凝胶电解质软包钠离子电池的研究

doi:10.7503/cjcu20230340

摘要/Abstract

摘要：

近年来, 钠离子电池因其在成本和低温性能方面具有独特优势而被广泛关注. 由于层状氧化物正极与锂离子电池三元正极材料类似的制备工艺被率先推出, 并将其与硬碳负极搭配组建钠离子电池. 但是，由于钠离子电池层状氧化物残碱高、稳定性欠缺, 在长循环过程中易引发电解液氧化分解而导致电芯产气, 限制了软包钠离子电池的应用. 本文采用凝胶电解质策略构建了凝胶电解质软包钠离子电池，并研究了该电池的电化学性能. 结果表明, 凝胶电解质对抑制电芯循环产气有显著作用, 同时可以提高电芯的安全性能.

关键词: 凝胶电解质, 钠离子电池, 软包电池, 电芯产气, 安全性能

Abstract:

Sodium-ion battery has been widely concerned in recent years because of its unique advantages in low-cost and work in low-temperature environment. The layered oxide cathode is first introduced due to its preparation process similar to that of the LiNi _x Co _y M_1－_x_－_y O₂（NCM） cathode material. However， due to the high residual alkali of sodium base layered oxide cathode and the lack of stability， it is easy to lead to the oxidation and decomposition of electrolyte in the long cycling test， which leads to gas production in the cell， limiting the application and development of soft package sodium-ion battery. In this work， the strategy of gel electrolyte was used to construct gel electrolyte soft package sodium-ion battery. The results show that the gel electrolyte has a significant role in inhibiting the gas production of the cell cycle， and can improve the safety performance of the cell， which provides a new idea for the development of soft packed sodium-ion battery.

Key words: Gel-electrolyte, Sodium-ion battery, Soft package battery, Gas production in cell, Safety performance

中图分类号:

O646.21

TrendMD:

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图/表 8

Fig.1 Schematic diagram of gel⁃electrolyte sodiumion battery（left), and the prepared gel electrolyte(right)

Fig.2 EIS test(A) and conductivity calculation results(B) of basic electrolyte and gel electrolyteInset of (A) is equivalent circuit diagram.

Fig.3 Performance demonstration of original state(A), pressure state(B) and recovery state(C) of gel electrolyte under pressure

Fig.4 Thermogravimetric curves of basic electrolyte and gel electrolyte

Fig.5 Structural formulas of polymer monomer 1,5⁃pentanediol diacrylate(A) and initiator azobisisobutyronitrile(B), infrared spectra of basic electrolyte, gel electrolyte and polymer monomer(C)

Fig.6 Charge/discharge curves(A) and normal temperature cycle curves(B) of soft packed sodium⁃ion battery with basic electrolyte and gel electrolyte at a rate of 1C, ambient temperature cycle expansion(C) and appearance photos after 100 cycles at 45 ℃(D) of basic electrolyte and gel electrolyte soft package sodium⁃ion battery, EIS curve(E) and rate performance(0.2C—10C)(F) of basic electrolyte and gel electrolyte soft package sodium⁃ion battery

Fig.7 Optical photos of sodium⁃ion battery with basic electrolyte(A) and gel electrolyte(B) soft package after acupuncture, temperature change curve of acupuncture test process of soft package sodium⁃ion battery with basic electrolyte and gel electrolyte in full charge state(C)

Fig.8 Coulomb efficiency test of the first cycle(A, B), SEM images of the cathode surface(C, D) of the basic electrolyte(A, C) and gel electrolyte(B, D) of soft packed sodium⁃ion batteries

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