一种耐高压电解液及含有其的钠离子电池

专利2026-01-02  9


本发明涉及钠离子电池,尤其涉及一种耐高压电解液及含有其的钠离子电池。


背景技术:

1、钠离子电池(sib)具有低成本、高安全性以及与锂离子电池相似的能量存储原理等诸多优势。然而,其高能量密度的开发仍然面临巨大挑战。正极材料对电池的能量密度有着深远的影响,其中,层状过渡金属氧化物(naxtmo2,tm=过渡金属,x≤1)因其高容量、易合成、元素资源丰富成为极具前景的正极材料之一。为了得到更高的容量,提高截止电压是一种有效手段。然而,现有商业电池的电解液在高压下很难稳定,不能匹配高电压正极。因此,开发一种与高压阴极兼容,并且能实现稳定循环的先进电解质对于实现高能量密度的sib至关重要。

2、目前,碳酸酯类电解液是钠离子电池中应用较广泛的电解液体系。然而,这类电解液在高电压长期循环下容易发生分解,导致形成的阴极电解质界面(cei)不稳定。同时,高压条件下,正极结构的破坏也可能导致过渡金属的溶解,进而影响钠离子电池的循环稳定性。解决方法主要有增大盐浓度及使用高压添加剂。高浓电解液通过增加钠离子与溶剂分子的络合数目抑制电解液在高电压下的氧化分解,从而提高了电池的稳定性和安全性,但浓度的上升会导致电导率的下降,导致钠离子在电解液及界面传输时阻抗增加,循环性能和倍率性能变差。而高压添加剂和新型氟代溶剂致力于构建富含naf无机物的界面,然而含氟添加剂或溶剂成本、溶盐能力较差,容易产生破坏正极界面的腐蚀性hf副产物,导致过渡金属溶出,电池性能的快速衰退,循环性能不好。

3、因此,需要提出一种新型耐高压电解液以提高钠离子电池的循环性能。


技术实现思路

1、有鉴于此,本申请提供一种耐高压电解液及含有其的钠离子电池,用于解决如何提高钠离子电池在高电压下循环性能的问题。

2、为达到上述技术目的,本申请采用以下技术方案:

3、第一方面,本申请提供一种耐高压电解液,包括碳酸酯共溶剂、电解质钠盐、碳酸酯类电解液添加剂及耐高压共溶剂,耐高压共溶剂为磺酸酯共溶剂和/或砜类共溶剂。

4、优选的,磺酸酯共溶剂包括甲基磺酸乙酯、苯磺酸乙酯、对甲苯磺酸乙酯中的至少一种。

5、优选的,砜类共溶剂包括环丁砜、乙基甲基砜中的至少一种。

6、优选的,碳酸酯类电解液添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的至少一种。

7、优选的,碳酸酯共溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一种;电解质钠盐包括高氯酸钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠和双氟磺酰亚胺钠中的至少一种。

8、优选的,耐高压共溶剂与碳酸酯共溶剂的体积比为(25-80):(20-75)。

9、优选的,碳酸酯类电解液添加剂占耐高压共溶剂及碳酸酯共溶剂体积之和的1-5%。

10、优选的,耐高压电解液中电解质钠盐的浓度为0.8-2mol/l。

11、第二方面,本申请提供一种钠离子电池,其包括耐高压电解液、层状氧化物正极材料、负极材料及隔膜。

12、优选的,层状氧化物正极材料为na0.67mn0.8cu0.2o2。

13、第三方面,本申请提供一种钠离子电池在2-4.5v下的应用。

14、本申请的有益效果如下:

15、本申请的电解质以碳酸酯、磺酸酯和/或砜高介电常数溶剂作为电解液的主要成分,电解质钠盐、碳酸酯类电解液添加剂作为主要辅助成分,其具有粘度低、可燃性低、耐高压的特点,既满足了钠离子电池对电解液耐高压属性的需求,又能保证钠离子电池具备良好的循环稳定性;

16、本申请的钠离子电池采用层状氧化物作为正极材料,同时本申请的电解液中含有磺酸酯共溶剂和/或砜类共溶剂,可以在层状氧化物正极材料表面率先氧化分解形成一层坚固稳定、薄且均匀的cei膜,有利于进一步阻止碳酸酯共溶剂的氧化分解消耗,使电池内各组分间的界面阻抗降低,实现钠离子电池中高效电荷转移和离子传输;并且,具有致密结构的cei膜有利于抑制层状氧化物正极材料过渡金属离子的溶出,保护正极材料结构不受破坏,进而提高采用层状氧化物作为正极的钠离子电池的循环性能。



技术特征:

1.一种耐高压电解液,其特征在于,包括碳酸酯共溶剂、电解质钠盐、碳酸酯类电解液添加剂及耐高压共溶剂,所述耐高压共溶剂为磺酸酯共溶剂和/或砜类共溶剂。

2.根据权利要求1所述的耐高压电解液,其特征在于,所述磺酸酯共溶剂包括甲基磺酸乙酯、苯磺酸乙酯、对甲苯磺酸乙酯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的耐高压电解液,其特征在于,所述砜类共溶剂包括环丁砜、乙基甲基砜中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的耐高压电解液,其特征在于,所述碳酸酯类电解液添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的耐高压电解液,其特征在于,所述碳酸酯共溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一种;所述电解质钠盐包括高氯酸钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠和双氟磺酰亚胺钠中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的耐高压电解液,其特征在于,所述耐高压共溶剂与所述碳酸酯共溶剂的体积比为(25-80):(20-75)。

7.根据权利要求1所述的耐高压电解液,其特征在于,所述碳酸酯类电解液添加剂占所述耐高压共溶剂及所述碳酸酯共溶剂体积之和的1-5%。

8.根据权利要求1所述的耐高压电解液,其特征在于,所述耐高压电解液中电解质钠盐的浓度为0.8-2mol/l。

9.一种钠离子电池,其特征在于,其包括如权利要求1-8任一项所述的耐高压电解液、层状氧化物正极材料、负极材料及隔膜。

10.一种如权利要求9所述的钠离子电池在2-4.5v下的应用。


技术总结
本发明公开一种耐高压电解液及含有其的钠离子电池,包括碳酸酯共溶剂、电解质钠盐、碳酸酯类电解液添加剂及耐高压共溶剂,耐高压共溶剂为磺酸酯共溶剂和/或砜类共溶剂;本申请的电解质以碳酸酯、磺酸酯和/或砜高介电常数溶剂作为电解液的主要成分,电解质钠盐、碳酸酯类电解液添加剂作为主要辅助成分,其具有粘度低、可燃性低、耐高压的特点,既满足了钠离子电池对电解液耐高压属性的需求,又能保证钠离子电池具备良好的循环稳定性。

技术研发人员:尤雅,胡欣然
受保护的技术使用者:绍兴市上虞区武汉理工大学高等研究院
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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