[发明专利]固态钠离子电解质、其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种固态钠离子电解质、其制备方法与应用。所述固态钠离子电解质包含：连续的有机相，其由高分子纤维聚集形成；钠盐电解质，其分布于所述高分子纤维内部及连续的有机相所含孔洞内。所述固态钠离子电解质为超薄柔性薄膜形态的。所述制备方法包括：采用静电纺丝技术将高分子溶液喷射到选定接收面上而形成连续的二维或三维结构，对所述二维或三维结构进行加压处理使其致密化，获得连续有机相，而后以钠盐电解质溶液浸渍连续有机相，使钠盐电解质进入组成连续有机相的高分子纤维内和连续有机相所含孔洞内，形成固态钠离子电解质。本发明固态钠离子电解质具有超薄、柔韧，离子电导率高，电化学性能优异等特点。

技术领域

本发明涉及一种固态电解质，具体涉及一种固态钠离子电解质、柔性固态钠离子电解质薄膜及其制备方法，以及在电化学器件中的应用，属于电化学领域。

背景技术

随着电动汽车和智能电网建设的加速推进，储能技术的发展也成为目前全球最热点的研究领域之一，储能电池是目前电动汽车和智能电网的主要瓶颈技术。在动力电池方面，锂离子电池具有高比能、高电压、高效率、无自放电、无记忆效应等优点而成为首选，但是金属锂在地球上丰度仅为17-20μg/g，金属钠作为仅次于锂的第二轻的金属元素，丰度高达2.3％-2.8％，比锂高4-5个数量级。

钠电池因为其资源丰富、低成本的优势，越来越受到研究人员的关注。国内外多家企业已经将其列入了发展计划，其产业化近在咫尺。与已经商业化的锂离子电池一样，目前钠电池大部分使用的是有机液体电解液，在提供高离子电导率的同时，也存在着电解液易泄露、易燃烧等安全性问题。固态钠电池采用固态电解质代替传统的有机液体电解液，拥有安全性能好、能量密度高等优点，是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。但是，目前全固态电池的推广应用还受到很多技术方面的制约，尤其是其中固态电解质的开发存在很多技术挑战。一般来说，电池能够工作的一个重要必要条件是离子可以在电池内部的正负极之间来回传输，而电子可以通过外电路形成可被利用的电流。对于液态电池来说，正负电极之间有离子电导率很好的液态电解液作为离子传输媒介，而且液态电解液跟正负极的接触都很充分，所以正负极之间离子的传输自然不成问题。对于目前已经产业化的准固态电池来讲，凝胶态的电解质的性质与液态电解液类似，只是电导率略差，与正负极电极材料颗粒的接触也相对紧密，所以正负极之间的离子的传输也不成问题。但是，对于全固态电池来说，正负极之间的离子传输需要依赖固态电解质，一般固态电解质的离子导电率比液态电解液要低两个数量级，且固态电解质与正负极材料之间即使是紧密接触，也通常是处于点对点接触的状态，所以正负极材料之间的离子传输尤其困难。

因此，全固态电池的核心组分就是固态电解质，理论上一个良好的固态电解质需要具备以下特征：

(1)良好的离子电导率，通常是要接近10^-3S/cm。目前固态电解质的锂离子电导率都比较低(一般比液态电解液低2个数量级)，很难满足电池实际应用，尤其是大电流充放电的需求。

(2)低的界面阻抗，包含固态电极与电解质之间的界面阻抗，以及电极和电解质内部颗粒之间的界面阻抗。目前固态电解质与正负极的固态活性颗粒界面阻抗大，以及电极和电解质内部颗粒之间的阻抗大，使得电池很难正常充放电。

(3)固态电解质要尽可能的薄，这样单位面积电导高，电解质的总电阻小；同时要有良好的力学性能，以有效分隔正负极，抑制锂枝晶；又要有一定的柔韧性，以得到良好的加工性能，以及能够包容充放电池正负极材料产生的大体积变化。

除了以上几点，固态电解质还需要具有良好的热稳定性、电化学稳定性，以及与电池正负极化学势匹配等。