本申请涉及电化学装置技术领域，且更具体来说涉及一种电解液和使用其的电化学装置。
背景技术：
在众多电化学装置中，锂离子电池由于具有环境友好、工作电压高、比容量大和循环寿命长等优点而得到广泛应用，成为当今世界最具发展潜力的新型绿色化学电源，其中包装厚度小，质量轻的软包电池受到人们的青睐。然后随着锂离子电池行业的发展，人们对锂离子电池提出了更高的要求：更加轻薄、更小和更高能量密度。锂金属是最为理想的负极材料，发展锂金属电池对提高电池能量密度至关重要。
因为锂金属具有最低的化学电势(-3.04v)以及具有非常高的反应活性，一般的液态电解液与锂金属的反应活性高，在电极表面形成的固体电解质界面膜(sei)不稳定，锂金属电池在循环过程中库伦效率会非常低，且锂枝晶刺穿隔离膜造成短路会带来安全风险。
因此，开发能够满足长循环、大倍率充放电需求的电化学装置(例如锂金属电池)的液态电解液至关重要。
技术实现要素：
本申请提供一种电解液和使用其的电化学装置以试图在至少某种程度上解决至少一种存在于相关领域中的问题。
根据一些实施例，本申请提供一种电解液，其包括环状氟代碳酸酯、链状氟代碳酸酯和氟醚化合物，其中基于所述电解液的重量，所述环状氟代碳酸酯的重量百分比为约15wt％-约80wt％。
根据一些实施例，基于所述电解液的重量，所述环状氟代碳酸酯的重量百分比为x，所述链状氟代碳酸酯和所述氟醚化合物的重量百分比的和为y，其中x和y满足如下条件：约0.25≤y/x≤约5.7。
根据一些实施例，x和y满足如下条件：约0.67≤y/x≤约5。
根据一些实施例，基于所述电解液的重量，所述链状氟代碳酸酯的重量百分比为约5wt％-约70wt％，且所述氟醚化合物的重量百分比为约5wt％-约70wt％。
根据一些实施例，所述环状氟代碳酸酯包括式i化合物：
其中r1、r2、r3及r4各自独立地选自氢、氟原子、1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的氟代烷基、3-12个碳原子的环烷基、3-12个碳原子的氟代环烷基、2-12个碳原子的烯基、2-12个碳原子的氟代烯基、3-12个碳原子的杂环基团或3-12个碳原子的氟代杂环基团，且其中r1、r2、r3及r4中的至少一者为氟原子、1-12个碳原子的氟代烷基、3-12个碳原子的氟代环烷基、2-10个碳原子的氟代烯基或3-12个碳原子的氟代杂环基团。
根据一些实施例，所述环状氟代碳酸酯包括如下化合物中的至少一种：氟代碳酸乙烯酯、4,5-二氟代碳酸乙烯酯或4,4,5,5-四氟代碳酸乙烯酯。
根据一些实施例，所述链状氟代碳酸酯包括式ii化合物：
其中r5、r6各自独立地选自氢、氟原子、1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的氟代烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的氟代烷氧基、2-12个碳原子的烯基、2-12个碳原子的氟代烯基，6-26个碳原子的芳基、6-26个碳原子的氟代芳基，且r5和r6中的至少一者为1-12个碳原子的氟代烷基、1-12个碳原子的氟代烷氧基、2-12个碳原子的氟代烯基或6-26个碳原子的氟代芳基。
根据一些实施例，所述链状氟代碳酸酯包括如下化合物中的至少一种：甲基三氟乙基碳酸酯、2,2,3,3-四氟丙基碳酸甲酯或二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯。
根据一些实施例，所述氟醚化合物包括式iii、式iv、式v或式vi的化合物中的至少一种：
rf1–o–rf2式iii，
rf1–o–r式iv，
rf1–o–(r'–o)n–rf2式v，
rf1–o–(r'–o)n–r式vi，
其中在式iii、iv、v、vi中，rf1和rf2各自独立地选自至少一个氢原子被氟基取代的直链或支链的1-12个碳原子的氟代烷基，r为直链或支链的1-12个碳原子的烷基，r'为直链或支链的1-5个碳原子的亚烷基，并且n为1至5的整数。
根据一些实施例，所述氟醚化合物包括如下化合物中的至少一种：cf3ch2och2cf3、hcf2cf2och2cf3、hcf2cf2och2cf2cf2h、(cf3)2cfcf(cf2cf3)(och3)、cf3chfcf2ch(ch3)ocf2chfcf3、hcf2cf2ch2ocf2cf2cf2cf2h、hcf2cf2och2cf3、hcf2cf2och2ch2ocf2cf2h、hcf2cf2och2ch2ch2ocf2cf2h、hcf2cf2ch2ocf2cf2cf2h、hcf2cf2och2ch2ocf2cf2cf2h、hcf2cf2och2ch2ch2ocf2cf2cf2h、ch3och2ch2och2ch2f、ch3och2ch2och2cf3、ch3och2ch(ch3)och2ch2f、ch3och2ch(ch3)och2cf3、fch2ch2och2ch2och2ch2f、fch2ch2och2ch(ch3)och2ch2f、cf3ch2o(ch2ch2o)2ch2cf3或cf3ch2och2ch(ch3)och2cf3。
根据一些实施例，所述电解液进一步包括添加剂，所述添加剂包括如下化合物中的至少一种：碳酸乙烯亚乙酯、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、甲烷二磺酸亚甲酯、4-三氟代甲基碳酸乙烯酯、1,3,2-二噁唑噻吩-2,2-二氧化物、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、丁二酸酐、亚硫酸丙烯酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯、双(三甲基硅基)硫酸酯、硝酸锂、n-甲基,丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、n-甲基,丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1,3-二噁烷、1,4-二氧六环、1,2-双(氰乙氧基)乙烷、己二腈、反丁烯二腈、丁二腈、1,3,5-戊三甲腈、1,3,6-己三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷或氟代酰基羟胺化合物，
其中所述氟代酰基羟胺化合物包括式vii化合物：
其中r9、r10各自独立地选自1-12个碳原子的烃基或1-12个碳原子的氟代烃基，r11选自氢原子或1-6个碳原子的烃基，且r9、r10中的至少一者为1-12个碳原子的氟代烃基。
根据一些实施例，所述氟代酰基羟胺化合物包括n,o-双(三氟乙酰基)羟胺、n-甲氧基-n-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺或其组合。
根据一些实施例，基于所述电解液的重量，所述添加剂的重量百分比为约0.05wt％-约15wt％。
本申请的另一些实施例提供了一种电化学装置，其中所述电化学装置包括上述任意一个实施例的电解液。
本申请的另一些实施例提供了一种电子装置，其中所述电子装置包括上述任意一个实施例的电子装置。
本申请提供的电解液具有较高的电导率以及较好的电化学稳定性和安全性能，可以显著改善电化学装置的循环性能并满足锂金属电池长循环的需求，在电化学装置中，特别是锂金属电池，具有非常大的应用价值。
本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。
具体实施方式
本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
如本申请中所使用，术语“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语“约”可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。
另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的一者”、“中的一个”、“中的一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目中的任一者。例如，如果列出项目a及b，那么短语“a及b中的一者”意味着仅a或仅b。在另一实例中，如果列出项目a、b及c，那么短语“a、b及c中的一者”意味着仅a；仅b；或仅c。项目a可包含单个元件或多个元件。项目b可包含单个元件或多个元件。项目c可包含单个元件或多个元件。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目a及b，那么短语“a及b中的至少一者”意味着仅a；仅b；或a及b。在另一实例中，如果列出项目a、b及c，那么短语“a、b及c中的至少一者”意味着仅a；或仅b；仅c；a及b(排除c)；a及c(排除b)；b及c(排除a)；或a、b及c的全部。项目a可包含单个元件或多个元件。项目b可包含单个元件或多个元件。项目c可包含单个元件或多个元件。
如本文所用，术语“烃基”涵盖烷基、烯基、炔基。例如，烃基预期是具有1-20个碳原子的直链烃结构。“烃基”还预期是具有3-20个碳原子的支链或环状烃结构。当指定具有具体碳数的烃基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。本文中烃基还可以为1-15个碳原子的烃基、1-10个碳原子的烃基、1-5个碳原子的烃基、5-20个碳原子的烃基、5-15个碳原子的烃基或5-10个碳原子的烃基。另外，烃基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“杂环基团”涵盖芳香族和非芳香族环状基团。杂芳香族环状基团还意指杂芳基。在一些实施例中，杂芳香族环基团和杂非芳香族环基团为包括至少一个杂原子的2-20个碳原子的杂环基团、2-10个碳原子的杂环基团、2-6个碳原子的杂环基团。例如吗啉基、哌啶基、吡咯烷基等，以及环醚，例如四氢呋喃、四氢吡喃等。另外，杂环基团可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“杂原子”涵盖o、s、p、n或b。
如本文所用，“烷基”预期是具有1-20个碳原子的直链饱和烃结构。“烷基”还预期是具有3-20个碳原子的支链或环状烃结构。例如，烷基可为1-20个碳原子的烷基、1-10个碳原子的烷基、1-5个碳原子的烷基、5-20个碳原子的烷基、5-15个碳原子的烷基或5-10个碳原子的烷基。当指定具有具体碳数的烷基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体；因此，例如，“丁基”意思是包括正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基和环丁基；“丙基”包括正丙基、异丙基和环丙基。烷基实例包括，但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环丁基、正戊基、异戊基、新戊基、环戊基、甲基环戊基、乙基环戊基、正己基、异己基、环己基、正庚基、辛基、环丙基、环丁基、降冰片基等。另外，烷基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“亚烷基”涵盖直链和支链亚烷基。例如，亚烷基可为1-20个碳原子的亚烷基、1-6个碳原子的亚烷基、2-6个碳原子亚烷基、2-5个碳原子亚烷基。另外，亚烷基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“芳基”涵盖单环系统和多环系统。多环可以具有其中两个碳为两个邻接环(所述环是“稠合的”)共用的两个或更多个环，其中所述环中的至少一者是芳香族的，例如其它环可以是环烷基、环烯基、芳基、杂环和/或杂芳基。例如，芳基可为6-20个碳原子的芳基、6-10个碳原子的芳基。代表性芳基包括(例如)苯基、甲基苯基、丙基苯基、异丙基苯基、苯甲基和萘-1-基、萘-2-基等。
如本文所用，术语“环烷基”涵盖环状烷基。例如，环烷基可为3-20个碳原子的环烷基、3-15个碳原子的环烷基、3-10个碳原子的环烷基、3-6个碳原子的环烷基、5-20个碳原子的环烷基、5-15个碳原子的环烷基或5-10个碳原子的环烷基。另外，环烷基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“烯基”是指可为直链或具支链且具有至少一个且通常1个、2个或3个碳-碳双键的单价不饱和烃基团。除非另有定义，否则所述烯基通常含有2-20个碳原子，例如可以为2-20个碳原子的烯基、6-20个碳原子的烯基、2-12个碳原子的烯基或2-6个碳原子的烯基。代表性烯基包括(例如)乙烯基、正丙烯基、异丙烯基、正-丁-2-烯基、丁-3-烯基、正-己-3-烯基等。另外，烯基可以是任选地被取代的。
如本文所用，“烷氧基”涵盖1-20个碳原子的烷氧基、1-10个碳原子的烷氧基、1-5个碳原子的烷氧基、5-20个碳原子的烷氧基、5-15个碳原子的烷氧基或5-10个碳原子的烷氧基。另外，烷氧基可以是任选地被取代的。
当上述取代基经取代时，它们的取代基可各自独立地选自由以下组成的群组：卤素、烷基、环烃基、烯基、芳基。
如本文所用，术语“卤素”涵盖f、cl、br、i。
一、电解液
本申请实施例提供了一种电解液，所述电解液包括环状氟代碳酸酯、链状氟代碳酸酯和氟醚化合物，其中基于所述电解液的重量，所述环状氟代碳酸酯的重量百分比为约15wt％-约80wt％。
在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述环状氟代碳酸酯的重量百分比为约20wt％-约80wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述环状氟代碳酸酯的重量百分比为约30wt％-约80wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述环状氟代碳酸酯的重量百分比为约40wt％-约80wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述环状氟代碳酸酯的重量百分比为约50wt％-约80wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述环状氟代碳酸酯的重量百分比为约60wt％-约80wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述环状氟代碳酸酯的重量百分比为约20wt％-约60wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述环状氟代碳酸酯的重量百分比为约30wt％-约50wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述环状氟代碳酸酯的重量百分比为约25wt％、约35wt％、约55wt％、约65wt％、约70wt％或约75wt％。
在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述环状氟代碳酸酯的重量百分比为x，所述链状氟代碳酸酯和所述氟醚化合物的重量百分比的和为y，其中x和y满足如下条件：约0.25≤y/x≤约5.7。
在一些实施例中，x和y满足如下条件：约0.67≤y/x≤约5。在一些实施例中，x和y满足如下条件：约1≤y/x≤约4。在一些实施例中，x和y满足如下条件：约2≤y/x≤约3。
在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述链状氟代碳酸酯的重量百分比为约5wt％-约70wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述链状氟代碳酸酯的重量百分比为约10wt％-约60wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述链状氟代碳酸酯的重量百分比为约20wt％-约50wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述链状氟代碳酸酯的重量百分比为约30wt％-约40wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述链状氟代碳酸酯的重量百分比为约15wt％、约25wt％、约35wt％、约45wt％、约55wt％或约65wt％。
在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述氟醚化合物的重量百分比为约5wt％-约70wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述氟醚化合物的重量百分比为约5wt％-约60wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述氟醚化合物的重量百分比为约5wt％-约50wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述氟醚化合物的重量百分比为约5wt％-约40wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述氟醚化合物的重量百分比为约5wt％-约20wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述氟醚化合物的重量百分比为约10wt％-约20wt％。
在一些实施例中，所述环状氟代碳酸酯包括式i化合物：
其中r1、r2、r3及r4各自独立地选自氢、氟原子、1-20个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷基、1-6个碳原子的烷基、1-20个碳原子的氟代烷基、1-12个碳原子的氟代烷基、1-6个碳原子的氟代烷基、3-20个碳原子的环烷基、3-12个碳原子的环烷基、3-6个碳原子的环烷基、3-20个碳原子的氟代环烷基、3-12个碳原子的氟代环烷基、3-6个碳原子的氟代环烷基、2-20个碳原子的烯基、2-12个碳原子的烯基、2-6个碳原子的烯基、2-20个碳原子的氟代烯基、2-12个碳原子的氟代烯基、2-6个碳原子的氟代烯基、3-20个碳原子的杂环基团、3-12个碳原子的杂环基团、3-6个碳原子的杂环基团、3-20个碳原子的氟代杂环基团、3-12个碳原子的氟代杂环基团、3-6个碳原子的氟代杂环基团，且其中r1、r2、r3及r4中的至少一者为氟原子、1-20个碳原子的氟代烷基、1-12个碳原子的氟代烷基、1-6个碳原子的氟代烷基、3-20个碳原子的氟代环烷基、3-12个碳原子的氟代环烷基、3-6个碳原子的氟代环烷基、2-20个碳原子的氟代烯基、2-12个碳原子的氟代烯基、2-6个碳原子的氟代烯基、3-20个碳原子的氟代杂环基团、3-12个碳原子的氟代杂环基团、3-6个碳原子的氟代杂环基团。
在一些实施例中，所述环状氟代碳酸酯包括、但不限于如下化合物中的至少一种：氟代碳酸乙烯酯、4,5-二氟代碳酸乙烯酯或4,4,5,5-四氟代碳酸乙烯酯。
在一些实施例中，所述链状氟代碳酸酯包括式ii化合物：
其中r5、r6各自独立地选自氢、氟原子、1-20个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷基、1-6个碳原子的烷基、1-20个碳原子的氟代烷基、1-12个碳原子的氟代烷基、1-6个碳原子的氟代烷基、1-20个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烷氧基、1-6个碳原子的烷氧基、1-20个碳原子的氟代烷氧基、1-12个碳原子的氟代烷氧基、1-6个碳原子的氟代烷氧基、2-20个碳原子的烯基、2-12个碳原子的烯基、2-6个碳原子的烯基、2-20个碳原子的氟代烯基、2-12个碳原子的氟代烯基、2-6个碳原子的氟代烯基、6-50个碳原子的芳基、6-26个碳原子的芳基、6-12个碳原子的芳基、6-50个碳原子的氟代芳基、6-26个碳原子的氟代芳基、6-12个碳原子的氟代芳基，且r5和r6中的至少一者为1-20个碳原子的氟代烷基、1-12个碳原子的氟代烷基、1-6个碳原子的氟代烷基、1-20个碳原子的氟代烷氧基、1-12个碳原子的氟代烷氧基、1-6个碳原子的氟代烷氧基、2-20个碳原子的氟代烯基、2-12个碳原子的氟代烯基、2-6个碳原子的氟代烯基、6-50个碳原子的氟代芳基、6-26个碳原子的氟代芳基或6-12个碳原子的氟代芳基。
在一些实施例中，所述链状氟代碳酸酯包括如下化合物中的至少一种：甲基三氟乙基碳酸酯、2,2,3,3-四氟丙基碳酸甲酯或二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯。
在一些实施例中，所述氟醚化合物包括式iii、式iv、式v或式vi的化合物中的至少一种：
rf1–o–rf2式iii，
rf1–o–r式iv，
rf1–o–(r'–o)n–rf2式v，
rf1–o–(r'–o)n–r式vi，
其中在式iii、iv、v、vi中，rf1和rf2各自独立地选自至少一个氢原子被氟基取代的直链或支链的1-12个碳原子的氟代烷基，r为直链或支链的1-12个碳原子的烷基，r'为直链或支链的1-5个碳原子的亚烷基，并且n为1至5的整数。
在一些实施例中，所述氟醚化合物包括、但不限于如下化合物中的至少一种：cf3ch2och2cf3、hcf2cf2och2cf3、hcf2cf2och2cf2cf2h、(cf3)2cfcf(cf2cf3)(och3)、cf3chfcf2ch(ch3)ocf2chfcf3、hcf2cf2ch2ocf2cf2cf2cf2h、hcf2cf2och2cf3、hcf2cf2och2ch2ocf2cf2h、hcf2cf2och2ch2ch2ocf2cf2h、hcf2cf2ch2ocf2cf2cf2h、hcf2cf2och2ch2ocf2cf2cf2h、hcf2cf2och2ch2ch2ocf2cf2cf2h、ch3och2ch2och2ch2f、ch3och2ch2och2cf3、ch3och2ch(ch3)och2ch2f、ch3och2ch(ch3)och2cf3、fch2ch2och2ch2och2ch2f、fch2ch2och2ch(ch3)och2ch2f、cf3ch2o(ch2ch2o)2ch2cf3或cf3ch2och2ch(ch3)och2cf3。
在一些实施例中，所述电解液可以进一步包括添加剂，所述添加剂包括、但不限于如下化合物中的至少一种：碳酸乙烯亚乙酯、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、甲烷二磺酸亚甲酯、4-三氟甲基碳酸乙烯酯、1,3,2-二噁唑噻吩-2,2-二氧化物、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯、双(三甲基硅基)硫酸酯、硝酸锂、n-甲基,丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、n-甲基,丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1,3-二噁烷、1,4-二氧六环、1,2-双(氰乙氧基)乙烷、己二腈、反丁烯二腈、丁二腈、1,3,5-戊三甲腈、1,3,6-己三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷或氟代酰基羟胺化合物，
其中所述氟代酰基羟胺化合物包括式vii化合物：
其中r9、r10各自独立地选自1-20个碳原子的烃基、1-12个碳原子的烃基、1-6个碳原子的烃基、1-20个碳原子的氟代烃基、1-12个碳原子的氟代烃基或1-6个碳原子的氟代烃基，r11选自氢原子、1-20个碳原子的烃基、1-12个碳原子的烃基、或1-6个碳原子的烃基，且r9、r10中的至少一者为1-20个碳原子的氟代烃基、1-12个碳原子的氟代烃基或1-6个碳原子的氟代烃基。
在一些实施例中，所述氟代酰基羟胺化合物包括、但不限于n,o-双(三氟乙酰基)羟胺、n-甲氧基-n-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺或其组合。
在一些实施例中，环状氟代碳酸酯、链状氟代碳酸酯、氟醚化合物和上述添加剂结合使用可以进一步提升电池的循环性能。
在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述添加剂的重量百分比为约0.05wt％-约15wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述添加剂的重量百分比为约1wt％-约14wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述添加剂的重量百分比为约1wt％-约13wt％。在一些实施例中，当上述添加剂的重量百分比在这些范围内时，可以进一步改善电池的循环性能。
在一些实施例中，所述电解液可以进一步包含羧酸酐。在一些实施例中，所述羧酸酐的种类没有特别限制，只要是其分子内具有“c(＝o)－o－c(＝o)基”的羧酸酐即可。在一些实施例中，所述羧酸酐选自乙酸酐、丙酸酐等链状的羧酸酐、琥珀酸酐、氟代琥珀酸酐、马来酸酐、氟代马来酸酐、烯丙基琥珀酸酐、戊二酸酐、氟代衣康酸酐、3-磺基-丙酸酐等环状酸酐中的一种或多种。
在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述羧酸酐的重量百分比为约0.05wt％-约15wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述羧酸酐的重量百分比为约1wt％-约4wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述羧酸酐的重量百分比为约1wt％-约3wt％。在一些实施例中，当上述羧酸酐的重量百分比在这些范围内时，可以进一步改善电池的循环性能。
在一些实施例中，所述电解液可以进一步包含磷腈化合物。在一些实施例中，所述磷腈化合物的种类没有特别限制，只要是其分子内具有“n＝p－n基”的磷腈化合物即可。在一些实施例中，所述磷腈化合物选自甲氧基五氟环三磷腈、乙氧基五氟环三磷腈、苯氧基五氟环三磷腈或乙氧基七氟环四磷腈中的至少一种。
在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述磷腈化合物的重量百分比为约0.05wt％-约15wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述磷腈化合物的重量百分比为约1wt％-约4wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的重量，所述磷腈化合物的重量百分比为约1wt％-约3wt％。在一些实施例中，当上述磷腈化合物的重量百分比在这些范围内时，可以进一步改善电池的安全性能。
二、电解质
本申请实施例的电解液使用的电解质可以为现有技术中已知的电解质，电解质包括、但不限于：无机锂盐，例如liclo4、liasf6、lipf6、libf4、lisbf6、liso3f、lin(fso2)2等；含氟有机锂盐，例如licf3so3、lin(fso2)(cf3so2)、lin(cf3so2)2、lin(c2f5so2)2、环状1,3-六氟丙烷二磺酰亚胺锂、环状1,2-四氟乙烷二磺酰亚胺锂、lin(cf3so2)(c4f9so2)、lic(cf3so2)3、lipf4(cf3)2、lipf4(c2f5)2、lipf4(cf3so2)2、lipf4(c2f5so2)2、libf2(cf3)2、libf2(c2f5)2、libf2(cf3so2)2、libf2(c2f5so2)2、2-三氟甲基-4，5-二氰基咪唑锂(litdi)；含二羧酸配合物锂盐，例如双(草酸根合)硼酸锂、二氟草酸根合硼酸锂、三(草酸根合)磷酸锂、二氟双(草酸根合)磷酸锂、四氟(草酸根合)磷酸锂等。另外，上述电解质可以单独使用一种，也可以同时使用两种或两种以上。例如，在一些实施例中，电解质包括lipf6和libf4的组合。在一些实施例中，电解质包括lipf6或libf4等无机锂盐与licf3so3、lin(cf3so2)2、lin(c2f5so2)2等含氟有机锂盐的组合。在一些实施例中，电解质的浓度在约0.5mol/l-约3mol/l的范围内，例如约0.8mol/l-约2.5mol/l的范围内、约0.8mol/l-约2mol/l的范围内、约1mol/l-约2mol/l的范围内、约0.5mol/l-约1.5mol/l、约0.8mol/l-约1.3mol/l、约0.5mol/l-约1.2mol/l，又例如为约1mol/l、约1.15mol/l、约1.2mol/l、约1.5mol/l、约2mol/l或约2.5mol/l。
三、电化学装置
本申请的电化学装置可以是锂金属电池，其特征在于，包含本申请的上述任何电解液。
1、电解液
本申请的电化学装置中使用的电解液为本申请的上述任何电解液。此外，本申请的电化学装置中使用的电解液还可包含不脱离本申请的主旨的范围内的其它电解液。
2、负极
可用于本申请的实施例中负极的材料、构成和其制造方法包括任何现有技术中公开的技术。
在一些实施例中，负极活性材料含锂金属材料。在一些实施例中，所述负极活性材料选自锂金属、结构化的锂金属或保护层修饰的锂金属等锂金属相关负极材料。在一些实施例中，结构化的锂金属负极材料可以通过将增稠剂、导电材料和填充材料等制成浆料，将该浆料涂布于集流体上，干燥后再将锂金属以一定的压力压入膜片而形成。
在一些实施例中，负极包括锂金属层和网状绝缘层，网状绝缘层设置在锂金属的至少一个表面上，网状绝缘层上包含孔，孔径为10nm至500μm，孔隙率为10％-50％，绝缘层的厚度为50nm-500μm。绝缘层材料可以选自苯乙烯-丁二烯橡胶(sbr)、羧甲基纤维素(cmc)、尼龙、聚丙烯酸(paa)、聚乙烯醇(pva)、聚乙酸(pla)、聚乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、peva/pla、聚甲基丙烯酸酯(pmma)/四氢全氟辛基丙烯酸酯(tan)、聚环氧乙烷(peo)、聚甲基丙烯酸酯(pmma)、聚酰胺(pa)、聚己内酯(pcl)、聚乙基酰亚胺(pei)、聚己内酰胺、聚乙烯(pe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚烯烃、聚苯醚(ppe)、聚氯乙烯(pvc)、聚偏二氯乙烯(pvdc)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)(pvdf-hfp)、聚乙烯基吡啶、聚乳酸(pla)、聚丙烯(pp)、聚丁烯(pb)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚酰胺(pa)、聚酰亚胺(pi)、聚碳酸酯(pc)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚苯乙烯(ps)、聚酯(pe)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、聚甲醛(pom)、聚砜(pes)、苯乙烯-丙烯腈(san)、聚丙烯腈(pan)、乙烯-乙酸乙烯酯(eva)、苯乙烯-马来酸酐(sma)、乙烯树脂(vinyl)中的至少一种。锂金属层厚度为1μm-500μm。
在一些实施例中，负极包括锂金属层和钝化层，钝化层设置在锂金属表面的至少一部分上，钝化层包括粒子状钝化层和膜状钝化层，钝化层的厚为100nm-600nm，当钝化层为粒子状时，粒径为10nm-500nm。在一些实施例中，负极包括锂金属层和设置在金属层上的碳质材料层。在一些实施例中锂金属层和碳质材料层之间还可进一步包含聚合物层。碳质材料层选自人造石墨，天然石墨，石墨烯，碳纳米管，碳纤维中的至少一种。
3、正极
可用于本申请的实施例中正极的材料、构成和其制造方法包括任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，正极为美国专利申请us9812739b中记载的正极，其以全文引用的方式并入本申请中。
在一些实施例中，正极包括集流体和位于该集流体上的正极活性材料层。正极活性材料包括可逆地嵌入和脱嵌锂金属的至少一种锂化插层化合物。在一些实施例中，正极活性材料包括复合氧化物。在一些实施例中，该复合氧化物含有锂以及从钴、锰和镍中选择的至少一种元素。
在一些实施例中，正极活性材料包括，但不限于：
liaa1-bxbd2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5)、
liae1-bxbo2-cdc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)、
liae2-bxbd4(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5)、
liae2-bxbo4-cdc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)、
liani1-b-ccobxcdα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)、
liani1-b-ccobxco2-αtα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)、
liani1-b-ccobxco2-αt2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)、
liani1-b-cmnbxcdα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)、
liani1-b-cmnbxco2-αtα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)、
liani1-b-cmnbxco2-αt2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)、
lianibecgdo2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)、
lianibcocmndgeo2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)、
lianigbo2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)、
liacogbo2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)、
liamngbo2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)、
liamn2gbo4(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)、
qo2、qs2、liqs2、v2o5、liv2o5、liio2、linivo4、li(3-f)j2(po4)3(0≤f≤2)、li(3-f)fe2(po4)3(0≤f≤2)或lifepo4，
其中，a选自于ni、co、mn和它们的任意组合；x选自于al、ni、co、mn、cr、fe、mg、sr、v、稀土元素和它们的任意组合；d选自于o、f、s、p和它们的任意组合；e选自于co、mn和它们的任意组合；t选自于f、s、p和它们的任意组合；g选自于al、cr、mn、fe、mg、la、ce、sr、v和它们的任意组合；q选自于ti、mo、mn和它们的任意组合；i选自于cr、v、fe、sc、y和它们的任意组合；并且j选自于由v、cr、mn、co、ni、cu和它们的任意组合。
在一些实施例中，正极活性材料选自钴酸锂(licoo2)、锂镍钴锰(ncm)、磷酸亚铁锂(lifepo4)、锰酸锂(limn2o4)、镍锰酸锂(lini0.5mn1.5o4)或它们的任意组合。
在一些实施例中，正极活性材料可以在其表面上具有涂层，或者可以与具有涂层的另一化合物混合。该涂层可以包括从涂覆元素的氧化物、涂覆元素的氢氧化物、涂覆元素的羟基氧化物、涂覆元素的碳酸氧盐和涂覆元素的羟基碳酸盐中选择的至少一种涂覆元素化合物。用于涂层的化合物可以是非晶的或结晶的。
在一些实施例中，在涂层中含有的涂覆元素可以包括mg、al、co、k、na、ca、si、ti、v、sn、ge、ga、b、as、zr或它们的任意组合。可以通过任何方法来施加涂层，只要该方法不对正极活性材料的性能产生不利影响即可。例如，该方法可以包括对本领域公知的任何涂覆方法，例如喷涂、浸渍等。
正极活性材料层还可以包括粘合剂，并且可选地包括导电材料。粘合剂提高正极活性材料颗粒彼此间的结合，并且还提高正极活性材料与集流体的结合。
在一些实施例中，粘合剂包括，但不限于：聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
在一些实施例中，导电材料包括，但不限于：基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物和它们的混合物。在一些实施例中，基于碳的材料选自天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管或其任意组合。在一些实施例中，基于金属的材料选自金属粉、金属纤维、铜、镍、铝、银。在一些实施例中，导电聚合物为聚亚苯基衍生物。
在一些实施例中，正极的厚度为约50μm-200μm。在一些实施例中，正极的厚度为约60μm-190μm。
在一些实施例中，集流体可以是铝，但不限于此。
正极可以通过本领域公知的制备方法制备。例如，正极可以通过如下方法获得：在溶剂中将活性材料、导电材料和粘合剂混合，以制备活性材料组合物，并将该活性材料组合物涂覆在集流体上。在一些实施例中，溶剂可以包括n-甲基吡咯烷酮、丙酮、水等，但不限于此。
4、隔离膜
在一些实施例中，本申请的电化学装置在正极与负极之间设有隔离膜以防止短路。本申请的电化学装置中使用的隔离膜的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔离膜包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。
例如隔离膜可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。具体的，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。
基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。
无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或几种的组合。粘结剂选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种的组合。聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料包括聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
四、应用
根据本申请实施例的电解液，能够用于提高电池的倍率性能、常温存储容量保持率及循环和高温存储性能，适合使用在包含电化学装置的电子设备中。
本申请的电化学装置的用途没有特别限定，可以用于公知的各种用途。例如笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携cd机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池或锂离子电容器等。
下面以锂金属电池为例并且结合具体的实施例说明锂金属电池的制备，本领域的技术人员将理解，本申请中描述的制备方法仅是实例，其他任何合适的制备方法均在本申请的范围内。
实施例
以下说明根据本申请的锂金属电池的实施例和对比例进行性能评估。
1、锂金属电池的制备
(1)正极的制备
将正极活性材料钴酸锂(licoo2)、导电剂(super
(2)负极的制备
采用物理辊压的方式，将金属锂复合到厚度为约12μm负极集流体铜箔上，通过调节辊的压力，使锂铜复合带上单面覆锂，厚度控制为约50μm。然后经过裁片、分切后，放置在干燥的氩气气氛手套箱中存放备用。
(3)隔离膜的制备
采用厚度为约15μm的聚乙烯(pe)作为隔离膜。
(4)电解液的制备
实施例1-10和对比例1-6：在干燥的氩气氛围中，首先将式a所示环状氟代碳酸酯、式b或c所示链状氟代碳酸酯、式d或e所示氟醚化合物混合均匀，并向混合溶液中加入lipf6，溶解均一后得到锂盐浓度为约1mol/l的电解液。
对比例7-9的电解液的制备和实施例1-10的制备方法相似，区别仅在于对比例7的电解液中不加链状氟代碳酸酯，对比例8的电解液中不加链状氟代碳酸酯，对比例9的电解液中不加氟醚化合物。
实施例11-20和对比例10-11：在干燥的氩气氛围中，首先将式a所示环状氟代碳酸酯、式b所示链状氟代碳酸酯、式d所示氟醚化合物混合均匀，并向混合溶液中加入lipf6，溶解均一(锂盐浓度为约1mol/l)，随后加入式f、g或h所示添加剂即得所述电解液。
实施例电解液中的环状氟代碳酸酯选自式a：
实施例电解液中的链状氟代碳酸酯选自式b、c：
实施例电解液中的氟醚化合物选自式d、e：
实施例电解液中的添加剂选自式f、g、h：
表1示出了各实施例以及对比例中的电解液的组成，其中电解液中各物质的含量为基于除去锂盐后的电解液的重量计算得到。其中环状氟代碳酸酯的重量百分比为x，且链状氟代碳酸酯和氟醚化合物的重量百分比的和为y。
(5)锂金属电池的制备
将正极、隔离膜、金属锂负极按顺序叠好；焊接极耳后置于外包装铝塑膜中，经过真空封装、静置、化成(0.02c恒流充电到3.3v，再以0.1c恒流充电到3.6v)、整形、容量测试等工序，获得单层软包叠片锂金属电池。
表1
其中“—”代表未添加该物质。
2、锂金属电池性能测试过程
(1)锂金属电池循环性能测试
将锂金属电池置于45℃恒温箱中，静置30分钟，使锂金属电池达到恒温。将达到恒温的锂金属电池以0.1c恒流充电至电压为4.4v，然后以4.4v恒压充电至电流为0.05c，接着以0.5c恒流放电至电压为3v，以此作为一个充放电循环。以首次放电的容量为100％，反复进行充放电循环，至放电容量衰减至80％时，停止测试，记录循环圈数，作为评价锂金属电池循环性能的指标。“1c”是在1小时内将电池容量完全放完的电流值。
(2)锂金属电池动力学性能测试
室温下，将锂金属电池0.1c充电至4.4v，然后以4.4v恒压充电至电流为0.05c，静置5分钟，0.2c恒流放电至电压为3v，记录放电容量，将0.2c的放电容量作为基准。测试1c放电的容量：将锂金属电池0.1c充电至4.4v，然后以4.4v恒压充电至电流为0.05c，静置5分钟，1c恒流放电至电压为3v，记录放电容量。并按照下式计算容量保持率：
容量保持率＝1c的放电容量/0.2c的放电容量×100％
表2示出了实施例1-20和对比例1-11的锂金属电池的测试结果。
表2
“0”表示电池无法循环，不能使用。
由实施例1-5和实施例6-10的测试结果可以看出，环状氟代碳酸酯的重量百分比(x)以及链状氟代碳酸酯和氟醚化合物的重量百分比的和(y)满足如下要求时：约0.25≤y/x≤约5.7，该电解液能够很好地溶解锂盐，并在负极形成适量的具有lif成分的sei膜，能够抑制锂枝晶的生长，同时显著地降低电解液的粘度，从而提高锂金属电池的安全性能、循环性能和倍率性能。
由实施例1-10与对比例1的测试结果可以看出，当电解液中的环状氟代碳酸酯的含量过低时，电池的循环寿命和倍率性能受到影响。可能是因为电解液对锂盐的溶解能力减小，使负极成膜的成份改变，导致含lif的sei膜减少。并且循环过程中环状氟代碳酸酯的消耗会进一步扩大其对sei膜成份、sei膜阻抗及sei膜厚度等的影响，可能会导致负极的锂被迅速消耗尽，从而降低循环寿命。
由实施例1-10与对比例2的测试结果可以看出，当电解液中的环状氟代碳酸酯含量过高时，会影响电池的倍率性能和循环性能。这可能是由于环状氟代碳酸酯含量过高会影响锂离子在电池中的传导速率。并且过高含量的环状氟代碳酸酯在正极不稳定，从而影响电池的倍率性能和循环性能。
由实施例1-10与对比例4和6的测试结果可以看出，当电解液中链状氟代碳酸酯或氟醚化合物的含量过高时，电解液中的环状氟代碳酸酯的含量偏低，并且三者的含量不满足如下要求：约0.67≤y/x≤约5.7，会导致电解液无法使用。
由实施例1-10与对比例7-9的测试结果可以看出，当电解液中缺少环状氟代碳酸酯、链状氟代碳酸酯或氟醚化合物时，电池无法使用。这可能是由于氟醚化合物、环状氟代碳酸酯和链状氟代碳酸酯的含量在合适范围内时使得在负极表面形成的sei膜中的lif含量在合适范围内，sei膜在保护负极的同时有利于锂离子的传导，且能保证正极的稳定，使锂金属电池实现稳定长期循环。
由实施例1-10与实施例11-13的测试结果可以看出，电解液中加入了适量的式f所示的添加剂后，可进一步提升电池的循环性能，这可能是由于氟醚化合物、环状氟代碳酸酯、链状氟代碳酸酯和式f所示的添加剂共同作用，可以稳定正极与电解液的界面，减少电解液与正极表面发生副反应，减少电池在循环过程中的阻抗增加，从而提高电池的循环性能。
由实施例1-10与实施例14-16的测试结果可以看出，电解液中加入式g所示的负极添加剂，能够明显改善电池的循环性能。这可能是由于氟醚化合物、环状氟代碳酸酯、链状氟代碳酸酯和式g所示的添加剂共同作用使负极表面sei膜成份多样化，同时促进锂盐的进一步溶解，使负极表面的锂离子浓度更加均匀，减少锂枝晶的生成，从而有利于提高电池的循环库伦效率。由实施例1-10与实施例19的测试结果可以看出，电解液中加入了适量的含不饱和键的负极添加剂后，在电池的负极会形成一层紧密的有机聚合物sei层，可以有效地抑制锂枝晶的生长，并且可以使锂沉积更加均匀致密，从而提高电池的循环寿命。
由实施例1-10与实施例17、18、20的测试结果可以看出，在氟醚化合物、环状氟代碳酸酯、链状氟代碳酸酯的基础上加入式f所示添加剂和式g所示添加剂，或式f所示添加剂、式g所示添加剂和式h所示添加剂，可以进一步提高锂金属电池的循环性能。这可能是由于在整个电池体系中，加入氟醚化合物、环状氟代碳酸酯、链状氟代碳酸酯、式f所示添加剂、式g所示添加剂和式h所示添加剂能使负极锂沉积更加均匀，减少锂枝晶的产生，减少正极与电解液界面的副反应。
整个说明书中对“实施例”、“部分实施例”、“一个实施例”、“另一举例”、“举例”、“具体举例”或“部分举例”的引用，其所代表的意思是在本申请中的至少一个实施例或举例包含了该实施例或举例中所描述的特定特征、结构、材料或特性。因此，在整个说明书中的各处所出现的描述，例如：“在一些实施例中”、“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在另一个举例中”，“在一个举例中”、“在特定举例中”或“举例“，其不必然是引用本申请中的相同的实施例或示例。此外，本文中的特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例或举例中结合。
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。