CN116169363A - 一种钠离子电池电解液及钠离子电池 - Google Patents

一种钠离子电池电解液及钠离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钠离子电池电解液及钠离子电池，包括钠盐及电解液溶剂；其中，所述电解液溶剂包括磺酰胺类有机溶剂；其中，所述磺酰胺类有机溶剂的分子通式为：R1SO2N(R2)(R3)(1)；其中，上式(1)中官能团R1为‑(CF2)n‑CF3，n＝0或1；官能团R2为‑(CH2)xCH3，x≥0；官能团R3为‑(CH2)yCH3，y≥0；本发明采用磺酰胺类有机溶剂作为钠离子电池电解液的主要成分，具有液程宽、浸润性好、正负极兼容性好及较好的阻燃性能，满足钠离子电池在宽温域下的应用。

Description

一种钠离子电池电解液及钠离子电池
技术领域
本发明属于钠离子电池技术领域，特别涉及一种钠离子电池电解液及钠离子电池。
背景技术
随着新能源汽车和储能等领域对电池的需求急剧上升，而锂在地壳中的含量仅为17ppm，其储量极低且分布不均，导致锂离子电池价格不断飙升，已无法满足上述领域的应用需求；相比锂而言，钠的储量丰富，分布广泛，提炼过程简单，且钠离子电池与锂离子电池具有类似的工作原理和电池构件；因而，钠离子电池得到越来越广泛的关注。
钠离子电池中的电解液作为Na+在正负极之间传输的载体，其除了需要拥有高Na+电导率外，还需要同时满足钠离子电池正负极对兼容性、低粘度、对隔膜良好的浸润性以及低温特性；虽然钠离子电池和锂离子电池具有相似的“摇椅”原理，但由于钠离子的半径比锂离子半径大35％，且Na/Na+比Li/Li+高0.3V；其次，钠离子与溶剂分子的配位结构以及电解液在正负极上的分解路径和产物均与锂离子电池有着较大差异；例如：美国专利申请“具有磺酰胺基电解质的超高压可充电电池”(申请号为：WO2022178271)；其中，虽然公开了N,N二甲基三氟甲基磺酰胺作为溶剂，LiFSI作为盐的锂电池电解液，但其作用仅是用于改善金属锂的沉积-剥离效率和提高锂过渡金属氧化物正极的兼容性，尚未有其在钠离子电池领域的应用研究；
基于硬碳/软碳负极的钠离子电池的电解液设计原则与基于石墨负极的锂离子电池存在本质的区别。例如：锂离子电池中，EC基电解液会在石墨表面形成良好的固态电解质膜，使石墨具有很好的循环性能，但在钠离子电池中EC基电解液却无法使Na+成功嵌入石墨中；又例如：在锂离子电池中，碳酸亚乙烯酯(VC)常常作为负极成膜添加剂，而若将碳酸亚乙烯酯用于钠离子电池中时，易使钠离子电池性能恶化。锂离子电池中电解液在电极表面分解形成的固体电解质界面膜(SEI)中通常具有较高含量的LiF，而LiF被认为是改善SEI膜力学性质和Li+传导的重要组分；而在钠离子电池的SEI中NaF却被认为会明显阻碍Na+的传导。
目前，为了同时满足硬碳兼容性和良好的电池低温充放电特性，钠离子电池中的电解液常采用PC基电解液；其中，PC基电解液中采用碳酸丙烯酯(PC)作为主要组分，碳酸丙烯酯的优点在于其可以在硬碳表面成膜且熔点低至-48.8℃；因此，PC基电解液电解液能够使钠离子电池具备更好的低温性能；但由于碳酸丙烯酯存在粘度高、无法浸润现有的商用隔膜，使得钠离子电池需要使用成本更高、结构复杂的玻璃纤维或隔膜涂层来改善浸润，造成电池成本较高，经济性差；同时，现有的碳酸酯基电解液的易燃特性，使得电池存在较大的安全隐患。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种钠离子电池电解液及钠离子电池，以解决现有钠离子电池的电解液存在的浸润性差、电极兼容性低、且存在较大的安全隐患等技术问题，以满足钠离子电池在宽温域下应用需求。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种钠离子电池电解液，包括钠盐及电解液溶剂；其中，所述电解液溶剂包括磺酰胺类有机溶剂；
其中，所述磺酰胺类有机溶剂的分子通式为：
R1SO2N(R2)(R3)(1)
其中，上式(1)中官能团R1为-(CF2)n-CF3，n＝0或1；官能团R2为-(CH2)xCH3，x≥0；官能团R3为-(CH2)yCH3，y≥0。
进一步的，所述磺酰胺类有机溶剂为CF3SO2N(CH2CH3)(CH3)、CF3SO2N(CH2CH3)2、CF3SO2N(CH3)2和CF3CF2SO2N(CH3)2中的一种。
进一步的，所述钠盐采用NaPF6、NaClO4、NaCF3SO3、Na(CF3SO2)2N、Na(FSO2)2N、NaBF4、NaC2BF2O4、NaPF2O2及NaC4BO8中的一种。
进一步的，所述电解液溶剂中所述磺酰胺类有机溶剂的质量百分数为0.1％～100％。
进一步的，所述电解液溶剂还包括常规溶剂；所述常规溶剂为环状碳酸酯、链状碳酸酯、醚类溶剂和其他脂类溶剂中的一种或多种；其中，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯及氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种；所述链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯及碳酸甲乙酯中的一种或多种；所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚或1,3–二氧戊环；所述其他脂类溶剂包括丙酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯及2,2,2-三氟乙基磷酸酯中的一种或多种。
进一步的，所述电解液溶剂还包括常规溶剂；所述常规溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸甲乙酯和2,2,2-三氟乙基磷酸酯中的一种或多种。
进一步的，还包括添加剂；所述添加剂采用氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯和1-丙烯基-1,3-磺酸内酯中的一种。
本发明还提供了一种钠离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液；其中，所述电解液采用所述的钠离子电池电解液。
进一步的，所述正极片包括正极集流体及粘附于正极集流体上的正极活性材料；其中，所述正极活性材料采用钠层状过渡金属氧化物正极材料、聚阴离子类正极材料及普鲁士蓝类正极材料中的一种或多种；
所述负极片包括负极集流体及粘附于负极集流体上的负极活性材料；其中，所述负极活性材料采用硬碳、软碳、金属钠及钛酸钠中的一种或多种。
进一步的，所述隔膜为聚丙烯膜PP、聚乙烯模PE或PP/PE复合膜。
进一步的，在测试温度为-40℃～室温条件下，所述钠离子电池充电至4.5Vvs.Na/Na+，所述钠离子电池放电至2.5Vvs.Na/Na+。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种钠离子电池电解液及钠离子电池，采用磺酰胺类有机溶剂作为钠离子电池电解液的主要成分，磺酰胺类有机溶剂易在硬碳类负极表面形成稳定的保护膜，以使负极具有良好的循环性能；其次，由于磺酰胺类物质具有较宽的液程，钠离子电池电解液能够在低温下保持良好的流动性和离子电导率；同时，能够有效保证钠离子的去溶剂化速率，使得钠离子在低温或常温下均具有快速、可逆脱嵌的性能；通过调控磺酰胺类有机溶剂的分子结构，实现对分子极性的调控，从而获取性能更佳稳定的电解液；其次，电解液具有良好的抗氧化性，能够在电池正极表面氧化成膜，对电池正极材料具有良好的兼容性；另外，将钠盐溶解在电解液溶剂中后，仍能与商用隔膜保持良好的浸润性能，降低了电池的成本；此外，所述电解液溶剂均不易燃，其在受到热或强力冲击的环境下，钠盐离子能够与电解液溶剂发生缔合共结晶，使电解液由液态变为准固态，关闭正负极之间的离子通路，迅速阻止电池短路和热失控，有效提高了钠离子电池的安全性；而锂盐电解液由于溶剂化结构和离子-溶剂作用力与钠盐不同，不会发生该缔合共结晶现象，也不具有上述提高电池安全性的效果。
附图说明
图1为实施例1所述的钠离子电池电解液和对比例1中电解液的电化学充放电曲线图；
图2为实施例2所述的钠离子电池电解液的电化学循环图。
图3为实施例3所述的钠离子电池电解液的电化学充放电曲线图；
图4为实施例15所述的钠离子电池电解液的循环性能曲线及库伦效率曲线图；
图5为实施例15所述的钠离子电池电解液的电压-容量曲线图；
图6为实施例16所述的钠离子电池电解液和对比例5中电解液的循环性能曲线及库伦效率曲线图；
图7为实施例16所述的钠离子电池电解液的电压-比容量曲线图；
图8为对比例5中电解液的电压-比容量曲线图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种钠离子电池电解液，包括钠盐、电解液溶剂及添加剂；所述钠盐的浓度为0.1-6.0mol/L；优选的，所述钠盐的浓度为0.2-1.0mol/L；所述钠盐为本领域中钠离子电池电解液常规所用的钠盐；优选的，所述钠盐采用NaPF6、NaClO4、NaCF3SO3(NaOTf)、Na(CF3SO2)2N(NaTFSI)、Na(FSO2)2N(NaFSI)、NaBF4、NaC2BF2O4(二氟草酸硼酸钠，NaDFOB)、NaPF2O2及NaC4BO8(二草酸硼酸钠，NaBOB)中的一种；进一步优选的，所述钠盐采用NaPF6、NaClO4、NaTFSI和NaFSI中的一种。
所述电解液溶剂包括磺酰胺类有机溶剂和常规溶剂，所述磺酰胺类有机溶剂的质量百分数为0.1％～100％；其中，所述磺酰胺类有机溶剂的分子通式为：
R1SO2N(R2)(R3)(1)
其中，上式(1)中官能团R1为-(CF2)n-CF3，n＝0或1；官能团R2为-(CH2)xCH3，x≥0；官能团R3为-(CH2)yCH3，y≥0。
本发明中，官能团R1、官能团R2及官能团R3的碳链越长、氟原子数量越多，分子结构的非极性越大，对过渡金属离子和固态电解质膜中的有机组分溶解度越小，可以起到抑制正负极界面组分溶出的作用，从而稳定电极-电解液界面；当官能团R2及官能团R3碳链长度达到一定程度，化合物变为固体，用作添加剂溶解到液态电解液中效果更佳；优选的，所述磺酰胺类有机溶剂为CF3SO2N(CH2CH3)2、CF3SO2N(CH2CH3)(CH3)、CF3SO2N(CH3)2和CF3CF2SO2N(CH3)2中的一种。
本发明中，所述的常规溶剂为本领域中钠离子电池电解液常规所选用的溶剂；优选的，所述常规溶剂为环状碳酸酯、链状碳酸酯、醚类和其他酯类溶剂中的一种或多种；其中，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)及氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的一种或多种；所述链状碳酸酯为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)及碳酸甲乙酯(EMC)中的一种或多种；所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚或1,3-二氧戊环；所述其他酯类溶剂为丙酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)及2,2,2-三氟乙基磷酸酯(TFP)中的一种或多种；进一步优选的，所述常规溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和2,2,2-三氟乙基磷酸酯(TFP)中的一种或多种。
本发明中，所述的添加剂为本领域中钠离子电池电解液常规所选用的添加剂；优选的，所述添加剂采用氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、硫酸乙烯酯(DTD)和1-丙烯基-1,3-磺酸内酯(PS)中的一种。
制备过程：
本发明所述的钠离子电池电解液的制备过程，具体如下：
根据所述钠离子电池电解液的组分设计要求，取钠盐、电解液溶剂及添加剂；将称取的钠盐、电解液溶剂及添加剂混合均匀，得到所述的钠离子电池电解液；其中，所述混合过程在氩气气氛条件保护下进行。
本发明还提供了一种钠离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液；所述电解液采用上述的钠离子电池电解液；所述正极片包括正极集流体及粘附于正极集流体上的正极活性的材料；其中，所述正极活性材料采用钠层状过渡金属氧化物正极材料、聚阴离子类正极材料及普鲁士蓝类正极材料中的一种或多种；所述负极片包括负极集流体及粘附于负极集流体上的负极活性材料；优选的，所述负极活性材料采用硬碳、软碳、金属钠及钛酸钠中的一种或多种；本发明中，所述的隔膜为本领域中电池常规所选用的隔膜；优选的，所述隔膜为聚丙烯膜(PP)、聚乙烯模(PE)或PP/PE复合膜；本发明所述的钠离子电池，充电至4.5Vvs.Na/Na+，相当于传统的锂离子电池充电至4.8Vvs.Li/Li+；本发明所述的钠离子电池放电至2.5Vvs.Na/Na+，相当于传统的锂离子电池放电至2.8Vvs.Li/Li+；其中，测试温度为-40℃～室温。
电解液设计原理：
本发明所述的钠离子电池电解液，采用磺酰胺类有机溶剂作为电解液溶剂的主要成分，所述磺酰胺类有机溶剂易在硬碳类负极表面形成稳定的保护膜；由于磺酰胺类物质具有较宽的液程，钠离子电池电解液能够在低温下保持良好的流动性和离子电导率；优选的，所述液程为-60℃～200℃；同时，能够有效保证钠离子的去溶剂化速率，使得钠离子在低温或常温下均具有快速、可逆脱嵌的性能；通过调控磺酰胺类有机溶剂的分子结构，实现对分子极性的调控，从而获取性能更佳稳定的电解液；电解液具有良好的抗氧化性，能够在电池正极表面氧化成膜，对电池正极材料具有良好的兼容性；另外，将钠盐溶解在电解液溶剂中后，仍能与商用隔膜保持良好的浸润性能，大大降低了电池的成本；因此，本发明所述的钠离子电池电解液不但兼容商用隔膜降低了生产及制造成本，还实现了钠离子电池良好的宽温域循环性能。
此外，所述电解液溶剂均不易燃，其在受到热或强力冲击的环境下，钠盐离子能够与电解液溶剂发生缔合共结晶，使电解液由液态变为准固态，关闭正负极之间的离子通路，迅速阻止电池短路和热失控，有效提高了钠离子电池的安全性；具体的，磺酰胺类有机溶剂均不易燃，而且在受到热和强力冲击的情况下，钠离子与磺酰胺类有机溶剂分子形成的特殊配位结构会受到影响，导致钠离子与溶剂分子发生缔合共结晶，使电解液由液态变为准固态，关闭正负极之间的离子通路，迅速阻止电池短路和热失控；而在锂离子电池电解液中，由于锂离子与溶剂分子结合更加紧密，配位结构不会受到外界因素扰动，没有此液-固转换的特点；因此，使用本发明所述的钠离子电池电解液的钠离子电池在短路或受到冲击的情况下，具备高安全特性。
实施例1-19和对比例1-5：
以实施例1为例，本实施例1中提供了一种钠离子电池电解液及钠离子电池，所述钠离子电池电解液包括钠盐及电解液溶剂；所述钠盐采用NaTFSI，所述钠盐的浓度为0.2mol/L；所述电解液溶剂采用磺酰胺类有机溶剂，所述磺酰胺类有机溶剂的分子式为：CF3SO2N(CH2CH3)2；其中，所述磺酰胺类有机溶剂的质量百分数为100％。
所述钠离子电池电解液的制备过程，具体如下：称取钠盐、电解液溶剂及添加剂；在氩气气氛条件下，将称取的钠盐、电解液溶剂及添加剂混合均匀，得到所述的钠离子电池电解液。
本实施例1还提供了一种钠离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液；其中，所述电解液采用本实施例1中所述的钠离子电池电解液；其中，所述正极片包括正极集流体及粘附于正极集流体上的正极活性材料；其中，所述正极活性材料采用钠层状过渡金属氧化物正极材料；所述负极片包括负极集流体及粘附于负极集流体上的负极活性材料；其中，所述负极活性材料采用硬碳；所述隔膜采用聚丙烯膜(PP)。
所述钠离子电池的制作过程，具体如下：
按顺序对所述正极片、隔膜及负极片进行堆叠，得到电芯结构；之后采用电池外包对所述电芯结构进行包裹；最后，注入所述钠离子电池电解液并封装，即得到所述钠离子电池。
以下对实施例1-19及对比例1-5中，钠离子电池电解液的组分特征及电池性能测试结果进行具体说明；其中，钠离子电池电解液的组分特征如表1所示。
表1钠离子电池电解液的各组分配料表
Figure BDA0004145113280000081
Figure BDA0004145113280000091
以下对实施例1-19中所述的钠离子电池电解液及钠离子电池的性能测试结果进行说明，具体如下：
需要说明的是，对于电池性能测试时采用半电池进行测试，即以金属钠为对电极，工作电极为硬碳或NaNFM(NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2)，隔膜采用PP隔膜、PE隔膜、PP/PE复合膜或玻璃纤维(GF)隔膜，测试温度为室温或低温；其中，所述钠离子电池的性能测试结果如表2所示。
表2钠离子电池性能测试结果表
Figure BDA0004145113280000092
Figure BDA0004145113280000101
其中，表2中的GF为玻璃纤维；NaNMO为Na0.5Ni0.25Mn0.75O2。
实施例1中，电解液采用0.2mol/L的NaTFSI与CF3SO2N(CH2CH3)2混合得到；测试结果发现：电解液能够在1Vvs.Na/Na+左右还原成膜，实现Na+在硬碳负极中的可逆脱嵌，其首次库伦效率高达89.1％；如附图1所示，附图1中给出了实施例1所述的钠离子电池电解液和对比例1中电解液的电化学充放电曲线图；其中，实施例1中，50圈循环后容量保持率为99％；而对比例1采用传统碳酸酯基电解液1mol/L的NaPF6与EC、PC及EMC按照体积比为1:1:3，并加入质量百分数为2％的FEC作为添加剂混合得到，采用PP隔膜，测试结果发现对比例1中无法实现Na+在硬碳负极中的可逆脱嵌。
实施例2中，采用与实施例1相同的电解液和隔膜，但工作电极替换为含钠层状氧化物NaNFM，充电电压为4.1V；如附图2所示，附图2中给出了实施例2所述的钠离子电池电解液的电化学循环曲线图；从附图2中可以看出，以该电解液装配的电池首圈容量达到133mAh/g，首次库伦效率95％，循环50圈后容量保持率为95％，展现出了良好的对钠电正极的兼容性。
实施例3中，所述钠离子电池电解液采用电解液为0.2mol/L的NaFSI与CF3SO2N(CH2CH3)(CH3)混合得到，工作电极为NaNFM，隔膜为PP；如附图3所示，附图3中给出了实施例3所述的钠离子电池电解液的电化学充放电曲线图；从附图3中可以看出，由所述钠离子电池电解液组装的钠离子电池在室温及低温下均具有较高的放电容量；具体为：室温条件下放电容量为133mAh/g，-20℃条件下放电容量为130mAh/g，-40℃条件下放电容量为116mAh/g；相比之下，在对比例2中以1mol/L的NaPF6与EC、PC及EMC按体积比为1:1:3混合得到的电解液，搭配玻璃纤维隔膜的电池，室温条件下放电容量为133mAh/g，-20℃条件下放电容量为110mAh/g，-40℃条件下放电容量为90mAh/g；由此可知，实施例3中所述的钠离子电池电解液具有更好的低温放电特性。
实施例4-5中，所述钠离子电池电解液中以EC及EMC按照体积比为1:1的比例混合作为溶剂，以CF3SO2N(CH2CH2CH3)2为共溶剂，采用NaFSI作为钠盐，PP为隔膜；分别以钠为对电极的半电池测试了硬碳和NaNFM室温下的循环特性，测试结果发现，实施例4-5所述的钠离子电池电解液出了PP隔膜良好的浸润性和对钠电正负极良好的兼容性。
实施例6中，所述钠离子电池电解液中以PC及EMC按照体积比为5:4的比例混合作为溶剂，以质量百分数为10％的CF3CF2SO2N(CH3)2作为共溶剂，以质量百分数为2％的FEC作为添加剂，采用NaPF6作为钠盐，PP为隔膜；测试结果可以发现在使用PP作为隔膜时，NaNFM的比容量为132mAh/g，50圈循环以后循环保持率91％；而在对比例3中，以1mol/L的NaPF6作为钠盐，以PC及EMC按照体积比为5:4的比例混合作为溶剂，以质量百分数为2％的FEC作为添加剂，以钠为工作电极测试NaNFM室温下的循环特性，测试结果可以发现该电解液无法浸润PP隔膜，而即使换成更加容易浸润的GF隔膜后，循环保持率仅为80％。
实施例7中，采用10wt％的F含量更高的分子结构CF3CF2SO2N(CH3)2作为添加剂，加入至PC及EMC按照体积比为5:4的比例混合溶剂中，测试结果可以发现，所述电解液使NaNFM的比容量达到135mAh/g，50圈循环以后循环保持率93％，明显改善了其循环稳定性。
实施例8-9中，采用NaClO4为钠盐，CF3SO2N(CH3)2为溶剂，不加/加入1wt％的PS作为添加剂，PP为隔膜；测试结果可以发现，在实施例9中加入PS以后，硬碳的循环性能有所改善。
实施例10-11中，采用NaFSI为钠盐，CF3SO2N(CH2CH3)(CH3)为溶剂，不加/加入1wt％的DTD作为添加剂，PP为隔膜；测试结果可以发现，在实施例9中加入DTD以后，硬碳的循环性能有所改善。
实施例12-14中，分别采用了三种磺酰胺分子作为溶剂，包括：CF3SO2N(CH2CH3)2、CF3SO2N(CH2CH3)(CH3)、CF3SO2N(CH3)2，钠盐均为NaTFSI，浓度均为0.2mol/L；三种电解液均无法被明火点燃，说明此类磺酰胺有机分子具有明确的阻燃作用；而对比例4的碳酸酯基电解液0.2mol/L的NaFSI/DMC可以被明火点燃。
实施例15中，所述钠离子电池电解液采用0.2mol/L的NaFSI为钠盐及CF3SO2N(CH3)2为溶剂混合得到；如附图4-5所示，附图4中给出了实施例15所述的钠离子电池电解液的循环性能及库伦效率曲线图，附图5中给出了实施例15所述的钠离子电池电解液的电压-容量曲线图；从附图4-5中可以看到，以实施例15所述的电解液组装的Na||NaVPO4的电池，在截止电压范围为2.5～4.0Vvs.Na/Na+(相当于锂电的2.8～4.3Vvs.Li/Li+)测试时，初始放电容量达到136mAh/g，500圈循环后容量保持率为100％，展现出了对聚阴离子型正极良好的兼容性；其中，NaVPO4为聚阴离子型钠离子电池正极。
实施例16中，所述钠离子电池电解液采用0.2mol/L的NaFSI为钠盐及CF3SO2N(CH3)2为溶剂混合得到；如附图6-7所示，附图6中给出了实施例16所述的钠离子电池电解液和对比例5中电解液的循环性能曲线及库伦效率曲线图，附图7中给出了实施例16所述的钠离子电池电解液的电压-比容量曲线图；从附图6-7中可以看出，以实施例16电解液组装的Na||NaNMO电池在截止电压范围为2.5～4.5Vvs.Na/Na+(相当于锂电的2.8～4.8Vvs.Li/Li+)测试时，仍具有非常好的循环性能，初始放电容量达到128mAh/g，0.5C循环100圈后容量保持率为95％。如附图8所示，附图8中给出了对比例5中电解液的电压-比容量曲线，从附图8中可以看出，以对比例5所述的电解液1M的NaPF6/EC-PC-2％FEC在相同条件下循环后的容量保持率仅为36％；因此，实施例16所述的钠离子电池电解液表现出了优异的电化学循环性能。
实施例17-18中，均与实施例1采用相同的电池正负极和电解液，仅将PP隔膜替换为PE隔膜和PP//PE复合隔膜；从试验结果可以看到，隔膜更换之后获得与实施例1具有相同的电化学性能；因此，说明实施例1中所述的钠离子电池电解液对PE隔膜或PP//PE复合隔膜都具有很好的浸润性。
实施例19中，所述钠离子电池电解液中以CF3SO2N(CH2CH3)(CH3)及2,2,2-三氟乙基磷酸酯按照体积比为9:1的比例混合，采用NaTFSI作为钠盐，PP为隔膜；测试结果可以发现，在使用PP作为隔膜时，NaNFM的比容量为131mAh/g，50圈循环以后循环保持率92％。
本发明中，将阻燃的磺酰胺类化合物应用到钠离子电池中，以所述的钠离子电池电解液制备的钠离子电池，由于磺酰胺类化合物分子可在0.5～1.2Vvs.Na/Na+电压区间内形成致密且导Na+的固态电解质膜覆盖硬碳表面，使Na+可以在硬碳中可逆脱嵌，同时具有优异的低温性能、电池循环稳定性和安全性。
本发明所述钠离子电池电解液及钠离子电池，能够同时满足钠离子在硬碳中的可逆脱嵌、低温特性及浸润性的特点，且具有液程宽、浸润性好、正负极兼容性好及较好的阻燃性能；因此，钠离子电池电解液满足钠离子电池在宽温域下的应用。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (11)

1.一种钠离子电池电解液，其特征在于，包括钠盐及电解液溶剂；其中，所述电解液溶剂包括磺酰胺类有机溶剂；
其中，所述磺酰胺类有机溶剂的分子通式为：
R1SO2N(R2)(R3)(1)
其中，上式(1)中官能团R1为-(CF2)n-CF3，n＝0或1；官能团R2为-(CH2)xCH3，x≥0；官能团R3为-(CH2)yCH3，y≥0。
2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池电解液，其特征在于，所述磺酰胺类有机溶剂为CF3SO2N(CH2CH3)(CH3)、CF3SO2N(CH2CH3)2、CF3SO2N(CH3)2和CF3CF2SO2N(CH3)2中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种钠离子电池电解液，其特征在于，所述钠盐采用NaPF6、NaClO4、NaCF3SO3、Na(CF3SO2)2N、Na(FSO2)2N、NaBF4、NaC2BF2O4、NaPF2O2及NaC4BO8中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种钠离子电池电解液，其特征在于，所述电解液溶剂中所述磺酰胺类有机溶剂的质量百分数为0.1％～100％。
5.根据权利要求1所述的一种钠离子电池电解液，其特征在于，所述电解液溶剂还包括常规溶剂；所述常规溶剂为环状碳酸酯、链状碳酸酯、醚类溶剂和其他酯类溶剂中的一种或多种；其中，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯及氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种；所述链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯及碳酸甲乙酯中的一种或多种；所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚或1,3-二氧戊环；所述其他酯类溶剂包括丙酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯及2,2,2-三氟乙基磷酸酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种钠离子电池电解液，其特征在于，所述电解液溶剂还包括常规溶剂；所述常规溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和2,2,2-三氟乙基磷酸酯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种钠离子电池电解液，其特征在于，还包括添加剂；所述添加剂采用氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯和1-丙烯基-1,3-磺酸内酯中的一种。
8.一种钠离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜及电解液；其中，所述电解液采用如权利要求1-7任意一项所述的钠离子电池电解液。
9.根据权利要求8所述的一种钠离子电池，其特征在于，所述正极片包括正极集流体及粘附于正极集流体上的正极活性材料；其中，所述正极活性材料采用钠层状过渡金属氧化物正极材料、聚阴离子类正极材料及普鲁士蓝类正极材料中的一种或多种；
所述负极片包括负极集流体及粘附于负极集流体上的负极活性材料；其中，所述负极活性材料采用硬碳、软碳、金属钠及钛酸钠中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的一种钠离子电池，其特征在于，所述隔膜为聚丙烯膜PP、聚乙烯膜PE或PP/PE复合膜。
11.根据权利要求8所述的一种钠离子电池，其特征在于，在测试温度为-40℃～室温条件下，所述钠离子电池充电至4.5Vvs.Na/Na+，所述钠离子电池放电至2.5Vvs.Na/Na+。
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