一种磺酸钠盐电解质及其制备方法和钠离子电池与流程

本发明涉及二次电池，尤其涉及一种磺酸钠盐电解质及其制备方法和钠离子电池。

背景技术：

1、随着全球对于可持续能源解决方案的需求日益增长，二次电池技术，尤其是钠离子电池，在消费电子、新能源汽车、光伏储能等多个领域中的应用变得越来越重要。钠离子电池相比于锂离子电池的锂资源的巨大消耗和价格上涨，钠离子电池的钠原材料出产丰富，价格低，具有与锂离子电池一样有益的性能，考虑到新型可充电电池系统是现代便携式消费电子产品和电动汽车能量存储的主要选择之一，所以钠离子电池是二次电池中最好的选择，预计比锂离子电池具有更低的成本，钠离子电池正在成为一个有前景的替代品。

2、特别是具有高安全性和环境友好性的水溶性钠离子电池是下一代可充电电池的有吸引力候选者。然而，它们也存在一些需要解决的缺点。首先，低盐浓度水溶液中水溶性电解质的化学稳定窗相当狭窄(约1.23v)，这限制了水系钠离子的输出电压和高能量密度电极材料的选择。因此，水系钠离子的总能量密度远低于传统非水系列锂离子电池。此外，活性物质溶解、阳极钝化以及溶剂分解等副反应也会降低水系钠离子电池的可逆性和稳定性。

3、目前，人们在开发高浓度电解质方面投入了大量努力，即“盐包水”电解质，以抑制水的电化学分解特别是氢析出反应。但是，高盐含量增加了粘度，降低了离子导电性能，极大的限制了水性电池的倍率性能。

4、鉴于目前存在的上述缺陷，确有必要提供一种在低浓度水性电解液中使用的新型电解质盐的技术方案解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供一种磺酸钠盐电解质，扩展了水性电解液中电解质的化学稳定窗，提高了离子导电性能，还可以构建具有优异存储性能、高能量密度和优越循环寿命存性的水系钠离子电池。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种磺酸钠盐电解质，所述磺酸钠盐电解质的结构式为：

4、

5、优选的，所述磺酸钠盐电解质在20℃下的离子导电率大于或等于67ms/cm。

6、此外，本发明还提供一种磺酸钠盐电解质的制备方法，包括以下步骤：

7、(1)将2,3,5,6-四氟对苯二酚加入n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，配置成溶液a；

8、(2)将1,2-二溴乙烷和k2co3的混合物，加入n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，配置成溶液b；

9、(3)将溶液a加入溶液b中，在室温下搅拌2-4h，再在70-75℃下加热2-4h,得到混合溶液；

10、(4)先用乙酸乙酯稀释所述混合溶液,对所述混合溶液使用去离子水进行水洗，并用无水na2so3干燥处理，在减压下浓缩得到中间反应物；

11、(5)在氮气气氛下将中间反应物和na2so3加入水和n,n-二甲基甲酰胺按体积比1-2:1-2配置的溶液c中，在100-105℃搅拌24-28h，自然冷却至室温后，过滤，在滤液中加入丙酮，干燥沉淀液10-12h，得到粗固体；

12、(6)将粗固体溶解于沸水和乙醇按体积比0.5-1.5：8.5-9.5配置的溶液d中，冷却至室温后过滤、真空干燥，得到2,3,5,6-四氟-4-羟基苯磺酸钠。

13、优选的，在步骤(1)中，所述2,3,5,6-四氟对苯二酚的物质的量为a，所述n,n-二甲基甲酰胺溶剂的体积为b，其中，a和b需满足关系式：2.11≤a/b≤2.13。

14、优选的，在步骤(2)中，所述1,2-二溴乙烷的物质的量为c，所述k2co3的物质的量为d，所述n,n-二甲基甲酰胺溶剂的体积为e，其中，a、b、c、d和e需满足关系式：3.5≤c/a≤4.5，2.5≤d/a≤3.5，3.5≤e/b≤4.5。

15、优选的，在步骤(4)中，所述乙酸乙酯体积为f，所述去离子水的体积为g，其中，b、f和g需满足关系式：7.5≤f/b≤8.5且g＝f。

16、优选的，在步骤(4)中，所述水洗的次数大于三次。

17、优选的，在步骤(5)中，所述中间反应物的物质的量为h，所述na2so3的物质的量为i，所述溶液c的体积为j，其中，h、i和j需满足关系式：0.109≤h/j≤0.112，0.235≤i/j≤0.242。

18、优选的，在步骤(5)中，所述丙酮的体积为k，其中，j和k需满足关系式：k＞10j。

19、优选的，在步骤(6)中，所述溶液d的体积为l，l和j需满足关系式：l＝j。

20、本发明还提供一种钠离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电池壳以及上述的磺酸钠盐电解质。

21、本发明的有益效果在于：本发明使用2,3,5,6-四氟-4-羟基苯磺酸钠作为低浓度盐溶液的电解质，扩展了水性电解质的化学稳定窗口，在水溶液中表现出了更高离子导电率，不仅可以构建具有优异稳定性、存储性能的高能量密度水系钠离子电池，还可以大幅提升水系钠离子电池的循环寿命。

技术特征：

1.一种磺酸钠盐电解质，其特征在于，所述磺酸钠盐电解质的结构式为：

2.根据权利要求1所述的磺酸钠盐电解质，其特征在于，所述磺酸钠盐电解质在20℃下的离子导电率大于或等于67ms/cm。

3.一种磺酸钠盐电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的磺酸钠盐电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述2,3,5,6-四氟对苯二酚的物质的量为a，所述n,n-二甲基甲酰胺溶剂的体积为b，其中，a和b需满足关系式：2.11≤a/b≤2.13。

5.根据权利要求4所述的磺酸钠盐电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述1,2-二溴乙烷的物质的量为c，所述k2co3的物质的量为d，所述n,n-二甲基甲酰胺溶剂的体积为e，其中，a、b、c、d和e需满足关系式：3.5≤c/a≤4.5，2.5≤d/a≤3.5，3.5≤e/b≤4.5。

6.根据权利要求4所述的磺酸钠盐电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述乙酸乙酯体积为f，所述去离子水的体积为g，其中，b、f和g需满足关系式：7.5≤f/b≤8.5且g＝f。

7.根据权利要求4所述的磺酸钠盐电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述中间反应物的物质的量为h，所述na2so3的物质的量为i，所述溶液c的体积为j，其中，h、i和j需满足关系式：0.109≤h/j≤0.112，0.235≤i/j≤0.242。

8.根据权利要求7所述的磺酸钠盐电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述丙酮的体积为k，其中，j和k需满足关系式：k＞10j。

9.根据权利要求7所述的磺酸钠盐电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述溶液d的体积为l，l和j需满足关系式：l＝j。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜、电池壳以及权利要求1～9任一项所述的磺酸钠盐电解质。

技术总结
本发明涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种磺酸钠盐电解质及其制备方法，该磺酸钠盐电解质的结构式为：本发明制备的2,3,5,6‑四氟‑4‑羟基苯磺酸钠作为低浓度盐溶液的电解质，扩展了水性电解质的化学稳定窗口，在水溶液中表现出了更高离子导电率，不仅可以构建具有优异稳定性、存储性能的高能量密度水系钠离子电池，还可以大幅提升水系钠离子电池的循环寿命。

技术研发人员：褚子豪,李华伟,裴新来,吕新坡,丁春祥
受保护的技术使用者：盛虹动能科技（江苏）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22