一种钠离子电池电解液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于钠离子电池技术领域，公开了一种钠离子电池电解液及其制备方法和应用。所述的钠离子电池电解液，其含有有机溶剂、钠盐和添加剂BTA，所述添加剂BTA为N,O

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池电解液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，特别涉及一种钠离子电池电解液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高，循环稳定性好等优点，自20世纪90年代开始产业化起，逐步占据了纯电动汽车，插电混合动力汽车等动力电池市场以及便携式电子产品市场。人们对上述产品的需求日益增长，引起锂离子电池产量和需求的上升，刺激了含钴、锂原材料的价格上涨，导致锂离子电池生产成本逐渐走高；另外，废旧锂离子电池正极活性材料的回收利用技术不成熟，导致了含钴、锂活性电极材料为实现二次利用，造成一定程度的资源浪费。综上，基于电池生产成本的控制和资源节约的目的，有必要发展锂离子电池以外的高能量密度储能器件。
[0003]在目前较为成熟的储能器件中，钠离子电池具有良好的循环稳定性，其能量密度仅次于锂离子电池，随着新式高电压正极材料的不断开发和传统正极材料的产业化尝试，今后将有望缩小与锂离子电池的性能差距。另外，由于不消耗昂贵的含钴、锂原材料，钠离子电池正极材料的生产成本比锂离子电池更低，适用于大型固定式储能电站和低速电动车等领域，在今后的能源电源市场能够与锂离子电池形成补充。
[0004]目前已报道的层状钠离子电池正极材料普遍对水分敏感，造成不可逆的结构变化，影响其循环性能；而磷酸钒钠(NVP)具有良好的结构稳定性，对水氧敏感度低，合成工艺简便，具有3.4V的稳定的放电平台，是后锂电时代极具潜力的正极材料。然而，在碳酸酯体系中，电解液氧化分解严重，导致正极界面成膜质量差，界面阻抗增大，进一步导致电池循环稳定性下降。电解液氧化分解产生的大量分解产物降低了活性物质的有效表面积，同时也增加了界面阻抗，造成钠离子损耗，以上副反应都对半电池和全电池性能造成负面影响。纵观锂离子电池的产业化经验，更换或开发新式溶剂或使用电解液添加剂是兼具实用性和可操作性的策略，其中电解液添加剂是极具成本优势的电池性能优化方案，因此，在今后钠离子电池产业化需求日益迫切的背景下，开发高效的电解液添加剂具有较大的实用价值。
[0005]虽然在产业化锂离子电池中，已有一系列性能优异的电解液添加剂得到广泛应用，但目前的研究也表明相同的添加剂在钠体系中不一定生效。目前已报道的具有显著成效的添加剂基本针对负极界面，如氟代碳酸乙烯酯(FEC)和碳酸亚乙烯酯(VC)。FEC的成效具有普适性，针对不同的电极和电解液体系均实现了性能改善，而VC的作用局限于过渡金属氧化物。针对正极界面修饰的添加剂的报道则非常少。以上表明添加剂在钠体系中具有不同于锂体系的作用机制，钠离子电池添加剂的开发不能是锂体系的简单复制，而针对正极界面的添加剂开发与筛选则更具迫切性。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种针对磷酸
钒钠正极界面修饰的新型钠离子电池电解液。本专利技术以NVP界面修饰及其半电池与全电池性能改善为出发点，选择了一种可提升钠离子电池性能的新型电解液添加剂，该添加剂具有比碳酸酯溶剂更高的氧化活性，通过氧化分解参与界面膜的构建，令磷酸钒钠界面更致密和均匀，界面阻抗显著降低。NVP/Na半电池与NVP/HC全电池的循环稳定性均实现了显著提升。
[0007]本专利技术另一目的在于提供上述钠离子电池电解液的制备方法。
[0008]本专利技术再一目的在于上述钠离子电池电解液在NVP/Na半电池、NVP/HC全电池、Na/Na对称电池中的应用。在常温下，该电解液应用于NVP/Na半电池中能发挥优于常规电解液的循环稳定性、倍率性能和低温循环性能，以及降低阻抗的作用；相应的全电池具有优于常规电解液的循环稳定性；在钠/钠对称电池中，该电解液促进了钠金属界面优化，令过电势降低；另外，加入添加剂可提高电解液本身对隔膜的浸润性。
[0009]本专利技术的目的通过下述方案实现：
[0010]一种钠离子电池电解液，其含有有机溶剂、钠盐和添加剂BTA，所述添加剂BTA为N,O
‑
双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺，其结构如下所示：
[0011][0012]所述添加剂BTA的含量为电解液总质量(包含添加剂BTA本身)的1wt％
‑
10wt％；
[0013]所述钠盐和有机溶剂的用量满足：每1
‑
2.5mol的钠盐对应使用1L的有机溶剂中。
[0014]所述有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)中的至少一种，且不单独为碳酸乙烯酯；优选为碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)。
[0015]所述钠盐为六氟磷酸钠(NaPF6)、高氯酸钠(NaClO4)、双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠(NaTFSI)、双(氟磺酰)亚胺钠(NaFSI)、三氟甲磺酸钠(NaOTF)的至少一种，优选为六氟磷酸钠；所述钠盐的纯度必须≥99％，否则无法正常溶解。
[0016]一种上述钠离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：
[0017](1)若有机溶剂有多种，先将有机溶剂混合均匀；
[0018](2)往(1)所得的溶剂中加入钠盐，充分搅拌至钠盐完全溶解，得到基础电解液；
[0019](3)往(2)所得基础电解液加入添加剂BTA，混合均匀后静置，得到含BTA的电解液。
[0020]步骤(3)所述步骤在室温下进行，优选为通过摇晃使混合均匀，摇晃时间为5
‑
20min，优选10min。
[0021]步骤(3)所述静置时间为10
‑
24h，优选12h。
[0022]步骤(3)所得含BTA的电解液使用聚四氟乙烯材质容器封存。
[0023]上述钠离子电池电解液在制备钠离子电子中的应用，其中钠离子电池优选为NVP/Na半电池、NVP/HC全电池、Na/Na扣式电池、NVP/Na原位电池中的一种。
[0024]本专利技术以NVP界面修饰及其半电池与全电池性能改善为出发点，选择了一种可提升钠离子电池性能的新型电解液添加剂，该添加剂具有比碳酸酯溶剂更高的氧化活性，通过氧化分解参与界面膜的构建，令磷酸钒钠界面更致密和均匀，界面阻抗显著降低。NVP/Na半电池与NVP/HC全电池的循环稳定性均实现了显著提升。
[0025]本专利技术提出一种针对磷酸钒钠正极界面修饰的新型钠离子电池电解液，在常温下，该电解液应用于NVP/Na半电池中能发挥优于常规电解液的循环稳定性、倍率性能和低温循环性能，以及降低阻抗的作用；相应的全电池具有优于常规电解液的循环稳定性；在钠/钠对称电池中，该电解液促进了钠金属界面优化，令过电势降低；另外，加入添加剂可提高电解液本身对隔膜的浸润性。
[0026]本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
[0027](1)向常规电解液中加入1wt％，3wt％和5wt％的添加剂BTA，NVP/Na半电池和NVP/HC全电池在常温下的循环稳定性显著提高，充放电曲线的对比表明添加剂BTA具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池电解液，其特征在于含有有机溶剂、钠盐和添加剂BTA，所述添加剂BTA为N,O
‑
双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺，其结构如下所示：2.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于：所述添加剂BTA的含量为电解液总质量的1wt％
‑
10wt％。3.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于：所述钠盐和有机溶剂的用量满足：每1
‑
2.5mol的钠盐对应使用1L的有机溶剂中。4.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯中的至少一种，且不单独为碳酸乙烯酯。5.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于：所述钠盐为六氟磷酸钠、高氯酸钠、双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠、双(氟磺酰)亚胺钠、三氟甲磺酸钠的至少一种。6.一种根据权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：邢丽丹，张文广，李伟善，许梦清，廖友好，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：