非水电解液及钠离子电池的制作方法

本发明涉及二次电池领域，特别涉及非水电解液及钠离子电池。

背景技术：

1、目前，锂离子电池在电动汽车和规模储能领域迅速发展，占领了大量的市场份额。但是锂元素的地壳丰度仅为0.0065％，并且资源分布非常不均匀，这阻碍了锂离子电池未来的发展。而钠资源的地壳丰度是锂的423倍，并且在全球范围内均广泛分布，因此钠离子电池有望取代锂离子电池成为下一代二次电池的重要发展对象。

2、然而，钠离子电池所使用的硬碳负极具有比石墨负极更低的反应电位，在充电过程中，特别是大倍率下，很容易出现析钠的现象。析钠频发的问题严重限制了钠离子电池的广泛应用。钠离子电池体系中由于传统的碳酸酯基电解液还原稳定性较差，极易在低电位的硬碳负极表面分解。为解决这一问题，必须使用大量成膜添加剂在硬碳表面形成稳定的sei膜来保护碳酸酯溶剂不被分解，但是成膜添加剂的使用往往会导致负极界面阻抗的上升，负极界面阻抗的上升会显著加剧析钠反应的发生，当析钠反应持续发生，生长的钠枝晶很容易刺穿隔膜，导致电池内部短路，发生热失控。并且析钠问题还会导致电池活性钠的减少，循环寿命快速衰减。

3、因此，本领域亟需寻找可以解决钠离子电池析钠问题并提升循环性能的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种非水电解液。

2、本发明的另一目的在于提供一种钠离子电池。

3、本发明的另一目的在于提供一种减少或抑制钠离子电池析钠的方法。

4、本发明的另一目的在于提供一种提升钠离子电池高温循环性能的方法.

5、为解决上述技术问题，本发明第一方面，提供了一种非水电解液，用于钠离子电池，所述非水电解液包括：非水溶剂、钠盐和双环硫酸酯化合物，所述非水溶剂为醚，所述双环硫酸酯化合物包括选自下组的至少一种化合物：

6、

7、在一些优选的方案中，所述醚为c4-8的链状醚、c4-8的环状醚或二者的组合。

8、在一些优选的方案中，所述c4-8的链状醚为含有至少2个醚键的c4-8的链状醚。

9、在一些优选的方案中，所述醚选自乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和2-甲基四氢呋喃中至少一种。

10、在一些优选的方案中，所述钠盐选自六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、双氟磺酰亚胺钠、双(三氟甲基磺酰)亚胺钠、双草酸硼酸钠、二氟草酸磷酸钠、二氟草酸硼酸钠、二氟磷酸钠和三氟甲基磺酸钠中至少一种。

11、在一些优选的方案中，所述非水电解液还包括添加剂，所述添加剂包括：具有碳碳双键或碳碳三键不饱键的环状碳酸酯、氟原子取代的环状碳酸酯、环状硫酸内酯和环状磺酸内酯中至少一种。

12、在一些优选的方案中，所述具有碳碳双键或碳碳三键不饱键的环状碳酸酯选自碳酸亚乙烯酯(vc)、碳酸乙烯亚乙酯(vec)、或其组合。

13、在一些优选的方案中，所述氟原子取代的环状碳酸酯选自氟代碳酸乙烯酯(fec)、双氟代碳酸乙烯酯(dfec)、或其组合。

14、在一些优选的方案中，所述环状硫酸内酯选自硫酸乙烯酯(dtd)、硫酸丙烯内酯、或其组合。

15、在一些优选的方案中，所述环状磺酸内包括1,3-丙烷磺酸内酯(ps)、1,4-丁烷磺酸内酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯、或其组合。

16、在一些优选的方案中，相对于所述非水电解液的总质量，所述双环硫酸酯化合物的质量百分含量不高于5.0％；更优选地，所述双环硫酸酯化合物的质量百分含量为0.1％至1.0％；更优选地，所述双环硫酸酯化合物的质量百分含量为0.2％至0.8％。

17、在一些优选的方案中，相对于所述非水电解液的总质量，所述非水溶剂的质量百分含量不低于80％；更优选地，所述非水溶剂的质量百分含量为80％至90％；更优选地，所述非水溶剂的质量百分含量为82％至88％。

18、在一些优选的方案中，相对于所述非水电解液的总质量，所述添加剂的质量百分含量不高于10.0％；更优选地，所述添加剂的质量百分含量为0％至10.0％；更优选地，所述添加剂的质量百分含量为0.1％至5.0％；更优选地，所述添加剂的质量百分含量为0.5％至2％；例如1.0％。

19、在一些优选的方案中，在所述非水电解液中，所述钠盐的浓度为0.1mol/l至2mol/l。

20、本发明的第二方面，提供了一种钠离子电池，所述钠离子电池包括正极、负极、隔膜和本发明第一方面所述的非水电解液。

21、在一些优选的方案中，所述正极还包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极活性物质。

22、在一些优选的方案中，所述负极还包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体上的负极活性物质。

23、在一些优选的方案中，所述正极活性物质包括磷酸铁钠、焦磷酸铁钠、磷酸焦磷酸铁钠、硫酸铁钠、磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、钠镍氧化物、钠铁氧化物、钠锰氧化物、钠铜氧化物、钠镍锰氧化物、钠镍铁氧化物、钠铁锰氧化物、钠镍铁锰氧化物、钠铜铁锰氧化物和钠铜镍铁锰氧化物中的任意一种或至少两种的组合。

24、在一些优选的方案中，所述负极活性物质包括软碳、硬碳、金属锑中的任意一种或至少两种的组合。

25、本发明的第三方面，提供了一种减少或抑制钠离子电池析钠的方法，所述方法包括步骤：在钠离子电池中使用本发明第一方面所述的非水电解液。

26、本发明的第四方面，提供了一种提升钠离子电池高温循环性能方法，所述方法包括步骤：在钠离子电池中使用本发明第一方面所述的非水电解液。

27、本发明相对于现有技术而言，至少具有下述优点：

28、(1)本发明提供的非水电解液，因使用了醚类溶剂而非碳酸酯类溶剂和本发明双环硫酸酯化合物，电池的动力学大幅提升，负极阻抗有效降低，消除了钠离子电池析钠的风险；

29、(2)本发明提供的非水电解液中本发明双环硫酸酯化合物和醚基电解液协同配合，能够在醚基电解液和硬碳负极的界面形成薄且致密的sei膜，隔绝大部分醚基电解液和硬碳负极的直接接触，解决了醚基电解液高温稳定性差的问题。即使在更高温度下硬碳的催化活性大大增强，也能最大程度上避免电解液在高温循环过程中的持续分解，避免电池产气，显著改善电池高温循环性能。

30、应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

技术特征：

1.一种非水电解液，其特征在于，所述非水电解液包括：非水溶剂、钠盐和双环硫酸酯化合物，所述非水溶剂为醚，所述双环硫酸酯化合物选自下组至少一种：

2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述醚为c4-8的链状醚、c4-8的环状醚或二者的组合。

3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述醚选自乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和2-甲基四氢呋喃中至少一种。

4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，相对于所述非水电解液的总质量，所述双环硫酸酯化合物的质量百分含量为0.2-0.8％。

5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，相对于所述非水电解液的总质量，所述非水溶剂的质量百分含量不低于80％。

6.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述非水电解液还包括添加剂，所述添加剂包括：具有碳碳双键或碳碳三键不饱键的环状碳酸酯、氟原子取代的环状碳酸酯、环状硫酸内酯和环状磺酸内酯中至少一种。

7.根据权利要求6所述的非水电解液，其特征在于，所述具有碳碳双键或碳碳三键不饱键的环状碳酸酯选自碳酸亚乙烯酯(vc)、碳酸乙烯亚乙酯(vec)、或其组合；

8.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述钠盐选自六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、双氟磺酰亚胺钠、双(三氟甲基磺酰)亚胺钠、双草酸硼酸钠、二氟草酸磷酸钠、二氟草酸硼酸钠、二氟磷酸钠和三氟甲基磺酸钠中至少一种。

9.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，在所述非水电解液中，所述钠盐的浓度为0.1mol/l-2mol/l。

10.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池包括正极、负极、隔膜和如权利要求1至9中任一项所述的非水电解液。

技术总结
本申请公开了一种非水电解液及钠离子电池。本申请中，非水电解液因使用了醚类溶剂而非碳酸酯类溶剂和本发明双环硫酸酯化合物，电池的动力学大幅提升，负极阻抗有效降低，消除了钠离子电池析钠的风险因其添加有本发明通式化合物作为成膜添加剂，并与醚基溶剂配合配合使用，能够在硬碳负极表面形成SEI膜而隔绝负极与电解液的直接接触，相比如硫酸乙烯酯等添加剂而言，形成的SEI膜更薄更致密，不会造成钠离子电池阻抗大幅上升，有效缓解钠离子电池析钠现象的产生。

技术研发人员：余乐,刘兴伟
受保护的技术使用者：远景动力技术（江苏）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14