CN115207471B - 一种钠离子电池电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钠离子电池技术领域，尤其涉及一种钠离子电池电解液。其包括：钠盐、有机溶剂和添加剂；所述有机溶剂包括：环状碳酸酯、链状碳酸酯和链状醚；所述添加剂为乙酰丙酮化钠、单宁酸钠、邻苯二酚、邻苯三酚中的至少一种；所述添加剂与所述有机溶剂的重量比为1:35～170。本发明的钠离子电池电解液中，添加剂与钠离子电池正极析出的V离子有效发生络合，阻止了V在电池负极的沉积，能够有效保护电池负极，防止电池内部出现微短路现象，从而提高钠离子电池的循环次数，延长钠离子电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及钠离子电池技术领域，尤其涉及一种钠离子电池电解液。
背景技术
在21世纪，锂电池被广泛应用于手机、电脑、穿戴设备、电动汽车、二轮自行车、电动工具、路灯等众多领域。近年，锂资源的消耗呈现出使用量大并且消耗速度快的特点，而锂的生产量却无法满足消耗量增长的现象，这是因为：一是锂资源是有限的，主要以锂辉石矿石和盐湖锂状态存在；二是冬季盐湖锂无法提取。
对比之下，钠来源广泛、储量丰富、钠的储量是锂的420倍，价格远低于锂。近年来，钠离子电池以比锂离子电池价格低30-50％的成本优势而受到广泛关注，特别是在储能领域、混合动力领域、替代铅酸电池领域，钠离子电池具有诱人的应用前景。
近年来，研发人员对于钠离子电池的正极材料Na3V2(PO4)2F3、Na3V2(PO4)2O2F和NaVPO4F等氟磷酸盐进行了深入的研究。相比于其它化合物，Na3V2(PO4)2F3具有较高的工作电压(约3.8V)和克容量(128mA〃h/g)，得到了广泛的研究。
但研究发现，Na3V2(PO4)2F3材料中的钒(V)在高电位下容易从正极溶解析出，并在负极获得电子沉积。随着电池循环的进行，金属V不断地沉积长大，有可能刺穿隔膜导致正负极微短路，使钠离子电池产生自放电。如果上述情况在大模组中发生，一颗钠离子电池微短路，将会导致整个模组充放电功能不正常乃至报废，造成较大的损失。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种钠离子电池电解液，包括：钠盐、有机溶剂和添加剂；
所述有机溶剂包括：环状碳酸酯、链状碳酸酯和链状醚；
所述添加剂为乙酰丙酮化钠、单宁酸钠、邻苯二酚、邻苯三酚中的至少一种；
所述添加剂与所述有机溶剂的重量比为1:35～170。
本发明通过在钠离子电池电解液中添加乙酰丙酮化钠、单宁酸钠、邻苯二酚、邻苯三酚添加剂，能够有效络合钠离子电池正极析出的V离子，阻止V离子在负极得电子形成V沉积，从而防止钠离子电池的微短路发生。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述钠盐、有机溶剂和添加剂的重量比为5～40：35～165：1。
在含有上述配比组分的钠离子电池电解液中，添加剂络合V离子的效果更佳。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述有机溶剂中，环状碳酸酯、链状碳酸酯和链状醚的重量比为1.5～3：3.5～6:1。
选择上述配比的有机溶剂能够进一步提升添加剂络合V离子的效果。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一种。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯中的至少一种。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述链状醚为乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚中的至少一种。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述钠盐为六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠中的至少一种。
在具体实施过程中，环状碳酸酯、链状碳酸酯、链状醚和钠盐包括但不限于上述化合物。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述添加剂与所述环状碳酸酯的重量比为1:9～46；
和/或，所述添加剂与所述链状碳酸酯的重量比为1:18～100；
和/或，所述添加剂与所述链状醚的重量比为1:5～17。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述钠盐、环状碳酸酯、链状碳酸酯、链状醚和添加剂的重量比为10～20:10～30:20～60:5～10:0.1～2。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述钠盐、环状碳酸酯、链状碳酸酯、链状醚和添加剂的重量比为10～20:10～30:20～60:5～10:0.5～2。
含有上述配比组分的钠离子电池电解液，添加剂络合V离子的效果达到较优，能够非常有效地避免钒在电池负极的沉积。
进一步，本发明还提供了一种钠离子电池，其中含有上述任一实施方案中的钠离子电池电解液。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的钠离子电池电解液中，由于添加有乙酰丙酮化钠、单宁酸钠、邻苯二酚、邻苯三酚添加剂，使得添加剂与钠离子电池正极析出的V离子有效发生络合，阻止了V在电池负极的沉积，能够有效保护电池负极，防止电池内部出现微短路现象，从而提高钠离子电池的循环次数，延长钠离子电池的使用寿命。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，均为常规方法或者按照本领域的文献所描述的技术或条件进行，或者按照产品说明书进行。所用试剂和仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
本实施例提供了一种钠离子电池电解液，其制备方法如下：
将六氟磷酸钠18g、碳酸乙烯酯23g、碳酸二甲酯50g、二乙二醇二甲醚8.5g、乙酰丙酮化钠0.5g混合均匀后制得钠离子电池电解液。
实施例2
本实施例提供了一种钠离子电池电解液，其制备方法仅与实施例1不同的是：将乙酰丙酮化钠0.5g替换为单宁酸钠0.5g。
实施例3
本实施例提供了一种钠离子电池电解液，其制备方法仅与实施例1不同的是：将乙酰丙酮化钠0.5g替换为邻苯二酚0.5g。
实施例4
本实施例提供了一种钠离子电池电解液，其制备方法仅与实施例1不同的是：将乙酰丙酮化钠0.5g替换为：乙酰丙酮化钠0.25g和单宁酸钠0.25g。
实施例5
本实施例提供了一种钠离子电池电解液，其制备方法仅与实施例1不同的是：将乙酰丙酮化钠0.5g替换为：邻苯二酚0.25g和单宁酸钠0.25g。
实施例6
本实施例提供了一种钠离子电池电解液，其制备方法如下：
将六氟磷酸钠20g、碳酸乙烯酯30g、碳酸二甲酯37g、二乙二醇二甲醚10g、乙酰丙酮化钠2g混合均匀后制得钠离子电池电解液。
实施例7
本实施例提供了一种钠离子电池电解液，其制备方法如下：
将六氟磷酸钠10g、碳酸乙烯酯18g、碳酸二甲酯60g、二乙二醇二甲醚10g、乙酰丙酮化钠2g混合均匀后制得钠离子电池电解液。
对比例1
本实施例提供了一种钠离子电池电解液，其制备方法如下：
将六氟磷酸钠18g、碳酸乙烯酯23.14g、碳酸二甲酯50.31g、二乙二醇二甲醚8.55g混合均匀后制得钠离子电池电解液。其中，不添加添加剂。
对比例2
本实施例提供了一种钠离子电池电解液，其制备方法如下：
将六氟磷酸钠18g、碳酸乙烯酯23g、碳酸二甲酯50g、二乙二醇二甲醚8.5g、乙酰丙酮化钠0.4075g混合均匀后制得钠离子电池电解液。
试验例
将实施例与对比例制得的电解液注入26700-3.0Ah钠离子电池电芯(正极Na3V2(PO4)2F3、负极硬碳)，制得电池。
对所制得的电池，每个方案取出五个电池在45℃进行循环测试，循环N次，记录第N次与第1次电池放电容量，计算放电保持率。放电保持率＝第N次放电容量/第1次放电容量*100％，当循环放电保持率为80％终止循环测试，记录循环次数。
为上述电池充满电，25℃放置30天后放电，记录放电容量，计算存储容量保持率＝放置后放电容量/循环保持率为80％的最后一次放电容量。
对上述电池继续进行循环测试，当循环放电保持率为50％终止循环测试，记录循环次数。
为上述电池充满电，25℃放置30天后放电，记录放电容量，计算存储容量保持率＝放置后放电容量/循环保持率为50％的最后一次放电容量。
测试结果如表1和表2所示。
表1循环容量保持率80％电池循环次数与存储性能
表2循环容量保持率50％电池循环次数与存储性能
从上表可以看到，当电解液中加入络合添加剂后，在电池循环过程中，阻止了金属钒的沉积，从而避免钒对负极SEI膜的破坏，可显著提高电池的循环次数；同时，阻止了微短路的产生，电池循环后仍有很好的存储性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种钠离子电池电解液，其特征在于，包括：钠盐、有机溶剂和添加剂；
所述有机溶剂包括：环状碳酸酯、链状碳酸酯和链状醚；
所述添加剂为乙酰丙酮化钠、单宁酸钠、邻苯二酚、邻苯三酚中的至少一种；
所述添加剂与所述有机溶剂的重量比为1:35~170。
2.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述钠盐、有机溶剂和添加剂的重量比为5~40：35~165：1。
3.根据权利要求1或2所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂中，环状碳酸酯、链状碳酸酯和链状醚的重量比为1.5~3：3.5~6:1。
4.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述链状醚为乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述钠盐为六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂与所述环状碳酸酯的重量比为1:9~46；
和/或，所述添加剂与所述链状碳酸酯的重量比为1:18~100；
和/或，所述添加剂与所述链状醚的重量比为1:5~17。
9.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述钠盐、环状碳酸酯、链状碳酸酯、链状醚和添加剂的重量比为10~20:10~30:20~60:5~10:0.1~2。
10.一种钠离子电池，其特征在于，其含有权利要求1~9中任一项所述的钠离子电池电解液。
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