[发明专利]电解液添加剂、电解液及钠金属电池

说明书

为了提高电解液的抗氧化能力，改善电池的整体库伦效率，同时有效抑制钠枝晶的生长，提升电池的循环稳定性能和使用寿命，本发明提供了一种电解液添加剂，包括苯环；所述苯环上具有第一取代基和第二取代基；所述第一取代基为氟；所述第二取代基为硅氧烷。同时，本发明还公开了包括上述电解液添加剂的电解液和钠金属电池。本发明提供的电解液大大提高了电解液的抗氧化能力，减少在从放电过程中电解液的氧化分解而引起的副反应，同时优化钠金属电池负极固体电解质膜(SEI)和正极的电解质界面膜(CEI)，提高全电池库伦效率且有效地抑制钠枝晶的生长，从而提高电池的整体性能。

技术领域

本发明涉及电化学领域，更具体地，涉及电解液添加剂、电解液及钠金属电池。

背景技术

可充电锂离子电池(LIBs)具有能量密度高、使用寿命长、工作温度宽、环境友好等优点，已广泛应用于手机、笔记本电脑等小型便携式设备。随着全球电动汽车市场的快速发展，传统的锂电池已经无法满足长里程的续航。而且锂资源的短缺，导致锂金属价格快速上涨，从而锂离子电池成本也急剧升高。因此，开发下一代碱金属电池势在必行。由于钠金属资源丰富，钠离子电池(SIB)被认为是锂离子电池最有前途的替代品之一。

在各种SIB负极材料中，钠(Na)金属电极具有低的氧化还原电位(2.71V vs.标准氢电极)和最高的理论容量(1166mAh/g)。然而，高活性的金属Na会与大多数有机液体电解质发生连续的副反应形成固体电解质膜(SEI)。但是，这种自发形成的SEI通常不均匀、易碎，在反复的沉积/剥离处理中容易破裂，进而再次引发不受控制的副反应，并且使得SEI不断被改造，不可避免地导致电池的低库仑效率(CE)被降低，另外电池还会生长钠枝晶，最终导致电池的电解质被耗竭；此外，树状枝晶的生长会诱发电池内部短路，存在安全隐患。

为了应对这些挑战，人们提出了各种战略，包括三维集流体、高浓电解液、电解液添加剂、固态电解质和人工SEI保护层等，均显示出抑制钠枝晶的能力。但是，从实际应用的角度来考虑，电解液添加剂因其丰富的化学成分和与电池制造的兼容性而特别具有吸引力。电解液添加剂可分解并协助形成理想的SEI层，能够保护金属电极，使无枝晶金属沉积。到目前为止，只有少数几种电解液添加剂被开发出来用于抑制钠枝晶，例如以氟乙烯碳酸盐(FEC)、Na₂S₆和双(三氟甲基磺酰)亚胺钾(KTFSI)等形式呈现的电解液添加剂。

其中，FEC作为电解质添加剂对全电池有着积极影响，然而在钠金属负极的极化电位较大，且持续释放少量气体，长期可能对电池性能有害。而Na₂S₆和KTFSI形式的电解液添加剂则仅适用于醚基电解液，具有较差的抗氧化稳定性，不适合高电压的正极。

发明内容

本发明的一个目的是至少解决上述问题。

本发明还有一个目的是，提供一种电解液添加剂、电解液及钠金属电池，至少能够解决：如何综合抑制钠枝晶的生长、提升电解液氧化电位以及负极的SEI和CEI性能的问题，从而提升电池的循环稳定性能和使用寿命。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

在一个方面，本发明提供一种电解液添加剂，所述电解液添加剂包括苯环；所述苯环具有第一取代基和第二取代基；所述第一取代基为氟；所述第二取代基为硅氧烷。

在上述基础上，于另一个方面，本发明提供了一种电解液，包括上述的电解液添加剂。

进一步地，在又一个方面，本发明还提供了一种钠金属电池，包括上述的电解液。

本发明提供的技术方案具备以下技术效果：

1.根据本发明的一些技术方案提供的电解液添加剂，能够使得电解液在负极表面进行优先还原，形成高质量的SEI，这种SEI可以避免电解液与高活性的钠金属的直接接触，减少电解液的分解。