15％、聚合物为8～12％以及陶瓷粉体为5～55％。其中，电解质溶剂优选为：碳酸酯类溶剂和醚类溶剂等，其中，碳酸酯类溶剂优选为乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯，醚类溶剂优选为四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、乙二醇二甲醚、二甲氧甲烷、1,2-二甲氧乙烷、二甘醇二甲醚、二乙氧基乙烷。钠盐优选为：高氯酸钠、双三氟磺酰亚胺钠、六氟磷酸钠、双(氟磺酰)胺钠。聚合物优选为：聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯。陶瓷粉体优选为：SiO2、β″-Al2O3、钠超离子导体、硫基钠离子导体；其中钠超离子导体优选为NaZr2P3O12、Na4Zr2Si3O12，硫基钠离子导体优选为：Na3PS4、Na3SbS4、Na10SnP2S12。本专利技术的聚合物、陶瓷粉体与钠盐、溶剂相互作用，拓宽电解质的电化学稳定窗口，可以得到均匀、稳定的电解质；而且陶瓷粉体以及液态电解液够降低聚合物的玻璃转化温度，利于钠离子的输运，提高离子电导率，让电解质在更低的温度下也具有较高的离子运输能力，此外，陶瓷粉体与聚合物还可以降低溶解有钠盐的液态电解液含量，增加安全性。另外，陶瓷粉体与聚合物的加入，可以电解质与钠之间的兼容性，或者可以形成稳定的电极-电解质界面膜，因此可以用钠作为负极，能明显提高电池能量密度。由于电解液中的有机溶剂具有易挥发、易燃、有毒等特点，添加的聚合物可以将液态电解液包覆在其骨架内，能够降低溶剂的挥发、漏液、燃烧的可能性，降低安全隐患，抑制枝晶生长。由于本专利技术的钠离子电池的电解质中含有一定量的液态电解液，其电导率不低于液态电解液的电导率，也能够容易地浸润多孔电极，能够改善现有的固态钠离子导体电解质与电极之间界面接触差的问题，接触阻抗小。本专利技术提供的钠离子电池的电解质，为固态或者半固态，能兼具现有的固态钠离子导体电解质的优点并克服其存在的缺点，与高能量密度的电极材料匹配性好，降低界面阻抗，有效提升钠离子电池的能量密度和电化学性能，而且还提升了钠离子电池的安全性能。下面提供本专利技术的钠离子电池的电解质及其制备方法的具体实施例。实施例1：本实施例所提供的一种钠离子电池的电解质，按照重量份计，包括30wt％的电解质溶剂、15wt％的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠离子电池的电解质，其特征在于，按照质量百分比计，所述电解质包括以下组分：电解质溶剂为30～75％、钠盐为7～15％、聚合物为8～12％以及陶瓷粉体为5～55％。

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池的电解质，其特征在于，按照质量百分比计，所述电解质包括以下组分：电解质溶剂为30～75％、钠盐为7～15％、聚合物为8～12％以及陶瓷粉体为5～55％。2.根据权利要求1所述的钠离子电池的电解质，其特征在于，所述电解质溶剂包括以下中至少一种：碳酸酯类溶剂和醚类溶剂。3.根据权利要求2所述的钠离子电池的电解质，其特征在于，所述碳酸酯类溶剂包括以下中至少一种：乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯。4.根据权利要求2所述的钠离子电池的电解质，其特征在于，所述醚类溶剂包括以下中至少一种：四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、乙二醇二甲醚、二甲氧甲烷、1,2-二甲氧乙烷、二甘醇二甲醚、二乙氧基乙烷。5.根据权利要求1所述的钠离子电池的电解质，其特征在于，所述钠盐包括以下中至少一种：高氯酸钠、双三氟磺酰亚胺钠、六氟磷酸钠、双(氟磺酰)胺钠中的至少一种。6.根据权利要求1所述的钠离子电池的电解质，其特征在于，所述聚合物包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：康飞宇，杨伟，雷宇，王启迪，秦磊，翟登云，李宝华，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44