非水电解液及钠离子电池和含氟表面活性剂在钠离子电池电解液中的应用制造技术

本发明专利技术提供了一种非水电解液及钠离子电池，该非水电解液包括钠盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂包括结构式I所示化合物，该化合物含有碳

【技术实现步骤摘要】
非水电解液及钠离子电池和含氟表面活性剂在钠离子电池电解液中的应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种非水电解液及含该非水电解液的钠离子电池和含氟表面活性剂在钠离子电池电解液中的应用。

技术介绍

[0002]钠离子电池由于钠资源丰富、价格低廉和环境友好等优点，在大规模储能、电动车、电动船舶和特种工程车等领域具有广阔的应用前景。钠离子电池工作原理与锂离子电池高度相似，可作为锂离子电池的替代技术。然而由于钠离子的离子半径相较于锂离子更大，导致钠离子在工作过程中发生脱钠和嵌钠的动力学性能较低，特别是在大倍率环境下，扩散动力学变差，且钠离子在电极/电解液界面的去溶剂化速率较低，导致钠离子电池的高倍率充放电性能急剧恶化。
[0003]同时，钠离子电池的安全问题仍然是制约其大规模应用的瓶颈。与锂离子电池相似，钠离子电池的安全性被认为与电解液密切相关。传统钠离子电池使用六氟磷酸钠(NaPF6)、碳酸酯类电解液，其循环稳定性、安全性较差。这是由于碳酸酯类电解液易燃烧，可能在电池滥用时发生热失控、着火甚至爆炸。
[0004]基于此，本专利技术提供一种倍率型且高安全性能的非水电解液及含该非水电解液的钠离子电池。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种非水电解液及含该非水电解液的钠离子电池，该非水电解液促进钠离子的脱溶剂化过程的进行，表现出较高的离子电导率，保证钠离子电池具有优秀的高倍率性能，同时还可改善钠离子电池的安全性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种非水电解液，包括钠盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括结构式I所示化合物(其CAS号为67479
‑
86
‑
1)，
[0007][0008]与现有技术相比，本专利技术非水电解液采用的结构式I所示化合物，其含有碳
‑
氧键(C
‑
O)的极性官能团能够有效溶解钠盐，且因受到F原子的吸电子作用，该添加剂与钠阳离子具有较低的脱溶剂化能，促进钠离子脱溶剂化过程的进行，从而表现出较高的离子电导率，保证钠离子电池具有优秀的高倍率性能。同时，氟
‑
碳键(F
‑
C)的键能高，氟原子对碳
‑
碳键(C
‑
C)具有屏敝效应，氟原子的半径比氢原子大，可有效地将全氟化的碳
‑
碳键(C
‑
C)屏敝
保护起来，减少碳
‑
碳键(C
‑
C)被破坏的可能，使氟碳链更加稳定，表现出较高的热稳定性和化学稳定性，保证钠离子电池的高安全性能。
[0009]作为一较佳技术方案，添加剂占所述非水电解液中的质量百分比为0.01～0.5％，具体但不限于为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.08％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％。进一步地，添加剂占所述非水电解液中的质量百分比为0.02～0.1％。
[0010]作为一较佳技术方案，钠盐占非水电解液中的质量百分比为6.5～15.5％，具体但不限于为6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％。进一步地，钠盐占所述非水电解液中的质量百分比为8～15％。
[0011]作为一较佳技术方案，所述钠盐选自六氟磷酸钠(NaPF6)、高氯酸钠(LiClO4)、四氟硼酸钠(LiBF4)、三氟甲基磺酸钠(LiCF3SO3)、双三氟甲基磺酰亚胺钠(LiN(CF3SO2)2)、双草酸硼酸钠(C4BLiO8)、二氟磷酸钠(LiPO2F2)、二氟草酸硼酸钠(C2BF2LiO4)、二氟二草酸磷酸钠(LiDFBP)和双氟磺酰亚胺钠(LiFSI)中的至少一种。
[0012]作为一较佳技术方案，所述有机溶剂为链状碳酸酯、环状碳酸酯和羧酸酯中的至少一种。更为优选地，非水有机溶剂为链状碳酸酯和环状碳酸酯的混合物。进一步地，所述非水有机溶剂占所述非水电解液中的质量百分比为80％以上，优选为85％以上。
[0013]作为一较佳技术方案，非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯(PC)、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(n
‑
Ba)、γ
‑
丁内酯(γ
‑
Bt)、丙酸丙酯(n
‑
Pp)、丙酸乙酯(EP)和丁酸乙酯(Eb)中的至少一种。优选地，非水有机溶剂为碳酸乙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的组合，以达到较为稳定的循环性能。
[0014]本专利技术的第二方面提供了一种钠离子电池，包括正极材料、负极材料和前述的非水电解液。在该钠离子电池中加入上述非水电解液，可促进钠离子的脱溶剂化过程的进行，表现出较高的离子电导率，保证钠离子电池具有优秀的高倍率性能，同时还可改善钠离子电池的安全性能。
[0015]作为一较佳技术方案，所述正极材料为层状氧化物，所述层状氧化物的化学式为Na
x
M
(1
‑
y
‑
z)
Fe
y
Mn
z
O2，其中M独立地选自Co、Ni、Cu、Mg、Zn、Al、Sn、Ga、Cr、Sr、V和Ti中的至少一种，0<x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，y+z≤1。
[0016]作为一较佳技术方案，所述负极材料选自软碳、硬碳、钛酸钠以及能与钠形成合金的金属中的一种或多种。其中，软碳能在2500℃以上的高温下能石墨化的无定型碳，硬碳即便经高温处理，也难以出现石墨化的现象，表现出更强的储钠能力以及更低的工作电位。优选地，能与钠形成合金的金属可以为但不限于钾、铝、铜、钼等。
[0017]作为一较佳技术方案，钠离子电池的最高充电电压为4.2V，在高电压下，仍具有较好的高倍率性能、热稳定性和化学稳定性。
[0018]对应地，本专利技术还提供一种含氟表面活性剂在钠离子电池电解液中的应用，所述含氟表面活性剂(其CAS号为67479
‑
86
‑
1)如结构式I所示：
[0019]具体实施方式
[0020]下面通过具体实施例来进一步说明本专利技术的目的、技术方案及有益效果，但不构成对本专利技术的任何限制。实施例中未注明具体条件者，可按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过市售而获得的常规产品。
[0021]实施例1
[0022](1)非水电解液的制备：在氩气氛围下，水分含量＜1ppm的真空手套箱中配制电解液，在干燥的氩气气氛手套箱中，将碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照重量比为PC:EMC:DEC＝40:40:20进行混合，接着加入结构式I所示化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，包括钠盐、非水有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括结构式I所示化合物，。2.如权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述添加剂占所述非水电解液中的质量百分比为0.01～0.5％。3.如权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述钠盐占所述非水电解液中的质量百分比为6.5～15.5％。4.如权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述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。5.如权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂为链状碳酸酯、环状碳酸酯和羧酸酯中的至少一种。6.如权利要求5所述的非水电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸丁酯、γ
‑
丁内酯、丙酸丙酯、...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秋洁，王霹霹，毛冲，王晓强，欧霜辉，庄秀涵，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：