CN113130988A - 一种电解液及应用的电化学装置 - Google Patents

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Abstract

一种电解液及应用的电化学装置，涉及锂离子电池及其电解液。电解液，含有氟代环状硫酸酯、氟代环状亚硫酸酯、氟代环状磺酸酯、氟代环状砜中的至少一种。电化学装置，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、隔离膜以及电解液，所述电解液为上述的电解液。本发明可同时提高电化学装置的高电压、高倍率及高温循环稳定性及高温存储、浮充性能。

Description

一种电解液及应用的电化学装置
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及锂离子电池及其中的电解液。
背景技术
随着生活水平的不断提升，储能装置已成为现代移动电子产品不可或缺的一部分，特备是锂离子电池，越来越广泛的应用到手机、电脑、无人机、电动车等移动设备领域。目前，减小电池的体积，提升其能量密度是锂离子电池开发的一个重要方向。而提升充电电压是提高能量密度的重要手段。但是，目前电解液在高电压条件下容易氧化、分解，从而降低电池的使用寿命。此外，储能装置在充放电过程中会产热，导致装置的温度升高，因此，提高电池在高温条件下的存储及循环性能也尤为重要。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种电解液，可提高电化学装置容量及高温存储、循环性能。
本发明的另一目的在于提供一种电化学装置，可提高容量及高温存储、循环性能。
本发明的目的可以这样实现，设计一种电解液，含有氟代环状硫酸酯、氟代环状亚硫酸酯、氟代环状磺酸酯、氟代环状砜中的至少一种。
进一步地，所述氟代环状硫酸酯化学式为式I、氟代环状磺酸酯化学式为式II，氟代环状砜化学式是式III、氟代环状亚硫酸酯化学式是式IV：
式I：
Figure BDA0002346549260000011
式II：
Figure BDA0002346549260000012
式III
Figure BDA0002346549260000013
式IV
Figure BDA0002346549260000014
式中，R1为氟代烷基；R2为氟代烷基；R3、R4至少一个为氟代烷基；R5、R6至少有一个为氟代烷基。
进一步地，式I～式IV化合物选自下列化合物中的至少一种：
Figure BDA0002346549260000021
1-fluoro-1,3-propanesultone、
Figure BDA0002346549260000022
2-fluoro-1,3-propanesultone、
Figure BDA0002346549260000027
3-fluorooxathiolane 2,2-dioxide、
Figure BDA0002346549260000023
化合物1、
Figure BDA0002346549260000024
3-fluorothiolane1,1-dioxide、
Figure BDA0002346549260000028
2-fluorothiolane 1,1-dioxide、
Figure BDA0002346549260000025
化合物2、
Figure BDA0002346549260000026
化合物3、
Figure BDA0002346549260000029
化合物4、
Figure BDA00023465492600000210
化合物5、
Figure BDA00023465492600000211
6-fluoro-1,2-oxathiane 2,2-dioxide、
Figure BDA00023465492600000212
化合物6、
Figure BDA00023465492600000214
3-fluorooxathiane 2,2-dioxide、
Figure BDA00023465492600000213
3-fluoro-1,4-butanesultone、
Figure BDA00023465492600000215
4,4-difluoro-1,2-oxathiolane 2,2-dioxide、
Figure BDA00023465492600000217
5,5-difluoro-1,2-oxathiolane2,2-dioxide、
Figure BDA00023465492600000216
3,3,4-三氟-1,2-氧杂噻丁环2,2-二氧化物、
Figure BDA00023465492600000218
1,2-Oxathietane,3,4,4-trifluoro-,2,2-dioxide。
进一步地，还包含腈类化合物，腈类化合物包括式V化合物、式VI化合物、式VII化合物中的至少一种：
式V：
Figure BDA00023465492600000219
式VI：
Figure BDA00023465492600000220
式VII：
Figure BDA00023465492600000221
其中，R7、R8、R9各自独立选自取代或未取代的C1～C12烷基或烷氧基、取代或未取代的C2～C12烯基或烯氧基、取代或未取代的C2～C12炔基或炔氧基、取代或未取代的C3～C12环烷基或环氧烷基、取代或未取代的C6～C12芳基，其中经取代时，取代基为烷基、烯基、炔基或卤素中的一种或几种。
进一步地，式V化合物、式VI化合物、式VII化合物选自下列化合物中的至少一种：
Figure BDA0002346549260000031
1,3,5-环己烷三腈、
Figure BDA0002346549260000032
1,3,5-苯三氰、
Figure BDA0002346549260000033
3,4,5(2,4,5)(2,4,6)(2,3,6)-三氟苯腈、
Figure BDA0002346549260000034
三氰甲烷、
Figure BDA0002346549260000035
甲烷四甲腈、
Figure BDA0002346549260000036
对苯二腈、
Figure BDA0002346549260000037
间苯二甲腈、
Figure BDA0002346549260000038
二氰基苯、
Figure BDA0002346549260000039
己二腈、
Figure BDA00023465492600000310
癸二腈、
Figure BDA00023465492600000311
壬二腈、
Figure BDA00023465492600000312
1,6二氰基乙烷、
Figure BDA00023465492600000313
吡啶-3,4-二腈、
Figure BDA00023465492600000314
、
Figure BDA00023465492600000315
顺顺-丙二腈、
Figure BDA00023465492600000316
四氟邻苯二腈、
Figure BDA00023465492600000317
吡啶-2，3-二甲腈、
Figure BDA00023465492600000318
4-氰基庚二腈、
Figure BDA00023465492600000319
四氟对苯二腈、
Figure BDA00023465492600000320
六氟戊二腈、
Figure BDA00023465492600000321
丁二腈、
Figure BDA00023465492600000322
乙氧基亚甲基丙二腈、
Figure BDA00023465492600000323
1,2,3-丙三甲腈、
Figure BDA00023465492600000324
八氟-1,6-己烷二腈、
Figure BDA00023465492600000325
(甲氧基亚甲基)丙二腈、
Figure BDA00023465492600000326
六氟环三磷腈、
Figure BDA00023465492600000327
乙烯-1,1,2-三甲腈、
Figure BDA00023465492600000328
2,3,5,6-吡嗪四腈、
Figure BDA00023465492600000329
1,2,4,5-四氰基苯、
Figure BDA00023465492600000330
丙四甲腈、
Figure BDA00023465492600000331
乙烷四甲腈、
Figure BDA00023465492600000332
四氟丁二腈、
Figure BDA00023465492600000333
1，3，6己烷三腈、
Figure BDA00023465492600000334
反丁烯二腈、
Figure BDA0002346549260000041
对三氟甲基苯腈、
Figure BDA0002346549260000042
2-(三氟甲基)吡啶-3-甲腈、
Figure BDA0002346549260000043
1H-1,2,4-三唑-1-乙腈、
Figure BDA0002346549260000044
乙二醇双丙腈醚。
进一步地，含有氟代环状硫酸酯、氟代环状亚硫酸酯、氟代环状磺酸酯、氟代环状砜中至少一种的化合物在所述电解液中的重量百分比为0.05wt％～15wt％；腈类化合物在所述电解液中的重量百分比为0.05wt％～10wt％。
进一步地，含有氟代环状硫酸酯、氟代环状亚硫酸酯、氟代环状磺酸酯、氟代环状砜中至少一种的化合物在所述电解液中的重量百分比为0.05wt％～8wt％；腈类化合物在所述电解液中的重量百分比为0.05wt％～5wt％
进一步地，还包括磺酸酯、磺酸酐、硫酸酯、硫酸酐、羧酸酯或氟代羧酸酯、氟代醚、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟磷酸锂、三(三甲基硅基)磷酸酯、三乙烯基三甲基环三硅氧烷、三(三甲代甲硅烷基)硼酸盐或二草酸硼酸锂中的一种或多种。
本发明的另一目的可以这样实现，设计一种电化学装置，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、隔离膜以及电解液，所述电解液为上面任一项所述的电解液。
本发明可同时提高电化学装置的高电压、高倍率及高温循环稳定性及高温存储、浮充性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
一种电解液包含氟代环状硫酸酯、氟代环状亚硫酸酯、氟代环状磺酸酯、氟代环状砜中的一种或几种化合物。
所述氟代环状硫酸酯化学式为式I、氟代环状磺酸酯化学式为式II，氟代环状砜化学式是式III、氟代环状亚硫酸酯化学式是式IV：
式I：
Figure BDA0002346549260000045
式II：
Figure BDA0002346549260000046
式III
Figure BDA0002346549260000047
式IV
Figure BDA0002346549260000048
式中，R1为氟代烷基；R2为氟代烷基；R3、R4至少一个为氟代烷基；R5、R6至少有一个为氟代烷基。
式I～式IV化合物选自下面化合物中的至少一种：
Figure BDA0002346549260000051
1-fluoro-1,3-propanesultone、
Figure BDA0002346549260000052
2-fluoro-1,3-propanesultone、
Figure BDA0002346549260000053
3-fluorooxathiolane 2,2-dioxide、
Figure BDA0002346549260000054
化合物1、
Figure BDA0002346549260000055
3-fluorothiolane1,1-dioxide、
Figure BDA0002346549260000056
2-fluorothiolane1,1-dioxide
Figure BDA0002346549260000057
化合物2、
Figure BDA0002346549260000058
化合物3、
Figure BDA0002346549260000059
化合物4、
Figure BDA00023465492600000510
化合物5、
Figure BDA00023465492600000511
6-fluoro-1,2-oxathiane 2,2-dioxide、
Figure BDA00023465492600000512
化合物6、
Figure BDA00023465492600000513
3-fluorooxathiane 2,2-dioxide、
Figure BDA00023465492600000514
3-fluoro-1,4-butanesultone、
Figure BDA00023465492600000515
4,4-difluoro-1,2-oxathiolane 2,2-dioxide、
Figure BDA00023465492600000516
5,5-difluoro-1,2-oxathiolane2,2-dioxide、
Figure BDA00023465492600000517
3,3,4-三氟-1,2-氧杂噻丁环2,2-二氧化物、
Figure BDA00023465492600000518
1,2-Oxathietane,3,4,4-trifluoro-,2,2-dioxide。
本发明中的电解液还可以含有腈类化合物，腈类化合物包括式V、式VI、式VII中的至少一种：
Figure BDA00023465492600000519
式V，
Figure BDA00023465492600000520
式VI，
Figure BDA00023465492600000521
式VII；
其中，R7、R8、R9各自独立选自取代C1～C12烷基、未取代的C1～C12烷基、取代C1～C12烷氧基、未取代的C1～C12烷氧基、取代C2～C12烯基、未取代的C2～C12烯基、取代C2～C12烯氧基、未取代的C2～C12烯氧基、取代的C2～C12炔基、未取代的C2～C12炔基、取代的C2～C12炔氧基、未取代的C2～C12炔氧基、取代的C3～C12环烷基、未取代的C3～C12环烷基、取代的C3～C12环氧烷基、未取代的C3～C12环氧烷基、取代的C6～C12芳基、未取代的C6～C12芳基，其中经取代时，取代基为烷基、烯基、炔基、卤素中的一种或几种。
式III化合物、式IV化合物、式V化合物选自如下下面化合物中的至少一种：
Figure BDA0002346549260000061
1,3,5-环己烷三腈、
Figure BDA0002346549260000062
1,3,5-苯三氰、
Figure BDA0002346549260000063
3,4,5(2,4,5)(2,4,6)(2,3,6)-三氟苯腈、
Figure BDA0002346549260000064
三氰甲烷、
Figure BDA0002346549260000065
甲烷四甲腈、
Figure BDA0002346549260000066
对苯二腈、
Figure BDA0002346549260000067
间苯二甲腈、
Figure BDA0002346549260000068
二氰基苯、
Figure BDA0002346549260000069
己二腈、
Figure BDA00023465492600000610
癸二腈、
Figure BDA00023465492600000611
壬二腈、
Figure BDA00023465492600000612
1,6二氰基乙烷、
Figure BDA00023465492600000613
吡啶-3,4-二腈、
Figure BDA00023465492600000614
顺顺-丙二腈、
Figure BDA00023465492600000616
四氟邻苯二腈、
Figure BDA00023465492600000615
吡啶-2，3-二甲腈、
Figure BDA00023465492600000617
4-氰基庚二腈、
Figure BDA00023465492600000618
四氟对苯二腈、
Figure BDA00023465492600000619
六氟戊二腈、
Figure BDA00023465492600000620
丁二腈、
Figure BDA00023465492600000621
乙氧基亚甲基丙二腈、
Figure BDA00023465492600000622
1,2,3-丙三甲腈、
Figure BDA00023465492600000623
八氟-1,6-己烷二腈、
Figure BDA00023465492600000624
(甲氧基亚甲基)丙二腈、
Figure BDA00023465492600000625
六氟环三磷腈、
Figure BDA00023465492600000626
乙烯-1,1,2-三甲腈、
Figure BDA00023465492600000627
2,3,5,6-吡嗪四腈、
Figure BDA00023465492600000628
1,2,4,5-四氰基苯、
Figure BDA00023465492600000629
丙四甲腈、
Figure BDA00023465492600000630
乙烷四甲腈、
Figure BDA00023465492600000631
四氟丁二腈、
Figure BDA00023465492600000632
1，3，6己烷三腈、
Figure BDA0002346549260000071
反丁烯二腈、
Figure BDA0002346549260000072
对三氟甲基苯腈、
Figure BDA0002346549260000073
2-(三氟甲基)吡啶-3-甲腈、
Figure BDA0002346549260000074
1H-1,2,4-三唑-1-乙腈、
Figure BDA0002346549260000075
乙二醇双丙腈醚。
本发明一优选实施例，其中所述含有氟代环状硫酸酯、氟代环状亚硫酸酯、氟代环状磺酸酯、氟代环状砜中至少一种的化合物在所述电解液中的重量百分比为0.05wt％～15wt％，优选0.2％～8％；腈类化合物在所述电解液中的重量百分比在0.05wt％～10wt％范围，优选0.2％～5％。
本发明所述电解液还包括磺酸酯、磺酸酐、硫酸酯、硫酸酐、羧酸酯或氟代羧酸酯、氟代醚、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟磷酸锂、三(三甲基硅基)磷酸酯、三乙烯基三甲基环三硅氧烷、三(三甲代甲硅烷基)硼酸盐或二草酸硼酸锂中的一种或多种。
磺酸酯在所述电解液中的重量百分比在0wt％～10wt％范围，磺酸酐在所述电解液中的重量百分比在0wt％～10wt％范围，硫酸酯在所述电解液中的重量百分比在0wt％～10wt％范围，硫酸酐在所述电解液中的重量百分比在0wt％～10wt％范围，羧酸酯或氟代羧酸酯在所述电解液中的重量百分比在0wt％～50wt％范围，氟代醚在所述电解液中的重量百分比在0wt％～50wt％范围，碳酸亚乙烯酯在所述电解液中的重量百分比在0wt％～5wt％范围，氟代碳酸乙烯酯在所述电解液中的重量百分比在0wt％～20wt％范围，二氟磷酸锂在所述电解液中的重量百分比在0wt％～5wt％范围，三(三甲基硅基)磷酸酯在所述电解液中的重量百分比在0wt％～5wt％范围，三乙烯基三甲基环三硅氧烷在所述电解液中的重量百分比在0wt％～5wt％范围，三(三甲代甲硅烷基)硼酸盐在所述电解液中的重量百分比在0wt％～5wt％范围，二草酸硼酸锂在所述电解液中的重量百分比在0wt％～5wt％范围。
本发明中的电化学装置，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、隔离膜以及以上所述的电解液。
本发明的实施例将会被详细的描示在下文中。
一、电解液
本发明涉及一种电解液，其包括有机溶剂、锂盐和添加剂，其中有机溶剂、锂盐为现有技术常规电解液的配置，所述添加剂包括含氟代环状(亚)硫酸(磺酸)酯化合物，也可含有腈类化合物。含氟代环状(亚)硫酸(磺酸)酯化合物为含有氟代环状硫酸酯、氟代环状亚硫酸酯、氟代环状磺酸酯、氟代环状砜中至少一种的化合物。
本发明的发明人发现，含氟代环状(亚)硫酸(磺酸)酯化合物可同时在正负极表面成膜，改电池的高电压性能。其与腈类联合作用，可同时改善高电压循环及高温存储。
二、电化学装置
本发明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，本发明的电化学装置包括具有能够嵌入、脱出金属离子的正极活性物质的正极；具有能够嵌入、脱出金属离子的负极活性物质的负极；以及本发明的电解液。
在一些实施例中，本发明的电化学装置是锂离子电池，所述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、隔离膜以及本发明的电解液。
正极活性物质层包含一种或多种能够脱嵌锂离子的正极材料作为正极活性物质。正极活性物质层可根据需要进一步包含其他材料如正极粘合剂和正极导电剂。
正极材料包含含锂的化合物，由此获得高能量密度。含锂的化合物的实例包括锂过渡金属复合氧化物或锂过渡金属磷酸盐化合物中的至少一种。锂过渡金属复合氧化物是包含Li和一种或多种过渡金属元素作为构成元素的氧化物。锂过渡金属磷酸盐化合物是包含Li和一种或多种过渡金属元素作为构成元素的磷酸盐化合物。在一些实施例中，过渡金属元素是Co、Ni、Mn、Fe等中的一种或多种，因为由此获得更高的电压。它们的化学式包括LixM1O2或LiyM2PO4表示。在式中，M1和M2分别表示一种或多种过渡金属元素。x和y的值随充放电状态而变化，且通常在0.05≤x≤1.10和0.05≤y≤1.10的范围内。
锂过渡金属复合氧化物的实例包括LiCoO2、LiNiO2和由式LiNi1-x-yMnxCoyO2表示的复合氧化物。
锂过渡金属磷酸盐化合物的实例包括LiFePO4，LiFe1-uMnuPO4(u<1)，因为由此获得高电池容量并获得优异的循环特性。
锂插层化合物可在其表面上具有涂层，或者可与另外一种具有涂层的化合物混合。涂层可包括选自涂覆元素的氧化物、涂覆元素的氢氧化物、涂覆元素的羟基氧化物、涂覆元素的碳酸氧化物或涂覆元素的羟基碳酸盐的至少一种涂覆元素化合物。涂层的涂覆元素化合物可为无定形的或结晶的。包括在涂层内的涂覆元素可包括Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr或它们的混合物。在化合物中使用这些元素，可通过对正极活性物质的性质无不利影响(或基本没有不利影响)的方法放置涂层。
正极导电剂可以是碳材料、金属材料、导电聚合物等，只要它不会引起电池内的化学变化，任何传导电的材料都可用作导电剂。导电剂的实例包括如天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管等的碳类材料；包括含铜、镍、铝或银中一种或更多种的金属粉末或金属纤维的金属类材料；如聚亚苯基衍生物的导电聚合物；或它们的混合物。
本发明的负极活性材料的具体种类均不受到具体的限制，可根据需求进行选择。
具体地，所述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合金中的至少一种，其中硅-碳复合物是指基于硅-碳负极活性材料的重量包含至少约10wt％的硅。
本发明的隔离膜可以选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和芳纶中的至少一种。尤其聚乙烯和聚丙烯对防止短路具有良好的作用，可以通过关断效应改善电池的稳定性。在一些实施例中，聚乙烯可以包括选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯中的至少一种。
本发明的隔离膜可以包括多孔层，多孔层设置在隔离膜的至少一个表面上。隔离膜表面的多孔层可以提升隔离膜的耐热性能、抗氧化性能和电解质浸润性能，增强隔离膜与极片之间的粘接性。
在一些实施例中，所述多孔层可以包括无机颗粒和粘结剂。在一些实施例中，所述无机颗粒可以选自氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锡(SnO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)、氧化钙(CaO)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、碳化硅(SiC)、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的至少一种。在一些实施例中，粘结剂选自聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、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至少一种。
三、实施例
以下说明根据本发明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
将正极活性材料钴酸锂(LiCoO2)、导电剂Super P、聚偏二氟乙烯按照重量比96:2:2进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，在真空搅拌机作用下搅拌均匀，获得正极浆料，其中正极浆料的固含量为72wt％。将正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔上，将涂有正极材料的铝箔在90℃下烘干，然后经过冷压、裁片、分切后，得到正极片。正极片为常规正极片。
将负极活性材料石墨、导电助剂Super P、羧甲基纤维素钠(CMC)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按照重量比95:2:1:2进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料，其中负极浆料的固含量为54wt％；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上；将铜箔在80℃下烘干，然后经过冷压、裁片、分切后，在110℃的真空条件下干燥12h，得到负极片。负极片为常规负极片。
在干燥的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)、按照重量比为EC:PC:DEC:PP＝20:20:40:20进行混合，接着加入添加剂，溶解并充分搅拌后加入锂盐LiPF6，混合均匀后获得电解液。其中，LiPF6的浓度为1.1mol/L。电解液制作中的混合、搅拌参数为常规电解液制作工艺的参数。电解液中所用到的添加剂的具体种类以及含量下面各表所示。在下面的表中，添加剂的含量为基于电解液的总重量计算得到的重量百分数。
选用16μm厚的聚乙烯(PE)隔离膜。隔离膜为常规隔离膜。
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、焊接极耳后，置于外包装箔铝塑膜中、干燥，注入上述制备好的电解液，经过真空封装、静置、化成、整形、容量测试等工序，获得锂离子电池。
2、测试方法
(1)、锂离子电池循环性能测试
将锂离子电池置于25℃，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4.45V，然后以4.45V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。如此充电/放电，分别计算电池循环100次后的容量保持率。锂离子电池45℃循环测试数据参见表2。
(2)、存储性能的测试方法
将锂离子电池以0.5C恒流充电至4.45V，恒压充电至电流为0.05C，至满充状态。测试满充状态下锂离子电池的厚度THK0。将满充状态电芯置于85℃高温炉中存储6h，测试电芯厚度THK1。根据下式计算锂离子电池的膨胀率：
膨胀率＝(THK1-THK0)/THK0
(3)、浮充性能的测试方法
将锂离子电池置于45℃恒温箱中，以0.5C恒流充电至4.45V，恒压充电至电流为0.05C，至满充状态。测试满充状态下锂离子电池的厚度。然后，持续4.45V恒压充电，每隔2天测试锂离子电池的厚度。计算锂离子电池的膨胀率(计算公式同上)。
3、测试结果
表1中含氟代环状(亚)硫酸(磺酸)酯化合物选自(1).2-fluoro-1,3-propanesultone，(2).化合物4，(3).化合物6；腈类化合物选自：(1).己烷三腈，(2).己二腈，(3).乙二醇双丙腈醚。具体实施例如下：
表1
Figure BDA0002346549260000121
性能测试结果如下：
表2
Figure BDA0002346549260000122
Figure BDA0002346549260000131
通过实施例1～15与对比例1～3的对比得出，在电解液中添加氟代环状(亚)硫酸(磺酸)酯化合物和腈类化合物能够同时改善电池的高温循环、存储和浮充性能。单纯氟代环状(亚)硫酸(磺酸)酯化合物或腈类化合物对性能的提升均较小。
对于所给出的若干化合物而在实施例中并未列举的化合物，因其跟实施例中已列举的化合物的化学性质、参与电化学反应所呈现的反应性质类似，均适用于本发明的技术方案，因此在此就不一一列举。

Claims (10)

1.一种电解液，其特征在于：含有氟代环状硫酸酯、氟代环状亚硫酸酯、氟代环状磺酸酯、氟代环状砜中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述氟代环状硫酸酯化学式为式I、氟代环状磺酸酯化学式为式II，氟代环状砜化学式是式III、氟代环状亚硫酸酯化学式是式IV：
式I：
Figure FDA0002346549250000011
式II：
Figure FDA0002346549250000012
式III
Figure FDA0002346549250000013
式IV
Figure FDA0002346549250000014
式中，R1为氟代烷基；R2为氟代烷基；R3、R4至少一个为氟代烷基；R5、R6至少有一个为氟代烷基。
3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，式I～式IV化合物选自下列化合物中的至少一种：
Figure FDA0002346549250000015
1-fluoro-1,3-propanesultone、
Figure FDA0002346549250000016
2-fluoro-1,3-propanesultone、
Figure FDA0002346549250000017
3-fluorooxathiolane 2,2-dioxide、
Figure FDA0002346549250000018
化合物1、
Figure FDA0002346549250000019
3-fluorothiolane 1,1-dioxide、
Figure FDA00023465492500000110
2-fluorothiolane 1,1-dioxide、
Figure FDA00023465492500000111
化合物2、
Figure FDA00023465492500000112
化合物3、
Figure FDA00023465492500000113
化合物4、
Figure FDA00023465492500000114
化合物5、
Figure FDA00023465492500000115
6-fluoro-1,2-oxathiane 2,2-dioxide、
Figure FDA00023465492500000116
化合物6、
Figure FDA00023465492500000117
3-fluorooxathiane 2,2-dioxide、
Figure FDA00023465492500000118
3-fluoro-1,4-butanesultone、
Figure FDA00023465492500000119
4,4-difluoro-1,2-oxathiolane 2,2-dioxide、
Figure FDA00023465492500000120
5,5-difluoro-1,2-oxathiolane 2,2-dioxide、
Figure FDA00023465492500000121
3,3,4-三氟-1,2-氧杂噻丁环2,2-二氧化物、
Figure FDA00023465492500000122
1,2-Oxathietane,3,4,4-trifluoro-,2,2-dioxide。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，还包含腈类化合物，腈类化合物包括式V化合物、式VI化合物、式VII化合物中的至少一种：式V：
Figure FDA0002346549250000021
式VI：
Figure FDA0002346549250000022
式VII：
Figure FDA0002346549250000023
其中，R7、R8、R9各自独立选自取代或未取代的C1～C12烷基或烷氧基、取代或未取代的C2～C12烯基或烯氧基、取代或未取代的C2～C12炔基或炔氧基、取代或未取代的C3～C12环烷基或环氧烷基、取代或未取代的C6～C12芳基，其中经取代时，取代基为烷基、烯基、炔基或卤素中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，式V化合物、式VI化合物、式VII化合物选自下列化合物中的至少一种：
Figure FDA0002346549250000024
1,3,5-环己烷三腈、
Figure FDA0002346549250000025
1,3,5-苯三氰、
Figure FDA0002346549250000026
3,4,5(2,4,5)(2,4,6)(2,3,6)-三氟苯腈、
Figure FDA0002346549250000027
三氰甲烷、
Figure FDA0002346549250000028
甲烷四甲腈、
Figure FDA0002346549250000029
对苯二腈、
Figure FDA00023465492500000210
间苯二甲腈、
Figure FDA00023465492500000211
二氰基苯、
Figure FDA00023465492500000212
己二腈、
Figure FDA00023465492500000213
癸二腈、
Figure FDA00023465492500000214
壬二腈、
Figure FDA00023465492500000215
1,6二氰基乙烷、
Figure FDA00023465492500000216
吡啶-3,4-二腈、
Figure FDA00023465492500000217
顺顺-丙二腈、
Figure FDA00023465492500000218
四氟邻苯二腈、
Figure FDA00023465492500000219
吡啶-2，3-二甲腈、
Figure FDA00023465492500000220
4-氰基庚二腈、
Figure FDA00023465492500000221
四氟对苯二腈、
Figure FDA00023465492500000222
六氟戊二腈、
Figure FDA00023465492500000223
丁二腈、
Figure FDA00023465492500000224
乙氧基亚甲基丙二腈、
Figure FDA00023465492500000225
1,2,3-丙三甲腈、
Figure FDA0002346549250000031
八氟-1,6-己烷二腈、
Figure FDA0002346549250000032
(甲氧基亚甲基)丙二腈、
Figure FDA0002346549250000033
六氟环三磷腈、
Figure FDA0002346549250000034
乙烯-1,1,2-三甲腈、
Figure FDA0002346549250000035
2,3,5,6-吡嗪四腈、
Figure FDA0002346549250000036
1,2,4,5-四氰基苯、
Figure FDA0002346549250000037
丙四甲腈、
Figure FDA0002346549250000038
乙烷四甲腈、
Figure FDA0002346549250000039
四氟丁二腈、
Figure FDA00023465492500000310
1，3，6己烷三腈、
Figure FDA00023465492500000311
反丁烯二腈、
Figure FDA00023465492500000312
对三氟甲基苯腈、
Figure FDA00023465492500000313
2-(三氟甲基)吡啶-3-甲腈、
Figure FDA00023465492500000314
1H-1,2,4-三唑-1-乙腈、
Figure FDA00023465492500000315
乙二醇双丙腈醚。
6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：含有氟代环状硫酸酯、氟代环状亚硫酸酯、氟代环状磺酸酯、氟代环状砜中至少一种的化合物在所述电解液中的重量百分比为0.05wt％～15wt％；腈类化合物在所述电解液中的重量百分比为0.05wt％～10wt％。
7.根据权利要求6所述的电解液，其特征在于：含有氟代环状硫酸酯、氟代环状亚硫酸酯、氟代环状磺酸酯、氟代环状砜中至少一种的化合物在所述电解液中的重量百分比为0.05wt％～8wt％；腈类化合物在所述电解液中的重量百分比为0.05wt％～5wt％。
8.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：还包括磺酸酯、磺酸酐、硫酸酯、硫酸酐、羧酸酯或氟代羧酸酯、氟代醚、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟磷酸锂、三(三甲基硅基)磷酸酯、三乙烯基三甲基环三硅氧烷、三(三甲代甲硅烷基)硼酸盐或二草酸硼酸锂中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的电解液，其特征在于：磺酸酯在所述电解液中的重量百分比在0wt％～10wt％范围，磺酸酐在所述电解液中的重量百分比在0wt％～10wt％范围，硫酸酯在所述电解液中的重量百分比在0wt％～10wt％范围，硫酸酐在所述电解液中的重量百分比在0wt％～10wt％范围，羧酸酯或氟代羧酸酯在所述电解液中的重量百分比在0wt％～50wt％范围，氟代醚在所述电解液中的重量百分比在0wt％～50wt％范围，碳酸亚乙烯酯在所述电解液中的重量百分比在0wt％～5wt％范围，氟代碳酸乙烯酯在所述电解液中的重量百分比在0wt％～20wt％范围，二氟磷酸锂在所述电解液中的重量百分比在0wt％～5wt％范围，三(三甲基硅基)磷酸酯在所述电解液中的重量百分比在0wt％～5wt％范围，三乙烯基三甲基环三硅氧烷在所述电解液中的重量百分比在0wt％～5wt％范围，三(三甲代甲硅烷基)硼酸盐在所述电解液中的重量百分比在0wt％～5wt％范围，二草酸硼酸锂在所述电解液中的重量百分比在0wt％～5wt％范围。
10.一种电化学装置，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、隔离膜以及电解液，其特征在于：所述电解液为根据权利要求1～9中任一项所述的电解液。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112751081A (zh) * 2020-12-29 2021-05-04 东莞新能源科技有限公司 电解液、电化学装置及电子装置
CN115332633A (zh) * 2022-10-13 2022-11-11 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及电子装置
CN115513528A (zh) * 2022-11-21 2022-12-23 广州天赐高新材料股份有限公司 非水电解液及二次电池
CN115799636A (zh) * 2022-11-30 2023-03-14 九江天赐高新材料有限公司 一种锂二次电池电解液、锂二次电池以及用电设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1891700A (zh) * 2005-07-01 2007-01-10 北京大学 卤代环状亚硫酸酯及一种电解液、锂电池和锂硫电池
CN101454938A (zh) * 2006-06-02 2009-06-10 三菱化学株式会社 非水电解液以及非水电解质电池
CN102237550A (zh) * 2010-04-29 2011-11-09 比亚迪股份有限公司 一种非水电解液及其制备方法和采用该电解液的电池
CN104466250A (zh) * 2014-12-31 2015-03-25 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种高电压锂离子电池电解液
CN107403950A (zh) * 2016-05-19 2017-11-28 宁德新能源科技有限公司 电解液及锂离子电池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1891700A (zh) * 2005-07-01 2007-01-10 北京大学 卤代环状亚硫酸酯及一种电解液、锂电池和锂硫电池
CN101454938A (zh) * 2006-06-02 2009-06-10 三菱化学株式会社 非水电解液以及非水电解质电池
CN102237550A (zh) * 2010-04-29 2011-11-09 比亚迪股份有限公司 一种非水电解液及其制备方法和采用该电解液的电池
CN104466250A (zh) * 2014-12-31 2015-03-25 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种高电压锂离子电池电解液
CN107403950A (zh) * 2016-05-19 2017-11-28 宁德新能源科技有限公司 电解液及锂离子电池

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112751081A (zh) * 2020-12-29 2021-05-04 东莞新能源科技有限公司 电解液、电化学装置及电子装置
CN115332633A (zh) * 2022-10-13 2022-11-11 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及电子装置
CN115513528A (zh) * 2022-11-21 2022-12-23 广州天赐高新材料股份有限公司 非水电解液及二次电池
CN115513528B (zh) * 2022-11-21 2023-05-05 广州天赐高新材料股份有限公司 非水电解液及二次电池
CN115799636A (zh) * 2022-11-30 2023-03-14 九江天赐高新材料有限公司 一种锂二次电池电解液、锂二次电池以及用电设备
CN115799636B (zh) * 2022-11-30 2023-09-26 九江天赐高新材料有限公司 一种锂二次电池电解液、锂二次电池以及用电设备

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