一种固态钠离子电解质及其制备方法以及一种全固态钠电池技术

本发明专利技术提供了一种固态钠离子电解质的制备方法，包括以下步骤：A)将钠盐、引发剂和液态聚合物单体在低水低氧条件下进行搅拌，得到固态钠离子电解质前驱体浆料；B)在紫外光照射下，所述固态钠离子电解质前驱体浆料进行原位聚合反应，得到固态钠离子电解质。本发明专利技术提供的固态钠离子电解质具有高的离子电导率和好的电化学兼容性以及好的柔韧性，能够降低全固态钠电池的内阻并且提高其电化学性能。本发明专利技术提供的固态钠离子聚合物电解质的离子电导率较高，将其组装成固态钠电池，具有低的电池内阻，优异的长循环性能和低的自放电性能。本发明专利技术提供的固态钠离子电解质的制备方法工艺简单、成本低廉、生成效率高，适用于大规模产业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种固态钠离子电解质及其制备方法以及一种全固态钠电池
本专利技术属于钠离子电池
，具体涉及一种固态钠离子电解质及其制备方法以及一种全固态钠电池。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、充放电寿命长、自放电小、无记忆效应小等优点，被认为是最有前途的化学电源。但是，锂资源的匮乏及昂贵的生产成本限制了锂离子电池的发展。钠元素由于地壳中储量丰富，价格低廉，因此钠离子电池收到了研究者的广泛关注。目前传统的钠离子电池多采用液态有机电解质，容易出现漏液、电极腐蚀等问题，在过高温度下，甚至存在燃烧爆炸的危险。为了解决钠离子电池安全性能低的问题，全固态钠电池受到了大家的重视。全固态钠电池用固态的钠离子电解质代替了电解液，而固态电解质强度高，性质稳定，可以在高温下工作，还能有效防止电池内部的短路。此外，发展全固态钠电池可以简化电池结构，降低制作成本。然而，全固态钠电池的发展也受到了一些限制。一方面，室温下固态电解质的离子电导率普遍较低导致电池的倍率性能差；另一方面，电极与电解质间的界面接触不足导致的电子导电性能较差，从而导致了电池的内阻较高。因此，通过对固态电解质进行合理的结构设计和成分优化，是开发高容量长寿命的固态钠电池的关键。目前主流的固态电解质主要包括无机陶瓷固态电解质和聚合物固态电解质。无机陶瓷电解质通常具有较高的离子电导率，但易于与电极发生反应，界面稳定性差，而且加工成本较高；而聚合物电解质通常具有很好的柔韧性能和稳定的界面，易加工和成型，生产成本较低，在固态电池中具有广阔的应用前景，但是其在低温下的钠离子电导率通常较低。在全固态钠电池中，固态钠离子电解质同时充当隔膜的作用，其电导率、稳定性等都直接影响电池的性能。因此，亟需提供一种制备固态钠离子电解质的关键技术，保证该技术既能缩短固态钠离子电解质材料的制备周期，提高电解质的电导率和电池的电化学性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种固态钠离子电解质及其制备方法以及一种全固态钠电池，本专利技术提供的固态钠离子电解质具有高的离子电导率和好的电化学兼容性以及好的柔韧性，能够降低全固态钠电池的内阻并且提高其电化学性能。本专利技术提供了一种固态钠离子电解质的制备方法，包括以下步骤：A)将钠盐、引发剂和液态聚合物单体在低水低氧条件下进行搅拌，得到固态钠离子电解质前驱体浆料；B)在紫外光照射下，所述固态钠离子电解质前驱体浆料进行原位聚合反应，得到固态钠离子电解质。优选的，所述钠盐选自NaFSI、NaTFSI或NaClO4；所述引发剂选自二羟甲基丙酸和二羟甲基丁酸中的一种；所述液态聚合物单体选自二甲基丙烯酸酯和二丙烯酸酯中的一种。优选的，所述液态聚合物单体与钠盐的摩尔比例为(16～22)：1。优选的，所述低水低氧条件中水和氧的含量均低于0.5ppm。优选的，所述原位聚合反应的温度为25～40℃，时间为10～60min。优选的，步骤B)为，将所述电解质前驱体浆料浇铸在基底上，在紫外光照射下进行原位反应聚合，得到固态钠离子电解质，所述基底选自聚四氟乙烯板、电极片、铝箔和铜箔中的一种，所述固态钠离子电解质的厚度为100～200μm。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的固态钠离子电解质，其特征在于，所述电解质的离子电导率为7.1×10-5～8.3×10-4Scm-1。本专利技术还提供了一种全固态钠电池，包括正极、负极和固态钠离子电解质，所述固态钠离子电解质为上述制备方法制备得到的固态钠离子电解质。优选的，所述正极材料为磷酸钒钠、磷酸钛钠、硫酸铁纳、钠离子氟磷酸盐、钠锰氧化物和钠钒氟磷酸盐中的一种；所述负极材料为金属钠、硬碳和二硫化钼中的一种；优选的，将上述全固态钠电池装成软包电池或纽扣电池。与现有技术相比，本专利技术提供了一种固态钠离子电解质的制备方法，包括以下步骤：A)将钠盐、引发剂和液态聚合物单体在低水低氧条件下进行搅拌，得到固态钠离子电解质前驱体浆料；B)在紫外光照射下，所述固态钠离子电解质前驱体浆料进行原位聚合反应，得到固态钠离子电解质。本专利技术提供的固态钠离子电解质具有高的离子电导率和好的电化学兼容性以及好的柔韧性，能够降低全固态钠电池的内阻并且提高其电化学性能。本专利技术提供的固态钠离子聚合物电解质的离子电导率较高，将其组装成固态钠电池，具有低的电池内阻，优异的长循环性能和低的自放电性能。本专利技术提供的固态钠离子电解质的制备方法工艺简单、成本低廉、生成效率高，适用于大规模产业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1中全固态钠电池的结构示意图；图2为本专利技术实施例4中全固态钠电池在60℃下的倍率性能图；图3为本专利技术实施例4中全固态钠电池在60℃下的阻抗图；图4为本专利技术实施例4中全固态钠电池在60℃下的循环性能图。具体实施方式本专利技术提供了一种固态钠离子电解质的制备方法，包括以下步骤：A)将钠盐、引发剂和液态聚合物单体在低水低氧条件下进行搅拌，得到固态钠离子电解质前驱体浆料；B)在紫外光照射下，所述固态钠离子电解质前驱体浆料进行原位聚合反应，得到固态钠离子电解质。本专利技术首先将钠盐、引发剂和液态聚合物单体在低水低氧条件下进行搅拌，得到固态钠离子电解质前驱体浆料。具体包括：首先将钠盐和引发剂加入到不含溶剂的液态聚合物单体中，在低水低氧的手套箱中充分搅拌，得到固态钠离子电解质前的驱体浆料。其中，所述钠盐优选为sodiumbis(fluorosulfonyl)imide(NaFSI)、sodiumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide(NaTFSI)和sodiumperchlorate(NaClO4)中的一种，更优选为sodiumbis(fluorosulfonyl)imide(NaFSI)；所述引发剂优选为二羟甲基丙酸(DMPA)和二羟甲基丁酸(DMBA)中的一种，更优选为二羟甲基丙酸(DMPA)；所述液态聚合物单体优选二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)和二丙烯酸酯(PEGDA)中的一种，更优选为二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)；所述低水低氧条件中水和氧的含量均低于0.5ppm。所述液态聚合物单体与钠盐化合物的摩尔比例优选为(16～22)：1，进一步优选为(18～20)：1，更优选为20:1。接着，在紫外光照射下，所述固态钠离子电解质前驱体浆料进行原位聚合反应，得到固态钠离子电解质。其中，所述紫外光源为紫外光照射灯；所述原位聚合反应的温度为25～40℃，优选为30～35℃，进一步优选为30℃；时间为10～60min，优选为20～50min，进一步优选为20min。在本专利技术的一些具体实施方式中，将所述电解质前驱体浆料浇铸在基底上，在紫外光照射下进行原位反应聚合，得到固态钠离子电解质，所述基底选自聚四氟乙烯板、电极片、铝箔和铜箔中的一种，所述固态钠离子电解质的厚度为100～20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态钠离子电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nA)将钠盐、引发剂和液态聚合物单体在低水低氧条件下进行搅拌，得到固态钠离子电解质前驱体浆料；/nB)在紫外光照射下，所述固态钠离子电解质前驱体浆料进行原位聚合反应，得到固态钠离子电解质。/n

【技术特征摘要】
1.一种固态钠离子电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将钠盐、引发剂和液态聚合物单体在低水低氧条件下进行搅拌，得到固态钠离子电解质前驱体浆料；
B)在紫外光照射下，所述固态钠离子电解质前驱体浆料进行原位聚合反应，得到固态钠离子电解质。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钠盐选自NaFSI、NaTFSI或NaClO4；
所述引发剂选自二羟甲基丙酸和二羟甲基丁酸中的一种；
所述液态聚合物单体选自二甲基丙烯酸酯和二丙烯酸酯中的一种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液态聚合物单体与钠盐的摩尔比例为(16～22)：1。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低水低氧条件中水和氧的含量均低于0.5ppm。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原位聚合反应的温度为25～40℃，时间为10～60min。


6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：余彦，姚霞银，魏振耀，姚雨，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34