本發(fā)明涉及固態(tài)鈉金屬電池領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)鈉金屬電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球鋰電池原材料的快速枯竭，開發(fā)用于能源儲存系統(tǒng)的非鋰電池對于建立可持續(xù)的能源使用格局越來越重要。由于鈉的化學(xué)和物理性質(zhì)與鋰相當，儲量豐富且成本低，鈉電池已經(jīng)成為一種非?？尚械匿囯姵靥娲贰?/p>

2、電池使用傳統(tǒng)的有機液體作為電解質(zhì)時，金屬鈉陽極與鋰陽極類似同樣也會遇到不均勻沉積/剝離和枝晶穿透等問題，進而引起短路，甚至燃燒等潛在的安全問題。

3、用固態(tài)電解質(zhì)代替電解液可以從根本上解決電池的安全問題。但是，由于常用的nasicon固態(tài)電解質(zhì)在儲存環(huán)境下會在表面生成疏鈉的na2co3和naoh，惡化界面潤濕性，導(dǎo)致電解質(zhì)/負極界面固體-固體接觸不良，阻礙了鈉離子在界面上的傳輸，造成全固態(tài)鈉離子電池內(nèi)阻的急劇增大，電池的循環(huán)性能變差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)鈉金屬電池及其制備方法。本發(fā)明提供的制備方法制備得到的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)能夠改善固態(tài)電解質(zhì)與金屬鈉負極間的界面潤濕性，使固態(tài)鈉金屬電池具有良好的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，包括：

4、將前驅(qū)體液涂覆于固態(tài)電解質(zhì)表面后干燥，得到復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)；

5、所述前驅(qū)體液包括含鉍的前驅(qū)體液和/或含銻的前驅(qū)體液；

6、所述含鉍的前驅(qū)體液/含銻的前驅(qū)體液的制備方法，包括：

7、將氯化鉍/氯化銻與有機溶劑的混合液與水混合進行水解反應(yīng)，得到含鉍的前驅(qū)體液/含銻的前驅(qū)體液。

8、優(yōu)選地，所述混合液中氯化鉍/氯化銻的物質(zhì)的量與有機溶劑的體積之比為(0.1～1)mol：1l。

9、優(yōu)選地，所述氯化鉍/氯化銻的物質(zhì)的量與水的體積之比為(0.1～1)mol：(1.7～13.5)ml。

10、優(yōu)選地，所述氯化鉍與有機溶劑的混合液與水混合進行水解反應(yīng)的ph值為6.5～7.5。

11、優(yōu)選地，所述氯化銻與有機溶劑的混合液與水混合進行水解反應(yīng)的ph值為0～1。

12、優(yōu)選地，所述涂覆的方式為旋涂，旋涂的次數(shù)為1～3次，每次旋涂完成后均進行干燥。

13、優(yōu)選地，所述每次旋涂的前驅(qū)體液的體積均為20～50μl/cm2。

14、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，包括固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)表面的前驅(qū)體層。

15、本發(fā)明還提供了一種固態(tài)鈉金屬電池的制備方法，包括：

16、將金屬鈉置于固態(tài)電解質(zhì)表面的前驅(qū)體層上進行熱處理，得到第一復(fù)合體；

17、將所述第一復(fù)合體與正極進行組裝，得到固態(tài)鈉金屬電池。

18、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述制備方法制備的固態(tài)鈉金屬電池，包括依次設(shè)置的金屬鈉負極、界面層、復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)和正極。

19、本發(fā)明提供了一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，包括：將前驅(qū)體液旋涂于固態(tài)電解質(zhì)表面后干燥，得到復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)；所述前驅(qū)體液包括含鉍的前驅(qū)體液和/或含銻的前驅(qū)體液；所述含鉍的前驅(qū)體液/含銻的前驅(qū)體液的制備方法，包括：將氯化鉍/氯化銻與有機溶劑的混合液與水混合進行水解反應(yīng)，得到含鉍的前驅(qū)體液/含銻的前驅(qū)體液。本發(fā)明通過在固態(tài)電解質(zhì)表面涂覆前驅(qū)體液，利用氯化鉍或氯化銻水解得到的鹽酸與固態(tài)電解質(zhì)表面的na2co3和naoh反應(yīng)生成nacl，nacl可以提供快速的離子擴散通道，并阻止電子進入電解質(zhì)，抑制枝晶生長；采用復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)制備固態(tài)鈉金屬電池，可以利用復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中含有的氯化鉍和/或氯化銻水解后形成的biocl和/或sbocl與金屬鈉負極接觸生成na3ocl以及na3bi和/或na3sb合金，na3ocl可以提供快速的離子擴散通道，并阻止電子進入電解質(zhì)，抑制枝晶生長，na3bi和/或na3sb合金不僅可以增加界面接觸，還可以引導(dǎo)電場均勻分布，調(diào)控金屬na勻沉積，提高固態(tài)鈉金屬電池的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。實施例結(jié)果表明，本發(fā)明提供的制備方法制備得到的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)制備的固態(tài)鈉金屬電池的電池內(nèi)阻為48～74ω/cm2，鈉對稱電池在0.3ma·cm-2的電流密度下，能夠穩(wěn)定循環(huán)1900～2200小時，在0.5c下固態(tài)鈉金屬電池的循環(huán)次數(shù)可達300次，容量保持率可達97.6％，具有良好的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述混合液中氯化鉍/氯化銻的物質(zhì)的量與有機溶劑的體積之比為(0.1～1)mol：1l。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氯化鉍/氯化銻的物質(zhì)的量與水的體積之比為(0.1～1)mol：(1.7～13.5)ml。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氯化鉍與有機溶劑的混合液與水混合進行水解反應(yīng)的ph值為6.5～7.5。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氯化銻與有機溶劑的混合液與水混合進行水解反應(yīng)的ph值為0～1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述涂覆的方式為旋涂，旋涂的次數(shù)為1～3次，每次旋涂完成后均進行干燥。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述每次旋涂的前驅(qū)體液的體積均為20～50μl/cm2。

8.權(quán)利要求1～7任一項所述的制備方法制備得到的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，包括固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)表面的前驅(qū)體層。

9.一種固態(tài)鈉金屬電池的制備方法，其特征在于，包括：

10.權(quán)利要求9所述制備方法制備的固態(tài)鈉金屬電池，包括依次設(shè)置的金屬鈉負極、界面層、復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)和正極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)鈉金屬電池及其制備方法，屬于固態(tài)鈉金屬電池領(lǐng)域。本發(fā)明提供的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的制備方法包括：將前驅(qū)體液旋涂于固態(tài)電解質(zhì)表面后干燥，得到復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)；所述前驅(qū)體液包括含鉍的前驅(qū)體液和/或含銻的前驅(qū)體液；所述含鉍的前驅(qū)體液/含銻的前驅(qū)體液的制備方法，包括：將氯化鉍/氯化銻與有機溶劑的混合液與水混合進行水解反應(yīng)，得到含鉍的前驅(qū)體液/含銻的前驅(qū)體液。本發(fā)明提供的制備方法制備得到的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)制備的固態(tài)鈉金屬電池具有良好的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉瑞平,湯文皞,劉子雋,李傲
受保護的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15