[发明专利]一种非水电解液及钠离子电池

说明书

本发明公开了一种非水电解液及钠离子电池，其中非水电解液包括钠盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂包括降红木素二钠。降红木素二钠添加剂使得化成成膜阶段非水电解液中钠离子消耗降低，而且降红木素二钠参与形成的SEI膜和CEI膜在高温下不易分解，此外，降红木素二钠还能在钠离子电池循环的过程中与正极材料释放出的活性氧自由基发生反应，因此本发明的钠离子电池首次容量和首次库伦效率较高，循环性能较好且高温存储性能较好。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种非水电解液及钠离子电池。

背景技术

二次电池也称为可充电电池，是一种可重复充放电、多次使用的电池。目前主要的二次电池技术有铅酸电池、镍铬电池、镍氢电池和锂离子电池。锂离子电池因其高能量密度、寿命长等优点在储能领域有着广泛的应用，然而锂的自然丰度低且分布不均，使得锂离子电池成本不断提升。钠在元素周期表中位于锂的正下方，具有与金属锂最接近的化学性质，且在地壳中储量丰度，丰度为锂的数千倍，所以钠离子电池有望成为新一代高性能、低成本储能技术。钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，通过钠离子在正负极发生氧化还原反应实现能量的存储与释放。钠离子电池的核心组成部件包含正极、负极和电解液。充电时，钠离子从正极活性材料中脱出，嵌入负极活性材料；放电时，钠离子从负极活性材料脱出而嵌入到正极活性材料中。钠离子在钠离子电池中的扩散系数与在锂离子电池中的相比，具有较低的扩散速度，主要原因是与锂离子电池相比，在钠离子电池中是具有较大体积和重量的钠离子进行离子迁移，完成充放电过程中的氧化还原反应，故长期循环过程中，钠离子电池的容量衰减相对于目前已经成熟的锂离子电池会更快。

多年来人们对各种钠离子电池正极材料进行了深入的研究，其中发现层状过渡金属氧化物具有体积能量密度较高的优势，因此层状过渡金属氧化物成为钠离子电池的首选正极材料，但是过渡金属氧化物本身会存在相变，在长期循环的过程中，正极材料的相变使得正极材料会释放出活性氧自由基，活性氧自由基与电解液接触后会氧化电解液并产生气体，也就是我们所说的“循环产气”，故该层状过渡金属氧化物正极材料的循环稳定性偏差；而且该材料在高温下与电解液直接接触对电解液氧化性极强，同样会使得电解液氧化分解产气，故该正极材料高温稳定性偏差；此外，由于成膜会消耗电解液中的部分钠离子，故导致钠离子电池的首次库伦效率也会偏低。

因此，亟需一种非水电解液及钠离子电池，以解决现有技术问题的不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种非水电解液，该非水电解液适用于常规钠离子电池，能提高钠离子电池首次容量和首次库伦效率，还能提升钠离子电池高温存储和循环性能。

本发明的另一目的是提供一种钠离子电池，该钠离子电池首次容量和首次库伦效率较高，循环性能较好且高温存储较好。

为实现以上目的，本发明提供了一种非水电解液，包括钠盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂包括降红木素二钠。

其中降红木素二钠(CAS:33261-81-3)结构式如下所示：

与现有技术相比，本发明首次将一种天然色素的钠盐降红木素二钠作为非水电解液的添加剂使用，具体地，降红木素二钠加入非水电解液中，其中一部分降红木素二钠可代替部分溶剂参与首次化成阶段SEI膜和CEI膜的形成，由于该添加剂本身钠离子含量较高，故使得化成成膜阶段非水电解液中钠离子消耗降低，进而提高钠离子电池首次容量和首次库伦效率；同时降红木素二钠由于其独特的长链结构而具有很强的高温稳定性，故降红木素二钠参与形成的SEI膜和CEI膜在高温下不易分解，这阻断了正极材料与电解液的直接接触，使得钠离子电池的高温存储性能得到显著改善；而另一部分未参与成膜的降红木素二钠由于含有众多的不饱和双键，能在钠离子电池循环的过程中与正极材料释放出的活性氧自由基发生反应，进而消耗正极释放出的氧自由基，从而提升钠离子电池的循环性能。因此将降红木素二钠加入非水电解液中，该非水电解液适用于常规钠离子电池，能明显提高钠离子电池首次容量和首次库伦效率，还能明显提升钠离子电池循环性能和高温存储性能。