CN116960467B - 电池单体、电池和用电装置 - Google Patents

电池单体、电池和用电装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种电池单体、电池和用电装置，电池单体包括电解液，电解液包括溶剂，溶剂包括第一溶剂，第一溶剂含有硫氧双键，且第一溶剂的重量含量大于等于20%，基于溶剂的总重量计，电池单体包括金属电池单体、金属空气电池单体、金属硫电池单体以及无负极金属电池单体中的一种。本申请能够提升电池的循环性能。

Description

电池单体、电池和用电装置
技术领域
本申请涉及一种电池单体、电池和用电装置。
背景技术
近年来，电池被广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。随着电池的应用及推广，传统的以碳基材料为负极的电池的能量密度已经不能满足需求，因此需要具有更高能量密度的电池体系。以锂金属等材料为负极的电池具有高能量密度，但是，该电池的循环寿命较短。上述的陈述仅用于提供与本申请有关的背景技术信息，而不必然地构成现有技术。
发明内容
本申请提供一种电池单体、电池和用电装置，其能够提升电池的循环性能。
本申请第一方面提供一种电池单体，其包括电解液，所述电解液包括溶剂，所述溶剂包括第一溶剂，所述第一溶剂含有硫氧双键，且所述第一溶剂的重量含量大于等于20%，基于所述溶剂的总重量计。所述电池单体包括金属电池单体、金属空气电池单体、金属硫电池单体以及无负极金属电池单体中的一种。
将含有硫氧双键的第一溶剂用作电解液的主溶剂时，可以提高电解液的耐氧化能力、减少电解液的氧化分解，从而有利于提升电池的循环寿命。
在任意实施例中，所述第一溶剂包括砜化合物、亚砜化合物、硫酸酯化合物、亚硫酸酯化合物、磺酸酯化合物、磺酰胺化合物、亚磺酰胺化合物中的一种或多种。
在任意实施例中，所述第一溶剂包括式（1）至式（9）所示化合物中的一种或多种。
R1至R12各自独立地包括C3-C10烷基、C3-C10氟代烷基、苯基、氟代苯基、C7-C10烷基苯基、C7-C10氟代烷基苯基中的一种，可选地，R1至R12各自独立地包括C4-C6烷基、C4-C6氟代烷基、苯基、氟代苯基、甲基苯基、氟代甲基苯基中的一种。
R13至R23各自独立地包括C1-C10烷基、C1-C10氟代烷基中的一种，可选地，R13至R23各自独立地包括C4-C6烷基、C4-C6氟代烷基中的一种。
当第一溶剂包括式（1）至式（9）所示化合物中的一种或多种时，可以提高电解液的耐氧化性、减少电解液的氧化分解，还可以提高电解液的耐还原性，减少电解液与金属负极发生腐蚀反应，由此可以提升电解液的电化学稳定窗口，从而本申请实施例提供的电解液可以使电池具有良好的循环性能，特别地，可以使电池在高电压范围下具有高循环稳定性和长循环寿命。
在任意实施例中，所述第一溶剂包括式（1）至式（2）、式（7）至式（9）所示化合物中的一种或多种。由此可以使第一溶剂兼具高耐氧化性和高耐还原性，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在任意实施例中，R1至R12各自独立地包括C3-C10支链烷基、C3-C10氟代支链烷基、苯基、氟代苯基、C7-C10烷基苯基、C7-C10氟代烷基苯基中的一种；可选地，R1至R12各自独立地包括C4-C6支链烷基、C4-C6氟代支链烷基、苯基、氟代苯基、甲基苯基、氟代甲基苯基中的一种。
R1至R12具有支链结构时，可以增加硫氧双键中的氧原子与电解液中其他组分以及金属负极接触时的空间位阻，由此可以进一步降低第一溶剂与金属负极的反应速率，减少金属负极的腐蚀，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在任意实施例中，R1至R12各自独立地包括C3-C10烷基、苯基、C7-C10烷基苯基中的一种；可选地，R1至R12各自独立地包括C4-C6烷基、苯基、甲基苯基中的一种。
当R1至R12在上述范围内时，可以进一步提升第一溶剂的耐还原性，减少金属负极的腐蚀，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在任意实施例中，R1至R12各自独立地包括C3-C10烷基、C3-C10氟代烷基中的一种；可选地，R1至R12各自独立地包括C3-C10支链烷基、C3-C10氟代支链烷基中的一种；更可选地，R1至R12各自独立地包括C4-C6支链烷基、C4-C6氟代支链烷基中的一种；更进一步可选地，R1至R12各自独立地包括C4-C6支链烷基中的一种。
当R1至R12在上述范围内时，可以进一步提升第一溶剂的耐还原性，减少金属负极的腐蚀，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在任意实施例中，R13至R23各自独立地包括C3-C10支链烷基中的一种，可选地，R13至R23各自独立地包括C4-C6支链烷基中的一种。
R13至R23具有支链结构时，可以增加硫氧双键中的氧原子与电解液中其他组分以及金属负极接触时的空间位阻，由此可以进一步降低第一溶剂与金属负极的反应速率，减少金属负极的腐蚀，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在任意实施例中，所述第一溶剂包括如下化合物中的一种或多种：
。
可选地，所述第一溶剂包括A-5、A-6、A-13、A-14中的一种或多种。
第一溶剂在上述范围内时，可以提升电解液的离子电导率，提升电解液的耐氧化还原窗口，促进金属致密沉积，由此可以使电池具有更高的循环稳定性和更长的循环寿命。
在任意实施例中，所述第一溶剂的重量含量为40%-80%，可选为50%-70%，基于所述溶剂的总重量计。第一溶剂的重量含量在上述范围内时，可以更好地发挥第一溶剂稳定正极和稳定负极的作用，并还有助于形成具有合适离子电导率的电解液，由此有助于电池具有更高的循环稳定性和更长的循环寿命。
在任意实施例中，所述第一溶剂的重量含量为100%，基于所述溶剂的总重量计。
在任意实施例中，所述溶剂还包括第二溶剂和/或第三溶剂。
所述第二溶剂包括卤代或未卤代的酯类化合物、醚类化合物、第一氟醚类化合物中的一种或多种，所述第一氟醚类化合物的分子结构中与醚氧键官能团上的氧原子直接连接的α-碳原子上均不具有与所述α-碳原子直接连接的氟原子，可选为包括醚类化合物、第一氟醚类化合物中的一种或多种。
所述第三溶剂包括卤代或未卤代的烷烃化合物、卤代或未卤代的芳香烃化合物、第二氟醚类化合物中的一种或多种，所述第二氟醚类化合物的分子结构中与醚氧键官能团上的氧原子直接连接的α-碳原子上具有至少一个与所述α-碳原子直接连接的氟原子，可选为包括第二氟醚类化合物中的一种或多种。
第二溶剂可以促进电解质盐的溶解、促进离子传输，还可以使电解液具有良好的离子电导率。由此，通过第一溶剂与第二溶剂的配合，可以进一步提升电池的循环寿命。第三溶剂可以和第一溶剂、第二溶剂混溶，还可以提升电解液的耐氧化性，并进一步改善电解液对4V以上正极的稳定性。
可选地，所述溶剂还同时包括第二溶剂和第三溶剂。由此，可以促进电解质盐的溶解，促进离子传输，使电解液具有良好的离子电导率，还可以进一步提升电解液的耐氧化性、促进富含无机氟组分的SEI膜的形成，进而可以使电池具有更好的循环性能。
在任意实施例中，所述卤代或未卤代的酯类化合物包括碳酸酯、卤代碳酸酯化合物、羧酸酯、卤代羧酸酯化合物中的一种或多种，可选为包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、甲基三氟乙基碳酸酯、乙基三氟乙基碳酸酯、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、2,2,2-三氟乙酸甲酯，2,2,2-三氟乙酸乙酯中的一种或多种。
在任意实施例中，所述醚类化合物包括甲醚、乙醚、丙醚、丁醚、甲乙醚、甲丙醚、甲丁醚、乙丙醚、乙丁醚、丙丁醚、二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、二丙氧基甲烷、二甲氧基乙烷、二甲氧基丙烷、二乙氧基乙烷、乙二醇甲基乙基醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、四氢呋喃、四氢吡喃、1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环中的一种或多种，可选为包括二甲氧基丙烷、二乙氧基乙烷中的一种或多种。
在任意实施例中，所述第一氟醚类化合物包括如下化合物中的一种或多种：
。
可选地，所述第一氟醚类化合物包括B-2、B-5中的一种或多种。
在任意实施例中，所述卤代或未卤代的烷烃化合物包括环己烷、十氟戊烷中的一种或多种。
在任意实施例中，所述卤代或未卤代的芳香烃化合物包括苯、甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、氟苯、对二氟苯、间二氟苯、邻二氟苯、三氟甲苯、三氟甲氧基苯中的一种或多种。
在任意实施例中，所述第二氟醚类化合物包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,2-双(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、双(2,2,2-三氟乙基)醚、1,1,2,3,3,3-六氟丙基乙基醚、1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚、乙基三氟甲基醚、二氟甲基-2,2,3,3,3-五氟丙基醚、七氟丙基-1,2,2,2-四氟乙基醚、二氟甲基2,2,3,3-四氟丙基醚、全氟异丙基甲基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、乙基-1,1,2,2-四氟乙基醚、乙基-2,2,2-四氟乙基醚、双(1,1,2,2-四氟乙基)醚中的一种或多种，可选为包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,2-双(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷中的一种或多种。
在任意实施例中，所述第二溶剂包括二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、B-2、B-5中的一种或多种。
第二溶剂在上述范围内时，一方面可以进一步促进电解质盐的溶解、促进离子传输，使电解液具有良好的离子电导率，另一方面还可以进一步提升对负极与正极的稳定性，由此可以进一步提升电池的循环寿命。
在任意实施例中，所述第三溶剂包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,2-双(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷中的一种或多种。
第三溶剂在上述范围内时，与第一溶剂、第二溶剂的相容性更好，并且可以进一步提升电解液的耐氧化性、促进富含无机氟组分的SEI膜的形成，从而可以进一步提升电池的库伦效率和循环寿命。
在任意实施例中，所述第二溶剂的重量含量小于等于40%，可选为10%-30%，基于所述溶剂的总重量计。由此可以进一步提升电池的循环寿命。
在任意实施例中，所述第三溶剂的重量含量小于等于40%，可选为10%-30%，基于所述溶剂的总重量计。第三溶剂的重量含量在上述范围内时，可以提升电解液的耐氧化性、促进富含无机氟组分的SEI膜的形成。
在任意实施例中，所述电解液还包括添加剂，所述添加剂包括丙烷磺内酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三氟乙基)磷酸酯、三(三氟乙基)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、二甲基马来酸酐、1,4-二异氰酸丁酯中的一种或多种。添加剂可以起到辅助成膜、提升正极界面稳定性和/或负极界面稳定性的作用。
在任意实施例中，所述添加剂的重量含量小于等于5%，可选为0.5%-3%，基于所述电解液的总重量计。添加剂的重量含量在上述范围内时，有助于提升电池的循环性能。
在任意实施例中，所述电解液包括第一阳离子，所述第一阳离子包括碱金属离子、碱土金属离子中的一种或多种，可选为包括锂离子、钠离子中的一种或多种。
在任意实施例中，所述电解液包括第一阴离子，所述第一阴离子包括双氟磺酰亚胺阴离子、双三氟甲磺酰亚胺阴离子、二草酸硼酸根阴离子、二氟草酸硼酸根阴离子、二氟二草酸磷酸根阴离子、四氟草酸磷酸根阴离子、二氟磷酸根阴离子、六氟磷酸根阴离子、四氟硼酸根阴离子、六氟砷酸根阴离子、三氟甲磺酸根阴离子中的一种或多种。
可选地，所述第一阴离子包括双氟磺酰亚胺阴离子、双三氟甲磺酰亚胺阴离子中的一种或多种。第一阴离子可以在负极表面分解形成富含无机氟组分的SEI膜，促进金属致密沉积，从而有助于电池具有更长的循环寿命；同时，第一阴离子还具有良好的氧化稳定性，可以使电池在更高的电压范围下具有高循环稳定性和长循环寿命。
在任意实施例中，所述电解液中的所述第一阴离子的摩尔浓度为0.5mol/L-4mol/L，可选为1.2mol/L-1.8mol/L。通过调节第一阴离子的浓度在上述范围内，既不会影响电解液的离子传输性能，又不会影响电解液对正极和负极的稳定性，由此有助于电池具有更长的循环寿命。
在任意实施例中，所述电池单体包括锂金属电池单体、无负极锂金属电池单体、锂空气电池单体、锂硫电池单体、钠金属电池单体、无负极钠金属电池单体、钠空气电池单体、钠硫电池单体中的一种。
在任意实施例中，所述电池单体充放电的上限电压大于等于4V，可选为大于等于4.2V。由此可以使电池兼具高能量密度和良好的循环性能。
本申请第二方面提供一种电池，包括本申请第一方面的电池单体。
本申请第三方面提供一种用电装置，包括本申请第二方面的电池。
本申请的用电装置包括本申请提供的电池，因而至少具有与所述电池相同的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
图1是本申请的电池单体的一实施方式的示意图。
图2是本申请的电池单体的一实施方式的分解示意图。
图3是本申请的电池模块的一实施方式的示意图。
图4是本申请的电池包的一实施方式的示意图。
图5是图4所示的电池包的实施方式的分解示意图。
图6是包含本申请的电池作为电源的用电装置的一实施方式的示意图。
在附图中，附图未必按照实际的比例绘制。附图标记说明如下：1电池包，2上箱体，3下箱体，4电池模块，5电池单体，51壳体，52电极组件，53盖板。
具体实施方式
以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的电池单体、电池和用电装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案，并且这样的技术方案应被认为包含在本申请的公开内容中。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案，并且这样的技术方案应被认为包含在本申请的公开内容中。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤（a）和（b），表示所述方法可包括顺序进行的步骤（a）和（b），也可以包括顺序进行的步骤（b）和（a）。例如，所述提到所述方法还可包括步骤（c），表示步骤（c）可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤（a）、（b）和（c），也可包括步骤（a）、（c）和（b），也可以包括步骤（c）、（a）和（b）等。
如果没有特别的说明，在本申请中，术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。
除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。
除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测试方法进行测定，例如，可以按照本申请的实施例中给出的测试方法进行测定。除非另有说明，各参数的测试温度均为25℃。
除非另有说明，术语“烷基”涵盖直链烷基和支链烷基。
在各种实施例中，C1-C10烷基即烷基可含有1-10个碳原子，C7-C10烷基苯基即烷基苯基共计可含有7-10个碳原子，其他基团具有类似含义。
在本说明书的各处，化合物的取代基以组或范围公开。明确地预期这种描述包括这些组和范围的成员的每一个单独的子组合。例如，明确地预期术语“C1-C6烷基”单独地公开C1、C2、C3、C4、C5、C6、C1-C6、C1-C5、C1-C4、C1-C3、C1-C2、C2-C6、C2-C5、C2-C4、C2-C3、C3-C6、C3-C5、C3-C4、C4-C6、C4-C5和C5-C6烷基。作为其它实例，明确地预期范围为3-10的整数单独地公开3、4、5、6、7、8、9和10。据此，可明确地预期其它组或范围。
本申请的实施例中所提到的电池可以包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池单体、电池模块或电池包等。
电池单体是组成电池的最小单元，其独自能够实现充放电的功能。电池单体可呈圆柱体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此并不限定。如图1是作为一个示例的长方体结构的电池单体5。
电池单体有多个时，多个电池单体通过汇流部件串联、并联或混联。在一些实施例中，电池可以为电池模块；电池单体有多个时，多个电池单体排列并固定形成一个电池模块。在一些实施例中，电池可以为电池包，电池包包括箱体和电池单体，电池单体或电池模块容纳于箱体中。在一些实施例中，箱体可以作为车辆的底盘结构的一部分。例如，箱体的部分可以成为车辆的底板的至少一部分，或者，箱体的部分可以成为车辆的横梁和纵梁的至少一部分。
在一些实施例中，电池可以为储能装置。储能装置包括储能集装箱、储能电柜等。
本申请的实施例提供的电池单体包括以碱金属、碱土金属的单质、及其合金等作为负极活性材料的电池单体，例如，本申请的实施例提供的电池单体包括金属电池单体、金属空气电池单体、金属硫电池单体以及无负极金属电池单体等。作为示例，电池单体可以包括锂金属电池单体、无负极锂金属电池单体、锂空气电池单体、锂硫电池单体、钠金属电池单体、无负极钠金属电池单体、钠空气电池单体、钠硫电池单体等。
电池单体一般包括电极组件。电极组件通常包括正极极片、负极极片以及位于正极极片和负极极片之间的隔离膜，电极组件可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本申请实施例对此并不限定。
电池单体还可包括外包装，外包装可用于封装电极组件和电解液。外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。外包装也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，如聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和聚丁二酸丁二醇酯（PBS）中的一种或多种。
在一些实施例中，如图2所示，外包装可包括壳体51和盖板53。壳体51可包括底板和连接于底板上的侧板，底板和侧板围合形成容纳腔。壳体51具有与容纳腔连通的开口，盖板53用于盖设开口，以封闭容纳腔。电极组件52封装于容纳腔。电池单体5所含电极组件52的数量可以为一个或多个，可根据需求来调节。
在一些实施例中，电池单体可以组装成电池模块，电池模块所含电池单体的数量可以为多个，具体数量可根据电池模块的应用和容量来调节。图3是作为一个示例的电池模块4的示意图。如图3所示，在电池模块4中，多个电池单体5可以是沿电池模块4的长度方向依次排列设置。当然，也可以按照其他任意的方式进行排布。进一步可以通过紧固件将该多个电池单体5进行固定。
可选地，电池模块4还可以包括具有容纳空间的外壳，多个电池单体5容纳于该容纳空间。
在一些实施例中，上述电池模块还可以组装成电池包，电池包所含电池模块的数量可以根据电池包的应用和容量进行调节。
图4和图5是作为一个示例的电池包1的示意图。如图4和图5所示，在电池包1中可以包括箱体和设置于箱体中的多个电池模块4。箱体包括上箱体2和下箱体3，上箱体2用于盖设下箱体3，并形成用于容纳电池模块4的封闭空间。多个电池模块4可以按照任意的方式排布于箱体中。
高能量密度是未来电池发展不可逆转的趋势，以碱金属、碱土金属的单质、及其合金等作为负极活性材料的电池由于具有高能量密度而受到了广泛关注，但是，上述电池大规模应用面临诸多挑战。例如，目前上述电池的电解液通常采用醚类化合物、酯类化合物作为主溶剂，但是醚类化合物的耐氧化能力较弱，多次循环充放电后可能在正极侧氧化分解，酯类化合物的耐还原能力较弱，多次循环充放电后可能在负极侧还原分解，同时酯类化合物的耐氧化能力也不够优异，由此均会导致电池的循环性能较差。
本申请实施例提供了一种电池单体，其能具有良好的循环性能。
本申请实施例的电池单体可以包括金属电池单体、金属空气电池单体、金属硫电池单体以及无负极金属电池单体等。作为示例，电池单体可以包括锂金属电池单体、无负极锂金属电池单体、锂空气电池单体、锂硫电池单体、钠金属电池单体、无负极钠金属电池单体、钠空气电池单体、钠硫电池单体等。
电池单体包括电解液。
电解液包括溶剂，溶剂包括第一溶剂，第一溶剂含有硫氧双键，且第一溶剂的重量含量大于等于20%，基于溶剂的总重量计。
目前，含有硫氧双键的化合物用于电解液时，通常是作为电解液的添加剂使用，其在电解液中的用量通常在15%以下，进一步地，通常在5%以下。
将含有硫氧双键的第一溶剂用作电解液的主溶剂（含量大于等于20%，基于溶剂的总重量计）时，可以提高电解液的耐氧化能力、减少电解液的氧化分解，从而有利于提升电池的循环寿命。
在一些实施例中，含有硫氧双键的第一溶剂可以包括砜化合物、亚砜化合物、硫酸酯化合物、亚硫酸酯化合物、磺酸酯化合物、磺酰胺化合物、亚磺酰胺化合物中的一种或多种。
在一些实施例中，第一溶剂可以包括式（1）至式（9）所示化合物中的一种或多种，
R1至R12各自独立地包括C3-C10烷基、C3-C10氟代烷基、苯基、氟代苯基、C7-C10烷基苯基、C7-C10氟代烷基苯基中的一种。
R13至R23各自独立地包括C1-C10烷基、C1-C10氟代烷基中的一种。
式（1）至式（9）所示化合物为链状结构，与刚性结构的化合物（例如环状的砜化合物、亚砜化合物、硫酸酯化合物、亚硫酸酯化合物、磺酸酯化合物、磺酰胺化合物、亚磺酰胺化合物等）相比，式（1）至式（9）所示化合物的分子结构具有一定的旋转自由度，由此有利于稳定硫氧双键，有利于提升电解液的耐还原性，从而有利于提升电池的循环寿命。
通过使R1至R23分别在上述范围内，可以使第一溶剂具有高耐氧化性，还可以使第一溶剂具有高耐还原性，由此可以减少电池充放电过程中的电解液副反应，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
R1至R23在上述范围内时可具有良好的给电子效应，将其与硫氧双键中的硫原子直接键合或者通过其他原子（例如氧原子或氮原子）与硫氧双键中的硫原子键合，可以在一定程度上稳定硫氧双键中的氧原子，使其免于受到亲核试剂的攻击，由此可以使第一溶剂具有高耐还原性，减少电解液与金属负极发生腐蚀反应；同时R1至R23在上述范围内时，还可以使第一溶剂具有高耐氧化性，由此还可以减少电解液与正极的副反应。
当第一溶剂包括式（1）至式（9）所示化合物中的一种或多种时，可以提高电解液的耐氧化性、减少电解液的氧化分解，还可以提高电解液的耐还原性，减少电解液与金属负极发生腐蚀反应，由此可以提升电解液的电化学稳定窗口，从而本申请实施例提供的电解液可以使电池具有良好的循环性能，特别地，可以使电池在高电压范围下具有高循环稳定性和长循环寿命。
R1至R12的碳原子数目较少时，第一溶剂可以具有良好的耐氧化性，但是第一溶剂的耐还原性较差，进而导致对电池循环寿命的改善不够优异。
在一些实施例中，R1至R12各自独立地包括C4-C6烷基、C4-C6氟代烷基、苯基、氟代苯基、甲基苯基、氟代甲基苯基中的一种。R1至R12在上述范围内时，可以使第一溶剂具有高耐氧化性和高耐还原性，可以使第一溶剂对电解质盐具有更好的溶解性，还可以使第一溶剂与其他溶剂具有更好的混溶性，由此可以提升电解液的离子电导率、促进金属致密沉积，进而可以使电池具有更高的循环稳定性和更长的循环寿命。
在一些实施例中，R1至R12各自独立地包括C3-C10支链烷基、C3-C10氟代支链烷基、苯基、氟代苯基、C7-C10烷基苯基、C7-C10氟代烷基苯基中的一种。可选地，R1至R12各自独立地包括C4-C6支链烷基、C4-C6氟代支链烷基、苯基、氟代苯基、甲基苯基、氟代甲基苯基中的一种。
R1至R12具有支链结构时，可以增加硫氧双键中的氧原子与电解液中其他组分以及金属负极接触时的空间位阻，由此可以进一步降低第一溶剂与金属负极的反应速率，减少金属负极的腐蚀，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在一些实施例中，R1至R12各自独立地包括C3-C10烷基、苯基、C7-C10烷基苯基中的一种。可选地，R1至R12各自独立地包括C4-C6烷基、苯基、甲基苯基中的一种。
R1至R12为氟代基团时，有利于提升SEI膜的成膜质量，但是会降低第一溶剂的耐还原性。因此，当R1至R12在上述范围内时，可以进一步提升第一溶剂的耐还原性，减少金属负极的腐蚀，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在一些实施例中，R1至R12各自独立地包括C3-C10烷基、C3-C10氟代烷基中的一种。
苯环结构具有大π键，由此会使得第一溶剂的分子轨道的HOMO能级上升、LUMO能级下降，进而会降低第一溶剂的耐还原性和耐氧化性。因此，当R1至R12在上述范围内时，有利于第一溶剂具有高耐还原性和高耐氧化性，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在一些实施例中，R1至R12各自独立地包括C3-C10支链烷基、C3-C10氟代支链烷基中的一种。可选地，R1至R12各自独立地包括C4-C6支链烷基、C4-C6氟代支链烷基中的一种。更可选地，R1至R12各自独立地包括C4-C6支链烷基中的一种。
当R1至R12在上述范围内时，可以进一步提升第一溶剂的耐还原性，减少金属负极的腐蚀，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在一些实施例中，R13至R23各自独立地包括C4-C6烷基、C4-C6氟代烷基中的一种。
R13至R23在上述范围内时，可以使第一溶剂具有高耐氧化性和高耐还原性，可以使第一溶剂对电解质盐具有更好的溶解性，还可以使第一溶剂与其他溶剂具有更好的混溶性，由此可以提升电解液的离子电导率、促进金属致密沉积，进而可以使电池具有更高的循环稳定性和更长的循环寿命。
在一些实施例中，R13至R23各自独立地包括C1-C10烷基中的一种，可选地，R13至R23各自独立地包括C4-C6烷基中的一种。
R13至R23为氟代基团时，有利于提升SEI膜的成膜质量，但是会降低第一溶剂的耐还原性。因此，当R13至R23在上述范围内时，可以进一步提升第一溶剂的耐还原性，减少金属负极的腐蚀，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在一些实施例中，R13至R23各自独立地包括C3-C10支链烷基中的一种。可选地，R13至R23各自独立地包括C4-C6支链烷基中的一种。
R13至R23具有支链结构时，可以增加硫氧双键中的氧原子与电解液中其他组分以及金属负极接触时的空间位阻，由此可以进一步降低第一溶剂与金属负极的反应速率，减少金属负极的腐蚀，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在一些实施例中，第一溶剂可以包括式（1）至式（2）、式（7）至式（9）所示化合物中的一种或多种。由此可以使第一溶剂兼具高耐氧化性和高耐还原性，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在一些实施例中，第一溶剂可以包括如下化合物中的一种或多种：
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苯环结构具有大π键，由此会使得第一溶剂的分子轨道的HOMO能级上升、LUMO能级下降，进而会降低第一溶剂的耐还原性和耐氧化性。因此，可选地，第一溶剂可以包括A-1至A-14中的一种或多种。
硫氧双键的硫原子上的取代基具有支链结构时，可以增加硫氧双键中的氧原子与电解液中其他组分以及金属负极接触时的空间位阻，由此可以进一步降低第一溶剂与金属负极的反应速率，减少金属负极的腐蚀，从而可以进一步提升电池的循环寿命。因此，可选地，第一溶剂可以包括A-1至A-10、A-13、A-14中的一种或多种。
硫氧双键的硫原子上的取代基为氟代基团时，有利于提升SEI膜的成膜质量，但是会降低第一溶剂的耐还原性。因此，可选地，第一溶剂包括A-1、A-2、A-5、A-6、A-7、A-9、A-13、A-14中的一种或多种。由此可以进一步提升第一溶剂的耐还原性，减少金属负极的腐蚀，从而可以进一步提升电池的循环寿命。
在一些实施例中，第一溶剂可以包括A-5、A-6、A-13、A-14中的一种或多种。第一溶剂在上述范围内时，可以提升电解液的离子电导率，提升电解液的耐氧化还原窗口，促进金属致密沉积，由此可以使电池具有更高的循环稳定性和更长的循环寿命。
在一些实施例中，第一溶剂的重量含量可以为100%，基于溶剂的总重量计。
在一些实施例中，第一溶剂的重量含量可以为20%-90%，可选为30%-85%，40%-80%，50%-70%，基于溶剂的总重量计。第一溶剂的重量含量在上述范围内时，可以更好地发挥第一溶剂稳定正极和稳定负极的作用，并还有助于形成具有合适离子电导率的电解液，由此有助于电池具有更高的循环稳定性和更长的循环寿命。
在一些实施例中，溶剂还可以包括第二溶剂。
在一些实施例中，第二溶剂可以包括卤代或未卤代的酯类化合物、醚类化合物、第一氟醚类化合物中的一种或多种，第一氟醚类化合物的分子结构中与醚氧键官能团上的氧原子直接连接的α-碳原子上均不具有与α-碳原子直接连接的氟原子。
第一溶剂分子结构中硫氧双键中的硫原子上的取代基通常较大，由此会弱化第一溶剂对电解质盐的溶解性，使得电解液的离子电导率不够优异。第二溶剂可以促进电解质盐的溶解、促进离子传输，还可以使电解液具有良好的离子电导率。由此，通过第一溶剂与第二溶剂的配合，可以进一步提升电池的循环寿命。
在一些实施例中，卤代或未卤代的酯类化合物可以包括碳酸酯、卤代碳酸酯化合物、羧酸酯、卤代羧酸酯化合物中的一种或多种。
在一些实施例中，卤代或未卤代的酯类化合物可以包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、甲基三氟乙基碳酸酯、乙基三氟乙基碳酸酯、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、2,2,2-三氟乙酸甲酯，2,2,2-三氟乙酸乙酯中的一种或多种。
在一些实施例中，醚类化合物可以包括甲醚、乙醚、丙醚、丁醚、甲乙醚、甲丙醚、甲丁醚、乙丙醚、乙丁醚、丙丁醚、二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、二丙氧基甲烷、二甲氧基乙烷、二甲氧基丙烷、二乙氧基乙烷、乙二醇甲基乙基醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、四氢呋喃、四氢吡喃、1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环中的一种或多种。可选地，醚类化合物可以包括二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷中的一种或多种。
在一些实施例中，第一氟醚类化合物可以包括如下化合物中的一种或多种：
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可选地，第一氟醚类化合物可以包括B-2、B-5中的一种或多种。
第二溶剂在上述范围内时，一方面可以促进电解质盐的溶解、促进离子传输，使电解液具有良好的离子电导率，另一方面还可以对负极与正极具有较好的稳定性，由此可以提升电池的循环性能。
在一些实施例中，第二溶剂可以包括醚类化合物、第一氟醚类化合物中的一种或多种。
在一些实施例中，第二溶剂可以包括二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、B-2、B-5中的一种或多种。
第二溶剂在上述范围内时，一方面可以进一步促进电解质盐的溶解、促进离子传输，使电解液具有良好的离子电导率，另一方面还可以进一步提升对负极与正极的稳定性，由此可以进一步提升电池的循环寿命。
在一些实施例中，第二溶剂的重量含量可以小于等于40%，可选为10%-30%，基于溶剂的总重量计。由此可以进一步提升电池的循环寿命。
在一些实施例中，溶剂还可以包括第三溶剂。
在一些实施例中，第三溶剂可以包括卤代或未卤代的烷烃化合物、卤代或未卤代的芳香烃化合物、第二氟醚类化合物中的一种或多种，第二氟醚类化合物的分子结构中与醚氧键官能团上的氧原子直接连接的α-碳原子上具有至少一个与α-碳原子直接连接的氟原子。
第三溶剂可以和第一溶剂、第二溶剂混溶，还可以提升电解液的耐氧化性，并进一步改善电解液对4V以上正极的稳定性。
在一些实施例中，第三溶剂可以包括卤代烷烃化合物、卤代芳香烃化合物、第二氟醚类化合物中的一种或多种。
第三溶剂包含氟原子时，有助于在负极分解生成富含无机氟组分的SEI膜，从而可以促进金属致密沉积，进一步提升电池的库伦效率和循环寿命。由此，第三溶剂包含氟原子时，可以进一步提高正极和负极的可逆性，提升电池的库伦效率和循环寿命。
在一些实施例中，卤代或未卤代的烷烃化合物可以包括环己烷、十氟戊烷中的一种或多种。
在一些实施例中，卤代或未卤代的芳香烃化合物可以包括苯、甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、氟苯、对二氟苯、间二氟苯、邻二氟苯、三氟甲苯、三氟甲氧基苯中的一种或多种。
在一些实施例中，第二氟醚类化合物可以包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,2-双(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、双(2,2,2-三氟乙基)醚、1,1,2,3,3,3-六氟丙基乙基醚、1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚、乙基三氟甲基醚、二氟甲基-2,2,3,3,3-五氟丙基醚、七氟丙基-1,2,2,2-四氟乙基醚、二氟甲基2,2,3,3-四氟丙基醚、全氟异丙基甲基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、乙基-1,1,2,2-四氟乙基醚、乙基-2,2,2-四氟乙基醚、双(1,1,2,2-四氟乙基)醚中的一种或多种，可选为包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,2-双(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷中的一种或多种。
第三溶剂在上述范围内时，与第一溶剂、第二溶剂的相容性更好，并且可以提升电解液的耐氧化性、促进富含无机氟组分的SEI膜的形成，由此可以提升电池的库伦效率和循环寿命。
在一些实施例中，第三溶剂可以包括卤代烷烃化合物、卤代芳香烃化合物、第二氟醚类化合物中的一种或多种。
在一些实施例中，第三溶剂可以包括第二氟醚类化合物中的一种或多种。
在一些实施例中，第三溶剂可以包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,2-双(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷中的一种或多种。
第三溶剂在上述范围内时，与第一溶剂、第二溶剂的相容性更好，并且可以进一步提升电解液的耐氧化性、促进富含无机氟组分的SEI膜的形成，从而可以进一步提升电池的库伦效率和循环寿命。
在一些实施例中，第三溶剂的重量含量可以小于等于40%，可选为10%-30%，基于溶剂的总重量计。第三溶剂的重量含量在上述范围内时，可以提升电解液的耐氧化性、促进富含无机氟组分的SEI膜的形成。另外，由于第三溶剂对电解液的溶解能力较差，因此第三溶剂的重量含量在上述范围内时，还可以降低其对电解质盐溶解性和离子传输的负面影响。
在一些实施例中，溶剂还可以同时包括第二溶剂和第三溶剂。由此，可以促进电解质盐的溶解，促进离子传输，使电解液具有良好的离子电导率，还可以进一步提升电解液的耐氧化性、促进富含无机氟组分的SEI膜的形成，进而可以使电池具有更好的循环性能。
在第二溶剂和第三溶剂中，卤代化合物中的卤原子可以包括F、Cl和Br中的一种或多种，可选为F。
在一些实施例中，电解液还可以包括添加剂。本申请对添加剂的种类没有特别的限制，只要不有损本申请的主旨即可。作为示例，添加剂可包括丙烷磺内酯（PS）、硫酸乙烯酯（DTD）、亚硫酸乙烯酯（ES）、三(三甲基硅烷)磷酸酯（TMSP）、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三氟乙基)磷酸酯、三(三氟乙基)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、二甲基马来酸酐、1,4-二异氰酸丁酯中的一种或多种。
添加剂可以起到辅助成膜、提升正极界面稳定性和/或负极界面稳定性的作用。
在一些实施例中，添加剂的重量含量可以小于等于5%，可选为0.5%-3%，基于电解液的总重量计。添加剂的重量含量在上述范围内时，有助于提升电池的循环性能。
在一些实施例中，电解液包括第一阴离子，第一阴离子可以包括双氟磺酰亚胺阴离子（FSI-）、双三氟甲磺酰亚胺阴离子（TFSI-）、二草酸硼酸根阴离子（BOB-）、二氟草酸硼酸根阴离子（DFOB-）、二氟二草酸磷酸根阴离子（DFOP-）、四氟草酸磷酸根阴离子（TFOP-）、二氟磷酸根阴离子（PO2F2 -）、六氟磷酸根阴离子（PF6 -）、四氟硼酸根阴离子（BF4 -）、六氟砷酸根阴离子（AsF6 -）、三氟甲磺酸根阴离子（CF3SO3 -）中的一种或多种。
在一些实施例中，第一阴离子可以包括双氟磺酰亚胺阴离子（FSI-）、双三氟甲磺酰亚胺阴离子（TFSI-）、二氟草酸硼酸根阴离子（DFOB-）、四氟草酸磷酸根阴离子（TFOP-）中的一种或多种。可选地，第一阴离子可以包括双氟磺酰亚胺阴离子（FSI-）、双三氟甲磺酰亚胺阴离子（TFSI-）中的一种或多种。第一阴离子可以在负极表面分解形成富含无机氟组分的SEI膜，促进金属致密沉积，从而有助于电池具有更长的循环寿命；同时，第一阴离子还具有良好的氧化稳定性，可以使电池在更高的电压范围下具有高循环稳定性和长循环寿命。
在一些实施例中，电解液中的第一阴离子的摩尔浓度可以为0.5mol/L-4mol/L，可选为0.8mol/L-2.4mol/L，更可选为1.2mol/L-1.8mol/L。通过调节第一阴离子的浓度在上述范围内，既不会影响电解液的离子传输性能，又不会影响电解液对正极和负极的稳定性，由此有助于电池具有更长的循环寿命。
在一些实施例中，电解液包括第一阳离子，第一阳离子可以包括碱金属离子、碱土金属离子中的一种或多种，可选为包括锂离子、钠离子、钾离子、镁离子中的一种或多种，更可选为包括锂离子、钠离子中的一种或多种。
在一些实施例中，溶剂包括第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂。第二溶剂包括卤代或未卤代的酯类化合物、醚类化合物、第一氟醚类化合物中的一种或多种，第一氟醚类化合物的分子结构中与醚氧键官能团上的氧原子直接连接的α-碳原子上均不具有与α-碳原子直接连接的氟原子；可选地，第二溶剂包括醚类化合物、第一氟醚类化合物中的一种或多种。第二溶剂的重量含量小于等于40%，可选为10%-30%，基于溶剂的总重量计。第三溶剂包括卤代或未卤代的烷烃化合物、卤代或未卤代的芳香烃化合物、第二氟醚类化合物中的一种或多种，第二氟醚类化合物的分子结构中与醚氧键官能团上的氧原子直接连接的α-碳原子上具有至少一个与α-碳原子直接连接的氟原子；可选地，第三溶剂包括第二氟醚类化合物中的一种或多种。第三溶剂的重量含量小于等于40%，可选为10%-30%，基于溶剂的总重量计。由此可以使电池具有更好的循环性能。
电解液的制备方法是公知的。例如，可将电解质盐（由上述第一阴离子和第一阳离子构成）、溶剂、任选的添加剂混合均匀，得到电解液。制备过程中，各物料的加入顺序没有特别的限制，可以同时加入，也可以分批加入。
电解液中的各组分及其含量可以按照本领域常规的方法测定。例如，可以采用气相色谱-质谱联用法（GC-MS）、离子色谱（IC）、液相色谱（LC）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）、红外光谱法、拉曼光谱法、核磁共振法等方法进行检测。
例如，通过红外光谱法可以确定电解液中含有具有硫氧双键的化合物，如亚砜化合物中的硫氧双键的特征峰在1060cm-1-1040cm-1范围内，砜化合物中的硫氧双键特征峰在1340cm-1-1290cm-1、1160cm-1-1135cm-1范围内。通过高分辨气相色谱-高分辨质谱联用，可以将电解液中的不同组分分离并得到高精度的分子量，由此可以确定原子组成；然后再通过核磁共振的谱结果，确认各组分的具体分子结构。
电池单体还包括正极极片和负极极片。
正极极片和负极极片各自的结构和/或组成可根据电池单体的类型进行选择，本申请实施例对此并不限定。
在一些实施例中，电池单体充放电的上限电压可以大于等于4V，可选为大于等于4.2V。本申请实施例提供的电解液可以使电池在高电压范围下具有高循环稳定性和长循环寿命，由此可以使电池兼具高能量密度和良好的循环性能。
[正极极片]
在一些实施例中，正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上的正极膜层，正极膜层包括正极活性材料。例如，正极集流体具有在自身厚度方向相对的两个表面，正极膜层设置在正极集流体的两个相对表面中的任意一者或两者上。
正极活性材料的种类可根据电池单体的类型进行选择，本申请实施例对此并不限定。
例如，当电池单体为锂金属电池单体、无负极锂金属电池单体时，正极活性材料可以包括但不限于锂过渡金属氧化物、含锂磷酸盐、及其各自的改性化合物中的一种或多种。锂过渡金属氧化物的示例可以包括但不限于锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、及其各自的改性化合物中的一种或多种。含锂磷酸盐的示例可以包括但不限于磷酸铁锂、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料、及其各自的改性化合物中的一种或多种。
在一些实施例中，为了进一步提升电池的能量密度，正极活性材料可以采用截止电压在4V以上的正极活性材料。作为示例，正极活性材料可以包括通式为LiaNibCocMdOeAf的锂过渡金属氧化物及其改性化合物中的一种或多种。0.8≤a≤1.2，0.5≤b＜1，0＜c＜1，0＜d＜1，1≤e≤2，0≤f≤1，M包括Mn、Al、Zr、Zn、Cu、Cr、Mg、Fe、V、Ti和B中的一种或多种，A包括N、F、S和Cl中的一种或多种。
在一些实施例中，作为示例，正极活性材料可以包括但不限于LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（简写为NCM333）、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（简写为NCM523）、LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2（简写为NCM211）、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（简写为NCM622）、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（简写为NCM811）、LiNi0.96Co0.02Mn0.02O2（简写为Ni96）、LiNi0.85Co0.15Al0.05O2、LiFePO4、LiMnPO4中的一种或多种。
当电池单体为钠金属电池单体、无负极钠金属电池单体时，正极活性材料可以包括但不限于含钠过渡金属氧化物、聚阴离子材料（如磷酸盐、氟磷酸盐、焦磷酸盐、硫酸盐等）、普鲁士蓝类材料中的一种或多种。作为示例，正极活性材料可以包括但不限于NaFeO2、NaCoO2、NaCrO2、NaMnO2、NaNiO2、NaNi1/2Ti1/2O2、NaNi1/2Mn1/2O2、Na2/3Fe1/3Mn2/3O2、NaNi1/3Co1/ 3Mn1/3O2、NaFePO4、NaMnPO4、NaCoPO4、普鲁士蓝类材料、通式为XpM’q(PO4)rOxY3-x的材料中的一种或多种。在通式XpM’q(PO4)rOxY3-x中，0＜p≤4，0＜q≤2，1≤r≤3，0≤x≤2，X包括H+、Li+、Na+、K+和NH4 +中的一种或多种，M’包括过渡金属，可选地包括V、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的一种或多种，Y包括卤原子，可选地包括F、Cl和Br中的一种或多种。
上述各正极活性材料的改性化合物可以是对正极活性材料进行掺杂改性和/或表面包覆改性。
当电池单体为锂硫电池单体、钠硫电池单体时，正极活性材料可以包括但不限于单质硫、硫碳复合材料、硫-导电聚合物复合材料、硫-金属氧化物复合材料的中的一种或多种。
在一些实施例中，正极膜层还可选地包括正极导电剂。作为示例，正极导电剂可以包括但不限于超导碳、导电石墨、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维中的一种或多种。
在一些实施例中，正极膜层还可选地包括正极粘结剂。作为示例，正极粘结剂可以包括但不限于聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、偏二氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物和含氟丙烯酸酯类树脂中的一种或多种。
在一些实施例中，正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。作为金属箔片的示例，可采用铝箔。复合集流体可以包括高分子材料基层以及形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属材料层。作为示例，金属材料可以包括但不限于铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银和银合金中的一种或多种。作为示例，高分子材料基层可以包括但不限于聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯乙烯（PS）和聚乙烯（PE）中的一种或多种。
正极膜层可以是将正极浆料涂布于正极集流体上，经干燥、冷压而成的。正极浆料通常是将正极活性材料、可选的导电剂、可选的粘结剂以及任意的其他组分分散于溶剂中并搅拌均匀而形成的。溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮（NMP），但不限于此。
[负极极片]
在一些实施例中，负极极片可以包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的第一金属层，第一金属层中的金属元素可以包括碱金属元素、碱土金属元素中的一种或多种。
在一些实施例中，第一金属层中的金属材料可以包括锂单质、锂合金、钠、钠合金中的一种或多种。
锂合金可以是金属锂与其他金属元素或非金属元素形成的合金。作为示例，锂合金中的其他金属元素可以包括锡、锌、铝、镁、银、金、镓、铟、铂中的一种或多种元素，锂合金中的非金属元素可以包括硼、碳、硅中的一种或多种元素。
钠合金可以是金属钠与其他金属元素或非金属元素形成的合金。作为示例，钠合金中的其他金属元素可以包括锡、锌、铝、镁、银、金、镓、铟、铂中的一种或多种元素，钠合金中的非金属元素可以包括硼、碳、硅中的一种或多种元素。
在一些实施例中，负极极片可以包括负极集流体、不包括第一金属层，以组装形成无负极金属电池单体。
无负极金属电池单体通常是指在电池单体的制造过程中，在负极侧不主动设置负极活性材料层而构成的电池单体，例如在电池单体的制造过程中不在负极处通过涂敷或沉积等工序设置金属层或由碳质活性材料层而形成负极活性材料层。首次充电时，离子在负极侧得到电子并在负极集流体表面沉积形成金属相，放电时，金属能够转变为金属离子回到正极，实现循环充放电。相比于其他电池单体，无负极金属电池由于没有负极活性材料层，由此可以获得更高的能量密度。
在一些实施例中，为了改善电池性能，无负极金属电池的负极侧也可以设置一些常规可作为负极活性材料的物质，如碳材料等。虽然这些物质具有一定容量，但是由于其含量较少，且在电池单体中不是作为主要的负极活性材料使用，因此，这样构成的电池单体仍然可被视为无负极金属电池单体。
无负极金属电池单体的CB值通常很小，例如，在一些实施例中，无负极金属电池单体的CB值可以小于等于0.1。CB值为电池单体中负极的单位面积容量除以正极的单位面积容量。由于无负极金属电池单体中，不包含或者仅包含少量的负极活性材料，因此，负极的单位面积容量较小，进而CB值很小，例如通常小于等于0.1。
在一些实施例中，负极集流体可以包括金属箔片、三维多孔集流体或复合集流体。作为金属箔片的示例，可采用铜箔、铜合金箔、镍箔、镍合金箔、铝箔、铝合金箔。作为三维多孔集流体的示例，可采用铜网、镍网、铝网、泡沫铜、泡沫镍、泡沫铝。复合集流体可以包括高分子材料基层以及形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属材料层。作为示例，金属材料可以包括但不限于铜、铜合金、铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银和银合金中的一种或多种。作为示例，高分子材料基层可以包括但不限于聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯乙烯（PS）和聚乙烯（PE）中的一种或多种。
[隔离膜]
电池单体还可以包括隔离膜。隔离膜可设置在正极极片和负极极片之间，主要起到防止内部短路的作用。本申请对隔离膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构膜。
在一些实施例中，隔离膜的材质可以包括但不限于玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺中的一种或多种。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜。隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料相同或不同。
电池单体的制备方法是公知的。在一些实施例中，可将正极极片、隔离膜、负极极片和电解液组装形成电池单体。作为示例，可将正极极片、隔离膜、负极极片经卷绕工艺和/或叠片工艺形成电极组件，将电极组件置于外包装中，烘干后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，得到电池单体。多个电池单体还可以进一步经由串联或并联或混联组成电池模块。多个电池模块还可以经由串联或并联或混联形成电池包。在一些实施例中，多个电池单体还可以直接组成电池包。
用电装置
本申请实施例还提供一种用电装置，用电装置包括本申请实施例提供的电池。电池可以用作用电装置的电源，也可以用作用电装置的能量存储单元。用电装置可以但不限于是移动设备（例如手机、平板电脑、笔记本电脑等）、电动车辆（例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等）、电气列车、船舶及卫星、储能系统等。
用电装置可以根据其使用需求来选择电池单体、电池模块或电池包。
图6是作为一个示例的用电装置的示意图。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置对高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
作为另一个示例的用电装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该用电装置通常要求轻薄化，可以采用电池单体作为电源。
实施例
下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
实施例1
（1）电解液的制备
取第一溶剂A-5、第二溶剂二甲氧基乙烷、第三溶剂C-1，以60:20:20的重量比充分混合形成溶剂。取1.4025g双氟磺酰亚胺锂盐，加入5ml的溶剂中，充分搅拌，形成浓度为1.5mol/L无色透明的电解液。
（2）正极极片的制备
将正极活性材料NCM811、导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按重量比98:1:1进行混合，加入至溶剂NMP中搅拌至体系呈均一状，获得固含量为70%的正极浆料；将正极浆料均匀地涂覆在正极集流体铝箔的两个表面上，晾干后转移至烘箱继续干燥，然后裁切成40mm×50mm的长方形，作为正极极片，备用。涂覆量为25mg/cm2。
（3）负极极片的制备
将厚度为50μm的锂箔通过辊压的方式与厚度为12μm铜箔的贴合，然后裁切成41mm×51mm的长方形，作为负极极片，备用。
（4）隔离膜的制备
将聚乙烯多孔膜裁切成45mm×55mm的长方形，作为隔离膜，备用。
（5）电池的制备
取一片裁切好的正极极片与两片裁切好的负极极片进行层叠，正极极片和负极极片之间使用隔离膜隔开，获得电极组件；将电极组件置于铝塑膜袋中，注入0.30g上述制备好的电解液，之后经过真空热压封装、静置（至少6h）等工序后，获得电池。电池的额定容量为140mAh。
电解液的氧化稳定性测试
取50μm的覆铜金属锂箔作为负极，取铝箔为正极，裁成1cm2小圆片；以聚乙烯多孔膜为隔离膜，注入20μL上述配制好的电解液，组成纽扣电池。使用Solartron电化学工作站，在开路电压至6V的电压区间内以5mV/s的扫速进行扫描伏安曲线（LSV）测试，记录电池的电流响应。当电流密度达到10μA/cm2时，取对应的电压为该电解液的氧化稳定性临界电压值。该值越大，表示电解液对高压正极的稳定性越好。
电解液的还原稳定性测试
取50μm的覆铜金属锂箔作为负极，取铜箔为正极，裁成1cm2小圆片；以聚乙烯多孔膜为隔离膜，注入20μL上述配制好的电解液，组成纽扣电池。使用Solartron电化学工作站，在开路电压（约3V）至0V的电压区间内以-5mV/s的扫速进行扫描伏安曲线（LSV）测试，记录电池的电流响应。当电流密度达到-10μA/cm2时，取对应的电压为该电解液与锂金属负极反应的临界电压值。该值越小，表示电解液对锂金属负极的稳定性越好。
循环寿命测试
在25℃下，取上述制备的电池以0.2C（28mA）恒流充电至4.3V，继续恒压充电至电流为0.1C（14mA），此时电池为满充状态，记录此时的充电容量，即为第1圈充电容量；将电池静置5min后，以1C（140mA）恒流放电至2.8V，此为一个循环充放电过程，记录此时的放电容量，即为第1圈放电容量。将电池按照上述方法进行循环充放电测试，记录每圈循环后的放电容量，直至电池的放电容量衰减为第1圈放电容量的80%，用此时的循环圈数表征电池的循环寿命。
实施例2至39
电池的制备方法和测试方法与实施例1类似，不同之处在于电解液的组成不同，具体详见表1。
C-1表示。
C-2表示。
第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂的重量含量均为基于溶剂的总重量计。
对比例1
电池的制备方法和测试方法与实施例1类似，不同之处在于电解液的组成不同。
取二甲氧基乙烷和化合物C-1以50:50的重量比充分混合形成溶剂。取1.4025g双氟磺酰亚胺锂盐，加入5ml的溶剂中，充分搅拌，形成浓度为1.5mol/L无色透明的电解液。
对比例2
电池的制备方法和测试方法与实施例1类似，不同之处在于电解液的组成不同。
取1.4025g双氟磺酰亚胺锂盐，加入5ml的二甲氧基乙烷中，充分搅拌，形成浓度为1.5mol/L无色透明的电解液。
对比例3
电池的制备方法和测试方法与实施例1类似，不同之处在于电解液的组成不同。
取碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）以30:70的重量比充分混合形成溶剂。取0.76g六氟磷酸锂，加入5ml的溶剂中，充分搅拌，形成浓度为1.0mol/L无色透明的电解液。
对比例4
电池的制备方法和测试方法与实施例1类似，不同之处在于电解液的组成不同。
取第一溶剂A-5、第二溶剂二甲氧基乙烷、第三溶剂C-1，以4:48:48的重量比充分混合形成溶剂。取1.4025g双氟磺酰亚胺锂盐，加入5ml的溶剂中，充分搅拌，形成浓度为1.5mol/L无色透明的电解液。
表1
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综合实施例1至39和对比例1至4的测试结果可知，本申请实施例提供的电解液具有高耐氧化性和高耐还原性，由此可以提升电池的循环寿命。
综合实施例1至39和对比例1至2的测试结果可知，常规的醚类电解液尽管具有良好的耐还原性，但是其耐氧化性较差，无法支持高电压正极，例如4V以上正极的长循环。
综合实施例1至39和对比例3的测试结果可知，商业化锂离子电池的电解液（采用酯类化合物作为主溶剂）尽管具有较好的耐氧化性，但是其耐还原性较差，由此也无法支持高电压正极，例如4V以上正极的长循环。
综合实施例1至39和对比例4的测试结果可知，具有硫氧双键的第一溶剂的用量较少时，电解液的耐氧化性和耐还原性均较差，进而导致电池的循环寿命不佳。
综合实施例1至4的测试结果可知，通过调节第一溶剂、第二溶剂、第三溶剂的重量含量，可以更好地发挥各组分的效果，并进一步提升电池的循环寿命。
综合实施例1、5至7的测试结果可知，当溶剂同时包括第一溶剂、第二溶剂、第三溶剂时，可以进一步提升电池的循环寿命。
综合实施例1、8至13的测试结果可知，通过调节电解液的浓度，可以进一步提升电池的循环寿命。
综合实施例1、14至28的测试结果可知，第一溶剂包括A-5、A-6、A-13、A-14时，可以进一步提升电池的循环寿命。
综合实施例1、29至34的测试结果可知，第二溶剂包括二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、B-2、B-5时，可以进一步提升电池的循环寿命。
综合实施例1、35至37的测试结果可知，第三溶剂包括C-1、C-2时，可以进一步提升电池的循环寿命。
综合实施例1、38至39的测试结果可知，电解质盐包括双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）时，可以进一步提升电池的循环寿命。
实施例40至45
电池的制备方法和测试方法与实施例1类似，不同之处在于电解液的组成不同，实施例40至45在实施例1制备的电解液的基础上进一步加入了添加剂，添加剂的组成及其重量含量详见表2。
在表2中PS表示丙烷磺内酯，DTD表示硫酸乙烯酯，TMSP表示三(三甲基硅烷)磷酸酯，添加剂的重量含量为基于电解液的总重量计。
表2
综合实施例1、40至45的测试结果可知，电解液中进一步包括少量成膜添加剂，有助于进一步提升电池的循环寿命。
需要说明的是，本申请不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例，在本申请的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含在本申请的技术范围内。此外，在不脱离本申请主旨的范围内，对实施方式施加本领域技术人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其他方式也包含在本申请的范围内。

Claims (27)

1.一种电池单体，包括电解液，所述电解液包括溶剂，其特征在于，
所述溶剂包括第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂，所述第一溶剂的重量含量为40%-80%，所述第二溶剂的重量含量为10%-30%，所述第三溶剂的重量含量为10%-30%，均基于所述溶剂的总重量计；
所述电池单体包括金属电池单体、金属空气电池单体、金属硫电池单体以及无负极金属电池单体中的一种；
所述第一溶剂包括式（1）至式（9）所示化合物中的一种或多种，
，
R1至R12各自独立地包括C3-C10支链烷基、C3-C10氟代支链烷基、苯基、氟代苯基、C7-C10烷基苯基、C7-C10氟代烷基苯基中的一种；R13至R23各自独立地包括C1-C10烷基、C1-C10氟代烷基中的一种；
所述第二溶剂包括卤代或未卤代的酯类化合物、醚类化合物、第一氟醚类化合物中的一种或多种，所述第一氟醚类化合物的分子结构中与醚氧键官能团上的氧原子直接连接的α-碳原子上均不具有与所述α-碳原子直接连接的氟原子；
所述第三溶剂包括卤代或未卤代的烷烃化合物、卤代或未卤代的芳香烃化合物、第二氟醚类化合物中的一种或多种，所述第二氟醚类化合物的分子结构中与醚氧键官能团上的氧原子直接连接的α-碳原子上具有至少一个与所述α-碳原子直接连接的氟原子。
2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述第一溶剂包括式（1）至式（2）、式（7）至式（9）所示化合物中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，R1至R12各自独立地包括C4-C6支链烷基、C4-C6氟代支链烷基、苯基、氟代苯基、甲基苯基、氟代甲基苯基中的一种。
4.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，R1至R12各自独立地包括C3-C10支链烷基、C3-C10氟代支链烷基中的一种。
5.根据权利要求4所述的电池单体，其特征在于，R1至R12各自独立地包括C4-C6支链烷基、C4-C6氟代支链烷基中的一种。
6.根据权利要求5所述的电池单体，其特征在于，R1至R12各自独立地包括C4-C6支链烷基中的一种。
7.根据权利要求1或2所述的电池单体，其特征在于，R13至R23各自独立地包括C3-C10支链烷基中的一种。
8.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，R13至R23各自独立地包括C4-C6支链烷基中的一种。
9.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述第一溶剂包括如下化合物中的一种或多种：
。
10.根据权利要求9所述的电池单体，其特征在于，所述第一溶剂包括A-5、A-6、A-13、A-14中的一种或多种。
11.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述第一溶剂的重量含量为50%-70%，基于所述溶剂的总重量计。
12.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，
所述第二溶剂包括醚类化合物、第一氟醚类化合物中的一种或多种；和/或，
所述第三溶剂包括第二氟醚类化合物中的一种或多种。
13.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，
所述卤代或未卤代的酯类化合物包括碳酸酯、卤代碳酸酯化合物、羧酸酯、卤代羧酸酯化合物中的一种或多种；和/或，
所述醚类化合物包括甲醚、乙醚、丙醚、丁醚、甲乙醚、甲丙醚、甲丁醚、乙丙醚、乙丁醚、丙丁醚、二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、二丙氧基甲烷、二甲氧基乙烷、二甲氧基丙烷、二乙氧基乙烷、乙二醇甲基乙基醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、四氢呋喃、四氢吡喃、1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环中的一种或多种；和/或，
所述第一氟醚类化合物包括如下化合物中的一种或多种： ；
和/或，
所述卤代或未卤代的烷烃化合物包括环己烷、十氟戊烷中的一种或多种；和/或，
所述卤代或未卤代的芳香烃化合物包括苯、甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、氟苯、对二氟苯、间二氟苯、邻二氟苯、三氟甲苯、三氟甲氧基苯中的一种或多种；和/或，
所述第二氟醚类化合物包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,2-双(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、双(2,2,2-三氟乙基)醚、1,1,2,3,3,3-六氟丙基乙基醚、1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚、乙基三氟甲基醚、二氟甲基-2,2,3,3,3-五氟丙基醚、七氟丙基-1,2,2,2-四氟乙基醚、二氟甲基2,2,3,3-四氟丙基醚、全氟异丙基甲基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、乙基-1,1,2,2-四氟乙基醚、乙基-2,2,2-四氟乙基醚、双(1,1,2,2-四氟乙基)醚中的一种或多种。
14.根据权利要求13所述的电池单体，其特征在于，
所述卤代或未卤代的酯类化合物包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、甲基三氟乙基碳酸酯、乙基三氟乙基碳酸酯、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、2,2,2-三氟乙酸甲酯，2,2,2-三氟乙酸乙酯中的一种或多种；和/或，
所述醚类化合物包括二甲氧基丙烷、二乙氧基乙烷中的一种或多种；和/或，
所述第一氟醚类化合物包括B-2、B-5中的一种或多种；和/或，
所述第二氟醚类化合物包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,2-双(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷中的一种或多种。
15.根据权利要求13所述的电池单体，其特征在于，
所述第二溶剂包括二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、B-2、B-5中的一种或多种；和/或，
所述第三溶剂包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,2-双(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷中的一种或多种。
16.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述电解液还包括添加剂，所述添加剂包括丙烷磺内酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三氟乙基)磷酸酯、三(三氟乙基)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、二甲基马来酸酐、1,4-二异氰酸丁酯中的一种或多种。
17.根据权利要求16所述的电池单体，其特征在于，所述添加剂的重量含量小于等于5%，基于所述电解液的总重量计。
18.根据权利要求17所述的电池单体，其特征在于，所述添加剂的重量含量为0.5%-3%，基于所述电解液的总重量计。
19.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，
所述电解液包括第一阳离子，所述第一阳离子包括碱金属离子、碱土金属离子中的一种或多种；和/或，
所述电解液包括第一阴离子，所述第一阴离子包括双氟磺酰亚胺阴离子、双三氟甲磺酰亚胺阴离子、二草酸硼酸根阴离子、二氟草酸硼酸根阴离子、二氟二草酸磷酸根阴离子、四氟草酸磷酸根阴离子、二氟磷酸根阴离子、六氟磷酸根阴离子、四氟硼酸根阴离子、六氟砷酸根阴离子、三氟甲磺酸根阴离子中的一种或多种。
20.根据权利要求19所述的电池单体，其特征在于，
所述第一阳离子包括锂离子、钠离子中的一种或多种；和/或，
所述第一阴离子包括双氟磺酰亚胺阴离子、双三氟甲磺酰亚胺阴离子中的一种或多种。
21.根据权利要求19所述的电池单体，其特征在于，所述电解液中的所述第一阴离子的摩尔浓度为0.5mol/L-4mol/L。
22.根据权利要求21所述的电池单体，其特征在于，所述电解液中的所述第一阴离子的摩尔浓度为1.2mol/L-1.8mol/L。
23.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体包括锂金属电池单体、无负极锂金属电池单体、锂空气电池单体、锂硫电池单体、钠金属电池单体、无负极钠金属电池单体、钠空气电池单体、钠硫电池单体中的一种。
24.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体充放电的上限电压大于等于4V。
25.根据权利要求24所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体充放电的上限电压大于等于4.2V。
26.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-25任一项所述的电池单体。
27.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求26所述的电池。
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