【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及二次電池電解質領域，尤其涉及一種類冠醚化合物、含有類冠醚化合物的電解液及其在二次電池中的應用，包括一種非水電解液和含非水電解液的鈉離子電池。
技術介紹
1、與傳統電池相比，具有高能量密度以及高工作電壓特點的鋰離子電池(lib)成為了一種更方便的儲能器件。鋰離子電池在眾多的電子設備上具有廣泛的應用，尤其是近幾年在新能源電車上的應用促使了它的快速發展。然而，鋰離子在電池中的儲存少，原材料成本相對較高，發展新一代的能源電池具有相當的必要性。其中，與鋰離子同族的鈉離子成為了人們的關注重點。研究表明，在某些發面鈉離子擁有與鋰離子相似的性能，并且在自然界中擁有相當的儲量。因此，鈉離子電池擁有了成為鋰離子電池的替代品的可能。
2、近兩年，人們對于鈉離子電池的研究多集中在電極電解質界面膜的構成和優化。通過優化電解液添加劑和電解液溶劑比例配方等，從而實現在電極表面形成穩定的電子絕緣的鈍化薄膜，避免電解液的進一步分解、以及消耗其中的鈉離子和產氣而導致電池的容量下降，從而延長使用壽命。而在電池的充電放電的過程中，鈉離子電池會在正極與負極之間經過電解液，實現來回的遷移，這其中離子的遷移過程對于電池的性能也十分重要，在離子的遷移過程中涉及到鈉離子的溶劑化和去溶劑化的過程。
3、然而，關于離子溶劑化結構的研究尚還不足。目前，對于溶劑化結構的默認理論包括：溶劑作為連續的均相介質，利用靜電力、范德華力以及與陽離子之間形成的配位鍵，從而將陽離子圍繞限制在中間，形成一層溶劑化殼，并在由游離的溶劑化分子、陰離子組成的通道中進行遷
4、冠醚作為一種具有大空腔結構的化合物，具有一定的離子配位的能力。其與鈉離子配位可將鈉離子包裹在分子中心，從而增加鈉離子與陰離子的距離，便于提高離子的脫溶劑化能力。脂肪族冠醚與鋰離子具有良好的配位能力，且具有與電解質負極之間的相容性。研究表明，在鋰金屬電池中引入冠醚，有效降低了電極表面的鋰離子的濃度，避免了大晶核的產生，避免了鋰離子電池工作中產生的析鋰行為。然而，冠醚這種大環狀的分子在合成時需要被高度稀釋，難以被大規模制備，從而增加了冠醚的成本。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種新型的類冠醚化合物、含有類冠醚化合物的電解液及其在二次電池中的應用，本專利技術提供的類冠醚化合物應用在二次電池中，不僅具有冠醚的避免析鈉作用，而且具有較強的吸電子能力，與鈉離子會產生離子偶極作用，從而有效的改善溶劑化結構，提升離子的遷移能力，并且其合成工藝簡單，成本較低，具備工業生產的潛能。
2、本專利技術的目的之一在于提供一種類冠醚化合物，具有式i或式ii結構：
3、
4、本專利技術提供一種類冠醚化合物的制備方法，包括以下步驟：
5、將季戊四醇與鄰鹵代含氮雜環物質進行取代反應，得到中間體；所述鄰鹵代含氮雜環物質為鄰鹵代吡啶或鄰鹵代吡咯；
6、將所述中間體與氧化劑進行季銨氧化，得到如式i或式ii所示的類冠醚化合物；
7、
8、本專利技術的目的之二在于提供一種含類冠醚化合物的電解液，包括非水有機溶劑、鈉鹽和添加劑，所述添加劑為前文所述的類冠醚化合物或前文所述的制備方法得到的類冠醚化合物。
9、進一步地，所述鈉鹽選自六氟磷酸鈉、高氯酸鈉、四氟硼酸鈉、雙三氟甲基磺酰亞胺鈉、雙氟磺酰亞胺鈉、雙草酸硼酸鈉、二氟磷酸鈉、二氟草酸硼酸鈉和二氟二草酸磷酸鈉中的至少一種。
10、進一步地，所述非水有機溶劑為有機酯類、c1-10烷基醚類、環醚類、砜類、二腈類、離子液體類中的一種或多種。
11、進一步地，所述有機酯類為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、1,4-丁內酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯及丁酸乙酯中的至少一種；所述c1-10烷基醚類為二甲醚、二乙醚和甲乙醚中的至少一種；所述二腈類為己二腈、丁二腈和戊二腈中的至少一種；所述砜類為二甲基亞砜和環丁砜中的至少一種；所述離子液體類為咪唑類和吡咯類離子液體中的至少一種。
12、進一步地，所述非水有機溶劑占電解液重量的60～85％。優選地，非水有機溶劑占電解液重量的75～85％。
13、進一步地，所述鈉鹽占電解液重量的8～25％。
14、本專利技術的目的之三在于提供一種鈉離子電池，包括正極、負極和電解液，所述電解液為前文所述的含類冠醚化合物的電解液。
15、進一步地，所述正極的活性材料選自層狀氧化物、普魯士藍類或聚陰離子類；本專利技術優選層狀氧化物正極活性材料。
16、進一步地，所述負極的活性材料選自石墨、硬碳、硅碳復合材料和氧化亞硅中的至少一種；這些物質單獨或組合應用于本專利技術，本專利技術優先選擇硬碳為負極的活性材料。
17、進一步地，所述鈉離子電池中的隔膜選自聚丙烯或聚乙烯隔膜。
18、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：本專利技術提供了類似于冠醚物質結構的新型化合物，稱為類冠醚化合物，其結構如式i或式ii所示。該類冠醚化合物作為添加劑，從離子的溶劑化-脫溶劑化角度出發，改善離子的溶劑化結構，提升電解液的離子電導率，避免負極材料的析鈉問題。本專利技術提供的含上述類冠醚添加劑的非水電解液，應用于二次電池能降低電極表面鈉離子濃度，避免析鈉行為，延長電池的工作壽命。本專利技術所開發的含有類冠醚添加劑的電解液，克服了冠醚不能大規模制備的劣勢，所制備的電解液可以有效的避免負極表面的析鈉行為，具有高離子電導率。
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1.一種類冠醚化合物，其特征在于，具有式I或式II結構：
2.一種類冠醚化合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.一種含類冠醚化合物的電解液，其特征在于，包括非水有機溶劑、鈉鹽和添加劑，所述添加劑為權利要求1所述的類冠醚化合物或權利要求2所述的制備方法得到的類冠醚化合物。
4.根據權利要求3所述的電解液，其特征在于，所述鈉鹽選自六氟磷酸鈉、高氯酸鈉、四氟硼酸鈉、雙三氟甲基磺酰亞胺鈉、雙氟磺酰亞胺鈉、雙草酸硼酸鈉、二氟磷酸鈉、二氟草酸硼酸鈉和二氟二草酸磷酸鈉中的至少一種。
5.根據權利要求3所述的電解液，其特征在于，所述非水有機溶劑為有機酯類、C1-10烷基醚類、環醚類、砜類、二腈類、離子液體類中的一種或多種。
6.根據權利要求5所述的電解液，其特征在于，所述有機酯類為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、1,4-丁內酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯及丁酸乙酯中的至少一種；所述C1-10烷基醚類為二甲醚、二乙醚和甲乙
7.根據權利要求3-6任一項所述的電解液，其特征在于，所述非水有機溶劑占電解液重量的60～85％。
8.根據權利要求7所述的電解液，其特征在于，所述鈉鹽占電解液重量的8～25％。
9.一種鈉離子電池，包括正極、負極和電解液，其特征在于，所述電解液為權利要求3-8任一項所述的含類冠醚化合物的電解液。
10.根據權利要求9所述的鈉離子電池，其特征在于，所述正極的活性材料選自層狀氧化物、普魯士藍類或聚陰離子類；所述負極的活性材料選自石墨、硬碳、硅碳復合材料和氧化亞硅中的至少一種。
...【技術特征摘要】
1.一種類冠醚化合物，其特征在于，具有式i或式ii結構：
2.一種類冠醚化合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.一種含類冠醚化合物的電解液，其特征在于，包括非水有機溶劑、鈉鹽和添加劑，所述添加劑為權利要求1所述的類冠醚化合物或權利要求2所述的制備方法得到的類冠醚化合物。
4.根據權利要求3所述的電解液，其特征在于，所述鈉鹽選自六氟磷酸鈉、高氯酸鈉、四氟硼酸鈉、雙三氟甲基磺酰亞胺鈉、雙氟磺酰亞胺鈉、雙草酸硼酸鈉、二氟磷酸鈉、二氟草酸硼酸鈉和二氟二草酸磷酸鈉中的至少一種。
5.根據權利要求3所述的電解液，其特征在于，所述非水有機溶劑為有機酯類、c1-10烷基醚類、環醚類、砜類、二腈類、離子液體類中的一種或多種。
6.根據權利要求5所述的電解液，其特征在于，所述有機酯類為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王嘯海，黃建，李佩澤，吳克，王圣玥，周龍捷，李立飛，
申請(專利權)人：藍固常州新能源有限公司，
類型：發明
國別省市：
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