[发明专利]一种钠离子电池电解液及高倍率和循环稳定的钠离子电池

说明书

本发明公开了一种钠离子电池电解液及高倍率和循环稳定的钠离子电池。钠离子电池电解液中添加和/或作为功能添加剂；其中，R为卤素取代基，X为氧族杂原子，Y为氮族杂原子；该功能添加剂可以优先于酯类溶剂在硬碳材料表面还原形成致密稳定且具有离子导电性的界面膜，能有效改善钠离子电池的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池电解液，特别涉及一种高倍率和循环稳定的钠离子电池电解液，属于钠离子电池电解液技术领域。

背景技术

锂离子电池自从1991年商业化以来，被广泛用于电子智能设备、交通出行工具以及能源储存等领域。但由于锂资源的有限、分布不均和开采难度较大，在未来的发展应用中受到了很大的限制。

钠元素和锂元素位于同一主族，具有相似物理化学性质，相比锂离子电池，在资源和成本上具有一定的优势。特别是在低速电动车领域，有望取代体积大、电容量低的铅酸电池。

钠离子的半径为0.102nm，比锂离子的半径0.076nm大34.2％，因此，在负极材料的选择上硬碳比石墨更为理想。传统的酯类电解液在硬碳负极形成的固体电解质界面膜较厚，而且随着循环的过程不断破裂和生长，电池内部的内阻不断增大，降低钠离子电池的倍率和循环性能。

发明内容

针对现有钠离子电池传统的酯类电解液存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种钠离子电池电解液，该电解液中添加了特殊的全氟醚类(硫醚类、胺类或膦类)添加剂，其相对电解液中的酯类有机溶剂，可以优先在硬碳材料表面进行还原形成致密稳定的固体电解质界面膜，且该界面膜含有较多的NaF无机成分，能够提高界面稳定性和离子导电性，从而能够有效改善钠离子电池的倍率性能和循环性能。

本发明的第二个目的是在于提供了一种钠离子电池，该钠离子电池通过使用添加了特殊的全氟醚类(硫醚类、胺类或膦类)添加剂的电解液，能够有效改善钠离子电池的倍率性能和循环性能。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种钠离子电池电解液，其包含式1和/或式2结构功能添加剂；

其中，

R为卤素取代基；

X为氧族杂原子；

Y为氮族杂原子。

本发明采用的式1和式2结构的功能添加剂是可以常规购买的商品化试剂，如可以购自上海毕得医药科技股份有限公司；品牌：毕佳索。

本发明首次采用式1或式2结构的全氟醚类、全氟硫醚类、全氟胺类或全氟膦类作为功能添加剂用于钠离子电池电解液。这些功能添加剂具有特殊的分子结构，一方面，氧族杂原子或氮族杂原子的引入会增大电解液润湿性，使得功能添加剂形成的SEI膜与酯类溶剂相比较薄且更均匀，另外一方面，分子结构中富含C-F键，具有较强的电负性和吸引电子能力，其LUMO能级与酯类溶剂相比较低，在低电位下会先于酯类溶剂还原，形成的固体电解质膜具有较多的无机成分，降低了钠离子在界面处的电荷转移阻抗，而且增大界面膜的机械强度，有利于增强钠离子电池的循环性能，此外，由于杂原子含有孤对电子，导致其不稳定，引入C-F吸电子基可以提高其稳定性。

作为一个优选的方案，式1和式2中，R为氟或氯；X为氧或硫；Y为氮或磷。优选的功能添加剂相对钠离子电池电解液中常规使用的酯类有机溶剂具有更低的LUMO能级，能够优先于酯类有机溶剂在硬碳材料表面还原，能够形成均匀致密的固体电解质界面膜，且在电解质膜中可以生成较多NaF无机盐成分，提高界面的稳定性和离子导电性，从而提升电池的循环和倍率性能。