一种宽温域高首效钠离子电池电解液制造技术

本发明专利技术涉及一种宽温域高首效钠离子电池电解液，属于钠离子电池领域。包括钠盐、有机溶剂、添加剂，所述添加剂的LUMO能级低于所述钠盐和所述有机溶剂。本发明专利技术电解液通过加入特定添加剂，添加剂优先发生分解在硬碳电极表面形成薄且均匀的稳定电极

【技术实现步骤摘要】
一种宽温域高首效钠离子电池电解液


[0001]本专利技术属于钠离子电池领域，更具体地，涉及一种宽温域高首效钠离子电池电解液。

技术介绍

[0002]硬碳材料(HC)是具有代表性的钠离子电池负极材料，具有较高的比容量(300
‑
350mAh/g)和较低的工作电压(～0.1V vs.Na/Na
+
)。然而，较低的首圈库伦效率(ICE)和首圈不可逆容量限制了HC的应用。在电池中，唯一的钠源是正极材料。由于首圈循环中Na
+
的消耗，在之后的循环中部分的正极材料没有参与电化学反应，降低了电池的能量密度。因此，提高硬碳材料的首效问题得到了越来越多的关注。硬碳材料低首效的原因主要包括脱/嵌钠可逆性差和电解质在首圈循环中分解生成SEI膜。目前提高硬碳首效的策略包括结构设计、表面工程、电解质优化和预钠化。电解液优化作为一种简单、高效的策略，通过形成一个薄且均匀的稳定电极
‑
电解液界面层，抑制电解液的分解，进而提高HC材料的首圈库伦效率。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种含氟代碳酸酯的电解液，可形成更加薄且均匀的稳定电极
‑
电解液界面层，抑制电解液的分解，提高钠离子二次电池的首圈库伦效率；同时，添加剂的加入能提升电解液在低温下的离子电导率，提高电池的低温性能。
[0004]根据本专利技术第一方面，提供了一种硬碳作为负极的钠离子电池电解液，所述电解液包括钠盐、有机溶剂和添加剂；所述添加剂的LUMO能级低于所述钠盐和所述有机溶剂；所述添加剂用于分解在硬碳电极表面形成稳定的电极
‑
电解液界面层，以提高所述钠离子电池的首圈库伦效率。
[0005]优选地，所述添加剂为氟代碳酸酯。
[0006]优选地，所述氟代碳酸酯的结构式为(I
‑
A)或(I
‑
B)所示：
[0007][0008][0009]其中：R1为氟原子、烃基或氟代烃基中的一种，R2为氢原子、氟原子、烃基或氟代烃基。
[0010]优选地，所述添加剂在电解液中的重量百分比为0.1wt％
‑
5wt％。
[0011]优选地，所述有机溶剂为碳酸酯类溶剂、醚类溶剂中的一种或多种混合；所述钠盐为六氟磷酸钠、双(三氟甲基磺酰)亚胺钠、高氯酸钠、双(氟磺酰)亚胺钠的一种或多种。
[0012]优选地，所述碳酸酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或多种；所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二甲氧基甲烷、四氢呋喃、1,3
‑
二氧戊环中的一种或多种。
[0013]优选地，所述钠盐在电解液中的浓度为0.8mol/L
‑
4mol/L。
[0014]根据本专利技术另一方面，提供了一种钠离子电池，所述钠离子电池的负极为硬碳，所述钠离子电池的电解液为以上任意一项所述的电解液。
[0015]优选地，所述钠离子电池的正极为含钠的层状氧化物、含钠的聚阴离子化合物、含钠的普鲁士蓝化合物中的一种。
[0016]根据本专利技术另一方面，提供了一种电解液用于提高硬碳作为负极的钠离子电池的首圈库伦效率的应用，所述电解液包括钠盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂的LUMO能级低于所述钠盐和所述有机溶剂；所述添加剂用于分解在硬碳电极表面形成稳定的电极
‑
电解液界面层，以提高所述钠离子电池的首圈库伦效率。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0018](1)本专利技术宽温域高首效钠离子电池电解液，包括钠盐、有机溶剂、添加剂，所述添加剂为氟代碳酸酯，所述添加剂的LUMO能级低于钠盐、有机溶剂。LUMO是分子的最低未占轨道，LUMO能级越低，该物质越易得到电子。对电解液而言，LUMO能级可以用来判断各组分在充电过程中的分解顺序，LUMO能级越低的组分，意味着越容易还原形成电极电解液界面膜，从而抑制电解液的不断分解。所述添加剂分解成膜具有传导电子、离子的能力。
[0019](2)本专利技术电解液通过加入特定的添加剂，能在硬碳表面形成薄且均匀的稳定电极
‑
电解液界面膜，从而抑制电解液的分解，提高钠离子电池的首圈库伦效率；同时，添加剂的加入能提升电解液在低温下的离子电导率，提高电池的低温性能。
[0020](3)本专利技术氟代碳酸酯有利于形成薄且均匀的稳定界面相。所述添加剂的LUMO能级低于电解液中其他组分，也就是在充电过程中优先分解形成稳定界面膜。第一、可以在硬碳表面形成薄且均匀的稳定界面膜，抑制电解液的不断分解，可显著提升电池的首圈库伦效率。第二，添加剂的加入在形成薄且均匀的SEI膜的同时可以提升电解液在低温下的离子
电导率，提高电池的低温性能。
[0021](4)本专利技术提供的电解液的制备方法工艺简单、可操作性强，便于实际推广和大规模应用。
附图说明
[0022]图1为基础电解液(Base
‑
E)电池首圈充放电曲线。
[0023]图2为本专利技术所制备的宽温域高首效(WTHICE
‑
E)电解液电池首圈充放电曲线。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]本专利技术一种宽温域高首效钠离子电池电解液，包括钠盐、有机溶剂、添加剂，所述添加剂为氟代碳酸酯，所述添加剂的LUMO能级低于钠盐、有机溶剂。
[0026]一些实施例中所述添加剂为(I
‑
A)和(I
‑
B)的一种，所述(I
‑
A)和(I
‑
B)的结构式如下所示：
[0027][0028][0029]其中，R1、R2为有机/无机取代基，作为优选，R1为氟原子、烃基、氟代烃基中的一种，R2为氢原子、氟原子、烃基、氟代烃基中的一种。
[0030]一些实施例中，所述添加剂的重量百分比为0.1
‑
5wt％。
[0031]一些实施例中，所述有机溶剂包括碳酸酯类溶剂、醚类溶剂中的一种或多种混合，所述碳酸酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或多种，所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二甲氧基甲烷、四氢呋喃、1,3
‑
二氧戊环中的一种或多种；所述钠盐为六氟磷酸钠、双(三氟甲基磺酰)亚胺钠、高氯酸钠、双(氟磺酰)亚胺钠的一种或多种。
[0032]一些实施例中，所述的钠盐浓度为0.8
‑
4mol/L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬碳作为负极的钠离子电池电解液，其特征在于，所述电解液包括钠盐、有机溶剂和添加剂；所述添加剂的LUMO能级低于所述钠盐和所述有机溶剂；所述添加剂用于分解在硬碳电极表面形成稳定的电极
‑
电解液界面层，以提高所述钠离子电池的首圈库伦效率。2.如权利要求1所述的硬碳作为负极的钠离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂为氟代碳酸酯。3.如权利要求2所述的硬碳作为负极的钠离子电池电解液，其特征在于，所述氟代碳酸酯的结构式为(I
‑
A)或(I
‑
B)所示：其中：R1为氟原子、烃基或氟代烃基中的一种，R2为氢原子、氟原子、烃基或氟代烃基。4.如权利要求1或2所述的硬碳作为负极的钠离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂在电解液中的重量百分比为0.1wt％
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5wt％。5.如权利要求1所述的硬碳作为负极的钠离子电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸酯类溶剂、醚类溶剂中的一种或多种混合；所述钠盐为六氟磷酸钠、双(三氟甲基磺酰)亚胺钠、高氯酸钠、双(氟磺酰)亚胺钠的一种或多种。6.如权利要求5所述的硬碳作为负极的钠离子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：方淳，胡莙，程方圆，韩建涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：