【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鈉離子電池，具體涉及一種寬溫域的鈉離子電池電解液和鈉離子電池及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、鈉離子電池(sibs)由于其豐富的原材料資源，近來(lái)受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的濃厚關(guān)注。目前，鈉離子電池在室溫條件下工作狀態(tài)較穩(wěn)定，具有較好的電化學(xué)性能，但鈉離子電池仍然面臨著低溫下的電荷轉(zhuǎn)移受限和高溫下副反應(yīng)嚴(yán)重而導(dǎo)致電化學(xué)性能較差的挑戰(zhàn)，即實(shí)現(xiàn)全氣候性能(提高sibs在寬溫域內(nèi)的電化學(xué)穩(wěn)定性)對(duì)sibs來(lái)說(shuō)仍然非常具有挑戰(zhàn)性。由于電荷轉(zhuǎn)移性能和副反應(yīng)等問(wèn)題與電解液、電解質(zhì)密切相關(guān)，因此電解液的合理設(shè)計(jì)對(duì)于擴(kuò)大鈉離子電池的電化學(xué)穩(wěn)定性和工作溫度窗口是至關(guān)重要和有吸引力的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于現(xiàn)有的鈉離子電池電解液工作窗口溫度較窄、電化學(xué)穩(wěn)定性較差的不足之處，而提供了一種寬溫域的鈉離子電池電解液和鈉離子電池及其制備方法，擴(kuò)大了電解液的電化學(xué)穩(wěn)定性和工作溫度窗口，從而提高了sibs在寬溫域條件下的電化學(xué)性能。
2、本專利技術(shù)的專利技術(shù)人經(jīng)過(guò)廣泛而深刻的研究發(fā)現(xiàn)，由于鈉離子半徑較大和電荷輸運(yùn)動(dòng)力學(xué)的限制，sibs電極具有較高的氧化還原能、較高的電池內(nèi)阻，更容易發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致電化學(xué)穩(wěn)定性差，而鈉離子在電解質(zhì)中的遷移速率往往與電解液密切相關(guān)。然而，目前常用的醚基電解液的工作溫度窗口較窄，無(wú)法有效改善低溫和高溫條件下鈉離子電池的電化學(xué)性能。基于此，本專利技術(shù)的專利技術(shù)人創(chuàng)造性地提出將具有特定結(jié)構(gòu)的苯并冠醚類化合物引入鈉離子電池電解液中，由于在苯并冠醚中引入額外的
3、第一方面，本專利技術(shù)提供了一種寬溫域的鈉離子電池電解液，所述寬溫域的鈉離子電池電解液包括鈉鹽、有機(jī)溶劑、第一添加劑和第二添加劑；所述第一添加劑為具有式(1)和/或式(2)所示的苯并冠醚類化合物；所述第二添加劑為成膜劑；
4、
5、式(1)和式(2)中，n1和n2各自獨(dú)立地為1或2，m1和m2各自獨(dú)立地為1或2，n1+m1為2～4，n2+m2為2～4，r1`、r2`、r3`和r4`各自獨(dú)立地為-、-nh-co-、-ch2-、-(ch2)2-、-(ch2)3-、-ch(ch3)ch2-、-ch2ch(ch3)-中的一種，r1、r2、r3和r4各自獨(dú)立地為氫原子、氨基、羧基、羥基、氰基、c1～c4的烷基、c1～c4的鹵代烷基中的一種。
6、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述苯并冠醚類化合物具有如式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(2-a)、式(2-b)、式(2-c)所示結(jié)構(gòu)中的任意一種：
7、
8、
9、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述第一添加劑選自以下化合物1-1～1-13、化合物2-1～2-16中的至少一種：
10、
11、
12、
13、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述第一添加劑與第二添加劑的質(zhì)量比為(0.05～6):1。
14、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述鈉離子電池電解液中，所述第一添加劑的含量為0.1～3wt％。
15、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述鈉離子電池電解液中，所述第二添加劑的含量為0.5～7wt％。
16、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述第二添加劑選自氟代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、1,3-丙烷磺內(nèi)酯、1,3-丙烯磺酸內(nèi)酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、丁二酸二甲酯、氟苯中的至少一種。
17、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述鈉離子電池電解液中，所述鈉鹽的含量為10～20wt％。
18、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述鈉鹽選自六氟磷酸鈉、高氯酸鈉、雙氟磺酰亞胺鈉、三氟甲磺酸鈉、二氟氧磷酸鈉中的至少一種。
19、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述鈉離子電池電解液中，所述有機(jī)溶劑的含量為50～90wt％。
20、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述有機(jī)溶劑包括第一有機(jī)溶劑和第二有機(jī)溶劑，其中，所述第一有機(jī)溶劑為縮二乙二醇二甲醚，所述第二有機(jī)溶劑選自1,2-乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、三乙二醇單甲醚、四乙二醇二甲醚、四氫呋喃、1,3-二氧戊烷中的至少一種。
21、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述第一有機(jī)溶劑與第二有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(1～8):1。
22、第二方面，本專利技術(shù)提供了上述寬溫域的鈉離子電池電解液的制備方法，該制備方法包括：將鈉鹽、有機(jī)溶劑、第一添加劑和第二添加劑混合后得到所述寬溫域的鈉離子電池電解液。
23、第三方面，本專利技術(shù)還提供了一種鈉離子電池，所述鈉離子電池包括上述寬溫域的鈉離子電池電解液。
24、本專利技術(shù)的關(guān)鍵在于將具有特定結(jié)構(gòu)的苯并冠醚類化合物作為添加劑引入到鈉離子電池電解液中，促進(jìn)陰離子參與溶劑化結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)鈉離子遷移速率，抑制副反應(yīng)，以及促進(jìn)形成sei薄膜，擴(kuò)大了電解液的工作溫度窗口(-30～45℃)，使得鈉離子電池(sibs)在工作溫度窗口內(nèi)具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，循環(huán)性能好，從而提高了sibs在全氣候條件下的電化學(xué)性能。所述苯并冠醚類化合物引入了額外的亞甲基結(jié)構(gòu)，一是降低了苯環(huán)對(duì)鄰近供電氧原子的吸電子效應(yīng)，增強(qiáng)與鈉離子的配位性能，二是增大冠醚環(huán)腔以及強(qiáng)化分子剛性，冠醚環(huán)腔增大有利于陰離子滲透參與溶劑化結(jié)構(gòu)的形成：接觸離子對(duì)(cip)和離子聚集體(aggs)，接觸離子(cip)對(duì)的形成降低了電解液的凝固點(diǎn)，促進(jìn)低溫下鈉離子在電解質(zhì)中的遷移速率，改善sibs低溫下電荷轉(zhuǎn)移受限的問(wèn)題，有效提升sibs的電化學(xué)性能，三是在陽(yáng)離子周圍形成相對(duì)致密的溶劑化鞘，有助于陽(yáng)極形成富含無(wú)機(jī)的sei薄膜以減少副反應(yīng)的發(fā)生，提高sibs的循環(huán)性能；同時(shí)，由于苯并冠醚類化合物體積較大、親鈉性好、分子剛性增強(qiáng)，相鄰分子之間有較大的間隙，能夠促進(jìn)陰離子與溶劑化陽(yáng)離子的結(jié)合，有助于提升sibs的電化學(xué)性能。綜上所述，本專利技術(shù)提供的鈉離子電池電解液能夠顯著改善寬溫域范圍內(nèi)鈉離子在充放電過(guò)程中的遷移速率，降低溫度對(duì)sibs電荷轉(zhuǎn)移的限制，從而擴(kuò)大了電解液的電化學(xué)穩(wěn)定性和工作溫度窗口，提高sibs在全氣候條件下的電化學(xué)性能。
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1.一種寬溫域的鈉離子電池電解液，其特征在于，所述寬溫域的鈉離子電池電解液包括鈉鹽、有機(jī)溶劑、第一添加劑和第二添加劑；所述第一添加劑為具有式(1)和/或式(2)所示的苯并冠醚類化合物；所述第二添加劑為成膜劑；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫域的鈉離子電池電解液，其特征在于，所述苯并冠醚類化合物具有如式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(2-a)、式(2-b)、式(2-c)所示結(jié)構(gòu)中的任意一種：
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬溫域的鈉離子電池電解液，其特征在于，所述第一添加劑選自以下化合物1-1～1-13、化合物2-1～2-16中的至少一種：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫域的鈉離子電池電解液，其特征在于，所述第一添加劑與第二添加劑的質(zhì)量比為(0.05～6):1；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫域的鈉離子電池電解液，其特征在于，在所述鈉離子電池電解液中，所述第二添加劑的含量為0.5～7wt％；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫域的鈉離子電池電解液，其特征在于，在所述鈉離子電池電解液中，所述鈉鹽的含量為10～20wt％；>
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫域的鈉離子電池電解液，其特征在于，在所述鈉離子電池電解液中，所述有機(jī)溶劑的含量為50～90wt％；
8.權(quán)利要求1～7中任意一項(xiàng)所述的寬溫域的鈉離子電池電解液的制備方法，其特征在于，該制備方法包括：將鈉鹽、有機(jī)溶劑、第一添加劑和第二添加劑混合后得到所述寬溫域的鈉離子電池電解液。
9.一種鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子電池包括權(quán)利要求1～7中任意一項(xiàng)所述的寬溫域的鈉離子電池電解液。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子電池還包括正極極片、負(fù)極極片和隔膜；優(yōu)選地，所述負(fù)極極片中的負(fù)極活性材料包括硬碳材料。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種寬溫域的鈉離子電池電解液，其特征在于，所述寬溫域的鈉離子電池電解液包括鈉鹽、有機(jī)溶劑、第一添加劑和第二添加劑；所述第一添加劑為具有式(1)和/或式(2)所示的苯并冠醚類化合物；所述第二添加劑為成膜劑；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫域的鈉離子電池電解液，其特征在于，所述苯并冠醚類化合物具有如式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(2-a)、式(2-b)、式(2-c)所示結(jié)構(gòu)中的任意一種：
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬溫域的鈉離子電池電解液，其特征在于，所述第一添加劑選自以下化合物1-1～1-13、化合物2-1～2-16中的至少一種：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫域的鈉離子電池電解液，其特征在于，所述第一添加劑與第二添加劑的質(zhì)量比為(0.05～6):1；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫域的鈉離子電池電解液，其特征在于，在所述鈉離子電...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭丹花，高云，鐘志良，安富強(qiáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：福建龍凈儲(chǔ)能電池有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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