本发明涉及一种电解液，尤其涉及一种高电压宽温阻燃电池电解液，还涉及其制备方法和应用，属于电池。
背景技术：
1、钠离子电池因其成本效益高、钠来源广泛以及与锂离子电池类似的电荷存储机制而受到研究人员的广泛关注。然而，与锂相比，钠的分子量更高(22.99g/mol)，标准电极电位更高(-2.71v对she)。这使得钠离子电池的能量密度普遍低于锂离子电池，从而限制了其在大规模储能设备中的应用。使用高比容量的活性电极材料(如层状金属氧化物和金属钠)和提高电池的截止电压是提高钠离子电池能量密度的可行方法。
2、电解液作为正负极之间传递阴阳离子的媒介，通过影响电极/电解液界面膜的稳定性，决定电池的工作电压，对电池的性能起着关键性作用。高电压下，传统电解液与电极材料间会发生严重副反应，且无法在电极表面形成稳定的界面层，导致电解液耗尽、正极结构退化以及钠枝晶生长，加快电池失效，甚至引发安全事故，故不适用于高压钠金属电池。此外，为满足更广泛的使用环境，钠电池被要求具有更好的高低温充放电性能。因此，开发高电压宽温阻燃电池电解液是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明第一个目的是在于提供一种高电压宽温阻燃电池电解液。该电解液具有优异的阻燃性能，电化学性能稳定，能够匹配高电压钠电池，并且在宽温度范围下均能使得钠电池具有高比能量和高循环稳定性。
2、本发明第二个目的是在于提供一种高电压宽温阻燃电池电解液的制备方法。该方法简单，实用性强。
3、本发明第三个目的是在于提供一种高电压宽温阻燃电池电解液的应用。将该电解液用于钠离子电池时，在在-20℃～60℃的宽温度范围内均能够显著提高钠离子电池的容量和循环稳定性。
4、为实现上述技术目的，本发明提供了一种高电压宽温阻燃电池电解液，该电解液包括腈类溶剂、固态电解质成膜剂、反溶剂化惰性溶剂和钠盐；所述反溶剂化惰性溶剂的含量为电解液总体积的10～60％。
5、本发明中的反溶剂化惰性溶剂可与腈类溶剂、固态电解质成膜剂互溶，但无法溶解钠盐。
6、首先，对于电解液的高电压稳定性，与其溶剂固有的化学和电化学稳定性以及电极/电解液界面膜的稳定性有关。本发明使用的腈类溶剂具有优异的高电压稳定性。并通过腈类溶剂中的氰基氮原子的sp轨道与过渡金属的d空轨道在充电过程中杂化，优先被吸附正极表面形成r-cn…tm的配位键，减弱高电压下高价态的过渡金属阳离子对电解液的催化分解，并形成薄且均匀的含氮正极电解质界面膜。同时，通过固态电解液质成膜剂在电池在负极表面减少，形成稳定、致密、优质的电极-电解质界面，有效抑制电解质过度分解和枝晶生长。
7、其次，对于电解液的高低温性能，与其溶剂固有特性和溶剂化结构相关。本发明使用的腈类溶剂具有热稳定性高、液态范围广等优点，能提高电池高温性能，并通过将腈类溶剂和固态电解质成膜剂作为共溶剂构建钠离子第一溶剂化鞘层。高氧化窗口和反溶剂化惰性溶剂不参与钠离子配位，分布在钠离子的主要溶剂化鞘层外，并与第一溶剂化鞘层的溶剂相互作用，降低钠离子与溶剂的配位数，有利于钠离子的去溶剂化过程，提高电池的低温性能。
8、再次，高氟化的反溶剂化惰性溶剂中的f自由基能够清除h自由基，阻碍维持燃烧的h自由基反应，从而提高电解液的阻燃性。
9、作为一个优选的方案，所述腈类溶剂包括丁腈、乙腈、己二腈、戊腈、2-甲基戊二腈、乙二醇双丙腈醚、硫酰二丙腈、1,3,6-己烷三腈、3-(2,2,2-三氟乙氧基)丙腈、1,3,5-戊烷三腈、3-(三乙氧基硅)丙腈、乙氧基(五氟)环三磷腈中至少一种。
10、作为一个优选的方案，所述固态电解质成膜剂包括氟化碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸酯、二硫化四甲基秋兰姆、十六烷基三甲基溴化铵、1,2-二溴苯中至少一种。
11、作为一个优选的方案，所述腈类溶剂与固态电解质成膜剂的质量比为1～6:1，进一步优选为1.5～4:1。
12、将腈类溶剂与固态电解质成膜剂以一定质量比搭配使用，能够同时兼顾高电压下电解液对正极、负极的保护。固态电解质成膜剂用量过高会造成金属钠界面阻抗的明显增加，并造成电池倍率性能的衰退。反之，用量不足将无法在金属钠负极表面形成稳定的固态电解质膜，影响电池长循环稳定性。
13、作为一个优选的方案，所述反溶剂化惰性溶剂包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基乙基醚、1,1,1,3,3,3-六氟异丙基甲基醚、双(2,2,2-三氟乙基)醚和1,1,2,2,-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、1h,1h,5h-八氟酰胺-1,1,2,2-四氟醚、乙氧基(五氟)环三磷腈、2,2,2-三氟乙基三氟甲烷磺酸酯、2h,3h-十氟代戊烷、双氟代碳酸乙烯酯、三(三氟乙氧基)甲烷、双(2,2,2-三氟乙氧基)甲烷中至少一种。
14、作为一个优选方案，所述反溶剂化惰性溶剂的含量进一步优选为电解液总体积的30～50％。
15、本身发明中的反溶剂化惰性溶剂的含量直接影响电解液的性能。惰性溶剂过多,会降低电解液整体对钠盐的溶解性，不利于电解液电导率的提升，影响电池的电池倍率性能。反之，稀释剂不足，无法降低电解液粘度和凝固点，影响电池的循环性能。
16、作为一个优选的方案，所述钠盐包括高氯酸钠、双(氟磺酰)亚胺钠、双三氟甲基磺酰亚胺钠、二氟草酸硼酸钠、三氟甲基磺酸钠、四氟硼酸钠和六氟磷酸钠中至少一种。
17、作为一个优选的方案，所述钠盐在腈类溶剂与固态电解质成膜剂形成的混合液中的浓度为0.5～1.5mol/l，进一步优选为0.8～1.2mol/l。
18、本发明还提供了一种高电压宽温阻燃电池电解液的制备方法，该方法是将腈类溶剂、固态电解质成膜剂和钠盐混合得到基础电解液，再将基础电解液与反溶剂化惰性溶剂混合，即得。该方法简单，实用化强。
19、本发明还提供了一种高电压宽温阻燃电池电解液的应用，其应用于钠离子电池。具有该电解液的钠离子电池具有优异的电化学性能，能够在-20℃～60℃的温度范围内表现出较高的容量和循环稳定性。
20、作为一个优选的方案，所述钠离子电池由电池正负极壳和电芯组成，所述电芯包括正极、隔膜、电解液和负极。
21、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
22、(1)本发明所制备的电解液具有优异的阻燃、耐高电压和宽温域性，具有优良的电化学性能；
23、(2)本发明提供的电解液中引入了腈基溶剂，其含有的氰基能够清除电解液中水，并改善有机溶剂分子的电荷转移，减少氢氟酸的生成，避免了现有技术中含氟钠盐的六氟磷酸根阴离子与水和有机溶剂分子存在电荷转移而生成氢氟酸造成的强腐蚀性；
24、(3)本发明提供的电解液由于引入腈基溶剂和氟化溶剂，显著提升电池的高电压(4.5v)循环稳定性，且电解液中f/h分子数较高，具有优异的阻燃性，遇明火不燃烧，解决了现有技术中传统电解液存在易燃易爆的特点，电解液的储存与使用方面的安全问题；
25、(4)本发明提供的电解液具有宽液程特性的反溶剂化惰性溶剂与热稳定性优的腈类溶剂共混，使得使用本电解液的钠电池在-20℃～60℃的温度范围内，均表现出较高的容量和循环稳定性，解决了现有技术中传统电解液的稳定运作的温度范围较短，难以在严苛温度下加以应用等问题。
1.一种高电压宽温阻燃电池电解液，其特征在于：包括腈类溶剂、固态电解质成膜剂、反溶剂化惰性溶剂以及钠盐；所述反溶剂化惰性溶剂的含量为电解液总体积的10～60％。
2.根据权利要求1所述的一种高电压宽温阻燃电池电解液，其特征在于：所述腈类溶剂包括丁腈、乙腈、己二腈、戊腈、2-甲基戊二腈、乙二醇双丙腈醚、硫酰二丙腈、1,3,6-己烷三腈、3-(2,2,2-三氟乙氧基)丙腈、1,3,5-戊烷三腈、3-(三乙氧基硅)丙腈、乙氧基(五氟)环三磷腈中至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种高电压宽温阻燃电池电解液，其特征在于：所述固态电解质成膜剂包括氟化碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸酯、二硫化四甲基秋兰姆、十六烷基三甲基溴化铵、1,2-二溴苯中至少一种。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种高电压宽温阻燃电池电解液，其特征在于：所述腈类溶剂与固态电解质成膜剂的质量比为1～6:1。
5.根据权利要求1所述的一种高电压宽温阻燃电池电解液，其特征在于：所述反溶剂化惰性溶剂包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基乙基醚、1,1,1,3,3,3-六氟异丙基甲基醚、双(2,2,2-三氟乙基)醚和1,1,2,2,-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、1h,1h,5h-八氟酰胺-1,1,2,2-四氟醚、乙氧基(五氟)环三磷腈、2,2,2-三氟乙基三氟甲烷磺酸酯、2h,3h-十氟代戊烷、双氟代碳酸乙烯酯、三(三氟乙氧基)甲烷、双(2,2,2-三氟乙氧基)甲烷中至少一种。
6.根据权利要求1或5所述的一种高电压宽温阻燃电池电解液，其特征在于：所述钠盐包括高氯酸钠、双(氟磺酰)亚胺钠、双三氟甲基磺酰亚胺钠、二氟草酸硼酸钠、三氟甲基磺酸钠、四氟硼酸钠和六氟磷酸钠中至少一种。
7.根据权利要求6所述的一种高电压宽温阻燃电池电解液，其特征在于：所述钠盐在腈类溶剂与固态电解质成膜剂形成的混合液中的浓度为0.5～1.5mol/l。
8.权利要求1～7任何一项所述的一种高电压宽温阻燃电池电解液的制备方法，其特征在于：将腈类溶剂、固态电解质成膜剂和钠盐混合得到基础电解液，再将基础电解液与反溶剂化惰性溶剂混合，即得。
9.权利要求1～7任何一项所述的一种高电压宽温阻燃电池电解液的应用，其特征在于：应用于钠离子电池。
