CN105655643B - 电解液以及包括该电解液的锂离子电池 - Google Patents

电解液以及包括该电解液的锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种电解液以及包括该电解液的锂离子电池，其中电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂，添加剂包括氢化噻吩‑三氟化硼配位化合物和硅氧磷酯化合物。本申请的电解液由于同时包括氢化噻吩‑三氟化硼配位化合物和硅氧磷酯化合物，在二者的共同协同作用下，在锂离子电池的正、负极片表面均形成能够阻止电解液分解的SEI膜，还能够中和电解液中产生的酸性物质，因此可大大提高锂离子电池的循环性能和倍率性能。

Description

电解液以及包括该电解液的锂离子电池
技术领域
本申请涉及电池领域，尤其涉及一种电解液以及包括该电解液的锂离子电池。
背景技术
目前，在锂离子电池中所采用的正极活性材料主要有锰酸锂、钴酸锂、三元材料、磷酸亚铁锂等，在通常情况下，选用上述所提到的正极材料的锂离子电池的充电截止电压不超过4.2V，但是随着科技的进步以及市场的不断发展，提升锂离子电池的能量密度日益显得重要而迫切，一种提升锂离子电池的能量密度的有效方法是开发高电压锂离子电池。
然而，在4.6V的高电压下，会导致常规的电解液在电池的正极表面氧化分解，电解液自身的氧化分解同时会促使正极活性材料的恶化反应，进一步影响锂离子电池的性能，例如存储性能以及循环性能.
针对上述缺陷及不足，特提出本申请。
发明内容
本发明的首要发明目的在于提出一种电解液。
本发明的第二发明目的在于提出锂离子电池。
为了完成本发明的目的，采用的技术方案为：
本发明涉及一种电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和硅氧磷酯化合物。
优选的，所述氢化噻吩-三氟化硼配位化合物选自如式I所示结构式的化合物中的至少一种：
其中，R1，R2，R3，R4各自独立地选自氢原子、卤原子、氰基、取代或未取代的C1～20烷基、取代或未取代的C2～20烯基、取代或未取代的C6～26的芳基；
取代基选自卤素、氰基。
优选的，所述氢化噻吩-三氟化硼配位化合物选自如式IA所示结构式的化合物中的至少一种；
其中，R3，R4各自独立地选自氢原子、卤原子、氰基、取代或未取代的C1～20烷基；取代基选自卤素、氰基。
优选的，R3，R4各自独立地选自氢原子、氟原子。
优选的，所述硅氧磷酯化合物为选自下述式Ⅱ、式Ⅲ所示的化合物中的至少一种：
其中，R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39各自独立地为选自氢原子、卤原子、取代或未取代的C1～10烷基、取代或未取代的C2～10烯基、取代或未取代的C1～10烷氧基、取代或未取代的C2～10烯氧基、取代或未取代的C6～10芳基、取代或未取代的C6～10芳氧基；
取代基为卤素，且R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29均相同，R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39均相同。
优选的，R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29均选自C1～6直链或支链烷基、C1～6直链或支链烷氧基；R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39均选自C1～6直链或支链烷基、C1～6直链或支链烷氧基。
优选的，所述氢化噻吩-三氟化硼配位化合物的含量为电解液的总重量的0.05％～10％，和/或，所述硅氧磷酯化合物的含量为电解液的总重量的0.1％～10％。
优选的，所述有机溶剂为选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、1,4-丁内酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯以及丁酸乙酯中的至少一种。
优选的，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟草酸磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、LiN(SO2RF)2、LiN(SO2F)(SO2RF)中的至少一种，其中，RF＝–CnF2n+1，n为1～10的整数，优选LiPF6、LiN(SO2RF)2中的至少一种；
更优选的，所述锂盐在电解液中的浓度为0.5mol·L-1～2mol·L-1。
本申请还涉及一种锂离子电池，包括含有正极活性材料的正极片、含有负极活性材料的负极片、隔离膜和本申请的电解液。
本申请能达到的有益技术效果包括如下：
经研究发现，当电解液中同时包括上述提到的氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和硅氧磷酯化合物时，在二者的共同协同作用下，在锂离子电池的正、负极片表面均形成能够阻止电解液分解的SEI膜，尤其是在负极片表面形成阻抗小且致密的固体电解质界面(SEI)膜；另外，由于电解液中同时含有氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和硅氧磷酯化合物，还可以在正极吸附氧以及氧化锂等物质；此外，还能够中和电解液中产生的酸性物质，如PF5、HF、CO2等，有效减少这些酸性物质对SEI膜的腐蚀；由此可以得知，在二者的协同作用下，大大提高了锂离子电池的循环性能，例如锂离子电池在4.6V高电压下且在25℃和45℃下均具有优异的循环性能；与此同时，电解液的倍率性能也得到了明显的提高。
下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
具体实施方式
下面通过对本申请进行详细说明，本申请的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
本申请的目的在于提供一种电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和硅氧磷酯化合物。
在上述电解液中，氢化噻吩-三氟化硼配位化合物是指上述提到的氢化噻吩有机分子和三氟化硼形成的配位化合物，三氟化硼呈阴离子，氢化噻吩呈阳离子，整个氢化噻吩-三氟化硼配位化合物呈电中性。
本申请的氢化噻吩-三氟化硼配位化合物选自如式Ⅰ所示结构式的化合物中的至少一种：
其中，R1，R2，R3，R4各自独立地选自氢原子、卤原子、氰基、取代或未取代的C1～20烷基、取代或未取代的C2～20烯基、取代或未取代的C6～26的芳基；
取代基选自卤素、氰基。
其中，本申请中的卤素选自F、Cl、Br，并优选F、Cl。
在上述式1取代基如下所述。
碳原子数为1～20的烷基，烷基可为链状烷基，也可为环烷基，位于环烷基的环上的氢可被烷基取代，所述烷基中碳原子数优选的下限值为2，3，4，5，优选的上限值为3，4，5，6，8，10，12，14，16，18。优选地，选择碳原子数为1～10的烷基，进一步优选地，选择碳原子数为1～6的链状烷基，碳原子数为3～8的环烷基，更进一步优选地，选择碳原子数为1～4的链状烷基，碳原子数为5～7的环烷基。作为烷基的实例，具体可以举出：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、环戊基、环己基。
碳原子数为2～20的烯基，可为环状烯基，也可为链状烯基。另外，烯基中双键的个数优选为1个。所述烯基中碳原子数优选的下限值为3，4，5，优选的上限值为3，4，5，6，8，10，12，14，16，18。优选地，选择碳原子数为2～10的烯基，进一步优选地，选择碳原子数为2～6的烯基，更进一步优选地，选择碳原子数为2～5的烯基。作为烯基的实例，具体可以举出：乙烯基、烯丙基、异丙烯基、戊烯基、环己烯基、环庚烯基、环辛烯基。
碳原子数为6～26的芳基，例如苯基、苯烷基、至少含有一个苯基的芳基如联苯基、稠环芳烃基如萘、蒽、菲均可，联苯基和稠环芳烃基还可被烷基或是烯基所取代。优选地，选择碳原子数为6～16的芳基，进一步优选地，选择碳原子数为6～14的芳基，更进一步优选地，选择碳原子数为6～9的芳基。作为芳基的实例，具体可以举出：苯基、苄基、联苯基、对甲苯基、邻甲苯基、间甲苯基。
当前述提到的碳原子数为1～20的烷基、碳原子数为2～20的烯基、碳原子数为6～26的芳基被卤原子取代后，依次相应的形成碳原子数为1～20的卤代烷基、碳原子数为2～20的卤代烯基、碳原子数为6～26的卤代芳基，其中卤原子为F、Cl、Br，优选为F、Cl。在所形成的卤代基团中，卤原子对部分氢原子或者全部氢原子进行取代，卤原子的个数可为1个、2个、3个或4个。
优选地，选择碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为2～10的卤代烯基、碳原子数为6～16的卤代芳基，进一步优选地，选择碳原子数为1～6的卤代链状烷基、碳原子数为3～8的卤代环烷基、碳原子数为2～6的卤代烯基、碳原子数为6～14的卤代芳基，更进一步优选地，选择碳原子数为1～4的卤代链状烷基、碳原子数为5～7的卤代环烷基、碳原子数为2～5的卤代烯基、碳原子为6～10的卤代芳基。
作为卤代基团的实例，具体可以举出：三氟甲基(-CF3)、2-氟乙基、3-氟正丙基、2-氟异丙基、4-氟正丁基、3-氟仲丁基、5-氟正戊基、4-氟异戊基、1-氟乙烯基、3-氟烯丙基、6-氟-4-己烯基、邻氟苯基、对氟苯基、间氟苯基、4-氟甲基苯基、2,6-二氟甲基苯基、2-氟-1-萘基。在上述具体的实例中，F可被Cl和/或Br取代。
作为本申请电解液的一种改进，上述式Ⅰ中，取代基R1，R2，R3，R4各自独立地选自氢原子、卤原子、氰基、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C1～12烯基、取代或未取代的C6～22的芳基。
作为本申请电解液的一种改进，上述式Ⅰ中，取代基R1，R2，R3，R4各自独立地选自氢原子、卤原子、氰基、取代或未取代的C1～6烷基、取代或未取代的苯基。
作为本申请电解液的一种改进，氢化噻吩-三氟化硼配位化合物选自如式ⅠA所示结构式的化合物中的至少一种；
其中，R3，R4各自独立地选自氢原子、卤原子、氰基、取代或未取代的C1～20烷基、取代或未取代的苯基；取代基选自卤素、氰基。
作为本申请电解液的一种改进，上述式ⅠA中，R3，R4各自独立地选自氢原子、卤原子、氰基、取代或未取代的C1～12烷基；取代基选自卤素、氰基；
作为本申请电解液的一种改进，上述式ⅠA中，R3，R4各自独立地选自氢原子、卤原子、氰基、取代或未取代的C1～6烷基；取代基选自卤素、氰基。
作为本申请电解液的一种改进，R3，R4各自独立地选自氢原子、氟原子。
作为氢化噻吩-三氟化硼配位化合物的实例，具体如下所示：
作为本申请电解液的一种改进，氢化噻吩-三氟化硼配位化合物还可以选自：
在本申请中，所提到的氢化噻吩-三氟化硼配位化合物可根据现有的常规的合成方法进行合成，例如可参考专利：CN200780033378.X。
在上述电解液中，所述硅氧磷酯化合物为选自下述式Ⅱ、式Ⅲ所示的化合物中的至少一种：
其中，R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39各自独立地为选自氢原子、卤原子、取代或未取代的C1～10烷基、取代或未取代的C2～10烯基、取代或未取代的C1～10烷氧基、取代或未取代的C2～10烯氧基、取代或未取代的C6～10芳基、取代或未取代的C6～10芳氧基；
取代基为卤素，且R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29均相同，R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39均相同。
在上述式Ⅱ、式Ⅲ中，取代基如下所述。
碳原子数为1～10的烷基，烷基可为链状烷基，也可为环烷基，位于环烷基的环上的氢可被烷基取代，所述烷基中碳原子数优选的下限值为2，3，4，5，优选的上限值为3，4，5，6，8，9。优选地，选择碳原子数为1～6的链状烷基，碳原子数为3～8的环烷基，进一步优选地，选择碳原子数为1～4的链状烷基，碳原子数为5～7的环烷基。作为烷基的实例，具体可以举出：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、环戊基、环己基。
碳原子数为2～10的烯基，可为环状烯基，也可为链状烯基。另外，烯基中双键的个数优选为1个。烯基中碳原子数优选的下限值为3，4，5，优选的上限值为3，4，5，6，8，9。优选地，选择碳原子数为2～6的烯基，进一步优选地，选择碳原子数为2～5的烯基。作为烯基的实例，具体可以举出：乙烯基、烯丙基、异丙烯基、戊烯基、环己烯基、环庚烯基、环辛烯基。
碳原子数为6～10的芳基，例如苯基、苯烷基、稠环芳烃基如萘均可，联苯基和稠环芳烃基还可被烷基或是烯基所取代。所述芳基中碳原子数优选的下限值为7，8，优选的上限值为8，9。优选地，选择碳原子数为6～9的芳基。作为芳基的实例，具体可以举出：苯基、苄基、联苯基、对甲苯基、邻甲苯基、间甲苯基。
当前述所提到的碳原子数为1～10的烷基中含有氧原子时，可形成烷氧基。优选地，选择碳原子数为1～6的烷氧基，进一步优选地，选择碳原子数为1～4的烷氧基。作为烷氧基的实例，具体可以举出：甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、异戊氧基、环戊氧基、环己氧基。
当前述所提到的碳原子数为6～10的芳基中含有氧原子时，可形成芳氧基。优选地，选择碳原子为6～9的芳氧基。作为芳氧基的实例，具体可以举出：苯氧基、苄氧基、4-甲基苯氧基、3,5-二甲基苯氧基、4-甲基苄氧基、3-甲基苄氧基、2,6-二异丙基苄氧基、1-萘氧基。
当前述提到的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为2～10的烯基、碳原子数为6～10的芳基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为6～10的芳氧基被卤原子取代后，依次相应的形成碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为2～10的卤代烯基、碳原子数为6～10的卤代芳基、碳原子数为1～10的卤代烷氧基、碳原子数为6～10的卤代芳氧基，其中卤原子为F、Cl、Br，优选为F、Cl。在所形成的卤代基团中，卤原子对部分氢原子或者全部氢原子进行取代，卤原子的个数可为1个、2个、3个或4个。
优选地，选择碳原子数为1～6的卤代链状烷基、碳原子数为3～8的卤代环烷基、碳原子数为2～6的卤代烯基、碳原子数为6～9的卤代芳基、碳原子数为1～6的卤代烷氧基、碳原子数为6～9的卤代芳氧基，进一步优选地，选择碳原子数为1～4的卤代链状烷基、碳原子数为5～7的卤代环烷基、碳原子数为2～5的卤代烯基、碳原子为6～8的卤代芳基、碳原子数为1～4的卤代烷氧基、碳原子为6～8的卤代芳氧基。
作为卤代基团的实例，具体可以举出：三氟甲基(-CF3)、2-氟乙基、3-氟正丙基、2-氟异丙基、4-氟正丁基、3-氟仲丁基、5-氟正戊基、4-氟异戊基、1-氟乙烯基、3-氟烯丙基、6-氟-4-己烯基、邻氟苯基、对氟苯基、间氟苯基、4-氟甲基苯基、2,6-二氟甲基苯基、2-氟-1-萘基、氟代甲氧基、1-氟乙氧基、2-氟-正丙氧基、1-氟-异丙氧基、3-氟-正丁氧基、4-氟-正戊氧基、2,2-二氟甲基丙氧基、5-氟-正己氧基、1,1,2-三氟甲基丙氧基、6-氟-正庚基氧基、7-氟-正辛基氧基、3-氟-环戊氧基、4-氟-2-甲基环戊氧基、3-氟-环己氧基、3-氟环庚氧基、4-氟-2-甲基环庚氧基、3-氟环辛氧基、4-氟苯氧基、3-氟苯氧基、2-氟苯氧基、3,5-二氟苯氧基、2,6-二氟苯氧基、2,3-二氟苯氧基、2,6-二氟-4-甲基苯氧基、3-(2-氟乙基)苯氧基、2-(1-氟乙基)苯氧基、3,5-二氟苄氧基、2-氟苄氧基、2-氟-1-萘氧基。在上述具体的实例中，F可被Cl和/或Br取代。
作为本申请电解液的一种改进，R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29均选自C1～6直链或支链烷基、C1～6直链或支链烷氧基；R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39均选自C1～6直链或支链烷基、C1～6直链或支链烷氧基。
作为本申请电解液的一种改进，R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29均选自C1～3直链或支链烷基；R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39均选自C1～3直链或支链烷基。
作为本申请电解液的一种改进，硅氧磷酯化合物的实例具体如表1所示：
表1
在本申请中，所提到的硅氧磷酯化合物可根据现有的常规的合成方法进行合成，例如可参考文献：US5830600。
在上述电解液中，氢化噻吩-三氟化硼配位化合物的含量为电解液的总重量的0.05％～10％，优选为电解液的总重量的0.1％～4％；硅氧磷酯化合物的含量为电解液的总重量的0.1％～10％，优选为电解液的总重量的1％～4％。
若在电解液中，氢化噻吩-三氟化硼配位化合物含量过大，则会导致在正、负极片表面形成较厚的SEI膜，降低锂离子的传导性能，恶化锂离子电池在常温和高温下的循环性能和倍率性能；而硅氧磷酯化合物的含量过大，也会在正、负极片表面形成很厚的、且稳定的SEI膜，使得正、负极片的阻抗大大增加，降低锂离子的传导性能，恶化锂离子电池在常温和高温下的循环性能和倍率性能。
若在电解液中，氢化噻吩-三氟化硼配位化合物含量过小，不能有效提高锂离子电池在常温和高温下的循环性能，尤其是在高压下的循环性能；而硅氧磷酯化合物的含量过小，同样也不能提高锂离子电池在常温和高温下的循环性能和倍率性能。
在上述电解液中，所述有机溶剂可为非水有机溶剂，所述有机溶剂优选为碳原子数为1～8、且含有至少一个酯基的化合物。
作为有机溶剂的实例，可列举：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、1,4-丁内酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯。
在上述电解液中，锂盐可为有机锂盐，也可为无机锂盐，具体而言，锂盐中可含有氟元素、硼元素、磷元素中的至少一种。优选地，锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、LiTFOP(四氟草酸磷酸锂)、LiN(SO2RF)2、LiN(SO2F)(SO2RF)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2(简写为LiTFSI)、双(氟磺酰)亚胺锂Li(N(SO2F)2)(简写为LiFSI)、双草酸硼酸锂LiB(C2O4)2(简写为LiBOB)、二氟草酸硼酸锂LiBF2(C2O4)(简写为LiDFOB)中的至少一种，其中，取代基RF＝–CnF2n+1的饱和全氟烷基，n为1～10的整数，且2n+1大于零的整数。特别优选为LiPF6和/或LiN(SO2RF)2。锂盐在电解液中的浓度为0.5M～2M(M＝mol·L-1)。
在本申请中，电解液的制备方法选用常规方法即可，例如可将有机溶剂、锂盐和添加剂混合均匀即可。
本申请的另一目的在于提供了锂离子电池，锂离子电池包括本申请的电解液、含有正极活性材料的正极片、含有负极活性材料的负极片和隔离膜。
在上述锂离子电池中，正极片还包括粘结剂和导电剂，将包含有正极活性材料、粘结剂和导电剂的正极浆料涂覆在正极集流体上，待正极浆料干燥后获得正极片。同样的，将包含有负极活性材料、粘结剂和导电剂的负极浆料涂覆在负极集流体上，待负极浆料干燥后获得负极片。
优选地，正极活性材料选自钴酸锂LiCoO2、镍钴锰酸锂三元材料、磷酸亚铁锂、锰酸锂(LiMnO2)中的至少一种，例如钴酸锂与锂镍锰钴三元材料的混合物可作为正极活性材料。作为镍钴锰酸锂三元材料的实例，具体可以举出：LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。
优选地，负极活性材料为碳材料和/或硅材料。
在上述锂离子电池中，锂电池隔膜的具体种类并不受到具体的限制，可以是现有锂离子电池中使用的任何隔膜材料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯以及它们的多层复合膜，但不仅限于这些。
实施例
以下通过具体实例进一步描述本申请。不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本申请的保护范围构成任何限制。
在下述实施例、对比例以及试验例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均为常规试剂、常规材料以及常规仪器，均可商购获得，其中所涉及的试剂也可通过常规合成方法合成获得。
在下述实施例、对比例以及试验例中，所用到的试剂如下：
添加剂：
氢化噻吩-三氟化硼配位化合物：化合物1～化合物3。
硅氧磷酯化合物：硅氧磷酯1～硅氧磷酯4。
锂盐：六氟磷酸锂(LiPF6)。
有机溶剂：碳酸乙烯酯(EC)，碳酸甲乙酯(EMC)。
正极活性材料：镍钴锰酸锂三元材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)。
隔离膜：以PE多孔聚合物薄膜作为隔离膜。
实施例1：锂离子电池(下述均简称电池)1～30的制备
电池1～30均按照下述方法进行制备：
(1)负极片制备
将负极活性物质石墨、导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶、增稠剂羧甲基纤维素钠按照重量比为石墨：乙炔黑：丁苯橡胶：羧甲基纤维素钠＝95:2:2:1进行混合，加入去离子水后，充分搅拌混合，形成均匀的负极浆料；将此浆料涂覆于负极集流体铜箔上，然后烘干、冷压，得到负极片。
(2)正极片制备
将正极活性材料锂镍锰钴三元材料、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏二氟乙烯按重量比为锂镍锰钴三元材料：乙炔黑：聚偏二氟乙烯＝96:2:2进行混合，加入溶剂N-甲基吡咯烷酮，充分搅拌混合后，形成均匀的正极浆料；将此浆料涂覆于正极集流体铝箔上，然后烘干、冷压，得到正极片。
(3)电解液制备
电解液1～30均按照下述方法进行制备：
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将EC、EMC按照重量比为EC：EMC＝3：7进行混合后，得到混合溶剂，再将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述混合溶剂中，然后向其中加入氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和硅氧磷酯化合物，搅拌均匀后，获得电解液，其中LiPF6的浓度为1mol/L。
(4)电池的制备
电池1～30均按照下述方法制备得到：
将正极片、隔离膜、负极片按顺序叠好，使隔离膜处于正负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯置于外包装箔中，将上述制备好的电解液注入到干燥后的电池中，然后经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得电池。
在上述制备电池的过程中，各个电池中所选用的电解液、各个电解液中所用到的氢化噻吩-三氟化硼配位化合物的种类及其含量和硅氧磷酯化合物的含量，如下述表2中所示。
在下述表2中，氢化噻吩-三氟化硼配位化合物以及硅氧磷酯化合物的含量均为基于电解液的总重量计算得到的重量百分数。
表2
对比例：锂离子电池(下述均简称电池)1#～17#的制备
电池1#～17#均按照下述方法进行制备：
重复实施例1中电池1的制备，其中在电解液的制备中，改变氢化噻吩-三氟化硼配位化合物的种类、含量，和/或改变硅氧磷酯化合物的含量，其余条件均不变。
在上述制备电池的过程中，各个电池中所选用的电解液、各个电解液中所用到的氢化噻吩-三氟化硼配位化合物的种类及其含量和硅氧磷酯化合物的含量，如下述表3中所示。
在下述表3中，氢化噻吩-三氟化硼配位化合物的含量以及硅氧磷酯化合物的含量均为基于电解液的总重量计算得到的重量百分数。
表3
注：在表2中，“-”表示未添加任何种类的物质。
测试例
(1)倍率性能测试
在实施例以及对比例中制备得到的电池均进行下述测试：
在25℃下，以0.5C恒电流充电至4.6V，然后以4.6V的恒定电压对电池充电至电流小于0.05C，将以0.5C的恒定电流对电池放电至3.0V；再以0.5C恒电流充电至4.6V，然后以4.6V的恒定电压对电池充电至电流小于0.05C，将以2C的恒定电流对电池放电至3.0V；
2C相对0.5C放电容量(％)＝[0.5C的放电容量/2C放电容量]×100％
(2)电池的常温循环性能测试
在实施例以及对比例中制备得到的电池均进行下述测试：
在25℃下，先以1C的恒定电流对电池充电至4.6V，进一步以4.6V恒定电压充电至电流为0.025C，然后以1C的恒定电流将电池放电至3.0V，此为一个充放电循环过程，此次的放电容量为第1次循环的放电容量。电池按上述方式进行多次循环充放电测试，检测得到第100次循环的放电容量，并通过下式计算得出电池的循环容量保持率。另外，测试结果如下表3中所示。
电池100次循环后的容量保持率(％)＝[第100次循环的放电容量/第1次循环的放电容量]×100％
(3)电池的高温循环性能测试
在实施例以及对比例中制备得到的电池均进行下述测试：
在45℃下，先以1C的恒定电流对电池充电至4.6V，进一步以4.6V恒定电压充电至电流为0.025C，然后以1C的恒定电流将电池放电至3.0V，此为一个充放电循环过程，此次的放电容量为第1次循环的放电容量。电池按上述方式进行多次循环充放电测试，检测得到第100次循环的放电容量，并通过下式计算得出电池的循环后的容量保持率。另外，测试结果如下表4中所示。
电池100次循环后的容量保持率(％)＝[第100次循环的放电容量/第1次循环的放电容量]×100％
表4
从上述表3中的相关数据，进行如下分析：
(1)倍率性能测试结果分析
由对电池2#、电池3#以及电池4与电池1#测试得到的结果，可以得知，只添加硅氧磷酯化合物，电池倍率性能比较好；只添加含氢化噻吩-三氟化硼配位化合物，电池倍率性能受到影响；当电解液中同时含有硅氧磷酯化合物和氢化噻吩-三氟化硼配位化合物时，较只添加氢化噻吩-三氟化硼配位化合物的情况，倍率性能好。
由得到的电池的测试结果对比，可以得知，硅氧磷酯化合物的添加量过多时，倍率性能也变差；同样的，若氢化噻吩-三氟化硼配位化合物的含量过多，倍率性能变差。
(2)循环性能的测试结果分析
由电池1～30得到的循环后的容量保持率与电池1#得到的循环后的容量保持率可以看出，电解液中含有氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和硅氧磷酯化合物，电池具有较高的容量保持率，电池在高温和常温下具有优异的循环性能。
由电池1#～9#得到的循环后的容量保持率，可以得知，电解液1#中没有加入任何添加剂，使得有机溶剂会在极片表面产生较多的副反应，导致电池的容量保持率低。
在电池2#和电池3#中，分别在各自的电解液中添加氢化噻吩呢-三氟化硼配位化合物、硅氧磷酯化合物，由于所形成的SEI膜还不能有效地阻止活性物质与电解液之间的副反应，从而使电池的循环性能的基本得不到改善。
由于在电池4#、电池5#和电池7#中，氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和/或硅氧磷酯化合物的重量百分含量太少，所形成的SEI膜不能兼具致密性和稳定性的特点，无法有效地阻止活性物质与电解液之间的副反应，使电池在高温和常温下的循环性能得不到有效的改善。
在电池6#、电池8#、电池9#中，氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和/或硅氧磷酯化合物含量过多，过多的氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和硅氧磷酯化合物残留在电解液中，继续在极片表面反应，造成界面阻抗变大，恶化电池在高温和常温下的循环性能。
在电池1～8中，硅氧磷酯化合物的含量为2％，加入含量为0.05％～10％的氢化噻吩-三氟化硼配位化合物，可形成致密的、稳定的SEI膜，阻止活性物质与电解液之间的副反应，使电池在高温和常温下循环后具有较高的容量保持率。
在电池4以及电池9～14中，氢化噻吩-三氟化硼配位化合物的含量为2％，加入含量为0.1％～10％的硅氧磷酯化合物，可形成致密的、稳定的SEI膜，阻止活性物质与电解液之间的副反应，使电池在高温和常温下循环后具有较高的容量保持率。同样的，对电池15～30循环后的容量保持率进行分析，具有与上述相同的分析结果。
从上述结果中可以看出，当电解液中同时氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和硅氧磷酯化合物时，提高电池在高温和常温下循环后的容量保持率，电池在高温和常温下具有优异的循环性能。
综上所述：在电解液中，当氢化噻吩-三氟化硼配位化合物的含量过小或者过大以及当硅氧磷酯化合物含量过小或过大，都不能形成致密的、稳定的、界面性能较好的SEI膜，无法同时得到在高温和常温下循环性能好的电池。当电解液含有0.05％～10％的氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和0.1％～10％的硅氧磷酯化合物，尤其是含有0.1％～4.0％的氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和1％～4％的硅氧磷酯化合物，电池在高温和常温下的循环性能均较为优异。
实施例2
按照实施例1的方法制备电解液，区别在于添加剂氢化噻吩-三氟化硼配位化合物、硅氧磷酯化合物的结构式和含量如表5所示：
在下述表5中，硅氧磷酯化合物为如表1所示的化合物；氢化噻吩-三氟化硼配位化合物、硅氧磷酯化合物的含量为基于电解液的总重量计算得到的重量百分数。
表5
将制备得到的电解液31～46按照上述实施例中方法制备锂离子电池，制备得到的锂离子电池的倍率性能、常温循环性能和高温循环性能与上述实施例相似。
根据上述说明书的揭示，本申请所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本申请并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本申请的一些修改和变更也应当落入本申请的权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电解液，其特征在于，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括氢化噻吩-三氟化硼配位化合物和硅氧磷酯化合物；
所述氢化噻吩-三氟化硼配位化合物的含量为电解液的总重量的0.05％～10％，所述硅氧磷酯化合物的含量为电解液的总重量的0.1％～10％；
所述氢化噻吩-三氟化硼配位化合物选自如式I所示结构式的化合物中的至少一种：
其中，R1，R2，R3，R4各自独立地选自氢原子、卤原子、氰基、取代或未取代的C1～20烷基、取代或未取代的C2～20烯基、取代或未取代的C6～26的芳基；取代基选自卤素、氰基；
所述硅氧磷酯化合物为选自下述式Ⅱ、式Ⅲ所示的化合物中的至少一种：
其中，R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39各自独立地为选自氢原子、卤原子、取代或未取代的C1～10烷基、取代或未取代的C2～10烯基、取代或未取代的C1～10烷氧基、取代或未取代的C2～10烯氧基、取代或未取代的C6～10芳基、取代或未取代的C6～10芳氧基；取代基为卤素，且R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29均相同，R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39均相同。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述氢化噻吩-三氟化硼配位化合物选自如式IA所示结构式的化合物中的至少一种；
其中，R3，R4各自独立地选自氢原子、卤原子、氰基、取代或未取代的C1～20烷基、取代或未取代的苯基；取代基选自卤素、氰基。
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，R3，R4各自独立地选自氢原子、氟原子。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29均选自C1～6直链或支链烷基、C1～6直链或支链烷氧基；R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39均选自C1～6直链或支链烷基、C1～6直链或支链烷氧基。
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂为选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、1,4-丁内酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯以及丁酸乙酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟草酸磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、LiN(SO2RF)2、LiN(SO2F)(SO2RF)中的至少一种，其中，RF＝–CnF2n+1，n为1～10的整数。
7.根据权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述锂盐选自LiPF6、LiN(SO2RF)2中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述锂盐在电解液中的浓度为0.5mol·L-1～2mol·L-1。
9.一种锂离子电池，其特征在于，包括含有正极活性材料的正极片、含有负极活性材料的负极片、隔离膜和权利要求1～8中任一项所述的电解液。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106356559A (zh) * 2016-10-11 2017-01-25 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电解液以及使用该电解液的二次电池
CN108598461B (zh) * 2018-04-25 2020-12-11 欣旺达电子股份有限公司 电解液以及锂离子电池
CN109962292B (zh) * 2019-01-31 2021-03-12 合肥工业大学 一种锂离子电池电解液、及包含其的锂离子电池
CN111416149B (zh) * 2020-02-28 2022-04-12 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂电池电解液用添加剂及含有该电解液的锂电池
CN113690488B (zh) * 2021-08-10 2023-03-07 惠州锂威新能源科技有限公司 一种电解液及含有该电解液的锂离子电池
CN117577945B (zh) * 2024-01-16 2024-05-28 宁德时代新能源科技股份有限公司 电解液和二次电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101425610A (zh) * 2008-10-30 2009-05-06 上海交通大学 一种用于锂二次电池的烷基噻吩离子液体电解液
CN102332606A (zh) * 2010-07-13 2012-01-25 比亚迪股份有限公司 一种非水电解液及采用该电解液的锂离子电池

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000133273A (ja) * 1998-10-30 2000-05-12 Hitachi Chem Co Ltd 二次電池
JP5074817B2 (ja) * 2007-05-01 2012-11-14 国立大学法人静岡大学 Ｂｆ３錯体、およびｂｆ３錯体の製造方法
JP5601549B2 (ja) * 2010-12-27 2014-10-08 トヨタ自動車株式会社 非水電解液およびその利用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101425610A (zh) * 2008-10-30 2009-05-06 上海交通大学 一种用于锂二次电池的烷基噻吩离子液体电解液
CN102332606A (zh) * 2010-07-13 2012-01-25 比亚迪股份有限公司 一种非水电解液及采用该电解液的锂离子电池

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