碱金属离子电池用的非水系电解液、锂离子电池及钠离子电池的制作方法

本公开涉及碱金属离子电池领域，特别是涉及一种碱金属离子电池用的非水系电解液、锂离子电池及钠离子电池。

背景技术：

1、随着可再生能源系统的发展，人们在能源转换和存储方面要求越来越高。在各种储能器件中，碱金属离子电池因其具有相似的“摇椅”充放电机制，以及丰富的天然资源，低成本脱颖而出，碱金属离子电池包含锂离子电池、钠离子电池等。

2、目前，锂离子电池因为具有较高的能量密度和功率密度，被广泛地应用于能源存储领域，但因为锂存在着资源稀缺和分布不均的问题，使其大规模应用受到了一定限制。而钠离子电池因其具有丰富的元素储量以及与锂离子电池相似的工作原理和生产流程，被认为是锂离子电池的理想补充品，在大规模储能领域具有应用潜力。

3、然而，碱金属离子电池在高温下容易膨胀，并且电池内的副反应产生的hf会腐蚀电池的正极界面层和负极界面层，导致碱金属离子电池的高温循环性能和低温放电性能较差。其次，碱金属电池在高温时电池负极表面的sei膜容易发生分解，导致嵌有碱金属的负极活性材料与电解液发生放热反应，从而导致碱金属离子电池的热冲击性能较差。

4、因此，如何提升碱金属离子电池的高温循环性能、低温放电性能以及热冲击性能是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本公开的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种能够提升碱金属离子电池的高温循环性能、高温存储性能、低温放电性能以及热冲击性能的碱金属离子电池用的非水系电解液、锂离子电池及钠离子电池。

2、本公开的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种碱金属离子电池用的非水系电解液，包括非水有机溶剂、碱金属盐及添加剂，所述添加剂包括硅醚类添加剂和环状磷腈类添加剂。

4、在其中一个实施例中，所述硅醚类添加剂具有如下式(i)所示结构：

5、

6、其中，所述式(i)中的r1、r2、r3各独立选自烷烃基、芳香烃基、烯烃、环烷烃中的一种或多种。

7、在其中一个实施例中，所述环状磷腈类添加剂具有如下式(ii)所示结构：

8、

9、其中，所述式(ii)中的r4选自氟原子、氧原子、烷烃基、不饱和烃、吡啶、吡咯、噻吩、噻唑、咪唑中的一种或多种。

10、在其中一个实施例中，所述硅醚类添加剂的使用量占所述非水系电解液的总质量的0.2％～5％。

11、在其中一个实施例中，所述环状磷腈类添加剂的使用量占所述非水系电解液的总质量的0.2％～5％。

12、在其中一个实施例中，所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、碳酸甲丙酯、四氢呋喃、环氧丙烷、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯中的一种或多种的组合。

13、在其中一个实施例中，所述添加剂还包括辅助添加剂，所述辅助添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、1,3-丙烯磺酸内酯、琥珀酸酐、柠康酸酐中的一种或多种的组合。

14、在其中一个实施例中，所述碱金属盐的使用量占所述非水系电解液的总质量的7％～15％。

15、一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜以及上述任一实施例所述的碱金属离子电池用的非水系电解液。

16、一种钠离子电池，包括正极片、负极片、隔膜以及上述任一实施例所述的碱金属离子电池用的非水系电解液。

17、与现有技术相比，本公开至少具有以下优点：

18、1、硅醚类添加剂作为hf的清除剂，能够有效地降低了hf与锚定在基体上残余碱金属发生反应的概率，抑制了hf对正极界面层和负极界面层的腐蚀，从而能够保证碱金属离子在电极-电解质界面上的输运稳定性。同时环状磷腈类添加剂中的p＝n官能团的加入使正负极表面形成有离子传输更快、更薄及热稳定效果好的界面膜，降低了电池的成膜阻抗和电荷转移阻抗，从而有效地提升了碱金属离子的迁移速率，进而有效地提升了电池的高温循环性能和低温放电性能。

19、2、电解液中的痕量水作为氢键供体基团，氢键与环氧化物中的氧结合，从而使得硅醚类添加剂中的环氧化合物c-o键发生极化，而具有强路易斯酸的pf5攻击环氧化合物内空间阻碍较小的碳原子，诱导c-o键断裂，使环氧化合物发生开环形成含有氢键、带负电荷的氧原子和带有正电荷的碳原子的反应中间体，co2中的c＝o的断裂形成带有正电荷碳原子和负电荷的氧原子，随后反应中间体带负电荷的氧原子和带有正电荷的碳原子分别与带有正电荷碳和负电荷的氧原子结合形成环状碳酸盐，如此能够有效地除去pf5和电池内副反应产生的co2，从而能够抑制电池高温时的膨胀，进而能够改善碱金属离子电池的高温存储性能。

20、3、环状磷腈添加剂在高温下会发生热分解产生以磷为中心的(·p-r)自由基，电解液中的碳酸盐溶剂在高温下也会热分解产生氢自由基(·h)和碳自由基(·r)，(·p-r)自由基分别与氢自由基(·h)和碳自由基(·r)发生复合反应，分别生成h-p-r和r-p-r，避免电解液发生燃烧放热链式反应，如此能够防止电池负极表面sei膜发生分解的情况出现，同时还避免了嵌有碱金属的负极材料与电解液发生放热反应的情况出现，从而有效地提升了碱金属离子电池的热冲击性能。

技术特征：

1.一种碱金属离子电池用的非水系电解液，包括非水有机溶剂、碱金属盐及添加剂，其特征在于，所述添加剂包括硅醚类添加剂和环状磷腈类添加剂。

2.根据权利要求1所述的碱金属离子电池用的非水系电解液，其特征在于，所述硅醚类添加剂具有如下式(i)所示结构：

3.根据权利要求1所述的碱金属离子电池用的非水系电解液，其特征在于，所述环状磷腈类添加剂具有如下式(ii)所示结构：

4.根据权利要求1所述的碱金属离子电池用的非水系电解液，其特征在于，所述硅醚类添加剂的使用量占所述非水系电解液的总质量的0.2％～5％。

5.根据权利要求1所述的碱金属离子电池用的非水系电解液，其特征在于，所述环状磷腈类添加剂的使用量占所述非水系电解液的总质量的0.2％～5％。

6.根据权利要求1所述的碱金属离子电池用的非水系电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、碳酸甲丙酯、四氢呋喃、环氧丙烷、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯中的一种或多种的组合。

7.根据权利要求1所述的碱金属离子电池用的非水系电解液，其特征在于，所述添加剂还包括辅助添加剂，所述辅助添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、1,3-丙烯磺酸内酯、琥珀酸酐、柠康酸酐中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求1所述的碱金属离子电池用的非水系电解液，其特征在于，所述碱金属盐的使用量占所述非水系电解液的总质量的7％～15％。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜以及权利要求1-8中任一项所述的碱金属离子电池用的非水系电解液。

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1-8中任一项所述的碱金属离子电池用的非水系电解液。

技术总结本公开提供一种碱金属离子电池用的非水系电解液、锂离子电池及钠离子电池。上述的碱金属离子电池用的非水系电解液包括非水有机溶剂、碱金属盐及添加剂，所述添加剂包括硅醚类添加剂和环状磷腈类添加剂。硅醚类添加剂作为HF的清除剂，能够有效地降低了HF与锚定在基体上残余碱金属发生反应的概率，抑制了HF对正极界面层和负极界面层的腐蚀，从而能够保证碱金属离子在电极‑电解质界面上的输运稳定性。同时环状磷腈类添加剂中的P＝N官能团的加入使正负极表面形成有离子传输更快、更薄及热稳定效果好的界面膜，降低了电池的成膜阻抗和电荷转移阻抗，从而有效地提升了碱金属离子的迁移速率，进而有效地提升了电池的高温循环性能和低温放电性能。技术研发人员：谢海芳,于立娟,李枫,段凯嘉,胡大林,廖兴群受保护的技术使用者：深圳市豪鹏科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5