电解液及钠离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种电解液，包括可溶性锌化合物、可溶性钠化合物、表面活性剂与溶剂；所述溶剂为水和/或醇溶剂。与现有技术相比，本发明专利技术在电解液中加入表面活性剂进行改性，可有效提高电解液的电压稳定窗口，进而提高电池的库伦效率。由实验可知，本发明专利技术得到的钠离子电池容量可达到80～100mAh/g，能量密度高达100Wh/kg，库伦效率高于95％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池
，尤其涉及一种电解液及钠离子电池。
技术介绍
现代社会对化石燃料的消耗越来越多，环境污染严重。新的清洁能源如太阳能、潮汐能、风能、地热能等越来越受到人们的关注，但该类能源需要储存在电池中才能更好的使用。铅酸电池技术成熟价格低廉，但是其存在能量密度低，环境危害大、深度充放电性能差并且使用寿命短等缺点，锂离子电池能量密度高，但是有机电解液易燃易爆，存在安全问题，并且锂离子电池成本较高，而水系钠离子电池由于具有原料来源丰富、环境友好与价格便宜等因素是该领域非常具有应用前景的候选者。基于水系钠离子电池安全、成本低廉的优势，人们开始探求水系钠离子电池体系在储能方面的应用。Whitacre等人报道了孔道结构的Na4Mn9O18材料能够在0.5V的电压宽度范围内可逆的脱嵌钠离子，并提供45mAh/g的容量，该材料具有优异的循环稳定性能，是钠离子电池正极材料的非常优秀的选择(J.Whitacre,A.Tevar and S.Sharma,Electrochemistry Communications,2010,12,463-466)；黄云辉课题组报道了磷酸钒钠作为正极材料，锌片作为负极材料乙酸钠乙酸锌水溶液作为点解液组装全电池(Li G,Yang Z,Jiang Y,et al.Journal of Power Sources,2016,308:52-57)；我们最近的工作表明NaMnO2作为正极材料能够输出60mAh/g的容量(Hou Z,Li X,Liang J,et al.Journal of Materials Chemistry A,2015,3(4):1400-1404.)，并且还报道了一种水钠锰矿材料作为正极材料具有80mAh/g的容量(Zhang X,Hou Z,Li X,et al.Journal of Materials Chemistry A,2016,4(3):856-860)。但是以上材料制备的水相钠离子电池均存在电池放电电压低，库伦效率低、能量密度低等问题，阻碍其实际应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种电解液及钠离子电池，
该电解液可提高电池的库伦效率。本专利技术提供了一种电解液，包括可溶性锌化合物、可溶性钠化合物、表面活性剂与溶剂；所述溶剂为水和/或醇溶剂。优选的，所述可溶性锌化合物选自乙酸锌、硫酸锌与氯化锌中的一种或多种；所述可溶性钠化合物选自乙酸钠、硫酸钠和与氯化钠中的一种或多种。优选的，所述表面活性剂选自烷基硫酸钠类表面活性剂、聚乙烯吡咯烷酮、烷基苯磺酸钠类表面活性剂与琥珀酸类表面活性剂中的一种或多种。优选的，所述电解液中表面活性剂的浓度为0.1mmol/L～0.1mol/L。优选的，所述可溶性锌化合物中锌离子与可溶性钠化合物中钠离子的摩尔比为(2:1)～(1:4)。优选的，所述电解液中锌离子的浓度为0.5～4mol/L；所述电解液中钠离子的浓度为0.5～10mol/L。本专利技术还提供了一种钠离子电池，包括正极、负极与电解液。优选的，所述正极的活性物质为NaxMnO2、水钠锰矿或碳包覆的Na3V2(PO4)3，所述x为0.3～1。优选的，所述NaxMnO2按照以下方法进行制备：将含钠化合物与含锰化合物混合高温烧结，得到NaxMnO2。优选的，所述碳包覆的Na3V2(PO4)3按照以下方法进行制备：将含钠化合物、含磷酸根化合物、含钒化合物与含碳物质混合球磨，得到前驱物；将所述前驱物进行高温处理，得到碳包覆的Na3V2(PO4)3。本专利技术提供了一种电解液，包括可溶性锌化合物、可溶性钠化合物、表面活性剂与溶剂；所述溶剂为水和/或醇溶剂。与现有技术相比，本专利技术在电解液中加入表面活性剂进行改性，可有效提高电解液的电压稳定窗口，进而提高电池的库伦效率。由实验可知，本专利技术得到的钠离子电池容量可达到80～100mAh/g，能量密度高达100Wh/kg，库伦效率高于95％。附图说明图1为本专利技术实施例1中合成的Na0.44MnO2固体粉末的X射线衍射图；图2为本专利技术实施例1中合成的Na0.44MnO2固体粉末的扫描电镜照片；图3为本专利技术实施例1中得到的钠离子电池的电化学储能性能图；图4为本专利技术实施例2中得到的碳包覆的Na3V2(PO4)3的X射线衍射谱图；图5为本专利技术实施例2中得到的碳包覆的Na3V2(PO4)3的扫描电镜照片；图6为本专利技术实施例2中得到的碳包覆的Na3V2(PO4)3的拉曼光谱图；图7为本专利技术实施例2中得到的钠离子电池在0.5C下的电化学特征曲线图；图8为本专利技术实施例2中得到的钠离子电池在1C下的电化学循环稳定性图；图9为本专利技术实施例2中得到的钠离子电池在不同电流密度下电化学循环图；图10为本专利技术实施例3中得到的钠离子电池在0.5C下的电化学特征曲线图；图11为本专利技术比较例1中得到的钠离子电池在1C下的循环性能图；图12为本专利技术比较例2中得到的钠离子电池在1C下的循环性能图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种电解液，包括可溶性锌化合物、可溶性钠化合物、表面活性剂与溶剂；所述溶剂为水和/或醇溶剂。其中，所述可溶性锌化合物为本领域技术人员熟知的可溶性锌化合物即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为乙酸锌、硫酸锌与氯化锌中的一种或多种；所述电解液中锌离子的的浓度优选为0.5～4mol/L，更优选为0.5～2mol/L，再优选为1mol/L。所述可溶性钠化合物为本领域技术人员熟知的可溶性钠化合物即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为乙酸钠、硫酸钠与氯化钠中的一种或多种；
所述电解液中钠离子的的浓度优选为0.5～10mol/L，更优选为0.5～8mol/L，再优选为0.5～6mol/L，再优选为0.5～4mol/L，最更优选为1mol/L。所述电解液中可溶性锌化合物中锌离子与可溶性钠化合物中钠离子的摩尔比优选为(2:1)～(1:4)，更优选为(1.5:1)～(1:3)，再优选为(1.5:1)～(1:2)，最优选为(1.2:1)～(1:1.5)；在本专利技术提供的一些实施例中，所述可溶性锌化合物中锌离子与可溶性钠化合物中钠离子的摩尔比优选为1:1。所述溶剂为本领域技术人员熟知的水和/或醇溶剂即可，并无特殊的限制，本专利技术中所述醇溶剂优选为乙二醇。本专利技术在电解液中加入表面活性剂进行改性，所述表面活性剂为本领域技术人员熟知的表面活性剂即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂，更优选为烷基硫酸钠类表面活性剂、聚乙烯吡咯烷酮、烷基苯磺酸钠类表面活性剂与琥珀酸类表面活性剂中的一种或多种，再优选为十六烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基苯磺酸钠与琥珀酸钠中的一种或多种；所述电解液中表面活性剂的浓度优选为0.1mmol/L～0.1mol/L，更优选为1mmol/L～0.1mol/L，再优选为10mmol/L～0.1m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解液，其特征在于，包括可溶性锌化合物、可溶性钠化合物、表面活性剂与溶剂；所述溶剂为水和/或醇溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，包括可溶性锌化合物、可溶性钠化合物、表面活性剂与溶剂；所述溶剂为水和/或醇溶剂。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述可溶性锌化合物选自乙酸锌、硫酸锌与氯化锌中的一种或多种；所述可溶性钠化合物选自乙酸钠、硫酸钠和与氯化钠中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述表面活性剂选自烷基硫酸钠类表面活性剂、聚乙烯吡咯烷酮、烷基苯磺酸钠类表面活性剂与琥珀酸类表面活性剂中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液中表面活性剂的浓度为0.1mmol/L～0.1mol/L。5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述可溶性锌化合物中锌离子与可溶性钠化合物中钠离子的摩尔比为(2:1)～(1:4)。6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱逸泰，朱永春，侯之国，梁剑文，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34