CN116666756A - 一种电解液和电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电解液和电池。本发明第一方面提供一种电解液，所述电解液包括添加剂，所述添加剂具有式1所示的结构。本发明提供的磷酸酯类电解液添加剂，具备如式1所示的三维骨架结构，不仅能够参与SEI膜的形成，并且在成膜过程中能构筑空腔通道，提高SEI膜的孔隙率，有利于提高离子的传输效率，减少温度对离子传输效率的影响，进而提高电池的高低温性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解液和电池，涉及电池技术领域。
背景技术
电池作为供能设备已得到广泛应用。电解液作为电池的重要组成部分之一，包括非水溶剂、电解质和添加剂，适合的添加剂能够有效提高电池的性能。
磷酸酯化合物作为电解液添加剂已被本领域技术人员广泛认知，例如，公布号为CN114899490A的中国发明专利提供了一种含有不饱和五元环状磷酸酯及衍生物的环状磷酸酯添加剂，有助于提高锂离子电池的常温循环性能、高温循环性能和高温存储性能；公布号为CN114824484A的中国发明专利提供了一种环状磷酸酯类电解液添加剂，有助于改善锂离子电池常温下的循环性能和首次库伦效率；公布号为CN115377495A的中国发明专利提供了一种磷酸酯类添加剂，有助于提高高镍三元/硅碳体系锂离子电池在常温下的循环稳定性；公布号为CN115832436A的中国专利提供了一种能够兼顾高低温性能的电解液，通过三苯基膦烯基化合物和具有羰基的化合物的共同作用，改善电池的低温倍率放电性能，以及常温和高温循环寿命。如何通过单一组分的磷酸酯化合物提高电池的高低温性能，是本领域技术人员的研究方向之一。
发明内容
本发明提供一种电解液，用于提高电池的高低温性能。
本发明还提供一种电池，包括上述电解液。
本发明第一方面提供一种电解液，所述电解液包括添加剂，所述添加剂具有式1所示的结构：
式1中，R1选自取代或未取代的C2-C4的饱和烃基、C2-C4的烯烃基、C2-C4的炔烃基，取代基选自羟基、卤素中的一种或多种；R2、R3、R4、R5、R6、R7独立的选自H、苯基、卤素、C1-C10的饱和烃基、C2-C10的烯烃基、C2-C10的炔烃基、C1-C10的卤代烃基、C2-C10的卤代烯烃基、C2-C10的卤代炔烃基。
如上所述的电解液，所述R2、R3、R4、R5、R6、R7独立的选自H、甲基中的一种。
如上所述的电解液，所述添加剂为式1-1～式1-8所示化合物中的一种或多种，其中：
如上所述的电解液，所述添加剂的质量为电解液总质量的0.1％-10％。
如上所述的电解液，所述电解液还包括非水有机溶剂和锂盐。
如上所述的电解液，所述锂盐选自无机锂盐、羧酸锂盐类、磺酸锂盐类、酰亚胺锂盐、甲基化锂盐、硼酸锂盐、草酸锂盐、含氟有机锂盐中的一种或多种。
如上所述的电解液，所述锂盐的浓度为0.5M-2M。
如上所述的电解液，所述非水有机溶剂包括碳酸酯类化合物、羧酸酯类化合物、醚类化合物、砜类化合物中的一种或多种。
如上所述的电解液，所述电解液还包括其他添加剂，所述其他添加剂选自成膜添加剂、导电添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂、改善高低温性能的添加剂中的一种或多种。
本发明第二方面提供一种电池，包括上述任一所述的电解液。
本发明提供的磷酸酯类电解液添加剂，其具备如式1所示的三维骨架结构，不仅能够参与SEI膜的形成，并且在成膜过程中能构筑空腔通道，提高SEI膜的孔隙率，有利于提高离子的传输效率，减少温度对离子传输效率的影响，进而提高电池的高低温性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的如式1-1所示的电解液添加剂的H谱；
图2为本发明实施例1提供的如式1-1所示的电解液添加剂的P谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
本发明第一方面提供一种电解液，其包括添加剂，所述添加剂具有式1所示的结构：
式1中，R1选自取代或未取代的C2-C4的饱和烃基、C2-C4的烯烃基、C2-C4的炔烃基，取代基选自羟基、卤素中的一种或多种；R2、R3、R4、R5、R6、R7独立的选自H、苯基、卤素、C1-C10的饱和烃基、C2-C10的烯烃基、C2-C10的炔烃基、C1-C10的卤代烃基、C2-C10的卤代烯烃基、C2-C10的卤代炔烃基。
在本发明中，饱和烃基是指具有相应碳原子个数的烷基，具有结构通式-CnH2n+1，当指定具有具体碳数的烷基时，包括具有该碳数的所有几何异构体，例如，饱和烃基选自甲基、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、环丁基等。此外，饱和烃基中任意的H原子可以被羟基或卤素取代。
在本发明中，烯烃基是指具有相应碳原子个数的、含有一个或多个碳碳双键的不饱和烃基。例如，烯烃基选自乙烯基、正丙烯基、异丙烯基、正-丁-2-烯基、丁-3-烯基、正-己-3-烯基、芳香烃等。此外，烯烃基中任意的H原子可以被羟基或卤素取代。
在本发明中，炔烃基是指具有相应碳原子个数的、含有一个或多个碳碳三键的不饱和烃基。例如，炔烃基选自乙炔基、正丙炔基、异丙炔基、正-丁-2-炔基、丁-3-炔基、正-己-3-炔基等。此外，烯烃基中任意的H原子可以被羟基或卤素取代。
本发明提供的磷酸酯类电解液添加剂，其具备如式1所示的三维骨架结构，不仅能够参与SEI膜的形成，并且在成膜过程中能构筑空腔通道，提高SEI膜的孔隙率，有利于提高离子的传输效率，减少温度对离子传输效率的影响，进而提高电池的高低温性能。
在一种具体实施方式中，所述R2、R3、R4、R5、R6、R7独立的选自H、甲基中的一种。
进一步地，所述添加剂为式1-1～式1-8所示化合物中的一种或多种，其中：
本发明提供的式1-1～1-8所示的化合物，在R1位置具有适合的取代基团，有助于进一步提高SEI膜的孔隙率和稳定性。
在一种具体实施方式中，考虑到添加剂效果的发挥，添加剂的含量一般不低于0.1％，但添加剂含量过多，会增加电解液的黏度和离子电导率，影响电池的容量和阻抗，因此，在电解液中，添加剂的质量为电解液总质量的0.1％-10％；进一步地，添加剂的质量为电解液总质量的0.5％-5％。
本发明提供的电解液还包括非水有机溶剂和锂盐，非水有机溶剂和锂盐的种类可为本领域常规材料，具体地，所述非水有机溶剂包括碳酸酯类化合物、羧酸酯类化合物、醚类化合物、砜类化合物中的一种或多种。
具体地，碳酸酯类化合物包括环状碳酸酯、线性碳酸酯中的一种或多种，环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)中的一种或多种；线性碳酸酯包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲丙酯(MPC)中的一种或多种。
羧酸酯类化合物包括环状羧酸酯和线性羧酸酯，环状羧酸酯包括γ-丁内酯、γ-戊内酯、γ-己内酯、ε-己内酯中的一种或多种；线性羧酸酯包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯(PP)、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、丙酸异丙酯、丙酸正丁酯、丙酸异丁酯、丙酸叔丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸正丙酯、丁酸异丙酯、异丁酸甲酯、异丁酸乙酯、异丁酸正丙酯、异丁酸异丙酯中的一种或多种。
醚类化合物可以为碳原子个数为3～10的链状醚，或者碳原子个数为3～6的环状醚，例如，碳原子个数为3～10的链状醚选自乙醚、二(2-氟乙基)醚、二(2,2-二氟乙基)醚、二(2,2,2-三氟乙基)醚、乙基(2-氟乙基)醚、乙基(2,2,2-三氟乙基)醚、乙基(1,1,2,2-四氟乙基)醚、(2-氟乙基)(2,2,2-三氟乙基)醚、(2-氟乙基)(1,1,2,2-四氟乙基)醚、(2,2,2-三氟乙基)(1,1,2,2-四氟乙基)醚、乙基正丙基醚、乙基(3-氟正丙基)醚、乙基(3,3,3-三氟正丙基)醚、乙基(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、乙基(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、2-氟乙基正丙基醚、(2-氟乙基)(3-氟正丙基)醚、(2-氟乙基)(3,3,3-三氟正丙基)醚、(2-氟乙基)(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(2-氟乙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、2,2,2-三氟乙基正丙基醚、(2,2,2-三氟乙基)(3-氟正丙基)醚、(2,2,2-三氟乙基)(3,3,3-三氟正丙基)醚、(2,2,2-三氟乙基)(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(2,2,2-三氟乙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、1,1,2,2-四氟乙基正丙基醚、(1,1,2,2-四氟乙基)(3-氟正丙基)醚、(1,1,2,2-四氟乙基)(3,3,3-三氟正丙基)醚、(1,1,2,2-四氟乙基)(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(1,1,2,2-四氟乙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、二正丙基醚、(正丙基)(3-氟正丙基)醚、(正丙基)(3,3,3-三氟正丙基)醚、(正丙基)(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(正丙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、二(3-氟正丙基)醚、(3-氟正丙基)(3,3,3-三氟正丙基)醚、(3-氟正丙基)(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(3-氟正丙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、二(3,3,3-三氟正丙基)醚、(3,3,3-三氟正丙基)(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(3,3,3-三氟正丙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、二(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(2,2,3,3-四氟正丙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、二(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、二正丁基醚、二甲氧基甲烷、甲氧基乙氧基甲烷、甲氧基(2-氟乙氧基)甲烷、甲氧基(2,2,2-三氟乙氧基)甲烷、甲氧基(1,1,2,2-四氟乙氧基)甲烷、二乙氧基甲烷、乙氧基(2-氟乙氧基)甲烷、乙氧基(2,2,2-三氟乙氧基)甲烷、乙氧基(1,1,2,2-四氟乙氧基)甲烷、二(2-氟乙氧基)甲烷、(2-氟乙氧基)(2,2,2-三氟乙氧基)甲烷、(2-氟乙氧基)(1,1,2,2-四氟乙氧基)甲烷、二(2,2,2-三氟乙氧基)甲烷、(2,2,2-三氟乙氧基)(1,1,2,2-四氟乙氧基)甲烷、二(1,1,2,2-四氟乙氧基)甲烷、二甲氧基乙烷、甲氧基乙氧基乙烷、甲氧基(2-氟乙氧基)乙烷、甲氧基(2,2,2-三氟乙氧基)乙烷、甲氧基(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、二乙氧基乙烷、乙氧基(2-氟乙氧基)乙烷、乙氧基(2,2,2-三氟乙氧基)乙烷、乙氧基(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、二(2-氟乙氧基)乙烷、(2-氟乙氧基)(2,2,2-三氟乙氧基)乙烷、(2-氟乙氧基)(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、二(2,2,2-三氟乙氧基)乙烷、(2,2,2-三氟乙氧基)(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、二(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、乙二醇二正丙基醚、乙二醇二正丁基醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚中的一种或多种；碳原子个数为3～6的环状醚选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、3-甲基四氢呋喃、1,3-二氧杂戊环、2-甲基-1,3-二氧杂戊环、4-甲基-1,3-二氧杂戊环、1,4-二氧杂戊环中的一种或多种。
进一步地，醚类化合物的分子结构中部分氢原子任选被氟取代。
醚类化合物作为辅助溶剂存在的条件下，在负极活性物质为碳质材料的情况下，易于避免醚类化合物与锂离子一起发生共嵌入而导致容量下降的问题。
砜类化合物选自二甲基砜、乙基甲基砜、二乙基砜、正丙基甲基砜、异丙基甲基砜、正丁基甲基砜、叔丁基甲基砜、单氟甲基甲基砜、二氟甲基甲基砜、三氟甲基甲基砜、单氟乙基甲基砜、二氟乙基甲基砜、三氟乙基甲基砜、五氟乙基甲基砜、乙基单氟甲基砜、乙基二氟甲基砜、乙基三氟甲基砜、乙基三氟乙基砜、乙基五氟乙基砜、三氟甲基正丙基砜、三氟甲基异丙基砜、三氟乙基正丁基砜、三氟乙基叔丁基砜、三氟甲基正丁基砜、三氟甲基叔丁基砜中的一种或多种；砜类化合物作为辅助溶剂存在的情况下，可提高电池的循环性能和循环保持性能，降低溶液粘度，提高电化学性能。
在一种优选实施方式中，本发明所使用的溶剂同时包括环状有机溶剂和线性有机溶剂，以下列出了可选的溶剂组合：
非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)和丙酸甲酯(PP)，且EC、PC、DEC和PP的质量比为1-10:1-10:1-10:1-10，进一步地，EC、PC、DEC和PP的质量比为1-10:1:1-10:1-10。
非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)，且EC、DEC和EMC的质量比为1:0.1-10:0.1-10；进一步地，EC、DEC和EMC的质量比为1:0.2-5:0.2-5；更进一步地，EC、DEC和EMC的质量比为1:0.5-2:0.5-2。
非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸甲乙酯(EMC)，且EC、PC和EMC的质量比为1:0.1-10:0.1-10；进一步地，EC、PC和EMC的质量比为1:0.2-5:0.2-5；更进一步地，EC、PC和EMC的质量比为1:0.5-2:0.5-2。
非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)，且EC、DMC和EMC的质量比为1:0.1-10:0.1-10；进一步地，EC、DMC和EMC的质量比为1:0.2-5:0.2-5；更进一步地，EC、DMC和EMC的质量比为1:0.5-2:0.5-2。
本发明中，锂盐可选自无机锂盐、羧酸锂盐类、磺酸锂盐类、酰亚胺锂盐、甲基化锂盐、硼酸锂盐、草酸锂盐、含氟有机锂盐中的一种或多种，具体地，无机锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAlF4、LiSbF6、LiTaF6、LiWF7中的一种或多种；羧酸锂盐类选自HCO2Li、CH3CO2Li、CH2FCO2Li、CHF2CO2Li、CF3CO2Li、CF3CH2CO2Li、CF3CF2CO2Li、CF3CF2CF2CO2Li、CF3CF2CF2CF2CO2Li中的一种或多种；磺酸锂盐类选自FSO3Li、CH3SO3Li、CH2FSO3Li、CHF2SO3Li、CF3SO3Li、CF3CF2SO3Li、CF3CF2CF2SO3Li、CF3CF2CF2CF2SO3Li中的一种或多种；酰亚胺锂盐选自LiN(FCO)2、LiN(FCO)(FSO2)、双氟磺酰亚胺锂LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、环状1,2-全氟乙烷二磺酰亚胺锂、环状1,3-全氟丙烷二磺酰亚胺锂、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)中的一种或多种；甲基化锂盐选自LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3中的一种或多种；硼酸锂盐选自二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂中的一种或两种；草酸锂盐选自四氟草酸磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、三草酸)磷酸锂中的一种或多种；含氟有机锂盐选自LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiBF3C3F7、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2中的一种或多种。
进一步地，锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂中的一种或多种。
进一步地，锂盐的浓度为0.5M-2M，更进一步地，锂盐的浓度为0.5M-1.5M，更进一步地，锂盐的浓度为0.7M-1.5M。
此外，本发明提供的电解液还包括其他添加剂，所述其他添加剂选自成膜添加剂、导电添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂、改善高低温性能的添加剂中的一种或多种，具体种类和添加量可根据需要进行设置。
在一种具体实施方式中，改善高低温性能的添加剂选自碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烷磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种，将式1所示的化合物与上述添加剂配合使用，有助于进一步优化电池的高低温性能。
本发明第二方面提供一种电池，包括上述任一所述的电解液。
基于本发明第一方面提供的电解液，本发明提供的电池具有较好的高低温性能。
在一种具体实施方式中，所述电池为锂离子电池，除本发明第一方面提供的电解液外，还包括正极极片、负极极片和隔膜，具体地：
正极极片包括正极集流体和设置在正极集流体表面的正极活性物质层，正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，其中，正极集流体一般为铝箔，正极活性物质选自锂的过渡金属氧化物，例如，LiCoO2、LiMn2O4、LiMnO2、Li2MnO4、LiFePO4、Li1+aMn1-xMxO2、LiCo1-xMxO2、LiFe1-xMxPO4、Li2Mn1-xO4，M选自Ni、Co、Mn、Al、Cr、Mg、Zr、Mo、V、Ti、B、F中的一种或多种，0≤a<0.2，0≤x<1。
负极极片包括负极集流体和设置在负极集流体表面的负极活性物质层，负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，其中，负极集流体一般为铜箔，负极活性物质选自碳质材料、硅碳材料、合金材料、含锂金属复合氧化物中的一种或多种。
正极活性物质层和负极活性物质层中导电剂、粘结剂的选择均可为本领域常规材料。
隔膜包括聚烯烃、芳香族聚酰胺、聚四氟乙烯、聚醚砜中的一种或多种，具体可根据需要进行设置。
以下结合具体实施例对本发明提供的方案进行详细阐述：
实施例1
本实施例提供的电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其中，非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、丙酸甲酯(PP)、碳酸二乙酯(DEC)，且EC:PC:PP:DEC的质量比为3:2:5:5；锂盐为LiPF6，其其浓度为1mol/L；添加剂具有式1-1所示结构，其质量为电解液总质量的1.0％。
式1-1所示化合物的制备方法如下：在三口烧瓶中加入5g的2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇，在加入25mL的1,4-二氧六环，在氮气氛围下加热至95℃，与过量的三氯氧磷反应4小时，待完成后蒸除溶剂，将所得粗产物用蒸馏水重结晶，然后在70℃真空干燥即得白色固体，并对白色固体进行核磁分析，分析得到的H谱和P谱如图1-2所示，证明确实合成了式1-1所示的化合物，所涉及的反应式如下：
实施例2～19以及对比例1～6提供的电解液配方与实施例1基本相同，不同之处在于：实施例2～8中所使用的添加剂种类不同；实施例9中非水有机溶剂的体积比不同；实施例10中非水有机溶剂的组成不同；实施例11中锂盐种类不同；实施例12-15中所使用的添加剂的含量不同；实施例16-19中还包括第二添加剂；对比例1～2中不添加具有式1所示结构的添加剂；对比例3～6中所使用的添加剂为式2～4所示的化合物，具体不同之处在表1-2中列出。
表1实施例1-15和对比例1-6提供的电解液组成
表2实施例16-19提供的电解液组成
将实施例1～19和对比例1～6提供的电解液与正极极片、隔膜和负极极片组装得到锂离子电池，其制备方法如下：
将正极材料(NCM523)、导电剂SuperP(导电碳黑)和CNT(碳纳米管)、粘接剂PVDF(聚偏二氟乙烯)按质量比96.3:2:0.5:1.2混合均匀制备得到正极活性物质层浆料，并涂布在铝箔表面，在85℃下烘干后进行冷压；然后进行切边、裁片、分条，分条后在真空条件下95℃烘干12小时，焊接极耳，得到面密度为33mg/cm2的正极极片。
将石墨、导电剂SuperP、增稠剂CMC、粘接剂SBR(丁苯橡胶乳液)按质量比95:1.5:1.0:2.5的比例制成负极活性物质层浆料，混合均匀，并涂布在铜箔表面，在85℃下烘干后进行冷压；然后进行切边、裁片、分条，分条后在真空条件下85℃烘干12小时，焊接极耳，得到面密度为20.3mg/cm2的负极极片。
将上述正极极片、隔膜和负极极片经叠片工艺制作成厚度为4.7mm，宽度为55mm，长度为60mm的锂离子电池，理论容量分别为1600mAh，在75℃下真空烘烤10小时，注入上述电解液。静置24小时后，在施加3kg/cm2的压力，用0.l C的恒流充6h，然后在45℃老化2天；用0.1C充电至4.4V，并恒压充电至电流下降到0.05C(80mA)；然后以0.1C放电至3.0V，得到首效；分别用0.5C、1C充放1周；最后用1C充电至3.8V作存放，完成电池制作。
对制备得到的锂离子电池进行高低温性能测试，测试方法如下，测试结果见表3：
25℃循环测试：在25℃以1.0C恒流充电至4.4V，恒压4.4V充电至截止电流0.05C，然后以1.0C恒流对电池进行放电，放电容量记为C0，重复充放电工步500周，获得第500周放电容量C500，容量保持率＝C500/C0*100。
45℃循环测试：在45℃以1.0C恒流充电至4.4V，恒压充电至截止电流0.05C，然后以1.0C恒流对电池进行放电，放电容量记为C0，重复充放电工步300周，获得第300周放电容量C300，容量保持率＝C300/C0*100％。
60℃存储14天容量保持率测试：在25℃以1.0C恒流充电至4.4V，恒压4.4V充电至截止电流0.05C，然后以1.0C恒流对电池进行放电，放电容量记为C0。在25℃下，以1.0C恒流充电至4.4V，恒压4.4V充电至截止电流0.05C，然后将电池转移至60℃搁置14天，然后以1.0C恒流对电池进行放电，放电容量记为C1，60℃存储14天容量保持率＝C1/C0*100％。
-20℃低温放电测试：在25℃以1.0C恒流充电至4.4V，恒压4.4V充电至截止电流0.05C，然后以0.5C恒流对电池进行放电，放电容量记为C0。在25℃下，以1.0C恒流充电至4.4V，恒压4.4V充电至截止电流0.05C，然后将电池转移至-20℃搁置240min，然后以0.5C恒流对电池进行放电，放电容量记为C1，-20℃放电率＝C1/C0*100％。
表3实施例1-19和对比例1-6提供的电池的性能测试结果
根据表3可知，实施例1～19提供的锂离子电池的高低温性能均优于对比例1～2，表明添加剂有助于提高电池的高低温性能，尤其是低温放电性能；根据实施例1～8可知，不同结构的添加剂会影响锂离子电池得性能，例如：当电解液中包括式1-4所示的结构的化合物时，锂离子电池的高温性能提升明显，这与F元素电负性高，形成界面膜稳定性高有关；当电解液包括式1-7和1-8所示结构的化合物时，锂离子电池的循环存储性能提升明显，这与双键或三键会发生电聚合形成致密的界面膜有关；碳原子个数不同也会影响锂离子电池的性能，如式1-1～1-3所示结构的化合物与式4～5所示的化合物相比，电池性能较好，这应与R1碳链过短或过长导致的界面膜孔隙率过大或过小有关，如甲基，链长过短，形成的空隙较大，使更多的电解液接触到表面氧化分解，造成电极极化，另高电压下电解液分解产生的HF会更容易腐蚀电极，造成电极结构破坏，从而导致常温、高温循环和高温存储性能下降；如戊基，链长过长，形成的空隙率较小，Li+很难在界面进行传输，从而导致低温性能下降；根据实施例9～11可知，当基础电解液成分和锂盐种类不同时，电池的高低温性能具有相近的效果，表明本发明提供的式1所示的化合物适配性较好，适用于不同有机溶剂中使用；根据实施例12～15可知，随着电解液中式1-1所示的添加剂的含量逐渐增多，电池的高低温性能提升，但当添加剂的含量提高至5％时，电池的性能下降，因此，式1所示的添加剂的优选含量为0.5％～2％，进一步优选为1％；根据实施例16-19可知，式1-1所示的添加剂与其他有助于电池高低温性能的其他添加剂的适配性较好，有助于进一步提高电池的高低温性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括添加剂，所述添加剂具有式1所示的结构：
式1中，R1选自取代或未取代的C2-C4的饱和烃基、C2-C4的烯烃基、C2-C4的炔烃基，取代基选自羟基、卤素中的一种或多种；R2、R3、R4、R5、R6、R7独立的选自H、苯基、卤素、C1-C10的饱和烃基、C2-C10的烯烃基、C2-C10的炔烃基、C1-C10的卤代烃基、C2-C10的卤代烯烃基、C2-C10的卤代炔烃基。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述R2、R3、R4、R5、R6、R7独立的选自H、甲基中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述添加剂为式1-1～式1-8所示化合物中的一种或多种，其中：
4.根据权利要求1-3任一项所述的电解液，其特征在于，所述添加剂的质量为电解液总质量的0.1％-10％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括非水有机溶剂和锂盐。
6.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，所述锂盐选自无机锂盐、羧酸锂盐类、磺酸锂盐类、酰亚胺锂盐、甲基化锂盐、硼酸锂盐、草酸锂盐、含氟有机锂盐中的一种或多种。
7.根据权利要求5或6所述的电解液，其特征在于，所述锂盐的浓度为0.5M-2M。
8.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂包括碳酸酯类化合物、羧酸酯类化合物、醚类化合物、砜类化合物中的一种或多种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括其他添加剂，所述其他添加剂选自成膜添加剂、导电添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂、改善高低温性能的添加剂中的一种或多种。
10.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的电解液。
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| CN202310691355.9A Pending CN116666756A (zh) | 2023-06-12 | 2023-06-12 | 一种电解液和电池 |
Country Status (1)
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-
2023
- 2023-06-12 CN CN202310691355.9A patent/CN116666756A/zh active Pending
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