本发明专利技术涉及一种水系电解液及其制备方法，属于水系电解液技术领域，解决了现有水系电解液自由水活度高、耐高压性能不足、普鲁士类正极易在电解液中溶解、发生结构畸变的问题之一。本发明专利技术公开了一种水系电解液，所述水系电解液含有水、第二溶剂、添加剂和钠盐；所述第二溶剂由腈类化合物与有机阻燃剂组成。所述水系电解液抑制了普鲁士类正极的溶解现象且耐高压性能优异，提高了该类电池的比容量、循环稳定性、倍率性能和阻燃性能，能够广泛应用于水系电池的组装。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水系电解液，涉及一种水系电解液及其制备方法，尤其涉及一种能够稳定普鲁士类正极的耐高压水系电解液。
技术介绍
1、水系电池，作为一种新型电池技术，引起了广泛的关注。水系电池利用水作为电解质，将化学能转化为电能，具有环保、高效、安全等优势与传统电池相比，水系电池的电解质是水，不含有任何有害物质。在使用过程中，不会释放出污染物，对环境没有负面影响，水系电池的环保优势使其在未来电池技术中具备了巨大的发展潜力。
2、另外，水系电池具有安全可靠的特点，水是一种无毒、不燃烧的物质，与其他电池相比，水系电池不会产生爆炸、泄漏等安全隐患。水系电解液离子导电率远远高于有机电解液，具有优异的倍率性能和功率密度。水系电池作为新一代储能产品，目前还面临一些问题和挑战，如电池能量密度较低、电解液窗口窄、正极材料耐水性差、低温性能差等。
3、普鲁士类正极由于价格便宜、比容量高、合成工艺简单等优势广泛应用于水系钠离子电池领域，但是其在现有水系电解液中容易发生过渡金属溶解、结构畸变，进而导致电池比容量低、倍率性能不佳、循环稳定性差、析氢析氧等问题。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种水系电解液及其制备方法，用以解决现有水系电解液自由水活度高、耐高压性能不足、普鲁士类正极易在电解液中溶解、发生畸变的问题。
2、本专利技术公开了一种水系电解液，所述水系电解液含有水、第二溶剂、添加剂和钠盐；所述第二溶剂由腈类化合物与有机阻燃剂组成。
>3、具体的，所述水系电解液的具体组成按质量百分比计为：水10～40％、第二溶剂10～80％、添加剂0.1～5％；所述水系电解液中钠盐浓度1～10mol/l。4、具体的，所述第二溶剂中，腈类化合物与有机阻燃剂的质量比为(6～10)：(1～5)。
5、优选的，所述第二溶剂中，腈类化合物与有机阻燃剂的质量比为(6～8)：(1～2)。
6、具体的，所述腈类化合物为乙腈、丙二腈、丁腈、对氯苯乙腈、间苯二甲腈、三氟丙腈、4-乙基苯基乙腈、3,3-二苯基丙腈的一种或几种。
7、具体的，所述有机阻燃剂为磷酸酯类阻燃剂或卤系阻燃剂；磷酸酯类阻燃剂为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、间苯二酚双磷酸脂一种或几种；卤素阻燃剂为二溴甲烷、五溴乙基苯、六溴环十二烷、十溴二苯乙烷、四溴双酚a、十溴二苯醚一种或几种。
8、具体的，所述钠盐为高氯酸钠、氨基磺酸钠、三氟甲基磺酸钠、三氟甲基磺酰亚胺钠、四氟硼酸钠、硝酸钠、乙酸钠、六氟磷酸钠、硫酸钠中的一种或几种。
9、具体的，所述添加剂为亚铁氰化钠、铁氰化钠、亚铁氰化铁、亚铁氰化钾、亚铁氰化钾、三氟甲基磺酸铁、硫酸锰、硫酸铁的一种或几种。
10、本专利技术还公开了一种所述水系电解液的制备方法，包括以下步骤：
11、s1：称取或量取去离子水及添加剂，将去离子水加热后加入添加剂并搅拌溶解，获得溶液a；
12、s2：称取或量取腈类化合物和有机阻燃剂，混合并搅拌均匀，制得第二溶剂；
13、s3：称取钠盐加入到第二溶剂中，搅拌溶解，获得溶液b；
14、s4：将溶液b加入到冷却后的溶液a中，制得水系电解液。
15、本专利技术还公开了一种水系钠离子电池，该种电池包括所述的水系电解液或所述的制备方法制备的水系电解液。
16、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
17、1、本专利技术所公开的水系电解液抑制了普鲁士类正极的溶解和结构畸变。在常规水系电解液中，存在大量的高活度自由水，因为普鲁士正极材料的过渡金属离子易发生溶解，自由水发生占位，导致结构畸变。本电解液中腈类有机溶剂可以增强水的o-h的共价键，极大地降低了自由水的活度(基本无活度)，自由水均参与到na+的溶剂化中；另外，添加剂溶解后产生的铁氰根离子、亚铁氰根离子、fe2+/3+和mn2+等过渡金属离子可以作为支撑体，填补循环过程中的普鲁士类正极材料形成的空位，抑制了普鲁士正极的溶解和结构畸变，实现了普鲁士正极的循环稳定
18、2、本专利技术所公开的水系电解液的电压窗口宽、库伦效率高。所述水系电解液中含有的腈类化合物会打断水分子结构，并增强o-h共价键，进而极大地拓展了电解液的电压窗口(如3.6v)；与此同时，还抑制了析氢析氧副反应，提高了电池的库伦效率。
19、3、本专利技术所公开的水系电解液的低温性能好。有机溶剂(主要指第二溶剂)的添加和降低自由水活度均可以降低电解液的凝固点，使电解液在-28℃温度依然未发生凝固现象，极大提升了电池的低温性能。
20、4、本专利技术所公开的水系电解液的阻燃性能好，电池运行安全稳定。水系电池的特点之一就是本质安全，阻燃剂具有降低火灾的作用，该电解液加入阻燃剂，可以进一步提高电解液的安全特性，使电池不会由于热失控发生自燃，阻燃性能好，电池运行安全稳定。
21、5、采用本专利技术所公开的水系电解液组装的电池，正极(普鲁士类)比容量高、循环稳定、倍率性能优越。所述水系电解液具有自由水含量低、电压窗口宽、高安全性等优点，且由于添加剂的空位弥补作用，显著地抑制了普鲁士类正极材料(主要指过渡金属)溶解，稳定了电极及电池整体结构，实现了正极比容量高、循环稳定、倍率性能优越等技术效果。
22、本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
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【技术保护点】
1.一种水系电解液，其特征在于：所述水系电解液含有水、第二溶剂、添加剂和钠盐；所述第二溶剂由腈类化合物与有机阻燃剂组成。
2.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于：所述水系电解液的具体组成按质量百分比计为：水10～40％、第二溶剂10～80％、添加剂0.1～5％；所述水系电解液中钠盐浓度1～10mol/L。
3.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于：所述第二溶剂中，腈类化合物与有机阻燃剂的质量比为(6～10)：(1～5)。
4.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于：所述第二溶剂中，腈类化合物与有机阻燃剂的质量比为(6～8)：(1～2)。
5.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于：所述腈类化合物为乙腈、丙二腈、丁腈、对氯苯乙腈、间苯二甲腈、三氟丙腈、4-乙基苯基乙腈、3,3-二苯基丙腈的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于：所述有机阻燃剂为磷酸酯类阻燃剂或卤系阻燃剂；磷酸酯类阻燃剂为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、间苯二酚双磷酸脂一种或几种；卤素阻燃剂为二溴甲烷、五溴乙基苯、六溴环十二烷、十溴二苯乙烷、四溴双酚A、十溴二苯醚一种或几种。
7.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于：所述钠盐为高氯酸钠、氨基磺酸钠、三氟甲基磺酸钠、三氟甲基磺酰亚胺钠、四氟硼酸钠、硝酸钠、乙酸钠、六氟磷酸钠、硫酸钠中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于：所述添加剂为亚铁氰化钠、铁氰化钠、亚铁氰化铁、亚铁氰化钾、亚铁氰化钾、三氟甲基磺酸铁、硫酸锰、硫酸铁的一种或几种。
9.一种权利要求1～8任一项所述水系电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种水系钠离子电池，其特征在于：包括权利要求1至8任一项所述的水系电解液或权利要求9所述的制备方法制备的水系电解液。
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【技术特征摘要】
1.一种水系电解液，其特征在于：所述水系电解液含有水、第二溶剂、添加剂和钠盐；所述第二溶剂由腈类化合物与有机阻燃剂组成。
2.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于：所述水系电解液的具体组成按质量百分比计为：水10～40％、第二溶剂10～80％、添加剂0.1～5％；所述水系电解液中钠盐浓度1～10mol/l。
3.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于：所述第二溶剂中，腈类化合物与有机阻燃剂的质量比为(6～10)：(1～5)。
4.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于：所述第二溶剂中，腈类化合物与有机阻燃剂的质量比为(6～8)：(1～2)。
5.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于：所述腈类化合物为乙腈、丙二腈、丁腈、对氯苯乙腈、间苯二甲腈、三氟丙腈、4-乙基苯基乙腈、3,3-二苯基丙腈的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的水系电解液，其特征在于：所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永献，杨鹏，钱森森，蒋立君，徐深秋，
申请(专利权)人：超威电源集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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