本发明属于钠金属电池，具体涉及一种全氟化高压电解液及含有该电解液的钠金属电池。
背景技术：
：：1、随着电动汽车和固定储能技术的快速发展，高能量、低成本的可充电电池备受青睐。然而，钠金属电池与先进的锂离子电池仍有明显差距，尤其是在能量密度方面。为了最大限度地提高能量密度，赶上锂电池的水平，科研人员在开发高能量密度nib的高容量、高电压电极材料方面取得了重大进展，这也对电解质提出了更高的要求。2、然而高压不仅会加剧na金属与电解质之间不可控的寄生反应，导致正极结构退化，还会带来额外的挑战，如有害的相变和严重的界面副反应。上述严重问题的成因可归结为三个方面：电解质本身的性质、界面的性质和溶剂化结构。1)就电解质本身的性质而言，碳酸乙烯酯(ec)和碳酸甲乙酯(emc)等碳酸盐是最常见的电解质溶剂，但它们的低氧化电位限制了它们在高压电池中的应用。不过，引入f原子可以增强抗氧化能力，如3，3，3-三氟丙烯碳酸酯(tfpc)、氟乙烯碳酸酯(fec)、2，2，2-三氟乙基碳酸酯(femc)等氟化碳酸盐，因为氟化对最高占位分子轨道(homo)能级的影响有助于在高截止电压下获得优异的氧化稳定性。2)在电极电解质界面方面，高压下的高反应性会导致na金属与电解质之间发生无法控制的寄生反应，这种持续反应会产生不稳定且机械性能脆弱的固体电解质界面(sei)；此外，当阴极截止电压升高时，强烈的相变会导致颗粒内部应力的积累，而传统的cei难以承受应力的积累并保护材料，因此会在颗粒中形成微裂缝。3)在溶剂化结构方面，传统的碳酸盐基电解质如ec、pc等都具有相对较高的极性，但强溶剂化结构不利于钠离子的脱溶，并使体系中存在大量游离溶剂，加剧了sei的溶解。3、目前，现有文献中引入f原子的例如：申请公布号为cn116417678a的发明专利，公开了一种氟代羧酸锂/钠盐电解液和含有该电解液的锂/钠离子电池，其主要利用氟代羧酸锂/钠盐修饰sei，但是其设计电解液电化学窗口窄，因此难以适应高截止电压条件。《delicately tailored ternary phosphate electrolyte promotes ultrastablecycling of na3v2(po4)2f3-based sodium metal batteries》，公开了一种氟化试剂搭配磷酸酯的钠金属电池电解液，但是这种非全氟化的电解液因采用了磷酸三乙酯，从而出现与钠金属负极不兼容的现象，进而影响整体电池性能。4、因此，亟需开发一种能兼顾上述三个方面的电解质，是实现高压钠金属电池循环稳定性的关键。技术实现思路1、本发明的目的是：克服现有技术中存在的问题，提供一种全氟化高压电解液及含有该电解液的钠金属电池，采用全氟化设计，通过氟代试剂提高了溶剂体系本身的氧化稳定性，并结合锂盐添加剂的静电屏蔽作用以及成膜效应，在界面处形成了高性能的富氟无机sei，最后通过溶剂化结构的调节减少自由溶剂的数量，最大程度的抑制了sei的溶解，确保在高压环境下电池的稳定循环。2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种全氟化高压电解液及含有该电解液的钠金属电池，所述全氟化高压电解液包括含氟钠盐，锂盐添加剂和氟代有机溶剂；所述含氟钠盐为六氟磷酸钠，所述锂盐添加剂为含氟锂盐，以质量百分比计，锂盐添加剂占高压电解液总质量的0.01％～0.5％。3、所述锂盐添加剂为双氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双草酸二氟磷酸锂、六氟磷酸锂、双丙二酸根合硼酸锂、双(2-氟丙氧基)硼酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种。4、所述氟代有机溶剂为环状氟代碳酸酯和直链氟代碳酸酯的两种混合制剂，两种混合制剂按照体积比混合的比例为1～6:1～7。5、所述环状氟代碳酸酯为氟代碳酸乙烯酯、3，3，3-三氟丙烯碳酸酯、双氟代碳酸乙烯酯中的一种，所述直链氟代碳酸酯为甲基三氟乙基碳酸酯、氟代乙酸乙酯中的一种。6、一种钠金属电池，包括正极、负极、隔膜及所述的高压电解液。7、所述钠金属电池为na-v-p-o-f体系，优选为na3(vopo4)2f。8、所述钠金属电池中正极材料、导电剂和粘结剂比例为7～9:0.5～2:0.5～1。9、所述钠金属电池中电解液的测试充电截止电压为4.4v。10、本发明的有益效果是：11、1)本发明的电解液是一种兼具高稳定性和高安全性的高压电解液，结合了全氟化和低溶剂化的优点，实现了对电化学窗口、溶剂化结构和电极-电解质界面相的调节。12、2)本发明的电解液中存在多种协同效应，首先氟化试剂与lidfob共同作用，由于f原子的吸电子效应拓宽了电化学窗口；其次在两种氟化溶剂的基础上，lidfob进一步富集界面f组分和b等无机组分，并利用li+的静电屏蔽效应调节界面形态；最后在氟化试剂作为低极性溶剂调节溶剂化结构的同时，lidfob的加入进一步削弱了溶剂化作用，减少了游离溶剂的数量，抑制了高压下sei的严重溶解。13、3)本发明的电解液可以应用在以氟磷酸钒钠为正极的钠金属电池中，在充电截止电压为4.4v的条件下，1c倍率循环1000圈后容量保持率达到89.8％，显著提高了钠金属电池在高压环境下的循环稳定。技术特征：1.一种全氟化高压电解液，其特征在于：所述全氟化高压电解液包括含氟钠盐，锂盐添加剂和氟代有机溶剂；所述含氟钠盐为六氟磷酸钠，所述锂盐添加剂为含氟锂盐，以质量百分比计，锂盐添加剂占高压电解液总质量的0.01%~0.5%。2.根据权利要求1所述的一种全氟化高压电解液及含有该电解液的钠金属电池，其特征在于：所述锂盐添加剂为双氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双草酸二氟磷酸锂、六氟磷酸锂、双丙二酸根合硼酸锂、双(2-氟丙氧基)硼酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种。3.根据权利要求1所述的一种全氟化高压电解液及含有该电解液的钠金属电池，其特征在于：所述氟代有机溶剂为环状氟代碳酸酯和直链氟代碳酸酯的两种混合制剂，两种混合制剂按照体积比混合的比例为1~6:1~7。4.根据权利要求3所述的一种全氟化高压电解液及含有该电解液的钠金属电池，其特征在于：所述环状氟代碳酸酯为氟代碳酸乙烯酯、3，3，3-三氟丙烯碳酸酯、双氟代碳酸乙烯酯中的一种，所述直链氟代碳酸酯为甲基三氟乙基碳酸酯、氟代乙酸乙酯中的一种。5.一种钠金属电池，其特征在于：包括正极、负极、隔膜及权利要求1~4中任一一项所述的高压电解液。6.根据权利要求5所述的一种钠金属电池，其特征在于：所述钠金属电池为na-v-p-o-f体系，优选为na3(vopo4)2f。7.根据权利要求5所述的一种钠金属电池，其特征在于：所述钠金属电池中正极材料、导电剂和粘结剂比例为7~9:0.5~2:0.5~1。8.根据权利要求5所述的一种钠金属电池，其特征在于：所述钠金属电池中电解液的测试充电截止电压为4.4v。技术总结本发明公开了一种全氟化高压电解液及含有该电解液的钠金属电池，属于钠金属电池
技术领域：
：；所述全氟化高压电解液包括含氟钠盐，锂盐添加剂和氟代有机溶剂；所述含氟钠盐为六氟磷酸钠，所述锂盐添加剂为含氟锂盐，以质量百分比计，锂盐添加剂占高压电解液总质量的0.01%~0.5%。本发明的全氟化电解液可以显著拓宽电解液的电化学窗口，有效提升电池的循环稳定性能，在界面处形成高性能的富氟SEI，并且通过溶剂化结构调节最大程度减少了SEI的溶解，大大增加了钠金属电池在高压下的循环稳定性；使用本发明电解液的钠金属电池使得氟磷酸钒钠正极在1C下，充电截止电压为4.4V的条件下，循环1000圈后容量保持率达到89.8%，而在同样条件下，常规商用电解液的容量保持率仅剩70%。技术研发人员：陈仕谋,于青涛,肖莹,万爽,周洛缘受保护的技术使用者：北京化工大学技术研发日：技术公布日：2024/1/16