【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鈉離子電池，具體涉及一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質及鈉離子電池。
技術介紹
1、鈉離子電池因其鈉儲量豐富、成本較低、安全性高且對環境友好，有望成為鋰離子電池的重要補充，在未來能源存儲和利用中發揮重要作用。由于na+的stokes半徑小于li+的stokes半徑鈉離子電解液普遍表現出比鋰離子電池更強的離子擴散能力，這使得鈉離子電池在低溫應用下更具有前景。然而在低溫環境下由于電解質的粘度升高，離子電導率降低，na+的遷移動力學變慢，鈉鹽析出、電解質凝固以及電解質與正負極的兼容性變差以及脫溶劑化能升高等問題，進而導致極化變大、電解質分解嚴重、枝晶生長，嚴重影響鈉離子電池在低溫下的電化學性能，造成容量衰減嚴重乃至失效。所以優化電解質對于鈉離子電池在低溫下的性能至關重要，羧酸酯具有低熔點特性，適合應用于低溫環境，在鈉離子電池電解液中引入羧酸酯有望提升鈉離子電池在低溫環境下的性能。
2、但羧酸酯與電池電極的兼容性較差，副反應較多，高比例的羧酸酯對電池電極界面的挑戰性很大，如何優化鈉離子電解液組分，提高電池界面穩定性，使其在低溫環境下也具有優異的電化學性能和穩定性是目前亟需解決的問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了克服現有技術存在的缺點和不足，而提供一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質及鈉離子電池。
2、本專利技術所采取的技術方案如下：本專利技術的第一個方面提供了一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，包括以下組分：有機溶劑、鈉鹽和添加
3、所述有機溶劑包括羧酸酯類有機溶劑，所述羧酸酯有機溶劑為含有-rcoor’-基團的羧酸酯，其中，r為cnh2n+1，r’為cnh2n+1；
4、所述羧酸酯有機溶劑占電解質的體積比為45-85％，
5、所述有機溶劑還包括碳酸酯和磷酸酯中的至少一種，
6、所述添加劑包括成膜添加劑、阻燃添加劑、過充保護添加劑中的一種或多種，所述的添加劑濃度為0.1％-5.0％。
7、優選的，所述添加劑還包括4,5-二氰基-2-(五氟乙基)咪唑酸鈉。
8、優選的，4,5-二氰基-2-(五氟乙基)咪唑酸鈉占電解質的質量比為1-2％。
9、優選的，所述的碳酸酯為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一種或多種；所述的磷酸酯為磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、2-氟-2-磷酰基乙酸三乙酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯中的一種或多種。
10、優選的，所述成膜添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸內酯和硫酸乙烯酯中的一種或多種；所述阻燃添加劑為甲基膦酸二甲酯、乙氧基(五氟)環三磷腈和全氟(2-甲基-3-戊酮)中的一種或多種；所述過充保護添加劑為聯苯、對苯二甲腈、對二甲基苯甲酸中的一種或多種。
11、優選的，所述鈉鹽為六氟磷酸鈉、三氟甲磺酸鈉、雙氟磺酰亞胺鈉、雙三氟甲磺酰亞胺鈉、高氯酸鈉、四氟硼酸鈉、二氟磷酸鈉、二氟草酸硼酸鈉、硝酸鈉中的一種或多種。
12、優選的，所述鈉鹽在電解質中的濃度為0.3-2.0mol/l。
13、本專利技術的第二個方面提供了一種鈉離子電池，包括正極材料、負極材料和隔膜，還包括如上所述的一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質。
14、優選的，所述正極為含鈉過渡金屬氧化物、普魯士藍類化合物、聚陰離子化合物中的一種。
15、優選的，所述負極為碳基材料、鈦基材料、合金材料和有機化合物中的一種或多種；所述隔膜為玻璃纖維隔膜、聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜中的一種或多種。
16、本專利技術的有益效果如下：本專利技術通過使用羧酸酯基混合溶劑，利用其優異的低熔點、相對較高的氧化穩定性、適宜的介電常數和低粘度，在低溫下實現高的離子電導率，同時，本專利技術進一步地對電解質組分進行改良，引入4,5-二氰基-2-(三氟甲基)咪唑酸鈉，并通過各其他有機溶劑、各添加劑的相互配合、協同作用，使其界面具有優異的穩定性，讓它在低溫環境也有好的電化學性能，可應用于-85-25℃的環境，具有良好的應用前景。
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1.一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，其特征在于包括以下組分：有機溶劑、鈉鹽和添加劑，
2.根據權利要求1所述的一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，其特征在于：所述添加劑還包括4,5-二氰基-2-(五氟乙基)咪唑酸鈉。
3.根據權利要求2所述的一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，其特征在于：4,5-二氰基-2-(五氟乙基)咪唑酸鈉占電解質的質量比為1-2％。
4.根據權利要求1所述的一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，其特征在于：所述的碳酸酯為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一種或多種；所述的磷酸酯為磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、2-氟-2-磷酰基乙酸三乙酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯中的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，其特征在于：所述成膜添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸內酯和硫酸乙烯酯中的一種或多種；所述阻燃添加劑為甲基膦酸二甲酯、乙氧基(五氟)環三磷腈和全氟(2-甲基-3-戊酮)中的一種或多種；所述過充
6.根據權利要求1所述的一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，其特征在于：所述鈉鹽為六氟磷酸鈉、三氟甲磺酸鈉、雙氟磺酰亞胺鈉、雙三氟甲磺酰亞胺鈉、高氯酸鈉、四氟硼酸鈉、二氟磷酸鈉、二氟草酸硼酸鈉、硝酸鈉中的一種或多種。
7.根據權利要求6所述的一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，其特征在于：所述鈉鹽在電解質中的濃度為0.3-2.0mol/L。
8.一種鈉離子電池，包括正極材料、負極材料和隔膜，其特征在于，還包括如權利要求1-7任一項所述的一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質。
9.根據權利要求8所述的一種鈉離子電池，其特征在于：所述正極為含鈉過渡金屬氧化物、普魯士藍類化合物、聚陰離子化合物中的一種。
10.根據權利要求8所述的一種鈉離子電池，其特征在于：所述負極為碳基材料、鈦基材料、合金材料和有機化合物中的一種或多種；所述隔膜為玻璃纖維隔膜、聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜中的一種或多種。
...【技術特征摘要】
1.一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，其特征在于包括以下組分：有機溶劑、鈉鹽和添加劑，
2.根據權利要求1所述的一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，其特征在于：所述添加劑還包括4,5-二氰基-2-(五氟乙基)咪唑酸鈉。
3.根據權利要求2所述的一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，其特征在于：4,5-二氰基-2-(五氟乙基)咪唑酸鈉占電解質的質量比為1-2％。
4.根據權利要求1所述的一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，其特征在于：所述的碳酸酯為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一種或多種；所述的磷酸酯為磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、2-氟-2-磷酰基乙酸三乙酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯中的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的一種基于羧酸酯基溶劑的低溫鈉離子電解質，其特征在于：所述成膜添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸內酯和硫酸乙烯酯中的一種或多種；所述阻燃添加劑為甲基膦酸二甲酯、乙氧基(五氟)環三磷腈和全氟(2-甲基...
【專利技術屬性】
技術研發人員：湯育欣，施燦盛，姜震銘，白正帥，鮑曉軍，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：
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