一种带有固态聚合物防护涂层的钠金属负极及其制备方法、包含该负极的电池技术

本发明专利技术涉及一种带有固态聚合物防护涂层的钠金属负极及其制备方法、包含该负极的电池，制备方法包括：(1)将金属箔的表面进行清洁处理后，置于物理气相沉积设备的腔体内作为沉积基底；(2)将待沉积金属钠制成靶材置于腔体内，作为沉积层金属源；(3)设置沉积参数，在真空状态下在金属箔表面沉积钠层；(4)将沉积完钠层的金属箔冷却后，置于聚合物前驱体液溶液中浸泡后取出，聚合物前驱体液溶液聚合，得到带有固态聚合物防护涂层的钠金属负极，该聚合物防护涂层既能作为钠薄膜的保护层，又能作为钠离子电池的固态电解质，可以提高钠金属负极电池生产过程中的安全性，有效提升全固态钠离子电池的极限能量密度。子电池的极限能量密度。子电池的极限能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种带有固态聚合物防护涂层的钠金属负极及其制备方法、包含该负极的电池


[0001]本专利技术涉及钠固体电池
，尤其是一种带有固态聚合物防护涂层的钠金属负极及其制备方法、包含该负极的电池。

技术介绍

[0002]钠离子电池以其低成本和可持续性成为电动汽车和智能电网中一种极具发展前景的新型储能系统。然而，由于传统的液体电解液体系中钠的活性较高，易形成枝晶，因而在效率和安全性方面仍存在不足，发展固态钠离子电池迫在眉睫。目前,全固态钠离子电池负极材料多采用金属钠，因其具有超高的理论容量(1165mA h g
‑1)和低的电极电势(
‑
2.714V vs.SHE),与固态电解质界面相容性良好。但金属钠极为活泼,与空气接触有着火爆炸的危险,电池的组装过程必须严格控制无氧无水的环境。
[0003]目前，钠金属负极的制备多采用刮削抛光的钠立方体，其厚度较大,不利于全固态钠电池极限能量密度的提升,限制了大型全固态钠离子电池的产业化进程。
[0004]PVD涂层技术在很多表面处理以及薄膜材料的制备方面都得到了有效的应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有固态聚合物防护涂层的钠金属负极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将金属箔的表面进行清洁处理后，置于物理气相沉积设备的腔体内作为沉积基底；(2)将待沉积金属钠制成靶材置于腔体内，作为沉积层金属源；(3)设置沉积参数，在真空状态下，通过物理气相沉积的方法在金属箔表面沉积钠层；(4)将沉积完钠层的金属箔冷却后，置于聚合物前驱体液溶液中浸泡后取出，再通过控制温度或者光辐射条件使附着的聚合物前驱体液溶液在所述钠层表面聚合，再进行真空烘干，得到带有固态聚合物防护涂层的钠金属负极。2.根据权利要求1所述带有固态聚合物防护涂层的钠金属负极的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述金属箔为铜箔或铝箔，厚度为1
‑
30微米；清洁处理的方式包括蒸馏水超声洗涤、无水乙醇超声洗涤和干燥处理。3.根据权利要求1所述带有固态聚合物防护涂层的钠金属负极的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，沉积参数包括：金属箔在真空度为5
×
10
‑3‑5×
10
‑4，温度为80℃下进行预热；靶电流为15
‑
25A，通入保护气，使真空度在5
×
10
‑1‑5×
10
‑2Pa，气体流量100
‑
200sccm，加载偏压50
‑
150V，占空比为40
‑
60％，沉积10
‑
60min，在金属箔表面沉积钠层；任选的，步骤(3)中，物理气相沉积的方法包括真空蒸发镀膜、真空磁控溅射镀膜或真空离子镀膜；任选的，步骤(4)中，所述控制温度或者光辐射条件包括，在50
‑
150℃下加热0.5
‑
5小时，或者在波长300
‑
400nm紫外光下照射0.5
‑
3小时。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述带有固态聚合物防护涂层的钠金属负极的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述聚合物前驱体液溶液由引发剂、不饱和酯、低共熔剂、磺酰基
‑
(三氟甲磺酰基)酰亚胺基团的乙烯基单体和碱金属钠盐组成，其中所述磺酰基
‑
(三氟甲磺酰基)酰亚胺基团的乙烯基单体结构式为：其中，R基为包含乙烯基单元的基团，X选自Li、Na或K，优选地，X为Na。5.根据权利要求4所述带有固态聚合物防护涂层的钠金属负极的制备方法，其特征在于：所述引发剂为光引发剂或热引发剂，添加量为不饱和酯单体质量的1～5％；所述光引发剂为二烷氧基苯乙酮、2
‑
羟基
‑2‑
甲基苯丙酮、α酰基膦氧化物、
‑
羟烷基苯酮或二苯基(2,4,6三甲基苯甲酰基)氧化膦和的至少一种；所述热引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯或双叔丁基过氧化二异丙基苯中的至少一种；任选的，所述不饱和酯为碳酸亚乙烯酯、2
‑
氰基丙烯酸乙酯、碳酸乙烯亚乙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、乙酸乙烯酯、季戊四醇三丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸糠醇酯、甲基丙烯酸异氰酸乙酯或季戊四醇四巯基乙酸酯的
至少一种；任选的，所述低共熔剂是由N
‑
甲基乙酰胺、丁二腈、尿素、甲基脲或硫脲中的至少一种，与钠盐混合制备得到；优选地，所述低共熔剂为N
‑
甲基乙酰胺或丁二腈与NaTFSI以10：1到1：1的摩尔比在40
‑
55℃下混合形成；任选的，所述碱金属钠盐为高氯酸钠，六氟磷酸钠，九氟丁磺酸钠，二氟草酸硼酸钠，双(氟磺酰)亚胺钠，氟硼酸钠，双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠或Na3PS4的至少一种。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈本，
申请(专利权)人：陈本，
类型：发明
国别省市：