【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水系电池，尤其涉及一种水系电池负极抑制析氢sei成膜添加剂及其应用。
技术介绍
1、水系电池安全、环保、成本低，并且相比于有机电池具备制备流程简单，环境要求低以及最关键的本质安全等优势。但是水系电池在循环过程中的析氢问题一直是制约其发展的一大因素，主要原因在于以水为溶剂的电解液的电化学稳定窗口窄，水还原析氢的电位高，导致循环过程中析氢副反应不可避免地发生，影响库伦效率，进而降低电池的循环寿命。所以寻找抑制负极析氢的手段对于水系电池的发展而言至关重要。
2、负极固体电解质界面(solid electrolyte interphase，sei)的构建可以减少电解液中水分子和电极活性物质的接触，同时增大负极副反应的极化进而削弱析氢效应。人造sei技术是一种在锂离子电池或其他类型的电池中人为生成和控制固体电解质界面层的技术。目前人造sei技术，如原子层沉积、化学气相沉积、活性物质包覆等手段，均存在成本高，产量低，步骤繁琐等问题，并不适用于大规模应用。
3、中国专利技术专利cn 106395741 a(公开日2017年2月15日)公开了一种氟化石墨和碳纳米管制备负极材料的方法。其中氟化石墨作为主体材料用做活性物质，碳纳米管作为包覆层，得到的是复合负极材料。该专利技术方案应用于有机锂离子电池领域，对于水系电池而言，氟化石墨负极材料并不能作为一种适合使用的循环用材料，因为水的电化学稳定窗口很窄，氟化石墨反应后形成的石墨负极反应电位很低，不能应用在水系电池。中国专利技术专利cn111628168a的技术方案
4、中国专利技术专利cn 103700858 a公开了钠-氟化碳一次电池的制备方法，该专利将氟化碳作为钠离子电池正极材料的主体材料，以有机溶液为溶剂的含钠盐电解质为电解液。但对于水系电池而言，氟化石墨反应后形成的石墨负极反应电位很低，不能作为负极材料的活性物质，更不适合作为正极材料的活性物质。中国专利技术专利cn 114628670 a与之类似，对氟化碳进行氮掺杂和碳包覆，然后作为正极材料应用在锂/氟化碳有机锂离子电池中，同样是作为有机锂离子电池的正极活性物质使用，不适合在水系电池应用。
5、中国专利技术专利cn 111244406 a公开了一种氟化石墨烯改性二氧化钛材料的方法。该专利将氟化石墨烯和钛基材料液相均匀混合过滤后高温煅烧，形成由氟化石墨烯改性后的二氧化钛负极材料。由于在二氧化钛表面形成了c-f-ti键，并且原子尺度上实现复合了二氧化钛和氟化石墨烯，大幅度降低了极片电阻，进而提高了材料倍率性能。该专利改性二氧化钛的方法复杂，需要经过液相混合并且高温煅烧，且其作用对象仅针对于二氧化钛负极材料，具有局限性。因为其明确指出作用原理为在二氧化钛表面形成了c-f-ti键，可见二氧化钛对该种方法的专一性，说明该氟化石墨烯的处理方式不适用于其他锂离子电池负极材料。该专利采用氟化石墨烯是为了改性二氧化钛材料，具体是为了提高材料的导电性能和负极的倍率性能，也并不能实现抑制析氢的作用。
6、中国专利技术专利cn 104993145 a公开了一种氟化石墨烯作为锂离子电池正极材料导电剂的方法。该专利提出在锂离子电池里面加入氟化石墨烯，作为导电添加剂来改善正极的导电性，并改善电极与电解液的浸润性。该专利通过提升电极的导电性来改善电极的动力学性能，进而提升倍率性能。该技术方案中，将氟化石墨烯作为正极的导电添加剂，来改善电极材料中传导电子的过程；因为锂离子电池正极电位较高，在充电过程中发生的是氧化反应，因而在正极材料中的氟化石墨烯无法在正极还原，不能形成固态电解质界面。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种水系电池负极抑制析氢sei成膜添加剂及其应用。
2、为此，第一方面，本专利技术实施例提供了一种水系电池负极抑制析氢固体电解质界面sei成膜添加剂，所述sei成膜添加剂的化学式为cfx，x为0.6-1.2；
3、所述cfx具体包括：氟化石墨、氟化碳、氟化石墨烯或氟化碳纳米管中的一种或多种混合；
4、在水系电池的首周充电过程中，水系电池负极发生还原反应，所述sei成膜添加剂cfx被还原生成金属氟化物，在所述水系电池负极上形成sei层。
5、优选的，所述水系电池为水系锂离子电池或水系钠离子电池；
6、所述水系电池负极发生还原反应，所述sei成膜添加剂cfx被还原生成金属氟化物的反应过程为：
7、cfx(s)+xz+(aq)+xe-→xzf(s)+c(s)；其中，z为li或na；
8、e-为电子，在水系电池的充电过程中，通过外电路传输到负极参与电化学反应。
9、优选的，所述sei成膜添加剂cfx的横向尺寸即片径小于20微米。
10、第二方面，本专利技术实施例提供了一种水系电池负极极片，包括上述第一方面所述的水系电池负极抑制析氢sei成膜添加剂。
11、优选的，所述水系电池负极抑制析氢sei成膜添加剂在所述水系电池负极极片中的质量占比为0.5％-8％。
12、第三方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的水系电池负极抑制析氢sei成膜添加剂在水系电池负极极片上形成sei层的方法，所述方法包括：
13、制备含有sei成膜添加剂cfx的负极极片；x为0.6-1.2；
14、用所述负极极片组装水系电池；
15、对所述水系电池进行充电，在水系电池的首周充电过程中，水系电池负极发生还原反应，所述sei成膜添加剂cfx被还原生成金属氟化物，在所述水系电池负极极片上形成sei层；
16、其中，所述还原的反应过程为：
17、cfx(s)+xz+(aq)+xe-→xzf(s)+c(s)；其中，z为li或na；
18、e-为电子，在水系电池的充电过程中，通过外电路传输到负极参与电化学反应。
19、优选的，所述制备含有sei成膜添加剂cfx的负极极片具体包括：
20、将负极活性物质、sei成膜添加剂cfx、导电添加剂均匀混合研磨，然后加入粘结剂，搅拌混合得到浆料；
21、将所述浆料以涂布法或干法制备的得到所述负极极片。
22、进一步优选的，所述负极活性物质包括：水系锂离子电池负极活性物质或水系钠离子电池负极活性物质；
23、所述导电添加剂包括：碳黑、石墨烯、乙炔黑、科琴黑、super p、碳纳米管中的一种或多种混合；
24、所述粘结剂包括：聚偏氟乙烯pvdf、聚四氟乙烯ptfe、丙烯酰胺-丙烯酸酯共聚物、海藻酸钠中的一种或多种混合。
25、第四方面，本专利技术实施例提供了一种水系锂离子电池，包括上述第二方面所述的水系电池负极极片。
26、第五方面，本专利技术实施例提供了一种水系钠离子电池，包括上述第二方面所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水系电池负极抑制析氢固体电解质界面SEI成膜添加剂，其特征在于，所述SEI成膜添加剂的化学式为CFx，x为0.6-1.2；
2.根据权利要求1所述的SEI成膜添加剂，其特征在于，所述水系电池为水系锂离子电池或水系钠离子电池；
3.根据权利要求1所述的SEI成膜添加剂，其特征在于，所述SEI成膜添加剂CFx的横向尺寸即片径小于20微米。
4.一种水系电池负极极片，其特征在于，所述水系电池负极极片包括上述权利要求1-3任一所述的水系电池负极抑制析氢SEI成膜添加剂。
5.根据权利要求4所述的水系电池负极极片，其特征在于，所述水系电池负极抑制析氢SEI成膜添加剂在所述水系电池负极极片中的质量占比为0.5％-8％。
6.一种通过上述权利要求1-3任一所述的水系电池负极抑制析氢SEI成膜添加剂在水系电池负极极片上形成SEI层的方法，其特征在于，所述方法包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述制备含有SE I成膜添加剂CFx的负极极片具体包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
9.一种水系锂离子电池，其特征在于，所述水系锂离子电池包括上述权利要求4-5所述的水系电池负极极片。
10.一种水系钠离子电池，其特征在于，所述水系锂离子电池包括上述权利要求4-5所述的水系电池负极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种水系电池负极抑制析氢固体电解质界面sei成膜添加剂，其特征在于，所述sei成膜添加剂的化学式为cfx，x为0.6-1.2；
2.根据权利要求1所述的sei成膜添加剂，其特征在于，所述水系电池为水系锂离子电池或水系钠离子电池；
3.根据权利要求1所述的sei成膜添加剂，其特征在于，所述sei成膜添加剂cfx的横向尺寸即片径小于20微米。
4.一种水系电池负极极片，其特征在于，所述水系电池负极极片包括上述权利要求1-3任一所述的水系电池负极抑制析氢sei成膜添加剂。
5.根据权利要求4所述的水系电池负极极片，其特征在于，所述水系电池负极抑制析氢sei成膜添加剂在所述水系电池负极极片中的质量占比...
【专利技术属性】
技术研发人员：索鎏敏，刘秉航，马锦涛，
申请(专利权)人：长三角物理研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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