[发明专利]锂/钠离子电池用水系电解液以及锂/钠离子电池

说明书

本发明提供了一种锂/钠离子电池用水系电解液以及包含该电解液的锂/钠离子电池。锂/钠离子电池用水系电解液在以锂/钠离子盐为电解质的水溶液中均匀分散有亲水性氧化物纳米粒子。由此，本发明的锂/钠离子电池用水系电解液，能够有效地拓宽水系电解液的电化学窗口，抑制析氢副反应发生，使得更多的低电压负极能够应用于基于水系电解液的电池体系中，从而提高电池的能量密度。

技术领域

本发明涉及一种锂/钠离子电池用水系电解液以及具备该电解液的锂/钠离子电池。

背景技术

随着现代社会对能源需求紧迫性的增加，高能量密度的二次电池已经成为未来能源产业发展的重点，锂/钠离子电池以其突出的性能优势成为研究的热点。然而，现有锂/钠离子电池所用电解液均为有机电解液，它存在电导率低以及易于燃烧爆炸的高安全隐患。为此，人们考虑使用水系电解液来替代有机电解液。水系电解液具有低成本、高安全性以及环境友好的优势。并且，具有更高的电导率，能够改善电池的功率特性。水系电解液存在的最大问题是其电化学窗口较窄，这是因为水的电化学稳定窗口较窄，在负极易发生析氢反应，而在正极发生析氧反应。目前拓宽水系电解液电化学窗口最常见的办法就是采用高浓度的锂/钠盐水溶液，形成一种“盐包水”的结构，能够有效地抑制水分解，从而拓宽电解液的电化学窗口。但是此方法具有很高的成本，使电解液粘度上升，并造成盐析现象。因此，寻找一种简单、易行、廉价的拓宽水系电解液电化学窗口的方法显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种电化学窗口拓宽的锂/钠离子电池用水系电解液以及具备该电解液的锂/钠离子电池。水系电解液具有高电导率、高安全性、环境友好等优点，但是其电化学窗口较窄，从而导致基于水系电解液的锂/钠离子电池的能量密度较低。本发明采用廉价的氧化物纳米粒子作为水系电解液添加剂，能够显著的拓宽水系电解液电化学窗口。该操作简单、易行、低成本，非常有利于实现工业化生产。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种锂/钠离子电池用水系电解液，其特征在于，在锂/钠离子盐水溶液中均匀分散有亲水性氧化物纳米粒子。

作为优选方案，锂离子盐采用LiClO₄、LiTFSI、LiFSI、Li₂SO₄、LiNO₃中的一种或者几种。

作为优选方案，锂离子盐的浓度为1-5mol/L。

浓度5mol/L时，电导率已经超出仪器测试量程，且成本增加，而不优选。浓度小于1mol/L时，电导率过低，而不优选。

作为优选方案，钠离子盐种类为NaClO₄、NaTFSI、NaFSI、Na₂SO₄、NaNO₃中的一种或者几种。

作为优选方案，钠离子盐的浓度为1-5mol/L。

浓度5mol/L时，电导率已经超出仪器测试量程，且成本增加，而不优选。浓度小于1mol/L时，电导率过低，而不优选。

作为优选方案，亲水性氧化物纳米粒子采用SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂中的一种或几种。

作为优选方案，亲水性氧化物纳米粒子的颗粒尺寸为7～40nm。

大于40nm时，氧化物颗粒过大会导致其在电解液中沉降，小于7nm时，价格高，因而不优选。

作为优选方案，亲水性氧化物纳米粒子的含量大于零且小于10wt％，优选为1-3wt.％。

大于3wt％时，会使电解液过于黏稠，流动性变差；小于1wt％时效果不明显，因而不优选。