本發(fā)明涉及鈉離子電池，具體涉及一種用于寬溫域高壓鈉離子電池的電解液及寬溫域高壓鈉離子電池。

背景技術：

1、鈉離子電池是繼鋰離子電池之后被人們廣泛關注的一種新型儲能設備，具有成本低、資源豐富等優(yōu)勢。鈉離子電池中，電解液主要由溶質、溶劑和添加劑組成等成分組成，是影響電池安全性、電池能量密度、循環(huán)壽命和倍率等性能。

2、目前，鈉離子電池應用到眾多醚類、酯類等溶劑制備電解液。其氧化和還原穩(wěn)定性有待提高，且可使用溫度相對較窄，使得在高電壓狀態(tài)或反復循環(huán)使用過程中容易氧化分解產氣，無法在寬溫域、高壓條件下穩(wěn)定循環(huán)。

3、其中，無負極鈉離子電池(afsmbs)是一種新型電池結構，在電池制備過程中不添加負極活性材料，僅設置負極集流體作為名義上的負極，在首次充電完成后，正極材料中的鈉離子(na+)遷移到負極集流體表面并形成鈉負極，即通過正極材料脫鈉原位沉積至負極集流體，從而形成真正的負極。無負極鈉離子電池由于其具有理論能量密度高、安全性高、節(jié)省成本和制造工藝簡單等優(yōu)點，在儲能領域顯示出巨大潛力。

4、然而，在無負極鈉離子電池中，由于缺少負極材料，對鈉金屬在負極集流體上沉積和剝離的庫倫效率和均勻致密的沉積行為提出了更高的要求。其次，為了進一步提高無負極鈉離子電池的能量密度，采用能量密集型的高壓正極至關重要。然而，高能量密度的無負極鈉離子軟包電池的穩(wěn)定運行，尤其是在寬溫度范圍的條件下，仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，阻礙了其實際應用的發(fā)展。

5、電解液作為無負極鈉離子電池的關鍵組分之一，寬溫和高壓電解液的開發(fā)有望改善無負極鈉金屬電池的循環(huán)穩(wěn)定性和可在寬溫度范圍內運行的能力。目前，在無負極鈉離子電池的開發(fā)中，六氟磷酸鈉+醚基電解液因具有較高的離子電導率和良好的鈉金屬兼容性仍是無負極鈉電池電解液的主要選擇。然而，目前已應用的“鈉鹽+醚類溶劑”的電解液不能夠滿足高能量密度無負極鈉離子電池在寬溫度范圍內的穩(wěn)定循環(huán)。因此，開發(fā)適用于無負極鈉離子電池的電解液體系是改善無負極鈉離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性和溫度適應性等的重要策略，對于提高無負極鈉離子電池的綜合性能，推動其實際應用具有非常重要的意義。

技術實現思路

1、為了克服上述問題，本發(fā)明提供了一種用于鈉離子電池的電解液，并利用該電解液開發(fā)出寬溫域高壓鈉離子電池，尤其是寬溫域高壓無負極鈉離子電池。利用包括本發(fā)明提供的醚類溶劑及鈉鹽得到的電解液，醚類溶劑與鈉鹽中的陰離子作用增強，獲得了更高的鈉鹽溶解度及抗氧化能力，在鈉離子電池中，有效提高了其實際工作電壓，良好的穩(wěn)定性，大幅提高鈉離子電池的庫倫效率、質量比容量、容量保持率等電池性能，從而在-20～60℃內，實現了寬溫域高壓鈉離子電池，尤其實現了寬溫域高壓無負極鈉離子電池。

2、本發(fā)明第一方面的目的在于提供一種用于鈉離子電池的電解液，其利用包括醚類溶劑和鈉鹽的原料制備得到。

3、所述醚類溶劑包括由通式(1)表示的醚類化合物中的一種或幾種，

4、

5、其中，r1、r2各自獨立地選自含碳數大于1的烷基，優(yōu)選選自含碳數為4-6的烷基，更優(yōu)選為丁基或戊基，如丁基，再如正丁基，更優(yōu)選地，r1、r2均為正丁基；n為1-10的整數，優(yōu)選為1-5的整數。

6、任選地，所述醚類溶劑還包括由通式(2)表示的醚類化合物中的一種或幾種，

7、

8、其中，r3、r4各自獨立地選自含碳數大于1的烷基，優(yōu)選選自含碳數為2-7的烷基，更優(yōu)選為丙基、丁基、戊基或己基，如丁基，再如正丁基，更優(yōu)選地，r3、r4均為正丁基；m為1-10的整數，優(yōu)選為1-5的整數。

9、所述鈉鹽選自含氟酸鈉中的一種或幾種，優(yōu)選為無機含氟酸鈉中的一種或幾種，更優(yōu)選為六氟砷酸鈉、六氟磷酸鈉和四氟硼酸鈉中的一種或幾種，如六氟磷酸鈉和/或四氟硼酸鈉。

10、本發(fā)明第二方面的目的在于提供所述鈉離子電池的電解液的制備方法，所述方法中，原料包括所述醚類溶劑和所述鈉鹽。在保護氣氛下，將包括所述鈉鹽加入到一次除水后的醚類溶劑中，溶解，得到溶液ⅰ。優(yōu)選地，再進行二次除水，得到電解液。

11、本發(fā)明第三方面的目的在于提供一種鈉離子電池，其包括正極、電解液、隔膜，所述電解液為第一方面所述用于鈉離子電池的電解液中的一種。

12、本發(fā)明第四方面的目的在于提供第三方面所述鈉離子電池的制備方法，在保護氣氛下，如氬氣氣氛下進行。

13、鈉離子半電池內部按照正極、隔膜、鈉金屬負極或負極集流體的順序組裝，并在正極和隔膜間、隔膜與鈉金屬負極間滴加電解液。

14、無負極鈉離子電池內部按照正極、隔膜、負極集流體的順序組裝，并在正極和隔膜間、隔膜與負極集流體間滴加電解液。

15、非鈉金屬負極鈉離子電池內部按照正極、隔膜、非鈉金屬負極的順序組裝，并在正極和隔膜間、隔膜與非鈉金屬負極間滴加電解液。

16、本發(fā)明所具有的有益效果包括：

17、(1)本發(fā)明中的醚類溶劑包含兩個或多于兩個的亞乙基氧結構單元和兩端的含碳數大于1的烷基，由其是大于3的烷基，可以使該醚類化合物具有更低的lumo能級(最低未占據分子軌道能級)，相比于含有單亞乙基氧結構的醚類(如乙二醇烷基醚)，具有更好的溶解能力，并且與鈉金屬具有良好的兼容性，作為電解液溶劑使得電解液的在寬溫度范圍內具有良好的離子電導率，且對鈉離子的溶劑化能比較低，有利于形成富陰離子的溶劑化結構，從而形成穩(wěn)定的電極-電解液界面。

18、(2)本發(fā)明中的醚類溶劑與本發(fā)明提供的鈉鹽能夠形成富陰離子的溶劑化結構，從而促進鈉鹽的溶解，得到的電解液不僅在鈉離子電池中具有良好的兼容性，使得電解液具有更高的離子電導率。

19、(3)本發(fā)明中的醚類溶劑對鈉離子的溶劑化能比較低，使得其能夠形成富陰離子的溶劑化結構，從而形成穩(wěn)定的電極-電解液界面，可以提高鈉離子電池在寬溫范圍內的庫倫效率，從而提高鈉離子電池的綜合性能。尤其是二乙二醇二丁醚因具有較高的沸點(約256℃)，極低的蒸汽壓(約0.0013kpa)以及較低的凝固點(-60℃)，由其制得的電解液不僅在-20～60℃的溫度下循環(huán)穩(wěn)定性好，還能夠提高鈉離子電池的電壓，例如可以實現4.0v無負極鈉離子電池在-20～60℃的溫度范圍內穩(wěn)定循環(huán)。

技術特征：

1.一種用于鈉離子電池的電解液，其利用包括醚類溶劑和鈉鹽的原料制備得到，

2.根據權利要求1所述的電解液，其特征在于，

3.根據權利要求1所述的電解液，其特征在于，所述醚類溶劑選自由通式(1)表示的醚類化合物中的一種或幾種，

4.根據權利要求1所述的電解液，其特征在于，所述鈉鹽選自為無機含氟酸鈉中的一種或幾種，優(yōu)選為六氟砷酸鈉、六氟磷酸鈉和四氟硼酸鈉中的一種或幾種，更優(yōu)選為六氟磷酸鈉和/或四氟硼酸鈉。

5.一種權利要求1所述的用于鈉離子電池的電解液的制備方法，其特征在于，所述方法中，原料包括所述醚類溶劑和所述鈉鹽，

6.一種鈉離子電池，其特征在于，其包括正極、電解液、隔膜，所述電解液為權利要求1-4之一所述的用于鈉離子電池的電解液中的一種。

7.根據權利要求6所述的鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子電池還包括負極集流體、鈉金屬負極或非鈉金屬負極。

8.根據權利要求6所述的鈉離子電池，其特征在于，

9.根據權利要求6所述的鈉離子電池，其特征在于，

10.一種權利要求6-9之一所述的鈉離子電池的制備方法，其特征在于，所述方法在保護氣氛下進行，

技術總結
本發(fā)明公開了一種用于鈉離子電池的電解液，其利用包括醚類溶劑和鈉鹽為原料制備得到。本發(fā)明中的醚類溶劑與鈉鹽由于具有較高的溶劑化熵，從而促進鈉鹽的溶解，使得電解液在寬溫范圍內具有的相對較高的離子電導率。同時，本發(fā)明中的鈉鹽溶解在醚類電解液中能夠形成富陰離子的溶劑化結構，從而形成了穩(wěn)定的電極?電解液界面。因此，得到的電解液不僅與鈉金屬負極和高壓正極具有良好的兼容性，而且可以提高鈉離子電池在寬溫范圍內的庫倫效率，從而提高鈉離子電池的綜合性能。

技術研發(fā)人員：王華,李艷梅,王瑩毓
受保護的技術使用者：北京航空航天大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/4/28