功能添加剂、电解液及其制备方法和钠离子电池及用电装置与流程

本发明涉及电池，具体而言，涉及一种功能添加剂、电解液及其制备方法和钠离子电池及用电装置。

背景技术：

1、自从迈入21世纪，社会就处于快速发展的阶段，人们对非再生化石燃料——煤、石油以及天然气的大量消耗，导致了严重的环境污染等问题，如温室效应和雾霾等。因此，激发出人们对清洁新能源如太阳能、潮汐能和风能等的向往，但是这些能源缺乏稳定性与连续性，使用时受到自然条件的限制过大，难以满足人们的日常需求。与此同时，电化学储能设备不断快速发展，钠离子电池由于高能量密度和高功率密度等优点受到了广泛关注。

2、电解液作为钠离子电池的重要组成部分，直接影响电池的整体性能，如长循环寿命、倍率、电池内阻、容量以及安全性等性能。电池在循环过程中不断反复地充放电、高温、过充、过放，导致了sei膜破损断裂。此时，电解液中的电解质和钠离子会对sei膜进行反复修复，进而不断消耗电解液以及钠离子，这对于电池的阻抗和循环寿命等性能会产生影响。也就是说，电解液的组成与电极表面的sei膜密切相关，合适的电解液可在电极表面生成稳定的sei膜，改善电池的循环性能。功能添加剂作为电解液中的重要组成部分，是提升钠离子电池性能或改善sei膜质量的关键因素，因此开发满足钠离子电池性能的电解液功能添加剂及电解液将具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供一种功能添加剂、电解液及其制备方法和钠离子电池及用电装置，可改善钠离子电池的sei膜质量，提升电池的循环性能。

2、为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

3、根据本申请的一个方面，本申请实施例提供了一种功能添加剂，应用于电解液，所述功能添加剂包括自修复剂和补钠剂；

4、所述自修复剂包括含至少两个异氰酸酯基团的化合物；

5、所述补钠剂包括含钠的氨基酸盐。

6、另外，根据本申请的功能添加剂，还可以具有如下附加的技术特征：

7、在其中的一些实施方式中，所述自修复剂包括三异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。

8、在其中的一些实施方式中，所述补钠剂包括酪氨酸钠、丝氨酸钠、半胱氨酸钠、谷氨酸钠、亮氨酸钠、异亮氨酸钠、甘氨酸钠、丙氨酸钠或色氨酸钠中的至少一种。

9、在其中的一些实施方式中，所述自修复剂与所述补钠剂的质量比为3～5：1～2。

10、根据本申请的另一个方面，本申请实施例提供了一种功能添加剂的制备方法，所述方法包括：

11、将自修复剂、补钠剂、溶剂和催化剂混合，反应后，得到所述功能添加剂；

12、其中，所述自修复剂包括含至少两个异氰酸酯基团的化合物；

13、所述补钠剂包括含钠的氨基酸盐。

14、在其中的一些实施方式中，所述反应的温度为40℃～90℃，反应的时间为120min～240min。

15、在其中的一些实施方式中，所述自修复剂、所述补钠剂、所述溶剂和所述催化剂的质量比为3～5：1～2：5～10：0.1～1。

16、在其中的一些实施方式中，所述溶剂包括乙腈、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、甲醇、乙醇或乙二醇中的至少一种；

17、和/或，所述催化剂包括乳酸、丙酮酸、乙酰乙酸、草酸或柠檬酸中的至少一种。

18、根据本申请的又一个方面，本申请实施例提供了一种电解液，所述电解液包括：钠盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括前述的功能添加剂或根据前述的方法制备得到的功能添加剂。

19、在其中的一些实施方式中，以所述电解液的总质量为基准，所述功能添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.2％～5％。

20、在其中的一些实施方式中，所述添加剂还包括常规添加剂，所述常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、双氟磺酰亚胺钠、乙烯基碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯或苯基硅烷类化合物中的任意一种或它们的组合；

21、和/或，所述非水有机溶剂包括酯类溶剂、醚类溶剂中的任意一种或它们的组合。

22、根据本申请的再一个方面，本申请实施例提供了一种电解液的制备方法，所述电解液为前述的电解液，所述方法包括以下步骤：

23、将自修复剂、补钠剂、溶剂和催化剂混合，反应后，得到功能添加剂；

24、其中，所述自修复剂包括含至少两个异氰酸酯基团的化合物；所述补钠剂包括含钠的氨基酸盐；

25、将功能添加剂加入至含有钠盐、非水有机溶剂和任选的常规添加剂的混合液中，混合均匀，静置，得到所述电解液。

26、根据本申请的再一个方面，本申请实施例提供了一种钠离子电池，其包括正极极片、负极极片和前述的电解液或根据前述的方法制得的电解液。

27、根据本申请的又一个方面，本申请实施例提供了一种用电装置，所述用电装置包括前述的钠离子电池。

28、实施本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

29、在本申请实施例中，所提供的功能添加剂包括自修复剂和补钠剂，其中自修复剂包括含至少两个异氰酸酯基团的化合物，补钠剂包括含钠的氨基酸盐；由此，通过自修复剂的两个及以上异氰酸酯基团与补钠剂的氨基发生加成反应，使两种材料聚合在一起，具有更好的功能性。该功能添加剂能够在电池充放电过程中，在钠离子电池负极表面发生电聚合参与到sei膜反应中使聚合层变得更加坚硬，从而使得sei膜不易破损断裂，使钠离子电池负极的沉积层副反应减少，降低了沉积层的厚度；从而可以减少电解质的消耗和钠的过度损失，有利于减少电池的阻抗，延长电池的使用寿命。此外，补钠剂能提供钠离子，可以减少sei膜生成时正极材料及电解液中的其他钠离子的损耗。

30、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种功能添加剂，应用于电解液，其特征在于，所述功能添加剂包括自修复剂和补钠剂；

2.根据权利要求1所述的功能添加剂，其特征在于，所述自修复剂包括三异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的功能添加剂，其特征在于，所述补钠剂包括酪氨酸钠、丝氨酸钠、半胱氨酸钠、谷氨酸钠、亮氨酸钠、异亮氨酸钠、甘氨酸钠、丙氨酸钠或色氨酸钠中的至少一种。

4.根据权利要求1至3任一项所述的功能添加剂，其特征在于，所述自修复剂与所述补钠剂的质量比为3～5：1～2。

5.一种功能添加剂的制备方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的功能添加剂的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为40℃～90℃，反应的时间为120min～240min。

7.根据权利要求5所述的功能添加剂的制备方法，其特征在于，所述自修复剂、所述补钠剂、所述溶剂和所述催化剂的质量比为3～5：1～2：5～10：0.1～1。

8.根据权利要求5至7任一项所述的功能添加剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括乙腈、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、甲醇、乙醇或乙二醇中的至少一种；

9.一种电解液，其特征在于，包括：钠盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括如权利要求1至4任一项所述的功能添加剂或根据权利要求5至8任一项所述的方法制备得到的功能添加剂。

10.根据权利要求9所述的电解液，其特征在于，以所述电解液的总质量为基准，所述功能添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.2％～5％。

11.根据权利要求9所述的电解液，其特征在于，所述添加剂还包括常规添加剂，所述常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、双氟磺酰亚胺钠、乙烯基碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯或苯基硅烷类化合物中的任意一种或它们的组合；

12.一种电解液的制备方法，其特征在于，所述电解液为如权利要求9至11任一项所述的电解液，所述方法包括以下步骤：

13.一种钠离子电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片和权利要求9至11中任一项所述的电解液或根据权利要求12所述的方法制得的电解液。

14.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求13所述的钠离子电池。

技术总结
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种功能添加剂、电解液及其制备方法和钠离子电池及用电装置。本发明提供一种功能添加剂，可应用于电解液，所述功能添加剂包括自修复剂和补钠剂；所述自修复剂包括含至少两个异氰酸酯基团的化合物；所述补钠剂包括含钠的氨基酸盐。本发明还提供一种功能添加剂的制备方法，所述方法包括：将自修复剂、补钠剂、溶剂和催化剂混合，反应后，得到所述功能添加剂；其中，所述自修复剂包括含至少两个异氰酸酯基团的化合物；所述补钠剂包括含钠的氨基酸盐。本发明可改善钠离子电池的SEI膜质量，提升电池的循环性能。

技术研发人员：庄思东,於洪将
受保护的技术使用者：江苏正力新能电池技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5