本技术涉及电化学,特别是涉及一种电解液和电化学装置。
背景技术:
1、电化学装置(例如,锂离子电池)因其能量密度高、循环性能好、安全、环保且无记忆效应等优点,被广泛应用于便携式电子产品、电动交通工具、航空航天、能源储备等领域,并且用户对于电化学装置的性能也提出了越来越高的要求,例如循环性能以及高温存储性能。
2、因此,亟需提供一种具有较好的循环性能和高温存储性能的电化学装置,以满足人们越来越高的使用需求。
技术实现思路
1、本技术的目的在于提供一种电解液和电化学装置,以提高电化学装置的循环性能和高温存储性能。
2、本技术的第一方面提供了一种电解液,其包括式i化合物中的至少一种:
3、
4、其中,n选自0、1或2,m、k独立选自0、1,m和k不同时为0,n和k不同时为0,a1、a11独立地选自a12选自r12为次甲基,r1、r11各自独立地选自共价单键、经取代或未经取代的c1至c3的亚烷基,当经取代时,取代基包括卤素或a13,卤素选自氟、氯或溴,a13选自其中,r13、r15各自独立选自c1至c5的亚烷基,r14选自氢、卤素或c1至c5的烷基,卤素选自氟、氯或溴,表示与相邻原子的结合位点,式i化合物至少含有一个氰基,当n选自0时,r11和r12可以成环。
5、电解液包括上述式i化合物,式i化合物可以在正极、负极形成较为稳定的界面保护层,并且式i化合物含有氰基,可以进一步稳定高价态的过渡金属,进一步抑制电解液的持续分解,进一步抑制产气,延缓电化学装置循环阻抗的增长,起到改善电化学装置的循环性能以及高温存储性能的作用。
6、在本技术的一种实施方案中,式i化合物包括以下化合物中的至少一种:
7、
8、
9、选用上述式i化合物,式i化合物可以在正极、负极形成更为稳定的界面保护层,并且式i化合物含有氰基,可以进一步稳定高价态的过渡金属,进一步抑制电解液的持续分解,进一步抑制产气,延缓电化学装置循环阻抗的增长,进一步改善电化学装置的循环性能以及高温存储性能。
10、在本技术的一种实施方案中,基于电解液的总质量,式i化合物的质量百分含量为0.1%至3.5%,优选为0.1%至2%。通过调控式i化合物的质量百分含量在本技术范围内,式i化合物具有合适的质量百分含量,能够较好地改善电化学装置的循环性能以及高温存储性能,同时电解液具有合适的粘度,且式i化合物能够较好地满足在电解液中的溶解度要求。
11、在本技术的一种实施方案中,电解液还包括式ii化合物中的至少一种:
12、
13、其中,n选自0到4的整数,a2选自r21、r22各自独立地选自共价单键、c1至c5的亚烷基、c2至c4的亚烯基或r23、r24各自独立地选自共价单键、c1至c5的亚烷基、c2至c4的亚烯基、其中,r25选自氢、氰基、未经取代或经氰基取代的c1至c3烷基,r26、r27独立地选自共价单键或c1至c3的亚烷基,表示与相邻原子的结合位点;基于电解液的总质量,式ii化合物的质量百分含量为0.1%至5%。
14、电解液还包括上述式ii化合物,式ii化合物能够与电解液中的式i化合物形成协同作用,可以对界面起到较强的保护作用,进一步抑制电解液分解,从而进一步改善电化学装置的循环性能。通过调控式ii化合物的质量百分含量在本技术范围内,式ii化合物具有合适的质量百分含量,能够较好地保护正极界面,较好地改善电化学装置的高温存储性能;还能够使电解液具有合适的粘度,使电化学装置具有较好的动力学性能以及循环性能。
15、在本技术的一种实施方案中,式ii化合物包括以下化合物中的至少一种:
16、
17、
18、选用上述式ii化合物,式ii化合物能够与电解液中的式i化合物形成协同作用,可以对界面起到更强的保护作用,进一步抑制电解液分解,从而进一步改善电化学装置的循环性能。
19、在本技术的一种实施方案中,式i化合物的质量百分含量与式ii化合物的质量百分含量的比值为wⅰ,满足0.01≤wⅰ≤5,优选为0.05≤wⅰ≤1。通过调控式i化合物的质量百分含量与式ii化合物的质量百分含量的比值wⅰ在本技术范围内,式i化合物的质量百分含量与式ii化合物的质量百分含量较好地匹配,式i化合物能够与电解液中的式ii化合物形成协同作用,可以对界面起到更强的保护作用,进一步抑制电解液分解,从而进一步改善电化学装置的循环性能。
20、在本技术的一种实施方案中,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iii-a化合物和式iii-b化合物中的至少一种:
21、
22、其中,m选自0或1,a31、a32和a33各自独立选自表示与相邻原子的结合位点;r31、r32各自独立地选自经取代或未经取代的c1至c5的烷基、经取代或未经取代的c2至c5的烯基,经取代时,取代基为卤素,卤素选自氟、氯或溴;r33和r34各自独立地选自经取代或未经取代的c1至c5的亚烷基、经取代或未经取代的c2至c5的烯基,经取代时,取代基为卤素,卤素选自氟、氯或溴;基于电解液的总质量,式iii-a化合物和式iii-b化合物的质量百分含量总和为0.1%至5%。
23、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iii-a化合物和式iii-b化合物,式iii-a化合物和式iii-b化合物的抗氧化能力较强,可以有效提高正极界面的稳定性;另一方面,式iii-a化合物和式iii-b化合物可以在负极表面还原,形成一层保护膜,有效抑制电解液的分解,进一步增强界面的稳定性。因此,联合使用式iii-a化合物和式iii-b化合物,可以进一步改善电化学装置的循环性能。通过调控含硫氧双键化合物的质量百分含量在本技术范围内,含硫氧双键化合物具有合适的质量百分含量,能够有效减少电解液在正极、负极的反应;还能够较好地改善正极界面和负极界面的稳定性,同时能够使电解液具有合适的粘度,使电化学装置具有较好的循环性能以及高温存储性能。
24、在本技术的一种实施方案中,式iii-a化合物包括以下化合物中的至少一种:
25、
26、
27、选用上述式iii-a化合物和式iii-b化合物,式iii-a化合物和式iii-b化合物的抗氧化能力更强,可以进一步提高正极界面的稳定性;另一方面,式iii-a化合物和式iii-b化合物可以在负极表面还原,形成一层保护膜,进一步抑制电解液的分解,进一步增强界面的稳定性。因此,联合使用上述式iii-a化合物和式iii-b化合物,可以进一步改善电化学装置的循环性能。
28、在本技术的一种实施方案中,式i化合物的质量百分含量与含硫氧双键化合物的质量百分含量的比值为wⅱ,满足0.1≤wⅱ≤2。通过调控式i化合物的质量百分含量与含硫氧双键化合物的质量百分含量的比值wⅱ在本技术范围内,式i化合物的质量百分含量与含硫氧双键化合物的质量百分含量较好地匹配,式i化合物能够与电解液中的含硫氧双键化合物形成协同作用,式i化合物含有氰基,可以稳定高价态过渡金属,还可以保护负极界面,与含硫氧双键化合物一同稳定正极、负极界面,从而进一步改善电化学装置的循环性能和高温存储性能。
29、在本技术的一种实施方案中,电解液还包括式iv化合物中的至少一种:
30、
31、其中,r41选自经取代的c1至c6亚烷基、未经取代的c2至c6亚烯基;经取代时,取代基选自f或c2至c6烯基;基于电解液的总质量,式iv化合物的质量百分含量为0.1%至15%。电解液还包括式iv化合物,式iv化合物可以辅助增强负极固态界面(sei)膜的成膜稳定性;使用式iv化合物可以增加sei膜的柔性,进一步增强对活性材料的保护作用,降低活性材料与电解液的界面接触几率,减少电解液与活性材料间的副反应,从而降低循环过程中因副产物累积产生的阻抗,进一步改善电化学装置的循环性能。通过调控式iv化合物的质量百分含量在本技术范围内,式iv化合物具有合适的质量百分含量,能够较为充分地保护界面,并且环状碳酸酯化合物能够有效增强sei膜的稳定性,使电化学装置同时具有较好的循环性能和高温存储性能。
32、在本技术的一种实施方案中,式iv化合物包括以下化合物中的至少一种:
33、
34、选用上述式iv化合物,上述式iv化合物可以进一步辅助增强负极固态界面(sei)膜的成膜稳定性;使用上述式iv化合物可以进一步增加sei膜的柔性,进一步增强对活性材料的保护作用,进一步降低活性材料与电解液的界面接触几率,进一步减少电解液与活性材料间的副反应,从而进一步降低循环过程中因副产物累积产生的阻抗,进一步改善电化学装置的循环性能。
35、在本技术的一种实施方案中,电解液还包括含硼锂盐,含硼锂盐包括四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂或二氟草酸硼酸锂中的至少一种;基于电解液的总质量,含硼锂盐的质量百分含量为0.01%至1%。电解液还包括含硼锂盐,上述含硼锂盐可以在正极界面成膜,有效保护正极界面,与式i化合物产生协同作用,可以进一步改善电化学装置的循环性能。通过调控含硼锂盐的质量百分含量在本技术范围内,含硼锂盐具有合适的质量百分含量,可以有效保护正极界面,有效改善电化学装置的循环性能。
36、本技术的第二方面提供了一种电化学装置,其包括前述任一实施方案中的电解液。因此,本技术提供的电化学装置具有良好的循环性能和高温存储性能。
37、本技术的有益效果:
38、本技术提供了一种电解液,电解液包括式i化合物,式i化合物可以在正极、负极形成较为稳定的界面保护层,并且式i化合物含有氰基,可以进一步稳定高价态的过渡金属,进一步抑制电解液的持续分解,进一步抑制产气,延缓电化学装置循环阻抗的增长,从而提高电化学装置的循环性能和高温存储性能。
39、当然,实施本技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
1.一种电解液,其包括式i化合物中的至少一种:
2.根据权利要求1所述的电解液,其中,所述式i化合物包括以下化合物中的至少一种:
3.根据权利要求1所述的电解液,其中,基于所述电解液的总质量,所述式i化合物的质量百分含量为0.1%至3.5%,优选为0.1%至2%。
4.根据权利要求1所述的电解液,其中,所述电解液还包括式ii化合物中的至少一种:
5.根据权利要求4所述的电解液,其中,所述式ii化合物包括以下化合物中的至少一种:
6.根据权利要求4所述的电解液,其中,所述式i化合物的质量百分含量与所述式ii化合物的质量百分含量的比值为wⅰ,满足0.01≤wⅰ≤5,优选为0.05≤wⅰ≤1。
7.根据权利要求1所述的电解液,其中,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iii-a化合物和式iii-b化合物中的至少一种:
8.根据权利要求7所述的电解液,其中,所述式iii-a化合物包括以下化合物中的至少一种:
9.根据权利要求7所述的电解液,其中,所述式i化合物的质量百分含量与所述含硫氧双键化合物的质量百分含量的比值为wⅱ,满足0.1≤wⅱ≤2。
10.根据权利要求4所述的电解液,其中,所述电解液还包括式iv化合物中的至少一种:
11.根据权利要求10所述的电解液,其中,所述式iv化合物包括以下化合物中的至少一种:
12.根据权利要求4所述的电解液,其中,所述电解液还包括含硼锂盐,所述含硼锂盐包括四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂或二氟草酸硼酸锂中的至少一种;基于所述电解液的总质量,所述含硼锂盐的质量百分含量为0.01%至1%。
13.一种电化学装置,其包括权利要求1至12中任一项所述的电解液。
