CN114667624A - 电解液、电化学装置和电子装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电解液、电化学装置和电子装置，本申请实施例中提出一种电解液，包括：式I化合物；
Description
技术领域
本申请涉及电化学领域，尤其涉及一种电解液、电化学装置和电子装置。
背景技术
电解液是电化学装置(例如锂离子电池)的重要组成部分，对电化学装置的比容量、充放电效率、循环稳定性、倍率性能、工作温度范围以及安全性能等起到至关重要的作用。随着锂离子电池的广泛应用，人们对其在高温下的稳定性和安全性提出了更高的要求。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种电解液、电化学装置和电子装置，以解决现有技术中存在的问题。
本申请实施例中提出一种电解液，包括：式I化合物；
其中，A选自-C(＝O)-或-S(＝O)2-；R1选自经取代或未经取代的C1至C20的烷基或杂烷基、经取代或未经取代的C1至C20的烷氧基或杂烷氧基、经取代或未经取代的C2至C20的烯基或杂烯基、经取代或未经取代的C2至C20的炔基或杂炔基、经取代或未经取代C6至C20的芳基或杂芳基、经取代或未经取代的C3至C20的脂环烃基、经取代或未经取代的C2至C20杂环基中的任意一种，其中，当经取代时，取代基包括卤素；R2、R3和R4各自独立地选自氢、卤素、经取代或未经取代的C1至C20的烷基或杂烷基、经取代或未经取代的C1至C20的烷氧基或杂烷氧基、经取代或未经取代的C2至C20的烯基或杂烯基、经取代或未经取代的C2至C20的炔基或杂炔基、经取代或未经取代C6至C20的芳基或杂芳基、经取代或未经取代的C3至C20的脂环烃基、经取代或未经取代的C2至C20杂环基中的任意一种，其中，当经取代时，取代基包括卤素；当含杂原子时，杂原子包括O、N、P、S、Si或B中的至少一种；n选自1或2；m选自0或1；m+n＝2。
一些实施例中，R1选自经取代或未经取代的C1至C10的烷基或杂烷基、经取代或未经取代的C1至C10的烷氧基或杂烷氧基、经取代或未经取代的C2至C10的烯基或杂烯基、经取代或未经取代的C2至C10的炔基或杂炔基、经取代或未经取代C6至C10的芳基或杂芳基、经取代或未经取代的C3至C10的脂环烃基、经取代或未经取代的C2至C10杂环基中的任意一种；R2、R3和R4各自独立地选自氢、卤素、经取代或未经取代的C1至C10的烷基或杂烷基、经取代或未经取代的C1至C10的烷氧基或杂烷氧基、经取代或未经取代的C2至C10的烯基或杂烯基、经取代或未经取代的C2至C10的炔基或杂炔基、经取代或未经取代C6至C10的芳基或杂芳基、经取代或未经取代的C3至C10的脂环烃基、经取代或未经取代的C2至C10杂环基中的任意一种。
一些实施例中，式I化合物包括如下所示化合物中的至少一种：
一些实施例中，基于电解液的质量，式I化合物的质量百分含量为0.01％至5％。一些实施例中，电解液还包括含硫氧双键化合物，含硫氧双键化合物包括式(II-A)和式(II-B)表示的化合物中的至少一种；
在式(II-A)和式(II-B)中，R21、R22、R23和R24各自独立地选自经取代或未经取代的C1至C5烷基、经取代或未经取代的C2至C10烯基、经取代或未经取代的C2至C10炔基、经取代或未经取代的C3至C10脂环烃基、经取代或未经取代的C6至C10芳基、经取代或未经取代的C1至C6含杂原子基团中的任意一种，并且，当经取代时，取代基包括卤素和含杂原子基团中的至少一种，杂原子包括O、S、P、N、Si或B中的至少一种，其中，R21和R22之间可以键合而形成环结构，R23和R24之间可以键合而形成环结构。
一些实施例中，含硫氧双键化合物包括式(II-1)至式(II-20)表示的化合物中的至少一种；
一些实施例中，基于电解液的质量，含硫氧双键化合物的质量百分含量为0.01％至5％。一些实施例中，电解液还包括多腈化合物；多腈化合物包括式III表示的化合物中的至少一种；
在式III中，R31、R32、R33、R34各自独立地选自氢、经取代或未经取代的C1至C10烷基、经取代或未经取代的-(CH2)a-CN、经取代或未经取代的-(CH2)b-O-(CH2)c-CN、经取代或未经取代的-(CH2)d-CH＝CH-(CH2)k-CN、经取代或未经取代的
经取代或未经取代的
经取代或未经取代的烷氧基羰基中的任意一种，其中，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k各自独立地选自0至10的整数，并且，当经取代时，取代基包括卤素中的至少一种；x选自0至3的整数，并且，当n选自1至3的整数时，R31、R32、R33、R34中的至少两个为含有氰基的基团，当n选自0时，R32和R34均至少含有氰基基团。
一些实施例中，多腈化合物包括式III-1至式III-18表示的化合物中的至少一种；
一些实施例中，基于电解液的质量，多腈化合物的质量百分含量为0.5％至10％。
一些实施例中，电解液还包括环状碳酸酯化合物；环状碳酸酯化合物包括式Ⅳ-A或Ⅳ-B表示的化合物中的至少一种；
R41和R42各自独立地选自氢、卤素、经氟取代或未经氟取代的C1至C5的烷基、C2至C5的烯基中的任意一种；R43、R44各自独立地选自氢、卤素和经氟取代的C1至C5烷基、C2至C5的烯基中的任意一种，条件是R43和R44中的至少一个选自卤素、经氟取代的C1至C5的烷基或C2至C5的烯基。
一些实施例中，环状碳酸酯化合物包括式Ⅳ-1至式Ⅳ-7表示的化合物中的至少一种；
一些实施例中，基于电解液的质量，环状碳酸酯化合物的质量百分含量为0.01％至5％。
本申请还提出一种电化学装置，包括：本申请上述的电解液。
本申请还提出一种电子装置，包括本申请的电化学装置。
本申请实施例提供了一种电解液，电解液中的式I化合物能够优先氧化分解，在正极表面形成致密稳定的CEI(cathode electrolyte interphase，正极电解质界相)膜，减少电解液与正极材料接触，从而抑制电解液催化分解，降低界面阻抗。同时，能够在负极表面还原成膜，减少电解液在负极的还原分解。该式I化合物既可捕获电解液中的痕量水及氢氟酸，同时在正极、负极形成稳定的保护膜，在高温循环和存储过程中，可以有效地提升循环稳定性、并抑制电化学装置的胀气。
具体实施方式
下面将更详细地描述本申请的实施例。虽然显示了本申请的某些实施例，然而应当理解的是，本申请可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本申请。下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。以下将对本申请实施例提供的方案进行详细描述。
本申请提出了一种提高电化学装置的高温循环性能、抑制胀气且兼顾降低阻抗的非水电解液。
本申请一些实施例中提出一种电解液，包括：式I化合物；
其中，A选自-C(＝O)-或-S(＝O)2-；R1选自经取代或未经取代的C1至C20的烷基或杂烷基、经取代或未经取代的C1至C20的烷氧基或杂烷氧基、经取代或未经取代的C2至C20的烯基或杂烯基、经取代或未经取代的C2至C20的炔基或杂炔基、经取代或未经取代C6至C20的芳基或杂芳基、经取代或未经取代的C3至C20的脂环烃基、经取代或未经取代的C2至C20杂环基中的任意一种，其中，当经取代时，取代基包括卤素；R2、R3和R4各自独立地选自氢、卤素、经取代或未经取代的C1至C20的烷基或杂烷基、经取代或未经取代的C1至C20的烷氧基或杂烷氧基、经取代或未经取代的C2至C20的烯基或杂烯基、经取代或未经取代的C2至C20的炔基或杂炔基、经取代或未经取代C6至C20的芳基或杂芳基、经取代或未经取代的C3至C20的脂环烃基、经取代或未经取代的C2至C20杂环基中的任意一种，其中，当经取代时，取代基包括卤素；当含杂原子时，杂原子包括O、N、P、S、Si或B中的至少一种；n选自1或2；m选自0或1；m+n＝2。
本申请一些实施例中提出的电解液能够在电化学装置的正极表面和负极表面形成稳定的界面保护，从而显著改善采用该电解液的电化学装置的循环寿命和高温存储性能。在电化学装置首次充电时，式I化合物能够优先氧化分解，在正极表面形成致密稳定的CEI膜，减少电解液与正极材料接触，从而抑制电解液催化分解，降低界面阻抗。同时，能够在负极表面还原成膜，减少电解液在负极的还原分解。该式I化合物既可捕获电解液中的痕量水及HF，同时在正极、负极形成稳定的保护膜，在高温循环和存储过程中，可以有效地提升循环稳定性、并抑制电化学装置的胀气。
在本申请的一些实施例中，R1选自经取代或未经取代的C1至C10的烷基或杂烷基、经取代或未经取代的C1至C10的烷氧基或杂烷氧基、经取代或未经取代的C2至C10的烯基或杂烯基、经取代或未经取代的C2至C10的炔基或杂炔基、经取代或未经取代C6至C10的芳基或杂芳基、经取代或未经取代的C3至C10的脂环烃基、经取代或未经取代的C2至C10杂环基中的任意一种；R2、R3和R4各自独立地选自氢、卤素、经取代或未经取代的C1至C10的烷基或杂烷基、经取代或未经取代的C1至C10的烷氧基或杂烷氧基、经取代或未经取代的C2至C10的烯基或杂烯基、经取代或未经取代的C2至C10的炔基或杂炔基、经取代或未经取代C6至C10的芳基或杂芳基、经取代或未经取代的C3至C10的脂环烃基、经取代或未经取代的C2至C10杂环基中的任意一种。
在本申请一些实施例中，式I化合物包括如下所示化合物中的至少一种：
在本申请的一些实施例中，基于电解液的质量，式I化合物的质量百分含量为0.01％至5％。一些实施例中，当式I化合物的质量百分含量低于0.01％时，可能因为含量太少导致改善效果不明显，当式I化合物的质量百分含量大于5％可能会降低电解液的离子电导率。
在本申请的一些实施例中，电解液还包括含硫氧双键化合物，含硫氧双键化合物包括式(II-A)和式(II-B)表示的化合物中的至少一种；
在式(II-A)和式(II-B)中，R21、R22、R23和R24各自独立地选自经取代或未经取代的C1至C5烷基、经取代或未经取代的C2至C10烯基、经取代或未经取代的C2至C10炔基、经取代或未经取代的C3至C10脂环烃基、经取代或未经取代的C6至C10芳基、经取代或未经取代的C1至C6含杂原子基团中的任意一种，并且，当经取代时，取代基包括卤素和含杂原子基团中的至少一种，杂原子包括O、S、P、N、Si或B中的至少一种，其中，R21和R22之间可以键合而形成环结构，R23和R24之间可以键合而形成环结构。一些实施例中，电解液中加入上述的含硫氧双键化合物，提升了采用该电解液的电化学装置高温循环和存储性能。这主要是因为含硫双键化合物可以形成富含S元素的界面膜，可以进一步提升界面膜的热稳定性和机械稳定性，其可在负极成膜修饰SEI，形成更优异的界面保护膜，缓解电解液在负极的反应，从而进一步改善循环性能和高温存储性能。
在本申请的一些实施例中，含硫氧双键的化合物包括式(II-1)至式(II-20)表示的化合物中的至少一种；
在本申请的一些实施例中，基于电解液的质量，含硫氧双键化合物的质量百分含量为0.01％至5％。一些实施例中，含硫氧双键化合物的质量百分含量过低导致改善效果不明显，质量百分含量过高增加成本。
在本申请的一些实施例中，电解液还包括多腈化合物；多腈化合物包括式III表示的化合物中的至少一种；
在式III中，R31、R32、R33、R34各自独立地选自氢、经取代或未经取代的C1至C10烷基、经取代或未经取代的-(CH2)a-CN、经取代或未经取代的-(CH2)b-O-(CH2)c-CN、经取代或未经取代的-(CH2)d-CH＝CH-(CH2)k-CN、经取代或未经取代的
经取代或未经取代的
经取代或未经取代的烷氧基羰基中的任意一种，其中，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k各自独立地选自0至10的整数，并且，当经取代时，取代基包括卤素中的至少一种；x选自0至3的整数，并且，当n选自1至3的整数时，R31、R32、R33、R34中的至少两个为含有氰基的基团，当n选自0时，R32和R34均至少含有氰基基团。一些实施例中，多腈化合物的引入能够使热箱性能及电性能均得到明显提升。这是由于，多腈化合物可以很好地将电解液中易氧化组分与正极表面隔开，大大降低了充电态的锂离子电池的正极表面对电解液的氧化作用。上述多腈化合物能够与电解液中的式I化合物形成协同作用，可形成更加稳定的SEI膜，进而进一步改善电化学装置的高温循环、高温存储以及热箱性能。
本申请的一些实施例中，多腈化合物包括式III-1至式III-18表示的化合物中的至少一种；
一些实施例中，基于电解液的质量，多腈化合物的质量百分含量为0.5％至10％。一些实施例中，多腈化合物的质量含量过少可能改善效果不明显，质量含量过高可能对电解液的离子电导率造成影响。
一些实施例中，电解液还包括环状碳酸酯化合物；环状碳酸酯化合物包括式Ⅳ-A或Ⅳ-B表示的化合物中的至少一种；
R41和R42各自独立地选自氢、卤素、经氟取代或未经氟取代的C1至C5的烷基、C2至C5的烯基中的任意一种；R43、R44各自独立地选自氢、卤素和经氟取代的C1至C5烷基、C2至C5的烯基中的任意一种，条件是R43和R44中的至少一个选自卤素、经氟取代的C1至C5的烷基或C2至C5的烯基。一些实施例中，电解液中的环状碳酸化合物可形成更加稳定的SEI膜，进而进一步改善电化学装置的高温循环和高温存储性能。
一些实施例中，环状碳酸酯化合物包括式Ⅳ-1至式Ⅳ-7表示的化合物中的至少一种；
在本申请的一些实施例中，基于电解液的质量，环状碳酸酯化合物的质量百分含量为0.01％至5％。一些实施例中，环状碳酸酯化合物的质量百分含量过低时改善效果不明显，质量百分含量过高时，可能导致电解液的离子电导率下降。
在本申请的一些实施例中，电解液包括环状酯和链状酯，环状酯和链状酯的质量比为1:9至7:3，其中环状酯选自碳酸乙烯酯(简写为EC)、碳酸丙烯酯(简写为PC)、γ-丁内酯(简写为BL)中的至少一种；链状酯选自碳酸二甲酯(简写为DMC)、碳酸二乙酯(简写为DEC)、碳酸甲乙酯(简写为EMC)、乙酸乙酯(简写为EA)、甲酸甲酯(简写为MF)、甲酸乙酯(简写为MA)、丙酸乙酯(简写为EP)、丙酸丙酯(简写为PP)、丁酸甲酯(简写为MB)、氟代碳酸甲乙酯、氟代丙酸乙酯等中的至少一种。
在本申请的一些实施例中，电解液中含有锂盐，锂盐可以是有机锂盐或无机锂盐中的至少一种，在本申请的一些实施例中，锂盐中含有氟元素、硼元素或磷元素中的至少一种。在一些实施例中，锂盐包括六氟磷酸锂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)或六氟铯酸锂(LiCsF6)、高氯酸锂LiClO4、三氟甲磺酸锂LiCF3SO3中的至少一种的至少一种。
在本申请的一些实施例中锂盐的浓度为0.5mol/L至1.5mol/L。锂盐浓度过低，电解液的离子电导率低，会影响锂离子电池的倍率和循环性能；锂盐浓度过高，电解液粘度过大，同样影响锂离子电池的倍率性能。可选的，锂盐的浓度为0.8mol/L至1.2mol/L。
本申请的还提出一种电化学装置，包括：正极、负极、隔离膜和上述中任一的电解液。上述电化学装置的正极包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极活性物质层，正极活性物质层包括正极材料。在一些实施方案中，正极材料包括够吸收和释放锂(Li)的正极材料。能够吸收/释放锂(Li)的正极材料的例子可以包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂和富锂锰基材料。正极材料可选自下列材料中的一种或多种：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCo1-yMyO2、LiNi1-yMyO2、LiMn2-yMyO4、LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2，其中M选自Fe、Co、Ni、Mn、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、V、Ti中的至少一种，且0≤y≤1,0≤x≤1,0≤z≤1,x+y+z≤1。
电化学装置的正极活性物质层中可以加有导电剂或粘结剂，在本申请的一些实施例中，正极活性物质层还包括碳材料，碳材料可以包括导电炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维或炭黑中的至少一种。粘结剂可以包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、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、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。
在一些实施例中，负极包括负极集流体和位于负极集流体上的负极活性物质层，负极活性物质层包括负极材料，负极材料例如可以包括碳材料、金属合金、含锂氧化物及含硅材料等制成。其中，碳材料优选石墨或与石墨相比非晶质的碳包覆在石墨表面而得的碳材料。
在一些实施例中，隔离膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。例如，聚乙烯包括选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯中的至少一种。尤其是聚乙烯和聚丙烯，它们对防止短路具有良好的作用，并可以通过关断效应改善电池的稳定性。在一些实施例中，隔离膜表面还可包括多孔层，多孔层设置在隔离膜的至少一个表面上，多孔层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝(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、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。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、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、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。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。
本申请还提出一种电子装置，包括上述中任一项的电化学装置。本申请的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，电子装置可以包括，但不限于，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、照相机和家庭用大型蓄电池等。
为了更好的说明本申请实施例中提出的电解液的有益效果，以下将结合实施例以及对比例进行说明，实施例以及对比例的区别仅在于所采用的电解液不同，在实施例以及对比例中将对采用不同电解液的锂离子电池进行性能测试，以说明电解液对锂离子电池性能的影响。
锂离子电池的制备
1)正极的制备：将锰酸锂LiMn2O4、Super P、聚偏二氟乙烯(PVDF)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13μm的铝箔上；将铝箔在85℃下烘干，然后经过冷压、裁片、分切后，在85℃的真空条件下干燥4h，得到正极极片。
2)负极的制备：将人造石墨、Super P、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)按照重量比96.4:1.5:0.5:1.6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85℃下烘干，然后经过冷压、裁片、分切后，在120℃的真空条件下干燥12h，得到负极极片。
3)电解液的制备：在干燥的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照质量比为EC:EMC:DEC＝3:5:2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1mol/L。各个实施例的区别在于电解液中所用到的添加剂不同，添加剂的具体种类以及在电解液中的质量百分含量如下表1至4所示，添加剂的含量为基于电解液的总质量计算得到的质量百分含量。
4)隔离膜：以聚乙烯(PE)多孔聚合物薄膜作为隔离膜。
5)锂离子电池的制备：将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极极片、负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；焊接极耳后将裸电芯置于外包装铝塑膜中，将上述制备好的电解液注入到干燥后的裸电芯中，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。
锂离子电池的测试过程如下：
(1)锂离子电池循环性能测试
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0.5C恒流充电至电压为4.2V，然后以4.2V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。以首次放电的容量为100％，反复进行充放电循环500圈，停止测试，记录循环容量保持率，作为评价锂离子电池循环性能的指标。
循环容量保持率＝第500圈循环的放电容量/首次循环的放电容量。
测量电池的厚度，按下式计算电池的厚度膨胀率：
厚度膨胀率＝(循环后的电池厚度-循环前的电池厚度)/循环前的电池厚度×100％
(2)60℃存储厚度膨胀率测试
将锂离子电池在25℃下以0.5C充电至4.2V，之后在4.2V下恒压充电至0.05C，用千分尺测试并记录此时电池的厚度记为H11；之后将电池放置到60℃烘箱当中存储24小时，24小时结束后用千分尺测试并记录此时电池的厚度，记为H12。。
锂离子电池60℃存储24小时后的厚度膨胀率(％)＝(H12-H11)/H11×100％
(3)140℃热箱通过率测试
在25℃下，将锂离子电池以0.5C恒流充电至4.2V，4.2V恒压充电至电流为0.05C。将电池放置在高温箱中，用5±2℃/分钟的温升速率加热到140℃，然后保持1h，记录电池的电压、温度以及热箱温度的变化。电池不起火、不爆炸、不冒烟即为通过测试。每组测试10个电池，记录通过测试电池个数。
(4)85℃存储厚度膨胀率测试
将锂离子电池在25℃下以0.5C充电至4.2V，之后在4.2V下恒压充电至0.05C，用千分尺测试并记录此时电池的厚度记为H21；之后将电池放置到85℃烘箱当中存储24小时，24小时结束后用千分尺测试并记录此时电池的厚度，记为H22。
锂离子电池85℃存储24小时后的厚度膨胀率(％)＝(H22-H21)/H21×100％
实施例1至19以及对比例1至2中使用的添加剂，以及锂离子电池的性能测试结果如表1所示，实施例1至19在电解液中加入了式I化合物，对比例1的电解液中没有添加添加剂，对比例2的电解液中添加了邻苯二甲酸酐。
表1
如表1所示，实施例1至19的45℃循环后的容量保持率均高于对比例1和2，且45℃循环后的厚度膨胀率和60℃存储厚度膨胀率均小于对比例1和对比例2，由此可见，相比于在电解液中没有使用添加剂的对比例1，以及使用邻苯二甲酸作为添加剂的对比例2，使用式I化合物能够更好的提高高温循环和高温存储性能，这主要是因为式I化合物可以吸附电解液中的痕量水及HF，增加了电解液的稳定性；同时易于氧化并在正极形成致密的保护膜，减少电解液对正极的破坏；且在首次充放电时优先在负极还原成膜，成膜致密，抑制了电解液在负极的分解反应。
从实施例1至12可以看出，随着式I化合物的增加，锂离子电池的高温循环性能和高温存储性能先升高后降低，当式I化合物的质量百分含量为1％时性能最佳，这主要是因为该添加量既能有效地稳定电解液，又能够同时在正负极形成优异的界面保护，式I化合物含量过高导致成膜阻抗较大，进而导致电池阻抗增加，会降低电池性能；式I化合物质量含量过低时不足以形成好的界面保护，达不到明显改善电池性能的效果。
从实施例4、16至19可以看出，使用单一类型的式I化合物和使用多种式I化合物均能达到相似的改善效果。
实施例4、20至26以及对比例1和3中使用的添加剂，以及锂离子电池的性能测试结果如表2所示，实施例20至26的电解液中加入了式I化合物和含硫氧双键化合物。
表2
如表2所示，对比实施例20至26、实施例4以及对比例1和3的数据可以看出，实施例20至26的45℃循环容量保持率高于实施例4、对比例1和对比例3，且45℃循环厚度膨胀率、60℃存储厚度膨胀率低于实施例4、对比例1和对比例3，由此可见，在含式I化合物电解液中加入含硫氧双键化合物可以继续提升电池的高温循环性能和高温存储性能。这主要是因为含硫双键化合物可以形成富含S元素的界面膜，可以进一步提升界面膜的热稳定性和机械稳定性。因此，联合使用式I化合物和含硫氧双键化合物可以进一步改善锂离子电池的循环性能和高温存储性能。
实施例4、27至32以及对比例1和4中使用的添加剂，以及锂离子电池的性能测试结果如表3所示，实施例27至32在电解液中加入了式I化合物和多腈化合物。
表3
如表3所示，实施例27至32的45℃循环容量保持率和热箱通过率高于实施例4、对比例1和对比例4，且85℃存储厚度膨胀率低于实施例4、对比例1和对比例4，由此可见，当向电解液中进一步加入多腈化合物后，锂离子电池的45℃循环容量保持率提升、85℃存储厚度膨胀率下降且热箱通过率提高，可见多腈化合物的加入提高了锂离子电池的循环性能、高温存储性能和安全性能，这是因为多腈化合物能够与电解液中的式I化合物形成协同作用，可形成更加稳定的SEI膜，进而进一步改善锂离子电池高温循环、高温存储性能和热箱性能。
实施例4、33至37以及对比例1和5中使用的添加剂，以及锂离子电池的性能测试结果如表4所示，实施例33至37在电解液中加入了式I化合物和环状碳酸酯化合物。
表4
如表4所示，实施例33至37的45℃循环容量保持率高于实施例4、对比例1和对比例5，且45℃循环厚度膨胀率和60℃存储厚度膨胀率低于实施例4、对比例1和对比例5，由此可见，当向电解液中进一步加入本申请所述的环状碳酸酯化合物时，可形成更加稳定的SEI膜，从而进一步改善锂离子电池高温循环和高温存储性能，并且无论是使用单一种类的环状碳酸酯化合物还是使用多种环状碳酸酯化合物均能达到相似的效果。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
Claims (15)
1.一种电解液，其特征在于，包括：式I化合物；
其中，A选自-C(＝O)-或-S(＝O)2-；R1选自经取代或未经取代的C1至C20的烷基或杂烷基、经取代或未经取代的C1至C20的烷氧基或杂烷氧基、经取代或未经取代的C2至C20的烯基或杂烯基、经取代或未经取代的C2至C20的炔基或杂炔基、经取代或未经取代C6至C20的芳基或杂芳基、经取代或未经取代的C3至C20的脂环烃基、经取代或未经取代的C2至C20杂环基中的任意一种，其中，当经取代时，取代基包括卤素；R2、R3和R4各自独立地选自氢、卤素、经取代或未经取代的C1至C20的烷基或杂烷基、经取代或未经取代的C1至C20的烷氧基或杂烷氧基、经取代或未经取代的C2至C20的烯基或杂烯基、经取代或未经取代的C2至C20的炔基或杂炔基、经取代或未经取代C6至C20的芳基或杂芳基、经取代或未经取代的C3至C20的脂环烃基、经取代或未经取代的C2至C20杂环基中的任意一种，其中，当经取代时，取代基包括卤素；
当含杂原子时，杂原子包括O、N、P、S、Si或B中的至少一种；
n选自1或2；m选自0或1；m+n＝2。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述R1选自经取代或未经取代的C1至C10的烷基或杂烷基、经取代或未经取代的C1至C10的烷氧基或杂烷氧基、经取代或未经取代的C2至C10的烯基或杂烯基、经取代或未经取代的C2至C10的炔基或杂炔基、经取代或未经取代C6至C10的芳基或杂芳基、经取代或未经取代的C3至C10的脂环烃基、经取代或未经取代的C2至C10杂环基中的任意一种；所述R2、R3和R4各自独立地选自氢、卤素、经取代或未经取代的C1至C10的烷基或杂烷基、经取代或未经取代的C1至C10的烷氧基或杂烷氧基、经取代或未经取代的C2至C10的烯基或杂烯基、经取代或未经取代的C2至C10的炔基或杂炔基、经取代或未经取代C6至C10的芳基或杂芳基、经取代或未经取代的C3至C10的脂环烃基、经取代或未经取代的C2至C10杂环基中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的电解液，所述式I化合物包括如下所示化合物中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的质量，所述式I化合物的质量百分含量为0.01％至5％。
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括含硫氧双键化合物，所述含硫氧双键化合物包括式(II-A)和式(II-B)表示的化合物中的至少一种；
在式(II-A)和式(II-B)中，R21、R22、R23和R24各自独立地选自经取代或未经取代的C1至C5烷基、经取代或未经取代的C2至C10烯基、经取代或未经取代的C2至C10炔基、经取代或未经取代的C3至C10脂环烃基、经取代或未经取代的C6至C10芳基、经取代或未经取代的C1至C6含杂原子基团中的任意一种，并且，当经取代时，取代基包括卤素和含杂原子基团中的至少一种，所述杂原子包括O、S、P、N、Si或B中的至少一种，其中，R21和R22之间可以键合而形成环结构，R23和R24之间可以键合而形成环结构。
6.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，所述含硫氧双键化合物包括式(II-1)至式(II-20)表示的化合物中的至少一种；
7.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的质量，所述含硫氧双键化合物的质量百分含量为0.01％至5％。
8.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括多腈化合物；所述多腈化合物包括式III表示的化合物中的至少一种；
在式III中，
R31、R32、R33、R34各自独立地选自氢、经取代或未经取代的C1至C10烷基、经取代或未经取代的-(CH2)a-CN、经取代或未经取代的-(CH2)b-O-(CH2)c-CN、经取代或未经取代的-(CH2)d-CH＝CH-(CH2)k-CN、经取代或未经取代的
经取代或未经取代的
经取代或未经取代的烷氧基羰基中的任意一种，其中，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k各自独立地选自0至10的整数，并且，当经取代时，取代基包括卤素中的至少一种；
x选自0至3的整数，并且，当n选自1至3的整数时，R31、R32、R33、R34中的至少两个为含有氰基的基团，当n选自0时，R32和R34均至少含有氰基基团。
9.根据权利要求8所述的电解液，其特征在于，所述多腈化合物包括式III-1至式III-18表示的化合物中的至少一种；
10.根据权利要求8所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的质量，所述多腈化合物的质量百分含量为0.5％至10％。
11.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括环状碳酸酯化合物；所述环状碳酸酯化合物包括式Ⅳ-A或Ⅳ-B表示的化合物中的至少一种；
R41和R42各自独立地选自氢、卤素、经氟取代或未经氟取代的C1至C5的烷基、C2至C5的烯基中的任意一种；
R43、R44各自独立地选自氢、卤素和经氟取代的C1至C5烷基、C2至C5的烯基中的任意一种，条件是R43和R44中的至少一个选自卤素、经氟取代的C1至C5的烷基或C2至C5的烯基。
12.根据权利要求11所述电解液，其特征在于，所环状碳酸酯化合物包括式Ⅳ-1至式Ⅳ-7表示的化合物中的至少一种；
13.根据权利要求11所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的质量，所述环状碳酸酯化合物的质量百分含量为0.01％至5％。
14.一种电化学装置，其特征在于，包括如权利要求1至13中任一项所述的电解液。
15.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求14所述的电化学装置。
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