本發(fā)明屬于鈉金屬電池固態(tài)電解質(zhì)材料，特別涉及一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)及制備方法。

背景技術(shù)：

1、由于化石能源的不可再生性，新能源已經(jīng)成為人們關(guān)注的重中之重。新能源技術(shù)正在蓬勃的發(fā)展，鋰電池已經(jīng)運用到電動汽車和各類便攜設(shè)備之中。然而鋰元素在全球范圍內(nèi)低的豐度，嚴重阻礙了其的進一步發(fā)展。為此，采用儲量十分豐富的鈉元素代替鋰元素，具有低的生產(chǎn)成本，鈉電池被認為是具有吸引力的下一代儲能設(shè)備。鈉金屬具有低還原電位（-2.71?v），較高的理論容量（1166?mah?g-1），采用鈉金屬作為電池負極，可以有效應(yīng)對鋰資源缺乏，是實現(xiàn)高能量密度的重要方法。

2、但鈉電池與鋰電池面臨著棘手的挑戰(zhàn)，在傳統(tǒng)液態(tài)電解液體系中，液態(tài)電解液會出現(xiàn)泄露和燃燒造成嚴重的安全問題。故而采用固態(tài)電解質(zhì)與鈉金屬負極結(jié)合使用，不僅可以提高能量密度，還可以進一步降低液態(tài)電解液帶來的安全隱患。在多種類型的固態(tài)電解質(zhì)中，聚合物固態(tài)電解質(zhì)具有良好的柔韌性、輕質(zhì)、與電極界面相容性好、易加工等優(yōu)點，具有良好的發(fā)展前景。其中聚環(huán)氧乙烷（peo）基固態(tài)電解質(zhì)由于其優(yōu)異的鈉鹽溶解能力、與鈉金屬負極界面相容性好、良好的輥對輥加工性能，被認為有很大的發(fā)展前景。

3、然而，在peo基固態(tài)電解質(zhì)中，由于na+沿著分子鏈段的緩慢擴散導致室溫下離子電導率（10-7-10-8），很低，無法滿足日常使用，同時負極界面的濃差極化，枝晶易生長造成電池失效。為此可以采用離子液體、增塑劑、無機填料摻雜、分子共混等方法提升離子電導率。同時為了抑制枝晶的生長以及實現(xiàn)電池的高能量密度，通常通過在peo基電解質(zhì)中添加支撐層來改善這個問題。理想的支撐層應(yīng)同時具有輕質(zhì)超薄、易加工、與peo的良好相容性等特點。纖維素具有很高的機械強度，能夠有效抑制枝晶生長并且表面存在大量的羥基，可提高其與peo的相容性。細菌纖維素（bc）具有多孔結(jié)構(gòu)的特點，是一種合適的支撐層來制備聚丙烯酰胺共混的超薄、高機械強度、高離子電導率peo基固態(tài)電解質(zhì)，從而提高鈉金屬電池的能量密度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)及制備方法，利用聚丙烯酰胺提升peo基固態(tài)電解質(zhì)的離子電導率，利用超薄的細菌纖維素作為支撐層，制備出具有高機械強度、高離子電導率的超薄的peo基固態(tài)電解質(zhì)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、將細菌纖維素原材料均勻分散于水溶液中，作為前驅(qū)液；

4、s2、將前驅(qū)液進行真空抽濾后烘干，得到細胞纖維素；

5、s3、將一定配比的peo與雙(三氟甲基磺?；?亞胺鈉以及聚丙烯酰胺在乙腈中進行混合攪拌，得到peo基固態(tài)電解質(zhì)漿料；

6、s4、將peo基固態(tài)電解質(zhì)漿料涂覆在細菌纖維素兩面支撐層并烘干，細菌纖維素作為bc支撐膜，得到peo-bc膜；

7、s5、將烘干的peo-bc膜進行熱壓，得到peo基固態(tài)電解質(zhì)。

8、優(yōu)選的，所述步驟s1中，細菌纖維素原材料通過超聲破壁機在水溶液中分散；破壁機的功率為800w；分散時間為30-60min。

9、優(yōu)選的，所述步驟s2中，烘干溫度為100℃，時間為12h。

10、優(yōu)選的，所述步驟3中，peo和雙(三氟甲基磺酰基)亞胺鈉按照[eo/na+]=15:1的比例配比，聚丙烯酰胺在peo與雙(三氟甲基磺?；?亞胺鈉以及聚丙烯酰胺中質(zhì)量占比為30%，攪拌時間為12小時。

11、優(yōu)選的，所述步驟4中，bc支撐膜的厚度為10-15μm，peo基固態(tài)電解質(zhì)漿料的涂覆刻度為150-250μm；烘干過程為置于室溫下6h后置于真空烘箱中于80℃條件下烘干12-24h。

12、優(yōu)選的，所述步驟s5中，熱壓壓力為45?mpa，熱壓溫度為60℃，熱壓時間為15-30min。

13、本發(fā)明還提供了由上述一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法制備的一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)。

14、因此，本發(fā)明采用上述的一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)及制備方法，其有益效果為：

15、1、本發(fā)明提出了一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)及制備方法，將聚丙烯酰胺（pam）與peo共混，由于pam含有大量的-nh2能夠錨定陰離子，c=o基團能夠促進鈉離子的轉(zhuǎn)移，有效的提高了peo基固態(tài)電解質(zhì)的離子電導率；同時引入了細菌纖維素作為支撐層，通過簡單的涂覆和熱壓技術(shù)，從而制備出超薄、高機械強度、高離子電導率peo基固態(tài)電解質(zhì)；

16、2、peo基固態(tài)電解質(zhì)的厚度是阻礙實現(xiàn)高能量密度的關(guān)鍵因素，細菌纖維素作為一種儲量豐富、成本低廉的材料，可以構(gòu)建peo基固態(tài)電解質(zhì)的支撐層，從而有效地降低電解質(zhì)膜的厚度，同時，纖維素表面存在大量的-oh，可以提高其與peo的相容性，是peo基固態(tài)電解質(zhì)理想的支撐層，有利于全固態(tài)鈉金屬電池的高能量密度；

17、3、該高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)具有超薄、高機械強度、高離子電導率的優(yōu)點，大幅度提升機械性能和電化學性能，使所組裝的全電池具有良好的倍率性能和長循環(huán)壽命，有利于實現(xiàn)鈉電池的高能量密度。

18、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

技術(shù)特征：

1.一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，細菌纖維素原材料通過超聲破壁機在水溶液中分散；破壁機的功率為800w；分散時間為30-60min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，烘干溫度為100℃，時間為12h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述步驟3中，peo和雙(三氟甲基磺?；?亞胺鈉按照[eo/na+]=15:1的比例配比，聚丙烯酰胺在peo與雙(三?氟甲基磺?；?亞胺鈉以及聚丙烯酰胺中質(zhì)量占比為30%，攪拌時間為12小時。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述步驟4中，bc支撐膜的厚度為10-15μm，peo基固態(tài)電解質(zhì)漿料的涂覆刻度為150-250μm；烘干過程為置于室溫下6h后置于真空烘箱中于80℃條件下烘干12-24h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，熱壓壓力為45?mpa，熱壓溫度為60℃，熱壓時間為15-30?min。

7.一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，采用權(quán)利要求1-6任一項所述的一種聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法制備。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種聚丙烯酰胺共混的高性能PEO基固態(tài)電解質(zhì)及制備方法，屬于鈉金屬電池固態(tài)電解質(zhì)材料技術(shù)領(lǐng)域。將一定配比的PEO與NaTFSI以及聚丙烯酰胺在乙腈中進行混合攪拌，得到PEO基固態(tài)電解質(zhì)的漿料；將細菌纖維素前驅(qū)液真空抽濾后烘干；將PEO漿料涂覆在細菌纖維素支撐層并烘干，得到的膜進行熱壓。其中，利用PAM含有的大量的?NH<subgt;2</subgt;錨定陰離子，C=O促進鈉離子的轉(zhuǎn)移，有效的提高了該PEO基固態(tài)電解質(zhì)的離子電導率；同時引入了細菌纖維素作為支撐層，通過簡單的涂覆和熱壓技術(shù)，制備處具有超薄、高機械強度以及高離子電導率的聚丙烯酰胺共混的高性能PEO基固態(tài)電解質(zhì)。

技術(shù)研發(fā)人員：馬越,郭宇翔,劉婷
受保護的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23