[发明专利]一种与Na3SbS4交联的聚合物钠快离子导体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，特别涉及一种与Na₃SbS₄交联的聚合物钠离子导体及其制备方法。

背景技术

有机液态电解质存在易泄露、易燃、易爆是限制电池在大规模储能领域应用的主要原因，以稳定性高的固体电解质替代易燃的有机液态电解质为解决电池安全问题提供了有效途径，钠离子固体电解质的发展极大的推动了钠离子电池技术的进步(Journal of Materials Chemistry A,2016,4,9044)。无机固体电解质尤其是硫化物固体电解质具有电导率高、化学稳定性好等优点。但存在机械性能较差，与电极材料接触不良等问题(Nano Letters,2016.DOI:10.1021/acs.)。聚合物电解质相比于无机固体电解质具有较高的机械强度，柔韧性以及良好的表面兼容性好，安全性高等一系列的优点，但聚合物电解质较无机固态电解质室温电导率低(Journal of Materials Chemistry A,2016.DOI:10.1039/C6TA02621D)。因此，亟待研究既具有高离子电导率又兼顾机械性能的固体电解质。

发明内容

本发明的目的在于提出一种制备简单、可重复性高、具有较高离子电导率、柔性好、机械强度高的与Na₃SbS₄交联的聚合物钠快离子导体及其制备方法。

本发明的与Na₃SbS₄交联的聚合物钠快离子导体的化学成分质量百分比为：聚合物:钠盐：Na₃SbS₄＝1.35-15：0.54-4：1；所述聚合物为聚丙烯腈(PAN)、聚己内酯(PCL)或聚碳酸乙酯(PEC)，所述钠盐为NaTFSI或NaClO₄；

所述Na₃SbS₄的制备方法:

将单质Na(>99％)、Sb(99.999％)、S(99.999％)，按摩尔比关系：Na:Sb:S＝2.29-3.01:1:3.09-4.01，在惰性气体保护的手套箱内放入到坩埚中，将坩埚放入一端封闭的石英管中，抽真空至0.1Pa，烧封石英管，再将烧封后的封闭石英管放入马弗炉中，以较缓慢的升温速率加热到600-900℃，升温速率为0.3℃/分钟，保温8-24小时后冷却至室温，将冷却后块体从石英管中取出，在手套箱中用研钵手动或采用球磨机将其研磨成粉末；球磨采用低转速100～200转/分钟，球磨时间8小时，在高纯氩气(99.999％)保护下球磨，制得四方相Na₃SbS₄钠快离子导体。

上述聚合物钠快离子导体的制备方法如下：

(1)按聚合物：有机溶剂的质量比＝1：2.17-16的比例，将聚合物加入到有机溶剂中，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)或乙腈(ACN)，磁力搅拌器搅拌至聚合物完全溶解，磁力搅拌转速优选300-500r/min；

(2)按钠盐：甲醇或乙二醇的质量比＝1：2.5-15，和Na₃SbS₄：甲醇或乙二醇的质量比＝1：6-10的比例，将钠盐与Na₃SbS₄分别溶于甲醇或乙二醇中，然后将这两种溶液混合后得到钠盐与Na₃SbS₄共溶的溶液；

(3)将步骤(2)所制备的溶液，加入到步骤(1)所制备的溶有聚合物的溶液中，同时用磁力搅拌器进行搅拌，转速为200-500r/min，待溶液混合均匀后转移至真空烘箱中40-120℃真空干燥，去除步骤(1)和(2)中所使用的溶剂，制得与Na₃SbS₄交联的聚合物钠快离子导体。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、原料低廉易得，制备工艺简单，可重复性高，适合大规模工业生产。

2、制备的聚合物基钠快离子导体柔韧性好，机械强度高，离子电导率高。

3、制备的聚合物电解质在材料的服役温度区间性能稳定，可应用于固体电解质。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的PAN聚合物钠快离子导体的X射线衍射图。

图2为本发明实施例2制得的PAN聚合物钠快离子导体的X射线衍射图。

图3为本发明实施例3制得的PAN聚合物钠快离子导体的X射线衍射图。

具体实施方式

实施例1：