一种有机-无机复合固态电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种有机

【技术实现步骤摘要】
一种有机
‑
无机复合固态电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池领域，具体涉及了一种有机
‑
无机复合固态电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钠离子电池具有资源丰富、成本低等优点，在大规模储能等领域有广阔的应用前景。但传统的钠离子电池采用液态电解质，具有易燃易爆等安全隐患，因此发展高安全性能的固态电池成为下一代钠离子电池的研究重点。
[0003]固态电池采用固态电解质，主要包括无机固态电解质和聚合物固态电解质，可有效抑制钠枝晶生长并提升电池的能量密度。其中，聚合物固态电解质具有加工性能好、对钠稳定性高等优点，但其离子电导率普遍较低；无机固态电解质具有高离子导电率、宽电化学窗口，但其机械性能较差。而有机
‑
无机复合固态电解质，将两者的优点结合起来，可兼顾加工性能、机械性能、离子导电率和电化学稳定性，进而使得固态钠离子电解质的综合性能得到有效提升；如专利CN108232293A将锂盐、锂快离子导体和丙烯酸酯材料混合得到有机
‑
无机复合固态电解质，该复合电解质用于固态锂电池具有较低的阻抗和较高的容量发挥。专利CN201910284401.7专利技术芳纶纳米纤维/聚合物基体/锂(钠)盐复合固态电解质，可用于锂/钠离子电池。
[0004]目前无机钠离子固态电解质主要有Al2O3、NASICON材料、硫化物、二氧化硅等，但上述材料或采用高温固相合成，工艺成本较高，或在室温下具有较低的离子电导率，进而影响复合材料的离子电导率。因此，有必要采用提供一种新型的有机
‑
无机复合固态电解质。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种有机
‑
无机复合固态电解质及其制备方法和应用，解决现有技术有机
‑
无机复合固态电解质中采用的无机钠离子固态电解质材料成本较高，所得电解质离子电导率较低的技术问题。
[0006]为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种有机
‑
无机复合固态电解质：
[0007]原料包括聚合物单体、钠盐、交联剂、增塑剂以及麦烃硅钠石，其中，聚合物单体和钠盐中Na
+
的摩尔比为(8～20):1，交联剂用量为聚合物单体质量的1～10％，增塑剂用量为聚合物单体质量的10～20％；麦烃硅钠石的用量为聚合物单体、钠盐、交联剂和增塑剂总质量的1～10％。
[0008]进一步地，聚合物单体为氧化乙烯。
[0009]进一步地，钠盐为NaClO4、NaPF6、NaClO3、三氟甲基磺酸钠、双氟磺酰亚胺钠或双三氟甲烷磺酰亚胺钠。
[0010]进一步地，交联剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯或聚苯胺；增塑剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、N,N－二甲基甲酰胺、聚乙二醇或丁二腈。
[0011]进一步地，麦烃硅钠石采用水热法合成。
[0012]如上有机
‑
无机复合固态电解质的制备方法的技术方案是：包括以下步骤：
[0013]将聚合物单体和钠盐溶解于溶剂中，再加入交联剂、增塑剂和麦烃硅钠石混合均匀，得到混合溶液，将混合溶液进行浇筑并烘干得到有机
‑
无机复合固态电解质。
[0014]进一步地，溶剂为水或乙腈。
[0015]进一步地，混合溶液浇筑在刚性支撑材料上，所述刚性支撑材料采用聚四氟乙烯、聚乙烯、玻璃或多孔ZrO2布。
[0016]进一步地，烘干温度为75～85℃。
[0017]如上有机
‑
无机复合固态电解质在固态钠离子电池中的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0019]本专利技术有机
‑
无机复合固态电解质由聚合物和层状麦烃硅钠石复合而成，其厚度为10
‑
200微米，25℃离子电导率可达2.2～2.42
×
10
‑3S/cm，电化学窗口大于4.6V。它不仅具有聚合物电解质的柔韧性以及易加工性，而且具有无机电解质优良的化学稳定性，宽的电化学窗口，因此在全电池中表现出良好的界面稳定性和动力学性能。而且层状麦烃硅钠石具有较高的刚度，因此在固态钠离子电池中进行应用，能够抑制钠枝晶对聚合物电解质的刺穿，避免电池短路，从而提升电池的安全性能。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1水热合成的麦羟硅钠石的XRD图谱；
[0021]图2是本专利技术实施例1水热合成的麦羟硅钠石的SEM照片；
[0022]图3是本专利技术实施例1得到的PEO/硅钠石复合电解质的照片；
[0023]图4是本专利技术实施例1得到的PEO/硅钠石复合电解质的弯折照片；
[0024]图5是本专利技术实施例1和对比例1得到的PEO/硅钠石复合电解质的对称电池循环曲线；
[0025]图6是本专利技术实施例1和对比例2中PEO/硅钠石和PEO/SiO2复合电解质组装的普鲁士蓝/钠金属电池在0.2C电流下的充放电曲线(1C＝170mA/g)；
[0026]图7是本专利技术实施例1和对比例2中PEO/硅钠石和PEO/SiO2复合电解质组装的普鲁士蓝/钠金属电池在2C电流下的充放电曲线(1C＝170mA/g)。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]本专利技术有机
‑
无机复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0029]S1：采用水热法合成麦烃硅钠石。
[0030]S2：将氧化乙烯(EO)材料和钠盐溶解于溶剂中，得到溶液A。
[0031]其中钠盐优选为NaClO4、NaPF6、NaClO3、三氟甲基磺酸钠(NaTf)、双(氟磺酰)亚胺钠(NaFSI)、双(三氟甲烷磺酰)亚胺钠(NaTFSI)等；溶剂为水或乙腈等。其中EO和Na
+
的摩尔比优选为8:1～20:1。
[0032]S3：在上述溶液A中加入交联剂和增塑剂，搅拌均匀，得到溶液B。
[0033]其中交联剂优选为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯胺(PANI)等；增塑剂优选为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、N,N－二甲基甲酰胺(DMF)、聚乙二醇(PEG)、丁二腈等。其中交联剂在EO中的质量比例优选为1～10％；增塑剂在EO中的质量比例优选为10～20％。
[0034]S4：向上述溶液B中加入麦烃硅钠石(Na2Si
14
O
29
)，其在固态电解质原料中的质量比例为1～10％，超声或搅拌使之分散均匀，得到溶液C。其中，固态电解质原料是指EO、钠盐、交联剂和增塑剂，即麦烃硅钠石的质量占上述四种原料总质量的1～10％。
[0035]S5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机
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无机复合固态电解质，其特征在于，原料包括聚合物单体、钠盐、交联剂、增塑剂以及麦烃硅钠石，其中，聚合物单体和钠盐中Na
+
的摩尔比为(8～20):1，交联剂用量为聚合物单体质量的1～10％，增塑剂用量为聚合物单体质量的10～20％；麦烃硅钠石的用量为聚合物单体、钠盐、交联剂和增塑剂总质量的1～10％。2.根据权利要求1所述的有机
‑
无机复合固态电解质，其特征在于，聚合物单体为氧化乙烯。3.根据权利要求1所述的有机
‑
无机复合固态电解质，其特征在于，钠盐为NaClO4、NaPF6、NaClO3、三氟甲基磺酸钠、双氟磺酰亚胺钠或双三氟甲烷磺酰亚胺钠。4.根据权利要求1所述的有机
‑
无机复合固态电解质，其特征在于，交联剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯或聚苯胺；增塑剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、N,N－二甲基甲酰胺、聚乙二醇或丁二腈。5.根据权利要求1所述的有机
‑
无机复合固...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡敏，刘长来，夏诗忠，汤菲，聂斌斌，陈念，
申请(专利权)人：骆驼集团武汉光谷研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：