水系电解液和水系钠离子电池.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115842161A(43)申请公布日2023.03.24(21)申请号202111111817.2(22)申请日2021.09.18(71)申请人陈璞地址山东省青岛市李沧区楼山街道楼山路1号(72)发明人罗云峰刘正军陈璞(74)专利代理机构北京知帆远景知识产权代理有限公司11890专利代理师肖阳(51)Int.Cl.H01M10/0566(2010.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书6页(54)发明名称水系电解液和水系钠离子电池(57)摘要本发明公开了水系电解液和水系钠离子电池，所述水系电解液包括水、钠盐和稳定剂，所述稳定剂选自磷酰基类化合物、碳酰基类化合物、硫酰基类化合物和氰基类化合物中的至少之一。本发明极大的拓宽了体系中水分解的电化学窗口，同时还有效避免了水分解而产生析氢析氧反应，提高了电池体系的稳定性和安全性。另外，上述稳定剂有效抑制了水的活性，从而能够抑制正极活性物质或负极活性物质因水而溶出，稳定了活性物质结构。CN115842161ACN115842161A权利要求书1/1页1.一种水系电解液，其特征在于，包括水、钠盐和稳定剂，所述稳定剂选自磷酰基类化合物、碳酰基类化合物、硫酰基类化合物和氰基类化合物中的至少之一。2.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于，所述磷酰基类化合物选自磷酸三甲酯、磷酸三乙酯和磷酸三丁酯中的至少之一。3.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于，所述碳酰基类化合物选自尿素、一甲基脲、二甲基脲和四甲基脲的至少之一；任选地，所述硫酰基类化合物为二甲基亚砜；任选地，所述氰基类化合物选自乙腈和丁二腈的至少之一。4.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于，所述水和所述稳定剂的摩尔比为1:0.05～20。5.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于，所述水和所述稳定剂的摩尔比为1:0.15～15。6.根据权利要求1‑5任一项所述的水系电解液，其特征在于，所述钠盐在所述电解液中的浓度为0.3‑2mol/L。7.根据权利要求1‑5任一项所述的水系电解液，其特征在于，所述钠盐选自六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、甲基磺酸钠、三氟甲基磺酸钠、氯化钠、硝酸钠和硫酸钠中的至少之一。8.一种水系钠离子电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片、隔离膜和如权利要求1‑7任一项所述的水系电解液，所述正极极片包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极材料层，所述正极材料层包括正极活性物质；所述负极极片包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的负极材料层，所述负极材料包括负极活性物质；所述正极活性物质为能嵌入脱出钠离子的材料；所述负极活性物质为能嵌入脱出钠离子的材料。9.根据权利要求8所述的水系钠离子电池，其特征在于，所述正极活性物质选自二氧化锰、锰酸钠、磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、磷酸铁钠和磷酸锰钠中的至少之一。10.根据权利要求8所述的水系钠离子电池，其特征在于，所述负极活性物质选自磷酸钛钠、Na‑Sn合金、Sn‑Cu合金、MoO3、Fe2O3和硬碳中的至少之一。2CN115842161A说明书1/6页水系电解液和水系钠离子电池技术领域[0001]本发明属锂离子电池技术领域，具体涉及一种水系电解液和水系钠离子电池。背景技术[0002]水系钠离子电池由于具有高的工作电压、能量密度高、环境友好等优点，且水系电解液具有无毒无害、不可燃、成本低和对生产环境要求低等优点，被广泛应用在3C消费电池、动力电池和储能电池领域，并且在航空航天、国防军工等领域也有广阔的应用前景。现有技术中的水系钠离子电池通常以可嵌入脱出钠离子的材料(如锰酸钠、普鲁士蓝类)作为正极，以可嵌入脱出钠离子的材料(如二硫化钛)或者金属单质Zn作为负极，以水作为电解液溶剂，大多采用常规浓度水系电解液，以水作为溶剂，加入金属盐电解质，部分采用极其高浓度的“waterinsalt”水系电解液。然而，现有的用于钠离子电池的水系电解液仍有待改进。发明内容[0003]本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现提出的：[0004]钠离子在水系电解液中以水合离子的形式存在，在低浓度saltinwater(水包盐)体系内，Na+存在双层水化，首先，以Na+为内核，4个水偶极子通过O‑和Na+的短程静电吸附形成第1水化层，接下来，外层4个水偶极子与Na+通过相对长程的静电吸附以及与第1层水分子间的氢键作用，形成第2水化层，再往外，则水偶极子与Na+的作用逐渐消失，水分子以freeH2O(自由水分子)的形式存在，水溶液整体表现为{[Na(H2O)4](H2O)4}+nH2O构型。因此，上述体系中存在的自由水会导致如下缺陷：(1)自由水分子在电解液中容易出现分解现象，自由水分子的分解电压限制