非水电解液和钠离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种非水电解液和钠离子电池。所述非水电解液包括非水有机溶剂、电解质盐和添加剂，所述非水有机溶剂包括环状碳酸酯，所述添加剂包括式I所示的第一添加剂和式II所示的第二添加剂，所述非水电解液中的第一添加剂的质量百分含量为A，所述非水电解液中的第二添加剂的质量百分含量为B，0.1％≤A≤3％，0.01％≤B≤2％，且0.05≤A/B≤300；所述非水电解液中还含有质子数21～30的过渡金属离子，以所述非水电解液的质量为基准，所述质子数21～30的过渡金属离子的含量为1～500ppm。本发明专利技术的电解液在3.8V及以上的充电截止电压条件下电池仍能保持较好的高温循环。止电压条件下电池仍能保持较好的高温循环。

【技术实现步骤摘要】
非水电解液和钠离子电池


[0001]本专利技术涉及电池
，涉及一种非水电解液和钠离子电池。

技术介绍

[0002]近年来，随着电动汽车和规模储能的迅猛发展，市场对高能量、长循环、高安全、低成本电池的需要越来越大。然而，传统铅酸电池、镍镉电池能效较低且污染严重，均已难以满足市场需求。而有限的锂资源将会成为制约锂离子电池大规模储能应用的主要瓶颈。钠离子电池具有资源丰富、环境友好的特点，受到了科研院所和产业界的广泛关注。
[0003]目前，提高能量密度和循环寿命是钠离子电池领域的研究热点之一，提高电池上限电压是提高电池能量密度的重要手段。然而，提高上限电压时由于正极和电解液界面副反应问题会导致电池的循环寿命会大幅下降。尤其是对于钠离子电池来说，Na的氧化还原反应电位比Li高0.33V，电压相同的情况下钠离子电池的正极电位比锂离子电池正极的电位更高。更高的正极电位具有更高的氧化性，这对电解液的高电压稳定性提出了更高的要求。这导致当钠离子电池沿用锂离子电池中广泛使用的碳酸酯基电解液时，更高电位的钠离子电池正极会导致电解液在其表面氧化分解，引起一系列的产气和阻抗增长问题，继而导致循环寿命的大幅缩短。
[0004]因此，如何抑制钠离子电池在高电压下的循环产气和阻抗增长是开发高能量密度和长循环寿命钠离子电池亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提出一种非水电解液以和钠离子电池，能够解决目前的非水钠离子电池高电压下出现的循环产气和阻抗增长的问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种非水电解液，所述非水电解液包括非水有机溶剂、电解质盐和添加剂，所述非水有机溶剂包括环状碳酸酯，所述添加剂包括式I所示的第一添加剂和式II所示的第二添加剂，
[0007][0008]其中，R1选自O
m
C
n
H
2n
，m和n都是整数且0≤m≤1，0≤n≤3，R2选自C1‑
C3的自卤代或非卤代亚烃基、R3选自H、F、C1‑
C3的卤代或非卤代烃基，R4和R5选自C或O且其中至少一个是O，R6和R7选自C或O且其中至少一个是O；
[0009]Na
x
PO
y
F
z
(II)
[0010]其中，x、y和z都是整数且1≤x≤2，2≤y≤3，1≤z≤2；
[0011]所述非水电解液中的第一添加剂的质量百分含量为A，所述非水电解液中的第二添加剂的质量百分含量为B，0.1％≤A≤3％，0.01％≤B≤2％，且0.05≤A/B≤300；
[0012]所述非水电解液中还含有质子数21～30的过渡金属离子，以所述非水电解液的质量为基准，所述质子数21～30的过渡金属离子的含量在1～500ppm。
[0013]在一些实施例中，式I所示的第一添加剂选自化合物1～化合物22中的至少一种：
[0014][0014]需要说明的是，以上仅是本专利技术优选的化合物，并不代表对于本专利技术的限制，进一步优选为化合物1、化合物2、化合物3、化合物4、化合物5、化合物9、化合物11、化合物12、化合物13、化合物16、化合物18、化合物19、化合物20或化合物22中的至少一种，更优选为化合物1、化合物2、化合物3或化合物22中的至少一种。
[0015]优选地，0.5％≤A≤2％，0.1≤B≤1，0.5≤A/B≤20。
[0016]在一些实施例中，氟磷酸盐选自NaPO2F2或Na2PO3F中的一种或两种。
[0017]在一些实施例中，所述质子数21～30的过渡金属离子选自Sc离子、Ti离子、V离子、Cr离子、Mn离子、Fe离子、Co离子、Ni离子、Cu离子或Zn离子中的至少一种。
[0018]在一些实施例中，所述非水有机溶剂中的环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯(PC)、三氟代碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯中的
至少一种，且PC在环状碳酸酯中质量百分含量为50
‑
100％，例如50％、65％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％等。
[0019]优选地，所述非水有机溶剂中还包括非环状碳酸酯溶剂，所述非环状碳酸酯溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯和丁酸丙酯中的至少一种。
[0020]优选地，所述电解质盐为钠盐，所述钠盐选自NaPF6、NaBOB、NaDFOB、NaDFOP、NaPO2F2、NaBF4、NaSbF6、NaAsF6、NaN(SO2CF3)2、NaN(SO2C2F5)2、NaC(SO2CF3)3、NaN(SO2F)2、NaClO4、NaAlCl4、NaCF3SO3、Na2B
10
Cl
10
和低级脂肪族羧酸钠盐中的至少一种，优选为NaPF6、NaPO2F2、NaBF4、NaClO4、NaCF3SO3、NaN(SO2CF3)2和NaN(SO2F)2中的至少一种。
[0021]优选地，所述非水电解液中的电解质盐的质量百分含量为3％～25％，优选为5～20％，进一步优选为8～15％。
[0022]可选地，所述添加剂中还包括磷酸酯、硼酸酯和腈类化合物中的至少一种。
[0023]第二方面，本专利技术提供了一种钠离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述电解液采用第一方面所述的非水电解液。
[0024]优选地，所述钠离子电池的充电上限电压在3.8～4.5V之间。
[0025]与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0026]本专利技术在非水电解液中加入式I所示的第一添加剂和式II所示的第二添加剂，并控制质子数21～30的过渡金属离子的含量在1～500ppm范围内，当满足条件：0.1％≤A≤3％，0.01％≤B≤2％，0.05≤A/B≤300时，在3.8V及以上的充电截止电压条件下电池仍能保持较好的高温循环。
具体实施方式
[0027]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。
[0028]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，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。
[0029]本专利技术在一个实施例中提供一种非水电解液，所述非水电解液包括非水有机溶剂、电解质盐和添加剂，所述非水有机溶剂包括环状碳酸酯，所述添加剂包括式I所示的第一添加剂和式II所示的第二添加剂，所述第二添加剂为氟磷酸盐，
[0030][0031]其中，R1选自O
m
C
n
H
2n
，m和n都是整数且0≤m≤1，0≤n≤3，R2选自C1‑
C3的自卤代或非卤代亚烃基、R3选自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，其特征在于，所述非水电解液包括非水有机溶剂、电解质盐和添加剂，所述非水有机溶剂包括环状碳酸酯，所述添加剂包括式I所示的第一添加剂和式II所示的第二添加剂，所述第二添加剂为氟磷酸盐，其中，R1选自O
m
C
n
H
2n
，m和n都是整数且0≤m≤1，0≤n≤3，R2选自C1‑
C3的自卤代或非卤代亚烃基、R3选自H、F、C1‑
C3的卤代或非卤代烃基，R4和R5选自C或O且其中至少一个是O，R6和R7选自C或O且其中至少一个是O；Na
x
PO
y
F
z
(II)其中，x、y和z都是整数且1≤x≤2，2≤y≤3，1≤z≤2；所述非水电解液中的第一添加剂的质量百分含量为A，所述非水电解液中的第二添加剂的质量百分含量为B，0.1％≤A≤3％，0.01％≤B≤2％，且0.05≤A/B≤300；所述非水电解液中还含有质子数21～30的过渡金属离子，以所述非水电解液的质量为基准，所述质子数21～30的过渡金属离子的含量为1～500ppm。2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，式I所示的第一添加剂选自化合物1～化合物22中的至少一种：
优选为化合物1、化合物2、化合物3、化合物4、化合物5、化合物9、化合物11、化合物12、化合物13、化合物16、化合物18、化合物19、化合物20或化合物22中的至少一种，更优选为化合物1、化合物2、化合物3或化合物22中的至少一种。3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，0.5％≤A≤2％，0.1≤B≤1，0.5≤A/B≤20。4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述第二添加剂为NaPO2F2或Na2PO3F中的一种或两种。5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述质子数21～30的过渡金属离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾关杰，蔡静，王伟刚，孟庆施，唐堃，
申请(专利权)人：北京中科海钠科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：