延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液及制备方法和钠离子电池

本申请属于钠离子电池，尤其涉及延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液及制备方法和钠离子电池。

背景技术：

1、在航空航天、深海探测和极地科研等技术领域需要超低温环境(-40℃)下具有高性能的低温二次电池；与锂离子电池相比，由于钠金属资源丰富，且钠电池超高的理论容量(1165mah g-1)、较高的标准电位(-2.71v)以及钠离子的斯托克斯半径小于锂离子，增强的离子扩散能力等优点都使得钠电池相比锂离子电池更有望应用于超低温环境。

2、超低温环境下，作为液体的钠电池电解液在超低温环境下容易结冰而导致离子电导率呈指数级下降，同时在超低温环境下电解液的黏度和阻抗也将急剧增大，导致离子移动缓慢，最终使得电池性能急剧恶化甚至报废；同时电解液在钠离子电池中承担在正负极中传递钠离子的作用，并且在钠离子电池充放电过程中，电解液会和负极反应形成一层覆盖在负极的界面膜，该界面膜在电池循环过程中可以起到阻止电解液和电极持续反应消耗电解质以及抑制钠枝晶的形成、传输离子等重要作用；然而目前缺少耐超低温的电解液，普通电解液中钠离子在超低温环境下容易出现动力学过程受阻和在界面层出现不均匀沉积导致其性能不高，限制了钠离子电池应用领域的拓展。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供了延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液及制备方法和钠离子电池，用于解决现有技术中缺少耐超低温的钠离子电池电解液的技术问题。

2、本申请第一方面提供了一种延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液，包括钠盐、溶剂以及添加剂；

3、所述添加剂选自二氟草酸硼酸钠、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯；

4、所述溶剂选自2-氯乙酰乙酸乙酯和碳酸酯类化合物的混合溶剂。

5、优选的，所述钠离子电池耐超低温电解液中，添加剂的体积百分数为1％～1.5％。

6、优选的，所述混合溶剂中，2-氯乙酰乙酸乙酯的体积百分数为10％～30％。

7、优选的，所述钠离子电池耐超低温电解液中，钠盐的浓度为0.7mol/l～0.9mol/l。

8、优选的，所述钠离子电池耐超低温电解液中，碳酸酯类化合物选自碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的至少两种。

9、优选的，所述钠离子电池耐超低温电解液中，钠盐选自六氟磷酸钠、高氯酸钠、双(氟磺酰)亚胺钠中的至少一种。

10、优选的，所述钠盐选自双(氟磺酰)亚胺钠和六氟磷酸钠；

11、所述双(氟磺酰)亚胺钠和六氟磷酸钠的摩尔比为1：2～5：2。

12、优选的，所述钠离子电池耐超低温电解液中，钠盐为摩尔比为5:2的双(氟磺酰)亚胺钠(nafsi)和六氟磷酸钠；

13、添加剂为体积百分数为1％的氟代碳酸乙烯酯；

14、钠盐的浓度为0.7mol/l；

15、溶剂为体积比为2:4:4的2-氯乙酰乙酸乙酯、碳酸乙烯酯以及碳酸二乙酯。

16、本申请第二方面提供了延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液的制备方法，制备方法包括步骤：在手套箱中将钠盐、耐超低温添加剂加入到溶剂中，搅拌均匀得到钠离子电池耐超低温电解液。

17、本申请第三方面提供了一种钠离子电池，包括正极、负极、隔膜以及上述耐超低温电解液。

18、优选的，所述正极选自普鲁士蓝化合物或普鲁士白化合物；

19、所述负极选自钠金属负极；

20、所述隔膜选自聚丙烯膜pp、聚乙烯膜pe、pp/pe复合膜中的任意一种。

21、综上所述，本申请提供了延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液及制备方法和钠离子电池，本申请提供的延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液包括钠盐、2-氯乙酰乙酸乙酯等溶剂以及氟代碳酸乙烯酯等添加剂；电解液中的2-氯乙酰乙酸乙酯等溶剂可以保证电解液在低温-40℃下不结冰，改善了电解液在超低温下的离子电导率、黏度以及阻抗等性能，而电解液中氟代碳酸乙烯酯等添加剂含有新型有机溶剂中含有卤族元素、酰基以及羰基极性基团可以有效地促进钠盐的溶解并传导离子，大大的提高了电解液中钠离子的离子传导能力，同时电解液参与和钠负极反应生成了卤钠化物，可以降低界面层的钠离子扩散能垒，同时具有较高的机械强度，从而能够促进钠离子的均匀沉积和抑制钠枝晶的形成，提高钠离子在界面层的离子传导性能，因此，本申请提供的电解液中通过引入2-氯乙酰乙酸乙酯等溶剂和氟代碳酸乙烯酯等添加剂，解决了现有技术中缺少耐超低温的钠离子电池电解液的技术问题。

技术特征：

1.一种延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液，其特征在于，包括钠盐、溶剂以及添加剂；

2.根据权利要求1所述的一种延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液，其特征在于，所述钠离子电池耐超低温电解液中，添加剂的体积百分数为1％～1.5％。

3.根据权利要求1所述的一种延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液，其特征在于，所述混合溶剂中，2-氯乙酰乙酸乙酯的体积百分数为10％～30％。

4.根据权利要求1所述的一种延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液，其特征在于，所述钠离子电池耐超低温电解液中，钠盐的浓度为0.7mol/l～0.9mol/l。

5.根据权利要求1所述的一种延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液，其特征在于，所述钠离子电池耐超低温电解液中，碳酸酯类化合物选自碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的至少两种。

6.根据权利要求1所述的一种延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液，其特征在于，所述钠离子电池耐超低温电解液中，钠盐选自六氟磷酸钠、高氯酸钠、双(氟磺酰)亚胺钠中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液，其特征在于，所述钠离子电池耐超低温电解液中，钠盐为摩尔比为5:2的双(氟磺酰)亚胺钠(nafsi)和六氟磷酸钠；

8.权利要求1-7任一项所述的一种延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液的制备方法，其特征在于，包括步骤：在手套箱中将钠盐、耐超低温添加剂加入到溶剂中，搅拌均匀得到钠离子电池耐超低温电解液。

9.一种钠离子电池，其特征在于，包括正极、负极、隔膜以及权利要求1-7任一项所述的一种延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液。

10.根据权利要求9所述的一种钠离子电池，其特征在于，所述正极选自普鲁士蓝化合物或普鲁士白化合物；

技术总结
本申请属于钠离子电池技术领域，尤其涉及延长钠离子电池循环性能的耐超低温电解液及制备方法和钠离子电池；本申请提供的钠离子电池耐超低温电解液通过引入氟代碳酸乙烯酯等新型添加剂和2‑氯乙酰乙酸乙酯等新型溶剂，改善了电解液的耐超低温性能，使得电解液在超低温‑40℃下具有超过1400h的循环寿命，从而解决现有技术中缺少耐超低温的钠离子电池电解液的技术问题。

技术研发人员：芮先宏,邱红
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15