摘要: 水系钠离子电池具有原料来源丰富、环境友好、安全性高的特点，是目前研究的热点，其中，电解质体系对水系钠离子电池的电化学性能起着决定性作用。本研究旨在开发出一种适用于水系钠离子电池的胶体电解质，该电解质具有准固态特性，能够解决水系电池... 展开 水系钠离子电池具有原料来源丰富、环境友好、安全性高的特点，是目前研究的热点，其中，电解质体系对水系钠离子电池的电化学性能起着决定性作用。本研究旨在开发出一种适用于水系钠离子电池的胶体电解质，该电解质具有准固态特性，能够解决水系电池漏液、爬盐、极片粉化等问题，同时，可以在理论上拓宽水的电化学窗口。具体研究内容和结果如下: 1.高稳定性水系钠离子胶体电解质的设计与制备研究。通过对不同胶体电解质制备路线的设计，并结合XRD与SEM对气相二氧化硅物相与表面形貌的表征，研究了不同凝胶剂配比对胶体电解质胶凝时间、凝胶强度、老化特性等性质的影响。通过不同的分散条件制备胶体电解质，研究了分散速率、分散时间对胶体稳定性的影响。研究发现，随着气相二氧化硅含量的增大，胶体电解质的凝胶速率不断变大、凝胶强度不断增强、失水率不断降低，在保证胶体强度又不破坏其稳定性的前提下，气相二氧化硅含量优选为4wt.～6wt.％;提高分散转速和增加分散时间可以有效地延长凝胶时间，但分散时间过长也会导致胶体电解质急速凝胶，经过对分散转速与分散时间的优化，合理分散速率可以控制在18000r/min～22000r/min之间，分散时间可以控制在3min～4.5min之间。 2.pH可控型胶体电解质的制备研究及其特性表征。在微观上解释了胶体电解质的凝胶过程，在宏观上表征了胶体电解质对水的维持特性，并找到了适用于胶体电解质的pH调控方法，研究发现:胶体电解质的胶粒粒径分布存在两个主要区间，且静置时间对胶粒粒径具有显著的影响。与电解质溶液相比，胶体电解质无论是在中温还是高温条件下，都可以提高对水的保持能力。pH调节剂(NH2)2CO含量、保温温度、保温时间均对pH调节效果具有显著影响，经过对上述因素的优化，合理的(NH2)2CO含量可以控制在0.5wt.～1wt.％、保温温度可以控制在70℃～80℃。pH调整后可降低材料的析气强度，将390次循环容量保持率由16.9％提高到92.1％,且充放电极化变小。 3.胶体电解质中不同电极体系电化学行为研究。研究发现:不同集流体材料在正负极的析气电位差别很大，经过全面表征找到了适用于胶体电解质的集流体。与电解质溶液相比，在弱酸弱碱（pH值在6到8之间）条件下，胶体电解质可以有效地抑制水分解。通过对自放电特性的研究找到了适用于胶体电解质的隔膜。对离子传输特性的研究发现，胶体凝胶前电导率和扩散阻抗与电解质溶液基本一致，凝胶后电导率和扩散阻抗稍有下降，离子扩散系数的测定也印证了该现象的存在;同时，胶体电解质凝胶后界面阻抗比电解质溶液中的小。经过对上述因素的优化，组装并表征电池发现:嵌钠化合物NaTi2(PO4)3在钠离子胶体电解质中循环10000次、容量保持率高达80％;pH测试结果表明，经多次循环，负极区pH逐渐变大，正极区pH逐渐变小，正负极之间形成了抑制水分解的pH梯度。 本研究的电解质具有准固态特性及pH可控、水分保持能力强的特点，可以杜绝水系电池漏液、电解质爬盐等问题，对设计新型水系电池具有重要指导意义。 收起