一种钠离子电池用高稳定性醚类电解液及其制备方法与流程

本发明涉及钠离子电池领域，具体涉及一种钠离子电池用高稳定性醚类电极液及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球锂电市场规模的持续增长，钠电凭借资源储量丰富、相较于锂电低温性能、倍率性能、成本优势明显，逐步显现出市场上的应用潜力，目前钠离子电池规模产业链更加完善、循环寿命及能量密度方面的技术也得到进一步改善，有望在铅酸电池替换、两轮车、低速车及储能市场加大渗透比率，市场前景广阔。

2、目前，我国的钠离子电池产业正处于商品化初期，所使用的负极材料主要是低电位(约0.1v，vs.na+/na的储钠平台)、高比容量(300mah/g左右)的硬碳材料。由于较低的储钠平台，硬碳负极比较容易析钠，然而金属钠活性极高，极易与电解液发生副反应消耗钠离子电池中的活性钠和电解液，造成电池产气、阻抗增大以及电池容量得迅速衰减。

3、目前，在商用锂离子电池中应用广泛的以碳酸酯类作溶剂的有机电解液体系同样常被应用于钠离子电池的研究中，但研究表明一些本适用于锂电的电解液体系却不兼容于钠离子电池体系。酯类电解液在应用于钠离子电池时存在生产过厚、不均匀的sei膜，该膜易于循环过程中稳定性不足，会造成电解液消耗严重、电池阻抗增大、循环寿命缩短等不良影响，特别地，环状酯类通常粘度较大，线性酯类常与负极兼容性较差。

4、而钠离子电池中醚类电解液具有比酯类电解液更高的电解质盐溶解度，而高浓度的电解液质盐会降低电解液的副反应发生，还能产生更稳定的sei，提升电池的循环性能和可逆性提升。它具有更高的离子传导率，更利于载流子在电解液中的移动，提升电解液性能，并且具有更薄的固态电解质界面，这使得它拥有更高的首周库伦效率，从而实现能量的高效利用。

5、然而现有技术中的醚类电解液通常氧化稳定性较差，容易在高电压正极表面氧化分解，同时循环稳定性较差，使用寿命较短，并且在较高温度的环境下的稳定性不足。

6、因此，目前亟需一种耐氧化能力和循环能力强，并且耐高温的钠离子电池用醚类电极液。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种耐氧化能力和循环能力强，并且耐高温的钠离子电池用高稳定性醚类电解液及其制备方法。

2、技术方案：

3、一种钠离子电池用高稳定性醚类电解液，包含钠盐电解质、含氟阴离子表面活性剂、添加剂和醚类溶剂；

4、所述含氟阴离子表面活性剂具有如下式a所示结构：

5、

6、本发明中的含氟阴离子表面活性剂，其与正极间具有强亲和作用，可以代替溶剂分子优先发生吸附，从而起到耐氧化的作用，避免醚类溶剂发生氧化分解，使其可以在较高电压的条件下进行长期工作。

7、本发明中的含氟阴离子表面活性剂，具有优异的表面活性能力，可以改变、优化正极与电极液之间的双电层结构，拓宽电解液的电化学窗口，提供快速传输通道，进而可以有效提高电解液的电导率，提高电池容量。

8、进一步地，所述钠盐电解质选自naclo4、nano3、naf、na(fso2)2n或nacf3so3中的一种。

9、进一步地，所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙醚、三(三甲基硅烷)磷酸酯或双(2,2,2-三氟乙基)醚中的至少一种。

10、本发明中的添加剂可以进一步提高醚类溶剂的耐氧化能力，并且可以增强各组分之间的相容性，提高电解液的稳定性和整体性能。

11、进一步地，所述醚类溶剂选自二乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚中的一种。

12、进一步地，所述含氟阴离子表面活性剂通过以下步骤制备：

13、(1)在反应器中，加入1,3-苯二甲胺、全氟己基环氧丙烷和无水乙醇，加热至60-70℃回流反应6-8小时后，冷却结晶，抽滤、干燥后制得含氟表面活性剂；

14、(2)在反应器中，加入无水四氢呋喃、含氟表面活性剂和1,3-丙烷磺内酯，加热至60-70℃，回流反应36-48小时，静置除去上清液；

15、(3)向步骤(2)的反应器中加入氢氧化钠的乙醇溶液，加热至50-60℃，反应30-50分钟，趁热过滤，冷却结晶、抽滤、干燥后，制得所述含氟阴离子表面活性剂。

16、本发明中的含氟阴离子表面活性剂，通过其高稳定性和高空间位阻的全氟己基以及苯环结构，不但可以显著提高电池的循环能力，降低其容量衰减，并且可以提高电池的耐高温能力，在较高温度的环境仍具有优异的循环能力，进而提高电池的使用范围和稳定性。

17、进一步地，所述步骤(1)中1,3-苯二甲胺与全氟己基环氧丙烷的摩尔比为1：2.2-2.5。

18、进一步地，所述步骤(2)中含氟表面活性剂与1,3-丙烷磺内酯的质量比为9：2-3。

19、进一步地，所述步骤(3)中氢氧化钠的加入量为步骤(2)各组分总质量的1-3％。

20、进一步地，按总质量分数为100％计，所述各组分的质量百分含量为：

21、钠盐电解质 10-15％

22、含氟阴离子表面活性剂 3-5％

23、添加剂 5-10％

24、余量为醚类溶剂。

25、上述任意一项钠离子电池用高稳定性醚类电解液的制备方法，包括以下步骤：在反应器中，加入含氟阴离子表面活性剂、添加剂和醚类溶剂，搅拌均匀后加入钠盐电解质，搅拌混合溶解后制得所述钠离子电池用高稳定性醚类电解液。

26、有益效果：

27、(1)本发明提供的钠离子电池用高稳定性醚类电解液，通过添加含氟阴离子表面活性剂并对钠盐电解质、添加剂和醚类溶剂进行合理配备，可以显著提高电解液的耐氧化能力，进而可以进一步提高电池的容量，并且可以显著增强电解液的循环稳定性和耐高温能力，使其可以长久稳定的应用在钠离子电池领域中。

28、(2)本发明提供的钠离子电池用高稳定性醚类电解液中的含氟阴离子表面活性剂，其与正极间具有强亲和作用，可以代替溶剂分子优先发生吸附，从而起到耐氧化的作用，避免醚类溶剂发生氧化分解，使其可以在较高电压的条件下进行长期工作。

29、(3)本发明提供的钠离子电池用高稳定性醚类电解液中的含氟阴离子表面活性剂，具有优异的表面活性能力，可以改变、优化正极与电极液之间的双电层结构，拓宽电解液的电化学窗口，提供快速传输通道，进而可以有效提高电解液的电导率，提高电池容量。

30、(4)本发明提供的钠离子电池用高稳定性醚类电解液中的含氟阴离子表面活性剂，通过其高稳定性和高空间位阻的全氟己基以及苯环结构，不但可以显著提高电池的循环能力，降低其容量衰减，并且可以提高电池的耐高温能力，在较高温度的环境仍具有优异的循环能力，进而提高电池的使用范围和稳定性。

31、(5)本发明提供的钠离子电池用高稳定性醚类电解液中，添加剂可以进一步提高醚类溶剂的耐氧化能力，并且可以增强各组分之间的相容性，提高电解液的稳定性和整体性能。

技术特征：

1.一种钠离子电池用高稳定性醚类电解液，其特征在于，包含钠盐电解质、含氟阴离子表面活性剂、添加剂和醚类溶剂；

2.根据权利要求1所述的钠离子电池用高稳定性醚类电解液，其特征在于，所述钠盐电解质选自naclo4、nano3、naf、na(fso2)2n或nacf3so3中的一种。

3.根据权利要求1所述的钠离子电池用高稳定性醚类电解液，其特征在于，所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙醚、三(三甲基硅烷)磷酸酯或双(2,2,2-三氟乙基)醚中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的钠离子电池用高稳定性醚类电解液，其特征在于，所述醚类溶剂选自二乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚中的一种。

5.根据权利要求1所述的钠离子电池用高稳定性醚类电解液，其特征在于，所述含氟阴离子表面活性剂通过以下步骤制备：

6.根据权利要求5所述的钠离子电池用高稳定性醚类电解液，其特征在于，所述步骤（1）中1,3-苯二甲胺与全氟己基环氧丙烷的摩尔比为1：2.2-2.5。

7.根据权利要求5所述的钠离子电池用高稳定性醚类电解液，其特征在于，所述步骤（2）中含氟表面活性剂与1,3-丙烷磺内酯的质量比为9：2-3。

8.根据权利要求5所述的钠离子电池用高稳定性醚类电解液，其特征在于，所述步骤（3）中氢氧化钠的加入量为步骤（2）各组分总质量的1-3%。

9.根据权利要求1所述的钠离子电池用高稳定性醚类电解液，其特征在于，按总质量分数为100%计，所述各组分的质量百分含量为：

10.权利要求1-9任意一项所述钠离子电池用高稳定性醚类电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在反应器中，加入含氟阴离子表面活性剂、添加剂和醚类溶剂，搅拌均匀后加入钠盐电解质，搅拌混合溶解后制得所述钠离子电池用高稳定性醚类电解液。

技术总结
本发明公开了一种钠离子电池用高稳定性醚类电解液及其制备方法，所述电极液包含钠盐电解质、含氟阴离子表面活性剂、添加剂和醚类溶剂；所述含氟阴离子表面活性剂具有如下式A所示结构。本发明提供的钠离子电池用高稳定性醚类电解液，通过添加含氟阴离子表面活性剂并对钠盐电解质、添加剂和醚类溶剂进行合理配备，可以显著提高电解液的耐氧化能力，进而可以进一步提高电池的容量，并且可以显著增强电解液的循环稳定性和耐高温能力，使其可以长久稳定的应用在钠离子电池领域中。

技术研发人员：罗光洲
受保护的技术使用者：珠海市裕洲环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12