【技術實現步驟摘要】
本申請涉及二次電池，尤其涉及一種固態電解質、二次電池、電池模塊、電池包及用電裝置。
技術介紹
1、鈉電池由于具有豐富的儲量，較低的價格以及寬的工作溫度，在大型儲能方面具有巨大的應用潛力。
2、目前，鈉電池常采用液態電解質，但是液態電解質中的溶劑易與金屬負極之間發生副反應，影響電池的存儲性能和使用壽命，并且鹽的溶入會降低溶劑分子的最低占用軌道，從而加速液態電解質的分解和氣體的析出，大大降低了電池的安全性能。而由于固態電解質不含溶劑，可避免與金屬負極之間發生反應，引起了研究者的關注。但是固態電解質存在界面動力學的問題，導致界面電阻在循環過程中顯著提升，降低了電池的性能，無法滿足新一代電化學體系的應用需要。
技術實現思路
1、本申請是鑒于上述課題而進行的，其目的在于提供一種固態電解質，且熔融鈉在固態電解質表面的接觸角小于82°，有利于改善固態電解質和正極極片/負極極片之間的界面潤濕性，降低界面電阻，提升界面動力學，提高電池的性能。
2、本申請的第一方面，提供了一種鈉二次電池用固態電解質，熔融鈉在所述固態電解質表面的接觸角小于82°。
3、熔融鈉在固態電解質表面的接觸角小于82°，表明本申請中的固態電解質與熔融鈉具有更為優異的浸潤性，能夠改善固態電解質與正極極片/負極極片的界面動力學，降低其二次電池的界面電阻、提高鈉二次電池常溫下的循環穩定性。
4、在任意實施方式中，所述固態電解質包括無機固態電解質或聚合物固態電解質。
5、在任意
6、無機固態電解質具有空氣敏感性，與空氣中的水或者二氧化碳容易反應生成殘堿。無機固態電解質的殘堿會嚴重影響電子在電解質與電極之間的傳輸，降低電池的動力學和電化學表現。本申請提供的無機固態電解質殘堿質量含量不超過1000ppm，有利于降低其電池的界面電阻、提高電池的庫倫效率、循環性能和倍率性能，顯著的改善界面動力學，提升電池的性能。基于所述無機固態電解質的總質量計，進一步控制無機固態電解質的殘堿含量不超過500ppm，有利于進一步降低界面電阻，大幅改善界面動力學。
7、在任意實施方式中，采用xps對所述無機固態電解質進行測試，基于檢測出的所有元素的物質的量，以殘堿形式存在的鈉元素的物質的量含量不超過10％。
8、采用xps對無機固態電解質進行測試，基于檢測出的所有元素的物質的量，以殘堿形式存在的鈉元素的物質的量含量不超過10％，有利于降低其電池的界面電阻、提高電池的庫倫效率、循環性能和倍率性能，顯著的改善界面動力學，提升電池的性能。
9、在任意實施方式中，所述無機固態電解質包括硫系電解質、鈉快離子導體、氧化物電解質中的一種或多種。
10、在任意實施方式中，所述硫系電解質包括玻璃態na2s-p2s5、na11sn2pnx12、na3pnypn′1-yxzx′4-z中的一種或多種，其中pn包括p、sb中的至少一種，x包括s、se中的至少一種，pn′包括si、sn、ge中的至少一種，x′包括f、br、cl中的至少一種，0<y≤1，0<z≤4；
11、所述鈉快離子導體包括na3+xmym′2-ysi2-zpzo12，其中，m和m′各自獨立地包括zr、ca、mg、zn、la、ti、nb中的至少一種，0≤x≤1，0<y≤2，0≤z<2；
12、所述氧化物電解質包括na-β-al2o3、na-β″-al2o3中的至少一種，所述na-β-al2o3包括β-na2o·11al2o3，所述na-β″-al2o3包括β″-na2o·5al2o3，可選地，所述氧化物電解質還包括無機氧化物，所述無機氧化物包括li2o、mgo、tio2、zro2、y2o3、mno2、sio2、fe2o3中的至少一種，基于所述氧化物電解質的總質量計，所述無機氧化物的質量含量為0.5％～30％。
13、上述無機固態電解質制備的電池均具有較低的界面電阻、優異的庫倫效率、循環穩定性和倍率性能。
14、在任意實施方式中，采用xps對所述聚合物固態電解質進行測試，基于檢測出的所有元素的物質的量，以氫氧鍵、碳氧雙鍵和碳氧單鍵形式存在的氧元素的物質的量含量不超過10％。
15、聚合物電解質表面會存在一些官能團，例如含氧官能團，含氧官能團中的氫氧鍵、碳氧雙鍵和碳氧單鍵會影響界面潤濕性，增加對鈉離子遷移擴散的阻礙，降低電池的動力學和電化學表現。采用xps對聚合物固態電解質進行測試，基于檢測出的所有元素的物質的量，以氫氧鍵、碳氧雙鍵和碳氧單鍵形式存在的氧元素的物質的量含量不超過10％，可降低表面自由能、以提升界面潤濕性，有利于降低電池的界面電阻和提高電池常溫下的循環性能。
16、在任意實施方式中，所述聚合物固態電解質包括鈉鹽和聚合物，可選地包含增塑劑和/或無機填料。
17、包含鈉鹽和聚合物的聚合物固態電解質制備成電池具有較低的界面電阻和優異的循環性能。其中，增塑劑和/或無機填料的引入有利于提升聚合物固態電解質的塑性，改善聚合物固態電解質的機械性能。
18、在任意實施方式中，所述鈉鹽包括氯化鈉、溴化鈉、硝酸鈉、高氯酸鈉、六氟磷酸鈉、四氟硼酸鈉、四氟釔酸鈉、六氟砷酸鈉、乙酸鈉、三氟乙酸鈉、四苯硼酸鈉、三氟甲基磺酸鈉、雙(氟磺酰)亞胺鈉、雙(三氟甲基磺酰)亞胺鈉、(正全氟丁基磺酰)亞胺鈉中的一種或多種，可選地包括六氟磷酸鈉、雙(氟磺酰)亞胺鈉中的一種或多種。
19、上述鈉鹽均有利于降低其電池的界面電阻，改善電池的界面動力學，提升電池的循環性能。
20、在任意實施方式中，所述聚合物包括聚環氧乙烷、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚(偏氟乙烯-共聚六氟丙烯)、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯酰胺、聚三亞甲基碳酸酯、全氟聚醚中的一種或多種。
21、上述聚合物均可以改善聚合物固態電解質的機械性能，提高可加工性。
22、在任意實施方式中，所述聚合物固態電解質包括鹽包聚合物類電解質，基于所述鹽包聚合物類電解質的總質量計，所述鹽包聚合物類電解質中鈉鹽的質量含量大于50％，且小于100％。
23、鹽包聚合物類電解質中以氫氧鍵、碳氧雙鍵和碳氧單鍵形式存在的氧元素的物質的量含量更低，有利于進一步降低電池的界面電阻、提高電池的庫倫效率、常溫/低溫下的循環性能和倍率性能，改善電池的界面動力學，提升電池的性能。
24、在任意實施方式中，所述聚合物固態電解質包括聚合物包鹽類電解質，基于所述聚合物包鹽類電解質的總質量計，所述聚合物包鹽類電解質中鈉鹽的質量含量為5％～50％。
25、聚合物包鹽類電解質中以氫氧鍵、碳氧雙鍵和碳氧單鍵形式存在的氧元素的物質的量含量較低，有利于降低電池的界面電阻、提高電池的庫倫效率、常溫/低溫下的循環本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鈉二次電池用固態電解質，其特征在于，熔融鈉在所述固態電解質表面的接觸角小于82°。
2.根據權利要求1所述的固態電解質，其特征在于，所述固態電解質包括無機固態電解質或聚合物固態電解質。
3.根據權利要求2所述的固態電解質，其特征在于，基于所述無機固態電解質的總質量計，所述無機固態電解質的殘堿質量含量不超過1000ppm，可選為不超過500ppm。
4.根據權利要求2或3所述的固態電解質，其特征在于，采用X射線光電子能譜分析(XPS)對所述無機固態電解質進行測試，基于檢測出的所有元素的物質的量，以殘堿形式存在的鈉元素的物質的量含量不超過10％。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的固態電解質，其特征在于，所述無機固態電解質包括硫系電解質、鈉快離子導體、氧化物電解質中的一種或多種。
6.根據權利要求5所述的固態電解質，其特征在于，所述硫系電解質包括玻璃態Na2S-P2S5、Na11Sn2PnX12、Na3PnyPn′1-yXzX′4-z中的一種或多種，其中Pn包括P、Sb中的至少一種，X包括S、Se中的至少一種，Pn
7.根據權利要求2所述的固態電解質，其特征在于，采用X射線光電子能譜分析(XPS)對所述聚合物固態電解質進行測試，基于檢測出的所有元素的物質的量，以氫氧鍵、碳氧雙鍵和碳氧單鍵形式存在的氧元素的物質的量的含量不超過10％。
8.根據權利要求2至7中任一項所述的固態電解質，其特征在于，所述聚合物固態電解質包括鈉鹽和聚合物，可選地包含增塑劑和/或無機填料。
9.根據權利要求8所述的固態電解質，其特征在于，所述鈉鹽包括氯化鈉、溴化鈉、硝酸鈉、高氯酸鈉、六氟磷酸鈉、四氟硼酸鈉、四氟釔酸鈉、六氟砷酸鈉、乙酸鈉、三氟乙酸鈉、四苯硼酸鈉、三氟甲基磺酸鈉、雙(氟磺酰)亞胺鈉、雙(三氟甲基磺酰)亞胺鈉、(正全氟丁基磺酰)亞胺鈉中的一種或多種，可選地包括六氟磷酸鈉、雙(氟磺酰)亞胺鈉中的一種或多種。
10.根據權利要求8或9所述的固態電解質，其特征在于，所述聚合物包括聚環氧乙烷、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚(偏氟乙烯-共聚六氟丙烯)、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯酰胺、聚三亞甲基碳酸酯、全氟聚醚中的一種或多種。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的固態電解質，其特征在于，所述聚合物固態電解質包括鹽包聚合物類電解質，基于所述鹽包聚合物類電解質的總質量計，所述鹽包聚合物類電解質中鈉鹽的質量含量大于50％，且小于100％。
12.根據權利要求8至11中任一項所述的固態電解質，其特征在于，所述聚合物固態電解質包括聚合物包鹽類電解質，基于所述聚合物包鹽類電解質的總質量計，所述聚合物包鹽類電解質中鈉鹽的質量含量為5％～50％。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的固態電解質，其特征在于，所述固態電解質為表面處理后的電解質，所述表面處理的方法包括納秒激光處理、磁控濺射偏壓清洗處理、等離子清洗處理中的一種或多種。
14.根據權利要求13所述的固態電解質，其特征在于，所述納秒激光處理的氣氛包括空氣，激光波長為250nm～3000nm，可選為250nm～1200nm，平均激光功率為5W～30W，可選為10W～30W，重復頻率為5kHz～40kHz，掃描頻率為20mm/s～150mm/s，脈沖持續時間為10ns～100ns，可選為50ns～100ns。
15.根據權利要求13或14所述的固態電解質，其特征在于，所述磁控濺射偏壓清洗處理的氣氛包括真空、氬氣或氧氣，真空氣氛的壓強為10-4Pa～1Pa，氬氣或氧氣氣氛的壓強為0.4Pa～0.8Pa，偏壓功率為60W～100W，偏壓清洗時間為5min～60min，溫度為20℃～150℃。
16.根據權利要求13至15中任一項所述的固態電解質，其特征在于，所述等離子清洗處理的氣氛包括空氣、真空、氬氣、氮氣或氦氣，真空氣氛的壓強為10-4Pa～1Pa，氬氣氣氛的壓強為0.2Pa～1Pa，氮氣氣氛的壓強為0.2Pa～1Pa，氦氣氣氛的壓強為0.2Pa～1Pa；所述等離子清洗處理的清洗功率為100W～3000W，清洗頻率為10-3MHz～3000MHz，清洗時間為0.1min～10min。
17.根據權利要求13至16中任一項所述的固態電解質，其特征在于，所述固態電解質為氧化物電解質，所述表面處理的方法為納秒激光處理。
18.一種二次電池，其特征在于，包括權利...
【技術特征摘要】
1.一種鈉二次電池用固態電解質，其特征在于，熔融鈉在所述固態電解質表面的接觸角小于82°。
2.根據權利要求1所述的固態電解質，其特征在于，所述固態電解質包括無機固態電解質或聚合物固態電解質。
3.根據權利要求2所述的固態電解質，其特征在于，基于所述無機固態電解質的總質量計，所述無機固態電解質的殘堿質量含量不超過1000ppm，可選為不超過500ppm。
4.根據權利要求2或3所述的固態電解質，其特征在于，采用x射線光電子能譜分析(xps)對所述無機固態電解質進行測試，基于檢測出的所有元素的物質的量，以殘堿形式存在的鈉元素的物質的量含量不超過10％。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的固態電解質，其特征在于，所述無機固態電解質包括硫系電解質、鈉快離子導體、氧化物電解質中的一種或多種。
6.根據權利要求5所述的固態電解質，其特征在于，所述硫系電解質包括玻璃態na2s-p2s5、na11sn2pnx12、na3pnypn′1-yxzx′4-z中的一種或多種，其中pn包括p、sb中的至少一種，x包括s、se中的至少一種，pn′包括si、sn、ge中的至少一種，x′包括f、br、cl中的至少一種，0<y≤1，0<z≤4；
7.根據權利要求2所述的固態電解質，其特征在于，采用x射線光電子能譜分析(xps)對所述聚合物固態電解質進行測試，基于檢測出的所有元素的物質的量，以氫氧鍵、碳氧雙鍵和碳氧單鍵形式存在的氧元素的物質的量的含量不超過10％。
8.根據權利要求2至7中任一項所述的固態電解質，其特征在于，所述聚合物固態電解質包括鈉鹽和聚合物，可選地包含增塑劑和/或無機填料。
9.根據權利要求8所述的固態電解質，其特征在于，所述鈉鹽包括氯化鈉、溴化鈉、硝酸鈉、高氯酸鈉、六氟磷酸鈉、四氟硼酸鈉、四氟釔酸鈉、六氟砷酸鈉、乙酸鈉、三氟乙酸鈉、四苯硼酸鈉、三氟甲基磺酸鈉、雙(氟磺酰)亞胺鈉、雙(三氟甲基磺酰)亞胺鈉、(正全氟丁基磺酰)亞胺鈉中的一種或多種，可選地包括六氟磷酸鈉、雙(氟磺酰)亞胺鈉中的一種或多種。
10.根據權利要求8或9所述的固態電解質，其特征在于，所述聚合物包括聚環氧乙烷、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚(偏氟乙烯-共聚六氟丙烯)、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯酰胺、聚三亞甲基碳酸酯、全氟聚醚中的一種或多種。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的固態電解質，其特征在于，所述聚合物固態電解質包括鹽包聚合物類電解質，基于所述鹽包聚合物類電解質的總質量計，所述鹽包聚合物類電解質中鈉鹽的質量含量大于50％，且小于100％。
12.根據權利要求8至11中任一項所述的固態電解質，其特征在于，所述聚合物固態電解質包括聚合物包鹽類電解質，基于所述聚合物包鹽類電解質的總質量計，所述聚合物包鹽類電解質中鈉鹽的質量含量為5％～50％。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的固態電解質，其特征在于，所述固態電解質為表面處理后的電解質，所述表面處理的方法包括納秒激光處理、磁控濺射偏壓清洗處理、等離子清洗處理中的一種或多種。
14.根據權利要求13所述的固態電解質，其特征在于，所述納秒激光處理的氣氛包括空氣，激光波長為250nm～3000nm，可選為250nm～1200nm，平均激光功率為5w～30w，可選為10w～30w，重復頻率為5khz～40khz，掃描頻率為20mm/s～150mm/s，脈沖持續時間為10ns～100ns，可選為50ns～100ns。
15.根據權利要求13或14所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳仕剛，郭炳焜，張欣欣，劉犇，李小龍，周崎成，
申請(專利權)人：寧德時代新能源科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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