抑制钠离子电池胀气的非水电解液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种抑制钠离子电池胀气的非水电解液及其制备方法和应用,非水电解液包括：钠盐、有机溶剂和第一功能添加剂；其中，第一功能添加剂的分子式为R1R2R3C3H3O3S，第一功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.001wt％‑30wt％；所述钠盐为六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、六氟砷酸钠、双草酸硼酸钠、双三氟甲基磺酰亚酰胺钠、三氟甲基磺酸钠、双氟磺酰亚胺钠或高氯酸钠中的一种或多种；有机溶剂为环状碳酸酯、链状线型碳酸酯、羧酸酯或环状内酯中的一种或多种。

Nonaqueous electrolyte for inhibiting the flatulence of sodium ion battery and its preparation method and Application

The invention discloses a non water electrolyte for inhibiting the flatulence of sodium ion battery and its preparation method and application. The non water electrolyte includes sodium salt, organic solvent and first functional additive, in which the molecular formula of the first functional additive is R1R2R3C3H3O3S, and the content of the first functional additive in the non water electrolyte is 0.001wt. The sodium salt is one or more of sodium six, sodium Teflon, sodium tetrafluoroborate, sodium fluoride arsenate, sodium dioxalate, sodium difluoromethylsulfonamide, sodium difluoromethyl sulfonide, sodium perchlorate, or sodium perchlorate; organic solvents are cyclic carbonate, chain linear carbonate, carboxylate ester, or ring. One or more of the lactone.

【技术实现步骤摘要】
抑制钠离子电池胀气的非水电解液及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种抑制钠离子电池胀气的非水电解液及其制备方法和应用。
技术介绍
自1991年日本索尼公司成功将以碳材料为负极，LiCoO2为正极的锂离子电池商品化后，锂离子电池因其能量密度大，平均输出电压高，自放电小，循环性能优异，绿色环保等优点革新了消费电子产品的面貌。至今仍然占领着便携电子器件的市场，并逐渐推向电动汽车领域及大规模储能系统。但是由于锂资源不丰富且主要分布在南美洲地区，所以锂离子电池用于大规模储能或者电动汽车等大规模应用时价格太高。因此，钠离子电池由于其资源丰富，工作原理与锂离子电池相似等特点受到人们的关注，并被人们认为是下一代清洁能源材料。电解液是电池的重要组成部分，一种好的电解液应该具有：高离子电导、宽电化学窗口、热稳定性好以及良好的化学稳定性。钠离子电池的电解液的研究尚处于起步阶段，尚且没有得到很好的优化。另外，好的电解液能够在电池工作中保持稳定，不会持续与正极和负极反应或者直接分解产生气体。胀气会对电池的性能造成不良的影响，也会对应用带来一定的安全隐患。钠离子电池作为下一代储能电池的首选，长循环性能是大规模储能首要的特性。因此现有的钠离子电池电解液副反应造成电池胀气以及循环性能差的缺点制约了其进一步的发展。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种抑制钠离子电池胀气的非水电解液及其制备方法和应用，通过使用功能添加剂来优化电池的成膜性能，提高钠离子电池库伦效率，降低电解液的副反应，从而抑制了电池的胀气，有效提高电池的循环性能以及安全性能。第一方面，本专利技术实施例提供了一种抑制钠离子电池胀气的非水电解液，包括：钠盐、有机溶剂和第一功能添加剂；其中，所述第一功能添加剂的分子式为R1R2R3C3H3O3S，结构式为其中R1，R2，R3分别为氢，烷基，环烷基，烯基，芳基或卤素中的一种；所述第一功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.001wt％-30wt％；所述钠盐为六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、六氟砷酸钠、双草酸硼酸钠、双三氟甲基磺酰亚酰胺钠、三氟甲基磺酸钠、双氟磺酰亚胺钠或高氯酸钠中的一种或多种；所述有机溶剂为环状碳酸酯、链状线型碳酸酯、羧酸酯或环状内酯中的一种或多种。优选的，所述第一功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.1wt％-10wt％。优选的，所述第一功能添加剂具体为1,3-丙烷磺内酯，分子式为C3H6O3S，结构式为优选的，所述R1，R2，R3分别为氢原子，甲基，乙基，丙基，丁基，戊基，己基，异丙基，异丁基，仲丁基，叔丁基，环丙基，环己基，乙烯基，丙烯基，苯基，对甲苯基或卤素原子中的一种。优选的，所述非水电解液还包括第二功能添加剂；所述第二功能添加剂包括固体电解质界面SEI成膜剂、抗过充添加剂、阻燃剂或稳定剂中的一种或多种。第二方面，本专利技术实施例提供了一种抑制钠离子电池胀气的电解液添加剂，所述电解液添加剂为上述第一方面所述的第一功能添加剂。第三方面，本专利技术实施例提供了一种抑制钠离子电池胀气的非水电解液的制备方法，包括：将一定量的钠盐加入有机溶剂中形成混合溶液；在混合溶液中加入0.001wt％-30wt％的第一功能添加剂，搅拌均匀得到所述非水电解液；其中，所述第一功能添加剂为R1R2R3C3H3O3S，结构式为其中R1，R2，R3分别为氢，烷基，环烷基，烯基，芳基或卤素中的一种；所述钠盐为六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、六氟砷酸钠、双草酸硼酸钠、双三氟甲基磺酰亚酰胺钠、三氟甲基磺酸钠、双氟磺酰亚胺钠或高氯酸钠中的一种或多种；所述有机溶剂为环状碳酸酯、链状线型碳酸酯、羧酸酯或环状内酯中的一种或多种。优选的，所述第一功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.1wt％-10wt％。第四方面，本专利技术实施例提供了一种包括上述第一方面所述的非水电解液的钠离子二次电池。第五方面，本专利技术实施例提供了一种如上述第四方面所述的钠离子二次电池的用途，所述二次电池用于电动工具、电动车，以及太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的储能设备。本专利技术实施例提供的抑制钠离子电池胀气的非水电解液，通过使用功能添加剂R1R2R3C3H3O3S，并优选的采用1,3-丙烷磺内酯，来优化电池的成膜性能，提高钠离子电池库伦效率，降低电解液的副反应，从而抑制了电池的胀气，有效提高电池的循环性能以及安全性能。不仅可以用于电动工具和电动汽车的电源，还可以用于太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的大规模储能设备。附图说明下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。图1为本专利技术实施例2提供的抑制钠离子电池胀气的非水电解液的制备方法流程图；图2A-2C为本专利技术实施例提供的二次电池1A-1C的前两周电化学曲线图；图3为本专利技术对比例1中对照二次半电池1的前两周电化学曲线图；图4为本专利技术实施例提供的二次电池1A-1C和对照二次电池1前二十周的库伦效率变化趋势图；图5A-5C为本专利技术实施例提供的软包电池A-C的20周后的胀气情况实测图；图6为本专利技术实施例提供的对比例2中对照软包电池20周后的胀气情况实测图；图7A-7D为本专利技术实施例提供的软包电池D-G的20周后的胀气情况实测图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，但并不意于限制本专利技术的保护范围。实施例1本专利技术实施例1提供了一种抑制钠离子电池胀气的非水电解液,由钠盐、有机溶剂和功能添加剂组成。其中，功能添加剂的分子式为R1R2R3C3H3O3S，结构式如式1所示其中，R1，R2，R3分别选自氢，烷基，环烷基，烯基，芳基或卤素；具体可以选自氢原子，甲基，乙基，丙基，丁基，戊基，己基，异丙基，异丁基，仲丁基，叔丁基，环丙基，环己基，乙烯基，丙烯基，苯基，对甲苯基或卤素原子。功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.001wt％-30wt％。钠盐为六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、六氟砷酸钠、双草酸硼酸钠、双三氟甲基磺酰亚酰胺钠、氟甲基磺酸钠、双氟磺酰亚胺钠或高氯酸钠中的一种或多种；有机溶剂为环状碳酸酯、链状线型碳酸酯、羧酸酯或环状内酯中的一种或多种。在优选的例子中，R1、R2、R3均为氢原子，即第一功能添加剂优选为1,3-丙烷磺内酯，分子式为C3H6O3S，结构式如式2所示功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.1wt％-10wt％。除上述功能添加剂外，非水电解液还可以包括其他功能添加剂，比如固体电解质界面(SEI)成膜剂、抗过充添加剂、阻燃剂或稳定剂等。在本例中，采用R1R2R3C3H3O3S，并优选的采用1,3-丙烷磺内酯，作为电解液添加剂，能够优化电池的成膜性能，提高钠离子电池库伦效率，降低电解液的副反应，从而抑制了电池的胀气，有效提高电池的循环性能以及安全性能。实施例2本实施例提供了一种抑制钠离子电池胀气的非水电解液的制备方法，其步骤如图1所示，包括：步骤110，将一定量的钠盐加入有机溶剂中形成混合溶液；其中，钠盐包括六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、六氟砷酸钠、双草酸硼酸钠、双三氟甲基磺酰亚酰胺钠、三氟甲基磺酸钠、双氟磺酰亚胺钠或高氯酸钠中的一种或多种；有机溶剂包括环状碳酸酯、链状线型碳酸酯、羧酸酯或环状内酯中的一种或多种。步骤120，在混合溶液中加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制钠离子电池胀气的非水电解液，其特征在于，所述非水电解液包括：钠盐、有机溶剂和第一功能添加剂；其中，所述第一功能添加剂的分子式为R1R2R3C3H3O3S，结构式为

【技术特征摘要】
1.一种抑制钠离子电池胀气的非水电解液，其特征在于，所述非水电解液包括：钠盐、有机溶剂和第一功能添加剂；其中，所述第一功能添加剂的分子式为R1R2R3C3H3O3S，结构式为其中R1，R2，R3分别为氢，烷基，环烷基，烯基，芳基或卤素中的一种；所述第一功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.001wt％-30wt％；所述钠盐为六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、六氟砷酸钠、双草酸硼酸钠、双三氟甲基磺酰亚酰胺钠、三氟甲基磺酸钠、双氟磺酰亚胺钠或高氯酸钠中的一种或多种；所述有机溶剂为环状碳酸酯、链状线型碳酸酯、羧酸酯或环状内酯中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述第一功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.1wt％-10wt％。3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述第一功能添加剂具体为1,3-丙烷磺内酯，分子式为C3H6O3S，结构式为4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述R1，R2，R3分别为氢原子，甲基，乙基，丙基，丁基，戊基，己基，异丙基，异丁基，仲丁基，叔丁基，环丙基，环己基，乙烯基，丙烯基，苯基，对甲苯基或卤素原子中的一种。5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述非水电解液还包括第二功能添加剂；所述第二功能添加剂包括固体电解质界面...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡勇胜，戚兴国，刘丽露，陈立泉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11