一种电解液、电化学装置以及电子装置制造方法及图纸

技术编号:25919415 阅读:23 留言:0更新日期:2020-10-13 10:39
本申请提供了一种电解液以及包含该电解液的电化学装置和电子装置。本申请的电解液包括硅烷二羧酸衍生物和腈类化合物。本发明专利技术将硅烷二羧酸衍生物与腈类化合物作为组合添加剂加入电解液中,不仅能够提高锂离子电池的循环(高温/常温)性能,而且能够使锂离子电池具有更低的电池阻抗。

【技术实现步骤摘要】
一种电解液、电化学装置以及电子装置
本申请涉及电化学
,具体地涉及一种包括硅烷二羧酸衍生物和腈类化合物的电解液以及使用该电解液的电化学装置和电子装置。
技术介绍
随着化石能源的日益枯竭及环境污染的压力的增大,3C行业迫切需要一种新型能源为其提供驱动,锂离子电池由于具有能量密度高、无记忆效应、工作电压高等特点脱颖而出,成为新能源产品的首选方案。然而随着电子产品市场需求的扩大及动力、储能设备的发展,人们对锂离子电池的要求不断提高,开发具有高能量密度且满足快速充放电的锂离子电池成为当务之急。目前,在锂离子电池中广泛应用的电解液包括以六氟磷酸锂为电解质盐和以环状碳酸酯以及链状碳酸酯的混合物为有机溶剂的电解液,然而上述电解液存在诸多不足,特别的是在高电压下,锂离子电池的高温存储性能较差,其中,电解液作为锂离子电池的重要组成部分,其对锂离子电池的电化学性能有着重大的影响。因此,如何进一步优化电解液的组成对改善锂离子电池的性能至关重要。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题,本申请的目的在于提供一种电解液及电化学储能装置,所述电解液的添加剂包括硅烷二羧酸衍生物以及腈类化合物,所述硅烷二羧酸衍生物和腈类化合物可以在正、负极表面形成一层致密均匀且具有较高离子传导性的钝化膜,可以避免电解液与正、负极之间发生持续的氧化和还原反应,同时使电化学储能装置具有良好的高温循环、常温循环、高温存储性能,同时可以降低锂离子电池的内阻,具有很高的实际应用价值。本申请的一方面提供一种电解液,其包括有机溶剂、锂盐以及添加剂,其中,所述添加剂包括硅烷二羧酸衍生物和腈类化合物。本申请通过硅烷二羧酸衍生物和腈类化合物添加剂的协同作用,更充分的保护正极和负极界面,降低电芯的副反应,不仅能够提高锂离子电池的循环性能、高温存储性能,而且使锂离子电池具有更低的电池阻抗。包含硅烷二羧酸衍生物和腈类化合物添加剂的锂离子电池具有良好的实用性。在本申请的一些实施例中,所述硅烷二羧酸衍生物具有式Ⅰ所示的结构:其中,R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18各自独立地为卤素原子、取代或未取代的碳原子数为C1~10的烷基或烷氧基、取代或未取代的碳原子数为C2~10的链烯基、取代或未取代的碳原子数为C2~10的链炔基、取代或未取代的碳原子数为C6~10的芳基、取代或未取代的碳原子数为C6~10的芳氧基、取代或未取代的碳原子数为C2~10的杂芳基。由于硅烷二羧酸衍生物的还原电位较高,包含硅烷二羧酸衍生物的锂离子电池化成时,可以优先在阳极表面上与溶剂分子通过电化学还原而反应,改性阳极表面上的固体电解质界面膜(SEI膜)。由于硅烷二羧酸衍生物具有碳-氧(C=O)双键,所以SEI膜和阳极表面的粘合性强,并且由于SEI的高致密性而阻止了阳极表面和电解质之间的副反应,从而抑制电解质的分解和电池的溶胀,提高了电池寿命和安全性。硅烷二羧酸衍生物中的饱和或不饱和的硅烷基与阳极表面的官能团形成了强化学键,由此进一步抑制了电解质的分解和电池的溶胀。另外,硅烷二羧酸衍生物具有比较长的主链,分子骨架变得更加柔韧,提高了SEI膜和阳极表面的粘合性以及SEI膜的密度。在本申请的一些实施例中,所述硅烷二羧酸衍生物中,R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18中的至少一者为卤素原子、取代或未取代的碳原子数为C1~10的烷基或烷氧基、取代或未取代的碳原子数为C2~10的链烯基、取代或未取代的碳原子数为C2~10的链炔基、取代的碳原子数为C6~10的芳基、取代的碳原子数为C6~10的芳氧基、取代的碳原子数为C2~10的杂芳基;其中,取代基为卤素、烯基或炔基中的至少一者。含卤素、烯基、炔基取代基的硅烷二羧酸衍生物更容易在负极接受电子,发生还原聚合而形成长的具有柔韧性的有机碳链并包覆在负极上,大大提高了SEI膜的致密性与柔韧性,在高温存储下能够承受应力的变化,稳定SEI膜不被破坏。在本申请的一些实施例中,所述硅烷二羧酸衍生物选自以下化合物中的至少一种:以所述电解液的总质量计,所述硅烷二羧酸衍生物在电解液中的质量百分比为0.01%~5%。当硅烷二羧酸衍生物含量低于0.01%时形成的保护膜对极片表面的保护作用不充分,对电芯性能影响不大;当含量高于5%,形成的膜阻抗大,影响电芯性能。可选地,硅烷二羧酸衍生物在电解液中的质量百分比为0.1%、0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、2%、3%、5%。在本申请的一些实施例中,所述腈类化合物具有式Ⅱ所示的结构;其中,R21、R22、R23、R24分别独立地为氢、氰基、-(CH2)a-CN、-(CH2)b-O-(CH2)c-CN、-(CH2)d-(CH=CH)-CN或碳原子数为C2-C5的烷基、烷氧基羰基;a、b、c及d分别独立地为0至10的整数;并且,R21至R24中至少两个以上为含氰基的基团。腈类化合物中腈基的孤对电子能级与锂离子电池阴极活性物质中过渡金属原子最外层空余轨道的能级相近,使得含腈官能团的有机分子可以在阴极表面发生络合吸附。吸附在阴极表面的有机分子可以很好地将电解液中易氧化组份与阴极表面隔开,大大降低了充电态的锂离子电池阴极表面对电解液的氧化作用,从而改善锂离子电池的循环性能和高温存储性能。在本申请的一些实施例中,所述腈类化合物选自以下化合物中的至少一种:在本申请的一些实施例中,以所述电解液的总质量计,所述腈类化合物在非水电解液中的质量百分含量为0.5%~10%。当腈类化合物在非水电解液中的质量百分含量低于0.5%时,其对阴极表面的过渡金属溶出及对电解液中易氧化组份的隔离作用不明显,对锂离子电池的高温存储循环及高温存储性能没有明显改善,当腈类化合物在非水电解液中的质量百分含量高于10%时,会恶化锂离子电池循环性能,据认为当腈化合物的含量过高时,会对电解液的粘度、电导率产生不利影响。可选地,所述腈类化合物在非水电解液中的质量百分含量为0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、5.0%、7.5%、9%、10%。在本申请的一个优选的实施例中,以所述电解液的总质量计,硅烷二羧酸衍生物的含量为0.5-3.0%,且硅烷二羧酸衍生物与腈类化合物的总含量为4-6%。在该范围内,可以保证有充足的腈类化合物添加剂参与成膜,防止电解液被氧化,有效抑制锂离子电池内部气体的产生,同时形成的膜还可以进一步防止硅烷二羧酸衍生物添加剂在高温下发生分解。可选地,硅烷二羧酸衍生物的含量为0.5%、1.0%、2.0%、3.0%,且硅烷二羧酸衍生物与腈类化合物的总含量为4.0%、4.5%、5.0%、6.0%。在本申请的一个实施例中,所述电解液还包括氟代含硼锂化合物,所述氟代含硼锂化合物选自式III-1至式III-10中的一种或多种;将氟代含硼锂化合物作为添加剂可以获得很好的效果。一方面,氟代含硼锂化合物通过自身开环聚合在正极表面形成保护膜,缓解高温下正极材料金属离子的溶出;另一方面,氟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解液,包括硅烷二羧酸衍生物和腈类化合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种电解液,包括硅烷二羧酸衍生物和腈类化合物。


2.根据权利要求1所述的电解液,其中,所述硅烷二羧酸衍生物具有式Ⅰ所示的结构:



其中,R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18各自独立地为卤素原子、取代或未取代的碳原子数为C1~10的烷基或烷氧基、取代或未取代的碳原子数为C2~10的链烯基、取代或未取代的碳原子数为C2~10的链炔基、取代或未取代的碳原子数为C6~10的芳基、取代或未取代的碳原子数为C6~10的芳氧基、取代或未取代的碳原子数为C2~10的杂芳基。


3.根据权利要求2所述的电解液,其中,所述硅烷二羧酸衍生物中,R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18中的至少一者为卤素原子、取代或未取代的碳原子数为C1~10的烷基或烷氧基、取代或未取代的碳原子数为C2~10的链烯基、取代或未取代的碳原子数为C2~10的链炔基、取代的碳原子数为C6~10的芳基、取代的碳原子数为C6~10的芳氧基、取代的碳原子数为C2~10的杂芳基;其中,取代基为卤素、烯基或炔基中的至少一者。


4.根据权利要求2所述的电解液,其中,所述硅烷二羧酸衍生物选自以下化合物中的至少一种:








5.根据权利要求1所述的电解液,其中,以所述电解液的总质量计,所述硅烷二羧酸衍生物在电解液中的质量百分比为0.01%~5%。


6.根据权利要求1所述的电解液,其中,所述腈类化合物具有式Ⅱ所示的结构;

【专利技术属性】
技术研发人员:熊亚丽许艳艳唐超郑建明
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

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