一种水系钠离子电池电解液及其制备方法和水系钠离子电池与流程

allin2025-03-25  24


本发明涉及水系离子电池,尤其是涉及一种水系钠离子电池电解液及其制备方法和水系钠离子电池。


背景技术:

1、随着社会的高速发展,能源的需求越来越大,传统能源的不可再生性和对环境的不友好性给人类带来了巨大的能源挑战,发展新型绿色能源成为必然趋势。近年来的风能、太阳能、水能和潮汐能等可再生能源转化为电能得到了巨大的发展,但由于自然条件的限制,这些能源转化的电能具有随机性、间歇性、波动性等特点,不符合人类的发展规律,为解决这些问题,就必须要发展高效新型储能技术,储能电池作为主力军因此得到了广泛关注。

2、水系钠离子储能电池具有安全环保、成本低廉、储量丰富、工艺简单等优点。水系钠离子电池作为一种新兴的储能技术,其电解液存在一些主要瓶颈限制其广泛应用。水系钠离子电池电解液面临的一些主要瓶颈如下:水系钠离子电池所使用的电解液通常是水溶液,其中包含钠盐和其他溶解物质;然而,水溶液电解液在高电压和高温下容易发生氧化、水解和腐蚀等反应,导致电解液降解和电池性能下降。钠离子在水系电解液中的离子迁移速率较慢,限制了水系钠离子电池的充放电速率和功率密度;这意味着在大功率需求的应用中,水系钠离子电池的性能可能不如其他储能技术。钠金属在水系电解液中具有较高的反应性,容易发生钠金属枝晶、短路和安全事故等;因此,水系钠离子电池需要严格的安全措施来防止潜在的危险情况。

3、现有改善上述问题的方法包括:一是通过添加一些抑制电解液中水解和氧化反应的添加剂,可以提高电解液的稳定性;例如,使用具有抗氧化质的有机添加剂、络合剂或阻垢剂等来保护电解液不受水分解和氧化的影响。二是调整钠盐的种类和浓度,以及其他溶解物质的配比,可以改善电解液的导电性和稳定性;选择合适的钠盐和溶剂组合,可以提高钠离子传输速率,并增强电解液的化学稳定性。三是尝试使用非水溶液电解液体系,如有机溶剂电解液、离子液体等,来替代传统的水溶液电解液;非水溶液电解液通常具有良好的化学稳定性和高离子传输性能,可以提高水系钠离子电池的性能。四是通过深入研究和开发,不断优化电解液的配方和电池的设计,可以实现更高效、稳定和安全的水系钠离子电池。这可能涉及到电解液中添加新的成分、改进电极结构、优化电池组件等方面的工作。但现有的改良方案得到的钠离子电池性能提升效果不明显,因此需要提供一种可以有效提升水系钠离子电池的循环寿命、容量保持率、实现快充快放的水系钠离子电池。

4、有鉴于此,特提出此发明。


技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种水系钠离子电池电解液,能够有效提升水系钠离子电池的循环寿命、容量保持率、实现快充快放。

2、本发明的第二目的在于提供一种水系钠离子电池电解液的制备方法。

3、本发明的第三目的在于提供一种水系钠离子电池。

4、为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:

5、本发明提供了一种水系钠离子电池电解液,包括:氯化铵、四乙基碘化铵、蔗糖、水溶性钠盐电解质和水。

6、进一步地,所述水系钠离子电池电解液中,所述氯化铵的浓度为0.06~0.2mol/l。

7、进一步地,所述水系钠离子电池电解液中,所述四乙基碘化铵的浓度为0.02~0.1mol/l。

8、进一步地,所述水系钠离子电池电解液中,所述蔗糖的浓度为0.5~2mol/l。

9、进一步地,所述水溶性钠盐电解质包括高氯酸钠、硫酸钠和乙酸钠中的至少一种。

10、进一步地,所述水系钠离子电池电解液中,所述水溶性钠盐电解质的浓度为15~20mol/l。

11、本发明还提供了如上所述的水系钠离子电池电解液,包括如下步骤:

12、各组分混合均匀后,得到所述水系钠离子电池电解液。

13、本发明还提供了一种水系钠离子电池,包括正极极片、隔膜、如上所述的电解液和负极极片。

14、进一步地,所述正极极片包括正极活性材料,所述正极活性材料包括普鲁士白类材料。

15、进一步地,所述负极极片包括负极活性材料,所述负极活性材料包括聚阴离子化合物。

16、与现有技术相比,本发明的有益效果为:

17、本发明通过在水系钠离子电解液中添加蔗糖,使得电解成为高浓度分子拥挤型电解液,同时蔗糖的羟基和水中改变原来氢键结构,抑制析氢反应;在添加蔗糖的电解液的基础上再加入含有铵根的特定添加剂氯化铵,可以有效促进正负极的反应,提高库伦效率;特定碘离子添加剂四乙基碘化铵的加入会使得碘离子优先吸附在界面尖端位置抑制钠离子生长,解决钠枝晶刺破隔膜问题,同时碘离子改变溶剂化结构,使得电池表现出优异的电化学性能;可以有效提升水系钠离子电池的循环寿命、容量保持率、实现快充快放。



技术特征:

1.一种水系钠离子电池电解液,其特征在于,包括:氯化铵、四乙基碘化铵、蔗糖、水溶性钠盐电解质和水。

2.根据权利要求1所述的水系钠离子电池电解液,其特征在于,所述水系钠离子电池电解液中,所述氯化铵的浓度为0.06~0.2mol/l。

3.根据权利要求1所述的水系钠离子电池电解液,其特征在于,所述水系钠离子电池电解液中,所述四乙基碘化铵的浓度为0.02~0.1mol/l。

4.根据权利要求1所述的水系钠离子电池电解液,其特征在于,所述水系钠离子电池电解液中,所述蔗糖的浓度为0.5~2mol/l。

5.根据权利要求1所述的水系钠离子电池电解液,其特征在于,所述水溶性钠盐电解质包括高氯酸钠、硫酸钠和乙酸钠中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的水系钠离子电池电解液,其特征在于,所述水系钠离子电池电解液中,所述水溶性钠盐电解质的浓度为15~20mol/l。

7.权利要求1~6任一项所述的水系钠离子电池电解液的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

8.一种水系钠离子电池,其特征在于,包括正极极片、隔膜、权利要求1~6任一项所述的电解液和负极极片。

9.根据权利要求8所述的水系钠离子电池,其特征在于,所述正极极片包括正极活性材料,所述正极活性材料包括普鲁士白类材料。

10.根据权利要求8所述的水系钠离子电池,其特征在于,所述负极极片包括负极活性材料,所述负极活性材料包括聚阴离子化合物。


技术总结
本发明涉及水系离子电池技术领域,尤其是涉及一种水系钠离子电池电解液及其制备方法和水系钠离子电池。本发明提供的一种水系钠离子电池电解液,包括:氯化铵、四乙基碘化铵、蔗糖、水溶性钠盐电解质和水。本发明的水系钠离子电解液中,蔗糖的添加使其电解成为高浓度分子拥挤型电解液,同时蔗糖的羟基和水中改变原来氢键结构,抑制析氢反应;氯化铵的添加可以有效促进正负极的反应,提高库伦效率;四乙基碘化铵的加入会使得碘离子优先吸附在界面尖端位置抑制钠离子生长,解决钠枝晶刺破隔膜问题,同时碘离子改变溶剂化结构,使得电池表现出优异的电化学性能;可以有效提升水系钠离子电池的循环寿命、容量保持率、实现快充快放。

技术研发人员:陈庆发,杨应昌,黄小艳,杨健锋,杨奎,陈静,罗兴怀
受保护的技术使用者:贵州为方能源新材料科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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