[发明专利]一种钠离子二次电池非水电解液及其钠离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种抑制正极集流体铝箔腐蚀的钠离子二次电池非水电解液、包含该非水电解液的钠离子二次电池及其制备方法和用途。

背景技术

自1991年日本索尼公司成功将以碳材料为负极，LiCoO₂为正极的锂离子电池商品化后，锂离子电池因其能量密度大，平均输出电压高，自放电小，循环性能优异，绿色环保等优点革新了消费电子产品的面貌。至今仍然占领着便携电子器件的市场，并逐渐推向电动汽车领域及大规模储能系统。但是由于锂资源不丰富且主要分布在南美洲地区，所以锂离子电池用于大规模储能或者电动汽车等大规模应用时价格太高。因此，钠离子电池由于其资源丰富，工作原理与锂离子电池相似等特点受到人们的关注，并被人们认为是下一代清洁能源材料。

电解液是电池的重要组成部分，一种好的电解液应该具有：高离子电导、宽电化学窗口、热稳定性好以及良好的化学稳定性。当然，钠离子电池以清洁能源自称，其电解液必须无毒无害、安全可应用。现有的钠离子电池的电解液溶质主要是高氯酸钠、六氟磷酸钠、双氟磺酰亚胺钠等。然而这些材料都有其内在的缺点，高氯酸钠性能良好，但是因为其强氧化性、易爆等不安全特性限制了其在工业上的应用。六氟磷酸锂在锂离子电池中取得了很大的成功，而六氟磷酸钠的纯度对电池的影响很大，且六氟磷酸钠易与水气反应产生氟化氢这种危险化学物质。且六氟磷酸钠的氟含量太高，这对于钠离子电池作为清洁能源来说是不相符合的。双氟磺酰亚胺钠的氟含量相比六氟磷酸钠而言大大降低，负极材料的应用表明其有助于提高负极材料的循环稳定 性，是一种很好的电解液材料。

但是，双氟磺酰亚胺钠电解液在正极的应用过程中表明其电化学窗口较窄，在3.8V左右就开始腐蚀铝箔，产生腐蚀电流。这将严重限制其应用，因为高电压是我们提高能量密度和比容量的方法。所以解决电解液腐蚀正极集流体铝箔的问题是双氟磺酰亚胺钠在钠离子电池应用中必须解决的一个技术挑战。

发明内容

本发明提供了一种抑制正极集流体铝箔腐蚀的钠离子二次电池非水电解液、钠离子二次电池及其制备方法和用途。通过在非水电解液中添加功能添加剂，使得所述钠离子二次电池在贮存、工作的过程中，不产生传统的双氟磺酰亚胺钠(NaFSI)电解液对铝箔腐蚀的现象。即使充电电压高达4V，也不会对正极集流体铝箔产生腐蚀，使得该类钠离子二次电池的使用性能和寿命大大提高。

第一方面，本发明提供了一种抑制正极集流体铝箔腐蚀的钠离子二次电池非水电解液，所述非水电解液包括溶质和有机溶剂。

其中，所述溶质为双氟磺酰亚胺钠(NaN(SO₂F)₂)和功能添加剂；所述功能添加剂为高氯酸钠(NaClO₄)和/或六氟磷酸钠(NaPF₆)；

所述有机溶剂选自环状碳酸酯、链状线型碳酸酯、羧酸酯、环状内酯中的一种或多种。

所述功能添加剂高氯酸钠和/或六氟磷酸钠用以在所述钠离子二次电池中抑制电解液对铝箔的腐蚀，提高正极充电电压。

优选地，所述有机溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯，或其混合物。

优选地，碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的体积比为1:1至10:1。

优选地，按所述非水电解液的总重量计，双氟磺酰亚胺钠的含量为5wt％-20wt％。

优选地，按所述非水电解液的总重量计，所述功能添加剂的含量为0.1wt％至15wt％。

进一步优选地，按所述非水电解液的总重量计，所述功能添加剂的含量 为5wt％。

第二方面，本发明提供了一种钠离子二次电池，其包括上述的非水电解液。

优选地，所述钠离子二次电池以工作电位高于3.8V的电极材料为正极。

第三方面，本发明提供了上述钠离子二次电池的制备方法，其特征在于所述方法使用上述非水电解液，用以抑制电解液对铝箔的腐蚀，提高正极的充电电压。

第四方面，本发明提供了上述的钠离子二次电池的用途，所述钠离子二次电池用于汽车、电动工具的动力电池，以及太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的储能设备。