本發(fā)明涉及一種適用于高壓快充鈉金屬電池的電解液，具體涉及一種鈉金屬電池高壓快充電解液及制備方法和應(yīng)用，屬于鈉金屬電池。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)和科技的飛速發(fā)展，能源需求日益增長(zhǎng)，對(duì)高效、可持續(xù)能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的需求也愈發(fā)迫切。電池的發(fā)明與演進(jìn)，尤其是現(xiàn)代可充電電池的出現(xiàn)，極大地改變了我們的生活方式，它們不僅為便攜式電子設(shè)備提供了動(dòng)力，還在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，成為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換工具。

2、在眾多電池技術(shù)中，鈉金屬電池作為一種新型的高能量密度儲(chǔ)能裝置，近年來在新能源領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。鈉金屬電池具有理論比容量高、資源豐富、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，被視為鋰離子電池的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，尤其在大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用方面展現(xiàn)出巨大潛力。然而，鈉金屬電池的研發(fā)與應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)，其中電解液作為電池的重要組成部分，其性能直接關(guān)系到電池的能量密度、循環(huán)壽命、安全性等關(guān)鍵指標(biāo)。然而傳統(tǒng)的鈉金屬電池電解液在高壓條件下存在穩(wěn)定性差、易分解等問題，這會(huì)導(dǎo)致電池容量快速衰減，嚴(yán)重限制了鈉金屬電池的應(yīng)用范圍和使用壽命。

3、目前，為了解決這一難題，科研人員不斷探索新的電解液配方和制備方法，以期提高電解液的電化學(xué)穩(wěn)定性、拓寬電化學(xué)窗口、增強(qiáng)與鈉金屬負(fù)極的兼容性。例如，申請(qǐng)公布號(hào)為cn?116072972?a、發(fā)明名稱為一種鈉離子電解液及其制備方法的發(fā)明專利中，其在電解液中加入不同濃度的離子液體，實(shí)現(xiàn)了更安全溫度的電解液；但由于離子液體高粘稠性，影響了電池的快充性能。又如申請(qǐng)公布號(hào)為cn?118198503?a、發(fā)明名稱為一種鈉離子電池快充電解液及鈉離子電池發(fā)明的專利中，其利用鏈狀醚為主溶劑和環(huán)狀醚為主溶劑實(shí)現(xiàn)了鈉電池的快充性能，但是未對(duì)電池的電壓進(jìn)行研究，限制了高能量密度鈉金屬電池的發(fā)展。此外，大多高壓電解液多采用溶劑分解成膜的方法，使電解液持續(xù)分解，生成較厚的固態(tài)電解質(zhì)膜，但其不僅降低了快充性能，還減少了電池的循環(huán)壽命。

4、因此，亟需開發(fā)一種制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，能夠提高能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性，且滿足電池的快充性能的高壓電解液。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是：解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的鈉金屬高壓快充電解液的能量密度不高，以及常規(guī)高壓電解液不能滿足其快充性能的問題，提供一種鈉金屬電池高壓快充電解液及制備方法和應(yīng)用，該高壓快充電解液在充放電過程中原位形成離子電導(dǎo)率高、機(jī)械性能強(qiáng)的富氟化鈉的固態(tài)電解質(zhì)膜，能夠抑制溶劑的持續(xù)分解，從而顯著提高電池的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性，滿足鈉金屬電池的快充性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種鈉金屬電池高壓快充電解液，所述電解液包括鈉鹽、有機(jī)酯類和線性醚基的雜化溶劑，電解液中有機(jī)酯類溶劑和線性醚基溶劑的體積比為3~5:5~7，鈉鹽的濃度為0.5~1.5mol\l；所述有機(jī)酯類溶劑為氟代碳酸乙烯酯（fec）；所述線性醚基溶劑為二乙二醇二甲醚（degdme）、四乙二醇二甲醚（tegdme）中的一種或兩種。

3、進(jìn)一步地，所述鈉鹽為六氟磷酸鈉(napf6)、雙（氟磺酰）亞胺鈉（nafsi）、四氟硼酸鈉（nabf4）、三氟甲磺酸鈉（naotf）、雙(三氟甲基磺?；?亞胺鈉（natfsi）中的一種。

4、本發(fā)明還提供一種鈉金屬電池高壓快充電解液的制備方法，包括以下步驟：

5、s1、在氬氣氣氛下，將分子篩分別放在有機(jī)酯類和線性醚基溶劑中，靜置24h后去除分子篩，得到純化的溶劑；

6、s2、將上述步驟s1中純化后的有機(jī)酯類和線性醚基溶劑按照體積比為3~5:5~7的比例進(jìn)行充分混合；

7、s3、將鈉鹽溶解到上述步驟s2中得到的混合溶液中，攪拌6h，待完全溶解后得到高壓快充電解液。

8、進(jìn)一步地，所述分子篩為3?分子篩。

9、本發(fā)明還提供了上述制備方法制備得到的高壓快充電解液在鈉金屬電池中的應(yīng)用，將上述電解液注入到鈉金屬電池中得到高壓鈉金屬電池。

10、進(jìn)一步地，所述高壓鈉金屬電池中，正極為耐高壓的氟磷酸釩鈉（nvpf），面載量為2?mg?cm-2；負(fù)極為鈉金屬，厚度為100μm；隔膜材料為玻璃纖維。

11、本發(fā)明的有益效果是：

12、1）本發(fā)明的高壓快充電解液在充放電過程中原位形成離子電導(dǎo)率高、機(jī)械性能強(qiáng)的富氟化鈉的固態(tài)電解質(zhì)膜，能夠抑制溶劑的持續(xù)分解，從而顯著提高電池的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性，滿足鈉金屬電池的快充性能。

13、2）本發(fā)明通過鈉鹽與酯類和醚類雜化溶劑的復(fù)配，實(shí)現(xiàn)了陰離子增強(qiáng)的溶劑化結(jié)構(gòu)；通過調(diào)節(jié)離子-偶極子相互作用，構(gòu)建了一種富含陰離子的溶劑化鞘層，增加了內(nèi)層陰離子的比例，降低了脫溶劑能壘，促進(jìn)了離子電導(dǎo)率高、機(jī)械性能強(qiáng)的富氟化鈉的固態(tài)電解質(zhì)膜的形成，獲得更優(yōu)異的電解液電化學(xué)性能。

14、3）本發(fā)明高壓電解液的制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、性能穩(wěn)定，對(duì)于推動(dòng)鈉金屬電池的實(shí)用化進(jìn)程、促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.一種鈉金屬電池高壓快充電解液，其特征在于：所述電解液包括鈉鹽、有機(jī)酯類和線性醚基的雜化溶劑，電解液中有機(jī)酯類溶劑和線性醚基溶劑的體積比為3~5:5~7，鈉鹽的濃度為0.5~1.5mol\l；所述有機(jī)酯類溶劑為氟代碳酸乙烯酯（fec）；所述線性醚基溶劑為二乙二醇二甲醚（degdme）、四乙二醇二甲醚（tegdme）中的一種或兩種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉金屬電池高壓快充電解液，其特征在于：所述鈉鹽為六氟磷酸鈉(napf6)、雙（氟磺酰）亞胺鈉（nafsi）、四氟硼酸鈉（nabf4）、三氟甲磺酸鈉（naotf）、雙(三氟甲基磺?；?亞胺鈉（natfsi）中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈉金屬電池高壓快充電解液的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述分子篩為3?分子篩。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法制備得到的高壓快充電解液在鈉金屬電池中的應(yīng)用，其特征在于：將上述電解液注入到鈉金屬電池中得到高壓鈉金屬電池。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于：所述高壓鈉金屬電池中，正極為磷酸釩鈉（nvp）和耐高壓的氟磷酸釩鈉（nvpf），面載量為2?mgcm-2；負(fù)極為鈉金屬，厚度為100?μm；隔膜材料為玻璃纖維。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鈉金屬電池高壓快充電解液及制備方法和應(yīng)用，屬于鈉金屬電池技術(shù)領(lǐng)域；該電解液包括鈉鹽、有機(jī)酯類和線性醚基的雜化溶劑，電解液中有機(jī)酯類溶劑和線性醚基溶劑的體積比為3~5:5~7，鈉鹽的濃度為0.5~1.5mol\L；有機(jī)酯類溶劑為氟代碳酸乙烯酯（FEC）；線性醚基溶劑為二乙二醇二甲醚（DEGDME）、四乙二醇二甲醚（TEGDME）中的一種或兩種；將上述電解液注入到鈉金屬電池中得到高壓鈉金屬電池。本發(fā)明的高壓快充電解液具有5V的電化學(xué)窗口，在充放電過程中原位形成離子電導(dǎo)率高、機(jī)械性能強(qiáng)的富氟化鈉的固態(tài)電解質(zhì)膜，能夠抑制溶劑的持續(xù)分解，從而顯著提高電池的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性，滿足鈉金屬電池的快充性能。

技術(shù)研發(fā)人員：陳仕謀,趙順順,于青濤,徐豪杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京化工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9