CN118173892A

CN118173892A - 一种电解液及其应用

Info

Publication number: CN118173892A
Application number: CN202410332907.1A
Authority: CN
Inventors: 蒋阳慧; 熊伟; 郑畅; 杨新哲; 马斌
Original assignee: Huizhou Liwinon Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Huizhou Liwinon Energy Technology Co Ltd
Filing date: 2024-03-22
Publication date: 2024-06-11

Abstract

本发明公开了一种电解液及其应用，属于新能源技术领域。本发明提供的电解液，制备原料包括溶剂、添加剂和锂盐；溶剂包括氟代醚类溶剂；添加剂包括对苯醌、酸酐和异氰酸酯，在电解液中的质量占比分别为x％、y％和z％；且0.1≤x+y‑2z≤1；0.2≤x/y≤1.5；0.1≤x/z≤2；0.5≤y/z≤2.5。本发明提供的电解液，可很好适配于4.53V及以上的高电压钴酸锂、高硅负极和补锂材料体系，添加剂能够吸收残碱、单线态氧和水，提升电解液的适应性，并拓宽电解液的工作电压窗口；包括电解液的锂离子电池的能量密度、循环性能和安全性能也有提升。本发明还提供了上述电解液的应用。

Description

一种电解液及其应用

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其是涉及一种电解液及其应用。

背景技术

随着电子技术的进步，便携式设备对能量来源，也就是电池的性能要求越来越高，在满足循环寿命要求的同时，还需兼顾大倍率充放电性能，更需要提高锂离子电池的体积能量密度。目前提高锂离子电池的能量密度有两条有效的路径:一是提高电池的电压，二是提高正负极活性材料的克容量。具体的:

使用更高克容量的负极材料取代现有的石墨材料是一种提升能量密度的有效途径。在各种有一定应用前景的新型负极材料中，硅因其优异的综合性能脱颖而出，成为最有可能实现大规模应用的下一代负极材料。但硅材料首效较低，因此需要在硅负极体系中使用补锂技术。铁酸锂(Li₅FeO₄，缩写LFO)是一种性能优异的补锂剂，但是其在生产过程中需要加入过量的碳酸锂Li₂CO₃，难以通过水洗等方式去除；同时LFO在循环过程中会释放出单线态氧，会导致电解液氧化；也就是说，含有LFO的补锂体系中，容易产生残碱和单线态氧的问题。

使用高克容量的正极材料也是提升能量密度的一种途径。和其他种类的正极材料相比，高镍正极材料具有更高的克比容量，但是随镍含量的提升，正极材料表面的残碱越难以被去除。也就是说，在高镍体系中，容易出现残碱高的问题。

提升电池的充电截止电压，也可在一定程度上提升能量密度。但是提升电压后，电解液也很容易被正极氧化。

综上，急需开发一种电解液，可降低残碱对电化学体系的影响，同时可吸收单线态氧，减少其对对电解液造成的副反应，减少产气并改善循环性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电解液，其与补锂剂铁酸锂适配，可改善铁酸锂在后续放电过程中会出现的释氧问题，从而提升硅负极体系锂离子电池的循环性能和使用寿命。

本发明还提供了包括上述电解液的锂离子电池。

根据本发明第一方面的实施例，提供了一种电解液，所述电解液的制备原料包括溶剂、添加剂和锂盐；

所述溶剂包括氟代醚类溶剂；

所述添加剂包括对苯醌、酸酐和异氰酸酯；

所述异氰酸酯的结构式如式VIII所示：

所述对苯醌在电解液中的质量占比为x％，所述酸酐在电解液中的质量占比为y％，所述异氰酸酯在电解液中的质量占比为z％；满足关系式：0.1≤x+y-2z≤1；0.2≤x/y≤1.5；0.1≤x/z≤2；0.5≤y/z≤2.5；并且x的取值为0.1～3；y的取值为0.1～5；z的取值为0.1～5。

根据本发明实施例的电解液，至少具有如下有益效果：

本发明提供的电解液，在氟代溶剂中，以对苯醌、酸酐和异氰酸酯作为组合添加剂，并控制在上述质量范围内，该电解液体系与高硅负极/补锂材料体系相适配，对苯醌可吸收单线态氧，酸酐可通过中和残碱，降低残碱量，减少因残碱导致的产气，而异氰酸酯可吸收酸酐与残碱中和反应产生的水，两者协同作用，可吸收锂离子电池体系中的水分，抑制微量水分造成的锂盐分解及高电压产气，改善锂离子电池的循环寿命。进一步的，通常，残碱(主要指补锂剂表面的残碱)含量通常在500～5000ppm，本发明中异氰酸酯的添加量相对于水含量为过量组分，当异氰酸酯过量时只会生成缩二脲类化合物，不会产生气体。由此可知，本发明提供的电解液中，通过添加剂的搭配，可显著提升包括所述电解液的锂离子电池的能量密度、工作电压、循环性能和安全性能。

本发明提供的电解液中，通过添加特定种类的溶剂，可在改善溶剂化结构的同时，提高电解液的耐氧化性；所述溶剂和所述添加剂协同后，可提升所得电解液的综合性能，具体的，所述电解液的耐氧化性显著提升，可适应4.53V及以上的高电压LiCoO₂(正极)、高硅负极/补锂材料体系，改善锂离子电池的高电压循环性能、高温存储性能及热箱性能。

综上，本发明提供的电解液中，通过采用特定种类的溶剂、添加剂，并限定添加剂的用量关系，所得电解液可很好适配于4.53V及以上的高电压钴酸锂、高硅负极和补锂材料体系，包括所述电解液的锂离子电池的能量密度、循环性能和安全性能也有提升。

根据本发明的一些实施例，所述氟代醚的结构式如式I所示；

式I中，R₁～R₂独立选自C1～C10未取代烷基和C1～C10取代烷基中的一种。

根据本发明的一些实施例，式I中，C1～C10取代烷基中，为F取代C1～C10烷基，或杂环取代C1～C10烷基。其中，所述杂环中含有S或N。进一步具体的所述杂环可以是吡啶环。

根据本发明的一些实施例，所述氟代醚类溶剂为式II～式III所示化合物中的一种：

氟代醚类溶剂中，H被F取代后，由于F具有强烈的吸电子效应，可使溶剂的HOMO轨道的能量降低，其HOMO轨道中的电子更难被夺取，因此氟代后可明显提升溶剂的耐氧化性能，进而延长电池的循环寿命。同时氟代醚类溶剂能在负极表面发生还原分解，形成富含LiF的固体电解质界面膜(SEI)，该界面膜具有较高的杨氏模量，可有效抑制充放电过程中硅负极的体积效应导致的SEI膜破裂，并且具有较高的离子电导率，可有效抑制锂枝晶的形成。同时有机氟代物具有良好的阻燃性能，因此可大幅改善电池的循环性能、高温性能及热箱性能。即本发明选用的氟代醚类溶剂，可改善所述电解液的循环性能、耐高温性能和耐高压性能。

根据本发明的一些实施例，所述氟代醚类溶剂占所述电解液的质量百分数为1～25％。

根据本发明的一些实施例，所述氟代醚类溶剂占所述电解液的质量百分数为2.5～12％。进一步具体的可以是约11％。

根据本发明的一些实施例，所述溶剂还包括链状式碳酸酯、环状碳酸酯和羧酸酯类化合物中的至少两种。

根据本发明的一些实施例，所述链式碳酸酯包括碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述环状碳酸酯包括碳酸丙烯酯(PC)和碳酸乙烯酯(EC)中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述羧酸酯类化合物包括丙酸乙酯(EP)和乙酸乙酯(EA)中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述腈类化合物包括乙腈和丙腈中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述溶剂为所述氟代醚类溶剂、环状碳酸酯、链式碳酸酯和羧酸酯的混合物。其中，

所述氟代醚类溶剂和所述环状碳酸酯的质量比为1:0.8～1.2。例如具体可以是约1:1。

所述氟代醚类溶剂和所述链式碳酸酯的质量比为1:1.5～2.5。例如具体可以是约1:2。

所述氟代醚类溶剂和所述羧酸酯的质量比为1:1.5～2.5。例如具体可以是约1:2。

根据本发明的一些实施例，所述对苯醌(CAS:106-51-4)占所述电解液的质量百分数为0.3～2％。进一步具体的可以是约1％或1.5％。

根据本发明的一些实施例，所述酸酐的结构式如式IV所示：

式IV中，R₄和R₅分别独立选自C1～C10未取代烃基和C1～C10取代烃基中的一种；且R₄和R₅独立存在或成环。

根据本发明的一些实施例，式IV中，R₄和R₅选自C1～C10取代烃基时，C1～C10取代烃基中含有F、N、S和Si杂原子中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述酸酐包括式V～式VII所示化合物中的至少一种:

式IV中R₄选自C1～C10未取代烷基和C1～C10取代烷基中的一种；

根据本发明的一些实施例，所述酸酐，为式V～式VII所示化合物中的一种。

根据本发明的一些实施例，所述酸酐占所述电解液的质量百分数为0.2～4％。例如具体可以是约1.5％、2％、2.5％或3％。

根据本发明的一些实施例，式VIII中，R₆选自C₁～C₁₅烃基。

根据本发明的一些实施例，式VIII中，当R₆为取代烃基时，取代烃基含有F、N、S和Si杂原子中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述异氰酸酯包括式IX或式X结构所示化合物:

根据本发明的一些实施例，所述异氰酸酯占所述电解液的质量百分数为0.3～3％。例如具体可以是约1％、1.5％、2％或2.5％。

根据本发明的一些实施例，0.3≤x+y-2z≤0.8，进一步具体的约等于0.5。

根据本发明的一些实施例，0.5≤x/y≤1。进一步具体的约等于0.75。

根据本发明的一些实施例，0.8≤x/z≤1.2，进一步具体的约等于1。

根据本发明的一些实施例，1≤y/z≤1.5，进一步具体的为1.3～1.4。

根据本发明的一些实施例，所述添加剂还包括成膜添加剂。

根据本发明的一些实施例，所述成膜添加剂包括1,3-丙磺酸内酯(PS)、硫酸乙烯酯(DTD)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)、三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)和三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)中的至少一种。

当所述成膜添加剂包括所述氟代碳酸乙烯酯时，所述成膜添加剂和其他添加剂之间，以及溶剂之间，发挥协同作用，可在负极表面形成结构稳定、电子电导率高的SEI膜，可抑制锂枝晶的生长，还可以弱化负极活性材料体积变化带来的副作用，最终显著提升了所述电解液的循环性能、高温性能及热箱性能。

根据本发明的一些实施例，所述成膜添加剂占所述电解液的质量百分数为8～20％。例如具体可以是约10％、12％、15％、17％或20％。

根据本发明的一些实施例，所述锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF₆)、二氟磷酸锂(LiDFP)、二氟双草酸磷酸锂(LiODFP)、四氟草酸磷酸锂(LiOTFP)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐(LiTFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述锂盐占所述电解液的质量百分数为8～25％。例如具体可以是约10％、12％、14％、15％、17％或20％。

根据本发明的一些实施例，所述电解液的制备原料包括溶剂、添加剂和锂盐；

所述溶剂为所述氟代醚类溶剂、环状碳酸酯、链式碳酸酯和羧酸酯按照1:0.8～1.2:1.5～2.5:1.5～2.5质量比的混合；所述氟代醚类溶剂占所述电解液的质量百分数为1～25％；

按占所述电解液的质量百分数计，所述添加剂包括：

根据本发明第二方面的实施例，提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、负极、间隔于所述正极和所述负极之间的隔膜和电解液，所述正极、负极被所述电解液浸润，所述正极包括正极集流体和设于所述正极集流体表面的正极涂层。

由于所述锂离子电池采用了上述实施例的电解液的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。即，当采用相同的正负极时，采用本发明电解液的锂离子电池，具有更高的能量密度、可进行更高电压的充放电、循环性能和安全性能更高。

根据本发明的一些实施例，所述正极集流体包括铝箔。

根据本发明的一些实施例，所述正极涂层中包括补锂剂。

根据本发明的一些实施例，所述补锂剂包括Li₅FeO₄、LiNiO₂和Li₂O中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述补锂剂占所述正极涂层的质量百分数为0.5～5％。例如具体可以是约1％、1.5％或约2％。

根据本发明的一些实施例，所述正极涂层中还包括正极活性材料、正极粘结剂和导电剂。

其中:

所述正极活性材料包括聚阴离子材料、层状材料和尖晶石材料中的至少一种；所述层状材料的通式为LiMO₂，式中M包括镍、钴、锰中的至少一种。进一步具体的，所述层状材料为钴酸锂，或任何比例的镍钴锰酸锂。

当所述正极活性材料包括钴酸锂时，由于通常钴酸锂的充电电压较高，当电压高于4.50V后，钴酸锂的晶体结构趋于不稳定，循环过程中结构更易崩塌，导致晶格中的金属离子溶出，导致电解液氧化以及阻抗增加，从而使循环性能恶化。正极活性材料LiCoO₂在循环过程中，由于晶格中的Co及O的能带存在部分重合，在充电过程中，Co失去电子被氧化时，O也会参与电荷转移，导致O转化为单线态氧¹O₂，¹O₂后续又会转化为活性氧，两者均具有极强的氧化性，使电解液发生氧化，产生气体导致电池胀气，导致循环性能恶化。而对苯醌具有在正极表面成膜的作用，会形成致密的CEI，阻止过渡金属离子溶出，同时可利用其本身具有的不饱和结构吸收单线态氧¹O₂，避免补锂剂释放的¹O₂导致电解液氧化，进而改善电池的循环性能及高温存储性能。

所述正极导电剂包括石墨烯、导电炭黑(SP)和碳纳米管中的至少一种。

所述正极粘结剂包括聚偏二氟乙烯(PVDF)。

根据本发明的一些实施例，所述正极活性材料和所述正极导电剂的质量比为60～70:1。例如具体可以是约63:1、65:1或约64:1。

根据本发明的一些实施例，所述正极导电剂和所述正极粘结剂的质量比为1:0.6～0.7。

根据本发明的一些实施例，所述负极包括负极集流体和设于所述负极集流体表面的负极涂层。

根据本发明的一些实施例，所述负极集流体包括铜箔。

根据本发明的一些实施例，所述负极涂层中包括负极活性材料。

根据本发明的一些实施例，所述负极活性材料包括石墨、软碳、硬碳、锡基材料和硅基负极材料中的至少一种。其中，所述硅基材料包括硅氧材料(简称SiO_x)和硅碳材料(简称SiC)中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述石墨和硅基负极材料的质量比为3～5:1。例如具体可以是约4:1。

根据本发明的一些实施例，所述负极涂层还包括负极导电剂、增稠剂和负极粘结剂。其中:

所述负极导电剂包括碳纳米管和石墨烯中的至少一种。所述负极导电剂和所述负极粘结剂的质量比为0.3～0.35:1。例如具体可以是0.32～0.33:1。

所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠(CMC)。所述增稠剂和所述负极粘结剂的质量比为0.25～0.35:1。例如具体可以是约0.3:1。

所述负极粘结剂包括聚丙烯酸(PAA)和丁苯橡胶(SBR)中的至少一种。所述负极活性材料和所述负极粘结剂的质量比为20～25:1。例如具体可以是23～24:1。

根据本发明的一些实施例，所述锂离子电池还包括隔膜，所述隔膜设于所述正极和负极之间。

在正极中包括补锂剂(特别是Li₅FeO₄)、负极活性材料包括硅基材料的锂离子电池体系中:对苯醌可吸收补锂剂产生的单线态氧，酸酐可通过中和反应除去补锂剂表面的残碱，降低其表面的残碱量，减少因残碱导致的产气，而异氰酸酯可吸收酸酐与残碱之间中和反应产生的水，两者协同作用，可吸收补锂剂中的水分，抑制微量水分造成的锂盐分解及高电压产气，改善锂离子电池的循环寿命。整体上，采用所述电解液的锂离子电池，可显著抑制补锂剂的副作用，并提升硅基负极材料的稳定性，抑制硅材料颗粒表面在循环过程中出现裂纹，同时可提升正极材料表面的稳定性，抑制过渡金属离子溶出，从而改善电池的常温/高温循环性能、高温存储性能及热箱性能。

根据本发明的一些实施例，所述锂离子电池的充电截止电压≥4.5V。例如具体可以是约4.53V。

根据本发明的一些实施例，所述锂离子电池充电截止电压为4.53V、温度为25℃、充放电倍率为0.7C/0.5C条件下，400周的容量保持率≥86％。例如具体可以是约87％。

根据本发明的一些实施例，所述锂离子电池充电截止电压为4.53V、温度为45℃、充放电倍率为0.7C/0.5C条件下，300周的容量保持率≥85％。例如具体可以是约86％。

根据本发明的一些实施例，所述锂离子电池在135±2℃保持60min，不起火不爆炸的通过率为100％。

根据本发明的一些实施例，所述锂离子电池满电状态下，在85℃存储24h后，厚度膨胀率≤3％。例如具体可以是约2％、2.3％或约2.5％。

根据本发明的一些实施例，所述锂离子电池满电状态下，在85℃存储24h后，容量保持率≥86％。例如具体可以是约87％或约88％。

根据本发明的一些实施例，所述锂离子电池满电状态下，在85℃存储24h后，容量恢复率≥90％。例如具体可以是约91％或约92％。

若无特殊说明，本发明的“约”实际表示的含义是允许误差在±2％的范围内，例如约100实际是100±2％×100。

若无特殊说明，本发明中的“在……之间”包含本数，例如“在2～3之间”包括端点值2和3。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例1

本例制备了一种电解液，所用制备原料如表1所示，具体步骤为:

在充满氩气的手套箱中，将锂盐溶解在溶剂中；

将所得混合物和添加剂混合。

实施例2～5和对比例1～16分别制备了一种电解液，具体和实施例1的区别在于:

部分制备原料不同，具体制备原料如表1所示。

表1实施例1～5和对比例1～16中电解液的制备原料

表1中，所有比例为质量比例，所有百分数为质量百分数。

应用例

本例提供了一种锂离子电池，具体的：

电解液:来自实施例1～5和对比例1～16，所得锂离子电池以其所用电解液的来源编号。

正极:制备过程是将正极活性材料钴酸锂LiCoO₂(厦钨新能源)、导电剂Super P、粘结剂聚偏二氟乙烯PVDF、补锂剂Li₅FeO₄按照96:1.5:1:1.5的重量比混合后，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，制得正极浆料:将正极浆料涂布在正极集流体铝箔上，在85℃条件下烘干后进行冷压，然后进行切边、裁片、分条后，在85℃的真空条件下烘干4h，焊接极耳。

负极:制备过程是将阳极活性物质石墨(深圳贝特瑞)及氧化亚硅SiOx、导电剂碳纳米管CNT、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)和粘结剂聚丙烯酸(PAA)按照93.5:1.3:1.2:4的重量比混合，其中阳极活性物质中，石墨和氧化亚硅的质量比为4:1；在所得混合物中加入去离子水混合均匀制备得到负极浆料；将负极浆料涂布在负极集流体铜箔上，在85℃条件下烘干，然后进行切边、裁片、分条后，在85℃真空条件下烘干12h。

隔膜，购自深圳星源。

锂离子电池的制备:将正极、隔膜、负极按顺序叠好，使隔膜处于正负极片中间，卷绕得到裸电芯；将裸电芯至置铝塑膜外包装中，将实施例或对比例所得电解液注入到干燥后的电池中，封装、静置、化成、整形和分容，完成锂离子软包电池的制备。

锂离子电池中，电芯设计容量4500mAh，N/P比为1.05，注液系数1.8g/Ah，保液系数1.3g/Ah。

测试例

本例测试了应用例所得锂离子电池的电化学性能，具体的：

(1)常温循环性能测试:在25℃环境中，将分容后的电池按0.7C恒流恒压充至4.53V，截止电流0.05C，然后按0.5C恒流放电至3.0V，依此循环，充放电400次循环后计算第400周容量保持率，计算公式如下:

第400周循环容量保持率(％)＝(第400周循环放电容量/首次循环放电容量)×100％。

其中，首次循环放电容量，为化成、分容完成后，进行的首周循环的放电容量。

(2)高温循环性能测试:在45℃环境中，将分容后的电池按0.7C恒流恒压充至4.53V，截止电流0.05C，然后按0.5C恒流放电至3.0V，依此循环，充放电300次循环后计算第300周容量保持率，计算公式如下:

第300周循环容量保持率(％)＝(第300周循环放电容量/首次循环放电容量)×100％。

(3)85℃/24h高温存储测试:将分容后的电池放在常温下以0.5C充放电1次(4.53V-3.0V)，记录电池存储前放电容量C₀，然后将电池以1C电流恒流恒压充电至4.53V满电状态(100％SOC)，使用PPG电池测厚仪(600g)测试电池高温存储前的厚度d₁，将电池放入85℃恒温箱中存储24h，存储完成后取出电池测试存储后的电池热厚度d₂，计算电池85℃存储24h后的电池厚度膨胀率；待电池在室温下冷却24h后，再次将电池以0.5C进行恒流放电至3.0V，然后0.5C恒流恒压充至4.53V，记录电池存储后放电容量C₁和充电容量C₂，计算电池85℃存储24h后的容量剩余率和恢复率，计算公式如下:

85℃存储24h后厚度膨胀率＝(d₂-d₁)/d₁*100％；

85℃存储24h后容量剩余率＝C₁/C₀*100％；

85℃存储24h后容量恢复率＝C₂/C₀*100％。

(4)热冲击性能:在25℃环境条件下，以给定电流0.2C放电至3.0V；搁置5min；以充电电流0.2C充电至4.53V，当电芯电压达到4.53V时，改为4.53V恒压充电，直到充电电流≤截止电流0.05C；搁置1h后将电芯放入烘箱，烘箱温度以5±2℃/min速度升至135±2℃，并保持60min后停止，判断标准为电芯不起火不爆炸，每组进行6个平行试验，记录通过的个数，例如6/6表示进行了6个平行测试，6个电芯均不起火不爆炸。

以上各项电性能测试中，倍率参数为1C＝4500mA。

以上各项性能测试的结果如表2所示。

表2包括实施例1～5和对比例1～16所得电解液的锂离子电池的电化学性能

根据实施例1-5及对比例1-16的可知，通过引入氟代醚类溶剂部分取代常规溶剂，并引入添加剂对苯醌、酸酐与异氰酸酯，通过彼此之间的协同作用，有效降低了补锂剂颗粒表面的残碱含量，减少其在后期循环过程中的导致的产气，同时提高了电解液的耐氧化性，使电解液适应4.53V及以上的高电压LiCoO₂+高硅负极/补锂材料体系，改善了电池的高电压循环性能、高温存储性能及热箱性能。

氟代醚类溶剂可明显提升电解液体系的耐氧化性能，进而延长电池的循环寿命。同时氟代醚类溶剂能在负极表面发生还原分解，形成富含LiF的固体电解质界面膜(SEI)，可有效抑制充放电过程中硅负极的体积效应导致的SEI膜破裂，并且具有较高的离子电导率，可有效抑制锂枝晶的形成。同时氟代有机物具有良好的阻燃性能，因此可大幅改善电池的循环性能、高温性能及热箱性能。

对苯醌具有在正极表面成膜的作用，会形成致密的CEI，阻止过渡金属离子溶出，同时可利用其本身具有的不饱和结构吸收单线态氧¹O₂，避免补锂剂释放的¹O₂导致电解液氧化，进而改善电池的循环性能及高温存储性能。

电解液中成分的相互作用，改善高电压钴酸锂+高硅负极+正极补锂剂体系的高压性能、高温性能、循环性能和安全性能。基于此，所得锂离子电池有望在储能领域、动力电池领域和3C领域取得广泛的应用。

上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims

1.一种电解液，其特征在于，所述电解液的制备原料包括溶剂、添加剂和锂盐；

所述溶剂包括氟代醚类溶剂；

所述添加剂包括对苯醌、酸酐和异氰酸酯；

所述异氰酸酯的结构式如式VIII所示：

式VIII中，R₆选自取代或未取代的烃基；

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述氟代醚的结构式如式I所示；

式I中，R₁～R₂独立选自C1～C10未取代烷基和C1～C10取代烷基中的一种；

优选地，所述式I中，C1～C10取代烷基中，为F取代C1～C10烷基，或杂环取代C1～C10烷基；优选地，所述氟代醚类溶剂为式II～式III所示化合物中的至少一种：

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述溶剂还包括链式碳酸酯、环状碳酸酯、羧酸酯和腈类化合物中的至少一种。

4.根据权利要求1或3所述的电解液，其特征在于，所述氟代醚类溶剂占所述电解液的质量百分数为1～25％。

5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述酸酐的结构式如式IV所示：

式IV中，R₄和R₅分别独立选自C1～C10未取代烃基和C1～C10取代烃基中的一种；且R₄和R₅独立存在或成环；

优选地，式IV中，R₄和R₅选自C1～C10取代烃基时，C1～C10取代烃基中含有F、N、S和Si杂原子中的至少一种；

优选地，所述酸酐包括式V～式VII所示化合物中的至少一种:

6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，式VIII中，当R₆为取代烃基时，取代烃基含有F、N、S和Si杂原子中的至少一种；

优选地，所述异氰酸酯包括式IX或式X结构所示化合物：

7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐和双氟磺酰亚胺锂中的至少一种；优选地，所述锂盐占所述电解液的质量百分数为8～25％；优选地，所述添加剂还包括成膜添加剂；优选地，所述成膜添加剂包括1,3-丙磺酸内酯、硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯和三(三甲基硅烷)磷酸酯中的至少一种；优选地，所述成膜添加剂占所述电解液的质量百分数为8～20％。

8.一种锂离子电池，包括正极、负极、间隔于所述正极和所述负极之间的隔膜和电解液，所述正极、负极被所述电解液浸润，其特征在于，所述电解液为如权利要求1～7任一项所述的电解液；所述正极包括正极集流体和设于所述正极集流体表面的正极涂层。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极涂层中包括补锂剂；优选地，所述补锂剂包括Li₅FeO₄、LiNiO₂和Li₂O中的至少一种。

10.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极包括负极集流体和设于所述负极集流体表面的负极涂层；优选地，所述负极涂层中包括负极活性材料；优选地，所述负极活性材料包括石墨、软碳、硬碳、锡基材料和硅基负极材料中的至少一种。