一种可除水的新型钠离子电池隔膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及钠电池材料技术领域，尤其涉及一种可除水的新型钠离子电池隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

能源是社会发展的基础，二次电池在人类社会的发展中发挥了重要作用，锂离子电池因其高能量密度、高功率密度得到了广泛应用。锂离子电池大规模应用的今天，暴露出了锂资源短缺的问题。锂资源属于稀缺资源，并且全球分布极不均衡，是类似石油一样的战略资源。基于钠资源丰富、工作原理及加工工艺与锂离子电池一致等特性，钠离子电池被认为是未来锂离子电池的有益补充。

近年来，对钠离子电池的研究日益充分，并且其也已经进入了产业化初期。普鲁士蓝类材料由于其成本低、比容量较高、能量密度高、合成简单，是具有较大产业化前景的钠离子电池正极材料。钠离子电池虽然与锂离子电池具有共性，但也存在个性，例如钠离子电池正极材料普鲁士蓝材料含有大量的水分，循环过程中水分会脱出，因此需要对钠离子电池结构进行重新设计来消除水分的影响。其中，在隔膜的选择上，锂离子电池隔膜仅适用于锂离子电池，所以需要在现有隔膜基础上进行改造来适应钠离子电池。

发明内容

针对现有技术中所存在的缺点，本发明提供了一种新型钠离子电池用的隔膜及其制备方法和应用，能够在部分或全部消除电池运行过程中产生的水分影响。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种可除水的新型钠离子电池隔膜，所述隔膜由隔膜基体和吸水薄膜组成，所述吸水薄膜涂覆在隔膜基体的表面；所述隔膜基体为聚合物或者玻璃纤维中的任意一种，所述吸水薄膜包含吸水材料，所述吸水材料包括聚丙烯酸钠、硫酸钙、氯化钙和氧化钙中的一种或多种。

进一步地，所述隔膜中，吸水薄膜的质量分数占2-50％。

进一步地，当所述隔膜基体为聚合物时，所述聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚乙酰胺和聚丙烯酰胺中的任意一种。

进一步地，当所述隔膜基体为玻璃纤维时，所述玻璃纤维为任意材质的玻璃纤维。

进一步地，所述隔膜的厚度为10nm–200μm。

本发明还提供了一种可除水新型钠离子电池隔膜的制备方法：包括如下步骤：

S1，将吸水材料和粘结剂分散在分散剂中，制成悬浊液；

S2，将悬浊液涂布到隔膜上；

S3，将涂布有吸水薄膜的隔膜干燥，即得到所述新型钠离子电池用的隔膜。

进一步地，所述分散剂为有机溶剂、无机溶剂或它们的混合物。

进一步地，无机溶剂为纯H

本发明的另一个目的在于提供一种可除水的新型钠离子电池隔膜在以普鲁士蓝类材料为正极的钠离子二次电池中的应用。

本发明的有益效果为：对钠离子电池隔膜进行改进，从而消除钠离子电池正极普鲁士蓝材料中含有大量的水分造成的影响。且本制造方法操作简单，更符合工业化生产。

附图说明

图1为可除水的新型钠离子电池隔膜的示意图；

图2为制备新型钠离子电池隔膜的方法示意图；

图3为N-甲基吡咯烷酮分散剂制备的表面涂覆有吸水材料的隔膜在钠离子电池中的循环性能；

图4为丙酮分散剂制备的表面涂覆有吸水材料的隔膜在钠离子电池中的循环性能；

图5为水分散剂制备的表面涂覆有吸水材料的隔膜在钠离子电池中的循环性能；

图6为二甲苯分散剂制备的表面涂覆有吸水材料的隔膜在钠离子电池中的循环性能；

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

本发明设计的可除水的新型钠离子电池隔膜如图1所示。

实施例1：采用N-甲基吡咯烷酮分散剂制备表面涂覆吸水材料的新型钠离子电池隔膜

首先选取普通隔膜，记为原材料。为合成分子筛涂覆在隔膜表面的新型隔膜，其制备方法如图2所示。

将分子筛分散在3％的聚乙二醇水溶液中，超声使其稳定悬浮在溶液中，然后将或获得的悬浮液涂布到普通隔膜的表面，在真空干燥箱中80℃下真空干燥12h，便制备了分子筛涂覆在隔膜表面的新型钠离子电池隔膜。

将上述获得的钠离子电池隔膜应用在以普鲁士蓝类材料为正极的钠离子电池中。

在本实施例中，将其装配成CR2032扣式电池，使用恒流充放电模式，在1C电流密度下进行充放电测试。测试条件为：放电截至电压为2.0V，充电截至电压为4.0V。其循环性能见图3。

实施例2：采用有机分散剂用方法一制备表面涂覆分子筛的新型钠离子电池隔膜

首先选取普通隔膜，记为原材料。为合成分子筛涂覆在隔膜表面的新型隔膜，其制备方法如图2所示。

将分子筛分散在3％的聚乙二醇丙酮溶液中，超声使其稳定悬浮在溶液中，然后将或获得的悬浮液涂布到普通隔膜的表面，在真空干燥箱中80oC下真空干燥12h，便制备了分子筛涂覆在隔膜表面的新型钠离子电池隔膜。

将上述获得的钠离子电池隔膜应用在以普鲁士蓝类材料为正极的钠离子电池中。

在本实施例中，将其装配成CR2032扣式电池，使用恒流充放电模式，在1C电流密度下进行充放电测试。测试条件为：放电截至电压为2.0V，充电截至电压为4.0V。其循环性能见图4。

实施例3：采用水分散剂用方法二制备新型钠离子电池隔膜

首先将聚乙二醇和分子筛分散到水中，制成悬浮液，其中，悬浮液中聚乙二醇的质量分数为5％-30％，分子筛的质量分数为1％-20％。然后将悬浮液涂布到玻璃基底上，真空干燥12h后将隔膜从玻璃上剥离即可获得新型钠离子电池隔膜。

将上述获得的钠离子电池隔膜应用在以普鲁士蓝类材料为正极的钠离子电池中。

在本实施例中，将其装配成CR2032扣式电池，使用恒流充放电模式，在1C电流密度下进行充放电测试。测试条件为：放电截至电压为2.0V，充电截至电压为4.0V。其循环性能见图5。

实施例4：采用二甲苯分散剂用方法二制备新型钠离子电池隔膜

首先将聚丙烯和分子筛分散到二甲苯中，制成悬浮液，其中，悬浮液中聚丙烯的质量分数为5％-30％，分子筛的质量分数为1％-20％。然后将悬浮液涂布到玻璃基底上，真空干燥12h后将隔膜从玻璃上剥离即可获得新型钠离子电池隔膜。

将上述获得的钠离子电池隔膜应用在以普鲁士蓝类材料为正极的钠离子电池中。

在本实施例中，将其装配成CR2032扣式电池，使用恒流充放电模式，在1C电流密度下进行充放电测试。测试条件为：放电截至电压为2.0V，充电截至电压为4.0V。其循环性能见图6。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。