钠离子复合固态电解质及其制备方法、电池技术

本发明专利技术提供了一种钠离子复合固态电解质及其制备方法、电池。所述制备方法包括以下步骤：将金属有机骨架化合物浸润在钠电电解液中，得到过程产物，过程产物包括内部充有钠电电解液的金属有机骨架化合物；将过程产物和聚合物溶于有机溶剂中，搅拌得到混合溶液；将混合溶液浇注到模具中，干燥以去除有机溶剂，得到钠离子复合固态电解质。所述钠离子复合固态电解质由上述所述钠离子复合固态电解质制备方法制备得到。所述电池包括上述所述的钠离子复合固态电解质。本发明专利技术的有益效果可包括：制备方法工艺流程简单，不涉及复杂的反应过程，降低了能耗和设备的投资；工艺环节没有“三废”的产生，符合绿色产业理念，对环境友好。对环境友好。对环境友好。

【技术实现步骤摘要】
钠离子复合固态电解质及其制备方法、电池


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，具体来讲，涉及一种钠离子复合固态电解质、一种钠离子复合固态电解质的制备方法和一种电池。

技术介绍

[0002]化学电源是一种将化学能直接转变为电能的装置，己经在人类的文明中走过了两个世纪的发展道路。现阶段开发大规模高效储能技术对于人类有效利用能源、提高生活便利性、推动能源绿色转型、应对极端事件、保障能源安全、促进能源高质量发展、实现“双碳”目标具有重要意义。
[0003]钠离子电池由于钠资源丰富、价格低廉，有望用于大规模储能系统。由于钠金属负极具有较高的质量比容量以及低的电化学电势被视作下一代高能量密度固态钠离子电池的关键负极材料。然而，大多数关于钠电池的研究都基于液态电解液，其易燃、易挥发和易泄露的特点使得钠电池存在不容忽视的安全问题。使用阻燃、不挥发、无泄漏的固态电解质能有效提高安全性。此外，固态电解质具有以下优点：1)高安全性，避免泄漏和可燃性问题的发生，降低电池包封装要求；2)可拓展的电化学窗口；3)高能量密度。因此，固态钠离子电池的开发不仅具有广泛的应用前景，足以引起储能器件与应用的革命性变化，且对国家能源安全战略也有非常重要的作用。
[0004]但是，固态电解质离子导电率低、界面阻抗大。根据使用固态电解质的种类，固态钠离子电池主要可以分为无机固态电解质电池和聚合物电池等。目前，开发性能优越的固态钠离子电池，仍然面临诸多科学与技术挑战，例如，钠枝晶的生长、空间电荷层的形成、界面钝化层的调控以及固态电解质的界面兼容性等问题。因此，开发新型固态电解质对发展高安全性、高能量密度的固态钠电池颇具挑战和意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术目的之一在于提供一种钠离子复合固态电解质的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种钠离子复合固态电解质。本专利技术的又一目的在于提供一种电池。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面在于提供一种钠离子复合固态电解质的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将金属有机骨架化合物浸润在钠电电解液中，得到过程产物，过程产物包括内部充有钠电电解液的金属有机骨架化合物；将过程产物和聚合物溶于有机溶剂中，搅拌得到混合溶液；将混合溶液浇注到模具中，干燥以去除有机溶剂，得到钠离子复合固态电解质。
[0007]在本专利技术的一个示例性实施例中，所述金属有机骨架化合物可为多孔笼状骨架。
[0008]在本专利技术的一个示例性实施例中，所述钠电电解液可包括高氯酸钠、六氟磷酸钠、双三氟甲基磺酰亚胺钠中的一种或多种，和，碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯溶剂中的一种或多种。
[0009]在本专利技术的一个示例性实施例中，所述聚合物可包括聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯
‑
co
‑
六氟丙烯)和聚乙二醇中的一种或多种。
[0010]在本专利技术的一个示例性实施例中，所述有机溶剂可包括丙酮、N，N
‑
二甲基甲酰胺、乙腈和N
‑
甲基吡咯烷酮中的至少一种。
[0011]在本专利技术的一个示例性实施例中，所述钠电电解液的浓度可为0.5mol/L～2mol/L；所述过程产物中钠电电解液的质量百分含量可为0.5％～80％；所述聚合物与所述过程产物质量比可为0.1～0.8:1。例如，钠电电解液的浓度可为1、1.5mol/L；过程产物中钠电电解液的质量百分含量可为20％、40％、60％；聚合物与所述过程产物质量比可为0.2:1、0.5:1、0.7:1。
[0012]在本专利技术的一个示例性实施例中，所述浸润的时间可为1～60min；所述搅拌的时间可为1～24h；所述干燥的温度可为40～100℃，时间可为15～48h。例如，浸润的时间可为20、30、40、50min；搅拌的时间可为2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22h；干燥的温度可为50、60、70、80、90℃；时间可为16、20、24、28、32、36、40、44h。
[0013]本专利技术的另一方面提供了一种钠离子复合固态电解质，所述钠离子复合固态电解质由上述任意一项所述钠离子复合固态电解质制备方法制备得到。
[0014]在本专利技术的一个示例性实施例中，所述钠离子复合固态电解质的厚度可为30μm～100μm。例如，40、50、60、70、80、90μm。
[0015]本专利技术的又一方面提供了一种电池，所述电池包括上述所述的钠离子复合固态电解质。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果可包括以下中的至少一项：
[0017]1)将钠电电解液锁在多孔金属有机骨架化合物的骨架中，获得高离子电导率、安全可靠、成本低廉且界面阻抗小的复合固态电解质；
[0018]2)离子复合固态电解质应用于固态钠离子电池，可减小界面阻抗、降低电池极化、抑制锂枝晶生长，并延长电池的循环寿命，提高电池的电化学性能；
[0019]3)钠离子复合固态电解质的制备方法工艺流程简单，不涉及复杂的反应过程，降低了能耗和设备的投资；
[0020]4)本专利技术的工艺环节没有“三废”的产生，符合绿色产业理念，对环境友好。
附图说明
[0021]图1示出了本专利技术的示例1的X射线衍射图。
[0022]图2示出了本专利技术的示例1的扫描电镜图。
[0023]图3示出了本专利技术的示例1的能谱分析图。
[0024]图4示出了本专利技术的示例1的钠离子复合固态电解质的对称电池循环对比图。
[0025]图5示出了本专利技术的示例1的钠离子复合固态电解质的电化学阻抗谱图对比图。
[0026]图6示出了本专利技术的示例2的钠离子复合固态电解质的对称电池循环图。
[0027]图7示出了本专利技术的示例3的钠离子复合固态电解质的电化学阻抗谱图。
具体实施方式
[0028]在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本专利技术的一种钠离子复合固态
电解质及其制备方法、电池。
[0029]目前，复合固态电解质具有界面阻抗小、循环寿命长、无记忆功能、质轻柔韧和易加工等独特优点，是实现电池微型化和便携化的关键。但是，此类材料的室温离子电导率低、成膜力学性能差、孔隙率高、电化学窗口窄以及与电极间界面相容性差等问题限制了其在固态钠离子电池中的应用。
[0030]开发性能优越的固态钠离子电池，仍然面临诸多科学与技术挑战，例如：较低的离子电导率、较大的界面(电极/固态电解质)阻抗、电极材料体积变化、电极活性材料的低负载、以及循环稳定性差等。在众多挑战之中，亟需解决的一个重要挑战是提高固态电解质离子电导率和柔韧性，抑制钠金属在孔隙处的不均匀沉积。克服这一挑战的关键是能否制备出新型复合固态电解质，提高离子电导率和固
‑
固界面兼容性。
[0031]本专利技术将钠电电解液锁在金属有机骨架化合物的多孔结构中，提高了复合固态电解质的离子电导率，为开发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将金属有机骨架化合物浸润在钠电电解液中，得到过程产物，过程产物包括内部充有钠电电解液的金属有机骨架化合物；将过程产物和聚合物溶于有机溶剂中，搅拌得到混合溶液；将混合溶液浇注到模具中，干燥以去除有机溶剂，得到钠离子复合固态电解质。2.根据权利要求1所述的钠离子复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述金属有机骨架化合物为多孔笼状骨架。3.根据权利要求1所述的钠离子复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述钠电电解液包括高氯酸钠、六氟磷酸钠、双三氟甲基磺酰亚胺钠中的一种或多种，和，碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯溶剂中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的钠离子复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述聚合物包括聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯
‑
co
‑
六氟丙烯)和聚乙二醇中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的钠离子复合固态电解质的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁风，侯敏杰，张涛，向孙祖，张达，雷勇，杨斌，沈可，
申请(专利权)人：江苏风驰碳基新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：