[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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技术领域，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。

发明内容

本发明目的在于：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，本发明提供如下技术方案：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。

本发明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%。

本发明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%。

本发明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；