一种钠离子电池电解液及其制备方法和应用与流程

本发明属于二次电池领域，特别涉及一种钠离子电池电解液及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钠离子电池凭借原料储量丰富、成本低廉、安全性优异等优势，成为低速电动车、储能电站、动力电池等领域的理想替代电源，尤其在高温储能、户外工况、大功率放电场景下，对电池的高温循环稳定性、热安全性提出了严苛要求。电解液作为钠离子电池的核心组分，不仅直接影响电极界面状态与离子传输速度，更是改善电池高温使用性能、解决高温运行难题的关键。目前，商用及在研的钠离子电池电解液以碳酸酯类溶剂体系为主，并辅以成膜添加剂进行界面调控。部分高温改进方案中采用添加特定溶剂组分的方式以提升热稳定性，或在添加剂层面进行优化以改善界面性能。然而，现有电解液体系在60℃及以上高温条件下易出现以下问题：溶剂挥发与分解加剧，电极表面保护膜在高温下易发生破裂或失效，界面副反应增多，离子电导率显著下降，电池热安全性降低。上述问题制约了钠离子电池在高温应用场景中的进一步发展。

技术实现思路

1、为解决常规钠离子电解液在60℃及以上高温环境下普遍存在溶剂易挥发、电极界面膜热脆开裂、副反应加剧、离子电导率骤降、热失控风险升高等问题，本发明提供了一种钠离子电池电解液及其制备方法和应用。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种钠离子电池电解液，包括：钠盐、非水有机溶剂以及添加剂，其中非水有机溶剂包括：环酰胺类化合物、腈类化合物和砜类化合物，其中：所述环酰胺类化合物在非水有机溶剂中的体积百分含量为25%~40%；和/或，所述腈类化合物在非水有机溶剂中的体积百分含量为30%~45%；和/或，所述砜类化合物在非水有机溶剂中的体积百分含量为15%~35%；和/或，环酰胺类化合物、腈类化合物和砜类化合物在非水有机溶剂中的总体积百分比含量为80%～90%。

4、结合第一方面，在一些实施方式中，环酰胺类化合物包括2-吡咯烷酮、n-乙烯基吡咯烷酮中的任一种；腈类化合物包括丁二腈、己二腈、戊二腈、2-甲基戊二腈中的一种或多种；砜类化合物包括环丁砜、二甲基砜、二乙基砜中的一种或多种。

5、结合第一方面，在一些实施方式中，非水有机溶剂还包括碳酸酯类辅助溶剂，碳酸酯类辅助溶剂在非水有机溶剂中的体积百分含量为10%~20%，碳酸酯类辅助溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种。

6、结合第一方面，在一些实施方式中，添加剂包括成膜添加剂和除水除酸添加剂，成膜添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯中的两种或多种，除水除酸添加剂包括六甲基二硅氮烷、碳酸亚乙烯酯三聚体中的一种或多种。

7、结合第一方面，在一些实施方式中，成膜添加剂在钠离子电池电解液中的质量百分含量为0.8%~2.5%；和/或，除水除酸添加剂在钠离子电池电解液中的质量百分含量为0.2%~0.5%。

8、结合第一方面，在一些实施方式中，钠盐包括六氟磷酸钠、双氟磺酰亚胺钠中的一种或多种，所述钠盐在所述钠离子电池电解液中的摩尔浓度为1.0 mol/l~1.5 mol/l。

9、第二方面，本发明提供了一种钠离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：

10、将环酰胺类化合物、腈类化合物、砜类化合物与碳酸酯类辅助溶剂搅拌混合第一时间，得到混合基础溶剂；

11、分次向上述混合基础溶剂中加入钠盐，持续搅拌第二时间至完全溶解，得到含盐基础电解液；

12、向上述含盐基础电解液中加入成膜添加剂和除水除酸添加剂，搅拌混合第三时间，得到混合后的溶液；

13、将上述混合后的溶液过滤，静置后得到钠离子电池电解液。

14、结合第二方面，在一些实施方式中，上述制备步骤均在惰性气体保护的环境下进行，且所述环境中的水含量小于0.1 ppm。

15、结合第二方面，在一些实施方式中，第一时间为20~40 min；和/或，第二时间为50~70 min；和/或，第三时间为30~50 min。

16、第三方面，本发明提供了一种钠离子电池，包括正极片、负极片、隔膜以及上述的钠离子电池电解液。

17、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

18、本发明提供的钠离子电池电解液包括钠盐、非水有机溶剂、成膜添加剂以及除水除酸添加剂，其中，非水有机溶剂包括环酰胺类化合物、腈类化合物、砜类化合物，另外还含有限定含量的碳酸酯类辅助溶剂。在该电解液体系中，环酰胺化合物能够增强砜类化合物对钠盐的溶解性能，腈类化合物能弥补环酰胺类化合物耐高压氧化能力不足的问题，砜类化合物可抑制环酰胺类化合物与腈类化合物在高温条件下裂解降解；三者相互配合可产生单一溶剂不具备的协同增效效果。本发明提供的电解液兼顾离子传导与整体热稳定性能，有效延长电池循环寿命，显著优化了电池高温存储稳定性。性能测试结果显示，该钠离子电池电解液在高温储存6周后其色度涨幅远低于常规碳酸酯电解液；电解液初始电导率可达6.4~6.7 ms/cm，兼顾优异离子传导与合适粘度；在半电池测试中，搭载本发明提供的钠离子电池电解液的电池经300周充放电循环后容量保持率最高可达96%以上，相比常规碳酸电解液体系，循环容量衰减速率大幅降低。

1.一种钠离子电池电解液，包括：钠盐、非水有机溶剂以及添加剂，其特征在于，所述非水有机溶剂包括：环酰胺类化合物、腈类化合物和砜类化合物，其中：

2.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述环酰胺类化合物包括2-吡咯烷酮、n-乙烯基吡咯烷酮中的任一种；所述腈类化合物包括丁二腈、己二腈、戊二腈、2-甲基戊二腈中的一种或多种；所述砜类化合物包括环丁砜、二甲基砜、二乙基砜中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂还包括碳酸酯类辅助溶剂，所述碳酸酯类辅助溶剂在所述非水有机溶剂中的体积百分含量为10%~20%，所述碳酸酯类辅助溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂包括成膜添加剂和除水除酸添加剂，所述成膜添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯中的两种或多种，所述除水除酸添加剂包括六甲基二硅氮烷、碳酸亚乙烯酯三聚体中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述成膜添加剂在所述钠离子电池电解液中的质量百分含量为0.8%~2.5%；和/或，所述除水除酸添加剂在所述钠离子电池电解液中的质量百分含量为0.2%~0.5%。

6.根据权利要求1所述的钠离子电池电解液，其特征在于，所述钠盐包括六氟磷酸钠、双氟磺酰亚胺钠中的一种或多种，所述钠盐在所述钠离子电池电解液中的摩尔浓度为1.0mol/l~1.5 mol/l。

7.一种钠离子电池电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，制备步骤均在惰性气体保护的环境下进行，且所述环境中的水含量小于0.1 ppm。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一时间为20~40 min；和/或，所述第二时间为50~70 min；和/或，所述第三时间为30~50 min。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜以及权利要求1~6中任一项所述的钠离子电池电解液。