CN109860703A - 一种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电化学装置。本申请的电解液包括铯盐和腈化合物。本申请提供的电解液可以改善锂离子电池的快速充放电性能及循环性能，同时改善持续充电电池鼓胀问题。

Description

一种电解液及电化学装置
技术领域
本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种电解液和包含该电解液的电化学装置。
背景技术
锂离子电池有高能量密度，长循环寿命，及无记忆效应等优点，被广泛应用于穿戴设备、智能手机、无人机，电动汽车等领域。随着锂离子电池应用的拓展及现代信息技术的发展，对锂离子电池提出了更多性能要求。例如，要求电池可进行快速的充放电。另外在市场上频发持续充电后电池鼓胀问题后，要求降低电池在持续充电过程中的鼓胀问题。如何解决锂离子电池快速充放电及持续充电安全性问题已成为当前行业内急需解决的问题。
基于此，本申请提供了一种电解液，其能改善电池的快速充放电性能，同时改善持续充电电池鼓胀问题。
发明内容
本申请实施例提供一种电解液和包括该电解液的电化学装置，所述电解液包括铯盐和腈化合物。本申请提供的电解液可以改善锂离子电池的快速充放电性能及循环性能，同时改善持续充电电池鼓胀问题。
在一个实施例中，本申请提供了一种电解液，所述电解液包括铯盐和腈化合物。
根据本申请的实施例，所述铯盐包括如下化合物中的一种或多种：六氟磷酸铯、草酸铯、硝酸铯、三氟甲基磺酸铯、双三氟甲基磺酰亚胺铯、四氟硼酸铯和碳酸铯。
根据本申请的实施例，基于所述电解液的总重量，所述铯盐的含量为约0.01wt％～1.5wt％。
根据本申请的实施例，基于所述电解液的总重量，所述铯盐的含量为约0.05wt％～1wt％。
根据本申请的实施例，所述腈化合物包括式1至式4所示的化合物中的至少一种：
NC-R11-CN 式1
其中R11选自取代或未取代的C1～12亚烷基或取代或未取代的C1～12亚烷氧基；
其中R21、R22各自独立地选自键或取代或未取代的C1～12亚烷基；
其中R31、R32、R33各自独立地选自键、取代或未取代的C1～12亚烷基或取代或未取代的C1～12亚烷氧基；
其中R41选自取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C2～12亚烯基、取代或未取代的C6～26亚芳基、取代或未取代的C6～10亚环烷基或取代或未取代的C2-12亚杂环基团；
其中经取代时，取代基为卤素原子。
根据本申请的实施例，所述腈化合物包括如下化合物中的至少一种：
根据本申请的实施例，基于所述电解液的总重量，所述腈化合物的含量为约0.5wt％～12wt％。
根据本申请的实施例，基于所述电解液的总重量，所述腈化合物的含量为约1wt％～8wt％。
根据本申请的实施例，所述电解液进一步包括添加剂，所述添加剂包括二氟磷酸锂、1,3,2-二噁唑噻吩-2,2-二氧化物、邻苯二酚硫酸酯或其任意组合。
根据本申请的实施例，基于所述电解液的总重量，所述添加剂的含量为约0.05wt％～5wt％。
在另一个实施例中，本申请提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括极片和电解液，所述电解液为如上所述的任意电解液。
在另一个实施例中，本申请提供了一种电子装置，所述电子装置包括如上所述的电化学装置。
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
如本文中所使用，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”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”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，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、1～12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“环烷基”涵盖环状烷基。环烷基可为3～20个碳原子的环烷基、6～20个碳原子的环烷基、3～12个碳原子的环烷基、3～6个碳原子的环烷基。例如，环烷基可为环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。另外，环烷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。代表性亚烷基包括(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“亚环烷基”涵盖环状亚烷基。例如，亚环烷基可为3～20个碳原子的亚环烷基、3～15个碳原子的亚环烷基、3～10个碳原子的亚环烷基、3～6个碳原子的亚环烷基、5～20个碳原子的亚环烷基、5～15个碳原子的亚环烷基或5～10个碳原子的亚环烷基。另外，亚环烷基可以是任选地被取代的。例如，亚环烷基可被包括氟、氯、溴和碘在内的卤素、烷基、芳基或杂芳基取代。
如本文所用，术语“亚芳基”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，亚芳基可为C6～C50亚芳基、C6～C40亚芳基、C6～C30亚芳基、C6～C26亚芳基、C6～C20亚芳基或C6～C10亚芳基。另外，亚芳基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“亚烷氧基”是指-L-O-基团，其中L为亚烷基。例如，亚烷氧基可为1～20个碳原子的亚烷氧基、1～12个碳原子的亚烷氧基、1～5个碳原子的亚烷氧基、5～20个碳原子的亚烷氧基、5～15个碳原子的亚烷氧基或5～10个碳原子的亚烷氧基。另外，亚烷氧基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“亚杂环基”涵盖芳香族和非芳香族环状基团。例如，亚杂环基为包括至少一个杂原子的C2～C50亚杂环基、C2～C40亚杂环基、C2～C30亚杂环基、C2～C20亚杂环基、C2～C10亚杂环基、C2～C6亚杂环基。另外，亚杂环基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“杂原子”涵盖O、S、N、P等。
如本文所用，术语“腈化合物”是指含有氰官能团-CN的化合物。
如本文所用，术语“卤素”涵盖F、Cl、Br、I。
如本文所用，术语“键”涵盖单键、碳碳双键或碳碳三键。
当上述取代基经取代时，取代基可选自由以下组成的群组：卤素、芳基、硝基、氰基、羧基和硫酸基。
如本文中所使用，电解液中各组分的含量均为基于电解液的总重量得到的。
一、电解液
本申请实施例提供了一种电解液，所述电解液包括铯盐和腈化合物。
在一些实施例中，所述铯盐包括如下化合物中的一种或多种：六氟磷酸铯(CsPF6)、草酸铯(Cs2C2O4)、硝酸铯(CsNO3)、三氟甲基磺酸铯(CsCF3SO3)、双三氟甲基磺酰亚胺铯(CsTFSI)、四氟硼酸铯(CsBF4)和碳酸铯(CsCO3)。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述铯盐的含量为约0.01wt％～1.5wt％。在一些实施例中，所述铯盐的含量为约0.01wt％～1wt％。在一些实施例中，所述铯盐的含量为约0.05wt％～1wt％。在一些实施例中，所述铯盐的含量为约0.1wt％～1wt％。在一些实施例中，所述铯盐的含量为约0.2wt％～0.8wt％。在一些实施例中，所述铯盐的含量为约0.4wt％～0.6wt％。当铯盐的含量为约0.01wt％～1.5wt％时，与腈化合物共同作用能够在负极表面形成完整而有效的负极电解质界面(cathode electrolyteinterface,CEI)膜，能够有效形成均匀稳定且有利于锂离子通过的固体电解质界面(solidelectrolyte interface,SEI)膜改善电池性能。
在一些实施例中，所述腈化合物包括式1至式4所示的化合物中的至少一种：
NC-R11-CN 式1
其中R11选自取代或未取代的C1～20亚烷基、取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C1～6亚烷基、取代或未取代的C1～20亚烷氧基、取代或未取代的C1～12亚烷氧基或取代或未取代的C1～6亚烷氧基；
其中R21、R22各自独立地选自键、取代或未取代的C1～20亚烷基、取代或未取代的C1～12亚烷基或取代或未取代的C1～6亚烷基；
其中R31、R32、R33各自独立地选自键、取代或未取代的C1～20亚烷基、取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C1～6亚烷基、取代或未取代的C1～20亚烷氧基、取代或未取代的C1～12亚烷氧基或取代或未取代的C1～6亚烷氧基；
其中R41选自取代或未取代的C1～20亚烷基、取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C1～6亚烷基、取代或未取代的C2～20亚烯基、取代或未取代的C2～12亚烯基、取代或未取代的C2～6亚烯基、取代或未取代的C6～50亚芳基、取代或未取代的C6～26亚芳基、取代或未取代的C6～12亚芳基、取代或未取代的C6～10亚环烷基、取代或未取代的C2-20亚杂环基团、取代或未取代的C2-12亚杂环基团或取代或未取代的C2-6亚杂环基团；
其中经取代时，取代基为卤素原子。
在一些实施例中，所述卤素原子为F、Cl、Br或I。
在一些实施例中，所述腈化合物包括如下化合物中的至少一种：
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述腈化合物的含量为约0.5wt％～12wt％。在一些实施例中，所述腈化合物的含量为约0.5wt％～8wt％。在一些实施例中，所述腈化合物的含量为约0.5wt％～6wt％。在一些实施例中，所述腈化合物的含量为约1wt％～10wt％。在一些实施例中所述腈化合物的含量为约2wt％～8wt％。在一些实施例中，所述腈化合物的含量为约2wt％～6wt％。当腈化合物在电解液中的含量为约0.5wt％～12wt％时，其与铯盐化合物共同作用，对正极表面的过渡金属溶出及对电解液中易氧化组份的隔离作用明显，对锂离子电池的快速充放电及浮充性能有明显改善。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括二氟磷酸锂、1,3,2-二噁唑噻吩-2,2-二氧化物、邻苯二酚硫酸酯或其任意组合。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，上述添加剂的含量为约0.05wt％～5wt％。在一些实施例中，上述添加剂的含量为约0.05wt％～3wt％。在一些实施例中，上述添加剂的含量为约0.05wt％～2wt％。在一些实施例中，上述添加剂的含量为约0.01wt％～2wt％。在一些实施例中，上述添加剂的含量为0.5wt％～1.5wt％。
在一些实施例中，所述电解液包括锂盐，所述锂盐选自无机锂盐和有机锂盐中的一种或多种。在一些实施例中，所述锂盐选自如下锂盐中的一种或多种：六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(AsF6Li)、高氯酸锂(LiClO4)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双草酸硼酸锂LiB(C2O4)2(LiBOB)和二氟草酸硼酸锂LiBF2(C2O4)(LiDFOB)。
在一些实施例中，所述锂盐的浓度为约0.5M～1.5M。在一些实施例中，所述锂盐的浓度为约0.8M～1.3M。在一些实施例中，所述锂盐的浓度为约0.5M～1.2M。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括碳酸酯类化合物。所述碳酸酯可以是任意种类的碳酸酯，只要可以用作非水电解质有机溶剂即可。
在一些实施例中，所述碳酸酯是环状碳酸酯或者链状碳酸酯。
在一些实施例中，所述环状碳酸酯选自以下碳酸酯中的一种或多种：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚丁酯、γ-丁内酯、碳酸亚戊酯、氟代碳酸乙烯酯和其卤代衍生物。以上环状碳酸酯可以单独使用，也可以几种混合使用。
在一些实施例中，所述链状碳酸酯选自以下碳酸酯中的一种或多种：碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯。以上链状碳酸酯可以单独使用或者几种混合使用。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括羧酸酯，所述羧酸酯选自以下羧酸酯中的一种或多种：丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯和丁酸乙酯。
本申请的电解液还可以进一步包括选自由以下组成的群组中的一种或多种：具有碳-碳双键的环状碳酸酯、氟代链状碳酸酯、氟代环状碳酸酯、氟代醚和含硫氧双键化合物。
在一些实施例中，本申请中的具有碳-碳双键的环状碳酸酯包括、但不限于：碳酸亚乙烯酯、碳酸甲基亚乙烯酯、碳酸乙基亚乙烯酯、碳酸1,2-二甲基亚乙烯酯、碳酸1,2-二乙基亚乙烯酯、碳酸氟亚乙烯酯、碳酸三氟甲基亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯、碳酸1-乙基-2-乙烯基亚乙酯、碳酸1-正丙基-2-乙烯基亚乙酯、碳酸1-甲基-2-乙烯基亚乙酯、碳酸1,1-二乙烯基亚乙酯、碳酸1,2-二乙烯基亚乙酯、碳酸1,1-二甲基-2-亚甲基亚乙酯、碳酸1,1-二乙基-2-亚甲基亚乙酯。上述具有碳-碳双键的环状碳酸酯可以单独使用，也可以两种或两种以上同时使用。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，具有碳-碳双键的环状碳酸酯的含量为不小于约0.01wt％、不小于约0.1wt％或不小于约0.3wt％。在一些实施例中，具有碳-碳双键的环状碳酸酯的含量为不小于约0.5wt％。在一些实施例中，具有碳-碳双键的环状碳酸酯的含量为不大于约5wt％、不大于约3wt％或不大于约1wt％。
在一些实施例中，本申请的氟代链状碳酸酯包括、但不限于：碳酸氟甲基甲酯、碳酸二氟甲基甲酯、碳酸三氟甲基甲酯、碳酸三氟乙基甲基酯、碳酸双(三氟乙基)酯。上述氟代链状碳酸酯可以单独使用，也可以两种或两种以上同时使用。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，氟代链状碳酸酯的含量为不小于约0.01wt％或不小于约0.1wt％。在一些实施例中，氟代链状碳酸酯的含量为不小于约0.3wt％。在一些实施例中，氟代链状碳酸酯的含量为不小于约0.5wt％。在另一些实施例中，氟代链状碳酸酯的含量为不大于约3wt％或不大于约5wt％。在另一些实施例中，氟代链状碳酸酯的含量为不大于约1wt％。
在一些实施例中，本申请的氟代环状碳酸酯包括、但不限于：氟代碳酸亚乙酯、4,4-二氟碳酸亚乙酯、4,5-二氟碳酸亚乙酯、4-氟-4-甲基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4-甲基碳酸亚乙酯、4-氟-5-甲基碳酸亚乙酯、4,4-二氟-5-甲基碳酸亚乙酯、4-(氟甲基)-碳酸亚乙酯、4-(二氟甲基)-碳酸亚乙酯、4-(三氟甲基)-碳酸亚乙酯、4-(氟甲基)-4-氟碳酸亚乙酯、4-(氟甲基)-5-氟碳酸亚乙酯、4-氟-4,5-二甲基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4,5-二甲基碳酸亚乙酯、4,4-二氟-5,5-二甲基碳酸亚乙酯。上述氟代环状碳酸酯可以单独使用，也可以两种或两种以上同时使用。
在一些实施例中，基于所述电解液总重量，氟代环状碳酸酯的含量为不小于约0.1wt％。在一些实施例中，氟代环状碳酸酯的含量为不小于约0.5wt％。在一些实施例中，氟代环状碳酸酯的含量为不小于约2wt％。在一些实施例中，氟代环状碳酸酯的含量为不小于约4wt％。在一些实施例中，氟代环状碳酸酯的含量为不大于约15wt％。在一些实施例中，氟代环状碳酸酯的含量为不大于约10wt％。在一些实施例中，氟代环状碳酸酯的含量为不大于约8wt％。
在一些实施例中，本申请的氟代醚包括、但不限于：
HCF2CF2CH2OCF2CF2H、(CF3)2CFCF(CF2CF3)(OCH3)、CF3CHFCF2CH(CH3)OCF2CHFCF3、HCF2CF2CH2OCF2CF2CF2CF2H、HCF2CF2OCH2CF3、HCF2CF2OCH2CH2OCF2CF2H、HCF2CF2OCH2CH2CH2OCF2CF2H、HCF2CF2CH2OCF2CF2CF2H、HCF2CF2OCH2CH2OCF2CF2CF2H、HCF2CF2OCH2CH2CH2OCF2CF2CF2H、CH3OCH2CH2OCH2CH2F、CH3OCH2CH2OCH2CF3、CH3OCH2CH(CH3)OCH2CH2F、CH3OCH2CH(CH3)OCH2CF3、FCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2F、FCH2CH2OCH2CH(CH3)OCH2CH2F、CF3CH2O(CH2CH2O)2CH2CF3、CF3CH2OCH2CH(CH3)OCH2CF3。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，氟代醚的含量为不小于约0.01wt％、不小于约0.1wt％或不小于约0.5wt％。在一些实施例中，氟代醚的含量为不大于约5wt％、不大于约4wt％、不大于约3wt％或不大于约2wt％。
在一些实施例中，本申请的含硫氧双键的化合物包括、但不限于：环状硫酸酯、链状硫酸酯、链状磺酸酯、环状磺酸酯、链状亚硫酸酯、环状亚硫酸酯、链状砜、环状砜等。上述含硫氧双键的化合物可以单独使用，也可以两种或两种以上同时使用。
在一些实施例中，基于电解液的总重量，含硫氧双键的化合物的含量为不小于约0.01wt％。在一些实施例中，含硫氧双键的化合物的含量为不小于约0.1wt％。在一些实施例中，含硫氧双键的化合物的含量为不小于约0.3wt％。在一些实施例中，含硫氧双键的化合物的含量为不小于约0.5wt％。在另一些实施例中，含硫氧双键的化合物的含量为不大于约5wt％。在一些实施例中，含硫氧双键的化合物的含量为不大于约4wt％。在一些实施例中，含硫氧双键的化合物的含量为不大于约3wt％。
在一些实施例中，本申请的环状硫酸酯包括、但不限于：1,3-丙二醇硫酸酯、1,2-丁二醇硫酸酯、1,3-丁二醇硫酸酯、1,4-丁二醇硫酸酯、1,2-戊二醇硫酸酯、1,3-戊二醇硫酸酯、1,4-戊二醇硫酸酯、1,5-戊二醇硫酸酯。上述环状硫酸酯可以单独使用，也可以两种或两种以上同时使用。
在一些实施例中，本申请的链状硫酸酯包括、但不限于：硫酸二甲酯、硫酸甲乙酯和硫酸二乙酯等硫酸二烷基酯化合物。上述链状硫酸酯可以单独使用，也可以两种或两种以上同时使用。
在一些实施例中，本申请的链状磺酸酯包括、但不限于：氟磺酸甲酯、氟磺酸乙酯、甲磺酸甲酯、甲磺酸乙酯、二甲磺酸丁酯、2-(甲磺酰氧基)丙酸甲酯、2-(甲磺酰氧基)丙酸乙酯、甲磺酰氧基乙酸甲酯、甲磺酰氧基乙酸乙酯、甲磺酸苯酯、甲磺酸五氟苯酯。上述链状磺酸酯可以单独使用，也可以两种或两种以上同时使用。
在一些实施例中，本申请的环状磺酸酯包括、但不限于：1,3-丙磺酸内酯、1-氟-1,3-丙磺酸内酯、2-氟-1,3-丙磺酸内酯、3-氟-1,3-丙磺酸内酯、1-甲基-1,3-丙磺酸内酯、2-甲基-1,3-丙磺酸内酯、3-甲基-1,3-丙磺酸内酯、1-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-氟-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-氟-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-氟-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-氟-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-氟-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-氟-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-甲基-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-甲基-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-甲基-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-甲基-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-甲基-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-甲基-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、1,5-戊磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、甲烷二磺酸亚乙酯。上述环状磺酸酯可以单独使用，也可以两种或两种以上同时使用。
在一些实施例中，本申请链状亚硫酸酯包括、但不限于：亚硫酸二甲酯、亚硫酸甲乙酯、亚硫酸二乙酯。上述链状亚硫酸酯可以单独使用，也可以两种或两种以上同时使用。
在一些实施例中，本申请环状亚硫酸酯包括、但不限于：1,2-乙二醇亚硫酸酯、1,2-丙二醇亚硫酸酯、1,3-丙二醇亚硫酸酯、1,2-丁二醇亚硫酸酯、1,3-丁二醇亚硫酸酯、1,4-丁二醇亚硫酸酯、1,2-戊二醇亚硫酸酯、1,3-戊二醇亚硫酸酯、1,4-戊二醇亚硫酸酯、1,5-戊二醇亚硫酸酯。上述环状亚硫酸酯可以单独使用，也可以两种或两种以上同时使用。
在一些实施例中，本申请的链状砜包括、但不限于：二甲基砜、二乙基砜等二烷基砜化合物。
在一些实施例中，本申请的环状砜包括、但不限于：环丁砜、甲基环丁砜、4,5-二甲基环丁砜、环丁烯砜。上述环状砜可以单独使用，也可以两种或两种以上同时使用。
在一些实施例中，所述电解液还可含有其他添加剂，所述添加剂为本领域技术公知的用以提高电池性能的添加剂，如SEI膜成膜添加剂、阻燃添加剂、防过充添加剂、导电添加剂等。
二、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是具备具有能够吸留、放出金属离子的正极活性物质的正极以及具有能够吸留、放出金属离子的负极活性物质的负极的电化学装置，其特征在于，包含本申请的上述任何电解液。
电解液
本申请的电化学装置中使用的电解液为本申请的上述任何电解液。此外，本申请的电化学装置中使用的电解液还可包含不脱离本申请的主旨的范围内的其它电解液。
负极
本申请的电化学装置中使用的负极的材料、构成和其制造方法可包括任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，负极为美国专利申请US9812739B中记载的负极，其以全文引用的方式并入本申请中。
在一些实施例中，负极包括集流体和位于该集流体上的负极活性材料层。负极活性材料包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料。在一些实施例中，可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料包括碳材料。在一些实施例中，碳材料可以是在锂离子可充电电池中通常使用的任何基于碳的负极活性材料。在一些实施例中，碳材料包括、但不限于：结晶碳、非晶碳或它们的混合物。结晶碳可以是无定形的、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，负极活性材料层包括负极活性材料。在一些实施例中，负极活性材料包括、但不限于：锂金属、结构化的锂金属、天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(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合金或其任意组合。
当负极包括硅碳化合物时，基于负极活性材料总重量，硅：碳＝约1:10～10:1，硅碳化合物的中值粒径D50为约0.1um-100um。当负极包括合金材料时，可使用蒸镀法、溅射法、镀敷法等方法形成负极活性物质层。当负极包括锂金属时，例如用具有球形绞状的导电骨架和分散在导电骨架中的金属颗粒形成负极活性物质层。在一些实施例中，球形绞状的导电骨架可具有约5％-约85％的孔隙率。在一些实施例中，锂金属负极活性物质层上还可设置保护层。
在一些实施例中，负极活性材料层可以包括粘合剂，并且可选地包括导电材料。粘合剂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，粘合剂包括但不限于：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、尼龙等。
在一些实施例中，导电材料包括、但不限于：基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物或它们的混合物。在一些实施例中，基于碳的材料选自天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维或其任意组合。在一些实施例中，基于金属的材料选自金属粉、金属纤维、铜、镍、铝、银。在一些实施例中，导电聚合物为聚亚苯基衍生物。
在一些实施例中，集流体包括、但不限于：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任意组合。
负极可以通过本领域公知的制备方法制备。例如，负极可以通过如下方法获得：在溶剂中将活性材料、导电材料和粘合剂混合，以制备活性材料组合物，并将该活性材料组合物涂覆在集流体上。在一些实施例中，溶剂可以包括水等，但不限于此。
正极
本申请的电化学装置中使用的正极的材料可以使用本领域公知的材料、构造和制造方法制备。在一些实施例中，可以采用US9812739B中记载的技术制备本申请的正极，其以全文引用的方式并入本申请中。
在一些实施例中，正极包括集流体和位于该集流体上的正极活性材料层。正极活性材料包括可逆地嵌入和脱嵌锂离子的至少一种锂化插层化合物。在一些实施例中，正极活性材料包括复合氧化物。在一些实施例中，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。
在一些实施例中，正极活性材料选自钴酸锂(LiCoO2)、锂镍钴锰(NCM)三元材料、磷酸亚铁锂(LiFePO4)、锰酸锂(LiMn2O4)和它们的任意组合。
在一些实施例中，正极活性材料选自钴酸锂与锂镍锰钴三元材料的混合物。在一些实施例中，所述钴酸锂与锂镍锰钴三元材料的重量比为约1:9-9:1。在一些实施例中，所述钴酸锂与锂镍锰钴三元材料的重量比为约2:8-8:2。在一些实施例中，所述钴酸锂与锂镍锰钴三元材料的重量比为约4:6-6:4。
在一些实施例中，正极活性材料可以在其表面上具有涂层，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和涂覆元素的羟基碳酸盐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，在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、F或它们的任意组合。可以通过任何方法来施加涂层，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，该方法可以包括对本领域公知的任何涂覆方法，例如喷涂、浸渍等。
正极活性材料层还包括粘合剂，并且可选地包括导电材料。粘合剂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，粘合剂包括、但不限于：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、尼龙等。
在一些实施例中，导电材料包括、但不限于：基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物和它们的混合物。在一些实施例中，基于碳的材料选自天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维和其任意组合。在一些实施例中，基于金属的材料选自金属粉、金属纤维、铜、镍、铝、银。在一些实施例中，导电聚合物为聚亚苯基衍生物。
在一些实施例中，集流体可以是铝，但不限于此。
正极可以通过本领域公知的制备方法制备。例如，正极可以通过如下方法获得：在溶剂中将活性材料、导电材料和粘合剂混合，以制备活性材料组合物，并将该活性材料组合物涂覆在集流体上。在一些实施例中，溶剂可以包括N-甲基吡咯烷酮等，但不限于此。
在一些实施例中，正极通过在集流体上使用包括锂过渡金属系化合物粉体和粘结剂的正极活性物质层形成正极材料而制成。
在一些实施例中，正极活性物质层通常可以通过如下操作来制作：将正极材料和粘结剂(根据需要而使用的导电材料和增稠剂等)进行干式混合而制成片状，将得到的片压接于正极集流体，或者使这些材料溶解或分散于液体介质中而制成浆料状，涂布在正极集流体上并进行干燥。在一些实施例中，正极活性物质层的材料包括任何本领域公知的材料。
隔膜
在一些实施例中，本申请的电化学装置在正极与负极之间设有隔膜以防止短路。本申请的电化学装置中使用的隔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，隔膜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。
例如隔膜可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料选自聚乙烯、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，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。
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。
无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝、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。粘结剂选自聚偏氟乙烯、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的组合。聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料包括聚酰胺、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、聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
三、应用
根据本申请实施例的电解液，能够用于提高电池的倍率性能、常温存储容量保持率及循环和高温存储性能，适合使用在包含电化学装置的电子设备中。
本申请的电化学装置的用途没有特别限定，可以用于公知的各种用途。例如笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池或锂离子电容器等。
实施例
以下，举出实施例和比较例对本申请进一步具体地进行说明，但只要不脱离其主旨，则本申请并不限定于这些实施例。
1.锂离子电池的制备
(1)正极片的制备
将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、乙炔黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比96:2:2在适量的N-甲基吡咯烷酮(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。
(2)负极片的制备
将石墨、乙炔黑、丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素钠(CMC)按照重量比95:2:2:1在适量的去离子水中充分搅拌混合，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。
(3)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(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸丙烯酯(PC)按照3:4:3的重量比混合均匀，再将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述非水溶剂，最后加入一定重量百分比的添加剂，配成实施例和对比例中的电解液。其中，LiPF6的浓度为1.05mol/L。电解液中各物质的含量为基于电解液的总重量计算得到。
(4)隔离膜的制备
以PE多孔聚合物薄膜作为隔离膜。
(5)锂离子电池的制备
将正极片、隔离膜、负极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电池；将裸电池置于外包装箔中，将上述制备好的电解液注入到干燥后的电池中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，即完成锂离子电池的制备。
2.锂离子电池的性能测试流程
(1)浮充测试流程：将电池在25℃下以0.5C放电至3.0V，再以0.5C充电至4.4V，4.4V下恒压充电至0.05C，放置到45℃烘箱当中，4.4V恒压50天，监控厚度变化。用初始50％充电状态(State of Charge，SOC)的厚度作为基准。
(2)快速充放电测试：将电池在25℃下以1.5C充电至4.4V，4.4V下恒压充电至0.05C，再以1.0C恒流放电至3.0V，重复上述循环30次，监控容量保持率，并且拆解电池观察析锂程度：
容量保持率＝剩余放电容量/初始放电容量*100％；
不析锂：未发现析锂或析锂面积<2％；
轻微析锂：析锂面积在2％～20％之间；
严重析锂：析锂面积＞20％。
(3)循环性能测试：
将锂离子电池置于45℃恒温箱中，静置30分钟，使锂离子电池达到恒温。将达到恒温的锂离子电池以1C恒流充电至电压为4.4V，然后以4.4V恒压充电至电流为0.05C，接着以1C恒流放电至电压为3.0V，此为一个充放电循环。重复上述充放电循环，计算电池循环500次后的容量保持率：
锂离子电池N次循环后的容量保持率(％)＝第N次循环的放电容量/首次放电容量×100％。
A.按照上述方法制备实施例1-26和对比例1-3的电解液以及锂离子电池。并测试锂离子电池的浮充性能以及快速充放电性能，测试结果请见表1。
表1
其中“—”表示未添加该物质。
由对比例1的测试结果可以看出，在电解液中未加入铯盐化合物和特定结构腈化合物添加剂时，电池析锂严重，快速充放电容量保持率低，浮充明显胀气。
比较实施例1-26与对比例1-3的测试结果可以看出，在电解液中同时加入铯盐化合物和特定结构腈化合物添加剂时，电池的浮充性能和快速充放电性能(析锂程度及容量保持率)能够同时得到改善。这是因为铯盐与特定结构腈化合物结合形成很薄且均匀的SEI膜，有更高的锂离子传输能力，也更为稳定，且能降低在阴极氧化产气，改善电池的浮充性能。
由实施例7-11的测试结果可以看出，在含有腈化合物添加剂的电解液中加入0.05wt％～1wt％的铯盐化合物时，锂离子电池的浮充性能及快速充放电性能明显改善。
B.在实施例7的电解液中进一步加入LiPO2F2、1,3,2-二噁唑噻吩-2,2-二氧化物(DTD)或邻苯二酚硫酸酯中的一种或多种得到实施例27-41中的电解液和锂离子电池。测试锂离子电池的快速充放电性能和45℃循环保持率。测试结果请见表2。
表2
其中“—”表示未添加该物质。
通过实施例27～41与实施例7的测试结果可以看出，在电解液加入LiPO2F2、DTD和邻苯二酚硫酸酯中的一种或多种，可进一步改善电池的大倍率充电性能，同时可以改善电池的45℃循环性能。
以上所述，仅是本发明的几个实施例，并非对本发明做任何形式的限制，虽然本发明以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
整个说明书中对“一些实施例”、“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 (10)

1.一种电解液，其包括铯盐和腈化合物。
2.根据权利要求1所述的电解液，其中所述铯盐包括如下化合物中的一种或多种：六氟磷酸铯、草酸铯、硝酸铯、三氟甲基磺酸铯、双三氟甲基磺酰亚胺铯、四氟硼酸铯和碳酸铯。
3.根据权利要求1所述的电解液，其中基于所述电解液的总重量，所述铯盐的含量为0.01wt％～1.5wt％。
4.根据权利要求1所述的电解液，其中所述腈化合物包括式1至式4所示的化合物中的至少一种：
NC-R11-CN 式1
其中R11选自取代或未取代的C1～12亚烷基或取代或未取代的C1～12亚烷氧基；
其中R21、R22各自独立地选自键、或取代或未取代的C1～12亚烷基；
其中R31、R32、R33各自独立地选自键、取代或未取代的C1～12亚烷基或取代或未取代的C1～12亚烷氧基；
其中R41选自取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C2～12亚烯基、取代或未取代的C6～26亚芳基、取代或未取代的C6～10亚环烷基或取代或未取代的C2-12亚杂环基团；
其中经取代时，取代基为卤素原子。
5.根据权利要求1所述的电解液，其中所述腈化合物包括如下化合物中的至少一种：
6.根据权利要求1所述的电解液，其中基于所述电解液的总重量，所述腈化合物的含量为0.5wt％～12wt％。
7.根据权利要求1所述的电解液，其中所述电解液进一步包括添加剂，所述添加剂包括二氟磷酸锂、1,3,2-二噁唑噻吩-2,2-二氧化物、邻苯二酚硫酸酯或其任意组合。
8.根据权利要求7所述的电解液，其中基于所述电解液的总重量，所述添加剂的含量为0.05wt％～5wt％。
9.一种电化学装置，其中所述电化学装置包括如权利要求1-8中任一项所述的电解液。
10.一种电子装置，其中所述电子装置包括根据权利要求9所述的电化学装置。
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