[发明专利]钠离子电池隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及钠离子电池隔膜及其制备方法和应用，属于钠离子电池技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种具有高吸液率和电导率的钠离子电池隔膜。该钠离子电池隔膜，按以下重量百分比的组分制成：钠型全氟磺酸树脂85％～99％，钠基蒙脱土1％～15％。本发明采用特定配比的钠型全氟磺酸树和钠基蒙脱土复合得到复合隔膜，不仅增加了隔膜的钠离子电导率，还提高了电解质膜的吸液率，使得该隔膜用于钠离子电池时，表现出高的电池容量和循环稳定性。本发明的钠离子电池隔膜，其制备方法简单，成本低廉，安全环保，可产业化应用。

技术领域

本发明涉及钠离子电池隔膜及其制备方法和应用，属于钠离子电池技术领域。

背景技术

从化石燃料损耗和温室效应的角度来看，迫切需要将电力生产从传统的化石燃料转向可再生的清洁能源。通过与电池技术的集成，可以实现能量的存储和保存，并在多种应用中得到广泛的应用。在过去三十年里，可充电锂离子电池在便携式电子设备的电力市场一直处于领先地位，并随着技术的发展被应用到电动汽车上。然而，由于市场需求的增长和锂资源的短缺和分布不均，锂电池的广泛应用受到成本快速上升的威胁。最近，一系列碱金属离子电池，包括钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)和铝(Al)自然引起了相当大的关注。

其中，由于储量无限且广泛存在的钠资源，钠离子电池是大规模储能应用的最佳技术之一。隔膜在隔绝电池正负极、防止短路、储存电解液、允许钠离子的快速穿梭等方面扮演着十分重要的角色。然而，与热点集中的钠离子电池正极、负极材料相比，对钠离子电池隔膜的关注却非常少。目前已商业化的聚烯烃隔膜由于其固有的对钠离子电池电解液(EC/PC、EC/DMC)差的润湿性及低的热稳定性，不能满足高安全的大规模钠离子电池的储能需求。

目前，研究较多的钠离子电池隔膜主要有三类，玻璃纤维滤纸、有机聚合物无纺布、聚烯烃复合隔膜。玻璃纤维滤纸是一种无机材料制备成的纤维状非纺滤纸，厚度大，不太适用于高能量密度的电池中，且较为昂贵，拉伸强度很低。聚烯烃复合隔膜是将有机或者无机材料与现有的商业聚烯烃隔膜复合，其优势厚度薄、电阻小，但是润湿性差、热稳定性不高。还有一些研究者将离子交换膜用于钠离子电池以取代传统的钠离子隔膜，这些离子交换膜在吸收了电解液溶剂后，表现出比常规液态电解质更加优异的电化学性能。但是这种单纯将离子交换树脂钠化制备成膜的隔膜，其用于钠离子电池时展现的循环稳定性较差。因此，必选开发新的电池隔膜已满足钠离子电池的需求。

全氟磺酸树脂(Nafion-H)是已知的最强固体超强酸，具有耐热性能好、化学稳定性和机械强度高等特点。目前，全氟磺酸膜是质子交换膜燃料电池研制与开发中应用最多的质子交换膜，具有良好的质子传导性和化学稳定性，但是，燃料电池与钠离子电池的原理完全不同，对隔膜的要求也不相同，直接将全氟磺酸膜用于钠离子电池，并不能达到很好的效果。

专利CN108232262A公开了一种高阻隔、高耐受复合质子交换膜及其制备方法，该膜由99-99.5％的离子交换树脂和0.5-5％的取向层构成，其中，离子交换树脂可以为全氟磺酸树脂，取向层可以为改性蒙脱土。但是，该专利是将用插层剂改性后的钠基蒙脱土与离子交换树脂复合成膜，其方法复杂，且该隔膜是燃料电池隔膜，并不具有钠离子电池的高吸液率和电导率，不适用于燃料电池。

发明内容

针对以上缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种具有高吸液率和电导率的钠离子电池隔膜。

本发明钠离子电池隔膜，由以下重量百分比的组分组成：钠型全氟磺酸树脂85％～99％，钠基蒙脱土1％～15％。

优选的，所述钠离子电池隔膜的厚度为20～50μm。

作为优选方案，所述钠离子电池隔膜的厚度为30μm。

本发明解决的第二个技术问题是提供本发明钠离子电池隔膜的制备方法。

本发明钠离子电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：