一种钠基双离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钠基双离子电池，包括负极、正极、隔膜和电解液；所述负极包括负极集流体和负极材料，所述负极材料为负极材料活性物质与钠盐添加剂的复合物，所述负极材料活性物质为硬碳类或软碳材料；所述正极包括正极集流体和正极材料，所述正极材料包括正极材料活性物质，所述正极材料活性物质为石墨类碳材料；所述电解液包括钠盐电解质、有机溶剂及添加剂，所述电解液中的添加剂包括钠盐添加剂和有机溶剂添加剂，所述电解液中的有机溶剂包括酯类、砜类、醚类、腈类、烯烃类有机溶剂中的一种或几种。本发明专利技术具有如下优点：提高钠离子电池的容量、倍率性能、循环稳定性、库伦效率和能量密度。密度。密度。

【技术实现步骤摘要】
一种钠基双离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，特别是涉及一种钠基双离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于钠资源储量丰富、廉价，在地壳中分布均匀，并且与锂有着相似的物理化学性质，可代替目前造价昂贵的锂离子电池，降低成本，从而使得钠离子电池在规模化储能领域具有广泛的市场应用前景。钠基双离子电池是钠离子电池中的一种，正极采用阴离子插层型的石墨类碳材料，负极采用钠离子电池负极材料，因此成本可进一步降低。具有环保、易回收的优势。然而，由于双离子电池中电解液中的阴阳离子均为活性物质，而电解液浓度较低，造成电解液用量大，电池能量密度低。另一方面，常见的改善钠离子电池性能的添加剂包括成膜添加剂、过充电保护添加剂、稳定剂、改善高低温性能的添加剂、导电添加剂或阻燃添加剂等。由于这些添加剂不含有钠元素，目前报道的基于这些添加剂的钠离子电池存在早期充放电容量不可逆，钠离子损失，导致电池库伦效率和能量密度降低；另外，由于这些添加剂无法抑制电解液发生氧化分解，无法在正负极界面形成SEI膜，导致电池在高压下循环稳定性不强，库伦效率低，倍率性能差。
[0003]现有技术中公开号为CN108172816A的中国专利公开了钠基双离子电池及其制备方法，由于负极是吸附机理，解决了传统钠电负极活性材料由于钠离子嵌入和脱出导致的严重体积膨胀或粉化所引起的循环稳定性衰减和电池容量降低的技术问题，然而这种吸附型材料的容量较低，使得电池能量密度较低；公开号为CN107565158A的中国专利公开了钠离子电池用电解液、制备方法及包含该钠离子电池用电解液的钠离子电池，其电解液价格低廉、安全性高、对水分敏感程度低并且对电池制成环境要求低，但是并没有对负极材料和电解液进行预钠化处理，进行钠离子储备，无法降低早期周期不可逆容量损失。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种钠基双离子电池及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：一种钠基双离子电池，包括负极、正极、隔膜和电解液；
[0006]所述负极包括负极集流体和负极材料，所述负极材料中含有钠盐添加剂；所述电解液包括钠盐电解质、有机溶剂及添加剂，所述电解液中的添加剂为钠盐添加剂和有机溶剂添加剂的组合；所述电解液的浓度为3mol/L以上；
[0007]所述负极和电解液中的钠盐添加剂选自NaNO3、NaBOB、NaDFOB、DTPA
‑
5Na、NaN3、Na3P、Na2CO3、NaNO2、EDTA
‑
4Na、Na3Sb、Na2C2O4、Na2C3O5、Na2C6O6、Na3C6H5O7、NaCrO2、Na2NiO2、NaPO2F2、Na2NiPO4、NaCoPO4、NaDFOP、NaPCPI、NaTCP、NaTIM、NaB(CN)4、NaPO2F2、Na2SO3、NaOCH3、NaOC2H5中的一种或几种；
[0008]所述电解液中的有机溶剂添加剂选自氟代苯、丁二腈、氟磺酰基氧基苯、三(三甲
基硅烷)亚磷酸酯、三炔丙基磷酸酯、辛二腈、甲烷二磺酸亚甲酯、联苯、N
‑
甲基吡咯、噻吩、3，4
‑
乙烯二氧噻吩、甲乙砜、3
‑
氟
‑
1，3
‑
丙磺酸内酯、1，3
‑
丙二醇环砜、三苯基氧化膦、三(五氟苯基)膦、硼酸三甲酯、三(五氟苯基)硼、4
‑
氨基苯甲酸、苯并三唑、三联噻吩、1，3
‑
丙磺酸内酯、2
‑
氟联苯、磷酸三甲酯、磷酸甲苯二苯酯、亚磷酸三苯酯、呋喃、乙烯二羟基噻吩、三异丙基乙磺酰(五氟苯基)膦、三磷酸六氟异丙基酯中的一种或几种。
[0009]进一步地，所述电解液的浓度为钠盐电解质在电解液中的浓度。
[0010]进一步地，所述钠盐电解质为能够离解成钠离子和阴离子的钠盐，优选为NaPF6、NaTFSI、NaFSI、NaBF4、NaClO4、NaSO3C6H5、NaCF3SO3、NBSB、NBDSB、NaFAB、NaTDI、NaPDI、NaTOP、NaMOB、NaFNFSI、NaFTFSI、Na2DFB、NaIm(BF3)2、NaTAD、ROSO2Na中的一种或几种。
[0011]进一步地，所述负极材料中的钠盐添加剂含量为0.1
‑
10wt％，优选地，负极材料中的钠盐添加剂含量为1
‑
5wt％，更优选为1
‑
3wt％。
[0012]进一步地，所述电解液中的钠盐添加剂含量为0.1
‑
20wt％，优选地，电解液中的钠盐添加剂含量为1
‑
5wt％，更优选为1
‑
3wt％。
[0013]进一步地，所述电解液中的有机溶剂添加剂含量为0.1
‑
20wt％，优选地，为1
‑
5wt％，更优选为2
‑
4wt％。
[0014]进一步地，所述电解液的中钠盐电解质的浓度范围为3
‑
15mol/L。
[0015]进一步地，所述电解液中的有机溶剂选自酯类、砜类、醚类、腈类、烯烃类有机溶剂中的一种或几种。
[0016]优选的，所述电解液中的有机溶剂的酯类溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、氟代碳酸乙烯酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、γ
‑
丁内酯、δ
‑
戊内酯、丙稀碳酸酯、碳酸亚乙烯酯、乳酸乙酯、壬酸乙酯、磷酸三乙酯、己酸乙酯、环己甲酸乙酯、肉桂酸乙酯、丙酮酸乙酯、乙酸戊酯中的一种或几种；
[0017]所述电解液中的有机溶剂的砜类溶剂为二甲基砜、乙基甲基砜、四甲基砜、甲氧基乙基甲基砜中的一种或几种；
[0018]所述电解液中的有机溶剂的醚类溶剂为三乙二醇二甲醚、二甲醚、四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃、1，3
‑
二氧环戊烷和4
‑
甲基
‑
1，3
‑
二氧环戊烷、二甲氧甲烷、1，2
‑
二甲氧乙烷、1，2
‑
二甲氧丙烷、二甘醇二甲醚中的一种或几种；
[0019]所述电解液中的有机溶剂的腈类溶剂为乙腈、己二腈、戊二腈、癸二腈、1,3,6
‑
己烷三甲腈、1,3,5
‑
戊烷三甲腈、对氟苯甲腈、对甲基苯甲腈中的一种或几种。
[0020]进一步地，所述负极材料包含负极材料活性物质和钠盐添加剂的复合物，所述负极活性物质为硬碳类或软碳材料；优选的，负极材料活性物质为树脂碳、有机聚合物热解碳、葡萄糖基硬碳、酚醛树脂基硬碳、蔗糖基硬炭材料、中空碳纳米线、碳纳米纤维、花状介孔炭、三维聚丙烯酸钠裂解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠基双离子电池，包括负极、正极、隔膜和电解液；其特征在于，所述负极包括负极集流体和负极材料，所述负极材料中含有钠盐添加剂；所述电解液包括钠盐电解质、有机溶剂及添加剂，所述电解液中的添加剂为钠盐添加剂和有机溶剂添加剂的组合；所述电解液中钠盐电解质浓度为3mol/L以上；所述负极和电解液中的钠盐添加剂选自NaNO3、NaBOB、NaDFOB、DTPA
‑
5Na、NaN3、Na3P、Na2CO3、NaNO2、EDTA
‑
4Na、Na3Sb、Na2C2O4、Na2C3O5、Na2C6O6、Na3C6H5O7、NaCrO2、Na2NiO2、NaPO2F2、Na2NiPO4、NaCoPO4、NaDFOP、NaPCPI、NaTCP、NaTIM、NaB(CN)4、NaPO2F2、Na2SO3、NaOCH3、NaOC2H5中的一种或几种；所述电解液中的有机溶剂添加剂选自氟代苯、丁二腈、氟磺酰基氧基苯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三炔丙基磷酸酯、辛二腈、甲烷二磺酸亚甲酯、联苯、N
‑
甲基吡咯、噻吩、3，4
‑
乙烯二氧噻吩、甲乙砜、3
‑
氟
‑
1，3
‑
丙磺酸内酯、1，3
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丙二醇环砜、三苯基氧化膦、三(五氟苯基)膦、硼酸三甲酯、三(五氟苯基)硼、4
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氨基苯甲酸、苯并三唑、三联噻吩、1，3
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丙磺酸内酯、2
‑
氟联苯、磷酸三甲酯、磷酸甲苯二苯酯、亚磷酸三苯酯、呋喃、乙烯二羟基噻吩、三异丙基乙磺酰(五氟苯基)膦、三磷酸六氟异丙基酯中的一种或几种。2.权利要求1所述的钠基双离子电池，其特征在于，所述钠盐电解质为能够离解成钠离子和阴离子的钠盐，优选为NaPF6、NaTFSI、NaFSI、NaBF4、NaClO4、NaSO3C6H5、NaCF3SO3、NBSB、NBDSB、NaFAB、NaTDI、NaPDI、NaTOP、NaMOB、NaFNFSI、NaFTFSI、Na2DFB、NaIm(BF3)2、NaTAD、ROSO2Na中的一种或几种。3.权利要求1所述的钠基双离子电池，其特征在于，所述负极材料中的钠盐添加剂含量为0.1
‑
10wt％，优选地，负极材料中的钠盐添加剂含量为1
‑
5wt％，更优选为1
‑
3wt％。4.权利要求1所述的钠基双离子电池，其特征在于，所述电解液中的钠盐添加剂含量为0.1
‑
20wt％，优选地，电解液中的钠盐添加剂含量为1
‑
5wt％，更优选为1
‑
3wt％。5.权利要求1所述的钠基双离子电池，其特征在于，所述电解液中的有机溶剂添加剂含量为0.1
‑
20wt％，优选地，为1
‑
5wt％，更优选为2
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4wt％。6.权利要求1所述的钠基双离子电池，其特征在于，所述电解液的中钠盐电解质的浓度范围为3
‑
15mol/L。7.权利要求1所述的钠基双离子电池，其特征在于，所述电解液中的有机溶剂选自酯类、砜类、醚类、腈类、烯烃类有机溶剂中的一种或几种。优选的，所述电解液中的有机溶剂的酯类溶剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、氟代碳酸乙烯酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、γ
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丁内酯、δ
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戊内酯、丙稀碳酸酯、碳酸亚乙烯酯、乳酸乙酯、壬酸乙酯、磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，唐永炳，周立玉，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：