一种高倍率阻燃电解液及其应用

本发明涉及液态金属电池，具体涉及一种高倍率阻燃电解液及其在制备液态金属电池中的应用。

背景技术：

1、随着电动汽车的快速发展，高倍率的储能系统变得越来越重要。金属阳极由于其较低的氧化还原电位(如：li:-3.040v vs标准氢电极、zn:-0.76v vs标准氢电极)和高的能量密度(如li:3860mah·g-1、zn:820mah·g-1)得到了广泛的研究。钠钾合金由于其独特的枝晶修复机制，有着很好的应用前景，但是由于其为液态，危险性远高于固体的负极所组装的金属电池。

2、在钠钾合金应用过程中，特别在高倍率充放电时，电池中发生的电化学反应同时可能伴随副反应，这些副反应又可能会产生大量热和气体，使电池内部温度和压力不断升高，会引起内部自加热反应。当大量热和气体不能及时排放，电池可能出现漏液、漏气等现象。当电池内部热量达到一定程度，会引起电解液燃烧，导致热失控，甚至发生电池爆炸。这种爆炸在钠钾合金中更为剧烈。

3、目前商业化的电池通常采用碳酸酯基电解液，其中的溶剂闪点低、高度可燃、电化学稳定性差，如碳酸酯溶剂(如碳酸乙烯酯ec、碳酸丙烯酯pc、碳酸二甲酯dmc、碳酸二乙酯dec、碳酸甲乙酯emc)。高安全性阻燃电解液是最经济简单的策略，能够有效降低电池热失控燃烧爆炸风险，但大多数的阻燃电解液需要牺牲电池的性能。因此需要一种能够应用于液态金属电池的电解液，在具有安全性阻燃的条件下，应用该电解液的电池的倍率性能也较好。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种高倍率阻燃电解液及其在制备液态金属电池中的应用，本发明提供的阻燃电解液由钠盐、稀释剂、阻燃剂和成膜添加剂组成，是能够与钠钾合金负极材料兼容的高倍率阻燃电解液，能够用于提高液态金属电池的阻燃性能，并保持高倍率。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明提供一种高倍率阻燃电解液，所述电解液是由稀释剂、阻燃剂、成膜添加剂和钠盐或锂盐组成；

4、其中，成膜添加剂、阻燃剂与稀释剂的体积比为2～4：1～2：0～1，钠盐或锂盐在电解液中的浓度为1～3mol/l。

5、优选地，钠盐选自磺酰亚胺类钠盐，所述锂盐选自磺酰亚胺类锂盐。

6、优选地，所述钠盐选自双氟磺酰亚胺钠(nafsi)、双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠盐、双苯磺酰亚胺钠盐中的至少一种，所述锂盐选自双氟磺酰亚胺锂、双(三氟甲基磺酰基)亚胺锂盐、双苯磺酰亚胺锂盐中的至少一种。

7、优选地，阻燃剂选自磷酸三甲酯、七氟-1-甲氧基丙烷、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、甲基磷酸二甲酯、三(2,2,2-二氟乙基)磷酸酯、三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯中的至少一种。

8、优选地，成膜添加剂选自氟代碳酸乙烯酯。

9、优选地，稀释剂选自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、2,2,2-三氟乙醚、碳酸双(2,2,2-三氟乙基酯)中的一种或几种。

10、本发明还提供一种所述高倍率阻燃电解液在制备液态金属电池中的应用。

11、优选地，所述液态金属电池为钠钾离子电池或锂电池。

12、优选地，所述高性能阻燃电解液在制备液态金属电池中的应用是将所述高倍率阻燃电解液注入至电池隔膜中使用。具体应用方法包括以下步骤：

13、(a)负极壳开口向上，放置于水平台面上；

14、(b)夹取液态金属负极片(采用碳纸作为集流体，通过渗透的方法将液态金属灌输到碳纸里)置入负极壳，与负极壳平面接触并平整地处于负极壳正中；

15、(c)使用电池隔膜覆盖所述液态金属负极片并居中；

16、(d)将所述高倍率阻燃电解液注入到电池隔膜中；

17、(e)用绝缘镊子夹取制备的正极片放置电池隔膜正中间位置；

18、(f)用绝缘镊子依次夹取垫片和弹箦支撑片放置于正极片上，并确保垫片、弹簧支撑片与正极片三者对齐居中；

19、(g)用绝缘镊子夹取正极壳放置于负极壳上；

20、(h)平移到扣式电池封装机上，扣压封装；

21、(i)用无尘纸擦拭电池壳外电解液，组装得到电池。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果：

23、1、本发明的阻燃电解液由钠盐、稀释剂、阻燃剂和成膜添加剂组成，稀释剂用于降低电解液粘度，提高电导率，阻燃剂用于提高溶液的阻燃性能，成膜添加剂用于形成良好的sei膜，提高电池循环稳定性。

24、2、本申请的阻燃电解液，在具有阻燃作用的同时，还具有优异的倍率性能，这是由于选择溶剂与钠、钾离子之间具有良好的脱溶能，以及稀释剂对其电导率的提升。

25、3、本申请的阻燃电解液，可用于锂金属电池，循环100圈后，容量基本无衰减。

技术特征：

1.一种高倍率阻燃电解液，其特征在于，所述电解液是由稀释剂、阻燃剂、成膜添加剂和钠盐或锂盐组成，成膜添加剂、阻燃剂与稀释剂的体积比为2～4：1～2：0～1；钠盐或锂盐在电解液中的浓度为1～3mol/l。

2.根据权利要求1所述的高倍率阻燃电解液，其特征在于，所述钠盐选自磺酰亚胺类钠盐，所述锂盐选自磺酰亚胺类锂盐。

3.根据权利要求2所述的高倍率阻燃电解液，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的高倍率阻燃电解液，其特征在于，阻燃剂选自磷酸三甲酯、七氟-1-甲氧基丙烷、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、甲基磷酸二甲酯、三(2,2,2-二氟乙基)磷酸酯、三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的高倍率阻燃电解液，其特征在于，成膜添加剂选自氟代碳酸乙烯酯。

6.根据权利要求1所述的高倍率阻燃电解液，其特征在于，稀释剂选自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、2,2,2-三氟乙醚、碳酸双(2,2,2-三氟乙基酯)中的一种或几种。

7.一种权利要求1～6任一项所述高倍率阻燃电解液在制备液态金属电池中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述液态金属电池为钠钾离子电池或锂电池。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将所述高倍率阻燃电解液注入至电池隔膜中得到电池。

技术总结本发明涉及液态金属电池技术领域，具体涉及一种高倍率阻燃电解液及其在液态金属电池中的应用。电解液是由稀释剂、阻燃剂、成膜添加剂和钠盐或锂盐组成，成膜添加剂、阻燃剂与稀释剂的体积比为2～4：1～2：0～1，钠盐或锂盐在电解液中的浓度为1～3mol/L。本发明提供的电解液是能够与钠钾合金负极材料兼容的高倍率阻燃电解液，能够用于提高液态金属电池的阻燃性能，并保持高倍率。技术研发人员：丁煜,张铄受保护的技术使用者：南京大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20