電解質是正負極之間物質傳輸的橋梁,用來傳輸離子以形成閉合回路,是維持電化學反應的重要保障,不僅直接影響電池的倍率、循環壽命、自放電等性能,還是決定電池穩定性和安全性的核心因素之一。
按照物理形態,鈉離子電池的電解質可分為液態電解質和固態電解質。 ? ?
(1)液態電解質:與鋰電類似,鋰鹽變鈉鹽 ? 液態電解質常被稱為電解液,一般由溶劑、溶質和添加劑組成。由于水的電化學窗口上限不超過2V,因此溶劑是一些極性的非質子有機溶劑,既能大量溶解鈉鹽,又不能釋放質子氫,還要有一定的抗氧化-還原能力,最好還具有較低的粘度。
因此,一般將高介電常數、高粘度的碳酸酯類和低介電常數、低粘度的醚類混合使用,故電解液高度易燃。溶質主要為具有大半徑陰離子的鈉鹽,分為無機鈉鹽和有機鈉鹽,前者有六氟磷酸鈉、高氯酸鈉等,后者主要包括氟磺酸類鈉鹽、氟磺酰亞胺類鈉鹽等。
一般來說,有機鈉鹽的穩定性更高,而無機鈉鹽的價格更便宜。目前有望實現產業化應用的主要是六氟磷酸鈉,其具有相對最佳的電導率,但是對水高度敏感。添加劑在電解液中的含量在5%以下,主要是一些鈉鹽、酯類、腈類、醚類等化合物,起到輔助SEI膜、CEI膜形成,過充保護,以及阻燃等作用。
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(2)固態電解質:面向固態鈉電,尚處研究階段 ? 固態電解質材料主要包括三種類型:無機固態電解質、聚合物固態電解質、復合固態電解質。
由于避免了易燃易爆的有機溶劑,電池的安全性得到了實質性提升,并且大大拓寬了電化學窗口,使得高電勢正極材料和金屬鈉負極的使用成為可能,繼而大幅提升全電池能量密度。
此外,由于正負極之間有剛性的固態電解質阻隔,因而不再需要單獨設置隔膜,再配合雙極性電極工藝,電池的系統能量密度還能進一步提升。
此類材料目前面臨室溫電導率較低、界面阻抗很大等難題,其產業化尚需時日。 ?
審核編輯:劉清