一种电解液及二次电池和用电设备制造技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，尤其是涉及一种电解液及二次电池和用电设备。一种电解液，包括添加剂；所述添加剂的结构式如式Ⅰ所示：R1选自取代或未取代的C1～C5烷基；R2选自取代或未取代的烯丙基、取代或未取代的芳基和取代或未取代的杂芳基中的至少一种；R3选自取代或未取代的烯丙基、和中的至少一种；其中，R4选自C3～C6亚烷基，R5选自C1～C4亚烷氧基；X中包括取代或未取代的磺酸酯基团、丙烯酸酯基团和氟代羧酸酯基团中的至少一种，Y中包括酰胺基团、羧酸酯基团和取代或未取代的磺酸酯基团中的至少一种。本发明专利技术的添加剂能够抑制循环过程中阻抗增加，改善电池的循环稳定性能、循环和高温存储产气等。等。

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及二次电池和用电设备


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其是涉及一种电解液及二次电池和用电设备。

技术介绍

[0002]随着锂离子动力电池在电动汽车中的总装车量日益增长，对锂离子动力电池能量密度提出了更高的要求。硅负极体系具有高克容量和低电位的优点，是提高电池能量密度的具体方向之一。但是，硅负极体系的实际应用依然面临着诸多问题，如循环过程的大体积变化等。不同于石墨和锂结合的嵌入/脱嵌机理，硅负极与锂的作用机制为合金化/去合金化反应，同时伴随着极大的体积变化，进而导致硅颗粒结构粉化或破坏，与导电剂脱离而导致导电网络失效，阻碍了硅负极体系的商业化应用进程。
[0003]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的在于提供一种电解液，可与硅负极体系发生反应形成保护性硅醚网状结构，在负极表面形成稳定界面层，改善循环稳定性和抑制产气。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种二次电池，含有上述电解液。
[0006]本专利技术的又一目的在于提供一种用电设备，含有上述二次电池。
[0007]为了实现本专利技术的上述目的，采用以下技术方案：
[0008]一种电解液，包括添加剂；所述添加剂的结构式如式Ⅰ所示：
[0009][0010]R1选自取代或未取代的C1～C5烷基；
[0011]R2选自取代或未取代的C2～C5烯基、取代或未取代的芳基和取代或未取代的杂芳基中的至少一种；
[0012]R3选自取代或未取代的C2～C5烯基、和中的至少一种；
[0013]其中，R4选自C3～C6亚烷基，R5选自C1～C4亚烷氧基；X中包括取代或未取代的磺酸酯基团、丙烯酸酯基团和氟代羧酸酯基团中的至少一种，Y中包括酰胺基团、羧酸酯基团和取代或未取代的磺酸酯基团中的至少一种。
[0014]进一步地，所述R1中，所述取代的基团包括卤素原子；
[0015]所述R2中，所述取代的基团包括C1～C3烷基和卤素原子中的至少一种；
[0016]所述X或所述Y中，所述取代的基团包括C1～C3烷基、苯基、氟苯基和卤素原子中的至少一种。
[0017]进一步地，所述添加剂包含如下结构化合物中的至少一种：
[0018][0019]进一步地，所述添加剂的用量为所述电解液的总质量的0.2％～6％。
[0020]进一步地，在25℃时，所述电解液的电导率为7.5～9mS/cm。
[0021]进一步地，所述电解液包括溶剂，所述溶剂包括氟代碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯。
[0022]进一步地，所述电解液中，以溶剂总质量为基准，氟代碳酸乙烯酯的质量为5％～15％。
[0023]进一步地，所述电解液中，氟代碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯的质量比为1﹕(4～9)。
[0024]本专利技术还提供了一种二次电池，包括正极片、负极片、隔膜和上述任意一项所述的电解液。
[0025]进一步地，所述负极片包括负极活性物质，所述负极活性物质包括由硅类材料和碳类材料形成的硅碳复合材料；所述硅类材料包括硅单质、硅氧和硅金属化合物中的至少一种；所述碳类材料包括石墨。
[0026]进一步地，所述正极片包括正极活性物质，所述正极活性物质的化学式包括Li
a
Ni
x
Co
y
Mn
z
M
e
O2，其中0.9≤a≤1.1，0.6≤x≤0.9，0＜y≤0.2，0≤z≤0.2，0≤e≤0.1，且x+y+z+e＝1，M包含Al、Zr、Sr、Ti、B、Mg、Sn、W、Y、Ba、Nb、Mo、Ta、Si、La、Er、Nd、Gd、Ce中的至少一种。
[0027]本专利技术还提供了一种用电设备，包括上述任意一种所述的二次电池。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0029](1)本专利技术的电解液中采用特定的添加剂，一方面可与硅负极体系表面发生化学反应形成保护性硅醚网状结构，在负极表面形成稳定界面层，改善循环稳定性和抑制产气；
[0030](2)本专利技术的电解液中采用的添加剂中的硅醚结构可以清除电解液体系中的HF，保护界面层并抑制正极材料中的金属离子的溶出；
[0031](3)采用本专利技术的电解液的二次电池，能够有效改善电池的循环稳定性能及高温存储产气性能。
具体实施方式
[0032]下面将结合具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器
未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0033]一种电解液，包括添加剂；所述添加剂的结构式如式Ⅰ所示：
[0034][0035]R1选自取代或未取代的C1～C5烷基；
[0036]R2选自取代或未取代的C2～C5烯基、取代或未取代的芳基和取代或未取代的杂芳基中的至少一种；
[0037]R3选自取代或未取代的C2～C5烯基、和中的至少一种；
[0038]其中，R4选自C3～C6亚烷基，R5选自C1～C4亚烷氧基；X中包括取代或未取代的磺酸酯基团、丙烯酸酯基团和氟代羧酸酯基团中的至少一种，Y中包括酰胺基团、羧酸酯基团和取代或未取代的磺酸酯基团中的至少一种。
[0039]C1～C5烷基是指碳原子数为1～5的烷基，如甲基、乙基、正丙基、异丙基等；C3～C6亚烷基是指碳原子数为3～6的亚烷基，如亚丙基、亚丁基等；C1～C4亚烷氧基是指碳原子数为1～4的亚烷氧基，如亚甲氧基、亚乙氧基、亚丙氧基等。
[0040]本专利技术的电解液中所采用的添加剂，具有多烷氧基硅醚结构，其中的Si―OR1可与硅颗粒表面的Si―OH反应生成保护性硅醚网状结构，并清除体系内HF酸，抑制过渡金属离子的溶出；同时具有合适的HOMO和LUMO轨道，可在负极表面还原分解形成性能稳定的SEI膜。
[0041]当添加剂中含有C＝C时，可在正负极表面经氧化还原聚合物构筑聚合物稳定界面层，改善界面层机械强度；当添加剂中含有芳基或杂芳基时，可提高界面层的化学稳定性；添加剂中的氟代羧酸酯基团、磺酸酯基团等可在负极表面被还原形成含有LiF或ROSO2Li的稳定SEI层，抑制循环过程阻抗增加，改善界面层内锂离子电导率；添加剂中的酰胺基团可在正负极表面被氧化还原分解形成含有机氮化物、氮化锂等界面层，改善界面层内锂离子电导率。
[0042]添加剂中的上述作用可有效抑制硅颗粒因充放电过程中体积变化导致的SEI膜的不断破裂和重建，构建稳定SEI层，抑制循环过程中阻抗增加，改善电池的循环稳定性能、循环和高温存储产气等。
[0043]在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，包括添加剂；所述添加剂的结构式如式Ⅰ所示：R1选自取代或未取代的C1～C5烷基；R2选自取代或未取代的C2～C5烯基、取代或未取代的芳基和取代或未取代的杂芳基中的至少一种；R3选自取代或未取代的C2～C5烯基、中的至少一种；其中，R4选自C3～C6亚烷基，R5选自C1～C4亚烷氧基；X中包括取代或未取代的磺酸酯基团、丙烯酸酯基团和氟代羧酸酯基团中的至少一种，Y中包括酰胺基团、羧酸酯基团和取代或未取代的磺酸酯基团中的至少一种。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述R1中，所述取代的基团包括卤素原子；所述R2中，所述取代的基团包括C1～C3烷基和卤素原子中的至少一种；所述X或所述Y中，所述取代的基团包括C1～C3烷基、苯基、氟苯基和卤素原子中的至少一种。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包含如下结构化合物中的至少一种：少一种：4.根据权利要求1～3任一项所述的电解液，其特征在于，所述添加剂的用量为所述电解液的总质量的0.2％～6％。5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，在25℃时，所述电解液的电导率为7.5～9mS/cm。6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液包括溶剂，所述溶剂至少满足以下条件之...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明亮，傅佳乐，张建威，乔飞燕，褚春波，
申请(专利权)人：欣旺达电动汽车电池有限公司，
类型：发明
国别省市：