一种钠离子电池固态电解质制造技术

本发明专利技术涉及电化学技术领域，具体为一种钠离子电池固态电解质。本发明专利技术所采用的钠离子电池固态电解质，制备方法简单，成本较低，最佳离子电导率能够达到5.21

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池固态电解质


[0001]本专利技术涉及电化学
，具体为一种钠离子电池固态电解质。

技术介绍

[0002]随着电子通讯设备的广泛普及、电动交通工具的大力推广，以化学电源为代表的新能源产业，凭借着环保便携等一系列优势，逐渐取代传统化石能源，在20世纪以来得到爆发式发展。锂具有相对质量小、离子体积小和氧化还原电势低等优点，使锂离子电池已经成为现今社会最为重要的一种能量储存设备。但是，锂在地球上的储量不高，且其开采成本较高，碳酸锂的开采成本约为6000美元/吨。然而，钠这种元素在地球上的储备量比锂大得多，是地球上储量排名第四的元素，其开采成本较小，碳酸钠主要是通过天然石油来进行提取，天然石油的开采成本约为150美元/吨。
[0003]钠离子电池和锂离子电池在组成上的区别较小，其电池的组件、电化学储存机制都是相同的，仅仅是离子载体有较大的区别。在电极材料方面，锂电池和钠电池的脱嵌原理类似，因此锂电池和钠电池可以使用相似的化合物。然而，由于Na离子半径(0.102nm)比Li(0.069nm)大，钠离子在锂电池用电极材料中脱嵌受到限制，无法保持良好的电化学性能。但是这基本上不影响其电池的理论容量差异，因为在钠离子电池和锂离子电池中的电池容量主要是由电极主体决定的，故可以不用考虑在转换中的能量密度的问题。常规的钠离子电池大体由三部分构成，即：有机电解液、正极、负极。因此一般的钠离子电池有易燃性、容易泄露以及低热稳定性等缺点。针对此类问题，考虑到钠离子电池的长远发展，固体电解质取代有机电解液成为了有效的方案，固体电解质可以为钠离子电池带来更高的稳定性和安全性。因此，开发固态钠离子电池迫切而又必要。
[0004]全固态钠离子电池，指的是所有组成部分均为固态材料的钠离子二次电池。利用固态电解质代替传统钠离子电池中的电解液和隔膜，在极大地缩小电池体积的同时，也能够彻底解决传统钠离子电池热稳定性差、容易泄露等问题，最终得以让钠离子电池保持高能量密度和安全性。全固态钠离子电池和传统的钠离子电池具有接近相似的工作原理。全固态钠离子电池的组成简便于传统的钠离子电池，因为采用高能量密度的固体电解质一方面起到钠离子快速传导的作用，另一方面也可以充当隔膜来避免正负极直接接触造成电池短路失效。而传统的电解液难以拥有类似于固体电解质的高能量密度，同时还需要隔膜来保证电池的正常使用。因此，全固态钠离子电池的组装工艺要比传统的钠离子电池便捷的多，这更加速了全固态钠离子电池的商业化进程。
[0005]上述提到的Na
+
固态电解质中：无机固体电解质具有离子导电性高、电化学窗口宽、安全性和热稳定性高的优点，但也仍面临着电极与电解质界面电阻大、体积变化时电极/电解质界面相容性差、接触面积不足、离子传输途径有限、电解质活性物质配比低等问题。对于Na
+
固态电池来说，除具有优良离子电导率外，在电极/电解质界面上与离子充分接触以及增强界面的机械/结构稳定性是提高电化学性能的关键因素。
[0006]CN 113506910 A公开了一种钠离子复合固态电解质及其制备方法，由复合固态电
解质隔膜和增塑剂组成，增塑剂包括有机液体电解液或二次电池用有机液体电解液对应的溶剂，所述复合固态电解质隔膜由无机填料和有机高分子复合而制得。其基于无机填料和有机高分子简单共混制得的钠离子固态电解质具有良好的热稳定性，但是其所采用的无机填料和有机高分子并不能较好的促进钠离子传输，相对而言，其制得的钠离子固态电解质离子电导率和循环稳定性并不十分令人满意。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供了一种钠离子电池固态电解质，由纳米级导电气凝胶和有机高分子导电浆料组成。
[0008]所述纳米级导电气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)正硅酸四乙酯水解，得到酸性硅溶胶；
[0010](2)改性酸性硅溶胶，得到粗凝胶；
[0011](3)老化并干燥，得到导电气凝胶；
[0012](4)球磨，得到纳米级导电气凝胶。
[0013]优选的，所述纳米级导电气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)正硅酸四乙酯水解，得到酸性硅溶胶；
[0015](2)改性酸性硅溶胶，得到粗凝胶；
[0016](3)老化并干燥，得到导电气凝胶；
[0017](4)球磨，得到纳米级导电气凝胶。
[0018]所述酸性硅溶胶的制备方法为：将正硅酸四乙酯、水混合成溶液，加入络合剂，然后搅拌并用硝酸调节溶液pH值，置于室温下水解，得到酸性硅溶胶；
[0019]所述络合剂为柠檬酸钠、乙二胺四乙酸钠中的至少一种。
[0020]优选的，所述纳米级导电气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)正硅酸四乙酯水解，得到酸性硅溶胶；
[0022](2)改性酸性硅溶胶，得到粗凝胶；
[0023](3)老化并干燥，得到导电气凝胶；
[0024](4)球磨，得到纳米级导电气凝胶。
[0025]所述粗凝胶的制备方法为：将磷酸钠和钨酸钠、水混合搅拌，得到溶液A；将溶液A和步骤(1)制得的酸性硅溶胶混合搅拌，再用氨水调整pH值，搅拌反应，然后凝胶化，得到粗凝胶。
[0026]优选的，所述纳米级导电气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0027](1)正硅酸四乙酯水解，得到酸性硅溶胶；
[0028](2)改性酸性硅溶胶，得到粗凝胶；
[0029](3)老化并干燥，得到导电气凝胶；
[0030](4)球磨，得到纳米级导电气凝胶。
[0031]所述导电气凝胶制备方法为：向粗凝胶中加入丙酮，然后置于40
‑
60℃下老化，过滤取凝胶，经冷冻干燥，得到导电气凝胶。
[0032]优选的，所述纳米级导电气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0033](1)正硅酸四乙酯水解，得到酸性硅溶胶；
[0034](2)改性酸性硅溶胶，得到粗凝胶；
[0035](3)老化并干燥，得到导电气凝胶；
[0036](4)球磨，得到纳米级导电气凝胶。
[0037]所述纳米级导电气凝胶制备方法为：将导电气凝胶用行星式球磨机以500
‑
1000r/min转速球磨制成纳米级导电气凝胶。
[0038]最优的，所述纳米级导电气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0039](1)按质量份计，将20
‑
30份正硅酸四乙酯、70
‑
80份水混合均匀，加入0.5
‑
1份络合剂，然后以100
‑
200r/min转速搅拌并用2
‑
3mol/L的硝酸调节pH值至3.0
‑
4.0，搅拌30min后置于室温下水解1
‑
2h，得到酸性硅溶胶；
[0040](2)按质量份计，将5
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池固态电解质，其特征在于，由纳米级导电气凝胶和有机高分子导电浆料组成。2.如权利要求1所述钠离子电池固态电解质，其特征在于，所述纳米级导电气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)正硅酸四乙酯水解，得到酸性硅溶胶；(2)改性酸性硅溶胶，得到粗凝胶；(3)老化并干燥，得到导电气凝胶；(4)球磨，得到纳米级导电气凝胶。3.如权利要求2所述钠离子电池固态电解质，其特征在于，所述纳米级导电气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)正硅酸四乙酯水解，得到酸性硅溶胶；(2)改性酸性硅溶胶，得到粗凝胶；(3)老化并干燥，得到导电气凝胶；(4)球磨，得到纳米级导电气凝胶；所述酸性硅溶胶的制备方法为：将正硅酸四乙酯、水混合成溶液，加入络合剂，然后搅拌并用硝酸调节溶液pH值，置于室温下水解，得到酸性硅溶胶；所述络合剂为柠檬酸钠、乙二胺四乙酸钠中的至少一种。4.如权利要求2所述钠离子电池固态电解质，其特征在于，所述纳米级导电气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)正硅酸四乙酯水解，得到酸性硅溶胶；(2)改性酸性硅溶胶，得到粗凝胶；(3)老化并干燥，得到导电气凝胶；(4)球磨，得到纳米级导电气凝胶；所述粗凝胶的制备方法为：将磷酸钠和钨酸钠、水混合搅拌，得到溶液A；将溶液A和步骤(1)制得的酸性硅溶胶混合搅拌，再用氨水调整pH值，搅拌反应，然后凝胶化，得到粗凝胶。5.如权利要求2所述钠离子电池固态电解质，其特征在于，所述纳米级导电气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)正硅酸四乙酯水解，得到酸性硅溶胶；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪良仕，杨定武，
申请(专利权)人：深圳市山木新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：