[发明专利]全固态可充电电池及其电解质的制造方法

说明书

本发明涉及全固态可充电电池及其电解质的制造方法。根据本发明的全固态可充电电池包括具有存储钠离子能力的高电位正极材料、金属钠负极及介于所述正极与所述负极之间的全固态电解质。该电解质包括无机多孔骨架、附着于所述多孔骨架表面的铁电材料修饰层，以及填充于所述多孔骨架孔隙及所述修饰层孔隙的有机聚合物。根据本发明具有铁电材料修饰层的全固态可充电电池具有较低的界面阻抗及较高的室温循环稳定性。

技术领域

本发明涉及电化学储能装置及其电解质的制造方法，尤其涉及一种全固态可充电电池及其电解质的制造方法。

背景技术

全固态可充电电池采用固态电解质，以提供较为安全的可充电电池。在多种固态电解质体系中，聚合物复合电解质因能够与电极保持紧密接触而受到关注。然而，目前采用聚合物复合电解质的固态可充电电池较难在室温下循环使用，尤其当使用金属钠为电池负极时，电池的容量严重衰减，使得目前的聚合物全固态可充电电池的应用受到较大限制。

发明内容

根据一个方面，本发明提供一种全固态可充电电池，其包括正极、负极及介于所述正极与所述负极之间的电解质。正极包括具有存储钠离子能力的高电位正极材料。负极为金属钠。电解质包括多孔骨架的NASICON钠离子材料、附着于所述多孔骨架表面的修饰层，以及填充于所述多孔骨架孔隙及所述修饰层孔隙的聚合物。

优选地，所述修饰层为钙钛矿结构的铁电材料。进一步优选地，所述钙钛矿结构铁电材料为以下材料之一：铌酸钾钠、锆钛酸铅、钛酸铋钠。

优选地，所述多孔骨架包括NASICON结构的Na3Zr2Si2PO12。

优选地，聚合物包括有机聚合物及钠盐，其中所述有机聚合物为以下之一或其组合：聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈；所述钠盐为以下之一或其组合：双三氟甲基磺酰基亚胺钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、三氟甲磺酸钠及六氟磷酸钠。

优选地，修饰层与所述多孔骨架的质量比为2.4:100。

优选地，所述多孔骨架具有大于等于18vol％且小于等于56vol％的孔隙度。

根据另一方面，本发明提供一种全固态可充电电池电解质的制造方法，所述方法包括：

a.将修饰层材料的前驱体溶液涂覆于多孔骨架的表面；

b.将所述前驱体溶液及所述多孔骨架烧结，以在所述多孔骨架的表面上形成含孔隙的晶体修饰层；

c.将熔融的聚合物材料填充于所述附着有所述修饰层的多孔骨架的孔隙内；以及

d.将熔融的聚合物固化，形成复合电解质，其中所述复合电解质包括多孔骨架、附着于所述多孔骨架表面的修饰层，以及填充于所述多孔骨架孔隙及所述修饰层孔隙的聚合物。

附图简要说明

图1为根据本发明实施例的全固态可充电电池的制造方法流程图。

图2示出根据本发明实施例的全固态可充电电池的电解质的X射线衍射图谱。

图3为图2的局部放大图。

图4为根据本发明实施例的铁电材料修饰的无机多孔骨架的FE-SEM图像(a1、a2、a3)及TEM图像(a4)以及铁电材料修饰的聚合物复合电解质的FE-SEM图像(b1、b2及b3)。

图5为根据本发明实施例的全固态可充电电池的具有铁电材料修饰层的聚合物复合电解质在室温下的电化学电阻图。

图6为根据本发明实施例的全固态可充电电池的具有有铁电材料修饰层的全固态钠金属电池的放电容量随循环次数变化曲线图。

图7为无铁电材料修饰层的全固态钠金属电池的放电容量随循环次数变化曲线图。