[發(fā)明專(zhuān)利]一種與Na3SbS4交聯(lián)的聚合物鈉快離子導(dǎo)體及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611142643.5
• 申請(qǐng)日: 2016-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106785010A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張隆;張德超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/056
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/056;H01M10/054
• 代理公司: 秦皇島一誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙)13116
• 代理人: 續(xù)京沙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，特別涉及一種與Na₃SbS₄交聯(lián)的聚合物鈉離子導(dǎo)體及其制備方法。

背景技術(shù)

有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)存在易泄露、易燃、易爆是限制電池在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的主要原因，以穩(wěn)定性高的固體電解質(zhì)替代易燃的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)為解決電池安全問(wèn)題提供了有效途徑，鈉離子固體電解質(zhì)的發(fā)展極大的推動(dòng)了鈉離子電池技術(shù)的進(jìn)步(Journal of Materials Chemistry A,2016,4,9044)。無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)尤其是硫化物固體電解質(zhì)具有電導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但存在機(jī)械性能較差，與電極材料接觸不良等問(wèn)題(Nano Letters,2016.DOI:10.1021/acs.)。聚合物電解質(zhì)相比于無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，柔韌性以及良好的表面兼容性好，安全性高等一系列的優(yōu)點(diǎn)，但聚合物電解質(zhì)較無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)室溫電導(dǎo)率低(Journal of Materials Chemistry A,2016.DOI:10.1039/C6TA02621D)。因此，亟待研究既具有高離子電導(dǎo)率又兼顧機(jī)械性能的固體電解質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種制備簡(jiǎn)單、可重復(fù)性高、具有較高離子電導(dǎo)率、柔性好、機(jī)械強(qiáng)度高的與Na₃SbS₄交聯(lián)的聚合物鈉快離子導(dǎo)體及其制備方法。

本發(fā)明的與Na₃SbS₄交聯(lián)的聚合物鈉快離子導(dǎo)體的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：聚合物:鈉鹽：Na₃SbS₄＝1.35-15：0.54-4：1；所述聚合物為聚丙烯腈(PAN)、聚己內(nèi)酯(PCL)或聚碳酸乙酯(PEC)，所述鈉鹽為NaTFSI或NaClO₄；

所述Na₃SbS₄的制備方法:

將單質(zhì)Na(>99％)、Sb(99.999％)、S(99.999％)，按摩爾比關(guān)系：Na:Sb:S＝2.29-3.01:1:3.09-4.01，在惰性氣體保護(hù)的手套箱內(nèi)放入到坩堝中，將坩堝放入一端封閉的石英管中，抽真空至0.1Pa，燒封石英管，再將燒封后的封閉石英管放入馬弗爐中，以較緩慢的升溫速率加熱到600-900℃，升溫速率為0.3℃/分鐘，保溫8-24小時(shí)后冷卻至室溫，將冷卻后塊體從石英管中取出，在手套箱中用研缽手動(dòng)或采用球磨機(jī)將其研磨成粉末；球磨采用低轉(zhuǎn)速100～200轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間8小時(shí)，在高純氬氣(99.999％)保護(hù)下球磨，制得四方相Na₃SbS₄鈉快離子導(dǎo)體。

上述聚合物鈉快離子導(dǎo)體的制備方法如下：

(1)按聚合物：有機(jī)溶劑的質(zhì)量比＝1：2.17-16的比例，將聚合物加入到有機(jī)溶劑中，所述有機(jī)溶劑為二甲基甲酰胺(DMF)或乙腈(ACN)，磁力攪拌器攪拌至聚合物完全溶解，磁力攪拌轉(zhuǎn)速優(yōu)選300-500r/min；

(2)按鈉鹽：甲醇或乙二醇的質(zhì)量比＝1：2.5-15，和Na₃SbS₄：甲醇或乙二醇的質(zhì)量比＝1：6-10的比例，將鈉鹽與Na₃SbS₄分別溶于甲醇或乙二醇中，然后將這兩種溶液混合后得到鈉鹽與Na₃SbS₄共溶的溶液；

(3)將步驟(2)所制備的溶液，加入到步驟(1)所制備的溶有聚合物的溶液中，同時(shí)用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，轉(zhuǎn)速為200-500r/min，待溶液混合均勻后轉(zhuǎn)移至真空烘箱中40-120℃真空干燥，去除步驟(1)和(2)中所使用的溶劑，制得與Na₃SbS₄交聯(lián)的聚合物鈉快離子導(dǎo)體。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、原料低廉易得，制備工藝簡(jiǎn)單，可重復(fù)性高，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

2、制備的聚合物基鈉快離子導(dǎo)體柔韌性好，機(jī)械強(qiáng)度高，離子電導(dǎo)率高。

3、制備的聚合物電解質(zhì)在材料的服役溫度區(qū)間性能穩(wěn)定，可應(yīng)用于固體電解質(zhì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制得的PAN聚合物鈉快離子導(dǎo)體的X射線衍射圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制得的PAN聚合物鈉快離子導(dǎo)體的X射線衍射圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制得的PAN聚合物鈉快離子導(dǎo)體的X射線衍射圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：