【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二次电池电解质领域，尤其涉及一种类冠醚化合物、含有类冠醚化合物的电解液及其在二次电池中的应用，包括一种非水电解液和含非水电解液的钠离子电池。
技术介绍
1、与传统电池相比，具有高能量密度以及高工作电压特点的锂离子电池(lib)成为了一种更方便的储能器件。锂离子电池在众多的电子设备上具有广泛的应用，尤其是近几年在新能源电车上的应用促使了它的快速发展。然而，锂离子在电池中的储存少，原材料成本相对较高，发展新一代的能源电池具有相当的必要性。其中，与锂离子同族的钠离子成为了人们的关注重点。研究表明，在某些发面钠离子拥有与锂离子相似的性能，并且在自然界中拥有相当的储量。因此，钠离子电池拥有了成为锂离子电池的替代品的可能。
2、近两年，人们对于钠离子电池的研究多集中在电极电解质界面膜的构成和优化。通过优化电解液添加剂和电解液溶剂比例配方等，从而实现在电极表面形成稳定的电子绝缘的钝化薄膜，避免电解液的进一步分解、以及消耗其中的钠离子和产气而导致电池的容量下降，从而延长使用寿命。而在电池的充电放电的过程中，钠离子电池会在正极与负极之间经过电解液，实现来回的迁移，这其中离子的迁移过程对于电池的性能也十分重要，在离子的迁移过程中涉及到钠离子的溶剂化和去溶剂化的过程。
3、然而，关于离子溶剂化结构的研究尚还不足。目前，对于溶剂化结构的默认理论包括：溶剂作为连续的均相介质，利用静电力、范德华力以及与阳离子之间形成的配位键，从而将阳离子围绕限制在中间，形成一层溶剂化壳，并在由游离的溶剂化分子、阴离子组成的通道中进行迁
4、冠醚作为一种具有大空腔结构的化合物，具有一定的离子配位的能力。其与钠离子配位可将钠离子包裹在分子中心，从而增加钠离子与阴离子的距离，便于提高离子的脱溶剂化能力。脂肪族冠醚与锂离子具有良好的配位能力，且具有与电解质负极之间的相容性。研究表明，在锂金属电池中引入冠醚，有效降低了电极表面的锂离子的浓度，避免了大晶核的产生，避免了锂离子电池工作中产生的析锂行为。然而，冠醚这种大环状的分子在合成时需要被高度稀释，难以被大规模制备，从而增加了冠醚的成本。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种新型的类冠醚化合物、含有类冠醚化合物的电解液及其在二次电池中的应用，本专利技术提供的类冠醚化合物应用在二次电池中，不仅具有冠醚的避免析钠作用，而且具有较强的吸电子能力，与钠离子会产生离子偶极作用，从而有效的改善溶剂化结构，提升离子的迁移能力，并且其合成工艺简单，成本较低，具备工业生产的潜能。
2、本专利技术的目的之一在于提供一种类冠醚化合物，具有式i或式ii结构：
3、
4、本专利技术提供一种类冠醚化合物的制备方法，包括以下步骤：
5、将季戊四醇与邻卤代含氮杂环物质进行取代反应，得到中间体；所述邻卤代含氮杂环物质为邻卤代吡啶或邻卤代吡咯；
6、将所述中间体与氧化剂进行季铵氧化，得到如式i或式ii所示的类冠醚化合物；
7、
8、本专利技术的目的之二在于提供一种含类冠醚化合物的电解液，包括非水有机溶剂、钠盐和添加剂，所述添加剂为前文所述的类冠醚化合物或前文所述的制备方法得到的类冠醚化合物。
9、进一步地，所述钠盐选自六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、双三氟甲基磺酰亚胺钠、双氟磺酰亚胺钠、双草酸硼酸钠、二氟磷酸钠、二氟草酸硼酸钠和二氟二草酸磷酸钠中的至少一种。
10、进一步地，所述非水有机溶剂为有机酯类、c1-10烷基醚类、环醚类、砜类、二腈类、离子液体类中的一种或多种。
11、进一步地，所述有机酯类为碳酸乙烯酯、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-丁内酯、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种；所述c1-10烷基醚类为二甲醚、二乙醚和甲乙醚中的至少一种；所述二腈类为己二腈、丁二腈和戊二腈中的至少一种；所述砜类为二甲基亚砜和环丁砜中的至少一种；所述离子液体类为咪唑类和吡咯类离子液体中的至少一种。
12、进一步地，所述非水有机溶剂占电解液重量的60～85％。优选地，非水有机溶剂占电解液重量的75～85％。
13、进一步地，所述钠盐占电解液重量的8～25％。
14、本专利技术的目的之三在于提供一种钠离子电池，包括正极、负极和电解液，所述电解液为前文所述的含类冠醚化合物的电解液。
15、进一步地，所述正极的活性材料选自层状氧化物、普鲁士蓝类或聚阴离子类；本专利技术优选层状氧化物正极活性材料。
16、进一步地，所述负极的活性材料选自石墨、硬碳、硅碳复合材料和氧化亚硅中的至少一种；这些物质单独或组合应用于本专利技术，本专利技术优先选择硬碳为负极的活性材料。
17、进一步地，所述钠离子电池中的隔膜选自聚丙烯或聚乙烯隔膜。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了类似于冠醚物质结构的新型化合物，称为类冠醚化合物，其结构如式i或式ii所示。该类冠醚化合物作为添加剂，从离子的溶剂化-脱溶剂化角度出发，改善离子的溶剂化结构，提升电解液的离子电导率，避免负极材料的析钠问题。本专利技术提供的含上述类冠醚添加剂的非水电解液，应用于二次电池能降低电极表面钠离子浓度，避免析钠行为，延长电池的工作寿命。本专利技术所开发的含有类冠醚添加剂的电解液，克服了冠醚不能大规模制备的劣势，所制备的电解液可以有效的避免负极表面的析钠行为，具有高离子电导率。
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1.一种类冠醚化合物，其特征在于，具有式I或式II结构：
2.一种类冠醚化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.一种含类冠醚化合物的电解液，其特征在于，包括非水有机溶剂、钠盐和添加剂，所述添加剂为权利要求1所述的类冠醚化合物或权利要求2所述的制备方法得到的类冠醚化合物。
4.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述钠盐选自六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、双三氟甲基磺酰亚胺钠、双氟磺酰亚胺钠、双草酸硼酸钠、二氟磷酸钠、二氟草酸硼酸钠和二氟二草酸磷酸钠中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂为有机酯类、C1-10烷基醚类、环醚类、砜类、二腈类、离子液体类中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，所述有机酯类为碳酸乙烯酯、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-丁内酯、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种；所述C1-10烷基醚类为二甲醚、二乙醚和甲乙
7.根据权利要求3-6任一项所述的电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂占电解液重量的60～85％。
8.根据权利要求7所述的电解液，其特征在于，所述钠盐占电解液重量的8～25％。
9.一种钠离子电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述电解液为权利要求3-8任一项所述的含类冠醚化合物的电解液。
10.根据权利要求9所述的钠离子电池，其特征在于，所述正极的活性材料选自层状氧化物、普鲁士蓝类或聚阴离子类；所述负极的活性材料选自石墨、硬碳、硅碳复合材料和氧化亚硅中的至少一种。
...【技术特征摘要】
1.一种类冠醚化合物，其特征在于，具有式i或式ii结构：
2.一种类冠醚化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.一种含类冠醚化合物的电解液，其特征在于，包括非水有机溶剂、钠盐和添加剂，所述添加剂为权利要求1所述的类冠醚化合物或权利要求2所述的制备方法得到的类冠醚化合物。
4.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述钠盐选自六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、双三氟甲基磺酰亚胺钠、双氟磺酰亚胺钠、双草酸硼酸钠、二氟磷酸钠、二氟草酸硼酸钠和二氟二草酸磷酸钠中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂为有机酯类、c1-10烷基醚类、环醚类、砜类、二腈类、离子液体类中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，所述有机酯类为碳酸乙烯酯、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、...
【专利技术属性】
技术研发人员：王啸海，黄建，李佩泽，吴克，王圣玥，周龙捷，李立飞，
申请(专利权)人：蓝固常州新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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