【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于新能源，具體涉及一種高壓全醚凝膠電解質(zhì)及其制備方法和在準(zhǔn)固態(tài)鈉離子電池中的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、近年來，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和電動(dòng)車市場需求的高漲，地殼豐度較低以及區(qū)域分布不均的鋰資源使人們尋求鋰離子電池之外的儲能體系。由于鈉離子電池具有與鋰離子電池相似的“搖椅”原理，成本低、壽命長、適合大規(guī)模儲能，被認(rèn)為是有前景的鋰離子電池的儲能補(bǔ)充體系。電解質(zhì)具有隔絕正負(fù)極材料、作為載體提供堿金屬離子傳輸?shù)淖饔茫瑢︹c離子電池的電化學(xué)性能起著關(guān)鍵作用。醚類電解液具有低粘度和高離子電導(dǎo)率的特性，在充放電過程中相比于酯類電解液能與鈉金屬、碳材料等負(fù)極具有良好的界面兼容性，具有更低的界面電阻以及更薄的固體電解質(zhì)界面，能夠進(jìn)一步提升鈉離子電池的倍率性能。然而，醚類電解液較高的最高占據(jù)分子軌道能級(homo)使其固有抗氧化性不足，當(dāng)電池電壓超過4.0v(vs.na+/na)時(shí)，會發(fā)生劇烈氧化分解，難以形成穩(wěn)定的正極/電解液界面(cei)，造成嚴(yán)重的不可逆容量損失和較差的電化學(xué)穩(wěn)定性，因此難以有效應(yīng)用于電壓較高的正極材料體系。提升醚類電解液的高電壓穩(wěn)定性具有重要意義。
2、加入電解液添加劑或者使用固態(tài)電解質(zhì)能夠提升電解質(zhì)的氧化穩(wěn)定性，前者雖然有所成效但是成本較高，后者的離子電導(dǎo)率較低，并且與電解質(zhì)的界面接觸較差，不能滿足目前鈉離子電池高倍率快充的需求。
3、基于上述理由，特提出本申請。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于上述理由，針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的醚類電解液氧化穩(wěn)定性差、高電壓易
2、為了實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)的上述其中一個(gè)目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
3、一種高壓全醚凝膠電解質(zhì)的制備方法，所述方法具體包括如下步驟：
4、(1)將鈉鹽按照預(yù)設(shè)比例溶解在醚類有機(jī)溶劑中，混合均勻，得到電解液；
5、(2)將聚合單體按照預(yù)設(shè)比例加入到步驟(1)所述電解液中，混合均勻，得到前驅(qū)液；
6、(3)將引發(fā)劑按照預(yù)設(shè)比例加入到步驟(2)所述前驅(qū)液中，混合均勻后將所得混合液靜置，得到所述的高壓全醚凝膠電解質(zhì)。
7、一些實(shí)施例中，步驟(1)中所述鈉鹽為六氟磷酸鈉(napf6)、高氯酸鈉(naclo4)或四氟硼酸鈉(nabf4)等中的至少一種。
8、一些實(shí)施例中，步驟(1)中所述醚類有機(jī)溶劑為乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚等中的至少一種。
9、具體地，上述技術(shù)方案，步驟(1)中所述醚類有機(jī)溶劑的用量可不做具體限定，只要能實(shí)現(xiàn)鈉鹽的完全、均勻溶解即可。例如，在本專利技術(shù)的一些實(shí)施例中，所述電解液中鈉鹽的濃度為0.1-1mol?l-1。
10、一些實(shí)施例中，步驟(1)中所述混合均勻的方式采用攪拌，所述攪拌的時(shí)間為2-4h，攪拌的速度為500-1000rpm。
11、一些實(shí)施例中，步驟(2)中所述聚合單體為三氧六環(huán)、1，3-二氧六環(huán)或1，4-二氧六環(huán)等中的至少一種。
12、一些實(shí)施例中，步驟(2)中所述聚合單體與電解液的質(zhì)量比在0.3：2至1：2之間。優(yōu)選質(zhì)量比為0.5：2。
13、一些實(shí)施例中，步驟(2)中所述混合均勻的方式也采用攪拌，所述攪拌的時(shí)間為1.5-3.5h，攪拌的速度為500-1000rpm。
14、一些實(shí)施例中，步驟(3)中所述引發(fā)劑為三氟化硼乙醚溶劑、三氟甲磺酸錫、三氟甲磺酸鋁、四氟硼酸鋰或六氟磷酸鈉等中的任意一種。
15、一些實(shí)施例中，步驟(3)中所述引發(fā)劑的質(zhì)量為前驅(qū)液質(zhì)量的0.5％至2％之間。
16、一些實(shí)施例中，步驟(3)中所述混合均勻的方式也采用攪拌，所述攪拌的時(shí)間為10-30min，攪拌的速度為500-1000rpm。
17、一些實(shí)施例中，步驟(3)中所述靜置的時(shí)間為12-24h。所述靜置的目的在于：在引發(fā)劑的作用下，使前驅(qū)液中聚合單體發(fā)生自聚合反應(yīng)生成凝膠。
18、本專利技術(shù)的第二個(gè)目的在于提供上述所述方法制備得到的高壓全醚凝膠電解質(zhì)。
19、本專利技術(shù)的第三個(gè)目的在于提供上述所述方法制備得到的高壓全醚凝膠電解質(zhì)在鈉金屬或者鈉離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是在準(zhǔn)固態(tài)鈉離子電池中的應(yīng)用。
20、一些實(shí)施例中，所述準(zhǔn)固態(tài)鈉離子電池為r2032型紐扣電池、單層軟包電池或多層軟包電池中的至少一種。
21、本專利技術(shù)的第四個(gè)目的在于提供一種準(zhǔn)固態(tài)鈉離子電池，包括：凝膠電解質(zhì)、金屬鈉片、正極極片、隔膜和電池殼，其中：所述凝膠電解質(zhì)為本專利技術(shù)上述所述方法制備得到的高壓全醚凝膠電解質(zhì)。
22、一些實(shí)施例中，所述隔膜為玻璃纖維隔膜。
23、一些實(shí)施例中，所述正極極片采用的正極材料由活性物質(zhì)、導(dǎo)電碳材料、粘結(jié)劑和分散溶劑組成，其中：所述活性物質(zhì)占正極材料的質(zhì)量比為70-90％。
24、一些優(yōu)選實(shí)施例中，所述活性物質(zhì)為磷酸釩鈉、氟磷酸釩鈉或氟磷酸釩氧鈉等中的任意一種。所述導(dǎo)電碳材料包括科琴黑、乙炔黑、超導(dǎo)炭黑、碳纖維、碳納米管等中的至少一種。所述的粘結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇或丁苯樹脂等中的至少一種。所述分散溶劑為n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、乙醇或甲醇等中的至少一種。
25、本專利技術(shù)的第五個(gè)目的在于提供上述所述的準(zhǔn)固態(tài)鈉離子電池的制備方法，步驟如下：
26、在纖維隔膜載體兩側(cè)分別放置正極極片和金屬鈉片，注入含有鈉鹽、聚合單體、引發(fā)劑的混合液，封裝于紐扣電池內(nèi)，置于25℃恒溫恒濕箱中靜置12-24h，制得所述的準(zhǔn)固態(tài)鈉離子電池；其中：所述含有鈉鹽、聚合單體、引發(fā)劑的混合液為本專利技術(shù)上述所述方法步驟(3)中制備的混合液。
27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)以下效果：
28、(1)本專利技術(shù)在保證現(xiàn)有醚類電解液優(yōu)勢的同時(shí)，在單體開環(huán)后提供更大的homo-lomo能量差值，以顯著增強(qiáng)其的抗氧化能力。將本專利技術(shù)制備的高壓全醚凝膠電解質(zhì)應(yīng)用到鈉金屬或者鈉離子電池中，能夠極大減少在充放電過程中電池高電壓易分解的問題，并且電池的循環(huán)性能得到大大加強(qiáng)。
29、(2)本專利技術(shù)的原料廉價(jià)易得，凝膠電解質(zhì)的制備方式簡單，通過原位聚合的方式制備得到的準(zhǔn)固態(tài)電池，凝膠電解質(zhì)與電極材料具有良好的界面接觸，具有較小的界面電阻，能夠提升離子的進(jìn)一步傳輸。
30、(3)本專利技術(shù)使用三氟化硼乙醚作引發(fā)劑時(shí)，少量三氟化硼能夠分解參與形成電解質(zhì)界面，有利于界面的穩(wěn)定。
31、(4)本專利技術(shù)優(yōu)選方案中使用六氟磷酸鈉、二乙二醇二甲醚、三氧六環(huán)單體、三氟本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高壓全醚凝膠電解質(zhì)的制備方法，其特征在于：所述方法具體包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(1)中所述醚類有機(jī)溶劑為乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(2)中所述聚合單體為三氧六環(huán)、1，3-二氧六環(huán)或1，4-二氧六環(huán)中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(2)中所述聚合單體與電解液的質(zhì)量比在0.3：2至1：2之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(3)中所述引發(fā)劑為三氟化硼乙醚溶劑、三氟甲磺酸錫、三氟甲磺酸鋁、四氟硼酸鋰或六氟磷酸鈉中的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(3)中所述引發(fā)劑的質(zhì)量為前驅(qū)液質(zhì)量的0.5％至2％之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于：步驟(3)中所述靜置的時(shí)間為12-24h。
8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法制備得到的高壓全醚凝膠電解質(zhì)。
9.權(quán)利要求1-7任
10.一種準(zhǔn)固態(tài)鈉離子電池，包括：凝膠電解質(zhì)、金屬鈉片、正極極片、隔膜和電池殼，其特征在于：所述凝膠電解質(zhì)為權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法制備得到的高壓全醚凝膠電解質(zhì)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高壓全醚凝膠電解質(zhì)的制備方法，其特征在于：所述方法具體包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(1)中所述醚類有機(jī)溶劑為乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(2)中所述聚合單體為三氧六環(huán)、1，3-二氧六環(huán)或1，4-二氧六環(huán)中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(2)中所述聚合單體與電解液的質(zhì)量比在0.3：2至1：2之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(3)中所述引發(fā)劑為三氟化硼乙醚溶劑、三氟甲磺酸錫、三氟甲磺酸鋁、...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫美玲，譚金維，劉金平，
申請(專利權(quán))人：武漢理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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