液态电解质、含有其的混合电解质和钠离子电池的制作方法

    技术2026-06-13  26


    本发明属于钠离子电池,具体涉及一种液态电解质,还涉及含有该液态电解质的混合电解质以及含有该混合电解质的钠离子电池。


    背景技术:

    1、钠离子电池相较于锂离子电池具有资源储量丰富、成本低的优势,在低速动力和储能领域具有巨大应用前景。传统液态钠离子电池存在电解液泄漏、易燃等安全问题,并且钠枝晶生长不可控致使电池稳定性较差,形成的“死钠”还将导致钠离子电池可逆容量损失。

    2、全固态钠离子电池采用固态电解质取代传统有机液态电解质解决了电解液挥发和泄漏带来的燃烧和爆炸等安全问题。固态电解质优越的机械性能和热/化学稳定性能改善电池寿命和稳定性及实现高能量正极与金属钠负极在全固态钠电池中匹配使用,全固态钠离子电池兼顾了高能量密度与高安全性,对开发下一代高能量密度电池和解决能源危机具有重大意义。

    3、钠离子电池的固态电解质主要有氧化物固态电解质、硫化物固态电解质和卤化物固态电解质。其中,氧化物固体电解质具有高电导率和良好热稳定性较,但界面浸润性较差;硫化物固体电解质韧性好、电导率高,但在空气中不稳定且与金属钠兼容性较差。此外,这些固态电解质与正负极接触,还存在界面问题:正极与固态电解质界面阻抗主要源于接触不紧密、充放电过程中电极体积效应和空间电荷层等,界面稳定性问题主要表现为化学反应和界面元素相互扩散;而负极与固态电解质的界面问题主要为枝晶生长、界面接触差和界面兼容性差等。

    4、因此构筑浸润性好、兼容性强、离子电导率高的电极-固态电解质界面,从而获得性能优异的钠离子电池。


    技术实现思路

    1、有鉴于此,本发明的首要目的在于提供一种液态电解质,该液态电解质能够使得固态电解质与电极的接触界面优化为固-液界面,从而获得浸润性好、兼容性强和离子电导率高的电极-固态电解质界面,提高钠离子电池的性能。

    2、为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

    3、本发明第一方面提供了一种液态电解质,所述液态电解质由离子液体和钠纳米粒子,所述钠纳米粒子为钠的氧化物、钠的硫化物、钠的卤化物中的至少一种。

    4、进一步方案,所述钠纳米粒子为na2o、na2s、nacl、nabr、nai中的至少一种。

    5、进一步方案,所述钠纳米粒子的粒径为1nm~200nm。

    6、进一步方案,所述离子液体为咪唑类离子液体、吡啶类离子液体、季铵盐类离子液体、季鏻盐类离子液体中的至少一种。

    7、进一步方案,所述离子液体为emibf4、[bmim][tfsi]、[pyr13][nafsi]、[pyr13][fsi]、[c2c1im][bf4]、[c6c1im][bf4]、[c2c1im][beta]、[c2c1im][tfsa]、[c3c1pyrr][tfsa]、[c3c1pyrr][fsa]、[c4c1pyrr][fsa]中的至少一种。

    8、进一步方案,所述液态电解质中,离子液体和钠纳米粒子的质量比为(5~10):(0.1~0.5)。

    9、本发明进一步提供了一种如前述的液态电解质的制备方法,包括以下步骤:

    10、在隔绝水氧条件下,将离子液体和钠纳米粒子混合后分散均匀。

    11、本发明进一步提供了一种混合电解质,包括钠离子电池固态电解质,在所述钠离子固态电解质与电极片的接触面设有前述的液态电解质。

    12、进一步方案,各组成的质量占比为:固态电解质为89.5%~94.9%,离子液体为5%~10%,钠纳米粒子为0.1%~0.5%。

    13、进一步方案,所述钠离子电池固态电解质为氧化物固态电解质、硫化物固态电解质或卤化物固态电解质。

    14、进一步方案,所述的氧化物固态电解质为na-β-al2o3型、nasicon型中的至少一种。

    15、进一步方案,所述的硫化物固态电解质为na3pnx4型和na11sn2pnx12型中至少一种。

    16、进一步方案,所述的卤化物固态电解质为naymxz,其中,m为al、ga、in、sc、y或la系过渡金属中的至少一种,x为f、cl或br,1≤y≤10,1≤z≤10。

    17、本发明进一步提供了一种钠离子电池,含有前述的混合电解质。

    18、本发明进一步提供了一种前述的钠离子电池的组装方法,包括以下步骤:

    19、在隔绝水氧条件下,将离子液体和钠纳米粒子充分混合分散均匀,获得液态电解质;

    20、依序将正极、固态电解质和负极进行组装,并在固态电解质与正、负极片的接触面施加所述液态电解质;

    21、封装,获得钠离子电池。

    22、本发明的有益效果:

    23、本发明中的液态电解质可以非常好的适配钠离子电池无机固态电解质,在电极和电解质之间形成固-液界面来优化固态电池性能。该液态电解质包含离子液体电解液和适量钠纳米粒子,高电导率、高粘度的离子液体在优化无机固态电解质与电极间的固-固界面接触的同时避免了在其它区域的损失:钠纳米粒子可以填充无机固态电解质在电极-电解液界面上的空隙,抑制无机固态电解质的反应性和增加界面离子传导能力。



    技术特征:

    1.一种液态电解质,其特征在于,所述液态电解质由离子液体和钠纳米粒子,所述钠纳米粒子为钠的氧化物、钠的硫化物、钠的卤化物中的至少一种。

    2.如权利要求1所述的液态电解质,其特征在于,所述钠纳米粒子为na2o、na2s、nacl、nabr、nai中的至少一种。

    3.如权利要求1所述的液态电解质,其特征在于,所述钠纳米粒子的粒径为1nm~200nm。

    4.如权利要求1所述的液态电解质,其特征在于,所述离子液体为咪唑类离子液体、吡啶类离子液体、季铵盐类离子液体、季鏻盐类离子液体中的至少一种;

    5.如权利要求1所述的液态电解质,其特征在于,所述液态电解质中,离子液体和钠纳米粒子的质量比为(5~10):(0.1~0.5)。

    6.一种如权利要求1~5任一项所述的液态电解质的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

    7.一种混合电解质,其特征在于,包括钠离子电池固态电解质,在所述钠离子固态电解质与电极片的接触面设有权利要求1~5任一项所述的液态电解质;

    8.如权利要求7所述的混合电解质,其特征在于,所述钠离子电池固态电解质为氧化物固态电解质、硫化物固态电解质或卤化物固态电解质;

    9.一种钠离子电池,其特征在于,含有如权利要求7或8所述的混合电解质。

    10.一种如权利要求9所述的钠离子电池的组装方法,其特征在于,包括以下步骤:


    技术总结
    本发明公开了一种液态电解质、含有其的混合电解质和钠离子电池,所述液态电解质由离子液体和钠纳米粒子,所述钠纳米粒子为钠的氧化物、钠的硫化物、钠的卤化物中的至少一种。所述的液态电解质设于固态电解质和电极的接触面上,形成固‑液界面来优化固态电池性能,抑制了无机固态电解质的反应性并增强了界面离子传导能力,从而显著提高了形成的混合电解质和钠离子电池的性能,拓宽了固态电解质制备的固态电解池的应用能力和应用前景。

    技术研发人员:刘永超,袁泉,胡悦悦,高典
    受保护的技术使用者:华彩(合肥)新能源科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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