CN116885276A - 一种适用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液 - Google Patents

一种适用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液 Download PDF

Info

Publication number
CN116885276A
CN116885276A CN202211250802.9A CN202211250802A CN116885276A CN 116885276 A CN116885276 A CN 116885276A CN 202211250802 A CN202211250802 A CN 202211250802A CN 116885276 A CN116885276 A CN 116885276A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sodium
solvent
electrolyte
soluble electrolyte
carbonate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211250802.9A
Other languages
English (en)
Inventor
汪雄涛
邵偲蔚
田剑莉亚
文飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Benan Energy Singapore LLC
Taicang Zhongkoseno New Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Benan Energy Singapore LLC
Taicang Zhongkoseno New Energy Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Benan Energy Singapore LLC, Taicang Zhongkoseno New Energy Technology Co ltd filed Critical Benan Energy Singapore LLC
Priority to CN202211250802.9A priority Critical patent/CN116885276A/zh
Publication of CN116885276A publication Critical patent/CN116885276A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0567Liquid materials characterised by the additives
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及一种适用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液,采用共溶剂和去离子水的混合体系,共溶剂可以减少水系电解质副反应的发生,而去离子水的添加对于提高整体电解液的电导率起到积极作用,有以下优点:1.极大延长电极寿命;2.有效拓宽电池运行的电化学窗口,在电池运行期间限制水电解副反应的发生;3.电池可以在宽温域下运行(‑30℃容量保持率大于70%);4.电解液具有本征安全特性,成本低廉。

Description

一种适用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液
技术领域
本发明涉及一种用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液体系。
背景技术
普鲁士蓝是过渡金属离子的铁氰化合物,由于其开放的框架结构和可调节式组分构成,普鲁士蓝及其衍生物在电化学存储能领域具有巨大的应用潜力。
由于普鲁士蓝通常是在水溶液中制备的,晶格空位可能被水分子占据,普鲁士蓝制备过程中不可避免的会有间隙水和M(CN)6空位的存在。在有机电解质体系中,会在充放电过程析出间隙水,造成有机溶剂变质,甚至产生安全隐患:(1)由于本身的强吸湿性和较高的比表面积,在浆料和极片的制备过程中会大量吸附环境中的水分子。水分子在有机钠离子电池充放电的过程中可能被电解为氢气,使钠离子电池因胀气而无法进行正常充放电。(2)水分子还可能会与电解液发生副反应,一方面产生的固体副反应产物可能会沉积到正、负极片表面,导致钠离子脱嵌困难,使钠离子电池的容量变低,循环性能变差;另一方面产生气体副反应产物如HF,会腐蚀正、负极片表面的钝化膜,腐蚀正、负极活性材料,使正、负极活性材料裸露并不断地与电解液发生反应,形成新的钝化膜,导致钠离子不断被消耗,降低钠离子电池的容量,影响钠离子电池的循环性能。
在水系电解液中,电池中正极非常容易发生析氧反应,而一旦有活性氧析出,普鲁士蓝正极材料就会被氧化,从而影响其循环性能。此外,循环过程中析出的氧分子会与插入的Na+发生反应,消耗充电容量(Na-(插入)+1/2H2O+1/4O2→Na++OH-)。
发明内容
结合普鲁士蓝材料本身的特性,本发明专利提出一种用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液体系,采用共溶剂和去离子水的混合体系,共溶剂可以减少水系电解质副反应的发生,而去离子水的添加对于提高整体电解液的电导率起到积极作用,有以下优点:
1.极大延长电极寿命,
2.有效拓宽电池运行的电化学窗口,在电池运行期间限制水电解副反应的发生
3.电池可以在宽温域下运行(在-30℃下容量保持率大于70%)
4.电解液具有本征安全特性,成本低廉。
附图说明
图1:普鲁士蓝/磷酸钛钠全电池的容量保持率曲线图。
图2:电池在不同温度下充放电的曲线图。
具体实施方式
本发明专利涉及一种应用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液。电解液溶剂由共溶剂和去离子水组成,共溶剂的质量比例为5-98%,共溶剂的种类为聚乙二醇,聚丙烯酸钠,甘油,琼脂,卡拉胶,明胶,乙醇,海藻酸钠,碳酸乙烯酯,碳酸二乙酯,碳酸二甲酯,环丁砜,磷酸三甲酯,二甲基砜,二乙二醇二甲基醚,碳酸甲乙酯,碳酸丙烯酯,甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维丙烯酸、马来酸或马来酸酐、甲基丙烯酸N,N-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酸丁二酯或邻苯二甲酸二丙烯酯等其中的一种或两种。根据所需粘度和电导率的设计,可将共溶剂进行不同比例混合。
本发明中所述的电解质盐为高氯酸钠,硫酸钠,甲酸钠,醋酸钠,硝酸钠,氯化钠、碳酸钠,溴化钠,乙酸钠,碘化钠,草酸钠中的一种或多种混合。本发明专利的特点与优势:
1.相比于纯有机电解质:普鲁士蓝类似物材料的制备过程中的间隙水和极片制备过程中吸附水,不再引发副反应的产生,不再是电池致命的缺陷;
2.相比于纯水电解质,可以根据实际使用电化学窗口调整去离子水的含量,从而降低析氢析氧副反应的发生,同时,析氧副反应几率降低,有利于保证普鲁士蓝材料的稳定性;
3.共溶剂电极液可以缓解普鲁士蓝材料在有机电解质和纯水电介质中的副反应和容量衰减问题,延长电极寿命;
4.有效拓宽电池运行的电化学窗口,在电池运行期间限制水电解副反应的发生;
5.由于采用了低凝固点的共溶剂,电解液的低温性能可以得到保证。电池可以在宽温域下运行(-30℃容量保持率大于70%);
6.电解液具有本征安全特性,成本低廉。
本专利申请中引用了文献或已发表的文章。引用的文献和已发表的文章共同作为本申请的参考数据,以便更详实地描述同本发明相关领域的最新水平。同时需要注意的是,在整个申请过程中,过渡性术语“包含”、“含括”或“特点是”是同义词,是包容性的或开放式的,并且不排除额外的、未列举的元素或方法步骤。
通过参考下面的实施例可以更好地理解本发明。本领域技术人员能够理解所下面的例子仅仅是为了说明本发明,而不是为了限制本发明的范围。本发明的范围由后文的申请专利范围界定。
具体实施例
实施例A:采用普鲁士蓝类似物作为正极活性物质,磷酸钛钠作为负极活性物质,涂布的方式制备电极,采用聚乙二醇作为共溶剂,高氯酸钠作为电解质盐(1mol/kg),不同共溶剂含量见表1,共溶剂电解液电化学稳定窗口。
表1
随着共溶剂含量的增加,电解液的电化学稳定窗口拓宽,这主要是由于共溶剂破坏水中的氢键网络,加强水分子的O-H键,从而降低了水分子的活性。
实施例B:采用实施例A的电极,采用不同种类共溶剂以及不同比例配置电解液,测定电解液的粘度、电导率以及析氧电位,见表2所示。
表2
实施例C:采用普鲁士蓝类似物作为正极活性物质,磷酸钛钠作为负极活性物质,涂布的方式制备电极,采用高氯酸钠作为电解质盐(1mol/kg),溶于去离子水(100%,对比例)或者聚乙二醇/去离子水(90/10,实施例4),以5C的倍率进行循环,全电池的容量保持率曲线如图1所示。
实施例D:采用实施例4中共溶性电解液的配方,在室温25℃和零下30℃下,测试电池的充放电容量,电池在零下30℃的容量保持率可高达70%(见图2)。

Claims (5)

1.一种应用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液,其特征在于,所述共溶性电解液包含共溶剂和去离子水,所述共溶剂的质量比例为5-98%。
2.根据权利要求1的共溶性电解液,其特征在于,所述共溶剂的质量比例为40-90%。
3.根据权利要求1的共溶性电解液,其特征在于,所述共溶剂选自聚乙二醇,聚丙烯酸钠,甘油,琼脂,卡拉胶,明胶,乙醇,海藻酸钠,碳酸乙烯酯,碳酸二乙酯,碳酸二甲酯,环丁砜,磷酸三甲酯,二甲基砜,二乙二醇二甲基醚,碳酸甲乙酯,碳酸丙烯酯,甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维丙烯酸、马来酸、马来酸酐、甲基丙烯酸N,N-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酸丁二酯和邻苯二甲酸二丙烯酯,所述共溶剂根据所需粘度和电导率可进行不同比例混合。
4.根据权利要求1的共溶性电解液,其特征在于,所述共溶性电解液还包含电解质盐,所述电解质盐选自高氯酸钠,硫酸钠,甲酸钠,醋酸钠,硝酸钠,氯化钠、碳酸钠,溴化钠,乙酸钠,碘化钠和草酸钠。
5.根据权利要求4的共溶性电解液,其特征在于,所述电解质盐的浓度为0.1-2mol/kg。
CN202211250802.9A 2022-10-13 2022-10-13 一种适用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液 Pending CN116885276A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211250802.9A CN116885276A (zh) 2022-10-13 2022-10-13 一种适用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211250802.9A CN116885276A (zh) 2022-10-13 2022-10-13 一种适用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116885276A true CN116885276A (zh) 2023-10-13

Family

ID=88261026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211250802.9A Pending CN116885276A (zh) 2022-10-13 2022-10-13 一种适用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116885276A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103620830A (zh) * 2011-06-22 2014-03-05 里兰斯坦福初级大学理事会 具有开放框架结构的高倍率、长循环寿命电池电极材料
CN105122518A (zh) * 2013-04-10 2015-12-02 爱尔威欧能源有限公司 用于电化学装置的共溶剂电解质
US20190123390A1 (en) * 2017-10-19 2019-04-25 Battelle Memorial Institute Low flammability electrolytes for stable operation of lithium and sodium ion batteries
CN111384446A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 中国科学院物理研究所 一种宽温电解液、二次电池及其用途
CN113140807A (zh) * 2021-04-21 2021-07-20 浙江大学 一种具有不燃性的水系电池
CN114296285A (zh) * 2021-12-16 2022-04-08 烟台大学 一种用于普鲁士蓝基电致变色器件的高性能电解质

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103620830A (zh) * 2011-06-22 2014-03-05 里兰斯坦福初级大学理事会 具有开放框架结构的高倍率、长循环寿命电池电极材料
CN105122518A (zh) * 2013-04-10 2015-12-02 爱尔威欧能源有限公司 用于电化学装置的共溶剂电解质
US20190123390A1 (en) * 2017-10-19 2019-04-25 Battelle Memorial Institute Low flammability electrolytes for stable operation of lithium and sodium ion batteries
CN111384446A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 中国科学院物理研究所 一种宽温电解液、二次电池及其用途
CN113140807A (zh) * 2021-04-21 2021-07-20 浙江大学 一种具有不燃性的水系电池
CN114296285A (zh) * 2021-12-16 2022-04-08 烟台大学 一种用于普鲁士蓝基电致变色器件的高性能电解质

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FIROUZI A, ET AL.: "Monovalent manganese based anodes and co-solvent electrolyte for stable low-cost high-rate sodium-ion batteries", 《NATURE COMMUNICATIONS》, vol. 9, pages 1 - 10 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Challenges and perspectives of hydrogen evolution-free aqueous Zn-ion batteries
CN111244540B (zh) 一种水系高电压窗口防冻电解液及其应用
CN106654332B (zh) 一种有机相电解液及其在液流电池负极中的应用
CN108899505A (zh) 掺杂改性的氟磷酸钒钠正极材料及其制备方法
EP3413386A1 (en) Redox flow battery electrolyte and redox flow battery
CN103094551A (zh) 一种石墨/氧化亚锰复合电极材料及其制备方法
CN114709495A (zh) 一种深共晶电解液及其在水系钠离子电池中的应用
CN107546372A (zh) 一种阴离子掺杂的磷酸钛锂负极材料及其制备和应用
KR102082368B1 (ko) 리튬 레독스 흐름전지용 고 이온전도도를 갖는 전해질 조성물
CN109494400A (zh) 双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液及其制备方法和电池
CN117476858A (zh) 一种改性硫酸铁钠正极材料及其制备方法和应用
CN116885276A (zh) 一种适用于普鲁士蓝类似物的共溶性电解液
Lu et al. Improving electrochemical performance of Na4MnV (PO4) 3 cathode material through Ti substitution
CN115832309A (zh) 一种改性三元正极材料及其制备方法和应用
CN116470111A (zh) 一种用于碱性全铁液流电池的正极电解液及其制备方法
CN107204456B (zh) 一种钛包裹三元正极材料的制备方法
KR102290292B1 (ko) 에테르기 치환된 이온성 액체를 포함하는 증진된 이온전도도를 갖는 하이브리드 리튬 레독스 흐름전지용 전해액 조성물
CN115395144A (zh) 一种铝空气电池用碱性电解液及其制备方法与应用
GB2616233A (en) Doped sodium vanadium phosphate, preparation method therefor and use thereof
KR20190135339A (ko) 리튬 레독스 흐름전지용 고 이온전도도를 갖는 전해질 조성물
CN114156514B (zh) 一种液流电池电解液及其应用
CN111994956B (zh) 二氧化钛球包覆钾磷钨酸盐复合材料及其制备方法和应用
CN111430715B (zh) 一种二维Ti3C2Tx修饰的氟化碳复合正极材料的制备方法及应用
CN114335549A (zh) 提升高镍正极材料的热稳定性的包覆方法
CN107634263A (zh) 一种高温不膨胀的高能量密度硅碳电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination