本技术涉及适用于普鲁士蓝、硬碳钠离子电池的低浓度电解液。所述的钠离子电池电解液由钠盐、酯类有机溶剂以及共溶剂混合配制而成;其中钠盐在酯类有机溶剂中的浓度为0.04~0.86mol/L。低浓度不仅可以降低电解液整体的粘度,改善电解液的浸润性,提高钠离子的扩散系数,而且还能在一定程度上降低电解液的成本。通过钠盐和酯类有机溶剂独特的溶剂化结构,可以在电极材料表面构建稳定和高离子传导率的富无机固态电解质界面膜,使得该电解液在高温下也具有优异的性能。本发明公开的电解液制备方法简单且成本较低,具有可观的产业化应用前景。
背景技术
在电动汽车以及电子设备等诸多关键领域,锂离子电池已然实现了广泛的应用,由此使得锂资源的需求呈现出爆发式的增长态势。然而,锂资源不仅储量有限,其分布状态亦极不均衡,国内的锂资源更是基本依赖于进口渠道,如此一来,便致使其价格频繁且大幅地波动。这一现状促使寻找可替代电池技术。钠与锂同归属于一个主族,二者具备着极为相似的化学性质。并且,钠元素在地球上的含量丰富,价格低廉,同时还易于回收与利用。再者,钠离子电池的工作原理与锂离子电池有着诸多相似之处。正因如此,钠离子电池蕴含着广阔的发展空间,成为引领下一代的新能源翘楚。与此同时,钠离子相较于锂离子拥有着更小的斯托克半径,使其在电解质中迁移速度更快,能够在较低浓度下实现良好的离子导电性。此外,钠离子的脱溶剂能较低,有助于在电池充放电过程中更容易的释放和嵌入离子,从而提升电池的充放电效率和循环稳定性。
电解液中的钠盐作为重要的组成部分起到不可或缺的作用。其不仅为钠离子电池提供一定量的钠离子,还决定了钠离子在电解液中的传输能力,影响电池的充放电循环。在传统浓度电解液中(通常为1.0M),离子电导率通常会随着电解液浓度的变化而变化,在较低浓度下其随着浓度增大而增大,到1.0M达到最大值,继续增加浓度,会导致更多的离子聚集,使电导率下降。降低电解质盐的浓度即形成低浓度电解液,虽然会在一定程度上降低电导率,但其快速的离子扩散、低粘度、良好的浸润性、弱的溶剂化能及较低的成本使其在大规模领域具有可观的应用前景。
当前钠离子电池在高温下应用会存在很多问题,例如性能快速衰退,高温会导致电解液快速分解从而产生很多副反应,同样也会加速电极材料的副反应,导致电池容量衰减加快。例如,正极材料可能发生结构变化和相变,影响钠离子的嵌入和脱出效率。此外,还会带来严重的安全风险,高温环境下电池内部的化学反应活性增强,可能引发热失控等安全隐患。例如,电解质可能分解产生气体,导致电池内部压力升高,甚至可能发生爆炸起火。电池循环寿命缩短,高温会加速电池内部各种组件的老化,使得电池的循环充放电性能下降,循环寿命大幅缩短。自放电增加,在高温条件下,电池内部的一些副反应会导致自放电现象加剧,即使在不使用的状态下,电池电量也会较快地损失。
实现思路