CN109786834A - 电解液及电化学装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种电解液及包含该电解液的电化学装置，其中所述电解液包括含有硅官能团的碳酸酯类化合物，从而可以显著改善使用其的电化学装置的过充性能和高温存储性能。

Description

电解液及电化学装置
技术领域
本申请涉及电化学装置技术领域，更具体来说涉及一种电解液及包含该电解液的电化学装置。
背景技术
电化学装置(例如，锂离子电池)已伴随着科技的进步及环保要求的提高进入了我们日常的生活。锂离子电池因其具有高能量密度、低维护、相对较低的自放电、长循环寿命、无记忆效应、工作电压高和环境友好等特性而受到人们的广泛关注，被广泛用于智能产品(包括手机、笔记本、相机等电子产品)、电动工具和电动汽车等领域，并正逐步取代传统的Ni-Cd、MH-Ni电池。然而随着电子产品向轻薄化和便携化的发展，人们对锂离子电池的要求不断提高，开发较为安全的同时能够耐高温、耐过充以及各种恶化条件的产品成为当务之急。如何解决锂离子电池的安全问题同时兼顾循环性能问题一直是困扰大家的难题。
发明内容
本申请的实施例通过提供一种电解液和使用该电解液的电化学装置以试图在至少某种程度上解决至少一种存在于相关领域中的问题。该电解液的特点是包括含有硅官能团的碳酸酯类化合物。该电解液可以显著改善使用其的电化学装置的过充性能和高温存储性能。
根据本申请的实施例，本申请提供了一种电解液，其包括含有硅官能团的碳酸酯类化合物。
根据本申请的实施例，所述含有硅官能团的碳酸酯类化合物包括式(I-A)化合物、式(II-A)、式(II-B)和式(II-C)化合物或其任意组合：
其中，R11、R12、R13、R14、R21、R22、R27、R28、R29、R′29各自独立地选自取代或未取代的C1～C10亚烷基、取代或未取代的C2～C10亚烯基、取代或未取代的C6～C10亚芳基或取代或未取代的C3～C10亚环烷基，其中，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。n、m、l、k、r、s、α、β、α′、β′各自独立地选自0或1，且r、s不同时为0。R15、R16、R23、R24、R2a、R2b、R′2a、R′2b、Ra、Rb、Rc、Rd、R2c、R2d、R2e、R2f、R′2c、R′2d、R′2e、R′2f各自独立地选自氢、氟、取代或未取代的C1～C10烷基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C6～C10芳基或取代或未取代的C3～C10环烷基，其中，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。p、q、γ、δ、γ′、δ′为各自独立地选自0到3的整数。式(I-A)、式(II-A)、式(II-B)和式(II-C)化合物中含Si数量为1个到6个。R25和R26各自独立地选自取代或未取代的C1～C6次烷基或取代或未取代的C2～C6次烯基，其中，经取代时，取代基选自卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基中的至少一种；其中，Rd与R16及与相接的Si可形成环。当l为0时，Ra、Rb和R15不同时为氢。当m为0时，Rc、Rd和R16不同时为氢。当α为0时，R2a、R2c和R2d不同时为氢。当β为0时，R2b、R2e和R2f不同时为氢。R′2c、R′2d和R′2a不同时为氢。R′2e、R′2f和R′2b不同时为氢。
根据本申请的实施例，其中式(I-A)、式(II-A)、式(II-B)和式(II-C)化合物选自下面化合物中的至少一种：
根据本申请的实施例，含有硅官能团的碳酸酯类化合物的重量百分含量为约0.005wt％～约70wt％。
根据本申请的实施例，所述电解液还包括含有硫氧双键的化合物，其中所述含有硫氧双键的化合物包括式(III-A)化合物、式(III-B)化合物或其任意组合，
其中，R31和R32各自独立地选自取代或未取代的C1～C5烷基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C6～C10芳基或取代或未取代的含有杂原子的C1-C10烷基，其中，杂原子选自O、S、P，取代基为卤素、硝基、氰基、羧基、硫酸基中的一种或几种。R33和R34各自独立地选自取代或未取代的C1～C4亚烷基、取代或未取代的C2～C4亚烯基或取代或未取代的含有杂原子的C1～C6亚烷基，其中，经取代时，取代基选自卤素、C1～C3烷基、C2～C4烯基中的至少一种，其中，杂原子选自O、S、P。所述含有硫氧双键的化合物在所述电解液中的重量百分含量为约0.01wt％～约10wt％。
根据本申请的实施例，所述含有硫氧双键的化合物选自下面化合物中的至少一种：
根据本申请的实施例，所述电解液还包括环状碳酸酯类化合物，其中所述环状碳酸酯类化合物是式(IV-A)化合物：
其中，R4选自取代或未取代的C2～C6亚烷基或取代或未取代的C2～C6亚烯基，其中，经取代时，取代基选自卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基中的至少一种。所述环状碳酸酯化合物在所述电解液中的重量百分含量为约0.01wt％～约30wt％。
根据本申请的实施例，所述电解液还包括芳香族化合物，其中所述芳香族化合物是式(V-A)化合物：
其中，R51、R52、R53、R54、R55和R56各自独立地选自氢、氟、取代或未取代的C1～C10烷基、取代或未取代的C3～C10环烷基、取代或未取代的C3～C10环烯基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C6～C10芳基或取代或未取代的C3-C6杂环基团，所述杂环基团的杂原子选自O、S、P，其中，经取代时，取代基为卤素、氰基、羧基、硫酸基中的至少一种。
根据本申请的实施例，所述芳香族化合物选自2-甲基联苯、2-乙基联苯、三联苯、三联苯的部分氢化物、环戊基苯、叔丁基苯、顺式-1-丙基-4-苯基环己烷、反式-1-丙基-4-苯基环己烷、顺式-1-丁基-4-苯基环己烷、反式-1-丁基-4-苯基环己烷、二苯基醚、二苯并呋喃、氟苯、甲苯、2-氟甲苯、3-氟甲苯、4-氟甲苯、2,4-二氟甲苯、2-氟联苯、3-氟联苯、4-氟联苯、4,4'-二氟联苯、2,4-二氟联苯、邻环己基氟苯、对环己基氟苯、2,4-二氟苯甲醚、2,5-二氟苯甲醚、2,6-二氟苯甲醚、3,5-二氟苯甲醚中的至少一种。所述芳香族化合物在所述电解液中的重量百分含量为约1wt％～约20wt％。
根据本申请的实施例，所述电解液还包括腈化合物，其中所述腈化合物包括式(VI-A)化合物、式(VI-B)化合物或其任意组合：
其中，R61选自取代或未取代的C1～C10亚烷基、取代或未取代的C1～C10亚烷氧基、取代或未取代的C2～C10亚烯基、取代或未取代的C6～C10亚芳基或取代或未取代的C6～C10亚环烷基，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。R62、R63、R64各自独立地选自取代或未取代的C1～C10亚烷基、取代或未取代的C1～C10亚烷氧基、取代或未取代的C2～C10亚烯基、取代或未取代的C6～C10亚芳基、取代或未取代的C6～C10亚环烷基或取代或未取代的C3-C6杂环基团，所述杂环基团的杂原子选自O、S、P，其中，x、y、z各自独立地选自0或1，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。
根据本申请的实施例，其中所述腈化合物选自甲基丙二腈、乙基丙二腈、异丙基丙二腈、叔丁基丙二腈、甲基丁二腈、2,2-二甲基丁二腈、2,3-二甲基丁二腈、2,3,3-三甲基丁二腈、2,2,3,3-四甲基丁二腈、2,3-二乙基-2,3-二甲基丁二腈、2,2-二乙基-3,3-二甲基丁二腈、双环己基-1,1-二甲腈、双环己基-2,2-二甲腈、双环己基-3,3-二甲腈、2,5-二甲基-2,5-己烷二甲腈、2,3-二异丁基-2,3-二甲基丁二腈、2,2-二异丁基-3,3-二甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2,3-二甲基戊二腈、2,4-二甲基戊二腈、2,2,3,3-四甲基戊二腈、2,2,4,4-四甲基戊二腈、2,2,3,4-四甲基戊二腈、2,3,3,4-四甲基戊二腈、马来腈、富马腈、1,4-二氰基戊烷、2,6-二氰基庚烷、2,7-二氰基辛烷、2,8-二氰基壬烷、1,6-二氰基癸烷、1,2-二氰基苯、1,3-二氰基苯、1,4-二氰基苯、3,3’-(亚乙基二氧)二丙腈、3,9-双(2-氰基乙基)-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷、1,2,3-丙烷三甲腈、1,3,5-戊烷三甲腈、1,3,6-己烷三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,4-二氰基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-乙基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二乙基-2-丁烯、1,6-二氰基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-5-甲基-3-己烯中的至少一种。所述腈化合物在所述电解液中的重量百分含量为约0.01wt％～约20wt％。
根据本申请的实施例，本申请提供了一种电化学装置，其包括正极片、负极片、间隔设置于正极片和负极片之间的隔离膜以及电解液，所述电解液为上述任一种电解液。
本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请提供的技术方案及所给出的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
如本申请所用，术语“包括”、“含有”和“包含”以其开放、非限制性含义使用。
术语“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的一者”或类似术语连接的项目的列表可意味着所列项目中的任一者。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的一者”意味着仅A或仅B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的一者”意味着仅A；仅B；或仅C。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”或类似术语连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。
如本文所用，“烃基”涵盖烷基、烯基、炔基。例如，烃基预期是具有1至20个碳原子的直链烃结构。“烃基”还预期是具有3至20个碳原子的支链或环状烃结构。当指定具有具体碳数的烃基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。本文中烃基还可以为1～15个碳原子的烃基、1～10个碳原子的烃基、1～5个碳原子的烃基、5～20个碳原子的烃基、5～15个碳原子的烃基或5～10个碳原子的烃基。另外，烃基可以是任选地被取代的。例如，烃基可被包括氟、氯、溴和碘在内的卤素、烷基、芳基或杂芳基取代。
如本文所用，“烷基”预期是具有1至20个碳原子的直链饱和烃结构。“烷基”还预期是具有3至20个碳原子的支链或环状烃结构。例如，烷基可为1～20个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷基、1～5个碳原子的烷基、5～20个碳原子的烷基、5～15个碳原子的烷基或5～10个碳原子的烷基。当指定具有具体碳数的烷基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体；因此，例如，“丁基”意思是包括正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基和环丁基；“丙基”包括正丙基、异丙基和环丙基。烷基实例包括，但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环丁基、正戊基、异戊基、新戊基、环戊基、甲基环戊基、乙基环戊基、正己基、异己基、环己基、正庚基、辛基、环丙基、环丁基、降冰片基等。另外，烷基可以任选地被取代。
如本文所用，术语“亚烷基”意指直链或具支链的二价饱和烃基。例如，亚烷基可为1～20个碳原子的亚烷基、1～15个碳原子的亚烷基、1～10个碳原子的亚烷基、1～5个碳原子的亚烷基、5～20个碳原子的亚烷基、5～15个碳原子的亚烷基或5～10个碳原子的亚烷基。代表性亚烷基包括(例如)亚甲基、乙烷-1,2-二基(“亚乙基”)、丙烷-1,2-二基、丙烷-1,3-二基、丁烷-1,4-二基、戊烷-1,5-二基等等。另外，亚烷基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“次烷基”意指直链或具支链的三价饱和烃基。例如，次烷基可为1～20个碳原子的次烷基、1～15个碳原子的次烷基、1～10个碳原子的次烷基、1～5个碳原子的次烷基、5～20个碳原子的次烷基、5～15个碳原子的次烷基或5～10个碳原子的次烷基。代表性次烷基包括(例如)次甲基(-CH-)、乙烷-1,1,2-三基(-CHCH2-)、丙烷-1,2,2-三基、丙烷-1,1,3-三基、丁烷-1,1,4-三基、戊烷-1,1,5-三基等等。另外，次烷基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“次烯基”意指直链或具支链的三价烯基。当指定具有具体碳数的次烯基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。例如，次烯基可为2～20个碳原子的次烯基、2～15个碳原子的次烯基、2～10个碳原子的次烷基、2～5个碳原子的次烯基、5～20个碳原子的次烯基、5～15个碳原子的次烯基或5～10个碳原子的次烯基。代表性次烯基包括(例如)次乙烯基丙烯-1,1,3-三基丙烯-1,2,2-三基、丙烯-1,3,3-三基、丁烯-1,1,4-三基、戊烯-1,1,5-三基等等。另外，次烯基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“亚烯基”涵盖直链和支链亚烯基。当指定具有具体碳数的亚烯基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。例如，亚烯基可为2～20个碳原子的亚烯基、2～15个碳原子的亚烯基、2～10个碳原子的亚烯基、2～5个碳原子的亚烯基，5～20个碳原子的亚烯基、5～15个碳原子的亚烯基、或5～10个碳原子的亚烯基。代表性亚烯基包括(例如)亚乙烯基、亚丙烯基、亚丁烯基等。另外，亚烯基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“芳基”涵盖单环系统和多环系统。多环可以具有其中两个碳为两个邻接环(所述环是“稠合的”)共用的两个或更多个环，其中所述环中的至少一者是芳香族的，例如其它环可以是环烷基、环烯基、芳基、杂环和/或杂芳基。例如，芳基可为C6～C50芳基、C6～C40芳基、C6～C30芳基、C6～C20芳基或C6～C10芳基。代表性芳基包括(例如)苯基、甲基苯基、丙基苯基、异丙基苯基、苯甲基和萘-1-基、萘-2-基等等。另外，芳基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“杂芳基”涵盖可以包括一到三个杂原子的单环杂芳香族基团，例如吡咯、呋喃、噻吩、咪唑、噁唑、噻唑、三唑、吡唑、吡啶、吡嗪和嘧啶等。术语杂芳基还包括具有其中两个原子为两个邻接环(所述环是“稠合的”)共用的两个或更多个环的多环杂芳香族系统，其中所述环中的至少一者是杂芳基，其它环可以是环烷基、环烯基、芳基、杂环和/或杂芳基。杂芳基中的杂原子例如可以为O、S、N、P等。例如杂芳基可为C6～C50杂芳基、C6～C40杂芳基、C6～C30杂芳基、C6～C20杂芳基或C6～C10杂芳基。另外，芳基可以是任选地被取代的。另外，如本文所用，术语“卤素”可为F、Cl、Br或I。
一、电解液
本申请提供了一种电解液，其包括有机溶剂、电解质和添加剂。在一些实施例中，所述电解液是非水电解液。
1.添加剂
含有硅官能团的碳酸酯类化合物
本申请提供了一种电解液，其可以包括含有硅官能团的碳酸酯类化合物。
在一些实施例中，含有硅官能团的碳酸酯类化合物可以包括式(I-A)化合物、式(II-A)、式(II-B)和式(II-C)化合物或其任意组合:
在式(I-A)中，R11、R12、R13、R14各自独立地选自取代或未取代的C1～C10亚烷基、取代或未取代的C2～C10亚烯基、取代或未取代的C6～C10亚芳基或取代或未取代的C3～C10亚环烷基，其中，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。n、m、l、k各自独立地选自0或1。Ra、Rb、Rc、Rd、R15和R16各自独立地选自氢、氟、取代或未取代的C1～C10烷基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C6～C10芳基或取代或未取代的C3～C10环烷基，其中，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。当l为0时，Ra、Rb和R15不同时为氢；当m为0时，Rc、Rd和R16不同时为氢。p和q为各自独立地选自0到3的整数。式(I-A)化合物中含Si数量为1个到6个。Rd与R16及与相接的Si可形成环。
在式(II-A)中，R21和R22各自独立地选自取代或未取代的C1～C10亚烷基、取代或未取代的C2～C10亚烯基、取代或未取代的C6～C10亚芳基或取代或未取代的C3～C10亚环烷基，其中，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。r和s各自独立地选自0或1，且r、s不同时为0。R23和R24各自独立地选自取代或未取代的C1～C10烷基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C6～C10芳基、取代或未取代的C3～C10环烷基，其中，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。
在式(II-B)中，R27和R28各自独立地选自取代或未取代的C1～C10亚烷基、取代或未取代的C2～C10亚烯基、取代或未取代的C6～C10亚芳基或取代或未取代的C3～C10亚环烷基，其中，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中至少一种。α和β各自独立地选自0或1。R2a、R2b、R2c、R2d、R2e、R2f各自独立地选自氢、氟、取代或未取代的C1～C10烷基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C6～C10芳基或取代或未取代的C3～C10环烷基，其中，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。当α为0时，R2a、R2c和R2d不同时为氢；当β为0时，R2b、R2e和R2f不同时为氢。γ和δ为各自独立地选自0到3的整数。式(II-B)化合物中含Si数量为1个到6个。R25、R26各自独立地选自取代或未取代的C1～C6次烷基或取代或未取代的C2～C6次烯基，其中，经取代时，取代基选自卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基中至少一种。
在式(II-C)中，R29和R′29各自独立地选自取代或未取代的C1～C10亚烷基、取代或未取代的C2～C10亚烯基、取代或未取代的C6～C10亚芳基或取代或未取代的C3～C10亚环烷基，其中，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。α′和β′各自独立地选自0或1。R′2c、R′2d、R′2e、R′2f、R′2a和R′2b各自独立地选自氢、氟、取代或未取代的C1～C10烷基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C6～C10芳基或取代或未取代的C3～C10环烷基，其中，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。R′2c、R′2d和R′2a不同时为氢，且R′2e、R′2f和R′2b不同时为氢。γ′、δ′为各自独立地选自0到3的整数。式(II-C)化合物中含Si数量为1个到6个。在一些实施例中，所述含有硅官能团的碳酸酯类化合物可以是上述式(I-A)化合物、式(II-A)、式(II-B)或式(II-C)化合物。
在一些实施例中，式(I-A)化合物、式(II-A)、式(II-B)或式(II-C)化合物中的Si的数量可以是1个或2个。
在一些实施例，所述含有硅官能团的碳酸酯类化合物可以选自下面化合物中的至少一种：
在一些实施例中，含有硅官能团的碳酸酯类化合物的重量百分含量(wt％)可以为约0.005wt％～约70wt％。在一些实施例中，含有硅官能团的碳酸酯类化合物的重量百分含量可以为约1wt％～约30wt％、约1wt％～约10wt％、约5wt％～约10wt％、约5wt％～约30wt％、约10wt％～约30wt％、约20wt％～约30wt％或约30wt％～约70wt％等。
含有硅官能团的碳酸酯类化合物具有优异的化学稳定性、低的表面张力、热稳定性和抗氧化性，基于这些性能，含有硅官能团的碳酸酯类化合物能够在电极表面形成一层稳定的保护膜，从而缓解锂离子电池过充电过程中电解液在电极表面的分解产热，以改善锂离子电池的过充性能和高温存储性能。
含有硫氧双键的化合物
在一些实施例中，本申请的电解液还可以进一步包括含有硫氧双键的化合物，以增强对活性材料的保护。所述含有硫氧双键的化合物包括式(III-A)化合物、式(III-B)化合物或其任意组合，
在式(III-A)中，R31和R32各自独立地选自取代或未取代的C1～C5烷基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C6～C10芳基或取代或未取代的含有杂原子的C1-C10烷基，其中，杂原子选自O、S、P，经取代时，取代基为卤素、硝基、氰基、羧基、硫酸基中的一种或几种。
在式(III-B)中，R33和R34各自独立地选自取代或未取代的C1～C4亚烷基、取代或未取代的C2～C4亚烯基或取代或未取代的含有杂原子的C1～C6亚烷基，其中，经取代时，取代基选自卤素、C1～C3烷基、C2～C4烯基中的至少一种，其中，杂原子选自O、S、P。
在一些实施例中，所述含有硫氧双键的化合物可以是上述式(III-A)化合物或式(III-B)化合物。
在一些实施例中，所述含有硫氧双键的化合物选自下面化合物中的至少一种：
在一些实施例中，含有硫氧双键的化合物在电解液中的重量百分含量可以为约0.01wt％～约10wt％。当含有硫氧双键的化合物在电解液中的重量百分含量约0.01wt％～约10wt％时，与含有硅官能团的碳酸酯类化合物共同作用，能够在正负极表面形成完整而有效的有机膜，从而有效阻止非水电解液与电极之间的电子转移所引起的副反应，增强电解液的稳定性。
在一些实施例中，含有硫氧双键的化合物在电解液中的重量百分含量范围的上限任选自约10wt％、约5wt％、约4wt％、约3wt％、约2.0wt％、约1.5wt％、约1.0wt％，下限任选自约0.01wt％、约0.1wt％、约0.3wt％、约0.5wt％、约0.6wt％。在又一些实施例中，所述含有硫氧双键的化合物在非水电解液中的重量百分含量为约0.1wt％～约5wt％。
环状碳酸酯类化合物
在一些实施例中，本申请的电解液还可以进一步包括环状碳酸酯类化合物，以辅助增强SEI成膜稳定性。所述环状碳酸酯类化合物可以是式(IV-A)化合物：
在式(IV-4)中，R4选自取代或未取代的C2～C6亚烷基或取代或未取代的C2～C6亚烯基，其中，经取代时，取代基选自卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基中的至少一种。
在一些实施例中，R4选自取代或未取代的C1～4亚烷基或取代或未取代的C2～4亚烯基，其中，经取代时，取代基选自卤素、C1～3烷基、C2～4烯基中的至少一种。
在一些实施例中，所述环状碳酸酯类化合物可以选自下面化合物中的至少一种：
在一些实施例中，环状碳酸酯类化合物在电解液中的重量百分含量可以为约0.01wt％～约30wt％。在一些实施例中，环状碳酸酯类化合物在电解液中的重量百分含量可以为约0.01wt％～约0.1wt％、约0.1wt％～约1wt％、约0.1wt％～约2wt％、约0.1wt％～约3wt％、约0.1wt％～约4wt％、约0.1wt％～约5wt％、约1wt％～约5wt％、约1wt％～约10wt％、约1wt％～约20wt％、约1wt％～约30wt％、约5wt％～约10wt％、约10wt％～约30wt％等。
环状碳酸酯类化合物可以增加SEI膜的柔性，进一步增加对活性材料的保护作用，降低活性材料与电解液的界面接触机率，从而改善循环过程中副产物累积产生的阻抗增长。
芳香族化合物
在一些实施例中，本申请的电解液还可以进一步包括芳香族化合物，所述芳香族化合物可以是式(V-A)化合物：
在式(V-A)中，R51、R52、R53、R54、R55和R56各自独立地选自氢、氟、取代或未取代的C1～C10烷基、取代或未取代的C3～C10环烷基、取代或未取代的C3～C10环烯基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C6～C10芳基或取代或未取代的C3-C6杂环基团，所述杂环基团的杂原子选自O、S、P，其中，经取代时，取代基为卤素、氰基、羧基、硫酸基中的至少一种。
在一些实施例中，所述芳香族化合物选自2-甲基联苯、2-乙基联苯、三联苯、三联苯的部分氢化物、环戊基苯、叔丁基苯、顺式-1-丙基-4-苯基环己烷、反式-1-丙基-4-苯基环己烷、顺式-1-丁基-4-苯基环己烷、反式-1-丁基-4-苯基环己烷、二苯基醚、二苯并呋喃、氟苯、甲苯、2-氟甲苯、3-氟甲苯、4-氟甲苯、2,4-二氟甲苯、2-氟联苯、3-氟联苯、4-氟联苯、4,4'-二氟联苯、2,4-二氟联苯、邻环己基氟苯、对环己基氟苯、2,4-二氟苯甲醚、2,5-二氟苯甲醚、2,6-二氟苯甲醚、3,5-二氟苯甲醚中的至少一种。
在一些实施例中，所述芳香族化合物还可以是对氟甲苯(PFT)或2,4-二氟联苯(DFBP)。
在一些实施例中，在电解液中，芳香族化合物的重量百分含量可以为约1wt％～约20wt％。在一些实施例中，芳香族化合物在电解液中的重量百分含量为约1wt％～约5wt％、约1wt％～约10wt％、约5wt％～约10wt％、约5wt％～约15wt％或约5wt％～约20wt％等。
腈化合物
在一些实施例中，本申请的电解液还可以进一步包括腈化合物，所述腈化合物包括式(VI-A)化合物、式(VI-B)化合物或其任意组合：
在式(VI-A)，R61选自取代或未取代的C1～C10亚烷基、取代或未取代的C1～C10亚烷氧基、取代或未取代的C2～C10亚烯基、取代或未取代的C6～C10亚芳基或取代或未取代的C6～C10亚环烷基，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。
在式(VI-B)中，R62、R63、R64各自独立地选自取代或未取代的C1～C10亚烷基、取代或未取代的C1～C10亚烷氧基、取代或未取代的C2～C10亚烯基、取代或未取代的C6～C10亚芳基、取代或未取代的C6～C10亚环烷基或取代或未取代的C3-C6杂环基团，杂环基团的杂原子选自O、S、P，其中，x、y、z各自独立地选自0或1，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。
在一些实施例中，所述腈化合物可以是上述式(VI-A)化合物或式(VI-B)化合物。
在一些实施例中，所述腈化合物可以是下面化合物中的至少一种：
在一些实施例中，腈化合物可以选自甲基丙二腈、乙基丙二腈、异丙基丙二腈、叔丁基丙二腈、甲基丁二腈、2,2-二甲基丁二腈、2,3-二甲基丁二腈、2,3,3-三甲基丁二腈、2,2,3,3-四甲基丁二腈、2,3-二乙基-2,3-二甲基丁二腈、2,2-二乙基-3,3-二甲基丁二腈、双环己基-1,1-二甲腈、双环己基-2,2-二甲腈、双环己基-3,3-二甲腈、2,5-二甲基-2,5-己烷二甲腈、2,3-二异丁基-2,3-二甲基丁二腈、2,2-二异丁基-3,3-二甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2,3-二甲基戊二腈、2,4-二甲基戊二腈、2,2,3,3-四甲基戊二腈、2,2,4,4-四甲基戊二腈、2,2,3,4-四甲基戊二腈、2,3,3,4-四甲基戊二腈、马来腈、富马腈、1,4-二氰基戊烷、2,6-二氰基庚烷、2,7-二氰基辛烷、2,8-二氰基壬烷、1,6-二氰基癸烷、1,2-二氰基苯、1,3-二氰基苯、1,4-二氰基苯、3,3’-(亚乙基二氧)二丙腈、3,9-双(2-氰基乙基)-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷、1,2,3-丙烷三甲腈、1,3,5-戊烷三甲腈、1,3,6-己烷三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,4-二氰基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-乙基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二乙基-2-丁烯、1,6-二氰基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-5-甲基-3-己烯中的至少一种。
在一些实施例中，腈化合物在电解液中的重量百分含量可以为约0.01wt％～约20wt％。在一些实施例中，腈化合物在电解液中的重量百分含量可以为约0.1wt％～约10wt％、约0.1wt％～约5wt％、约0.1wt％～约20wt％、约1wt％～约5wt％、约1wt％～约10wt％、约5wt％～约10wt％、约5wt％～约20wt％等。
所述腈化合物与含有硅官能团的碳酸酯类化合物共同作用可以进一步在正极活性材料表面形成优良的腈保护膜，较好的稳定正极活性材料。
磷酸酯和亚磷酸酯
在一些实施例中，本申请的电解液还可以进一步包括磷酸酯、亚磷酸酯或其任意组合。
在一些实施例中，磷酸酯和亚磷酸酯选自三(2-叔戊基苯基)磷酸酯、三(3-叔戊基苯基)磷酸酯、三(4-叔戊基苯基)磷酸酯、三(2-环己基苯基)磷酸酯、三(3-环己基苯基)磷酸酯、三(4-环己基苯基)磷酸酯、三苯基磷酸酯、三甲苯基磷酸酯、三(叔丁基苯基)磷酸酯、三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯(TFEP)、三(2-叔戊基苯基)亚磷酸酯、三(3-叔戊基苯基)亚磷酸酯、三(4-叔戊基苯基)亚磷酸酯、三((2-环己基苯基)亚磷酸酯、三(3-环己基苯基)亚磷酸酯、三(4-环己基苯基)亚磷酸酯、三苯基亚磷酸酯、三甲苯基亚磷酸酯、三(叔丁基苯基)亚磷酸酯、三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯等化合物中的至少一种。
在一些实施例中，磷酸酯和亚磷酸酯在电解液中的重量百分含量为约0.01wt％～约20wt％。在一些实施例中，磷酸酯和亚磷酸酯在电解液中的重量百分含量为约1wt％～约10wt％、约1wt％～约5wt％、约5wt％～约10wt％、约0.1wt％～约10wt％、约0.1wt％～约5wt％等。
醚类化合物
在一些实施例中，本申请的电解液还可以进一步包括醚类化合物，诸如环状醚或链状醚。在一些实施例，所述醚类化合物在电解液中的重量百分含量可以为0.1wt％～约20wt％。
在一些实施例中，环状醚在电解液中的重量百分含量可以为约0.1wt％～约15wt％、约0.1wt％～约10wt％、约0.1wt％～约5wt％、约0.1wt％～约1wt％、约0.5wt％～约1wt％、约0.1wt％～约2wt％、约1wt％～约2wt％或约1wt％～约5wt％等。
在一些实施例中，链状醚在电解液中的重量百分含量可以为约0.1wt％～约20wt％。在一些实施例中，链状醚在电解液中的重量百分含量可以为约0.1wt％～约1wt％、约0.5wt％～约1wt％、约0.1wt％～约2wt％、约1wt％～约2wt％、约1wt％～约3wt％、约2wt％～约5wt％或约5wt％～约10wt％等。
在一些实施例中，链状醚可以包括但不限于二甲氧基甲烷、1,1-二甲氧基乙烷、1,2-二甲氧基乙烷、二乙氧基甲烷、1,1-二乙氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基甲烷、1,1-乙氧基甲氧基乙烷和1,2-乙氧基甲氧基乙烷中的至少一种。
2.有机溶剂
本申请的电解液中的有机溶剂可为现有技术中已知的任何可作为电解液的溶剂的有机溶剂。
在一些实施例中，电解液可以包括含磷有机溶剂。所述含磷有机溶剂可以包括但不限于磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸二甲基乙酯、磷酸甲基二乙酯、磷酸亚乙基甲酯、磷酸亚乙基乙酯、磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三苯酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯和磷酸三(2,2,3,3,3-五氟丙基)酯中的至少一种。
在一些实施例中，含磷有机溶剂在电解液中的重量百分含量可以为约0.1wt％～约5wt％。在一些实施例中，含磷有机溶剂在电解液中的重量百分含量可以为约0.1wt％～约0.5wt％、约0.1wt％～约2wt％、约0.1wt％～约3wt％、约0.1wt％～约0.5wt％、约0.5wt％～约2wt％、约0.5wt％～约3wt％、约1wt％～约2wt％、约1wt％～约3wt％或约1wt％～约5wt％等。
3.电解质
本申请的电解液中使用的电解质没有限制，其可为现有技术中已知的任何电解质。
在一些实施例中，电解质可以包括锂盐。所述锂盐可以包括有机锂盐或无机锂盐中的至少一种。在一些实施例中，所述锂盐可以含有氟元素、硼元素、磷元素中的至少一种。在一些实施例中，锂盐选自六氟磷酸锂LiPF6、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。
二、电化学装置
本申请还涉及一种电化学装置。本申请的电化学装置包括发生电化学反应的任何装置，它的具体实例包括所有种类的一次电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池或电容。特别地，该电化学装置是锂二次电池，包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。在一些实施例中，本申请的电化学装置包括具有能够吸留、放出金属离子的正极活性物质的正极；具有能够吸留、放出金属离子的负极活性物质的负极；和本申请的电解液。
在一些实施例中，本申请的电化学装置可以包括正极片、负极片、间隔设置于正极片和负极片之间的隔离膜以及电解液，所述电解液为前述任一实施例所述的电解液。
在一些实施例中，本申请的电化学装置包括正极片、负极片、间隔设置于正极片和负极片之间的隔离膜、电解液以及包装箔，所述电解液为前述任一实施例所述的电解液。
1.正极片
在一些实施例中，本申请的正极片可以包括正极集流体及涂布在正极集流体上的正极膜片。所述正极膜片可以包括正极活性材料、粘结剂和导电剂。
在一些实施例中，本申请的正极片可以包括正极集流体和设置在正极集流体上的正极活性材料层。所述正极活性材料层还可以包括粘合剂，并且可选地还可以包括导电材料。
在一些实施例中，正极活性材料可以包括可逆地嵌入和脱嵌锂离子的化合物。
在一些实施例中，正极活性材料可以包括复合氧化物，该复合氧化物含有锂以及从钴、锰和镍中选择的至少一种元素。正极活性材料的种类可根据需求进行选择而不受到具体的限制。在一些实施例中，正极活性材料可以选自钴酸锂LiCoO2(LCO)、锂镍锰钴三元材料(NCM)、磷酸铁锂、锰酸锂中的至少一种。
在一些实施例中，正极活性材料可以在表面上具有涂层，或者可以与具有涂层的另一化合物混合。该涂层可以包括从涂覆元素的氧化物、涂覆元素的氢氧化物、涂覆元素的羟基氧化物、涂覆元素的碳酸氧盐(oxycarbonate)和涂覆元素的羟基碳酸盐(hydroxycarbonate)中选择的至少一种涂覆元素化合物。用于涂层的化合物可以是非晶的或结晶的。在一些实施例中，涂层中含有的涂覆元素可以包括Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr或它们的混合物。可以通过任何方法来施加该涂层，只要该方法不对正极活性材料的性能产生不利影响即可。例如，该方法可以是对本领域普通技术人员来说众所周知的任何涂覆方法，例如喷涂、浸渍等。
在一些实施例中，粘合剂可以提高正极活性材料颗粒彼此间的结合，并且还提高正极活性材料与集流体的结合。在一些实施例中，粘合剂可以包括聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂和尼龙中的至少一种。
在一些实施例中，导电材料可以赋予电极导电性，并且可以包括任何导电材料，只要它不引起化学变化。在一些实施例中，导电材料可以包括基于碳的材料(例如，天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、基于金属的材料(例如，金属粉、金属纤维等，包括例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物(例如，聚亚苯基衍生物)和它们的混合物中的至少一种。
在一些实施例中，正极集流体可以是铝(Al)，但不限于此。
2.负极片
在一些实施例中，负极片包括负极集流体及涂布在负极集流体上的负极膜片。所述负极膜片可以包括负极活性材料、粘结剂和导电材料。
在一些实施例中，负极片包括负极集流体和设置在负极集流体上的负极活性材料层。所述负极活性材料层可以包括粘合剂，并且可选地还包括导电材料。
在一些实施例中，负极活性材料可以选自天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(简称为MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO2、尖晶石结构的锂化TiO2-Li4Ti5O12、Li-Al合金中的一种或几种。在一些实施例中，负极活性材料可以为石墨或硅或者二者的掺杂物。
在一些实施例中，负极活性材料可以是碳材料，所述碳材料可以包括结晶碳、非晶碳和它们的混合物。结晶碳可以是无定形的或片形的、小片形的、球形的或纤维状的天然石墨或人造石墨。非晶碳可以是软碳、硬碳、中间相沥青碳化物、煅烧焦等。
在一些实施例中，粘合剂可以提高负极活性材料颗粒彼此间的结合和负极活性材料与集流体的结合。在一些实施例中，粘合剂可以包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂和尼龙中的至少一种。
在一些实施例中，导电材料可以赋予电极导电性，并且可以包括任何导电材料，只要它不引起化学变化。在一些实施例中，导电材料可以包括基于碳的材料(例如，天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、基于金属的材料(例如，金属粉、金属纤维等，例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物(例如，聚亚苯基衍生物)和它们的混合物中的至少一种。
在一些实施例中，负极集流体可以包括铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、覆有导电金属的聚合物基底和它们的组合中的至少一种。
3.隔离膜
在一些实施例中，本申请的隔离膜可以防止短路。所述隔离膜的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔离膜可以包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。
在一些实施例中，隔离膜可包括基材层和表面处理层。
在一些实施例中，基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜。在一些实施例中，基材层的材料可以选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。具体的，基材层的材料可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。
在一些实施例中，基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。
在一些实施例中，无机物层可以包括无机颗粒和粘结剂。在一些实施例中，无机颗粒可以选自氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或几种的组合。在一些实施例中，粘结剂可以选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种。
在一些实施例中，聚合物层可以包含聚合物。在一些实施例中，所述聚合物可以选自聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
三、实施例
以下说明根据本申请的锂离子电池的实施例和对比例进行性能评估。
1.锂离子电池的制备
(1)电解液的制备
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(简写为EC)、碳酸二乙酯(简写为DEC)、碳酸丙烯酯(简写为PC)、按照3:4:3的质量比混合均匀，再将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述非水溶剂得到基础电解液，其中基础电解液中LiPF6的浓度为约1mol/L。在基础电解液中加入如下各表中所示的不同含量的物质得到不同实施例和对比例的电解液。如下描述的电解液中各物质的含量均是基于电解液的总重量计算得到。
在电解液中，根据以下各实施例和对比例设置添加剂。
(2)正极片的制备
将正极活性物质NCM(分子式为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(简写为PVDF)按重量比96:2:2在适量的N-甲基吡咯烷酮(简写为NMP)溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的正极浆料；将此浆料涂覆于正极集流体Al箔上，烘干、冷压，得到正极片。
(3)负极片的制备
将负极活性物质石墨、导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶(简写为SBR)、增稠剂羧甲基纤维素钠(简写为CMC)按照重量比95:2:2:1在适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的负极浆料；将此浆料涂覆于负极集流体Cu箔上，烘干、冷压，得到负极片。
(4)隔离膜
以PE多孔聚合物薄膜作为隔离膜。
(5)锂离子电池的制备
将得到的正极片、隔离膜和负极片按次序卷绕，使隔离膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，置于外包装箔中，留下注液口。从注液口灌注电解液，封装，再经过化成、容量等工序制得锂离子电池。
按照上述方法制备以下各实施例和对比例的电解液及锂离子电池，并对锂离子电池分别进行下面的测试。
2.测试方法
(1)过充测试
将10个电池在25℃下以0.5C放电至2.8V，在以2C恒流充电至5V，再恒压充电3h，不起火、不爆炸即为通过，记录通过测试的电池个数。
(2)85℃存储测试
在室温下以2C恒流充电至4.2V，然后恒压充电至电流为0.05C，测试锂离子电池的厚度并记为d0；放置到85℃烘箱当中6h，监控此时厚度，记为d。锂离子电池高温存储6h后的厚度膨胀率(％)＝(d-d0)/d0×100％。
(3)25℃循环测试
在25℃条件下将电池以2C充电至4.2V，4.2V条件下恒压充电至0.05C。之后以6C的电流放电至2.8V，记录放出的容量，此时为首次循环的放电容量。并以2C充电和6C放电的流程，循环进行600圈，记录其放电容量，并计算其容量保持率。循环后的容量保持率按照下式进行计算：循环后的容量保持率＝(对应循环的放电容量/首次循环的放电容量)×100％。
(4)浮充测试
将电池在25℃下以0.5C放电至2.8V，在以0.5C充电至4.2V，4.2V下恒压充电至0.05C，放置到45℃烘箱当中，4.2V恒压50天，监控厚度变化。用初始充电50％SOC(State ofCharge，SOC)的厚度作为基准。计算电池的厚度膨胀率。
3.测试结果
如表1所示，实施例1～18的电解液是在基础电解液中加入了含有硅官能团的碳酸酯类化合物的电解液，对比例的电解液为基础电解液。对实施例1～18和对比例的锂离子电池进行过充测试和高温存储测试。
表1 实施例1～18以及对比例的电解液以及测试结果
通过表1可以看出，实施例1～18加入含有硅官能团的碳酸酯类化合物，电池的过充通过数量及85℃存储性膨胀率的改善明显。
更具体的，在含有硅官能团的碳酸酯类化合物含量在0.1wt％以上，电池的过充性能和85℃存储性能就开始出现改善，当含量在1wt％以上改善更加明显。这可能是因为含有硅官能团的碳酸酯类化合物能够在电极表面形成一层稳定的保护膜，从而缓解锂离子电池过充电过程中电解液在电极表面的分解产热。因此可以确认实施例1～18制造的电池具有更好的过充性能和85℃存储性。
如表2所示，实施例19～31的电解液是在基础电解液中加入了含有硅官能团的碳酸酯类化合物和含有硫氧双键的化合物的电解液。实施例8和12可以用作对比例。对实施例19～31以及实施例8和12的锂离子电池进行过充测试和85℃存储测试。
表2 实施例8、12、19～31的电解液以及测试结果
如表2所示，通过对比实施例19～31与实施例8和12，加入含有硫氧双键的化合物，可以在保证过充性能的前提下，进一步提升电池的高温存储性能，这可能是因为含有硅官能团的碳酸酯类化合物与含有硫氧双键的化合物结合能够在正负极表面形成完整而有效的有机膜，有效阻止非水电解液与电极之间的电子转移所引起的副反应。
如表3所示，实施例32～49的电解液是在基础电解液中加入了含有硅官能团的碳酸酯类化合物和芳香族化合物(例如，氟代苯)的电解液。对实施例32～49以及实施例8的锂离子电池进行过充测试和25℃循环测试。
表3 实施例8、32～49的电解液以及测试结果
如表3所示，通过实施例32～35以及39～44与实施例8进行对比分析，可以看出在加入一定量的芳香族化合物之后，电池不仅能够维持良好的过充性能，循环后的容量保持率也得到提升。这可能是由于含有硅官能团的碳酸酯类化合物与芳香族化合物结合能够在循环过程中形成稳定的界面膜，从而能够起到改善循环性能的作用。
在表4中，实施例50～66的电解液是在基础电解液中加入了含有硅官能团的碳酸酯类化合物和腈化合物的电解液。对分别由对比例、实施例50～66和实施例8的锂离子电池进行过充测试、85℃存储测试以及浮充测试。
表4 实施例8、50～66的电解液以及测试结果
如表4所示，通过实施例50～66与实施例8进行对比分析，可以看出在加入腈化合物之后，可以在保证过充性能的前提下，进一步提升电池的高温存储性能，改善电池的浮充性能，这可能是由于含有硅官能团的碳酸酯类化合物与腈化合物结合能够在正负极表面形成稳定的SEI膜，提高电池的稳定性。
在表5中，实施例67～77的电解液是在基础电解液中加入了含有硅官能团的碳酸酯类化合物、含有硫氧双键的化合物、芳香族化合物(例如，氟代苯)和腈化合物的电解液。对实施例67～77和实施例8的锂离子电池进行过充测试、高温存储测试和25℃循环测试。
表5 实施例8、67～77的电解液以及测试结果
当电解液中包括含有硅官能团的碳酸酯类化合物与含硫氧双键的化合物、芳香族类化合物(包括氟代联苯)和腈化合物中的至少两种组合时，可以同时改善电池的循环性能和高温存储性能。
整个说明书中对“实施例”、“部分实施例”、“一个实施例”、“另一举例”、“举例”、“具体举例”或“部分举例”的引用，其所代表的意思是在本申请中的至少一个实施例或举例包含了该实施例或举例中所描述的特定特征、结构、材料或特性。因此，在整个说明书中的各处所出现的描述，例如：“在一些实施例中”、“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在另一个举例中”，“在一个举例中”、“在特定举例中”或“举例”，其不必然是引用本申请中的相同的实施例或示例。此外，本文中的特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例或举例中结合。
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims (12)

1.一种电解液，其包括含有硅官能团的碳酸酯类化合物。
2.根据权利要求1所述的电解液，其中所述含有硅官能团的碳酸酯类化合物包括式(I-A)化合物、式(II-A)、式(II-B)和式(II-C)化合物或其任意组合，
其中，R11、R12、R13、R14、R21、R22、R27、R28、R29、R′29各自独立地选自取代或未取代的C1～C10亚烷基、取代或未取代的C2～C10亚烯基、取代或未取代的C6～C10亚芳基或取代或未取代的C3～C10亚环烷基，其中，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种；
其中，n、m、l、k、r、s、α、β、α′、β′各自独立地选自0或1，且r、s不同时为0；
其中，R15、R16、R23、R24、R2a、R2b、R′2a、R′2b、Ra、Rb、Rc、Rd、R2c、R2d、R2e、R2f、R′2c、R′2d、R′2e、R′2f各自独立地选自氢、氟、取代或未取代的C1～C10烷基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C6～C10芳基或取代或未取代的C3～C10环烷基，其中，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种；
其中，p、q、γ、δ、γ′、δ′为各自独立地选自0到3的整数；
其中，式(I-A)、式(II-B)和式(II-C)化合物中含Si数量为1个到6个；
其中，R25、R26各自独立地选自取代或未取代的C1～C6次烷基或取代或未取代的C2～C6次烯基，其中，经取代时，取代基选自卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基中的至少一种；
其中，Rd与R16及与相接的Si可形成环；
当l为0时，Ra、Rb和R15不同时为氢；
当m为0时，Rc、Rd和R16不同时为氢；
当α为0时，R2a、R2c和R2d不同时为氢；
当β为0时，R2b、R2e和R2f不同时为氢；
R′2c、R′2d和R′2a不同时为氢；
R′2e、R′2f和R′2b不同时为氢。
3.根据权利要求2所述的电解液，其中式(I-A)、式(II-A)、式(II-B)和式(II-C)化合物选自下面化合物中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的电解液，其中含有硅官能团的碳酸酯类化合物的重量百分含量为0.005wt％～70wt％。
5.根据权利要求1所述的电解液，还包括含有硫氧双键的化合物，其中所述含有硫氧双键的化合物包括式(III-A)化合物、式(III-B)化合物或其任意组合，
其中，R31和R32各自独立地选自取代或未取代的C1～C5烷基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C6～C10芳基或取代或未取代的含有杂原子的C1-C10烷基，其中，杂原子选自O、S、P，经取代时，取代基为卤素、硝基、氰基、羧基、硫酸基中的一种或几种；
其中，R33和R34各自独立地选自取代或未取代的C1～C4亚烷基、取代或未取代的C2～C4亚烯基或取代或未取代的含有杂原子的C1～C6亚烷基，其中，经取代时，取代基选自卤素、C1～C3烷基、C2～C4烯基中的至少一种，其中，杂原子选自O、S、P；
其中所述含有硫氧双键的化合物在所述电解液中的重量百分含量为0.01wt％～10wt％。
6.根据权利要求5所述的电解液，其中所述含有硫氧双键的化合物选自下面化合物中的至少一种：
7.根据权利要求1所述的电解液，还包括环状碳酸酯类化合物，其中所述环状碳酸酯类化合物是式(IV-A)化合物：
其中，R4选自取代或未取代的C2～C6亚烷基或取代或未取代的C2～C6亚烯基，其中，取代基选自卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基中的至少一种；
其中所述环状碳酸酯类化合物在所述电解液中的重量百分含量为0.01wt％～30wt％。
8.根据权利要求1所述的电解液，还包括芳香族化合物，其中所述芳香族化合物是式(V-A)化合物：
其中，R51、R52、R53、R54、R55和R56各自独立地选自氢、氟、取代或未取代的C1～C10烷基、取代或未取代的C3～C10环烷基、取代或未取代的C3～C10环烯基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C6～C10芳基或取代或未取代的C3-C6杂环基团，所述杂环基团的杂原子选自O、S、P，其中，经取代时，取代基为卤素、氰基、羧基、硫酸基中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的电解液，所述芳香族化合物选自2-甲基联苯、2-乙基联苯、三联苯、三联苯的部分氢化物、环戊基苯、叔丁基苯、顺式-1-丙基-4-苯基环己烷、反式-1-丙基-4-苯基环己烷、顺式-1-丁基-4-苯基环己烷、反式-1-丁基-4-苯基环己烷、二苯基醚、二苯并呋喃、氟苯、甲苯、2-氟甲苯、3-氟甲苯、4-氟甲苯、2,4-二氟甲苯、2-氟联苯、3-氟联苯、4-氟联苯、4,4′-二氟联苯、2,4-二氟联苯、邻环己基氟苯、对环己基氟苯、2,4-二氟苯甲醚、2,5-二氟苯甲醚、2,6-二氟苯甲醚、3,5-二氟苯甲醚中的至少一种；
其中所述芳香族化合物在所述电解液中的重量百分含量为1wt％～20wt％。
10.根据权利要求1所述的电解液，还包括腈化合物，其中所述腈化合物包括式(VI-A)化合物、式(VI-B)化合物或其任意组合：
其中，R61选自取代或未取代的C1～C10亚烷基、取代或未取代的C1～C10亚烷氧基、取代或未取代的C2～C10亚烯基、取代或未取代的C6～C10亚芳基或取代或未取代的C6～C10亚环烷基，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种；
其中，R62、R63、R64各自独立地选自取代或未取代的C1～C10亚烷基、取代或未取代的C1～C10亚烷氧基、取代或未取代的C2～C10亚烯基、取代或未取代的C6～C10亚芳基、取代或未取代的C6～C10亚环烷基或取代或未取代的C3-C6杂环基团，所述杂环基团的杂原子选自O、S、P，其中，x、y、z各自独立地选自0或1，经取代时，取代基为卤素、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氰基中的至少一种。
11.根据权利要求10所述的电解液，其中所述腈化合物选自甲基丙二腈、乙基丙二腈、异丙基丙二腈、叔丁基丙二腈、甲基丁二腈、2,2-二甲基丁二腈、2,3-二甲基丁二腈、2,3,3-三甲基丁二腈、2,2,3,3-四甲基丁二腈、2,3-二乙基-2,3-二甲基丁二腈、2,2-二乙基-3,3-二甲基丁二腈、双环己基-1,1-二甲腈、双环己基-2,2-二甲腈、双环己基-3,3-二甲腈、2,5-二甲基-2,5-己烷二甲腈、2,3-二异丁基-2,3-二甲基丁二腈、2,2-二异丁基-3,3-二甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2,3-二甲基戊二腈、2,4-二甲基戊二腈、2,2,3,3-四甲基戊二腈、2,2,4,4-四甲基戊二腈、2,2,3,4-四甲基戊二腈、2,3,3,4-四甲基戊二腈、马来腈、富马腈、1,4-二氰基戊烷、2,6-二氰基庚烷、2,7-二氰基辛烷、2,8-二氰基壬烷、1,6-二氰基癸烷、1,2-二氰基苯、1,3-二氰基苯、1,4-二氰基苯、3,3’-(亚乙基二氧)二丙腈、3,9-双(2-氰基乙基)-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷、1,2,3-丙烷三甲腈、1,3,5-戊烷三甲腈、1,3,6-己烷三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,4-二氰基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-乙基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二乙基-2-丁烯、1,6-二氰基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-5-甲基-3-己烯中的至少一种；
其中，所述腈化合物在所述电解液中的重量百分含量为0.01wt％～20wt％。
12.一种电化学装置，其包括正极片、负极片、间隔设置于正极片和负极片之间的隔离膜以及电解液，所述电解液为权利要求1～11中任一项所述的电解液。
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