【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠金属电池，涉及一种固态电解质及其制备方法和钠金属电池。
技术介绍
1、钠元素在地球的丰度是锂的四百倍以上，由于钠元素与锂元素相似的理化特性以及其丰富的储量来源，钠离子电池有望取代锂离子电池，钠离子电池在电动摩托车、低速电动汽车和大规模储能领域具有巨大的应用潜力。
2、为了解决钠电池电解液易燃易漏的问题，业内采用固态电解质材料替换液态有机电解质，组装出固态钠金属电池；固态钠金属电池不仅显著提升了电池的安全性，还大大拓宽了电化学窗口，使用高电势正极材料和金属钠负极，进一步提升了电池的能量密度；在目前所研究的钠离子固态电解质中，由于钠超离子导体(nasicon)型固态电解质钠锆硅磷氧(na3zr2si2po12)具有较高的离子电导率和化学稳定性而得到了广泛的发展；但是其与电极尤其是厚电极之间的界面接触较差，会导致电解质与金属钠负极之间的界面阻抗较高、电池内部电流分布不均匀；而电流密度大的地方钠的沉积速度快，诱导钠负极表面枝晶生长，钠枝晶生长到一定程度时可能会穿透隔膜导致电池短路；虽然如聚氧化乙烯(polyethylene oxidized，peo)、聚偏氟乙烯(polyvinylidene difluoride，pvdf)以及聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，pmma)这类有机聚合物固态电解质具有足够的柔韧性和力学强度，能够呈现出与正负极较好的界面接触性，但是它们普遍离子电导率低、低温性能差，在厚电极的固态钠电池上的应用也倍受限制。
技术实现思路<
1、针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种固态电解质及其制备方法和钠金属电池。
2、为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供一种固态电解质，包括薄膜层；
4、两柱状体阵列层，分别设置在所述薄膜层两侧表面；
5、所述柱状体阵列层包括阵列式排布在所述薄膜层表面的多个柱状体，多个所述柱状体均自所述薄膜层向外延伸设置；
6、所述固态电解质还包括钠超离子导体。
7、在一些实施例中，所述薄膜层中，以薄膜层的总质量为100％计，所述钠超离子导体的含量为c1；所述柱状体阵列层中，所述柱状体的面密度为n；以所述柱状体阵列层的总质量为100％计，所述钠超离子导体的含量为c2；
8、其中，所述c1的值为10％～50％，和/或所述c2的值为35％～85％，和/或所述n的值为15个/2.545cm2～35个/2.545cm2。
9、在一些实施例中，所述c1、所述c2和所述n均满足2＜(c1+c2)/n＜7。
10、在一些实施例中，所述薄膜层的层高为20um～50um，和/或所述柱状体阵列层的层高为20um～30um。
11、在一些实施例中，所述薄膜层和所述柱状体阵列层均通过3d打印机打印得到。
12、在一些实施例中，所述钠超离子导体包括钠锆硅磷氧、β-氧化铝、硫锑酸钠中的至少一种。
13、本专利技术还提供一种固态电解质的制备方法，包括如下步骤：
14、制备均含有钠超离子导体的第一浆料和第二浆料；
15、通过3d打印机将所述第二浆料打印为呈阵列式排布的多个柱状体结构的固态电解质，得到第一柱状体阵列层；
16、在所述第一柱状体阵列层的表面，通过3d打印机将所述第一浆料打印为呈薄膜状结构的固态电解质，得到薄膜层；
17、在所述薄膜层的外表面，通过3d打印机将所述第二浆料打印为呈阵列式排布的多个柱状体结构的固态电解质，得到第二柱状体阵列层。
18、在一些实施例中，所述薄膜层中，以薄膜层的总质量为100％计，所述钠超离子导体的含量为c1；在所述第一柱状体阵列层和所述第二柱状体阵列层中，所述柱状体的面密度均为n；以所述第一柱状体阵列层或所述第二柱状体阵列层的总质量为100％计，在所述第一柱状体阵列层或所述第二柱状体阵列层中，所述钠超离子导体的含量均为c2；
19、其中，所述c1的值为10％～50％，所述c2的值为35％～85％，所述n的值为15个/2.545cm2～35个/2.545cm2。
20、在一些实施例中，所述c1、所述c2和所述n均满足2＜(c1+c2)/n＜7。
21、在一些实施例中，得到的所述薄膜层的层高为20um～50um，和/或得到的所述第一柱状体阵列层和所述第二柱状体阵列层的层高均为20um～30um。
22、在一些实施例中，还包括如下步骤：
23、在所述第一浆料或所述第二浆料通过3d打印机打印的同时，全程使用360nm～420nm波长的紫外光进行照射，使得所述薄膜层、所述第一柱状体阵列层和所述第二柱状体阵列层uv固化成型。
24、在一些实施例中，还包括如下步骤：
25、在所述第一浆料和所述第二浆料通过3d打印机打印的过程中，以200r/min～300r/min的转速不断搅拌3d打印机料槽中的所述第一浆料或者所述第二浆料，并使得所述第一浆料或所述第二浆料的温度保持在25℃～35℃的范围内。
26、本专利技术进一步提供一种钠金属电池，包括上述的固态电解质，还包括分别设置在所述固态电解质两侧表面的正极材料和负极材料；所述正极材料和所述负极材料均通过在所述固态电解质的表面原位浇筑成型的方式得到。
27、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
28、本专利技术中固态电解质的薄膜层位于正负极之间用于导通离子，两个柱状体阵列层则分别用于接触正负极材料；柱状体阵列层上分布有大量密集排布的电解质浆料棒，可以使得电解质与正负极的附着更加紧密，这种柱状体结构的电解质浆料棒自薄膜层竖直向外延伸，能够深入正负极材料的内部，缩短离子传输距离，提高离子电导率；柱状体阵列层上的电解质浆料棒排布均匀、密集，使得充放电过程中离子的沉积均匀，还可以有效抑制钠枝晶生长；本专利技术中的固态电解质应用于厚电极时仍能保持良好的离子导电性能和较快的离子迁移速度，确保了电池内部离子的高效传输；能够解决因电极厚度的增加而导致电池能量效率降低，以及电池内部离子沉积不均带来安全隐患的问题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种固态电解质，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述薄膜层中，以所述薄膜层的总质量为100％计，所述钠超离子导体的含量为C1；所述柱状体阵列层中，所述柱状体的面密度为N；以所述柱状体阵列层的总质量为100％计，所述钠超离子导体的含量为C2；
3.根据权利要求2所述的固态电解质，其特征在于，所述C1、所述C2和所述N均满足2＜(C1+C2)/N＜7。
4.根据权利要求2所述的固态电解质，其特征在于，所述薄膜层的层高为20um～50um，和/或所述柱状体阵列层的层高为20um～30um。
5.根据权利要求2或4所述的固态电解质，其特征在于，所述薄膜层和所述柱状体阵列层均通过3D打印机打印得到。
6.根据权利要求5所述的固态电解质，其特征在于，所述钠超离子导体包括钠锆硅磷氧、β-氧化铝、硫锑酸钠中的至少一种。
7.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的固态
10.根据权利要求7或8所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，得到的所述薄膜层的层高为20um～50um，和/或得到的所述第一柱状体阵列层和所述第二柱状体阵列层的层高均为20um～30um。
11.根据权利要求10所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：
12.根据权利要求11所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：
13.一种钠金属电池，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的固态电解质，还包括分别设置在所述固态电解质两侧表面的正极材料和负极材料；所述正极材料和所述负极材料均通过在所述固态电解质的表面原位浇筑成型的方式得到。
...【技术特征摘要】
1.一种固态电解质，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述薄膜层中，以所述薄膜层的总质量为100％计，所述钠超离子导体的含量为c1；所述柱状体阵列层中，所述柱状体的面密度为n；以所述柱状体阵列层的总质量为100％计，所述钠超离子导体的含量为c2；
3.根据权利要求2所述的固态电解质，其特征在于，所述c1、所述c2和所述n均满足2＜(c1+c2)/n＜7。
4.根据权利要求2所述的固态电解质，其特征在于，所述薄膜层的层高为20um～50um，和/或所述柱状体阵列层的层高为20um～30um。
5.根据权利要求2或4所述的固态电解质，其特征在于，所述薄膜层和所述柱状体阵列层均通过3d打印机打印得到。
6.根据权利要求5所述的固态电解质，其特征在于，所述钠超离子导体包括钠锆硅磷氧、β-氧化铝、硫锑酸钠中的至少一种。
7.一种固态电解质的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：李月庆，廖燕，吴声本，
申请(专利权)人：浙江锂威能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。