目前在钠金属电池中使用有机电解质存在诸多问题,如钠金属太活泼会分解电解质、钠金属表面生成的SEI膜不稳定、钠枝晶刺穿隔膜。以上因素阻碍了钠金属电池作为能量存储装置的进一步发展。因此,针对钠金属电池存在的不足研究者们提出了如下的解决方法:在钠金属表面构建保护层以及从电解质方面进行改性。但是在钠金属表面构建保护层会阻碍离子传输以及增大界面阻抗,不利于电化学反应的进行。为此,本论文以聚合物电解质为主要研究对象,通过制备出性能优良的聚合物电解质,从而达到抑制钠枝晶生长的目的。与此同时开发出具有质量比容量高、循环稳定性好的正极材料和钠金属阳极匹配组装成全电池,以满足人们对于储能器件高能量密度的需求。在实验过程中,我们通过表征技术来分析电解质与全电池的性能。具体内容如下:(1)以氧化石墨烯(GO)作为聚偏氟乙烯(PVDF-HFP)聚合物基体填充剂制备出了凝胶电解质膜(GPH)。加入适量的GO,当比例达到2wt%时凝胶电解质膜(2-GPH)的压缩杨氏模量可以提高10倍(2.5 GPa),结果表明,可以有效地抑制钠枝晶的生长。(2)使用NASICON类Na3Zr2SiP2O12纳米颗粒作为填充物对PEO聚合物电解质改性,研究了不同引入量对离子电导率的影响。当引入量在45%的时候电导率最高达到1.4×10-4 S cm-1而且分解电压被拓宽到4.45 V,和金属钠之间的界面稳定性得到改善,界面阻抗降低了两倍。(3)固体电解质在防止液体泄漏方面比凝胶电解质表现更优异。我们以单体聚乙二醇丙烯酸酯(PEGDA)在热引发剂2,2-偶氮二异丁腈(AIBN)的作用下只加入钠盐不含其它溶剂直接在玻璃纤维膜内加热聚合成聚合物电解质(IPE)在20℃和60℃下IPE的离子电导率分别为0.8×10-3 S cm-1和4.5× 10-3 S cm-1,呈现出较高的离子电导率。(4)我们通过将Na3V2(PO4)3(NVP)纳米颗粒嵌在ZIF-67衍生碳上,从而制备出循环性好、容量保持率高的正极材料NVP。随后,我们将NVP正极、钠金属负极分别和制备出的聚合物电解质组装成钠金属电池,结果表明该器件表现出优异的电化学性能性能。组装的Na/GPH/NVP全电池在1 C(1 C=117 mA g-1)的电流密度下进行长循环,1000圈结束容量保持率接近93.5%。Na/NZSP-CPE/NVP全电池在0.1 C室温下进行循环100次后容量稳定在100 mAh g-1。Na/IPE/NVP聚合物全固态电池在50 ℃下以0.3 C的倍率循环1100圈后,容量保持率可达91.4%,库伦效率接近99%。