[发明专利]用于钠离子电池的电解质

说明书

本发明涉及非水电解质，其包含：(a)至少一种钠盐，(b)至少两种Csubgt;3/subgt;‑Csubgt;6/subgt;烷基碳酸酯溶剂，(c)至少两种选自Csubgt;2/subgt;‑Csubgt;6/subgt;烯基碳酸酯和Csubgt;1/subgt;‑Csubgt;8/subgt;腈的添加剂。还涉及包含所述电解质的电池单元或电池。

技术领域

本发明属于电池领域，更确切地，本发明涉及非水电解质组合物、含有所述电解质的钠离子电化学电池单元和含有所述电解质的二次电池。

背景技术

钠离子电池是目前锂离子电池的替代品，并且在可操作性方面非常接近。

钠离子电池单元由两个电极组成：负极和正极，由基于聚合物的隔膜隔开。隔膜和电极由称称为电解质的液体润湿。在使用(放电)时，钠离子Na⁺从负极的活性材料脱嵌，穿过电解质/隔膜，最终嵌入正极的活性材料。为了保持电中性，电子通过外电路从负极材料移动到正极材料。因此，电解质是正离子从一个电极传输到另一个电极的介质。因此，电解质是离子导电的，但是电子绝缘的。

电解质由不同的溶剂、几种添加剂和钠盐构成。这些成分的选择至关重要，因为它将与活性材料一起决定电池单元的性能。理想的电解质应具有高离子电导率、良好的电化学稳定性和热稳定性，以及有效钝化电极表面并在负极形成所谓的SEI(固体电解质界面)和在正极形成所谓的CEI(阴极电解质界面)的能力。此外，其组分必须易于获得、易于生产且对环境无害。

在锂离子电池单元中，电解质通常由1M LiPF₆在环状碳酸酯和线性碳酸酯的混合物中制成。环状碳酸酯的典型实例为DMC碳酸二甲酯，线性碳酸酯的典型实例为EC碳酸亚乙酯。许多添加剂是在工业中使用的。他们的主要任务是提高电池单元的性能，最重要的是1)延长电池单元的寿命，2)降低电池单元的阻抗，3)减轻存储对容量的影响，也称为日历老化(calendared ageing)。为了做到这一点，它们在产生SEI和CEI的制造过程中的所谓的形成步骤的前几个循环中协同分解/反应。这些层允许正离子的快速脱嵌/嵌入，同时保持高的电子导电性并防止电解质因还原/氧化而降解。

虽然在锂离子电池领域中已知许多添加剂及其效果，但在钠离子电池的情况下，现有技术要少得多。使用了几种基于Na的盐：NaPF₆是目前最常见的；NaOCl₄的优点是无氟，这是电池单元回收步骤中的有利条件，但具有更高的安全问题；NaBF₄的热稳定性更高，但在大多数溶剂中的溶解度有限。另一个潜在的候选材料是由JP6592380B2中提出的NaFSI，其用于提高耐热性。在钠离子电池单元中，使用了与由环状碳酸酯和线性碳酸酯构成的锂离子电解质类似的溶剂。然而，不同的活性材料、电势和整体化学性质导致环状和线性之间的优选比率不同，如“Electrolytes and Interphases in Sodium-Based RechargeableBatteries:Recent Advances and Perspectives”(Eshetu等人，Adv.Energy Mater.2020,10,2000093)或在“Electrochemical Na Insertion and Solid Electrolyte Interphasefor Hard-Carbon Electrodes and Application to Na-Ion Batteries”(Komaba等人；Adv.Functional Mater.2011,Vol.21,Iss.20,P3859-3867)中所证明的。电解质中的盐浓度从如WO2019/116044A1中所示的0.5M到“fluorinated Ethylene carbonate asElectrolyte Additive for Rechargeable Na Batteries”(Komaba等人,ACSAppl.Mater.Interfaces 2011,3,11)中的3M不等。