[发明专利]钠离子电池用聚合物电解质基体及膜、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钠离子电池用聚合物电解质基体及膜、其制备方法和应用。聚合物电解质基体的结构如下所示，x的取值是4～30，m的取值是10～80，n的取值是6～50。本发明的聚合物电解质基体制备得到的电解质膜具有优异的离子传导率，高的热稳定性和电化学稳定性。将该聚合物电解质膜和钠离子电池正极材料组装成电池，电池具有很好的循环稳定性和倍率性能，较高的放电比容量。

技术领域

本发明涉及钠离子电池用聚合物电解质基体及膜、其制备方法和应用。

背景技术

自从上世纪90年代实现产业化以来，锂离子电池已成为便携式移动设备的主要电源，近年来也受到储能和动力汽车等大型能源的青睐。可是，地球上有限的锂资源和日趋上升的锂成本限制了锂离子电池在大规模储能方面的发展应用。钠和锂属于同一主族具有相似的物理化学性能，但是相比于锂，钠具有很多优点，资源丰富，分布广泛均匀，并且原料成本低，因此，钠离子电池有望发展成为未来大规模储能领域的主要电源。

电解质是电池的重要片组成部分，在决定电池的性能和安全问题上发挥着举足轻重的作用。目前钠离子电池使用的电解质主要是有机液态电解质，通常由常见的钠盐(高氯酸钠，六氟磷酸钠，三氟甲基磺酸钠，双草酸硼酸钠等)和有机碳酸酯类溶剂(碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸二乙酯，甲乙碳酸酯等)组成，这些液态电解质容易挥发泄漏，易燃易爆，易腐蚀电池壳，在使用过程中容易引发一系列的电池安全事故；另外，液态电解质电化学窗口窄，难以匹配高电压的正极材料，进而限制了电池能量密度的提高。使用固态电解质代替传统有机电解液，发展全固态二次电池是彻底解决电池安全问题和提高电池能量密度的根本途径。

聚合物电解质作为固态电解质的一种，具有不泄露，柔性好，低燃性，高安全性并且与电极具有稳定的界面接触等优点。更重要的是，聚合物电解质易于加工改性，具有很高的柔性，这使得它具有一定的粘结性，可以稳定的粘结在电极的表面，有效减小电极/电解质界面阻抗；还可以在循环充放电过程中抵抗电极材料的体积变化，提高电池的性能和使用寿命。常用的钠离子电池用的聚合物电解质基体主要为聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等，而这些聚合物对应的固态电解质膜都存在离子传导率低，电极/电解质界面阻抗大，力学性能不足等缺陷，限制了其在钠离子电池中的进一步发展应用。因此迫切需要一种钠离子电池用固态聚合物电解质的研发。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的固态电解质膜都存在离子传导率低，电极/电解质界面阻抗大，力学性能不足等缺陷，而提供了一种钠离子电池用聚合物电解质及膜、其制备方法和应用。该聚合物电解质制备得到的电解质膜具有优异的离子传导率，高的热稳定性和电化学稳定性。采用该聚合物电解质膜制备的钠离子电池具有很好的循环稳定性和倍率性能，较高的放电比容量。

本发明是采用如下技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种钠离子电池用聚合物电解质基体，其结构如通式一所示：

x的取值是4～30，m的取值是10～80，n的取值是6～50。

所述的x优选4、9、10或30。

所述的m优选20～80，例如，20、50或80。

所述的n优选6、20或50。

本发明中，所述聚合物电解质基体的数均分子量优选为100000～500000，更优选100000、313200、400000或500000。

本发明中，所述聚合物电解质基体的分子量分布指数Mw/Mn优选1.21～1.51，更优选1.21、1.39、1.4或1.51。