一种具有光固化电解质涂层的钠离子电池极片和钠离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种具有光固化电解质涂层的钠离子电池极片和钠离子电池，在负极上设有电解质组合物经紫外光固化形成的电解质膜层，其由巯基双封端聚乙二醇、烯烃双封端聚硅氧烷、交联剂、光引发剂、钠盐、无机固态电解质等制成，本发明专利技术特别适合制备钠离子双极性电池，采用双极性基片层叠的方式制备。光固化电解质膜层在室温下30s内即可完全固化，可进一步获得10

【技术实现步骤摘要】
一种具有光固化电解质涂层的钠离子电池极片和钠离子电池


[0001]本专利技术涉及固态电解质膜领域，具体地说涉及一种具有光固化电解质涂层的钠离子电池极片和钠离子电池。

技术介绍

[0002]大量研究表明，液态电解质参与了电池热失控过程的大部分反应，并极大降低了电池的初始反应温度，也就是让热失控的门槛变得更低。所以提髙电解质安全性是实现电池安全的最有效方法之一。液态电解质的物理特性决定了其始终无法避免泄露，同时也不利于缩小电池体积从而提髙能量密度，因此为了提高能量密度和安全性，电解质的固态化就成了趋勢。固态电池不仅安全性更高，还可实现先串并联后组装，减少了封装壳体用料，PACK设计大幅简化，这也提高了电池成组后的能量密度。
[0003]目前制备固态电解质膜的方法有原位热聚合方法。这种方法制备的固态电解质膜厚度不可控，在极片表面的均匀性也不能控制，聚合成膜反应时间比较长。
[0004]钠离子电池是通过正负极片多层叠加或正负极卷绕以实现不同容量。叠片和卷绕结构的极耳宽度远小于极片宽度，正负极片的电流汇流集中于极耳处，过大的电流导致此处温度上升，甚至发生极耳熔断。为保证有足够的极耳截面积来满足承载电流的设计，因此无法使用更薄的正负极集流体，致使钠离子电池充放电性能无法得到有效提升。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种具有快速光固化性能，同时具备优秀成膜性和离子电导率的钠离子电池极片；本专利技术还有一个目的是提供利用前述电池极片制备获得的固态钠离子电池。
[0006]技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术的一种具有光固化电解质涂层的钠离子电池极片，其极片负极上设有电解质组合物经紫外光固化形成的电解质膜层，所述电解质组合物包括：巯基双封端聚乙二醇、烯烃双封端聚硅氧烷、交联剂、光引发剂、钠盐、无机固态电解质和溶剂。
[0007]本专利技术提供的巯基双封端聚乙二醇、烯烃双封端聚硅氧烷、交联剂形成的紫外光固化聚合物基于巯基
‑
烯Click点击化学(Click chemistry)反应，该反应最早由美国化学家K.Barry Sharpless于2001年提出，以光引发剂作为催化剂，在光照或加热条件下裂解形成自由基，自由基夺取巯基上的氢原子，产生巯基自由基，进攻烯基的碳碳双键，使活性中心转移，产生烷基自由基，烷基自由基又会夺取其他巯基的氢原子，再次产生巯基自由基，进入循环。目前该反应主要应用在生物工程和电子元器件材料工程，未见在电化学材料领域应用。
[0008]其中，巯基双封端聚乙二醇优选为直链型HS
‑
PEG
‑
SH，平均分子量为200
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1000Da，更优选的分子量范围是400
‑
800Da；烯烃双封端聚硅氧烷的端部烯基为C2
‑
C4的直链或直链烯基，优选为乙烯基双封端的聚硅氧烷，如式I所述化合物，平均分子量为300
‑
700Da，更优
选的分子量范围是400
‑
600Da，式中的聚合度x可根据分子量计算得出。
[0009][0010]乙烯基双封端的聚硅氧烷Si
‑
O键的旋转势能低，对硅原子连有的侧基转动位阻小，具有较高的柔韧性，链段运动能力强，特别有利于钠离子的传导。但是Si
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O键的极性较低，自身溶解钠盐和络合钠离子的能力较弱，成膜性和力学性能不足。本专利技术通过和巯基双封端聚乙二醇发生共聚反应显著改善了聚硅氧烷的钠盐溶解能力和成膜性，通过交联剂使光固化反应物快速形成C
‑
S键，提高复合膜的力学性能。通过进一步控制分子量提供有利于涂覆加工的电解质组合物，并在期望的范围内尽可能提高光固化速率。而且向组合物中添加无机电解质复合可以进一步提高钠离子电导率。
[0011]进一步地，所述交联剂协助长链发生连锁的巯基
‑
乙烯Click反应，在光引发剂的作用下形成聚合物，优选为多巯基封端或多乙烯基封端化合物，有利于显著提高光固化效率和膜力学性能。这些化合物选自包括但不限于四巯基丙酸季戊四醇酯、三羟甲基丙烷三(3
‑
巯基丙酸)酯、四甲基丙烯酸季戊四醇酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯的任意一种或多种的组合，优选四巯基丙酸季戊四醇酯或四甲基丙烯酸季戊四醇酯。巯基双封端聚乙二醇、烯烃双封端聚硅氧烷、交联剂的全部巯基和全部乙烯基摩尔比为1:1。
[0012]进一步地，所述钠盐包括六氟磷酸钠、高氯酸钠、单氟或多氟取代甲磺酸钠、双草酸硼酸钠、二氟草酸硼酸钠的任意一种或多种的组合。优选采用六氟磷酸钠或高氯酸钠。所述钠盐的加入量为交联聚合物总重的10
‑
50wt％，优选的范围是20
‑
50wt％。
[0013]进一步地，所述无机固态电解质包括Na
‑
β
″‑
Al2O3、NASICON型钠离子导体、硫化物型钠离子导体的任意一种或多种的组合。优选地，所述无机固态电解质选自Na
‑
β
″‑
Al2O3或NASICON型钠离子导体。所述无机固态电解质的加入量为组合物总重的10
‑
80wt％，优选的范围是25
‑
55wt％。
[0014]进一步地，所述光引发剂选自包括但不限于安息香、安息香二甲醚、二苯甲酮、2,4
‑
二羟基二苯甲酮、2
‑
羟基
‑2‑
甲基苯丙酮、二苯基乙酮的任意一种或多种的组合。优选用安息香二甲醚或2,4
‑
二羟基二苯甲酮。所述光引发剂的加入量为交联聚合物总重的1
‑
4％。
[0015]进一步地，所述溶剂选自包括但不限于四氢呋喃、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、氟代碳酸乙烯酯、丙酮、乙酸乙酯中的任意一种或多种的组合。优选采用四氢呋喃、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯的任意一种。溶剂的添加量一般为100
‑
300％，按组合物中固含物质量为100％计算。
[0016]在上述电解质组合物的基础上，本领域技术人员还可以根据需要向体系中加入助剂，所述助剂可以是分散剂、成膜剂、成膜柔性改善剂、消泡剂、润湿剂的任意一种或多种的组合。加入的助剂占光固化单体和交联剂所形成聚合物总重的0
‑
5％。
[0017]本专利技术的组合物是将巯基双封端聚乙二醇、烯烃双封端聚硅氧烷、交联剂、光引发剂、钠盐、无机固态电解质和溶剂搅拌、分散均匀备用。
[0018]所述电解质组合物用于涂覆在极片负极浆料涂层表面，可替代现有原位热聚合方
法获得的隔膜和电解液或商业多孔隔膜。本专利技术特别适用于钠离子双极性极片，相比锂离子电池，钠离子电池正负极都可以使用成本低和性能较好的铝集流体。所述极片包括集流体、设于所述集流体一侧的正极浆料层、设于集流体另一侧的负极浆料层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光固化电解质涂层的钠离子电池极片，其特征在于：极片负极上设有电解质组合物经紫外光固化形成的电解质膜层，所述电解质组合物包括：巯基双封端聚乙二醇、烯烃双封端聚硅氧烷、交联剂、光引发剂、钠盐、无机固态电解质和溶剂。2.根据权利要求1所述的一种具有光固化电解质涂层的钠离子电池极片，其特征在于，所述巯基双封端聚乙二醇的平均分子量为200
‑
1000Da。3.根据权利要求1所述的一种具有光固化电解质涂层的钠离子电池极片，其特征在于：所述烯烃双封端聚硅氧烷的平均分子量为300
‑
700Da。4.根据权利要求1所述的一种具有光固化电解质涂层的钠离子电池极片，其特征在于：所述交联剂包括乙烯封端和/或巯基封端的小分子碳基化合物，所述巯基双封端聚乙二醇、烯烃双封端聚硅氧烷、交联剂的全部巯基和全部乙烯基摩尔比为1:1。5.根据权利要求1所述的一种具有光固化电解质涂层的钠离子电池极片，其特征在于：所述无机固态电解质包括Na
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β
″‑
Al2O3、NASICON型钠离子导体、硫化物型钠离子导体的任意一种或多种的组合。6.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张焱，刘桃松，陈冬，陈建，郑丽华，黄震霆，赵昊，姚则庆，单海鹏，
申请(专利权)人：杭州华宇新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：