一种具有宽工作温区的有机电解液及钠离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种具有宽工作温区的有机电解液及钠离子电池，所述有机电解液包括电解质钠盐和有机溶剂，所述有机溶剂包括环状醚类溶剂、链状醚类溶剂和腈类溶剂中的一种或多种。本发明专利技术提供的有机电解液具有粘度和熔点低、离子电导率高的优势，并可在‑50‑60℃的温度范围下温度工作；将此具有宽工作温区的有机电解液用于构建钠离子电池，可有效拓宽钠离子电池的工作温度，提高电池的安全性和循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有宽工作温区的有机电解液及钠离子电池
本专利技术涉及钠离子电池领域，具体而言，涉及一种具有宽工作温区的有机电解液及钠离子电池。
技术介绍
电解液是在电池正、负极之间起传导作用的离子导体，在很大程度上影响了离子电池的容量、循环寿命和安全性能。钠离子电池由于钠储量丰富、成本低廉、宽工作温度范围、环境友好等优点引起研究者的广泛关注，有望成为极具潜力的下一代储能体系。近年来，为了满足某些特殊使用环境，如航空航天、深海探索领域，要求电池能够在宽温度范围内(-50-60℃)进行工作，这就要求电池具有更高的耐低温充放电性能或耐高温充放电性能。然而与锂离子电池电解液类似，钠离子电池电解液同样面临在低温下容易结晶、电导率大幅度降低以及电荷转移电阻增大等问题，从而大大降低电池的循环性能，增加浓差极化，严重还可导致枝晶刺穿隔膜，导致短路或起火问题。此外，商业化的低温锂离子电池电解液溶剂组成一般为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以及羧酸酯的混合，但是现有研究表明，锂离子电池电解液不一定适用于钠离子电池。因此，开发可宽温区工作的钠离子电池电解液，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种具有宽工作温区的有机电解液及钠离子电池，以解决现有钠离子电池电解液不适用以及工作温度范围不宽的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的:一种具有宽工作温区的有机电解液，所述有机电解液包括电解质钠盐和有机溶剂，所述有机溶剂包括环状醚类溶剂、链状醚类溶剂和腈类溶剂中的一种或多种。可选地，所述电解质钠盐包括三氟甲基磺酸钠、双(三氟甲基磺酸)亚胺钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠和高氯酸钠中的一种或多种。可选地，所述电解质钠盐的摩尔浓度为0.1-5M。可选地，所述环状醚类溶剂为至少含有一个氧原子的碳原子个数在2-10范围内的环状有机物，所述环状有机物的熔点在-20℃至-150℃范围内；所述链状醚类溶剂的结构式包含一个或多个[-CH2OCH2-]结构单元，所述链状醚类溶剂含有的碳原子个数在3-20范围内，所述链状醚类溶剂熔点在-20℃-(-150)℃范围内；所述腈类溶剂至少含有一个腈基，所述腈类溶剂的熔点在-0℃至-150℃范围内。可选地，所述环状醚类溶剂包括环氧乙烷、四氢呋喃、四氢吡喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊烷、1,3-二氧六环和2,2-二甲基四氢呋喃中的一种或多种。可选地，所述腈类溶剂包括乙腈、丙腈、丁腈、异丁腈、戊腈、3-甲氧基丙腈和环戊烷腈中的一种或多种。可选地，所述链状醚类溶剂包括甲醚、二乙醚、二甲氧基甲烷、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的一种或多种。本专利技术另一目的在于提供一种钠离子电池，以解决现有钠离子电池电解液不适用以及工作温度范围不宽的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案时这样实现的:一种钠离子电池，包括上述所述的具有宽工作温区的有机电解液。可选地，所述钠离子电池还包括正极极片、负极极片以及夹设在所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜，其中，所述正极极片包括质量分数为80-90％的正极活性材料、质量分数为5-10％的导电剂和质量分数为5-10％粘结剂，所述负极极片包括负极活性材料。可选地，所述正极活性材料包括化学式为NaxMO2的材料(M包括Fe、Mn、Ni、Co、Cu和Cr中的一种或多种)、聚阴离子型化合物或普鲁士蓝材料；所述负极活性材料包括石墨、硬碳、硅基负极、锗基负极或磷基负极；所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的一种或多种。相对于现有技术，本专利技术提供的具有宽工作温区的有机电解液及钠离子电池具有以下优势：本专利技术提供的具有宽工作温区的有机电解液组分单一，为单一或双组分溶剂，不含有添加剂，通过优化溶剂组分比例后，整个电解液体系的粘度和熔点可以得到大幅度的降低，在低温-50℃下，本专利技术提供的有机电解液不会结晶，仍然保持高的离子电导率，大大提高了低温下钠离子电池的循环寿命和库仑效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1制备的有机电解液的离子电导率随温度变化情况图；图2为本专利技术实施例1制备的有机电解液的粘度随温度变化情况；图3为本专利技术实施例1制备的有机电解液匹配钠钠对称电池在电流密度0.5mA/cm2和面容量1mAh/cm2下的长循环曲线；图4为本专利技术实施例2制备的有机电解液匹配的硬碳电池在低温的循环性能图；图5为本专利技术实施例5制备的有机电解液匹配NMC电池的充放电曲线；图6为本专利技术实施例6制备的有机电解液匹配的全电池在高温下的充放电曲线。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语均属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。本专利技术实施例提供了一种具有宽工作温区的有机电解液，有机电解液包括电解质钠盐和有机溶剂，有机溶剂包括环状醚类溶剂、链状醚类溶剂和腈类溶剂中的一种或多种。选用上述有机溶剂能够提高电解液的工作电压窗口，使制得的有机电解液能够在较宽的电压范围内正常工作。其中，电解质钠盐包括三氟甲基磺酸钠、双(三氟甲基磺酸)亚胺钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠和高氯酸钠中的一种或多种。优选地，电解质钠盐为三氟甲基磺酸钠、双(三氟甲基磺酸)亚胺钠、六氟磷酸钠的一种或多种。电解质钠盐在有机电解液中的摩尔浓度为0.1-5M，优选为0.8-2.5M。环状醚类溶剂为至少含有一个氧原子的碳原子个数在2-10范围内(C2-C10)的环状有机物，环状有机物的熔点在-20℃至-150℃范围内。进一步地，环状醚类溶剂包括环氧乙烷、四氢呋喃、四氢吡喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊烷、1,3-二氧六环和2,2-二甲基四氢呋喃中的一种或多种。在本专利技术实施例中，优选地，环状醚类溶剂包括碳原子个数为3-5的1,3-二氧戊烷、1,3-二氧六环、四氢呋喃、四氢吡喃和2-甲基四氢呋喃的一种或多种。链状醚类溶剂的结构式包含一个或多个[-CH2OCH2-]结构单元，链状醚类溶剂含有的碳原子个数在3-20范围内，链状醚类溶剂熔点在-20℃--150℃范围内。进一步地，链状醚类溶剂包括甲醚、二乙醚、二甲氧基甲烷、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的一种或多种。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有宽工作温区的有机电解液，其特征在于，所述有机电解液包括电解质钠盐和有机溶剂，所述有机溶剂包括环状醚类溶剂、链状醚类溶剂和腈类溶剂中的一种或多种。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有宽工作温区的有机电解液，其特征在于，所述有机电解液包括电解质钠盐和有机溶剂，所述有机溶剂包括环状醚类溶剂、链状醚类溶剂和腈类溶剂中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的具有宽工作温区的有机电解液，其特征在于，所述电解质钠盐包括三氟甲基磺酸钠、双(三氟甲基磺酸)亚胺钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠和高氯酸钠中的一种或多种。


3.根据权利要求2所述的具有宽工作温区的有机电解液，其特征在于，所述电解质钠盐的摩尔浓度为0.1-5M。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的具有宽工作温区的有机电解液，其特征在于，所述环状醚类溶剂为至少含有一个氧原子的碳原子个数在2-10范围内的环状有机物，所述环状有机物的熔点在-20℃至-150℃范围内；
所述链状醚类溶剂的结构式包含一个或多个[-CH2OCH2-]结构单元，所述链状醚类溶剂含有的碳原子个数在3-20范围内，所述链状醚类溶剂熔点在-20℃-(-150)℃范围内；
所述腈类溶剂至少含有一个腈基，所述腈类溶剂的熔点在-0℃至-150℃范围内。


5.根据权利要求4所述的具有宽工作温区的有机电解液，其特征在于，所述环状醚类溶剂包括环氧乙烷、四氢呋喃、四氢吡喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊烷、1,3-二氧六环和2,2-二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤雅，林雅，周星，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42