非水电解液及含该非水电解液的钠离子电池的制作方法

    技术2025-06-24  21


    本发明涉及电池,具体涉及一种非水电解液及含该非水电解液的钠离子电池。


    背景技术:

    1、钠离子电池与锂离子电池具有相似的储能机制,且钠离子电池材料资源丰富,具有光明的应用前景。如今已有很多关于锂离子电池安全性方面的研究,但对日益商业化的钠离子电池危险性却缺乏可靠的了解。即使钠离子电池在理论上被认为更安全,但电池内部电极材料、电解液和隔膜等材料固有的危险化学特性并不能保证其绝对安全。电池过度充电会导致电池组件的化学和电化学反应,从而致电池温度升高,甚至爆炸,这严重影响钠离子电池的使用寿命。

    2、为了防止钠离子电池在使用过程中发生过充,目前的方法主要是于电解液中添加防过充电解液添加剂。作为钠离子电池防过充添加剂需要具备以下特点:1)在电解液的有机溶剂中具有良好的溶解性,扩散速度快;2)在电池工作的温度和电压区间内稳定性好,对钠离子电池的正常使用没有副作用;3)在高电压范围内对电池的保护作用强。

    3、防过充添加剂按照钠离子电池防过充电解液作用机理可以分为两类,氧化还原类添加剂和电聚合类添加剂。氧化还原类添加剂在电池过充达到氧化还原反应电位后,在电池的正极被氧化并扩散到电池负极被还原,还原产物再透过隔膜回到正极再被氧化,反复循环的过程中消耗了过充过程中的过剩的电荷,起到过充保护的作用,比如使用传统的二茂铁、噻蒽衍生物、茴香苯衍生物等基于氧化还原反应的添加剂,这类添加剂虽然能有效防止电池过充,但其使用量较大,由于存在扩散速度慢和发生副反应等原因,使得钠离子电池的防过充性能不够理想。另外由于大多数氧化还原类添加剂的氧化电势都较低,未能达到钠电池正常工作电压就发生氧化还原反应,因此大规模地应用到钠离子中尚存在困难,只能用于一部分电势比较低的钠电池中。。电聚合类添加剂在钠离子电池过充的时候,可聚合的单体就会发生电聚合反应,生成的电聚合产物可以增大电池的内阻,限制电流并消耗过充的电能,但是,过充结束后,正极表面的聚合物不会消失,这会对电池造成永久性伤害,导致电池不能再次使用。

    4、基于此,有必要提供一种氧化电位高、不影响电池性能以及不会对电池造成永久性伤害的新型防过充添加剂以解决上述问题。


    技术实现思路

    1、鉴于上述问题,本发明的目的在于提供一种非水电解液及含该非水电解液的钠离子电池。

    2、为实现上述目的,本发明第一方面提供了一种非水电解液,包括非水有机溶剂、电解质盐和添加剂,所述添加剂包括化合物i。

    3、

    4、本发明的非水电解液中添加剂含有化合物i。该化合物i含有四苯环结构,其属于氧化还原类添加剂,可在电池过充达到氧化还原反应电位后,在电池的正极被氧化并扩散到电池负极被还原,还原产物再透过隔膜回到正极再被氧化,反复循环的过程中消耗了过充过程中的过剩的电荷,起到过充保护的作用。更为重要的是,该添加剂具有以硼原子为中心,连接的苯环上具有大量氟原子的复杂基团,该复杂基团能形成在碳酸酯类等非水有机溶剂中溶解度更低的naf无机成分,故界面阻抗低,可降低电池内阻,提高电解液中钠离子的传导速率,并且不会影响电池的性能发挥。再者该添加剂结构稳定,氧化电位高,即抗氧化能力强,能满足高电压钠离子电池的应用需求。

    5、作为本发明的一技术方案,所述非水有机溶剂、所述电解质盐和所述添加剂的质量之和为m,所述化合物i的质量为n,n/m为0.1~5.0%。

    6、作为本发明的一技术方案,n/m为0.5~3.0%。

    7、作为本发明的一技术方案,所述电解质盐占所述非水有机溶剂、所述电解质盐和所述添加剂质量之和的6~16%。

    8、作为本发明的一技术方案,所述电解质盐为钠盐,所述钠盐包括六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、三氟甲基磺酸钠、双三氟甲基磺酰亚胺钠、双草酸硼酸钠、二氟磷酸钠、二氟草酸硼酸钠、二氟二草酸磷酸钠和双氟磺酰亚胺钠中的至少一种。

    9、作为本发明的一技术方案,所述非水有机溶剂占所述非水有机溶剂、所述电解质盐和所述添加剂质量之和的84~92%。

    10、作为本发明的一技术方案,所述非水有机溶剂为链状碳酸酯、环状碳酸酯和羧酸酯中的至少一种。

    11、作为本发明的一技术方案,所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯和丁酸乙酯中的至少一种。

    12、本发明第二方面提供了一种钠离子电池,包括正极材料、负极材料和非水电解液。此钠离子电池具有较佳的防过充性能、低温性能和循环寿命,有利于钠离子电池进一步产业化发展。

    13、作为本发明的一技术方案,所述正极材料为层状氧化物,所述层状氧化物的化学式为naxm(1-y-z)feymnzo2,其中m包括co、ni、cu、mg、zn、al、sn、ga、cr、sr、v和ti中的至少一种,0<x≤1,0<y<1,0<z<1,y+z≤1。

    14、作为本发明的一技术方案,所述负极材料包括碳基材料、钛基化合物和合金类材料中的至少一种。



    技术特征:

    1.一种非水电解液,包括非水有机溶剂、电解质盐和添加剂,其特征在于,所述添加剂包括化合物i,

    2.根据权利要求1所述的非水电解液,其特征在于,所述非水有机溶剂、所述电解质盐和所述添加剂的质量之和为m,所述化合物i的质量为n,n/m为0.1~5.0%。

    3.根据权利要求2所述的非水电解液,其特征在于,n/m为0.5~3.0%。

    4.根据权利要求1所述的非水电解液,其特征在于,所述电解质盐占所述非水有机溶剂、所述电解质盐和所述添加剂质量之和的6~16%。

    5.根据权利要求1所述的钠离子电池,其特征在于,所述电解质盐为钠盐,所述钠盐包括六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、三氟甲基磺酸钠、双三氟甲基磺酰亚胺钠、双草酸硼酸钠、二氟磷酸钠、二氟草酸硼酸钠、二氟二草酸磷酸钠和双氟磺酰亚胺钠中的至少一种。

    6.根据权利要求1所述的非水电解液,其特征在于,所述非水有机溶剂占所述非水有机溶剂、所述电解质盐和所述添加剂质量之和的84~92%。

    7.根据权利要求1所述的非水电解液,其特征在于,所述非水有机溶剂包括链状碳酸酯、环状碳酸酯和羧酸酯中的至少一种。

    8.根据权利要求7所述的非水电解液,其特征在于,所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯和丁酸乙酯中的至少一种。

    9.一种钠离子电池,包括正极材料、负极材料和根据权利要求1~8中任意一项所述的非水电解液。

    10.根据权利要求9所述的钠离子电池,其特征在于,所述正极材料包括层状氧化物,所述层状氧化物的化学式为naxm(1-y-z)feymnzo2,其中m包括co、ni、cu、mg、zn、al、sn、ga、cr、sr、v和ti中的至少一种,0<x≤1,0<y<1,0<z<1,y+z≤1,所述负极材料包括碳基材料、钛基化合物和合金类材料中的至少一种。


    技术总结
    本发明提供了一种非水电解液及含该非水电解液的钠离子电池。非水电解液包括非水有机溶剂、电解质盐和添加剂,添加剂包括化合物I。化合物I含有四苯环结构,其属于氧化还原类添加剂,不仅可起到过充保护的作用,更为重要的是,该添加剂具有以硼原子为中心,连接的苯环上具有大量氟原子的复杂基团,该复杂基团能形成在碳酸酯类等非水有机溶剂中溶解度更低的NaF无机成分,故界面阻抗低,可降低电池内阻,提高电解液中钠离子的传导速率,并且不会影响电池的性能发挥。再者具有该复杂基团的添加剂结构稳定,氧化电位高,即抗氧化能力强,于高电压体系下仍能起到较佳的防过充效果。

    技术研发人员:黄秋洁,毛冲,王霹霹,张彩霞,杨乐文,杨富杰,戴晓兵
    受保护的技术使用者:珠海市赛纬电子材料股份有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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