一种钠离子电池电解液、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池电解液、其制备方法及其应用。本发明专利技术的钠离子电池电解液包含钠盐、非水有机溶剂和添加剂；其中，所述的添加剂为如式I所示的硫酸酯类化合物、如式II所示的磺酸内酯类化合物以及氟代碳酸乙烯酯(FEC)；所述的非水有机溶剂为碳酸酯、或碳酸酯和羧酸酯；所述的碳酸酯为环状碳酸酯和/或链状碳酸酯。本发明专利技术的钠离子电池电解液首次将环状硫酸酯类化合物作为添加剂应用于钠离子电池领域；以本发明专利技术的钠离子电池电解液制备得到的钠离子电池具有优异的高温储存性能、高温循环性能和低温放电倍率性能。

Sodium ion battery electrolyte, preparation method and application thereof

The invention discloses a sodium ion battery electrolyte, a preparation method and an application thereof. Sodium ion battery the electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and additives, sodium salt; wherein, the additives for acid lactone compounds such as sulfuric acid ester compounds of formula I, shown as shown in formula II and fluorinated ethylene carbonate (FEC); non aqueous organic solvent which is a carbonate or, carbonate ester and carboxylic acid ester; carbonate as a cyclic carbonate and / or chain carbonate. Sodium ion battery the electrolyte of the present invention first annular sulfuric acid ester compounds as additives used in the field of sodium ion battery; sodium ion batteries with sodium ion battery electrolyte of the present invention is prepared by the excellent high temperature performance, high temperature storage cycle performance and low temperature discharge rate performance.

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池电解液、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种钠离子电池电解液、其制备方法及应用。
技术介绍
近年来，随着电子设备、电动工具、小功率电动汽车等迅猛发展，研究高能效、资源丰富及环境友好的储能材料是人类社会实现可持续性发展的必要条件。为满足规模庞大的市场需求，仅依靠能量密度、充放电倍率等性能衡量电池材料是远远不够的。电池的制造成本与能耗是否对环境造成污染以及资源的回收利用率也将成为评价电池材料的重要指标。钠是地球上储量较丰富的元素之一，与锂的化学性质类似，因此也可适用于锂离子电池体系。钠离子电池相比锂离子电池有诸多优势，如成本低，安全性好，随着研究的深入，钠离子电池将越来越具有成本效益，并有望在未来取代锂离子电池而被广泛应用，而钠离子电池作为新型的储能电池，需要满足不同温度下的性能要求以及高的循环要求。中国专利申请CN201510060712.7公开了一种锂离子电池电解液及锂离子二次电池，其通过添加一定量的硅烷类硫酸酯，利用其能在锂离子电池的负极上还原形成薄而致密的SEI膜(固体电解质界面膜)，来提高电池的低温性能和循环性能。目前，开发能够满足钠离子电池在较广温度范围下使用以及优异的循环性能需求的电解液极为重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中急需开发具有优异的低温性能和循环性能的钠离子电池的问题，因而提供了一种钠离子电池电解液、其制备方法及其应用，本专利技术的钠离子电池电解液首次将环状硫酸酯类化合物作为添加剂并应用于钠离子电池领域；以本专利技术的钠离子电池电解液制备得到的钠离子电池具有优异的高温储存性能、高温循环性能和低温放电倍率性能。虽然钠离子电池和锂离子电池的基本原理类似，但钠离子的半电池电位比锂离子半电池电位高0.3V，且钠离子半径远远大于锂离子半径，所以在实际应用中存在着明显的差异。在锂离子电池中适用的添加剂并不一定适用于钠离子电池，如添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)能增加锂离子电池的循环稳定性，但在钠离子电池中却适得其反。本专利技术的专利技术人对于如何设计钠离子电池电解液以改善或提高钠离子电池的性能进行了反复且深入的研究，并取得下述成果。本专利技术通过下述技术方案来解决上述技术问题。本专利技术提供了一种钠离子电池电解液，其包含钠盐、非水有机溶剂和添加剂；其中，所述的添加剂为如式I所示的硫酸酯类化合物、如式II所示的磺酸内酯类化合物以及氟代碳酸乙烯酯(FEC)；本专利技术中，所述的如式I所示的硫酸酯类化合物在所述的钠离子电池电解液中的质量百分含量为0.5％-5％，优选1％-3％，进一步优选2％。所述的如式I所示的硫酸酯类化合物中，R1为H、或C1-C3烃基。其中，所述的C1-C3烃基优选为C1-C3烷基，进一步优选为甲基或丙基；n1为1、2或3，优选1或2。本专利技术中，所述的如式I所示的硫酸酯类化合物优选硫酸乙烯酯(DTD，I-1)、4-甲基硫酸亚乙酯(I-2)、4-丙基硫酸亚乙酯(I-3)、硫酸丙烯酯(I-4)、4-甲基硫酸亚丙酯(I-5)和4-丙基硫酸亚丙酯(I-6)中的一种或多种，进一步优选硫酸乙烯酯(DTD，I-1)、4-甲基硫酸亚乙酯(I-2)、硫酸丙烯酯(I-4)和4-甲基硫酸亚丙酯(I-5)中的一种或多种，更进一步优选硫酸乙烯酯(DTD，I-1)。本专利技术中，所述的如式II所示的磺酸内酯类化合物在所述的钠离子电解液中的质量百分含量为0.5％-6％，优选1％-5％，进一步优选3％。所述的如式II所示的磺酸内酯类化合物中，R2和R3各自独立地选自H、或C1-C6烃基，其中，所述的C1-C6烃基优选为C1-C3烃基，进一步优选为C1-C3烷基，更进一步优选甲基或乙基；n2为1、2或3，优选1或2。本专利技术中，所述的如式II所示的磺酸内酯类化合物优选1-丙烯基-1,3-磺酸内酯(PST，II-1)、1-丙烯基-1-甲基-1,3-磺酸内酯(II-2)、1-丙烯基-1，2-二甲基-1,3-磺酸内酯(II-3)、1-丙烯基-1-乙基-1,3-磺酸内酯(II-4)、1-丙烯基-1，2-二乙基-1,3-磺酸内酯(II-5)、1-丁烯基-1,4-磺酸内酯(II-6)、1-丁烯基-1-甲基-1,4-磺酸内酯(II-7)、1-丁烯基-1,2-二甲基-1,4-磺酸内酯(II-8)、1-丁烯基-1-乙基-1,4-磺酸内酯(II-9)和1-丁烯基-1,2-二乙基-1,4-磺酸内酯(II-10)中的一种或多种，进一步优选1-丙烯基-1,3-磺酸内酯(PST，II-1)、1-丙烯基-1-甲基-1,3-磺酸内酯(II-2)、1-丁烯基-1,4-磺酸内酯(II-6)和1-丁烯基-1-甲基-1,4-磺酸内酯(II-7)中的一种或多种，更进一步优选1-丙烯基-1,3-磺酸内酯(PST，II-1)。本专利技术中，所述的氟代碳酸乙烯酯(FEC)在所述的钠离子电解液中的质量百分含量为1％-6％，优选2％-4％，进一步优选为3％。本专利技术中，所述的添加剂在所述的钠离子电解液中的质量百分含量优选为2％-17％，进一步优选为5％-7％，更进一步优选6％。本专利技术中，所述的添加剂优选由氟代碳酸乙烯酯(FEC)、硫酸乙烯酯(DTD，I-1)和1-丙烯基-1,3-磺酸内酯(PST，II-1)组成。本专利技术中，所述的钠盐为本领域中钠离子电池电解液常规所用的钠盐，本专利技术优选NaPF6、NaClO4、NaAlCl4、NaFeCl4、NaSO3CF3、NaBCl4、NaNO3、NaPOF4、NaSCN、NaCN、NaAsF6、NaCF3CO2、NaSbF6、NaC6H5CO2、Na(CH3)C6H4SO3、NaHSO4和NaB(C6H5)4中的一种或多种，进一步优选NaPF6、NaClO4、NaSO3CF3和Na(CH3)C6H4SO3中的一种或多种，更进一步优选NaClO4。本专利技术中，所述的钠盐的浓度可为本领域中钠离子电池电解液中钠盐的常规浓度，本专利技术优选为0.5-2.0M，进一步优选为0.8-1.2M，如1M。本专利技术中，所述的非水有机溶剂为碳酸酯、或碳酸酯和羧酸酯，所述的碳酸酯为环状碳酸酯和/或链状碳酸酯。本专利技术中，当所述的碳酸酯为环状碳酸酯、或环状碳酸酯和链状碳酸酯时，所述的环状碳酸酯优选为碳酸丙烯酯(PC)和/或碳酸乙烯酯(EC)；所述的环状碳酸酯在所述的非水有机溶剂中的体积百分含量优选35％-65％，进一步优选40％-60％。本专利技术中，当所述的碳酸酯为链状碳酸酯、或环状碳酸酯和链状碳酸酯时，所述的链状碳酸酯优选为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)中的一种或多种；所述的链状碳酸酯在所述的非水有机溶剂中的体积百分含量优选为40％-60％。本专利技术中，当所述的碳酸酯为环状碳酸酯和链状碳酸酯时，所述的环状碳酸酯和链状碳酸酯的体积比优选为2:3-3:2。本专利技术中，当所述的非水有机溶剂为碳酸酯和羧酸酯时，所述的羧酸酯优选为甲酸甲酯(FA)、乙酸乙酯(EA)和丁酸甲酯(BA)中的一种或多种；进一步优选为乙酸乙酯(EA)。本专利技术中，当所述的非水有机溶剂为碳酸酯和羧酸酯时，所述的羧酸酯在所述的非水有机溶剂中的体积百分含量优选≤70％，进一步优选≤50％。本专利技术中，当所述的非水有机溶剂为碳酸酯和羧酸酯时，所述的碳酸酯和所述的羧酸酯的体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钠离子电池电解液，其包含钠盐、非水有机溶剂和添加剂；其中，所述的添加剂为如式I所示的硫酸酯类化合物、如式II所示的磺酸内酯类化合物以及氟代碳酸乙烯酯；

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池电解液，其包含钠盐、非水有机溶剂和添加剂；其中，所述的添加剂为如式I所示的硫酸酯类化合物、如式II所示的磺酸内酯类化合物以及氟代碳酸乙烯酯；其中，所述的如式I所示的硫酸酯类化合物在所述的钠离子电池电解液中的质量百分含量为0.5％-5％；所述的如式I所示的硫酸酯类化合物中，R1为H、或C1-C3烃基，n1为1、2或3；所述的如式II所示的磺酸内酯类化合物在所述的钠离子电解液中的质量百分含量为0.5％-6％；所述的如式II所示的磺酸内酯类化合物中，R2和R3各自独立地选自H、或C1-C6烃基，n2为1、2或3；所述的氟代碳酸乙烯酯在所述的钠离子电解液中的质量百分含量为1％-6％；所述的非水有机溶剂为碳酸酯、或碳酸酯和羧酸酯，所述的碳酸酯为环状碳酸酯和/或链状碳酸酯；当所述的碳酸酯为链状碳酸酯、或环状碳酸酯和链状碳酸酯时，所述的链状碳酸酯在所述的非水有机溶剂中的体积百分含量为35％-65％。2.如权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，其中，所述的如式I所示的硫酸酯类化合物在所述的钠离子电池电解液中的质量百分含量为1％-3％，优选2％；和/或，所述的如式I所示的硫酸酯类化合物中，所述的C1-C3烃基为C1-C3烷基，优选甲基或丙基；n1为1或2；和/或，所述的如式II所示的磺酸内酯类化合物在所述的钠离子电解液中的质量百分含量为1％-5％，优选3％；和/或，所述的如式II所示的磺酸内酯类化合物中，所述的C1-C6烃基为C1-C3烃基，优选为C1-C3烷基，进一步优选甲基或乙基；n2为1或2；和/或，所述的氟代碳酸乙烯酯在所述的钠离子电解液中的质量百分含量为2％-4％，优选为3％；和/或，所述的添加剂在所述的钠离子电解液中的质量百分含量为2％-17％，优选为5％-7％，进一步优选6％。3.如权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，其中，所述的如式I所示的硫酸酯类化合物为硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸亚乙酯、4-丙基硫酸亚乙酯、硫酸丙烯酯、4-甲基硫酸亚丙酯和4-丙基硫酸亚丙酯中的一种或多种，优选硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸亚乙酯、硫酸丙烯酯和4-甲基硫酸亚丙酯中的一种或多种，进一步优选硫酸乙烯酯；和/或，所述的如式II所示的磺酸内酯类化合物为1-丙烯基-1,3-磺酸内酯、1-丙烯基-1-甲基-1,3-磺酸内酯、1-丙烯基-1，2-二甲基-1,3-磺酸内酯、1-丙烯基-1-乙基-1,3-磺酸内酯、1-丙烯基-1，2-二乙基-1,3-磺酸内酯、1-丁烯基-1,4-磺酸内酯、1-丁烯基-1-甲基-1,4-磺酸内酯、1-丁烯基-1,2-二甲基-1,4-磺酸内酯、1-丁烯基-1-乙基-1,4-磺酸内酯和1-丁烯基-1,2-二乙基-1,4-磺酸内酯中的一种或多种，优选1-丙烯基-1,3-磺酸内酯、1-丙烯基-1-甲基-1,3-磺酸内酯、1-丁烯基-1,4-磺酸内酯和1-丁烯基-1-甲基-1,4-磺酸内酯中的一种或多种，进一步优选1-丙烯基-1,3-磺酸内酯；和/或，所述的钠盐为NaPF6、NaClO4、NaAlCl4、NaFeCl4、NaSO3CF3、NaBCl4、NaNO3、NaPOF4、NaSCN、NaCN、NaAsF6、NaCF3CO2、NaSbF6、NaC6H5CO2、Na(CH3)C6H4SO3、NaHSO4和NaB(C6H5)4中的一种或多种，优选NaPF6、NaClO4、NaSO3CF3和Na(CH3)C6H4SO3中的一种或多种，进一步优选NaClO4；和/或，所述的钠盐的浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨馨蓉，王红，车海英，闫小舍，周广盖，马紫峰，
申请(专利权)人：上海中聚佳华电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31