含添加剂的水系钠离子电池电解液及其组成的水系钠离子电池

本发明属于水系钠离子电池领域，涉及一种含添加剂的水系钠离子电池电解液及其组成的水系钠离子电池。

背景技术：

1、由于地壳锂资源有限、成本高等原因，在未来大规模储能应用中锂离子电池可能受到阻碍。钠元素与锂元素物理化学性质类似，具有相似的电化学储能效果，并且钠离子电池在资源丰富和成本方面具有明显的优势，正成为智能电网和低速电动汽车等大规模应用的下一代储能系统。但是，钠离子电池电解质存在安全性能差、价格昂贵、离子导电率低等缺点，必须寻求全新的电解质体系。与非性水电解质相比，水系电解质具有安全性能好、离子导电率高、成本低、环境友好等优点，使得钠离子水系电解质体系比其他电池系统在大规模储能中具有更好的前景。

2、电极材料需要满足成本低廉、含量丰富、环境友好、无毒安全等条件，铁锰基材料越发受到人们的关注。到目前为止，铁锰基材料在水系电池正极方面的应用已经取得了一定的进展。金属氧化物、磷酸盐化合物、普鲁士蓝类似物等表现出优异的储钠性能。文献1通过在na2so4溶液中引入mgso4添加剂作为水系钠离子电池的电解液，nati2(po4)3/c基于该电解液在100ma g-1条件下的可逆容量为93.4mahg-1、(李姝谨.硫酸盐功能电解液增强水系钠离子电池nati2(po4)3/c负极材料电化学性能的研究.东北林业大学.2021)。文献2通过将碳源、银源与nati2(po4)3充分混合，接着对其进行热处理合成了nati2(po4)3@c/ag复合材料，显示出更高的倍率性能和更优异的循环稳定性(姚晓林.基于nasicon型负极材料水系电池的研究.宁波大学.2020)。目前在负极方面取得的进展较少。因此，开发具有高容量的水系钠离子电池负极材料成为一个重要的研究方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种含添加剂的水系钠离子电池电解液及其组成的水系钠离子电池。

2、实现本发明目的的技术方案如下：

3、含添加剂的水系钠离子电池电解液，由na2so3溶液和添加剂组成，所述的添加剂为氨基酸。

4、优选地，所述的氨基酸选自甘氨酸、丙氨酸(α-ala，β-ala)、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、天门冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、硒半胱氨酸或吡咯赖氨酸。

5、优选地，所述的电解液中，na2so3溶液的浓度为0～5mol/l但不为0，添加剂的浓度为0.1～0.5mol/l。

6、改性的水系钠离子电池，以富含氧空位的铁基复合材料为负极，上述含添加剂的水系钠离子电池电解液为电池电解液；所述的富含氧空位铁基复合材料通过以下步骤制备：

7、将碳纳米管在氯化亚铁电解液中水浴电沉积生成铁基氧化物，水洗，烘干，在管式炉ar气氛围下、300℃～400℃下退火，退火结束后，将铁基复合材料置于硼氢化钠溶液中浸泡，得到富含氧空位的铁基复合材料。

8、优选地，退火时间为2～3小时。

9、优选地，氯化亚铁电解液的浓度为0.01～0.02mol/l。

10、优选地，硼氢化钠溶液的浓度为1～3mol/l。

11、优选地，浸泡时间为1～3h。

12、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

13、(1)硼氢化钠改性后的铁基复合材料作为负极材料，具有良好的可逆容量以及倍率性能。

14、(2)将氧化还原电解质限域在电极表面，通过so32-氧化还原过程中转移的电荷为体系提供可观的容量。

15、(3)本发明在电极表面引入缺陷，并且在电解液中加入适量添加剂，引入氧空位的铁基复合材料与添加剂协同作用，通过氧空位与oh-、cooh-等基团的相互作用有效吸附更多的氧化还原活性电解质，在固液界面处发生氧化还原反应提供容量。

技术特征：

1.含添加剂的水系钠离子电池电解液，其特征在于，由na2so3溶液和添加剂组成，所述的添加剂为氨基酸。

2.根据权利要求1所述的含添加剂的水系钠离子电池电解液，其特征在于，所述的氨基酸选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、天门冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、硒半胱氨酸或吡咯赖氨酸。

3.根据权利要求1所述的含添加剂的水系钠离子电池电解液，其特征在于，所述的电解液中，na2so3溶液的浓度为0～5mol/l但不为0，添加剂的浓度为0.1～0.5mol/l。

4.改性的水系钠离子电池，其特征在于，以富含氧空位的铁基复合材料为负极，权利要求1～3任一所述的含添加剂的水系钠离子电池电解液为电池电解液；所述的富含氧空位铁基复合材料通过以下步骤制备：

5.根据权利要求4所述的改性的水系钠离子电池，其特征在于，退火时间为2～3小时。

6.根据权利要求4所述的改性的水系钠离子电池，其特征在于，氯化亚铁电解液的浓度为0.01～0.02mol/l。

7.根据权利要求4所述的改性的水系钠离子电池，其特征在于，硼氢化钠溶液的浓度为1～3mol/l。

8.根据权利要求4所述的改性的水系钠离子电池，其特征在于，浸泡时间为1～3h。

技术总结
本发明公开了一种含添加剂的水系钠离子电池电解液及其组成的水系钠离子电池。所述的水系钠离子电池以富含氧空位的铁基复合材料作为负极，以添加氨基酸的亚硫酸钠溶液作为电解质，氨基酸分子可作为“桥梁”增强铁基材料氧空位与氧化还原活性电解质之间的相互作用，使其尽可能多的吸附氧化还原活性电解质，提升高效储能反应比重，从而提高水系钠离子电池负极材料的电化学性能。

技术研发人员：曹成,翟腾,夏晖,李锦,万月萍,刘轩铭,刘靖
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1