【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于電池材料，具體涉及一種聚陰離子固態(tài)鈉電池用改性隔膜及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、近年來，全球鋰礦資源緊張，價(jià)格波動(dòng)大以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈等因素限制了鋰離子電池的發(fā)展速度。與此同時(shí)，鈉金屬因其資源豐富，分布廣泛，價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)使得鈉離子電池具備極強(qiáng)的研發(fā)潛力。相較于鋰離子，鈉離子的斯托克斯半徑更小，這有利于電導(dǎo)率的提升，這一特點(diǎn)對(duì)鈉離子電池在低溫環(huán)境下和高倍率條件下的充放電循環(huán)有著極大的幫助。此外，鈉電池在熱受控溫度方面也明顯低于鋰電池，因此在針刺、擠壓、過充等測(cè)試中表現(xiàn)優(yōu)異。
2、雖然鈉離子電池有著諸多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一定問題。首先，鈉電池的能量密度相對(duì)于鋰離子電池較低。另外，和磷酸鐵鋰電池相比，鈉電池的循環(huán)壽命較短。在正負(fù)極材料、電解質(zhì)和隔膜四大耗材的選擇中，鈉離子電池多數(shù)沿用了鋰離子電池的研發(fā)模式。在多種負(fù)極材料中，硬碳(hard?carbon，hc)因其極具競(jìng)爭(zhēng)力的電化學(xué)性能成為了目前的主流選擇。而正極側(cè)的選擇目前有三種，層狀過渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)和聚陰離子型正極材料。其中，聚陰離子型正極材料相比其他正極材料有著優(yōu)異的穩(wěn)定性和循環(huán)性能。而在眾多聚陰離子型正極材料中，焦磷酸鐵鈉(nfpp)本征有著穩(wěn)定的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，使得焦磷酸鐵鈉體系有著較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。然而nfpp原生材料的電子電導(dǎo)率較差，倍率性能以及低溫性能不佳，這與鈉離子電池具有的本征優(yōu)勢(shì)相悖。因此以nfpp作為正極使用的鈉離子電池仍需進(jìn)一步解決倍率性能差，能量密度低等問題。與此同時(shí)，雖然鈉離子電池的安全性能較鋰離子電池得到了改善，但仍存
3、除上述電極材料的問題外，鈉離子電池的電解質(zhì)和隔膜的使用目前還停留在初步階段。目前鈉離子電池仍在采用傳統(tǒng)的鋰離子電池所使用的液態(tài)電解質(zhì)和隔膜等效替換的模式，但鋰離子電池商業(yè)化隔膜熱穩(wěn)定性差，對(duì)鈉離子電解液潤(rùn)濕性差，鈉離子動(dòng)力學(xué)差，不適用于鈉離子電池體系。同時(shí)與鋰離子電池相同的需求是盡可能的增加電池的安全性能。
4、因此，迫切需要尋找和設(shè)計(jì)一種可以和鈉離子電池體系適配的隔膜，以進(jìn)一步提高鈉離子電池的電化學(xué)性能和安全性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種聚陰離子固態(tài)鈉電池用改性隔膜及其制備方法和鈉離子電池。本專利技術(shù)采用固態(tài)電解質(zhì)層和凝膠電解質(zhì)層協(xié)同配合，同時(shí)采用氧化物固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)協(xié)同配合，對(duì)隔膜進(jìn)行改性，不僅使得該改隔膜可以更好地適應(yīng)高壓體系，提升鈉離子的傳輸速率和擴(kuò)散系數(shù)，從而延長(zhǎng)聚陰離子固態(tài)鈉電池的循環(huán)壽命并提升電池的倍率性能和低溫性能，而且改善了隔膜的熱穩(wěn)定性，杜絕了隔膜因熱收縮產(chǎn)生的正負(fù)極接觸、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等不良影響；此外，在不影響透氣性、保證動(dòng)力學(xué)的同時(shí)還大大提升了隔膜的抗穿刺能力，液態(tài)電解質(zhì)的加入量明顯減少，有效提升了電池的安全性能及聚陰離子固態(tài)鈉電池的能量密度。
2、為達(dá)到此專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：
3、第一方面，本專利技術(shù)提供一種聚陰離子固態(tài)鈉電池用改性隔膜，所述改性隔膜包括：
4、基膜。
5、固態(tài)電解質(zhì)層，所述固態(tài)電解質(zhì)層設(shè)置在所述基膜的至少一側(cè)表面上，所述固態(tài)電解質(zhì)層包括氧化物固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)。
6、凝膠電解質(zhì)層，所述凝膠電解質(zhì)層設(shè)置在所述氧化物固態(tài)電解質(zhì)層的外表面上。
7、本專利技術(shù)采用氧化物固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)協(xié)同配合，能夠進(jìn)一步提升隔膜的保液能力，吸液率和離子電導(dǎo)率同時(shí)提升聚合物固態(tài)電解質(zhì)的黏附性，并且采用固態(tài)電解質(zhì)層和凝膠電解質(zhì)層協(xié)同配合，凝膠電解質(zhì)層能夠進(jìn)一步提升固態(tài)電解質(zhì)與其他物料間的界面接觸，幫助其穩(wěn)定吸附在隔膜上，同時(shí)可進(jìn)一步提升隔膜機(jī)械強(qiáng)度，有助于隔膜通過針刺實(shí)驗(yàn)。因此，對(duì)隔膜進(jìn)行多重改性，不僅使得該改隔膜可以更好地適應(yīng)高壓體系，提升鈉離子的傳輸速率和擴(kuò)散系數(shù)，從而延長(zhǎng)聚陰離子固態(tài)鈉電池的循環(huán)壽命并提升電池的倍率性能和低溫性能，而且改善了隔膜的熱穩(wěn)定性，杜絕了隔膜因熱收縮產(chǎn)生的正負(fù)極接觸、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等不良影響；此外，在不影響透氣性、保證動(dòng)力學(xué)的同時(shí)還大大提升了隔膜的抗穿刺能力，液態(tài)電解質(zhì)的加入量明顯減少，有效提升了電池的安全性能及聚陰離子固態(tài)鈉電池的能量密度。
8、本專利技術(shù)提供的改性隔膜附著力強(qiáng)，吸/保液能力強(qiáng)，耐高溫。
9、優(yōu)選地，所述基膜為聚合物膜，所述聚合物膜的材質(zhì)包括聚乙烯。
10、優(yōu)選地，所述基膜的厚度為8-10μm，例如可以是8μm、9μm或10μm等。
11、優(yōu)選地，所述改性隔膜的面密度為10-11g/m2，例如可以是10g/m2、10.2g/m2、10.4g/m2、10.6g/m2、10.8g/m2或11g/m2等。
12、優(yōu)選地，所述改性隔膜的拉伸強(qiáng)度為1800-2000kgf/cm2，例如可以是1800kgf/cm2、1850kgf/cm2、1800kgf/cm2、1800kgf/cm2、1800kgf/cm2等。
13、優(yōu)選地，所述改性隔膜的縱向收縮率為0.8-1％，例如可以是0.8％、0.9％或1％等，橫向收縮率為0.2-0.25％，例如可以是0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％或0.25％等。
14、優(yōu)選地，所述改性隔膜的離子電導(dǎo)率為0.9-1ms/cm，例如可以是0.9ms/cm、0.92ms/cm、0.94ms/cm、0.96ms/cm、0.98ms/cm或1ms/cm等。
15、本專利技術(shù)提供的改性隔膜具有上述范圍內(nèi)的面密度、拉伸強(qiáng)度、縱向/橫向收縮率和離子電導(dǎo)率，表明該改性隔膜具有足夠高的機(jī)械強(qiáng)度和孔隙結(jié)構(gòu)。
16、優(yōu)選地，所述固態(tài)電解質(zhì)層的厚度為2-4μm，例如可以是2μm、3μm或4μm等。
17、本專利技術(shù)中，適宜厚度的固態(tài)電解質(zhì)層有助于提高電解液浸潤(rùn)性。
18、優(yōu)選地，所述固態(tài)電解質(zhì)層中，氧化物固態(tài)電解質(zhì)的質(zhì)量占比為20-30％，例如可以是20％、22％、24％、26％、28％或30％等。
19、本專利技術(shù)中，適宜質(zhì)量占比的氧化物固態(tài)電解質(zhì)在固態(tài)電解質(zhì)層中有助于提升離子遷移數(shù)。
20、優(yōu)選地，所述氧化物固態(tài)電解質(zhì)包括鈣鈦礦型氧化物、石榴石型氧化物或nasicon型氧化物中的任意一種或至少兩種的組合。示例性的，鈣鈦礦型氧化物例如可以是鋰鑭鈦氧化物(lilatio4)等，石榴石型氧化物例如可以是li7la3zr2o12等。
21、優(yōu)選地，所述nasicon型氧化物包括latp(磷酸鈦鋁鋰)。
22、優(yōu)選地，所述latp的離子電導(dǎo)率為0.4-0.8ms/cm，例如可以是0.4ms/cm、0.5ms/cm、0.6ms/cm、0.7ms/cm或0.8ms/cm等。
23、優(yōu)選地，所述latp的粒徑d50為90-130nm，例如可以是90nm、100nm、110nm、120nm或130nm等。
24、優(yōu)選地，所述聚合物固態(tài)電解質(zhì)包括聚偏氟乙烯本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種聚陰離子固態(tài)鈉電池用改性隔膜，其特征在于，所述改性隔膜包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性隔膜，其特征在于，所述基膜為聚合物膜，所述聚合物膜的材質(zhì)包括聚乙烯；
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性隔膜，其特征在于，所述改性隔膜的面密度為10-11g/m2；
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的改性隔膜，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)層的厚度為2-4μm；
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的改性隔膜，其特征在于，所述凝膠電解質(zhì)層的材料包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈或聚硅氧烷中的任意一種或至少兩種的組合；
6.一種如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的聚陰離子固態(tài)鈉電池用改性隔膜的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述混合的過程中，還加入改性劑，所述改性劑包括聚乙烯吡咯烷酮；
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述混合的過程中伴有攪拌，所述攪拌的速率為700-900rpm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的制
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種聚陰離子固態(tài)鈉電池用改性隔膜，其特征在于，所述改性隔膜包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性隔膜，其特征在于，所述基膜為聚合物膜，所述聚合物膜的材質(zhì)包括聚乙烯；
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性隔膜，其特征在于，所述改性隔膜的面密度為10-11g/m2；
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的改性隔膜，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)層的厚度為2-4μm；
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的改性隔膜，其特征在于，所述凝膠電解質(zhì)層的材料包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈或聚硅氧烷中的任意一種或至少兩種的組合；
6.一種如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的聚陰離...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅灤，馬曉琴，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中碳綠聯(lián)廈門電池科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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