一种钠离子电池非水电解液和钠离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种钠离子电池非水电解液和钠离子电池，该钠离子电池非水电解液包括钠盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂包括含磷无机盐和2,2,2

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池非水电解液和钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体涉及一种钠离子电池非水电解液和钠离子电池。

技术介绍

[0002]钠离子电池使用钠离子作为传输物质，相比于锂离子电池中使用锂元素作为活性传输物质，钠元素在地壳中的丰富储量且开采简单易得，使得钠离子电池在当前的能源结构中占有一席之地，受限于钠离子电池的电压平台，使得钠离子电池主要的应用场景为储能领域。为了满足大型移动式家用储能用电设备的需求，发展具有快速充电性能和耐久性的钠离子电池已经迫在眉睫。常见的方法就是对钠离子电池的正极层状结构做电化学包覆，提升电子和钠离子的在电极材料和电解液界面位置的传输速度，从而改善钠离子电池的倍率和循环性能。
[0003]钠离子电池电解液作为电池中的“血液”，起着传输钠离子的作用，同时在 2.0～4.2V条件下维持电化学稳定，不会与电极材料发生电化学氧化还原反应。在电解液具备这些功能的前提下，也会影响着电池整体的循环和倍率性能，在电解液三大组成成分中(溶剂、钠盐、添加剂)，溶剂和钠盐的配方变化不大，但是电解液添加剂参与化成阶段中电解液与电极表面的固体电解质界面膜的反应，从而影响钠离子和电子的传输过程，进而影响着整体钠离子电池的电化学性能。
[0004]由于钠离子电池工作原理是钠离子在正负极材料之间嵌入和脱出，而锂离子电池使用锂离子，虽然两者都是碱金属同族元素，但是仍然存在着很大的差异，比如钠离子的离子半径要比锂离子大，钠离子的还原电位要高于锂离子的还原电位，两者离子半径和还原电位的差异使得钠离子的物理化学性质与锂离子差异很大，导致电池使用的钠离子电池电解液与锂离子电池电解液也存在着较大的差异，比如锂离子电池常用的碳酸乙烯酯(EC)作为主溶剂但在钠离子电池中的应用效果却不好，反而碳酸丙烯酯(PC)在钠离子电池却能够作为主溶剂使用，这使得能够很好的应用于锂离子电池的电解液并一定使用钠离子电池，因此，有必要逐步探索适用钠离子电池使用的电解液。
[0005]中国专利CN110518287B公开了一种磷酸酯和氟代醚的组合添加剂提升了钠离子电池的循环和倍率性能。中国专利CN113921907A公开了一种硼酸酯和含有三甲基硅基的碳酸酯组合的电解液添加剂改善钠离子电池的循环性能和倍率性能。两篇专利中都使用有机化合物改善钠离子电池的倍率和循环性能。
[0006]当前国际上报道了诸多储能电站发生起火事件，均说明开发高安全同时兼具高性能的储能电池已经是迫在眉睫。
[0007]因此，有必要开发一种能够改善钠离子电池的循环和倍率性能且高安全的钠离子电池非水电解液和钠离子电池。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种钠离子电池非水电解液和钠离子电池，该电解液能提高钠离子电池的高温循环性能、倍率性能和安全性能。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了一种钠离子电池非水电解液包括钠盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂包括含磷无机盐和2,2,2
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三氟乙基甲磺酸酯。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的钠离子电池非水电解液的添加剂包括含磷无机盐和2,2,2
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三氟乙基甲磺酸酯。由于含磷无机盐的存在，能够抑制非水电解液中水分对溶剂和锂盐的破坏作用，使得非水电解液在长时间的循环条件下能够保持稳定的固体电解质界面膜(SEI)，进而提升钠离子电池的高温循环性能，同时还可改善钠离子电池的倍率性能；再者，由于FES是一种含氟的化学物质，氟元素的拥有较强的电负性，氟与C的键合强，从而使得含有FES的电解液对电极片的结合会更加容易，进而增加了电解液的浸润性，含磷无机盐与含硫的 FES共同作用使得非水电解液的闪点提升，因此使得电芯的耐热性也得到大幅提升从而大幅提升电芯耐过充的高安全性能。
[0011]较佳地，含磷无机盐选自正磷酸钠、偏磷酸钠、亚磷酸钠、次磷酸钠、正磷酸钾、偏磷酸钾、亚磷酸钾、次磷酸钾和铯磷酸酯(CAS号：69089
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35
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6)中的一种或者几种。
[0012]较佳地，含磷无机盐在非水电解液中的质量百分比为0.01～2％，更优选为 0.2～2％。超过2％的含量会增加该物质在电解液中的溶解时间和溶解难度。具体但不限于为0.5％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％。
[0013]较佳地，2,2,2
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三氟乙基甲磺酸酯(FES)在非水电解液中的质量百分比为 1～10％。超过该含量的FES会降低其他有效成分的比例，进而影响电解液的粘度和降低电解液的电导率。具体但不限于为1％、2％、4％、6％、8％、10％。FES 能够大幅提升电解液对电极片的浸润性能。
[0014]较佳地，钠盐选自六氟磷酸钠(NaPF6)、高氯酸钠(NaClO4)、四氟硼酸钠(BF4Na)、三氟甲基磺酸钠(CF NaO S)、双三氟甲基磺酰亚胺钠(NaTFSI)、双草酸硼酸钠(NaBOB)、二氟磷酸钠(NaDFP)和二氟草酸硼酸钠(NaDFOB) 中的至少一种。
[0015]较佳地，钠盐在非水电解液中的质量百分比为9～20％。具体但不限于为 10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％。
[0016]较佳地，非水有机溶剂选自链状碳酸酯、环状碳酸酯和羧酸酯中的至少一种。更佳地，非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)、乙酸丁酯(BA)、γ
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丁内酯(GBL)、丙酸丙酯(PP)、丙酸乙酯(EP)丁酸乙酯(EB)和1，1， 2，2
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四氟乙基
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2，2，3，3
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四氟丙基醚(CAS号：16627
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68
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2)中的至少一种。
[0017]较佳地，非水有机溶剂在非水电解液中的质量百分比为68～89％。具体但不限于为69％、70％、71％、72％、73％、74％、76％、78％、79％、82％、84％、 88％。
[0018]本专利技术进一步提供了一种钠离子电池，包括正极材料、负极材料和非水电解液，非水电解液上述钠离子电池非水电解液。
[0019]较佳地，正极材料为镍铁化合物，镍铁化合物的化学式为NaNi
x
Fe
y
M
(1
‑
x
‑
y)O2，其中M独立地选自Mn、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr和Ti中的至少一种，0<x<1，0<y<1，x+y≤1。
[0020]较佳地，负极材料为硬碳。硬碳是一种经过高温处理，也难以出现石墨化的碳材
料，其负极的碳层机构排布不规则。由于钠离子的正极材料的特性，使得制备的整体电芯的水分含量相比锂电会偏高，这些水分会伴随进入到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池非水电解液，包括钠盐、非水有机溶剂和添加剂，其特征在于，添加剂包括含磷无机盐和2,2,2
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三氟乙基甲磺酸酯。2.如权利要求1所述的钠离子电池非水电解液，其特征在于，含磷无机盐选自正磷酸钠、偏磷酸钠、亚磷酸钠、次磷酸钠、正磷酸钾、偏磷酸钾、亚磷酸钾、次磷酸钾和铯磷酸酯中的一种或者几种。3.如权利要求1所述的钠离子电池非水电解液，其特征在于，含磷无机盐在非水电解液中的质量百分比为0.01～2％。4.如权利要求1所述的钠离子电池非水电解液，其特征在于，2,2,2
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三氟乙基甲磺酸酯在非水电解液中的质量百分比为1～10％。5.如权利要求1所述的钠离子电池非水电解液，其特征在于，钠盐选自六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、三氟甲基磺酸钠、双三氟甲基磺酰亚胺钠、双草酸硼酸钠、二氟磷酸钠、二氟草酸硼酸钠、二氟二草酸磷酸钠和双氟磺酰亚胺钠中的至少一种。6.如权利要求1所述的钠离子电池非水电解液，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓强，毛冲，王霹霹，黄秋洁，欧霜辉，戴晓兵，
申请(专利权)人：珠海市赛纬电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：