[發(fā)明專(zhuān)利]鈉離子電池非水電解液及鈉離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710442308.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107171020A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周權(quán);孟慶飛;邱珅;馬娟;孔維和
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)電子新能源（武漢）研究院有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/054
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/054;H01M10/0567;H01M10/42
• 代理公司: 杭州宇信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)33231
• 代理人: 楊宇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈉離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種鈉離子電池非水電解液及包含該非水電解液的鈉離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池由于具有工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、能量密度大和對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛和最具發(fā)展前景的二次電池。幾十年來(lái)，鋰離子電池在手機(jī)、筆記本、數(shù)碼相機(jī)等便攜式設(shè)備中的應(yīng)用已處于主導(dǎo)地位。而隨著電動(dòng)汽車(chē)的大規(guī)模應(yīng)用，對(duì)鋰的需求也與日俱增，鋰元素在地球上又屬于稀缺金屬，這必然會(huì)限制鋰離子電池在未來(lái)的發(fā)展。因此，近年來(lái)在發(fā)展先進(jìn)儲(chǔ)能電池體系的研究中，鈉離子電池引起了廣泛的關(guān)注。首先，鈉元素的資源儲(chǔ)量豐富(在地殼中約含2.75％)。另外，鈉與鋁不發(fā)生合金化反應(yīng)，可以采用廉價(jià)的鋁箔替代銅箔作為負(fù)極集流體，進(jìn)一步降低電池的成本。而從電化學(xué)原理上看，鈉具有與鋰相近的化學(xué)性能，鈉離子電池與鋰離子電池工作原理也十分相似。這種通過(guò)離子脫嵌的工作方式避免了枝晶生長(zhǎng)等安全隱患。因此，從規(guī)模儲(chǔ)能角度考慮，鈉離子電池是最具競(jìng)爭(zhēng)力的代鋰體系。

對(duì)于鈉離子電池，其正極常采用金屬氧化物，負(fù)極常采用軟碳或硬碳等碳材料。對(duì)于負(fù)極材料，我們常添加少量氟代碳酸乙烯酯(以下簡(jiǎn)稱(chēng)FEC)作為負(fù)極成膜劑，F(xiàn)EC在首次充放電的過(guò)程中能夠先于電解液的其他溶劑成分分解，在負(fù)極表面形成穩(wěn)定的SEI層，避免和減少電解液的還原分解，從而有效提高材料的循環(huán)性能和倍率性能。但是FEC在電解液中易分解形成氟化氫(以下簡(jiǎn)稱(chēng)HF)，中強(qiáng)酸HF會(huì)優(yōu)先與堿性較強(qiáng)的正極發(fā)生反應(yīng)，使得貯存和充放電的過(guò)程中有大量氣體產(chǎn)生，從而導(dǎo)致鈉離子電池的綜合電化學(xué)性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決至少上述技術(shù)問(wèn)題之一，提供一種鈉離子電池非水電解液，該非水電解液中包含二腈或多腈功能添加劑，使得鈉離子電池正極表面形成一層穩(wěn)定的保護(hù)膜，抑制貯存和充放電的過(guò)程中氣體的產(chǎn)生，從而改善鈉離子電池的循環(huán)性能和安全壽命。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種鈉離子電池的非水電解液，包括功能添加劑，所述功能添加劑為丁二腈、戊二腈、己二腈、已烷三腈中的一種或多種以使鈉離子電池正極表面形成一層較穩(wěn)定的保護(hù)膜。

作為上述方案的優(yōu)選，所述功能添加劑在所述非水電解液中的含量為0.001wt％～30wt％。

作為上述方案的優(yōu)選，所述功能添加劑在所述非水電解液中的含量為0.1wt％～10wt％。

作為上述方案的優(yōu)選，還包括SEI成膜劑。

作為上述方案的優(yōu)選，所述SEI成膜劑包含氟代碳酸乙烯酯，所述SEI成膜劑的添加量為0.1-10wt％，以使鈉離子電池負(fù)極表面形成穩(wěn)定的SEI膜，改善材料的循環(huán)性能和倍率性能。

作為上述方案的優(yōu)選，還包括電解質(zhì)和有機(jī)溶劑；其中，所述電解質(zhì)為六氟磷酸鈉或高氯酸鈉，所述電解質(zhì)的濃度為0.1-1.5mol/L；所述有機(jī)溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲基乙基酯中的一種或多種。

作為上述方案的優(yōu)選，所述有機(jī)溶劑包含的各組份及各組份體積比為碳酸乙烯酯：碳酸丙烯酯：碳酸二乙酯＝1:(0.2-2):(0.2-2)。

作為上述方案的優(yōu)選，所述有機(jī)溶劑包含的各組份及各組份體積比為碳酸乙烯酯：碳酸二乙酯＝1:(0.2-2)。

本發(fā)明還提供一種鈉離子電池，其特征在于，包括上述權(quán)利要求1-8任一所述的非水電解液。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為實(shí)施例5中的電池A5與對(duì)比例1中的電池B1的循環(huán)性能對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

非水電解液的配制方法如下：

室溫下，在手套箱中，將碳酸二甲酯(DEC)、碳酸乙烯酯(EC)以體積比1:1混合后形成溶劑，向溶劑中加入六氟磷酸鈉(NaPF₆)配成混合液，再向混合液中加入2wt％的氟代碳酸乙烯酯(FEC)，然后再加入2wt％的丁二腈，攪拌均勻即為本實(shí)施例中的非水電解液。