一种准固态聚合物纤维电解质及其制备方法和应用与流程

本发明涉及钠离子电池，尤其涉及一种准固态聚合物纤维电解质及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池（libs）是目前主导的储能技术，为便携式电子产品和汽车供电。然而，全球锂资源短缺，且全球分布不均，而且随着对锂离子电池技术需求的不断增长，其成本也在不断增加。钠离子电池（sib）由于其成本低且储量比锂更丰富，是便携式电子设备、汽车和电网存储应用的最佳替代电源之一。与锂离子电池的组成类似，钠电池也包括正极、负极和电解质。近年来，聚合物电解质在储能应用中受到极大的青睐，因为它们可以在电化学存储过程中缩小电极的体积，并且适应各种形状的电池设计。此外，使用聚合物电解质可以最大限度地减少电解质泄漏等问题。然而，聚合物电解质也有一些缺点，如室温电导率低、界面电阻差。因此，人们采取了各种方案来发展具有良好室温高导电性和电极与电解质之间稳定界面性能的聚合物电解质。为了克服上述问题，将液体电解液加入到聚合物膜中，形成一种兼具固体电解质和液体电解质特性的凝胶聚合物电解质。在凝胶聚合物电解质中，聚偏氟乙烯（pvdf）、聚偏氟乙烯-共六氟丙烯（pvdf-hfp）、聚丙烯腈（pan）和聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）被广泛用作聚合物基质。其中，pvdf-hfp因其无定形性质和具有室温离子电导率高、耐化学性强、热稳定性高、柔韧性强等特点而备受关注。

2、以聚偏氟乙烯-共六氟丙烯用作聚合物基质一般使用静电纺丝的方法制备聚合物纤维薄膜，以静电纺丝的方式制备聚合物纤维薄膜，对前驱体溶液的浓度，粘性以及导电性都有一定的要求；此外静电纺丝的电压也会影响纤维的直径以及薄膜的空隙。并且，现有技术制备的pvdf-hfp纤维凝胶的离子电导率仍然有提升的空间。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种准固态聚合物纤维电解质及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法制得的准固态聚合物纤维电解质具有较高的离子电导率。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种准固态聚合物纤维电解质的制备方法，包括以下步骤：

4、将少层mxene材料、聚合物和有机溶剂进行混合，得到静电纺丝前驱体分散液；

5、将所述静电纺丝前驱体分散液进行静电纺丝，得到聚合物纤维薄膜前驱体；

6、将所述聚合物纤维薄膜前驱体进行干燥，得到所述准固态聚合物纤维电解质；

7、所述少层mxene材料为ti3c2tx、nb2ctx、v4c3tx和tivctx中的一种或多种；

8、所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-共六氟丙烯、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；

9、所述少层mxene材料和聚合物的质量比为（0~10）：100，所述少层mxene材料的质量不为0。

10、优选地，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基甲酰胺-丙酮混合溶剂；

11、所述少层mxene材料和有机溶剂的用量比为8~56mg：5ml。

12、优选地，所述将少层mxene材料、聚合物和有机溶剂进行混合包括：将所述少层mxene材料和有机溶剂依次经搅拌混合和超声分散，得到mxene材料分散液；将所述mxene材料分散液和聚合物进行加热搅拌混合；

13、所述搅拌混合的转速为200~300rpm，时间为1~2h；所述超声分散的工作功率为200~500w，时间为1~2h；所述加热搅拌混合的温度为60~80℃，转速为200~300rpm，时间为1~4h。

14、优选地，所述静电纺丝的参数包括：纺丝机的注射泵的推进速度为0.5~1ml/h，纺丝机的注射泵的针头规格为1.2×38mm，纺丝机的工作环境湿度为30%，纺丝机的工作电压为10~20kv，纺丝机注射泵针头距离滚筒接收器的距离为10~20cm，所述滚筒接收器的转速为400~1000rpm。

15、优选地，所述干燥的温度为60~80℃，时间为8~12h。

16、本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的准固态聚合物纤维电解质。

17、本发明还提供了上述技术方案所述的准固态聚合物纤维电解质在钠离子电池中的应用。

18、本发明提供了一种准固态聚合物纤维电解质的制备方法，包括以下步骤：将少层mxene材料、聚合物和有机溶剂进行混合，得到静电纺丝前驱体分散液；将所述静电纺丝前驱体分散液进行静电纺丝，得到聚合物纤维薄膜前驱体；将所述聚合物纤维薄膜前驱体进行干燥，得到所述准固态聚合物纤维电解质；所述少层mxene材料为ti3c2tx、nb2ctx、v4c3tx和tivctx中的一种或多种；所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-共六氟丙烯、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；所述少层mxene材料和聚合物的质量比为（0~10）：100，所述少层mxene材料的质量不为0。

19、本发明引入少层mxene材料，提高了准固态聚合物纤维电解质的离子电导率，将其应用于钠离子电池时，降低了钠离子电池的内阻，使准固态聚合物纤维电解质与na3v2(po4)3（nvp）钠离子电池正极以及钠片组装的钠离子电池可以在不同电流密度下实现稳定循环，即提高了钠离子电池的电化学性能；且固态的电解质不易泄漏，安全性高。

技术特征：

1.一种准固态聚合物纤维电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基甲酰胺-丙酮混合溶剂；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将少层mxene材料、聚合物和有机溶剂进行混合包括：将所述少层mxene材料和有机溶剂依次经搅拌混合和超声分散，得到mxene材料分散液；将所述mxene材料分散液和聚合物进行加热搅拌混合；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的参数包括：纺丝机的注射泵的推进速度为0.5~1ml/h，纺丝机的注射泵的针头规格为1.2×38mm，纺丝机的工作环境湿度为25%~60%，纺丝机的工作电压为10~20kv，纺丝机的注射泵针头距离滚筒接收器的距离为10~20cm，所述滚筒接收器的转速为400~1000rpm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为60~80℃，时间为8~12h。

6.权利要求1~5任一项所述的制备方法制得的准固态聚合物纤维电解质。

7.权利要求6所述的准固态聚合物纤维电解质在钠离子电池中的应用。

技术总结
本发明属于钠离子电池技术领域，提供了一种准固态聚合物纤维电解质及其制备方法和应用。本发明的制备方法，将少层MXene材料、聚合物和有机溶剂进行混合，得到静电纺丝前驱体分散液；将所述静电纺丝前驱体分散液进行静电纺丝，得到聚合物纤维薄膜前驱体；将所述聚合物纤维薄膜前驱体进行干燥，得到所述准固态聚合物纤维电解质。本发明引入少层MXene材料，提高了准固态聚合物纤维电解质的离子电导率，将其应用于钠离子电池时，降低了钠离子电池的内阻，使准固态聚合物纤维电解质与NVP钠离子电池正极以及钠片组装的钠离子电池可以在不同电流密度下实现稳定循环，即提高了钠离子电池的电化学性能；且固态的电解质不易泄漏，安全性高。

技术研发人员：韩炜,李栋栋,李俊志,李是鳞
受保护的技术使用者：吉林嘉能钠电科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15