CN115483433B - 电解液、电池、用电设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了电解液、电池、用电设备。其中，电解液包括锂盐、溶剂、及添加剂，溶剂包括环状有机溶剂与线状有机溶剂；电解液的电导率σ满足以下条件：σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ。其中，kθ1、kθ2、kγ、及kσ均为常数，θ代表电解液中的锂盐浓度，γ代表环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比。本申请通过使电解液满足该条件，优化锂盐、溶剂、及添加剂三者之间的配合关系，从而使锂盐、溶剂、及添加剂能够更好地相互配合，进而提高电解液中的电导率。

Description

电解液、电池、用电设备
技术领域
本申请属于电池技术领域，具体涉及电解液、电池、用电设备。
背景技术
电解液在锂电池中起到运输锂离子的作用，同时还作为电子绝缘体，被称为电池的“血液”。其中，电导率是检验电解液性能的一项重要指标。电导率的高低直接影响了电池的倍率充放电性能。目前通常采用提高锂盐浓度的方法来提高电解液的电导率。但是，随着锂盐浓度的增加，电解液的粘度也随之增大，甚至产生部分锂盐结晶，导致电解液的电导率降低。
发明内容
鉴于此，本申请第一方面提供了一种电解液，所述电解液包括锂盐、溶剂、及添加剂，所述溶剂包括环状有机溶剂与线状有机溶剂；所述电解液的电导率σ满足以下条件：σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ；
其中，kθ1、kθ2、kγ、及kσ均为常数，θ代表所述电解液中的锂盐浓度，γ代表所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比。
本申请第一方面提供的电解液的电导率满足σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ。从上述关系式可以看出电解液的电导率和锂盐浓度θ、以及环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比γ相关。具体地，对于锂盐浓度θ来说，首先，随着锂盐浓度增大，电解液的电导率也逐渐增大，所以锂盐浓度与电导率呈线性关系，故在上述关系中包括kθ2*θ。其次，随着锂盐浓度不断增大，电解液的粘度也逐渐增大；当锂盐浓度增大至阈值时，由于电解液的粘度较高，导致电解液的电导率下降，换句话说，当锂盐的浓度增大至阈值后，随着锂盐的浓度的增加，电导液的电解率下降。因此，当锂盐的浓度增大至阈值后，锂盐浓度与电导率还呈抛物线关系，故在上述关系中包括kθ1*θ2。
对于环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比γ来说，由于环状有机溶剂具有较低的粘度，能够较好地溶解锂盐，且线状有机溶剂具有合适的介电常数；当环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比增大时，即代表环状有机溶剂占环状有机溶剂与线状有机溶剂之和的比例增加，换而言之，环状有机溶剂的质量增加，使电解液具有更低的粘度，能够较好地溶解锂盐，电解液的电导率也逐渐增大，所以环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比与电导率成线性关系，故在上述关系中包括kγ*γ。
本申请的电解液通过使锂盐、溶剂、及添加剂按照上述关系进行配比，从而使锂盐、溶剂、及添加剂能够更好地相互配合，进而提高电解液中的电导率。相较于相关技术中相同锂盐浓度的电解液，本申请提供的电解液的电导率更高。
因此，本申请能够在不改变锂盐浓度的情况下，即使锂盐浓度保持不变的情况下，通过优化锂盐、溶剂、及添加剂三者之间的配合关系，从而使三者相互配合的效果更好，进而使电解液具有较高的电导率。
并且，本申请中的溶剂包括环状有机溶剂与线状有机溶剂，环状有机溶剂与线状有机溶剂配合使用，既能够保证电解液具有足够的电导性，又能够保证电解液的粘度不会过高，从而进一步提高电解液的电导率。
其中，在所述电解液中，kθ1的取值范围为-51～-40，kθ2的取值范围为88.2～107.8，kγ的取值范围为3.5～4.3，kσ的取值范围为-42.9～-35.1。
其中，在所述电解液中，kθ1的取值范围为-48.7～-44.3，kθ2的取值范围为93.2～103.2，kγ的取值范围为3.7～4.1，kσ的取值范围为-41.0～-37.1。
其中，在所述电解液中，kθ1的取值范围为-46.4，kθ2的取值范围为98.2，kγ的取值范围为3.9，kσ的取值范围为-39。
其中，在所述电解液中，所述锂盐的浓度θ为0.8～1.2mol/L。
其中，所述锂盐包括第一锂盐与第二锂盐中的至少一者；当所述锂盐包括所述第一锂盐与所述第二锂盐时，构成所述第一锂盐的至少一种化学元素不同于构成所述第二锂盐的化学元素，所述第一锂盐与所述第二锂盐的质量比为1：(1-9)。
其中，所述第一锂盐与所述第二锂盐均包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂、双草酸硼酸锂、及二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。
其中，在所述电解液中，所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比γ为(1-6)：(9-4)。
其中，所述电解液的电导率σ为7～12.5ms/cm。
其中，所述电解液的电导率σ为10～11.5ms/cm。
其中，所述添加剂的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的1～10％。
其中，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯与氟代碳酸乙烯酯，且所述碳酸亚乙烯酯的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数为2～3％，所述氟代碳酸乙烯酯的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数为1～2％。
其中，所述添加剂还包括1,3-丙烷磺酸内酯和乙烯基代碳酸乙烯酯。
其中，所述溶剂满足如下情况中的至少一种：
所述环状有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、二氧五环、及环丁砜中的一种或多种；
所述线状有机溶剂包括碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯、丙酸乙酯、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚、及己二腈中的一种或多种。
本申请第二方面提供了一种电池，包括正极、负极、及如本申请第一方面提供的电解液。
本申请第二方面提供的电池，通过采用正极、负极、及本申请第一方面提供的电解液相互配合，实现放电与充电。由于采用本申请上述提供的电解液，使电池中的电解液的电导率满足σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ，优化锂盐、溶剂、及添加剂三者之间的配合关系，从而使锂盐、溶剂、及添加剂能够更好地相互配合，进而提高电解液中的电导率，提高电池的电性能。
本申请第三方面提供了一种用电设备，包括如申请第二方面提供的电池，所述电池用于供电。
本申请第三方面提供的用电设备，通过采用本申请第二方面提供的电池，使电池中的电导率满足σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ，优化锂盐、溶剂、及添加剂三者之间的配合关系，从而使锂盐、溶剂、及添加剂能够更好地相互配合，进而提高电解液中的电导率，提高电池的电性能，提高用电设备的工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对本申请实施方式中所需要使用的附图进行说明。
图1为本申请一实施方式中电解液的制备方法的工艺流程图。
图2为各个实施例中电解液的容量保持率曲线图。
具体实施方式
以下是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。
以下是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，本发明实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明公开的范围之内。具体地，本发明实施例中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
另外，除非上下文另外明确地使用，否则词的单数形式的表达应被理解为包该词的复数形式。术语“包括”或“具有”旨在指定特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合的存在，但不用于排除存在或可能添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合。
在介绍本申请的技术方案之前，再详细介绍下相关技术中的技术问题。
锂离子电池中电解液的作用相当重要，其在锂电池中起到运输锂离子的作用，同时还作为电子绝缘体，被称为电池的“血液”。其中，电导率是检验电解液性能的一项重要指标。电导率的高低直接影响了电池的倍率充放电性能，例如快充快放。
通常，电解液是由一种或多种锂盐，两种或两种以上溶剂，和一些少量的添加剂组成的。目前通常采用提高锂盐浓度的方法来提高电解液的电导率。低浓度时，随锂盐浓度增大，溶剂化锂离子的数量增多，电解液的电导率确实会增大，但是粘度也随之增大；当浓度达到饱和后，锂盐浓度继续增大，导致锂盐不能完全解离，反而部分锂盐结晶，粘度增大，导致电导率下降。因此，锂盐浓度增大到一定程度后，并不能够提高电解液的电导率。不仅如此，较高的锂盐浓度还会大大增加电解液的成本。综上所述，随着锂盐浓度的增加，电解液的粘度也随之增大，甚至产生部分锂盐结晶，导致电解液的电导率降低。
本申请提供一种电解液，所述电解液包括锂盐、溶剂、及添加剂，所述溶剂包括环状有机溶剂与线状有机溶剂；所述电解液的电导率σ满足以下条件：σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ。
其中，kθ1、kθ2、kγ、及kσ均为常数，θ代表所述电解液中的锂盐浓度，γ代表所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比。
本实施方式提供的电导率σ满足以下条件：σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ，以获得锂盐、溶剂、及添加剂之间较好的配比，从而提高电解液的电导率。本实施方式对该条件中的kθ1、kθ2、kγ、kσ、θ、及γ的数值均不进行限定，仅需满足σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ即可。
具体地，电解液具有多种状态。例如，尚未使用的电解液；或者使用了几次或1年之内的电解液；或者使用了1-3年的电解液；或者使用了4-5年的电解液；或者电池拆解后的电解液。以上状态的电解液均满足本实施方式提供的关系式σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ。
在一种实施方式中，在所述电解液中，kθ1的取值范围为-51～-40，kθ2的取值范围为88.2～107.8，kγ的取值范围为3.5～4.3，kσ的取值范围为-42.9～-35.1。
本实施方式中的kθ1、kθ2、kγ、及kσ的取值范围满足多种状态的电解液。例如，尚未使用的电解液；或者使用了几次或1年之内的电解液；或者使用了1-3年的电解液；或者使用了4-5年的电解液；或者电池拆解后的电解液。
kθ1的取值范围为-51～-40，kθ2的取值范围为88.2～107.8，kγ的取值范围为3.5～4.3，kσ的取值范围为-42.9～-35.1，这些常数符合上述范围时，不仅能够使锂盐、溶剂、及添加剂之间配比更好，从而提高电解液中的电导率；而且还能够降低成本，减少损耗。若这些常数大于或者小于上述范围时，则会影响锂盐、溶剂、及添加剂之间配比，导致无法获得较高的电导率；并且，还会增加锂盐、溶剂、及添加剂的材料损耗，增加成本。
在另一种实施方式中，在所述电解液中，kθ1的取值范围为-48.7～-44.3，kθ2的取值范围为93.2～103.2，kγ的取值范围为3.7～4.1，kσ的取值范围为-41.0～-37.1。
本实施方式对kθ1、kθ2、kγ、及kσ的取值范围进行了进一步的限定，此时，上述kθ1、kθ2、kγ、及kσ的取值范围满足以下状态的电解液。尚未使用的电解液；或者使用了几次或1年之内的电解液。
在又一种实施方式中，在所述电解液中，kθ1的取值范围为-46.4，kθ2的取值范围为98.2，kγ的取值范围为3.9，kσ的取值范围为-39。
本实施方式对kθ1、kθ2、kγ、及kσ的取值范围进行了更进一步的限定，此时，上述kθ1、kθ2、kγ、及kσ的取值范围满足以下状态的电解液。例如，尚未使用的电解液。
在一种实施方式中，在所述电解液中，所述锂盐的浓度θ为0.8～1.2mol/L。换句话说，在所述电解液中，所述锂盐的浓度θ为0.8～1.2mol/L。可选的，所述锂盐的浓度θ为0.9mol/L、1.0mol/L、1.1mol/L、1.2mol/L。
锂盐的浓度θ为0.8～1.2mol/L，在这个设定的范围内，既可以确保电解液中有足够的锂离子，以实现电池的电性能，例如快充快放；又可以使电解液的粘度适中，对电导率的影响较低。若锂盐的浓度θ小于0.8mol/L，则会导致电解液中有的锂离子数量不足，降低电池的电性能；若盐的浓度θ大于1.2mol/L，则会导致电解液的粘度较高，锂盐结晶的几率增加，导致电解液的电导率降低。所以将锂盐的浓度θ设置在0.8～1.2mol/L，不仅可以确保电解液中有足够的锂离子，以实现电池的电性能；而且可以电解液的粘度适中，对电导率的影响较低，确保电解液具有较高的电导率。
在一种实施方式中，所述锂盐包括第一锂盐与第二锂盐中的至少一者；当所述锂盐包括所述第一锂盐与所述第二锂盐时，构成所述第一锂盐的至少一种化学元素不同于构成所述第二锂盐的化学元素，所述第一锂盐与所述第二锂盐的质量比为1：(1-9)。也可以理解为，当所述锂盐包括两种不同的所述锂盐时，一种所述锂盐与另一种所述锂盐的质量比为1：(1-9)。可选的，所述第一锂盐与所述第二锂盐的质量比为1：2、或1：3、或1：4、或1：5、或1：6、或1：7、或1：8。
可选地，本实施方式中的锂盐包括至少一种锂盐。例如，本实施方式提供的锂盐能够包括一种锂盐。本实施方式提供的锂盐还能够包括两种、三种、四种等化学元素不同的锂盐。
当本实施方式中的锂盐包括两种不同的锂盐时，换句话说，采用两种材料不同的锂盐制备电解液。相较于采用一种锂盐，采用两种锂盐能够提高电解液的电导率，从而提高电池的电性能，例如，倍率倍放、即快充快放。并且，还有利于电解液中的锂离子循环，增加电解液的使用寿命，从而增加电池的使用寿命。
所述第一锂盐与所述第二锂盐的质量比设置为1：(1-9)，能够使两种不同的锂盐更好地与溶剂、及添加剂进行配合，从而提高电解液的电导率。
在一种实施方式中，所述第一锂盐与所述第二锂盐均包括六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂(LiTDI)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、及二氟草酸硼酸锂(LiODFB)中的一种或多种。
具体地，所述第一锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂(LiTDI)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、及二氟草酸硼酸锂(LiODFB)中的一种或多种。
所述第二锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂(LiTDI)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、及二氟草酸硼酸锂(LiODFB)中的一种或多种。
其中，所述第一锂盐的至少一种化学元素不同于构成所述第二锂盐的化学元素。
本实施方式中的溶剂包括环状有机溶剂与线状有机溶剂，环状有机溶剂与线状有机溶剂配合使用，既能够保证电解液具有足够的电导性，又能够保证电解液的粘度不会过高，从而进一步提高电解液的电导率。
在一种实施方式中，在所述电解液中，所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比γ为(1-6)：(9-4)。可选的，环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比γ为2：8、或3：7、或4：6、或5：5。
具体的，环状有机溶剂的介电常数高，但粘度高；而线状有机溶剂的介电常数小，粘度低。电解液的配制需平衡电导率和粘度，且适中的介电常数可提高电导率，所以将环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比γ设置为(1-6)：(9-4)，从而可以既保证有足够的电导，又可以保证电解液粘度不会过高。若环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比γ大于或者小于(1-6)：(9-4)，均会导致电解液的介电常数过大或者过小，粘度过大或者过小，从而导致电解液中的电导与粘度配合的效果不佳，从而降低电解液的电导率。
在一种实施方式中，所述电解液的电导率σ为7～12.5ms/cm。可选的，所述电解液的电导率σ为9.1ms/cm、9.5ms/cm、10.2ms/cm、10.3ms/cm、10.4ms/cm、10.5ms/cm、11.2ms/cm、11.5ms/cm、11.8ms/cm、12.0ms/cm。
本实施方式中的电导率的取值范围满足多种状态的电解液。例如，尚未使用的电解液；或者使用了几次或1年之内的电解液；或者使用了1-3年的电解液；或者使用了4-5年的电解液；或者电池拆解后的电解液。
电解液的电导率σ为7～12.5ms/cm，通过使控制锂盐、溶剂、及添加剂满足σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ，能够使电解液具有较高的电导率，从而提高电池的电性能。
在另一种实施方式中，所述电解液的电导率σ为10～11.5ms/cm。
本实施方式对电导率的取值范围进行了进一步的限定，此时，上述电导率的取值范围满足以下状态的电解液。例如，尚未使用的电解液；或者使用了几次或1年之内的电解液。
在又一种实施方式中，所述电解液的电导率σ为10.34ms/cm、或10.65ms/cm、或11.21ms/cm、或11.37ms/cm。
本实施方式对电导率的取值范围进行了更进一步的限定，此时，上述电导率的取值范围满足以下状态的电解液。例如，尚未使用的电解液。
进一步可选的，当锂盐的浓度θ为0.8mol/L时，电解液的电导率为9.1～10.3ms/cm。当锂盐的浓度θ为0.9mol/L时，电解液的电导率为10.3～11.2ms/cm。当锂盐的浓度θ为1.0mol/L时，电解液的电导率为10.5～12.0ms/cm。当锂盐的浓度θ为1.1mol/L时，电解液的电导率为10.4～11.8ms/cm。当锂盐的浓度θ为1.2mol/L时，电解液的电导率为10.2～11.5ms/cm。
通过比较不同浓度的锂盐，可知锂盐的浓度并非越高越好，在综合考虑成本与电性能后，本实施方式优选例为1.0mol/L锂盐浓度、电导率10.5～12.0范围的电解液，该电解液具有较优的电性能。
综上所述，本实施方式提供的电解液的电导率满足σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ。从上述关系式可以看出电解液的电导率和锂盐浓度θ、以及环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比γ相关。具体地，对于锂盐浓度θ来说，首先，随着锂盐浓度增大，电解液的电导率也逐渐增大，所以锂盐浓度与电导率呈线性关系，故在上述关系中包括kθ2*θ。其次，随着锂盐浓度不断增大，电解液的粘度也逐渐增大；当锂盐浓度增大至阈值时，由于电解液的粘度较高，导致电解液的电导率下降，换句话说，当锂盐的浓度增大至阈值后，随着锂盐的浓度的增加，电导液的电解率下降。因此，当锂盐的浓度增大至阈值后，锂盐浓度与电导率呈抛物线关系，故在上述关系中包括kθ1*θ2。
对于环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比γ来说，由于环状有机溶剂具有较低的粘度，能够较好地溶解锂盐，且线状有机溶剂具有合适的介电常数；当环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比增大时，即代表环状有机溶剂占环状有机溶剂与线状有机溶剂之和的比例增加，换而言之，环状有机溶剂的质量增加，使电解液具有更低的粘度，能够较好地溶解锂盐，电解液的电导率也逐渐增大，所以环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比与电导率成线性关系，故在上述关系中包括kγ*γ。
本实施方式的电解液通过使电解液满足该条件，可以使电解液中的锂盐、溶剂、及添加剂按照上述关系进行配比，从而使锂盐、溶剂、及添加剂能够更好地相互配合，进而提高电解液中的电导率。相较于相关技术中相同锂盐浓度的电解液，本申请提供的电解液的电导率更高。
因此，本实施方式在不改变锂盐浓度的情况下，能够通过使锂盐、溶剂、及添加剂满足上述条件，即使锂盐浓度保持不变的情况下，通过优化锂盐、溶剂、及添加剂三者之间的配合关系，从而使三者相互配合的效果更好，进而使电解液具有较高的电导率。并且，本实施方式可以从成本角度选择锂盐浓度适中的范围，制备一种较高电导率的电解液，提升锂离子电池电性能。
在一种实施方式中，所述添加剂的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的1～10％。可选的，添加剂占溶剂与添加剂之和的质量分数2％、或3％、或4％、或5％、或6％、或7％、或8％、或9％。
添加剂的质量占溶剂与添加剂的质量和的质量分数为1～10％，不仅能够使溶剂与添加剂之间配比更好，从而提高电解液中的电导率；而且还能够降低成本，减少损耗。若添加剂的质量占溶剂与添加剂的质量和的质量分数小于1％时，则会导致添加剂的量过少，导致无法获得较高的电导率；若添加剂的质量占溶剂与添加剂的质量和的质量分数大于10％时，并则会增加溶剂与添加剂的材料损耗，增加成本。所以将添加剂的质量占溶剂与添加剂的质量和的质量分数设置为1～10％，既可以使溶剂与添加剂之间配比更好，从而提高电解液中的电导率；又可以降低成本，减少损耗。
并且，当添加剂占溶剂与添加剂之和的质量分数大于10％时，SEI膜副反应增加，添加剂不止跟电池的石墨反应，还会和粘结剂等其他物质反应，导致SEI膜容易脱落，从而降低电解液的电导率。
需要说明的是，SEI膜指的是在锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化膜。这种钝化膜是一种界面层，具有固体电解质的特征，锂离子可以经过该钝化膜自由地嵌入与脱出。
在一种实施方式中，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)与氟代碳酸乙烯酯(FEC)，且所述碳酸亚乙烯酯(VC)的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数为2～3％，所述氟代碳酸乙烯酯(FEC)的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数为1～2％。
可选的，碳酸亚乙烯酯(VC)的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数为2.2％、或2.4％、或2.6％、或2.8％。氟代碳酸乙烯酯(FEC)的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数为为1.2％、或1.4％、或1.6％、或1.8％。
在一种实施方式中，所述添加剂还包括1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)、和乙烯基代碳酸乙烯酯(VEC)。
本实施方式中采用碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)、乙烯基代碳酸乙烯酯(VEC)中的一种或多种作为电解液的添加剂，使添加剂能够跟电池的石墨反应，形成稳定的SEI膜，从而使锂离子可以经过SEI膜自由地嵌入与脱出，提高锂离子的循环性能，进而提高电解液的电导率，提高电池的电性能。
碳酸亚乙烯酯(VC)的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数为2～3％，不仅能够形成稳定的SEI膜，从而提高电解液中的电导率；而且还能够降低成本，减少损耗。若碳酸亚乙烯酯(VC)的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数小于2％时，则会导致碳酸亚乙烯酯(VC)的量过少，无法形成足够的SEI膜，导致无法获得较高的电导率；若碳酸亚乙烯酯(VC)的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数大于3％时，并则会增加碳酸亚乙烯酯(VC)的材料损耗，增加成本；而且还会增加SEI副反应发生的几率，降低电解液的电导率。
氟代碳酸乙烯酯(FEC)的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数为1～2％，不仅能够形成稳定的SEI膜，从而提高电解液中的电导率；而且还能够降低成本，减少损耗。若氟代碳酸乙烯酯(FEC)的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数为小于1％时，则会导致氟代碳酸乙烯酯(FEC)的量过少，无法形成足够的SEI膜，导致无法获得较高的电导率；若氟代碳酸乙烯酯(FEC)的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数为大于2％时，并则会增加氟代碳酸乙烯酯(FEC)的材料损耗，增加成本；而且还会增加SEI副反应发生的几率，降低电解液的电导率。
在一种实施方式中，所述溶剂满足如下情况中的至少一种：所述环状有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、二氧五环(DOL)、及环丁砜(TMS)中的一种或多种。另外，在上述环状有机溶剂中碳酸乙烯酯(EC)、及碳酸丙烯酯(PC)可以称之为环状碳酸酯。
所述线状有机溶剂包括碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、乙酸乙酯(EA)、乙酸甲酯(MA)、丙酸丙酯(PP)、丁酸乙酯(EB)、丙酸乙酯(EP)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、二甘醇二甲醚(DG)、及己二腈(ADN)中的一种或多种。另外，在上述线状有机溶剂中碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、及碳酸二乙酯(DEC)可以称之为线状碳酸酯。
可选的，请参考图1，图1为本申请一实施方式中电解液的制备方法的工艺流程图。本申请还提供一种电解液的制备方法，包括：
S100，提供锂盐、溶剂、及添加剂；其中，所述溶剂包括环状有机溶剂与线状有机溶剂。
S200，将所述锂盐与所述添加剂均添加至所述溶剂中，得到电解液，所述电解液的电导率σ满足以下条件：σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ；其中，kθ1、kθ2、kγ、及kσ均为常数，θ代表所述电解液中的锂盐浓度，γ代表所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比。
在S200，制备电解液的步骤中，包括：
制备所述溶剂。
将所述锂盐、所述添加剂、及所述溶剂混合，得到所述电解液。
例如，先将溶剂中的各种溶液按照比例混合，混合完毕后将溶剂降温。在手套箱中往溶剂中加入锂盐，需一边搅拌一边加，控制溶液温度不超过20℃。往锂盐与溶剂的混合溶液中加入计算好用量的添加剂，搅拌混合均匀后得到电解液。
需要说明的是，本实施方式对所述锂盐、所述添加剂、及所述溶剂混合的顺序不进行限定，仅需能得到所述电解液即可。
本申请还提供了一种电池，包括正极、负极、及如本申请上述提供的电解液。
本实施方式提供的电池，通过采用正极、负极、及本申请上述提供的电解液相互配合，实现放电与充电。由于采用本申请上述提供的电解液，使电池中的电解液的电导率满足σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ，获得锂盐、溶剂、及添加剂之间更好的配比，优化锂盐、溶剂、及添加剂三者之间的配合关系，从而使锂盐、溶剂、及添加剂能够更好地相互配合，进而提高电解液中的电导率，提高电池的电性能。
本申请还提供了一种用电设备，包括如申请上述提供的电池，所述电池用于供电。
本实施方式对用电设备不进行限定，仅需可采用电池供电即可。可选的，用电设备包括但不限于车辆、蓄电池组等。
本实施方式提供的用电设备，通过采用本申请上述提供的电池，使电池中的电导率满足σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ，获得锂盐、溶剂、及添加剂之间更好的配比，优化锂盐、溶剂、及添加剂三者之间的配合关系，从而使锂盐、溶剂、及添加剂能够更好地相互配合，进而提高电解液中的电导率，提高电池的电性能，提高用电设备的工作效率。
为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例由电解液的制备方法的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
实施例1：
提供锂盐：六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)；溶剂：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)；添加剂：碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)。
将六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)混合，得到电解液；其中，电解液的电导率σ满足以下条件：σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ；其中，kθ1、kθ2、kγ、及kσ均为常数，θ为所述电解液中的锂盐浓度，γ为所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比。
具体的，锂盐的浓度为1mol/L，六氟磷酸锂(LiPF6)：双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)＝5：5；碳酸乙烯酯(EC)：碳酸甲乙酯(EMC)：碳酸二甲酯(DMC)＝3：3：4；碳酸亚乙烯酯(VC)占溶剂与添加剂的和的质量分数为3％，氟代碳酸乙烯酯(FEC)占溶剂与添加剂的和的质量分数为1.5％；电解液的电导率为11.21ms/cm。
实施例2：
提供锂盐：六氟磷酸锂(LiPF6)；溶剂：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)；添加剂：碳酸亚乙烯酯(VC)。
将六氟磷酸锂(LiPF6)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚乙烯酯(VC)混合，得到电解液；其中，电解液的电导率σ满足以下条件：σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ；其中，kθ1、kθ2、kγ、及kσ均为常数，θ为所述电解液中的锂盐浓度，γ为所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比。
具体的，锂盐的浓度为1mol/L，碳酸乙烯酯(EC)：碳酸甲乙酯(EMC)：碳酸二甲酯(DMC)＝1：1：1；碳酸亚乙烯酯(VC)占溶剂与添加剂的和的质量分数为2％；电解液的电导率为10.65ms/cm。
实施例3：
提供锂盐：六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)；溶剂：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)；添加剂：碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)。
将六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)混合，得到电解液；其中，电解液的电导率σ满足以下条件：σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ；其中，kθ1、kθ2、kγ、及kσ均为常数，θ为所述电解液中的锂盐浓度，γ为所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比。
具体的，锂盐的浓度为1mol/L，六氟磷酸锂(LiPF6)：双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)＝1：9；碳酸乙烯酯(EC)：碳酸甲乙酯(EMC)：碳酸二甲酯(DMC)＝3：3：4；碳酸亚乙烯酯(VC)占溶剂与添加剂的和的质量分数为3％，氟代碳酸乙烯酯(FEC)占溶剂与添加剂的和的质量分数为1.5％；电解液的电导率为11.72ms/cm。
实施例4：
提供锂盐：六氟磷酸锂(LiPF6)；溶剂：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)；添加剂：碳酸亚乙烯酯(VC)。
将六氟磷酸锂(LiPF6)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚乙烯酯(VC)混合，得到电解液；其中，电解液的电导率σ满足以下条件σ＝kθ1*θ2+kθ2*θ+kγ*γ+kσ；其中，kθ1、kθ2、kγ、及kσ均为常数，θ为所述电解液中的锂盐浓度，γ为所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比。
具体的，锂盐的浓度为0.9mol/L，碳酸乙烯酯(EC)：碳酸甲乙酯(EMC)：碳酸二甲酯(DMC)＝1：1：1；碳酸亚乙烯酯(VC)占溶剂与添加剂的和的质量分数为2％；电解液的电导率为10.34ms/cm。
请参考图2，图2为各个实施例中电解液的容量保持率曲线图。电解液的容量保持率能够反映各个实施例中电解液的电性能。如图2所示，图2中曲线从上往下分别是实施例3、实施例1、实施例2、实施例4中电解液的容量保持率曲线。其中，电导率越大，电解液中锂离子的扩散能量越强，形成的SEI膜越稳定，循环寿命越高，电解液的容量保持率越高，即电导率越大，电解液的容量保持率越高，电解液的长循环电性能越强。根据上述可知，电解液中电导率由大到小的顺序为实施例3、实施例1、实施例2、实施例4。可见图2中的长循环电性能与实施例所得电解液电导率相符。实施例3的电解液的电导率最高，所以实施例3在图2中的容量保持率曲线也是最大。
需要说明的是，实施例1～4均是在25℃恒温温箱中进行充放电测试。测试方法为以1C电流恒流充电至3.65V后，恒压3.65V充电至0.05C，静置半小时，然后1C电流恒流放电至2.5V；静置半小时后重新开始充电循环。
在一种实施方式中，测试采用的正极片的制备方法包括：将正极活性材料磷酸铁锂、导电剂Super P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，制成正极浆料；其中，浆料烘干后的比例为活性物质(95％～98.5％)、导电剂(0.3％～0.8％)、粘结剂(1.6％～2.7％)；然后将正极浆料涂覆在13μm的铝箔表面，转移至烘箱中进行干燥，然后经过冷压、分切得到正极极片。其中，正极活性材料层的孔隙率为32.89％，压实密度为2.4g/cm3，双面涂布重量为0.033g/cm2，厚度150.5μm。并且，正极浆料固含量为58％～67％，粘度范围为5000～27000mPa·s。
在一种实施方式中，测试采用的负极片的制备方法包括：将负极活性材料石墨、导电剂Super P、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、粘接剂、丁苯橡胶(SBR)在去离子水中混合均匀，制成负极浆料；其中，浆料烘干后的比例为活性物质(94.5％～98.3％)、导电剂(0.4％～1.2％)、增稠剂(0.3％～0.7％)、粘结剂(0.9％～1.7％)、丁苯橡胶(0.3％～1.2％)；将负极浆料涂布在厚度为6μm的铜箔表面，转移至烘箱中进行干燥，然后经过冷压、分切得到负极极片。其中，负极活性材料层的孔隙率为32.28％，压实密度为1.55g/cm3，双面涂布重量为0.016g/cm2，厚度106.2μm。并且，负极浆料固含量为49％～58％，粘度范围为2000～8000mPa·s。
在一种实施方式中，测试采用的隔离膜材料为聚丙烯薄膜(PP)，其厚度为16μm。
在一种实施方式中，锂离子电池的制备方法包括：将上述正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正、负极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壳中，干燥后分别注入实施例1-4的电解液，经过真空封装、静置、化成、整形，获得分别采用实施例1-4的电解液制备得到的锂离子电池。采用制备得到的锂电池进行电解液的容量保持率测试。
以上对本申请实施方式所提供的内容进行了详细介绍，本文对本申请的原理及实施方式进行了阐述与说明，以上说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (12)

1.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐、溶剂及添加剂，所述溶剂包括环状有机溶剂与线状有机溶剂；所述电解液的电导率σ满足以下条件：σ=kθ1 θ2+kθ2/>θ+kγ/>γ+kσ；
其中，在所述电解液中，kθ1、kθ2、kγ及kσ均为常数，kθ1的取值范围为-51~-40，kθ2的取值范围为88.2~107.8，kγ的取值范围为3.5~4.3，kσ的取值范围为-42.9~-35.1；
θ代表所述电解液中的锂盐浓度，所述锂盐的浓度θ为0.8~1.2mol/L；
γ代表所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比，所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比γ为（1-6）：（9-4）；
所述添加剂的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的1~10%。
2.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，在所述电解液中，kθ1的取值范围为-48.7~-44.3，kθ2的取值范围为93.2~103.2，kγ的取值范围为3.7~4.1，kσ的取值范围为-41.0~-37.1。
3.如权利要求2所述的电解液，其特征在于，在所述电解液中，kθ1的取值范围为-46.4，kθ2的取值范围为98.2，kγ的取值范围为3.9，kσ的取值范围为-39。
4.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐包括第一锂盐与第二锂盐中的至少一者；当所述锂盐包括所述第一锂盐与所述第二锂盐时，构成所述第一锂盐的至少一种化学元素不同于构成所述第二锂盐的化学元素，所述第一锂盐与所述第二锂盐的质量比为1：（1-9）。
5.如权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述第一锂盐与所述第二锂盐均包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂、双草酸硼酸锂及二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液的电导率σ为7~12.5ms/cm。
7.如权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述电解液的电导率σ为10~11.5ms/cm。
8.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯与氟代碳酸乙烯酯，且所述碳酸亚乙烯酯的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数为2~3％，所述氟代碳酸乙烯酯的质量占所述溶剂与所述添加剂的质量和的质量分数为1~2％。
9.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包括1,3-丙烷磺酸内酯和乙烯基代碳酸乙烯酯。
10.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述溶剂满足如下情况中的至少一种：
所述环状有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、二氧五环及环丁砜中的一种或多种；
所述线状有机溶剂包括碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯、丙酸乙酯、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚及己二腈中的一种或多种。
11.一种电池，其特征在于，包括正极、负极及如权利要求1-10任一项所述的电解液。
12.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求11所述的电池，所述电池用于供电。
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