一种能够适用于普鲁士白正极材料的高温有机电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种能够与普鲁士白正极材料匹配且耐高温的有机电解液，该有机电解液由钠盐和有机溶剂所组成，其成分包含环状结构的碳酸酯、磷腈类溶剂、线性醚等一种或多种有机溶剂。本发明专利技术提供的有机电解液具有粘度低、离子电导率高且在60℃的温度下保持较为稳定的状态的优势，并将此有机电解液与普鲁士白正极材料组装后的钠离子电池在高温下具有良好的循环稳定性。循环稳定性。循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种能够适用于普鲁士白正极材料的高温有机电解液


[0001]本专利技术涉及钠离子电池领域，特别涉及一种能够适用于普鲁士白正极材料的高温有机电解液。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池由于锂元素含量有限导致其成本急剧增长，而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，逐渐引起了各界研究者的广泛关注。其中，普鲁士白正极材料晶格骨架具备刚性且离子通道大，给钠离子脱嵌提供了便利的条件，加之其高理论比容量，使其成为企业最青睐钠离子正极材料之一。然而，普鲁士白晶体在高温环境循环稳定性较差，其发展也受到了一定程度的受限。
[0003]电解液作为电池的关键组分原件，能够在电池电极材料之间作离子导体，与电池的容量、循环寿命等息息相关。然而，由于钠离子电池发展相对较不完善，尤其是其电解液的研发还需要进一步探索，因此发展针对各单独电极材料适配的功能性电解液也还欠缺。此外，锂盐与钠盐性质差异较大，导致锂离子电池电解液不适用于钠离子电池。
[0004]因此，为了解决以上问题，开发与普鲁士白正极材料适配且能使其在高温60℃下稳定循环的电解液将是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种能够适用于普鲁士白正极材料的高温有机电解液，具有能够解决钠电电解液高温易分解和普鲁士白高温稳定性差的优点。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]一种能够适用于普鲁士白正极材料的高温有机电解液，包括电解质钠盐和有机溶剂，所述有机溶剂包括线性醚类溶剂、环状碳酸酯类溶剂、环状醚类溶剂、链状醚类溶剂和磷腈类溶剂中的一种或多种，所述电解质钠盐包括二氟草酸硼酸钠、二草酸硼酸钠、六氟磷酸钠和高氯酸钠中的一种或多种。
[0008]作为优选，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。
[0009]作为优选，所述线性醚类溶剂包括二乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙醚、二甲醚中的一种或多种。
[0010]作为优选，所述磷腈类溶剂至少含有一个磷腈基团，所述磷腈类溶剂的熔点在0℃
‑
150℃范围内，所述磷腈类溶剂包括乙氧基五氟环三磷腈、六氟环三磷腈、六甲氧基环三磷腈、六甲氧基乙氧基乙氧基环三磷腈、六2,2,2
‑
三氟乙氧基环三磷腈中的一种或多种。
[0011]作为优选，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、丁内酯中的一种或多种。
[0012]作为优选，所述电解质钠盐为二氟草酸硼酸钠、二草酸硼酸钠、六氟磷酸钠的一种
或多种。
[0013]作为优选，所述电解质钠盐的摩尔浓度为0.1
ꢀ‑
5M。
[0014]作为优选，所述电解质钠盐的摩尔浓度为0.8
‑
2.5M。
[0015]本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的具有宽工作温区的有机电解液在通过优化溶剂组分比例后，整个电解液体系的粘度可得到大幅度的降低、电导率可得到提升。在高温60℃下，本专利技术提供的有机电解液不会分解，且仍能保持高的离子电导率，大大提高了高温下以普鲁士白为正极材料组成的钠离子电池的循环寿命和库仑效率。
附图说明
[0016]图1为实施例1制备的有机电解液的离子电导率随温度变化情况图；
[0017]图2为实施例1制备的有机电解液的粘度随温度变化情况；
[0018]图3为实施例2制备的有机电解液匹配的普鲁士白电池在高温和常温的循环性能图；
[0019]图4为实施例5制备的有机电解液匹配普鲁士白电池的充放电曲线。
具体实施方式
[0020]以下所述仅是本专利技术的优选实施方式，保护范围并不仅局限于该实施例，凡属于本专利技术思路下的技术方案应当属于本专利技术的保护范围。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。
[0021]实施例1
[0022]本实施例提供了一种钠离子电池电解液，具体步骤如下:
[0023]1)电解液的配置：在充满氩气的手套箱中配置钠离子电池电解液，其中电解质盐为二氟草酸硼酸钠，浓度为0.8M；有机溶剂为乙二醇二甲醚、五氟环三磷腈、碳酸丙烯酯(体积比1：2：3)，搅拌混合均匀得到实施例1的有机电解液；
[0024]3)对电解液的测试：
[0025]图1为实施例1制备的有机电解液的离子电导率随温度变化情况图，从图1可以看出，有机电解液的离子电导率随温度升高而降低，在60℃下其电导率可高达18.91ms cm
‑
1。
[0026]图2为实施例1制备的有机电解液的粘度随温度变化情况，从图2可以看出，有机电解液的粘度随温度降低而逐渐升高。通常，粘度越低越有利于离子的传导。
[0027]实施例2
[0028]本实施例提供了一种钠离子电池，具体步骤如下:
[0029]1)制备裸电芯：按照85:5:10的质量比称取Na2
‑
xFe[Fe(CN)6]普鲁士白、乙炔黑和PVDF，加入N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)研磨混合，在铝箔上涂布，烘干后于高纯氩气下在电极壳中一次将硬碳电极，隔膜GF
‑
D和钠片叠放成裸电芯；
[0030]2)电解液的配置：在充满氩气的手套箱中配置钠离子电池电解液，其中电解质盐为二氟草酸硼酸钠，浓度为0.8M；有机溶剂为乙二醇二甲醚、乙氧基五氟环三磷腈和碳酸丙烯酯，搅拌混合均匀得到有机电解液(体积比1：2：3)；
[0031]3)组装普鲁士白电池：在高纯氩气下，滴加步骤2)得到的有机电解液到裸电芯，待电芯浸润充分后，将电池壳完全密封，即得到钠离子电池；
[0032]4)电池电化学性能测试：将上述装配的钠离子电池在蓝电测试仪上进行充放电测试。其中，测试电压区间为2
‑
4.2V，电池容量和充放电倍率均以活性物质硬碳的质量计算。电池以恒倍率1C分别在常温、高温下进行充放电循环，测试性能结果列于表1
‑
2中。
[0033]图4为实施例2制备的有机电解液匹配的普鲁士白电池的循环性能图，从图4可以看出，实施例2制备的有机电解液在温度为25℃、60℃下都有着较稳定的循环性能。
[0034]实施例3
[0035]本实施例提供了一种钠离子电池，本实施例与实施例2的区别在于：步骤2)中，有机溶剂为二乙二醇二甲醚；其他参数、步骤与实施例2相同。实施例3制备的钠离子电池在蓝电测试仪上进行充放电测试，测试电压区间为2
‑
4.2V，电池容量和充放电倍率均以活性物质普鲁士白的质量计算。电池以恒倍率1C为分别在常温、高温下进行充放电循环，测试性能结果列于表1
‑
2中。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够适用于普鲁士白正极材料的高温有机电解液，包括电解质钠盐和有机溶剂，其特征在于，所述有机溶剂包括线性醚类溶剂、环状碳酸酯类溶剂、环状醚类溶剂、链状醚类溶剂和磷腈类溶剂中的一种或多种，所述电解质钠盐包括二氟草酸硼酸钠、二草酸硼酸钠、六氟磷酸钠和高氯酸钠中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的一种能够适用于普鲁士白正极材料的高温有机电解液，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的一种能够适用于普鲁士白正极材料的高温有机电解液，其特征在于，所述线性醚类溶剂包括二乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙醚、二甲醚中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种能够适用于普鲁士白正极材料的高温有机电解液，其...

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