一种耐高压阻燃的钠离子电解液及其制备方法和钠离子电池技术

本发明专利技术公开了一种耐高压阻燃的钠离子电解液及其制备方法和钠离子电池，属于电池材料技术领域。本发明专利技术所述钠离子电解液包括以下组分：耐高压溶剂、阻燃溶剂、钠盐、碳酸酯类溶剂，功能添加剂。所述耐高压溶剂为2,2,3,3,3

【技术实现步骤摘要】
一种耐高压阻燃的钠离子电解液及其制备方法和钠离子电池


[0001]本专利技术涉及电池材料
，尤其是涉及一种耐高压阻燃的钠离子电解液及其制备方法和钠离子电池。

技术介绍

[0002]钠离子电池因其具有材料成本低、安全性能优异和循环寿命超长等优势，被认为在大规模静态储能应用中具有广阔前景。在实际应用过程中，钠离子电池的容量密度低于锂离子电池，需要提高工作电压来提高电池的能量密度，但钠离子的原子半径远大于锂离子，在正负极材料中脱嵌需要更大的能量，在相同电压或更高电压下会造成电解液的分解，因此耐高电压电解液溶剂在钠离子电池中是十分必要的。
[0003]钠离子电池存在着长期循环后电池产气、能量密度低等问题，上述问题限制了钠离子电池的实用化发展。而开发抑制产气和耐高压的钠离子电解液则可以一定程度避免上述影响，提高钠离子电池的电化学稳定性和能量密度。
[0004]目前的钠离子电池大部分采用碳酸酯等可燃有机溶剂，其在实际工程化应用当中仍存在电池着火爆炸风险。相对而言，磷酸酯类溶剂可以避免电解液着火等安全问题，提高电池的安全性能。
[0005]因此，研发一种耐高压阻燃型的钠离子电解液势在必行。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种耐高压阻燃的钠离子电解液，能够有效提高电池的循环性能，同时抑制产气，还具有耐高压、阻燃的作用。
[0007]本专利技术的第二方面，提供了一种上述钠离子电解液的制备方法。
[0008]本专利技术的第三方面，提供了一种包括上述钠离子电解液的钠离子电池。
[0009]根据本专利技术的第一方面，提出了一种耐高压阻燃的钠离子电解液，所述钠离子电解液的制备原料包括耐高压溶剂、阻燃溶剂和功能添加剂；所述阻燃溶剂的结构式如Ⅰ所示（(3,3
‑
二氟
‑2‑
氧代庚基)磷酸二甲酯），所述耐高压溶剂结构式如Ⅱ所示（2,2,3,3,3
‑
五氟丙基
‑
1,1,2,2
‑
四氟乙醚）：四氟乙醚）：；所述功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯（VC）、1,3
‑
丙烷磺酸内酯（1,3
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PS）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、酞磺胺噻唑（PST）、硫酸乙烯酯（DTD）和二氟草酸硼酸钠（NaODFB）。
[0010]根据本专利技术第一方面实施例的，至少具有如下有益效果：
本专利技术中以2,2,3,3,3
‑
五氟丙基
‑
1,1,2,2
‑
四氟乙醚作为耐高压溶剂，以(3,3
‑
二氟
‑2‑
氧代庚基)磷酸二甲酯作为阻燃溶剂，两者协同后可以在负极表面与钠离子进行结合形成SEI膜（solid electrolyte interface），而且生成的SEI膜更薄，对钠离子的通过性能更好，极大提高电池的循环性能，同时抑制气体的产生。
[0011]2,2,3,3,3
‑
五氟丙基
‑
1,1,2,2
‑
四氟乙醚和其他氟醚类溶剂相比，具有低粘度和高润湿性的特性，与负极具有很好的兼容性，能够在负极表面形成富含有机物质的SEI，因此CE（coulombic efficiency，库伦效率）也非常高。此外，本专利技术采用的功能添加剂二氟草酸硼酸钠（NaODFB）和2,2,3,3,3
‑
五氟丙基
‑
1,1,2,2
‑
四氟乙醚之间会发生协同作用，提升电解液的稳定性，避免电解液和正极之间发生的副反应。
[0012]本专利技术中钠离子电解液混合使用功能添加剂，各组分会相互影响，形成了具有网络结构的SEI膜，提高了SEI膜的稳定性，有效抑制由于膜分解导致的产气，有效提高循环性能。
[0013]此外，2,2,3,3,3
‑
五氟丙基
‑
1,1,2,2
‑
四氟乙醚还充分发挥了耐高压的作用，(3,3
‑
二氟
‑2‑
氧代庚基)磷酸二甲酯充分发挥了阻燃的作用。
[0014]由于钠离子电解液制备原料的组成，本专利技术耐高压阻燃的钠离子电解液电池具有克容量和首周效率高，抑制电池产气，循环稳定性好等优势。
[0015]根据本专利技术得一些实施方式，所述耐高压溶剂占所述钠离子电解液的制备原料的质量百分数为15%~40%。
[0016]优选地，所述耐高压溶剂占所述钠离子电解液的制备原料的质量百分数为20%。
[0017]根据本专利技术得一些实施方式，所述阻燃溶剂占所述钠离子电解液的制备原料的质量百分数为20~41%。
[0018]优选地，所述阻燃溶剂占所述钠离子电解液的制备原料的质量百分数为24.5%。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述功能添加剂占所述钠离子电解液的制备原料的质量百分数为2.9%~7.8%。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述功能添加剂包括所述碳酸盐亚乙烯酯，所述碳酸亚乙烯酯（VC）在钠离子电解液中的质量百分数为0.5%～1%。
[0021]优选地，所述酸亚乙烯酯（VC）在钠离子电解液中的质量百分数为1%。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述功能添加剂包括所述氟代碳酸乙烯酯，所述氟代碳酸乙烯酯（FEC）在钠离子电解液中的质量百分数为0.5%～1%。
[0023]优选地，所述氟代碳酸乙烯酯（FEC）在钠离子电解液中的质量百分数为1%。
[0024]FEC和VC常被用作SEI成膜添加剂，由于还原机理不同对应了不同的CO2产生途径与首圈产量，有效提高循环性能，且不增加阻抗，有效阻止电解液的分解，提高电池的使用寿命。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述功能添加剂包括所述1,3
‑
丙烷磺酸内酯，所述1,3
‑
丙烷磺酸内酯（1,3
‑
PS）在钠离子电解液中的质量百分数为1%～3%。
[0026]优选地，所述1,3
‑
丙烷磺酸内酯（1,3
‑
PS）在钠离子电解液中的质量百分数为2.5%。
[0027]1,3
‑
PS与VC混合使用的目的是，在电压较低时1,3
‑
PS在负极表面形成有缺陷的二维结构，随着电压的升高VC在负极表面又形成线性结构的化合物填充于二维结构的缺陷
中，形成稳定具有网络结构的SEI膜。此种结构的SEI膜大大提高了其稳定性，可以有效抑制由于膜分解导致的产气。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述功能添加剂包括所述酞磺胺噻唑，所述酞磺胺噻唑（PST）在钠离子电解液中的质量百分数为0.2%～0.8%。
[0029]优选地，所述酞磺胺噻唑（PST）在钠离子电解液中的质量百分数为0.5%。
[0030]根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高压阻燃的钠离子电解液，其特征在于，所述钠离子电解液的制备原料包括耐高压溶剂、阻燃溶剂和功能添加剂；所述阻燃溶剂的结构式如Ⅰ所示，所述耐高压溶剂的结构式如Ⅱ所示：所示：；所述功能添加剂包括VC、1,3
‑
PS、FEC、PST、DTD和NaODFB。2.根据权利要求1所述的钠离子电解液，其特征在于，所述耐高压溶剂占所述钠离子电解液的制备原料的质量百分数为15%~40%。3.根据权利要求1所述的钠离子电解液，其特征在于，所述阻燃溶剂占所述钠离子电解液的制备原料的质量百分数为20~41%。4.根据权利要求1所述的钠离子电解液，其特征在于，所述功能添加剂占所述钠离子电解液的制备原料的质量百分数为2.9%~7.8%。5.根据权利要求1~...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵俊华，孔东波，王亚洲，李渠成，韩飞，宋东亮，张利娟，李海杰，郭飞，闫志卫，王郝为，闫国锋，施艳霞，
申请(专利权)人：湖南法恩莱特新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：