电解质是正负极之间物质传输的桥梁,用来传输离子以形成闭合回路,是维持电化学反应的重要保障,不仅直接影响电池的倍率、循环寿命、自放电等性能,还是决定电池稳定性和安全性的核心因素之一。
按照物理形态,钠离子电池的电解质可分为液态电解质和固态电解质。
(1)液态电解质:与锂电类似,锂盐变钠盐 液态电解质常被称为电解液,一般由溶剂、溶质和添加剂组成。由于水的电化学窗口上限不超过2V,因此溶剂是一些极性的非质子有机溶剂,既能大量溶解钠盐,又不能释放质子氢,还要有一定的抗氧化-还原能力,最好还具有较低的粘度。
因此,一般将高介电常数、高粘度的碳酸酯类和低介电常数、低粘度的醚类混合使用,故电解液高度易燃。溶质主要为具有大半径阴离子的钠盐,分为无机钠盐和有机钠盐,前者有六氟磷酸钠、高氯酸钠等,后者主要包括氟磺酸类钠盐、氟磺酰亚胺类钠盐等。
一般来说,有机钠盐的稳定性更高,而无机钠盐的价格更便宜。目前有望实现产业化应用的主要是六氟磷酸钠,其具有相对最佳的电导率,但是对水高度敏感。添加剂在电解液中的含量在5%以下,主要是一些钠盐、酯类、腈类、醚类等化合物,起到辅助SEI膜、CEI膜形成,过充保护,以及阻燃等作用。
(2)固态电解质:面向固态钠电,尚处研究阶段 固态电解质材料主要包括三种类型:无机固态电解质、聚合物固态电解质、复合固态电解质。
由于避免了易燃易爆的有机溶剂,电池的安全性得到了实质性提升,并且大大拓宽了电化学窗口,使得高电势正极材料和金属钠负极的使用成为可能,继而大幅提升全电池能量密度。
此外,由于正负极之间有刚性的固态电解质阻隔,因而不再需要单独设置隔膜,再配合双极性电极工艺,电池的系统能量密度还能进一步提升。
此类材料目前面临室温电导率较低、界面阻抗很大等难题,其产业化尚需时日。
审核编辑:刘清