电解液和包含电解液的电化学装置及电子装置制造方法及图纸

本申请涉及一种电解液和包括电解液的电化学装置及电子装置，所述电解液包含添加剂A和杂环化合物。本申请的电化学装置包括所述电解液，具有显著改善的高温循环性能和高温存储性能。

【技术实现步骤摘要】
电解液和包含电解液的电化学装置及电子装置
本申请涉及储能
，尤其涉及电解液和包含电解液的电化学装置及电子装置。
技术介绍
为了克服在保护环境方面日益严重的全球能源短缺，必须大幅度减少对不可再生能源的依赖。应作出巨大努力有效地转换、储存、运输和获取可再生能源，例如风能、太阳能和潮流。由于高能量密度和相对简单的反应机理、工作电压高、寿命长、绿色环保，可再充电的锂离子电池(LIB)被认为是最具吸引力的储能系统之一。如今，锂离子电池已经广泛地应用于各种领域，从诸如电子产品如照相机、数码相机、3C消费类电子产品到包括混合电动车辆(HEV)、Plugin混合电动车辆(PHEV)和电动车辆(EVS)的固定能量存储系统和运输工具。锂离子电池一般由正极、负极、隔离膜和电解液组成。正极包含正极活性材料，正极活性材料主要由含锂金属化合物组成，而锰酸锂具有三维隧道结构及优异的脱锂性质，其资源丰富、价格低廉、安全性好、易合成、无毒、对环境友好，是最适合用作正极的材料之一。然而锰酸锂存在严重的容量衰减问题，尤其是在高温条件下，其容量衰减的主要原因有：Jahn-Teller效应、过渡金属的溶解、电解液分解产气等，因此改善锰酸锂的容量衰减问题可以从正极活性材料的形貌控制、表面包覆、元素掺杂、电解液优化等方面进行改进。电解液作为重要的关键材料，在正负极之前起到传递锂离子的作用，是电池获得高能量、大倍率、长循环、高安全等性能的重要保证。一般商业化的电解液包括有机溶剂、添加剂和锂盐。添加剂的种类繁多，作用显著，成为改善电池性能的关键因素，单一的添加剂难以形成稳定的界面保护，且随着加入量的增加成膜阻抗较大。因此，本申请提出一种电解液配方，既可以减少锰酸锂电池的高温产气，又不恶化阻抗，进而具有优异的高温及低温性能。
技术实现思路
本申请提供一种电解液和包括电解液的电化学装置，以试图在至少某种程度上解决至少一个存在于相关领域中的问题。本申请提供了一种包含添加剂A和杂环化合物的电解液，可以有效地改善电化学装置的循环容量保持率并减少循环过程中产气，同时改善高温存储性能。根据本申请的实施例，本申请提供了一种电解液，其包含添加剂A和如式I所示的杂环化合物其中R1和R2各自独立地选自取代或未取代的C1至C6亚烷基或取代或未取代的C2至C6亚烯基，其中经取代时，取代基为卤素、氰基或苯基中的至少一种；其中所述添加剂A包含如式II、式III、式IV或式V所示的化合物中的至少一种：其中R3为取代或未取代的C1至C6的亚烷基，其中经取代时，取代基为卤素；其中R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10各自独立地选自氢、卤素、取代或未取代的C1至C6烷基、取代或未取代的C2至C6烯基、取代或未取代的C2至C6炔基、取代或未取代的C6至C10芳基，其中经取代时，取代基是卤素；其中m为1-6。根据本申请的实施例，所述杂环化合物包含：中的至少一种；其中所述添加剂A包含甲烷二磺酸亚甲酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烷二磺酸酐或1,4-丁烷磺酸内酯中的至少一种；其中基于所述电解液的重量，所述杂环化合物的重量百分比为0.01％-6％，所述添加剂A的重量百分比为0.01％-6％。根据本申请的实施例，其中基于所述电解液的重量，所述添加剂A的重量百分比为α％，所述杂环化合物的重量百分比为β％，满足0.02≤α+β≤10，0.01≤α/β≤20。根据本申请的实施例，其中所述电解液还包含添加剂B、添加剂C、添加剂D、添加剂E或添加剂F中的至少一种，其中所述添加剂B包含碳酸亚乙烯酯、氟代乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环或二氧戊环中的至少一种；其中所述添加剂C为硫酸乙烯酯；其中所述添加剂D包含丁二腈、戊二腈、己二腈、2-亚甲基戊二腈、二丙基丙二腈、1,3,6-己三甲腈、1,2,6-己三甲腈、1,3,5-戊三甲腈、1,2-双(氰乙氧基)乙烷或乙氧基(五氟)环三磷腈中的至少一种；其中所述添加剂E包含双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂或2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂中的一种；其中添加剂F包含丁二酸酐、戊二酸酐、柠康酸酐、马来酸酐、甲基琥珀酸酐、2,3-二甲基马来酸酐或三氟甲基马来酸酐中的至少一种，其中基于电解液的重量，所述添加剂B的重量百分比为0.01％-15％，所述添加剂C的重量百分比为0.01％-5％，添加剂D的重量百分比为0.1％至10％，所述添加剂E重量百分比为0.01％-5％，所述添加剂F的重量百分比为0.01％-5％。根据本申请的实施例，所述电解液还包含环状酯和链状酯，所述环状酯和所述链状酯的重量比为1:9-7:3，其中环状酯包含碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、含氟基团取代的碳酸乙烯酯或含氟基团取代的碳酸丙烯酯中的至少一种；其中链状酯包含碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、氟代碳酸甲乙酯或氟代丙酸乙酯中的至少一种。根据本申请的实施例，本申请提供了一种电化学装置，其包含正极，所述正极包括正极活性材料层和正极集流体，所述正极活性材料层包含正极活性材料；和上述任一种电解液。根据本申请的实施例，在电化学装置中，所述电解液还包含Mn2+，其中基于所述电解液的重量，所述Mn2+的重量百分比小于等于2000ppm。根据本申请的实施例，在电化学装置中，所述电解液的保液量为0.5g/Ah-5g/Ah。根据本申请的实施例，在电化学装置中，杂环化合物和所述添加剂A的重量百分比的和X％与所述正极活性材料的比表面积Ym2/g满足0.01≤X/Y≤7.5。根据本申请的实施例，正极活性材料层包含第一颗粒，采用扫描电镜测试所述正极垂直于所述集流体的截面，所述第一颗粒的球形灰度大于等于115RGB，所述第一颗粒的截面面积小于20μm2，以所述正极活性材料层截面面积计，所述第一颗粒的面积所占比例为5％至50％。根据本申请的实施例，所述正极活性材料层包含第二颗粒，采用扫描电镜测试所述正极垂直于所述集流体的截面，所述第二颗粒的球形灰度小于115RGB，所述第二颗粒的截面面积大于20μm2，以所述正极活性材料层截面面积计，所述第二颗粒的面积所占比例为5％至50％。根据本申请的实施例，在电化学装置中，所述第一颗粒包含LiaNixCoyMnzMmO2，其中0.9≤a≤1.2，0.3≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z≤1，0＜m≤0.1，所述M元素包含Al、Ti、W、Zr、Nb、In、Ru、Sb、Sr、Y、F中的至少一种；所述第二颗粒包含LibMn2-jMejO4，其中0.9≤a≤1.2，0＜j＜0.1，所述Me元素包含Mg、Ti、Cr、Al、B、Fe、Zr、Na、S中的至少一种。根据本申请的实施例，在电化学装置中，其中基于所述正极活性材料的重量，Me的掺杂量W为0％＜W＜0.7％。根据本申本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解液，其包含添加剂A和如式I所示的杂环化合物/n

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其包含添加剂A和如式I所示的杂环化合物



其中R1和R2各自独立地选自取代或未取代的C1至C6亚烷基或取代或未取代的C2至C6亚烯基，其中经取代时，取代基为卤素、氰基或苯基中的至少一种；
其中所述添加剂A包含如式II、式III、式IV或式V所示的化合物中的至少一种：



其中R3为取代或未取代的C1至C6的亚烷基，其中经取代时，取代基为卤素；
其中R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10各自独立地选自氢、卤素、取代或未取代的C1至C6烷基、取代或未取代的C2至C6烯基、取代或未取代的C2至C6炔基、取代或未取代的C6至C10芳基，其中经取代时，取代基是卤素；
其中m为1-6。


2.根据权利要求1所述的电解液，其中所述杂环化合物包含：


中的至少一种；
其中所述添加剂A包含甲烷二磺酸亚甲酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烷二磺酸酐或1,4-丁烷磺酸内酯中的至少一种；
其中基于所述电解液的重量，所述杂环化合物的重量百分比为0.01％-6％，所述添加剂A的重量百分比为0.01％-6％。


3.根据权利要求1所述的电解液，其中基于所述电解液的重量，所述添加剂A的重量百分比为α％，所述杂环化合物的重量百分比为β％，满足0.02≤α+β≤10，0.01≤α/β≤20。


4.根据权利要求1所述的电解液，其中所述电解液还包含添加剂B、添加剂C、添加剂D、添加剂E或添加剂F中的至少一种，
其中所述添加剂B包含碳酸亚乙烯酯、氟代乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环或二氧戊环中的至少一种；
其中所述添加剂C为硫酸乙烯酯；
其中所述添加剂D包含丁二腈、戊二腈、己二腈、2-亚甲基戊二腈、二丙基丙二腈、1,3,6-己三甲腈、1,2,6-己三甲腈、1,3,5-戊三甲腈、1,2-双(氰乙氧基)乙烷或乙氧基(五氟)环三磷腈中的至少一种；
其中所述添加剂E包含双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂或2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂中的一种；
其中添加剂F包含丁二酸酐、戊二酸酐、柠康酸酐、马来酸酐、甲基琥珀酸酐、2,3-二甲基马来酸酐或三氟甲基马来酸酐中的至少一种，
其中基于电解液的重量，所述添加剂B的重量百分比为0.01％-15％，所述添加剂C的重量百分比为0.01％-5％，添加剂D的重量百分比为0.1％至10％，所述添加剂E重量百分比为0.01％-5％，所述添加剂F的重量百分比为0.01％-5％。

【专利技术属性】
技术研发人员：许艳艳，郑建明，徐春瑞，韩翔龙，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35