钠离子电池用阻燃性电解液和钠离子二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种钠离子电池用阻燃性电解液，其包括以下组分：基础电解液和功能添加剂；其中，所述基础电解液包含溶剂和钠盐；所述溶剂包含主溶剂和任选的次溶剂；所述钠盐包含主钠盐和任选的次钠盐；所述主溶剂为含磷阻燃性溶剂，所述次溶剂选自碳酸酯溶剂、羧酸酯溶剂和非氟代醚的醚类溶剂中的至少一种；所述含磷阻燃性溶剂与钠盐的摩尔比为4.2

【技术实现步骤摘要】
R,Colbin S,Menon A S,et al.Sodium bis(oxalato)borate in trimethyl phosphate:a fire
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extinguishing,fluorine
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free,and low
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cost electrolyte for full
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cell sodium
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ion batteries[J].ACS Applied Energy Materials,2020,3(5):4974
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4982；以及Mogensen R,Buckel A,Colbin S,et al.A Wide
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Temperature
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Range,Low
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Cost,Fluorine
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Free Battery Electrolyte Based On Sodium Bis(Oxalate)Borate[J].Chemistry of Materials,2021,33(4):1130
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1139)。由于该盐易还原，导致其阻抗较大。该电池首次循环库仑效率低，且循环过程中库仑效率小于等于99.85％。这意味着在该电池中存在明显的副反应，导致该电池循环稳定性较差。
[0008]目前急需一种成本低、安全性高，且能够与碳负极兼容的电化学性能如循环性能优异的电解液。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种成本低、安全性高，且能够与碳负极兼容的电化学性能如循环性能优异的阻燃电解液。
[0010]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的。
[0011]第一方面，本专利技术提供一种钠离子电池用阻燃性电解液，其包括以下组分：
[0012]基础电解液和功能添加剂；其中，
[0013]所述基础电解液包含溶剂和钠盐；所述溶剂包含主溶剂和任选的次溶剂；所述钠盐包含主钠盐和任选的次钠盐；所述主溶剂为含磷阻燃性溶剂，所述次溶剂选自碳酸酯溶剂、羧酸酯溶剂和非氟代醚的醚类溶剂中的至少一种，所述主钠盐为六氟磷酸钠和四氟硼酸钠，所述次钠盐选自双三氟甲基磺酰亚胺钠、双氟磺酰亚胺钠、双三氟甲烷磺酸钠、三氟甲基磺酸钠和高氯酸钠中的一种或几种；
[0014]所述含磷阻燃性溶剂与钠盐的摩尔比为4.2
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17:1，优选为5
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10:1，更优选为7
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9:1；所述主钠盐占钠盐的质量分数为70％
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100％；
[0015]所述主溶剂占所述溶剂的体积分数为80％
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100％，更优选为100％；
[0016]所述功能添加剂占所述电解液的质量分数为大于0且小于等于5％，优选为1％
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3％。
[0017]优选地，在本专利技术所述的钠离子电池用阻燃性电解液中，所述含磷阻燃性溶剂为化学式为(RO)3P＝O的磷酸酯或化学式为R(RO2)P＝O的膦酸酯，其中R为苯基或碳链长度为1
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6的低碳数烷基或卤代烷基。
[0018]优选地，在本专利技术所述的钠离子电池用阻燃性电解液中，所述磷酸酯或膦酸酯选自磷酸三苯酯(TPP)、磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、甲基膦酸二甲酯(DMMP)和双(2,2,2
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三氟乙基)甲基磷酸酯(TFMP)中的一种或几种。
[0019]优选地，在本专利技术所述的钠离子电池用阻燃性电解液中，所述六氟磷酸钠和四氟硼酸钠的摩尔比为1:50
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50:1，更优选为1:11
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11:1。
[0020]优选地，在本专利技术所述的钠离子电池用阻燃性电解液中，所述碳酸酯溶剂为环状碳酸酯溶剂和/或链状碳酸酯溶剂。
[0021]优选地，在本专利技术所述的钠离子电池用阻燃性电解液中，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯和/或碳酸丙烯酯。
[0022]优选地，在本专利技术所述的钠离子电池用阻燃性电解液中，所述链状碳酸酯为碳数为3
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8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯。
[0023]优选地，在本专利技术所述的钠离子电池用阻燃性电解液中，所述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯和碳酸甲基乙基酯中的一种或几种。
[0024]优选地，在本专利技术所述的钠离子电池用阻燃性电解液中，所述羧酸酯溶剂为环状羧酸酯溶剂和/或链状羧酸酯溶剂。
[0025]优选地，在本专利技术所述的钠离子电池用阻燃性电解液中，所述环状羧酸酯为γ
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丁内酯，所述链状碳酸酯为碳数为3
‑
8的链状羧酸酯。
[0026]优选地，在本专利技术所述的钠离子电池用阻燃性电解液中，所述链状羧酸酯选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯中的一种或几种。
[0027]优选地，在本专利技术所述的钠离子电池用阻燃性电解液中，所述非氟代醚的醚类选自四氢呋喃、2
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甲基四氢呋喃、1,3
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二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2
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二甲氧基乙烷、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的一种或几种。
[0028]优选地，在本专利技术所述的钠离子电池用阻燃性电解液中，所述功能添加剂选自、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3
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丙磺酸内酯(PS)、1,4
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丁磺酸内酯、丙烯基
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1,3
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磺酸内酯(PST)、环己基苯、叔丁基苯、叔戊基苯、硫酸乙烯酯、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯和丁二腈中的一种或几种中的一种或几种。
[0029]第二方面，本专利技术提供一种钠离子二次电池，其包括正极材料、负极材料和本专利技术的钠离子电池用阻燃性电解液。
[0030]优选地，在本专利技术所述的钠离子二次电池中，所述正极材料为层状金属氧化物、聚阴离子类正极材料或普鲁士蓝类材料，所述负极材料为碳类材料。
[0031]优选地，在本专利技术所述的钠离子二次电池中，所述正极材料为层状金属氧化物，所述负极材料为硬碳。
[0032]本申请的专利技术人出乎意料的发现，当钠盐为本专利技术要求保护的六氟磷酸钠和四氟硼酸钠以及任选地少量的次钠盐，并且当溶剂为本专利技术要求保护的主溶剂和次溶剂的种类和用量时，仅仅采用较低浓度的钠盐而不需要采用更高浓度的钠盐，就可以实现成本低、安全性高，且能够与碳负极兼容的电化学性能如循环性能优异的电解液。
[0033]本专利技术具有如下有益效果：
[0034]本专利技术的钠离子二次电池安全性能高、电化学性能如循环性能优异。本专利技术的钠离子二次电池在室温循环过程中的平均库仑效率大于99.9％。在电池滥用或意外伤害(如，穿刺)等状况下，本专利技术的钠离子二次电池能降低或者避免着火的风险。
[0035]在常规浓度的钠盐下，本专利技术的电解液实现了阻燃电解液与碳负极的兼容性。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】
1.一种钠离子电池用阻燃性电解液，其包括以下组分：基础电解液和功能添加剂；其中，所述基础电解液包含溶剂和钠盐；所述溶剂包含主溶剂和任选的次溶剂；所述钠盐包含主钠盐和任选的次钠盐；所述主溶剂为含磷阻燃性溶剂，所述次溶剂选自碳酸酯溶剂、羧酸酯溶剂和非氟代醚的醚类溶剂中的至少一种，所述主钠盐为六氟磷酸钠和四氟硼酸钠，所述次钠盐选自双三氟甲基磺酰亚胺钠、双氟磺酰亚胺钠、双三氟甲烷磺酸钠、三氟甲基磺酸钠和高氯酸钠中的一种或几种；所述含磷阻燃性溶剂与钠盐的摩尔比4.2
‑
17:1；所述主钠盐占钠盐的质量分数为70％
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100％；所述主溶剂占所述溶剂的体积分数为80％
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100％；所述功能添加剂占所述电解液的质量分数为大于0且小于等于5％。2.根据权利要求1所述的钠离子电池用阻燃性电解液，其中，所述含磷阻燃性溶剂为化学式为(RO)3P＝O的磷酸酯或化学式为R(RO2)P＝O的膦酸酯，其中R为苯基或碳链长度为1
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6的低碳数烷基或卤代烷基。3.根据权利要求1所述的钠离子电池用阻燃性电解液，其中，所述磷酸酯或膦酸酯选自磷酸三苯酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三丁酯、甲基膦酸二甲酯和双(2,2,2
‑
三氟乙基)甲基磷酸酯中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的钠离子电池用阻燃性电解液，其中，所述六氟磷酸钠和四氟硼酸钠的摩尔比为1:50
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50:1，优选为1:11
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11:1。5.根据权利要求1所述的钠离子电池用阻燃性电解液，其中，所述碳酸酯溶剂为环状碳酸酯溶剂和/或链状碳酸酯溶剂；优选地，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯和/或碳酸丙烯酯；优选地，所述链状碳酸酯为碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡勇胜，周琳，陈立泉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：