南开大学研发宽温域电解液，助力钠电池实现-70至60摄氏度稳定运行

南开大学研发宽温域电解液，助力钠电池实现-70至60摄氏度稳定运行

钠电池作为一种新型储能技术，近年来受到广泛关注。然而，现有钠电池电解液在低温条件下的性能表现不佳，限制了其在高纬度和高海拔地区的应用。针对这一问题，南开大学研发团队成功开发出一种宽温域电解液，能够在-70至60摄氏度的温度范围内稳定工作，为钠电池的广泛应用提供了新的可能性。

背景技术

1. 目前锂电池被广泛应用在数码产品、电动汽车、储能等领域，但锂电池存在着成本高、低温性能一般、倍率性能较差、锂资源储量低且分布不均匀等缺点。钠电池具有和锂电池相似的工作原理，且钠资源储量丰富、分布广泛、廉价易得，因此钠电池被认为是锂电池理想的补充。尤其在储能和低速电动车等领域，钠电池有着取代锂电池的趋势。

2. 随着钠电池在高纬度高海拔地区和昼夜温差大的地区的应用，现有钠电池在低温条件下的电化学性能面临着挑战。目前常规钠电池电解液普遍有着高凝固点、高粘度、缓慢去溶剂化的缺点，是限制钠电池低温性能的关键因素。当温度降至0℃，常规电解液粘度显著增加、离子电导率降低，电池的电化学性能有着较大程度的衰减；当温度降至-40℃时，常规电解液凝固会导致电池无法正常充放电。且常规电解液的有机溶剂与钠离子较强的溶剂化作用，使得钠离子在正负极界面去溶剂化能较高、去溶剂化缓慢、动力学较差，限制了钠电池低温下的电化学性能。

3. 因此，研发宽温域下正常工作的钠电池电解液，和应用该电解液的钠电池，对于钠电池在储能和低速电动车等领域的推广应用有重要意义。

技术实现思路

1. 本发明的目的是提供一种用于钠电池的宽温域电解液，以解决上述现有技术存在的问题，使钠电池实现-70～60℃温度范围内稳定充放电和稳定循环。

2. 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种宽温域电解液，电解液组成包括钠盐和有机溶剂，所述钠盐为六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、双氟磺酰亚胺钠、双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠、三氟甲磺酸钠、二氟草酸硼酸钠、双草酸硼酸钠的一种或多种，所述有机溶剂为1,2-二乙氧基乙烷，或1,2-二乙氧基乙烷和四氢呋喃的组合。

3. 进一步地，当所述有机溶剂为1,2-二乙氧基乙烷和四氢呋喃的组合，其体积比为1:5～5:1的混合溶剂。优选地，所述有机溶剂为1,2-二乙氧基乙烷和四氢呋喃体积比为1:3～3:1的混合溶剂。

4. 进一步地，所述钠盐在所述电解液中的浓度为0.1～3mol/l。优选地，所述钠盐在所述电解液中的浓度为0.5～1.5mol/l。

5. 本申请提供了一种应用上述宽温域电解液的钠电池，所述钠电池应用温度为-70～60℃。

6. 所述钠电池的组成包括：正极、负极、隔膜以及上述的宽温域电解液。

7. 按上述方案，钠电池的正极为层状氧化物型、聚阴离子型、普鲁士蓝型、普鲁士白型和有机物型钠电正极中的一种或多种。优选地，所述正极为磷酸钒钠。

8. 按上述方案，所述负极为硬碳、软碳、金属钠中的一种或多种。

9. 按上述方案，所述隔膜为聚丙烯膜、聚乙烯膜和玻璃纤维中的一种或多种。

10. 本发明公开了以下技术效果：

11. 1、本发明提供的宽温域电解液使用弱溶剂化特点的有机溶剂1,2-二乙氧基乙烷和四氢呋喃，其中1,2-二乙氧基乙烷为链状醚，在电解液中与大多数钠离子结合，带动钠离子在电解液中传输，同时1,2-二乙氧基乙烷与钠离子有着较弱的结合能即较弱的溶剂化作用，使得钠离子在正负极界面去溶剂化能低，去溶剂化速度快，且所述电解液具有高沸点、低凝固点、低粘度、高离子电导率等优势，可以显著提升钠电池在宽温域范围内的充放电性能和循环稳定性。

12. 2、本发明提供的宽温域电解液通过钠盐和有机溶剂的复配得到，采用上述电解液的钠电池可以在负极一侧形成富无机物的稳定sei膜，隔绝了电极/电解液界面的不利反应，提高了钠电池整体的库伦效率，使钠电池在-70～60℃宽温域下仍具有较优的电化学性能。

技术特征

1. 一种用于钠电池的宽温域电解液，其特征在于，所述电解液组成包括钠盐和有机溶剂，所述有机溶剂为1,2-二乙氧基乙烷，或1,2-二乙氧基乙烷和四氢呋喃的组合。

2. 根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，当所述有机溶剂选自为1,2-二乙氧基乙烷和四氢呋喃的组合时，其体积比为1:5～5:1的混合溶剂。

3. 根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述钠盐为六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、双氟磺酰亚胺钠、双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠、三氟甲磺酸钠、二氟草酸硼酸钠、双草酸硼酸钠的一种或多种。

4. 根据权利要求3中所述的电解液，其特征在于，所述钠盐在所述电解液中的浓度为0.1～3mol/l。

5. 根据权利要求1～4中任一项所述的电解液，其特征在于，电解液的应用温度为-70～60℃。

6. 一种宽温域电解液在钠电池中的应用，其特征在于，宽温域钠电池包括：正极、隔膜、负极和根据权利要求1～4中所述的电解液。

7. 根据权利要求6所述宽温域电解液在钠电池中的应用，其特征在于，正极为层状氧化物型、聚阴离子型、普鲁士蓝型、普鲁士白型和有机物型钠电正极中的一种或多种。

8. 根据权利要求6所述宽温域电解液在钠电池中的应用，其特征在于，负极为硬碳、软碳、金属钠中的一种或多种。

9. 根据权利要求6所述宽温域电解液在钠电池中的应用，其特征在于，钠电池应用温度为-70～60℃。

技术总结

本发明涉及一种用于钠电池的宽温域电解液。电解液组成包括钠盐和有机溶剂，所述钠盐为六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、双氟磺酰亚胺钠、双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠、三氟甲磺酸钠、二氟草酸硼酸钠、双草酸硼酸钠的一种或多种，所述有机溶剂为1,2-二乙氧基乙烷，或1,2-二乙氧基乙烷和四氢呋喃的组合。本发明提供的宽温域电解液具有高沸点、低凝固点、低粘度、高离子电导率等优势，且电解液溶剂与钠离子溶剂化作用弱，降低了钠离子去溶剂化能垒，使钠离子在正负极界面的去溶剂化能和电荷转移电阻降低，使所述电解液可以显著提升钠电池的高低温充放电性能和循环性能，能够在-70～60℃的宽温域范围内安全稳定运行。

技术研发信息

技术研发人员：陈军、严振华、李博远、李海霞

受保护的技术使用者：南开大学

技术研发日：

技术公布日：2024/12/26