本发明专利技术公开了一种钠电池用聚丙烯酸酯基聚合物电解质及其构成的聚合物钠电池。本发明专利技术所述的聚丙烯酸酯基聚合物电解质具有良好的电化学稳定性和较高的离子传输性能；采用原位聚合工艺得到，其前聚体包括钠盐、非水有机溶剂、可聚合单体和引发剂。与此同时，采用本发明专利技术所述的聚合物电解质组装的钠电池充放电曲线平稳，具有良好的长循环以及倍率充放电性能；并且该制备过程与传统的商业锂电池生产工艺相同，在不改变原有电池生产工艺的前提下，制备简单、成型容易。因此本发明专利技术所提出的原位共聚制备的聚丙烯酸酯基聚合物电解质适用于钠电池领域，并且具有极大的商业化潜质。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种聚合物电解质，具体地说涉及一种钠电池用聚丙烯酸酯基聚合物电解质及其构成的聚合物钠电池。
技术介绍
目前正在开发的可再生清洁能源有风能、太阳能、潮汐能，它们都属于间歇性能源，如果将其产生的间歇性的、不稳定的电能并入电网，将严重干扰电网的正常运行，因此开发出满足大规模储能应用、低成本、高安全、大规模的新型储能技术已成为世界范围内的研究热点。目前，主要储能技术有电化学储能、机械储能、电磁储能和相变储能等。电化学储能技术与其他储能方式相比具有效率高、投资少、使用安全、应用灵活等特点，最符合当今能源的发展方向化学储能电池有着悠久的历史，目前，锂离子电池铅酸电池等化学电池已实现广泛的应用。锂电池由于其能量密度高工作电压高无记忆效应、循环寿命长是发展前景最为明朗的高能化学储能电池体系，锂电池具有高比能、高电压、高效率、无自放电、无记忆效应等优点而成为首选，但是金属锂在地球上储量极其有限，金属钠作为仅次于锂的第二轻的金属元素，丰度高达2.3%～2.8%，比锂高4～5个数量级。从这个角度来说，将钠电池应用于储能
，具有商业化和可持续利用的巨大潜力和优势。根据钠电池所使用的电解质不同可分为液态钠电池和聚合物钠电池。液态钠电池具有良好的高充放电速率和低温性能，但是电池的安全性能是钠电池实现商业化的前提，而导致目前钠电池安全性能的问题主要是商用电解液中有机溶剂本身为易燃烧物质，特别是在某些特殊极端环境条件下或电池内部故障导致短路过充条件下会导致电池自燃甚至爆炸，使得钠电池存在较大安全隐患。而且由于液态钠电池外包装为铝壳或钢壳，限制了其形状的任意性。采用聚合物电解质可使钠电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，进而提高钠电池的充放电循环寿命和安全性能。
技术实现思路
本专利技术目的在于：提供了一种聚合物电解质的制备方法，并应用于钠电池中，在不改变传统的电池生产工艺的前提下，提高钠电池的电化学性能以及安全性能。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：所述的聚合物电解质采用原位聚合工艺制备，其前聚体包括钠盐、非水有机溶剂、可聚合单体和引发剂。本专利技术所述的聚合电解质所选用的非水有机溶剂为以下物质的一种或多种：碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1，2-二甲基乙烯碳酸酯、碳酸乙丁酯、碳酸甲丁酯、碳酸二丁酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸二正丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙异丙酯、γ-丁内酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、亚乙烯碳酸酯、丙烷磺内酯、乙烯亚硫酸酯、氟代苯、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1，3-二氧戊烷、二甲基亚砜、环丁砜，非水有机溶剂在聚合物电解质中的质量百分数为10%～90%；所述的钠盐为高氯酸钠、三氟甲基磺酸钠、双氟甲烷磺酰亚胺钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、二草酸硼酸钠、二氟草酸硼酸钠、氯化钠、硝酸钠中的一种或多种，钠盐在聚合物电解质中的质量百分数为0.02%～30%。本专利技术所述的聚合物电解质所选用的可聚合单体为聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十二酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种,可聚合单体在聚合物电解质中的质量百分数为1%～60%。所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二异丙酯中的一种或多种，引发剂在聚合物电解质中的质量百分数为0.002%～5%。本专利技术所述的聚合物钠电池的制备方法为：a．将钠盐溶于非水有机溶剂中，搅拌均匀得到澄清的有机电解液；b．将可聚合单体和引发剂加入上述有机电解液，搅拌均匀，得到前聚体溶液；c.将前聚体溶液、隔离膜、正极极片和负极极片组装钠电池，密封好后，再经室温或者加热原位聚合一定时间，制得聚合物钠电池。所述的原位聚合是在钠电池内部聚合，聚合温度为15-150oC，聚合时间为0.5-32小时。所述电解质为原位共聚得到的聚合物电解质。所述隔离膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、玻璃纤维、聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、纤维素无纺膜、醋酸纤维素多孔膜、硝酸纤维素多孔膜、尼龙多孔膜、海藻纤维无纺膜、芳纶无纺膜、聚芳砜酰胺无纺膜或聚酰亚胺无纺膜中的一种或多种。所述正极的活性材料为磷酸钒钠，硫酸铁钠，钠离子氟磷酸盐，钠钒氟磷酸盐，钠铁氟磷酸盐，钠锰氧化物或钠钴氧化物中的一种或多种。所述负极活性材料为金属钠，硬碳，二硫化钼，钠钛氧化物，镍钴氧化物，氧化锑，锑碳复合材料，锡锑复合材料，对苯二甲酸钠，锂钛氧化物或钠锂钛氧化物中的一种或多种。一种聚合物钠电池的制备，用上述电解质将正负极极片分隔开，装进金属壳或铝塑膜，组装成纽扣型或软包方形电池。本专利技术的钠电池用聚丙烯酸酯基聚合物电解质和聚合物钠电池制备容易，成型简单，室温离子电导率为2×10-4S/cm-8×10-3S/cm，电化学窗口大于3.6V。与此同时该聚合物电解质应用于聚合物钠电池，消除了该安全隐患，大大提升了钠电池的安全使用性能。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的聚合物电解质组装的磷酸钒钠/钠半电池在室温下的充放电曲线。图2为本专利技术实施例2提供的聚合物电解质组装的二硫化钼/钠半电池的长循环性能。图3为本专利技术实施例3提供的聚合物电解质组装的磷酸钒钠/二硫化钼钠离子全电池的倍率性能。具体实施方式结合一下实施例对本专利技术的聚合物钠电池电解质的制备方法作详细说明。实施例1将1.5g聚乙二醇二丙烯酸酯、0.01g偶氮二异丁腈和5g高氯酸钠溶于75g碳酸丙烯酯中，室温下搅拌直至呈均一溶液状态，将上述前聚体溶液、玻璃纤维隔离膜、磷酸钒钠正极和钠金属，组装成钠电池，密封好后，在60oC下原位聚合5小时制得聚合物电解质钠电池。经测试，该聚合物电解质在25oC时离子电导率为8×10-4S/cm.测试所制成的聚合物电解质的电化学窗口：以不锈钢片和钠片夹住电解质，放在2032型电池壳中。电化学窗口以电化学工作站进行线性伏安扫描测量，起始电位为2.5V，最高电位为5.5V，扫描速度为1mV/s。经测试，该聚合物电解质电化学窗口为4.5V。利用钠金属为负极，磷酸钒钠为正极，玻璃纤维为隔膜，将聚合物电解质组装成钠电池，用LAND电池充放仪测量该实施例在室温下的充放电曲线，如附图1。经测试，以该聚合物电解质组装的聚合物钠电池的放电在0.2C时的放电比容量为100mAhg-1。实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钠电池用聚丙烯酸酯基聚合物电解质，其特征在于：所述聚合物电解质的离子电导率为1×10‑4 S/cm‑8×10‑3 S/cm，电化学窗口大于3.6 V。
【技术特征摘要】
1.一种钠电池用聚丙烯酸酯基聚合物电解质，其特征在于：所述聚合物电解质的离子电导率为1×10-4S/cm-8×10-3S/cm，电化学窗口大于3.6V。
2.一种如权利要求1所述的钠电池用聚丙烯酸酯基聚合物电解质，其特征在于：所述的聚合物电解质采用原位聚合工艺制备，其前聚体包括钠盐、非水有机溶剂、可聚合单体和引发剂。
3.根据权利要求2所述的非水有机溶剂为以下物质的一种或多种：碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1，2-二甲基乙烯碳酸酯、碳酸乙丁酯、碳酸甲丁酯、碳酸二丁酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸二正丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙异丙酯、γ-丁内酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、亚乙烯碳酸酯、丙烷磺内酯、乙烯亚硫酸酯、氟代苯、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1，3-二氧戊烷、二甲基亚砜、环丁砜，非水有机溶剂在聚合物电解质中的质量百分数为10%～90%；
所述的钠盐为高氯酸钠、三氟甲基磺酸钠、双氟甲烷磺酰亚胺钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、二草酸硼酸钠、二氟草酸硼酸钠、氯化钠、硝酸钠中的一种或多种，钠盐在聚合物电解质中的质量百分数为0.02%～30%；
所述的可聚合单体为聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十二酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种,可聚合单体在聚合物电解质中的质量百分数为1%～60%；
所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔光磊，张建军，温慧婕，徐红霞，刘志宏，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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