[发明专利]一种PFSA-Na固态复合电解质隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种PFSA‑Na固态复合电解质隔膜及其制备方法和应用，属于电池材料技术领域，该隔膜的制备方法主要为：首先以PFSA‑Li粉末与钠源为原料通过离子交换反应制备PFSA‑Na粉末，然后将PFSA‑Na粉末溶解于有机溶剂后获得PFSA‑Na胶液，在搅拌下向该胶液中加入电解液，获得混合溶液，最后将混合溶液进行刮涂后干燥，制得PFSA‑Na固态复合电解质隔膜。以该方法制备的隔膜厚度更薄，有利于商业化过程中减薄电池的厚度，提升能量密度，将该隔膜用于二次固态钠离子电池中，能够有效提高该电池的循环稳定性。另外，以该隔膜组装成的电池，在零下十几度依旧可以正常工作。该方法简单易操作，对设备要求低，适合扩大化生产。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种PFSA-Na固态复合电解质隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

可充电电池是电动汽车和电网储能的基本动力技术，该技术的推广应用，不仅可以减少化石燃料使用对环境造成的污染，而且可以避免风能、太阳能等绿色能源的间歇性，为人类社会的生活和发展提供便利。因此，迫切需要探索和寻找一种能够补充现有高能量密度、长循环寿命锂离子电池(LIBs)的储能系统。近年来，由于锂资源地球储量小，导致锂离子电池成本不断提高。钠与锂位于元素周期表中同一主族，钠离子电池与锂离子电池具有相同的电化学行为，且钠地球储量丰富成本低廉，使得钠离子电池成为最具前景的锂离子电池替代者。

近年来由于锂离子电池爆炸而带来的安全事故与人员伤亡时间屡见不鲜，其根本原因是传统液体电池所使用的有机电解液具有热不稳定性，易挥发，高度易燃，在电池循环过程中会发生电化学分解导致电池膨胀，严重的会造成漏液进而引起起火爆炸事故。钠离子电池与锂离子电池相同，同样面临着有机电解液带来的安全隐患，因此使用固态电解质代替有机电解液势在必行。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种PFSA-Na固态复合电解质隔膜的制备方法；目的之二在于提供一种PFSA-Na固态复合电解质隔膜；目的之三在于提供PFSA-Na固态复合电解质隔膜在二次固态钠离子电池中的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种PFSA-Na固态复合电解质隔膜的制备方法，所述方法如下：

将PFSA-Li粉末与钠源一起加入水中混匀，在40-150℃下搅拌5-24h，然后经离心洗涤、烘干，获得PFSA-Na粉末，接着将所述PFSA-Na粉末溶解于有机溶剂后获得PFSA-Na胶液，在搅拌下向所述PFSA-Na胶液中加入电解液，获得混合溶液，最后将所述混合溶液进行刮涂后在60-150℃下干燥12-48h，制得PFSA-Na固态复合电解质隔膜。

优选的，所述PFSA-Li粉末和钠源的质量比为1-100:1-400。

优选的，所述PFSA-Na胶液中PFSA-Na粉末的质量分数为20-40％；所述PFSA-Na胶液与电解液的体积比为0.5-200:1；所述电解液的浓度为1mol/L。

优选的，所述钠源为氯化钠、醋酸钠、硝酸钠、氢氧化钠或碳酸钠中的一种。

优选的，所述离心洗涤具体为在5000-9000r/min的速度下以去离子水离心洗涤3-10次，每次离心洗涤3-5min。

优选的，所述烘干具体为在30-150℃下烘干5-96h。

优选的，所述有机溶剂为氮氮二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、四氢呋喃或二甲基亚砜中的一种。

优选的，所述电解液中溶质为高氯酸钠、六氟磷酸钠、三氟甲磺酸钠或双三氟甲基磺酰亚胺钠中的一种，所述电解液中溶剂为EC/DEC、EC/PC、DGM或DME中的一种。

2、所述的方法制备的PFSA-Na固态复合电解质隔膜。