凝胶电解质隔膜及其制备方法和钠离子电池与流程

本申请涉及电池，尤其涉及凝胶电解质隔膜及其制备方法和钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池由于来源广泛，性能优良，在大规模储能和小动力等领域有广阔的应用前景。然而钠离子电池的硬碳负极材料具有比表面积大、缺陷多等特点，导致电解液在负极上容易持续还原分解，生成厚且致密的分解产物，增加电极材料和电解液或隔膜之间的阻抗，影响电池的循环性能。此外，硬碳负极材料在辊压后极片表面容易出现“碳浮粉”，而液态电解液具有良好的流动性，负极材料中细微的硬碳颗粒在充放电过程中，随着材料颗粒的体积伸缩容易扩散迁移，进而发生持续副反应增加材料内部的阻抗，甚至导致内部微短路，导致容量衰减。

技术实现思路

1、为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种凝胶电解质隔膜及其制备方法和钠离子电池，能够有效束缚硬碳负极材料的浮粉，减小电池自放电，提高电池的循环性能。

2、本申请第一方面提供一种凝胶电解质隔膜，包括凝胶聚合物膜，所述凝胶聚合物膜包括基体膜和附着于所述基体膜上的聚合物凝胶液，所述聚合物凝胶液包括聚合物和溶剂，所述聚合物由丙烯腈、苯乙烯和氟代羧酸酯类化合物三种单体聚合而成，所述丙烯腈、苯乙烯和氟代羧酸酯类化合物的摩尔比为(1～4)：(1～2)：(4～8)。

3、作为一个可选的实施例，所述聚合物凝胶液还包括纳米颗粒，所述纳米颗粒与所述聚合物溶解于所述溶剂中形成所述聚合物凝胶液。

4、作为一个可选的实施例，所述纳米颗粒占所述聚合物凝胶液的质量百分比为0.5％～20％；和/或，所述纳米颗粒为sio2、al2o3、sno2、tio2、lialo2、ceo2、fe3o4、cao、caco3、baco3、稀土、粘土、沸石中的至少一种。

5、作为一个可选的实施例，所述溶剂为n，n-二甲基甲酰胺、丙酮、四氢呋喃中的至少一种；和/或，所述基体膜包括无纺布、聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三层复合膜、聚酰亚胺膜、芳纶、纤维素和玻璃纤维中的一种或多种；和/或，所述氟代羧酸酯类化合物为二氟乙酸乙酯、三氟乙酸乙酯、四氟乙酸乙烯酯、氟代丙酸乙烯酯、氟代丙酸丙烯酯中的至少一种。

6、作为一个可选的实施例，所述凝胶电解质隔膜还包括电解液，所述电解液分散在所述凝胶聚合物膜中形成所述凝胶电解质隔膜。

7、作为一个可选的实施例，所述电解液包括钠盐和有机溶剂。

8、本申请第二方面提供一种凝胶电解质隔膜的制备方法，包括：

9、将摩尔比为(1～4)：(1～2)：(4～8)的丙烯腈、苯乙烯和氟代羧酸酯类化合物三种单体混合，通过乳液聚合得到聚合物；

10、将所述聚合物溶解于溶剂中，得到聚合物凝胶液；

11、将所述聚合物凝胶液附着于基体膜上形成凝胶聚合物膜；

12、将所述凝胶聚合物膜浸泡在电解液中，得到凝胶电解质隔膜。

13、作为一个可选的实施例，所述将摩尔比为(1～4)：(1～2)：(4～8)的丙烯腈、苯乙烯和氟代羧酸酯类化合物混合，通过乳液聚合得到聚合物，包括：

14、在惰性气氛保护下，向溶解有乳化剂的溶液中加入摩尔比为(1～4)：(1～2)：(4～8)的丙烯腈、苯乙烯和氟代羧酸酯类化合物，保持温度50℃～70℃；

15、分批次向所述溶解有乳化剂的溶液中加入引发剂，搅拌2h～10h得到凝胶聚合物前体溶液；

16、将所述凝胶聚合物前体溶液加入溶解有破乳剂的溶液中搅拌破乳，清洗后得到聚合物。

17、作为一个可选的实施例，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸钾和十二烷基硫酸铵中的至少一种；和/或，所述破乳剂为al2(so4)3、cacl2、聚合氯化铝pac和聚合硫酸铁pfs中的至少一种；和/或，

18、以溶解有乳化剂的溶液、单体、引发剂和溶解有破乳剂的溶液的质量百分比之和为100％，所述乳化剂的质量分数为1％～4％，和/或，所述破乳剂的质量分数为2％～5％。。

19、本申请第三方面提供一种钠离子电池，包括正极、负极和凝胶电解质隔膜，所述凝胶电解质隔膜设在所述正极和所述负极之间，所述凝胶电解质隔膜为上述所述的凝胶电解质隔膜，或上述所述的凝胶电解质隔膜的制备方法制备得到的凝胶电解质隔膜。

20、本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

21、本申请采用丙烯腈an、苯乙烯sm、氟代羧酸酯类化合物作为单体进行聚合形成凝胶电解质隔膜的聚合物，丙烯腈使聚合物具有良好的耐热、耐化学腐蚀性和表面硬度，苯乙烯赋予聚合物机械强度，氟代羧酸酯类化合物赋予聚合物柔韧性，使得本申请实施例的凝胶电解质隔膜相较于传统的聚乙烯/聚丙烯复合隔膜具有更好的柔韧性和机械强度，可以承受电池卷绕过程中所施加的外力；而且凝胶电解质隔膜将液态电解液凝胶化，减少电解液的分解，且降低了电极材料颗粒在电解质中的流动性，从而有效束缚硬碳负极材料的浮粉，降低了电池的自放电，提高了电池的循环性能。

22、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种凝胶电解质隔膜，其特征在于，包括凝胶聚合物膜，所述凝胶聚合物膜包括基体膜和附着于所述基体膜上的聚合物凝胶液，所述聚合物凝胶液包括聚合物和溶剂，所述聚合物由丙烯腈、苯乙烯和氟代羧酸酯类化合物三种单体聚合而成，所述丙烯腈、苯乙烯和氟代羧酸酯类化合物的摩尔比为(1～4)：(1～2)：(4～8)。

2.根据权利要求1所述的凝胶电解质隔膜，其特征在于，所述聚合物凝胶液还包括纳米颗粒，所述纳米颗粒与所述聚合物溶解于所述溶剂中形成所述聚合物凝胶液。

3.根据权利要求2所述的凝胶电解质隔膜，其特征在于，所述纳米颗粒占所述聚合物凝胶液的质量百分比为0.5％～20％；和/或，所述纳米颗粒为sio2、al2o3、sno2、tio2、lialo2、ceo2、fe3o4、cao、caco3、baco3、稀土、粘土、沸石中的至少一种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的凝胶电解质隔膜，其特征在于，所述溶剂为n，n-二甲基甲酰胺、丙酮、四氢呋喃中的至少一种；和/或，所述基体膜包括无纺布、聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三层复合膜、聚酰亚胺膜、芳纶、纤维素和玻璃纤维中的一种或多种；和/或，所述氟代羧酸酯类化合物为二氟乙酸乙酯、三氟乙酸乙酯、四氟乙酸乙烯酯、氟代丙酸乙烯酯、氟代丙酸丙烯酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的凝胶电解质隔膜，其特征在于，所述凝胶电解质隔膜还包括电解液，所述电解液分散在所述凝胶聚合物膜中形成所述凝胶电解质隔膜。

6.根据权利要求5所述的凝胶电解质隔膜，其特征在于，所述电解液包括钠盐和有机溶剂。

7.一种凝胶电解质隔膜的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将摩尔比为(1～4)：(1～2)：(4～8)的丙烯腈、苯乙烯和氟代羧酸酯类化合物混合，通过乳液聚合得到聚合物，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸钾和十二烷基硫酸铵中的至少一种；和/或，所述破乳剂为al2(so4)3、cacl2、聚合氯化铝pac和聚合硫酸铁pfs中的至少一种；和/或，

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括正极、负极和凝胶电解质隔膜，所述凝胶电解质隔膜设在所述正极和所述负极之间，所述凝胶电解质隔膜为权利要求1～6任一项所述的凝胶电解质隔膜，或权利要求7～9所述的凝胶电解质隔膜的制备方法制备得到的凝胶电解质隔膜。

技术总结
本申请涉及一种凝胶电解质隔膜及其制备方法和钠离子电池。该凝胶电解质隔膜包括凝胶聚合物膜，凝胶聚合物膜包括基体膜和附着于基体膜上的聚合物凝胶液，聚合物凝胶液包括聚合物和溶剂，聚合物由丙烯腈、苯乙烯和氟代羧酸酯类化合物三种单体聚合而成，丙烯腈、苯乙烯和氟代羧酸酯类化合物的摩尔比为(1～4)：(1～2)：(4～8)。本申请提供的方案，能够有效束缚硬碳负极材料的浮粉，减小电池自放电，提高电池的循环性能。

技术研发人员：李斌,刘焱,高学锋,吴志梁,潘奕冰,赵国强,徐娟
受保护的技术使用者：广东省豪鹏新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17