混溶效果好的安全型钠离子电池电解液及钠离子电池的制作方法

本发明涉及钠离子电池，具体是指一种混溶效果好的安全型钠离子电池电解液及钠离子电池。

背景技术：

1、近年来，钠离子电池凭借着资源丰富、成本低廉，以及工作机理与锂离子电池相似等优点，成为了下一代储能技术的有力竞争者，但是，大规模储能技术对钠离子电池的安全性能提出了十分苛刻的要求，这是因为大规模储能技术一旦出现安全问题，所造成的后果会十分严重。

2、基于锂离子电池技术的参考，钠离子电池目前采用的电解液仍然是以易燃的碳酸酯和醚类为主溶剂的电解液，易燃电解液的使用使得钠离子电池在热失控的时候会引起起火甚至是爆炸，严重危害了使用者的生命和财产安全。

3、磷腈类阻燃剂含磷含氟的比例较高，因此其阻燃效率较高，且拥有较好的成膜性，可以有效提升电池的循环稳定性。然而，磷腈类阻燃剂极性低，低极性的磷腈类阻燃剂和高极性的碳酸酯电解液很容易不互溶，电解液会发生明显的相分离导致电解液无法导电，因此在电解液中磷腈类的添加量必须控制在10%以下。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种混溶效果好的安全型钠离子电池电解液及钠离子电池，具有混溶效果好、安全性能优异和稳定性高的特点。

2、本发明可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明公开了一种混溶效果好的安全型钠离子电池电解液，包括钠盐、主溶剂、磷腈共溶剂、电解液添加剂、有相分离抑制剂，所述相分离抑制剂为碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、碳酸二戊酯、三-（2，2，2-三氟乙基）-磷酸酯（tfep）、磷酸三丁酯（tbp）和磷酸三戊酯（tap）中的一种或二种以上。

4、本发明针对大量的磷腈与电解液发生相分离的主要原因在于低极性的磷腈和高极性的碳酸酯电解液间不能互溶，通过向电解液中加入既包含高极性部分又有低极性部分的物质来抑制电解液的相分离，以达到大量添加磷腈来提升电解液阻燃性和稳定性的效果。

5、本发明的钠离子电池电解液包含了钠盐、主溶剂、磷腈共溶剂、相分离抑制剂、电解液添加剂。其中，由于加入了相分离抑制剂，即使磷腈共溶剂占一半的体积比，电解液不会发生相分离，钠盐、主溶剂和磷腈共溶剂间可以很好地混溶在一起，大量磷腈共溶剂的加入可以生成富含氟化物和磷化物的无机sei膜，这种sei膜可以有效提升电解液和电极材料间的兼容性，同时大量的磷腈共溶剂还能有效地提升电解液的阻燃性质。使用该电解液的钠离子电池，具有优异的安全性的同时还具有良好的循环稳定性，完全符合大规模储能技术的要求。

6、进一步地，所述相分离抑制剂的体积含量为0.1- 20%，相分离抑制剂含量太少抑制电解液发生相分离的效果太差，无法实现混溶，而相分离抑制剂含量太多时会降低电解液和电极材料的兼容性，优选为5%。

7、进一步地，所述磷腈共溶剂为乙氧基五氟环三磷腈（pfpn）和/或六氟环三磷腈（hfpn），优选为pfpn。

8、进一步地，所述磷腈共溶剂占电解液的体积含量在10-90%之间，磷腈共溶剂太少时电解液的阻燃性和兼容性不够好，磷腈共溶剂太多时钠盐会析出导致电解液电导率下降，优选为50%。

9、进一步地，所述电解液添加剂为氟代碳酸乙烯酯（fec）、碳酸亚乙烯酯（vc）、硫酸乙烯酯（dtd）、硫酸丙烯酯（ts）、双草酸硼酸钠（nabob）和双氟草酸硼酸钠（nadfob）中的一种或二种以上，优选为fec。

10、进一步地，所述电解液添加剂的质量含量为0.01- 10%wt，优选为2%wt。

11、进一步地，所述钠盐为六氟磷酸钠（napf6）、高氯酸钠（naclo4）、双氟磺酰亚胺钠（nafsi）、双三氟磺酰亚胺钠（natfsi）、四氟硼酸钠（nabf4）、双草酸硼酸钠（nabob）和双氟草酸硼酸钠（nadfob）中的一种或二种以上，优选为napf6或naclo4。

12、进一步地，所述钠盐的浓度在0.1- 3.0mol/l之间，优选为0.9mol/l。

13、进一步地，所述主溶剂为碳酸乙烯酯（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）、乙二醇二甲醚（dme）、二乙二醇二甲醚（g2）、三乙二醇二甲醚（g3）、四乙二醇二甲醚（g4）、磷酸三甲酯（tmp）和磷酸三乙酯（tep）中的一种或二种以上，优选为ec和dec体积比为1：1的混合主溶剂。

14、本发明的另外一个方面在于保护一种钠离子电池，该钠离子电池添加有上述电解液。

15、本发明一种混溶效果好的安全型钠离子电池电解液及钠离子电池，具有如下的有益效果：

16、第一、混溶效果好，本发明中的钠离子电池采用了上述电解液，其中，相分离抑制剂不仅具有高极性的基团，如羰基、p=o双键等，还具有较长的碳链或者三氟乙基等低极性基团，根据相似相溶原理，高极性基团可以和高极性的主溶剂互溶，低极性基团可以和低极性的磷腈共溶剂互溶。因此，加入相分离抑制剂的加入可以有效地抑制主溶剂和磷腈共溶剂间的相分离，使得电解液整体处于混溶状态。

17、第二、安全性优异，由于大量磷腈共溶剂混溶到电解液中，磷腈可以分解生成富含氟化物和磷化物的无机sei膜来提升电解液和正负极材料间的兼容性，同时，电解液中具有较多的作为高效阻燃剂的磷腈共溶剂，磷腈共溶剂在电解液燃烧时可以产生大量的磷和氟自由基来淬灭燃烧反应的氢或者氢氧自由基来阻断燃烧的链式反应，有效提升电解液的阻燃性能。

18、第三、稳定性高，在本发明中，大量磷腈共溶剂的存在可以保证生成富含氟和磷的无机sei膜的均匀形成，该sei膜不仅稳定而且致密，这种的sei膜可以有效提高电解液的还原稳定性及电解液和电极材料间的兼容性，从而使添加有上述电解液的钠离子电池不仅具有出色的安全性能，还可以实现稳定的长寿命循环。

技术特征：

1.一种混溶效果好的安全型钠离子电池电解液，包括钠盐、主溶剂、磷腈共溶剂、电解液添加剂，其特征在于：还添加有相分离抑制剂，所述相分离抑制剂为碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、碳酸二戊酯、三-（2，2，2-三氟乙基）-磷酸酯、磷酸三丁酯和磷酸三戊酯中的一种或二种以上。

2. 根据权利要求1所述的混溶效果好的安全型钠离子电池电解液，其特征在于：所述相分离抑制剂的体积含量为0.1- 20%。

3.根据权利要求1所述的混溶效果好的安全型钠离子电池电解液，其特征在于：所述磷腈共溶剂为乙氧基五氟环三磷腈和/或六氟环三磷腈。

4.根据权利要求1所述的混溶效果好的安全型钠离子电池电解液，其特征在于：所述磷腈共溶剂占电解液的体积含量在10-90%之间。

5.根据权利要求1所述的混溶效果好的安全型钠离子电池电解液，其特征在于：所述电解液添加剂为氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、双草酸硼酸钠和双氟草酸硼酸钠中的一种或二种以上。

6. 根据权利要求1所述的混溶效果好的安全型钠离子电池电解液，其特征在于：所述电解液添加剂的质量含量为0.01- 10%wt。

7.根据权利要求1所述的混溶效果好的安全型钠离子电池电解液，其特征在于：所述钠盐为六氟磷酸钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、双三氟磺酰亚胺钠、四氟硼酸钠、双草酸硼酸钠和双氟草酸硼酸钠中的一种或二种以上。

8. 根据权利要求1所述的混溶效果好的安全型钠离子电池电解液，其特征在于：所述钠盐的浓度在0.1- 3.0mol/l之间。

9.根据权利要求1所述的混溶效果好的安全型钠离子电池电解液，其特征在于：所述主溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、磷酸三甲酯（tmp）和磷酸三乙酯中的一种或二种以上。

10.一种钠离子电池，其特征在于：添加有权利要求1-9中任一项所述电解液。

技术总结本发明公开了一种混溶效果好的安全型钠离子电池电解液及钠离子电池，该电解液包括钠盐、主溶剂、磷腈共溶剂、电解液添加剂、相分离抑制剂，所述相分离抑制剂为碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、碳酸二戊酯、三‑（2，2，2‑三氟乙基）‑磷酸酯、磷酸三丁酯和磷酸三戊酯中的一种或二种以上。本发明的混溶效果好的安全型钠离子电池电解液及钠离子电池具有混溶效果好、安全性能优异和稳定性高的特点。技术研发人员：曹余良,陈慧,请求不公布姓名受保护的技术使用者：深圳珈钠能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20