[发明专利]一种钠离子固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明属于能源存储领域，公开了一种钠离子固态电解质及其制备方法和应用。该钠离子固态电解质包括金属骨架化合物和钠离子电解质。金属骨架化合物的化学式为Ti₁₆O₇₂C₉₆H₆₄，该金属骨架化合物具有多孔的饼状结构。本发明提供的钠离子固态电解质由金属有机骨架化合物与电解质复合而成，独特结构的金属骨架化合物与电解质结合，使所述钠离子固态电解质具有良好的离子电导率和能量密度，能够制备出容量稳定性优异的钠离子电池。该制备方法简单，反应条件温和，合成时间短；且成本低廉，产量大，符合绿色化学的要求，适合大规模制备。

技术领域

本发明属于能源存储领域，具体涉及一种钠离子固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

在寻找经济和能源的平衡过程中，新能源已经成为低碳经济发展的关键，新能源所具有的清洁、低污染、可再生的优势，使世界能源结构得到改善，也将加快经济和社会的可持续发展。锂离子电池因其循环寿命长、能量密度高而成为储能系统的重要选择。然而，锂离子电池的高成本和锂资源的缺乏，极大地阻碍了锂离子电池在新能源汽车和电站行业的大规模应用。作为一种潜在的替代材料，可充电钠离子电池因其原料丰富、成本低和分布广等优点受到人们的关注。

由于钠离子电池中的重要组成部分有机电解液存在易燃、易泄露、钠枝晶容易生长等安全性问题，使传统的钠离子电池发展受到限制。因此固态钠离子电池被认为是新型储能型电池的重要潜力方向。但是目前对钠离子固态电解质的研究较少，钠离子固态电解质存在离子电导率低，制得的固态钠离子电池的容量稳定性差等问题。

因此，亟需提供一种钠离子固态电解质，具有良好的离子电导率，能够制备出容量稳定性优异的钠离子电池。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种钠离子固态电解质，具有良好的离子电导率，能够制备出容量稳定性优异的钠离子电池。

本发明提供了一种金属骨架化合物，化学式为Ti₁₆O₇₂C₉₆H₆₄，所述金属骨架化合物为饼状，所述金属骨架化合物具有多孔的饼状结构。

所述金属骨架化合物具有稳定的多孔结构，利用其制备钠离子固态电解质，能够有效提高钠离子固态电解质的离子电导率、容量稳定性，以及循环稳定性。所述饼状形貌的金属有机骨架化合物在压片制备工艺中，独特的形貌不易破碎，与电解质颗粒之间的接触良好，能够提高电池的容量稳定性，保证固态电解质和电池的安全性。

优选的，所述金属骨架化合物的直径为1-3μm，所述金属骨架化合物的厚度为0.1-1.5μm；进一步优选的，所述金属骨架化合物的直径为1-2.5μm，所述金属骨架化合物的厚度为0.5-1.0μm。较大的尺寸能减少一定厚度下的金属有机骨架化合物颗粒之间的界面接触，降低固态电解质的界面阻抗；且较大的尺寸能允许钠离子在电池的充放电过程中大部分运输过程都在金属有机骨架内部进行，进一步加快钠离子传输过程。

本发明还提供了一种金属骨架化合物的制备方法，包括以下步骤：

将对苯二甲酸和钛酸异丙酯溶于溶剂中，溶剂热反应，过滤，干燥滤渣制得所述金属骨架化合物。

优选的，所述对苯二甲酸的质量与所述钛酸异丙酯的体积的比为(1-5)：(0.3-2)mg/μL；进一步优选的，所述对苯二甲酸的质量与所述钛酸异丙酯的体积的比为(2-3)：(1.0-1.6)mg/μL。

优选的，所述溶剂为醇、醚、酰胺类。进一步优选的，所述溶剂为甲醇和二甲基甲酰胺。

优选的，所述溶剂热反应的温度为120-180℃；进一步优选的，所述溶剂热反应的温度为130-160℃。

本发明也提供了一种钠离子固态电解质，包括所述金属骨架化合物和钠离子电解质。