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：
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。然后随着锂电行业的迅猛发展，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。随着锂离子电池能量密度的进一步提高，锂金属电池得到广泛的关注。
锂金属具有最低的化学电势(-3.04v)和非常高的反应活性，普通的液态电解液与锂金属的反应活性高。如果电解液与锂金属电极的反应活性高或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，且锂枝晶刺穿隔膜造成短路还会带来安全风险。
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，所述电解液包括砜化合物、含磷化合物以及添加剂a，所述添加剂a包含如下化合物中的至少一种：含有苯环的化合物、氟醚化合物、氟代酮化合物和氟代硅氧烷化合物。
根据一些实施例，当所述电解液包括含有苯环的化合物时，基于所述电解液的总重量，所述含有苯环的化合物的重量百分比为6wt％-60wt％。
根据一些实施例，基于所述电解液的总重量，所述砜化合物和所述含磷化合物的重量百分比的和为x，所述添加剂a的重量百分比为y，其中x和y满足如下条件：0.25≤y/x≤3.5。
根据一些实施例，所述砜化合物包括式i或式ii化合物中的至少一种：
其中：
r1和r2各自独立地选自c6-c26芳基、卤素、c1-c12烷基、c2-c12烯基和c1-c12卤代烷基；
r3选自氢、c6-c26芳基、卤素、c1-c12烷基和c1-c12卤代烷基；并且
其中n选自1-6的整数。
根据一些实施例，所述砜化合物包括如下化合物中的一种或多种：二甲基砜、乙烯砜、二乙砜、甲基乙烯砜、甲基乙基砜、环丁砜、硫杂环丁烷-1,1-二氧化物或3-溴硫杂环丁烷-1,1-二氧化物。
根据一些实施例，所述含磷化合物包括式iii化合物：
其中：
r4、r5和r6各自独立地选自c1-c12烷基、c2-c12烯基、c2-c12炔基、c1-c12卤代烷基、c2-c12卤代烯基、c6-c26芳基、c6-c26卤代芳基和c1-c12烷氧基。
根据一些实施例，所述含磷化合物包括如下化合物中的一种或多种：磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三(氯乙基)酯、磷酸三(1,3-二氯丙基)酯或磷酸三(三氟乙基)酯。
根据一些实施例，所述含有苯环的化合物包括式iv化合物：
其中r7选自c1-c20烷基或c1-c20烷氧基；并且
其中q选自1-6的整数。
根据一些实施例，所述氟代酮化合物包括式v化合物：
其中r10、r11各自独立地选自c1-c12氟代烷基或c2-c12氟代烯基。
根据一些实施例，其中所述氟代酮化合物包括如下化合物中的一种或多种：
全氟己酮、1,1,1,2,4,5,5,5-八氟代-2,4-双(三氟代甲基)-3-戊酮或1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)-2-丁酮。
根据一些实施例，所述氟代硅氧烷化合物包括式vi化合物：
其中r12、r13、r14、r15、r16、r17各自独立地选自c1-c12烷基、c1-c12氟代烷基、c1-c12烯基、或c2-c12氟代烯基，且r12、r13、r14、r15、r16、r17中的至少一者为c1-c12氟代烷基或c2-c12氟代烯基。
根据一些实施例，所述氟代硅氧烷化合物包括1,3-双(三氟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、二(十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)四甲基二硅氧烷或其组合。
根据一些实施例，所述氟醚化合物包括式vii、式viii、式ix、式x的化合物中的至少一者：
rf1–o–rf2vii，
rf1–o–rviii，
rf1–o–(r'–o)n–rf2ix，
rf1–o–(r'–o)n–rx，
其中在式vii、式viii、式ix、式x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c1-c12氟代烷基，r为直链或支链的c1-c12烷基，r'为直链或支链的c1-c5亚烷基，并且n为1至5的整数。
根据一些实施例，其中rf1或rf2各自独立地选自由以下组成的群组中的一者：hcf2-、cf3-、hcf2cf2-、ch3cf2-、cf3ch2-、cf3cf2-、(cf3)2ch-、hcf2cf2ch2-、cf3ch2ch2-、hcf2cf2cf2ch2-、hcf2cf2cf2cf2ch2-、cf3cf2ch2-、cf3cfhcf2ch2-、hcf2cf(cf3)ch2-和cf3cf2ch2ch2-。
根据一些实施例，所述氟醚化合物包括如下化合物中的一种或多种：hcf2cf2ch2ocf2cf2h、(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和cf3ch2och2ch(ch3)och2cf3。
根据一些实施例，所述电解液进一步包括添加剂b，其中所述添加剂b包括如下化合物中的至少一者：
碳酸乙烯亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、4-三氟代甲基碳酸乙烯酯、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、硝酸锂、甲烷二磺酸亚甲酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸亚乙酯、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、双(三甲基硅基)硫酸酯、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、顺式丁烯二腈、丁二腈、1,3,5-戊三甲腈、1,3,6-己三甲腈、2，5-二乙基四氢呋喃、三甲基硅烷基2-(氟磺酰基)二氟乙酸酯或三氟乙酸烯丙酯。
根据一些实施例，基于所述电解液的总重量，所述添加剂b的重量百分比为0.05wt％-10wt％。
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，可以显著改善电池的循环性能并满足锂金属电池大倍率放电的需求，在锂金属电池中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。
在具体实施方式及权利要求书中，在关于碳数的表述即大写字母“c”后面的数字，例如“c1-c20”、“c3-c20”等中，在“c”之后的数字例如“1”、“3”或“20”表示具体官能团中的碳数。即，官能团分别可包括1-20个碳原子和3-20个碳原子。例如，“c1-c4烷基”是指具有1-4个碳原子的烷基，例如ch3-、ch3ch2-、ch3ch2ch2-、(ch3)2ch-、ch3ch2ch2ch2-、ch3ch2ch(ch3)-或(ch3)3c-。
如本文所用，“烷基”预期是具有1至20个碳原子的直链饱和烃结构。“烷基”还预期是具有3至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c1-c50亚烷基、c1-c40亚烷基、c1-c30亚烷基、c1-c20亚烷基、c1-c10亚烷基、c1-c6亚烷基、c2-c6亚烷基、c2-c5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c6-c50芳基、c6-c40芳基、c6-c30芳基、c6-c20芳基或c6-c10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-基等等。
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。
术语“炔基”是指可为直链或具支链且具有至少一个且通常具有1个、2个或3个碳碳三键的单价不饱和烃基团。除非另有定义，否则所述炔基通常含有2个到20个碳原子，例如可以为2-20个碳原子的炔基、6-20个碳原子的炔基、2-10个碳原子的炔基或2～6个碳原子的炔基。代表性炔基包括(例如)乙炔基、丙-2-炔基(正-丙炔基)、正-丁-2-炔基、正-己-3-炔基等。另外，炔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、烯基、炔基、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，所述电解液包括砜化合物、含磷化合物以及添加剂a，所述添加剂a包含如下化合物中的至少一种：含有苯环的化合物、氟醚化合物、氟代酮化合物和氟代硅氧烷化合物。使用上述电解液可以有效提高电解液的电导率，在负极形成稳定sei膜的同时提高正极的稳定性，从而提高锂金属电池的循环寿命。
在一些实施例中，当电解液包括含有苯环的化合物时，基于所述电解液的总重量，所述含有苯环的化合物的重量百分比为约6wt％-60wt％。一些实施例中，当电解液包括含有苯环的化合物时，基于所述电解液的总重量，所述含有苯环的化合物的重量百分比为约10wt％-50wt％。一些实施例中，当电解液包括含有苯环的化合物时，基于所述电解液的总重量，所述含有苯环的化合物的重量百分比为约20wt％-40wt％。一些实施例中，当电解液包括含有苯环的化合物时，基于所述电解液的总重量，所述含有苯环的化合物的重量百分比为约15wt％、约25wt％、约30wt％、约35wt％、约45wt％或约55wt％。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述砜化合物和所述含磷化合物的重量百分比的和为x，所述添加剂a的重量百分比为y，其中x和y满足如下条件：约0.25≤y/x≤约3.5。
在一些实施例中，x和y满足如下条件：约0.5≤y/x≤约3.5。在一些实施例中，x和y满足如下条件：约1≤y/x≤约3。在一些实施例中，x和y满足如下条件：约1.5≤y/x≤约2.5。当x和y满足上述条件时，电解液的电导率提高，锂金属表面的sei膜更加稳定，从而进一步提高电池的循环性能。
在一些实施例中，所述砜化合物包括式i或式ii化合物中的至少一种：
其中：
r1和r2各自独立地选自c6-c50芳基、c6-c26芳基、c6-c12芳基、卤素、c1-c20烷基、c1-c12烷基、c1-c6烷基、c2-c20烯基、c2-c12烯基、c2-c6烯基、c1-c20卤代烷基、c1-c12卤代烷基、c1-c6卤代烷基；
r3选自氢、c6-c50芳基、c6-c26芳基、c6-c12芳基、卤素、c1-c20烷基、c1-c12烷基、c1-c6烷基和c1-c20卤代烷基、c1-c12卤代烷基、c1-c6卤代烷基；并且
其中n选自1-6的整数。
在一些实施例中，所述砜化合物包括如下化合物中的一种或多种：二甲基砜、乙烯砜、二乙砜、甲基乙烯砜、甲基乙基砜、环丁砜、硫杂环丁烷-1,1-二氧化物或3-溴硫杂环丁烷-1,1-二氧化物。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述砜化合物的重量百分比为约1wt％-60wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述砜化合物的重量百分比为约1wt％-40wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述砜化合物的重量百分比为约10wt％-30wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述砜化合物的重量百分比为约5wt％、约15wt％、约20wt％、约25wt％、约35wt％、约45wt％或约55wt％。
在一些实施例中，所述含磷化合物包括式iii化合物：
其中：
r4、r5和r6各自独立地选自c1-c20烷基、c1-c12烷基、c1-c6烷基、c2-c20烯基、c2-c12烯基、c2-c6烯基、c2-c20炔基、c2-c12炔基、c2-c6炔基、c1-c20卤代烷基、c1-c12卤代烷基、c1-c6卤代烷基、c2-c20卤代烯基、c2-c12卤代烯基、c2-c6卤代烯基、c6-c50芳基、c6-c26芳基、c6-c12芳基、c6-c50卤代芳基、c6-c26卤代芳基、c6-c12卤代芳基、c1-c20烷氧基、c1-c12烷氧基和c1-c6烷氧基。
在一些实施例中，所述含磷化合物包括如下化合物中的一种或多种：磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三(氯乙基)酯、磷酸三(1,3-二氯丙基)酯或磷酸三(三氟乙基)酯。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含磷化合物的重量百分比为约1wt％-60wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含磷化合物的重量百分比为约1wt％-40wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含磷化合物的重量百分比为约10wt％-30wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含磷化合物的重量百分比为约5wt％、约15wt％、约20wt％、约25wt％、约35wt％、约45wt％或约55wt％。当磷酸酯的含量在此范围内时，可在提高锂盐溶解量的同时保证电解液对隔膜及正负极的浸润性能，进一步提高电池的循环性能。
在一些实施例中，所述含有苯环的化合物包括式iv化合物：
其中r7选自c1-c20烷基、c1-c12烷基、c1-c6烷基、c1-c20烷氧基、c1-c12烷氧基或c1-c6烷氧基；并且
其中q选自1-6的整数。
砜化合物、含磷化合物与取代基为给电子基团的苯环结合使用可改善锂金属电池的循环性能，这可能是因为三者共同作用可以降低还原反应能垒，在负极更容易被还原，且形成的sei膜更加致密均匀，能够有效阻止负极与电解液的反应。
在一些实施例中，所述氟代酮化合物包括式v化合物：
其中r10、r11各自独立地选自c1-c20氟代烷基、c1-c12氟代烷基、c1-c6氟代烷基、c2-c20氟代烯基、c2-c12氟代烯基、c2-c6氟代烯基。
在一些实施例中，所述氟代酮化合物包括如下化合物中的一种或多种：
全氟己酮、1,1,1,2,4,5,5,5-八氟代-2,4-双(三氟代甲基)-3-戊酮或1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)-2-丁酮。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述氟代酮化合物的重量百分比为约1wt％-70wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述氟代酮化合物的重量百分比为约10wt％-60wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述氟代酮化合物的重量百分比为约10wt％-50wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述氟代酮化合物的重量百分比为约5wt％、约15wt％、约20wt％、约25wt％、约30wt％、约40wt％或约50wt％。
在一些实施例中，所述氟代硅氧烷化合物包括式vi化合物：
其中r12、r13、r14、r15、r16、r17各自独立地选自c1-c20烷基、c1-c12烷基、c1-c6烷基、c1-c20氟代烷基、c1-c12氟代烷基、c1-c6氟代烷基、c1-c20烯基、c1-c12烯基、c1-c6烯基、c2-c20氟代烯基、c2-c12氟代烯基或c2-c6氟代烯基，且r12、r13、r14、r15、r16、r17中的至少一者为c1-c20氟代烷基、c1-c12氟代烷基、c1-c6氟代烷基、c2-c20氟代烯基、c2-c12氟代烯基或c2-c6氟代烯基。
在一些实施例中，所述氟代硅氧烷化合物包括1,3-双(三氟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、二(十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)四甲基二硅氧烷或其组合。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述氟代硅氧烷化合物的重量百分比为约10wt％-60wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述氟代硅氧烷化合物的重量百分比为约10wt％-50wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述氟代硅氧烷化合物的重量百分比为约15wt％-50wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述氟代硅氧烷化合物的重量百分比为约约15wt％、约20wt％、约25wt％、约30wt％或约40wt％。
在一些实施例中，所述氟醚化合物包括式vii、式viii、式ix、式x的化合物中的至少一者：
rf1–o–rf2vii，
rf1–o–rviii，
rf1–o–(r'–o)n–rf2ix，
rf1–o–(r'–o)n–rx，
其中在式vii、式viii、式ix、式x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c1-c20氟代烷基、至少一个氢原子被氟基取代的直链或支链的c1-c12氟代烷基、至少一个氢原子被氟基取代的直链或支链的c1-c6氟代烷基，r为直链或支链的c1-c20烷基、直链或支链的c1-c12烷基、直链或支链的c1-c6烷基，r'为直链或支链的c1-c20亚烷基、直链或支链的c1-c12亚烷基、直链或支链的c1-c5亚烷基，并且n为1至5的整数。
在一些实施例中，其中rf1或rf2各自独立地选自由以下组成的群组中的一者：hcf2-、cf3-、hcf2cf2-、ch3cf2-、cf3ch2-、cf3cf2-、(cf3)2ch-、hcf2cf2ch2-、cf3ch2ch2-、hcf2cf2cf2ch2-、hcf2cf2cf2cf2ch2-、cf3cf2ch2-、cf3cfhcf2ch2-、hcf2cf(cf3)ch2-和cf3cf2ch2ch2-。
在一些实施例中，所述氟醚化合物包括如下化合物中的一种或多种：hcf2cf2ch2ocf2cf2h、(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和cf3ch2och2ch(ch3)och2cf3。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述氟醚化合物的重量百分比为约1wt％-70wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述氟醚化合物的重量百分比为约10wt％-70wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述氟醚化合物的重量百分比为约10wt％-60wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述氟醚化合物的重量百分比为约5wt％、约15wt％、约20wt％、约25wt％、约30wt％、约40wt％或约50wt％。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括添加剂b，其中所述添加剂b包括如下化合物中的一种或多种：
碳酸乙烯亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、4-三氟代甲基碳酸乙烯酯、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、硝酸锂、甲烷二磺酸亚甲酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸亚乙酯、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、双(三甲基硅基)硫酸酯、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、顺式丁烯二腈、丁二腈、1,3,5-戊三甲腈、1,3,6-己三甲腈、2,5-二乙基四氢呋喃、三甲基硅烷基2-(氟磺酰基)二氟乙酸酯或三氟乙酸烯丙酯。砜化合物、含磷化合物、添加剂a以及添加剂b结合使用，可在正极和负极均形成均匀的保护膜，从而有效的提高电池的循环寿命。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述添加剂b的重量百分比为约0.05wt％-10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述添加剂b的重量百分比为约0.05wt％-5wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述添加剂b的重量百分比为约1wt％、约2wt％、约3wt％或约4wt％。
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；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0.5-约4mol/l的范围内，例如约0.8-约3mol/l的范围内、约0.8-约2.5mol/l的范围内、约0.8-约2mol/l的范围内、约1-约2mol/l的范围内、约0.5-约1.5mol/l、约0.8-约1.3mol/l、约0.5-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包括发生电化学反应的任何装置，它的具体实例包括所有种类的一次电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池或电容器。在一些实施例中，该电化学装置是锂金属电池。在一些实施例中，该电化学装置是锂二次电池，包括锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。在一些实施例中，本申请的电化学装置是具备具有能够吸留、放出金属离子的正极活性物质的正极以及具有能够吸留、放出金属离子的负极活性物质的负极的电化学装置，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，负极活性材料为锂金属材料。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、保护层修饰的锂金属等锂金属相关负极材料。结构化的锂金属相关负极材料可以通过加入结构化所用材料、增稠剂、导电材料、填充材料等而制成浆料，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结构化材料而形成结构化的锂金属负极材料。保护层修饰的锂金属相关材料可以通过在一定厚度的覆锂铜箔上涂覆保护层后干燥得到。在一些实施例中，锂金属负极包括导电骨架和分散在导电骨架中的金属颗粒。在一些实施例中导电骨架上有保护层，保护层的厚度为1nm-10μm。
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)三元材料、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，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-甲基吡咯烷酮等，但不限于此。
4、隔膜
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膜以防止短路。本申请的电化学装置中使用的隔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
将正极活性材料锂镍钴锰(ncm811)、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约12μm负极集流体铜箔上，通过调节辊的压力，使铜集流体上单面覆锂，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
在干燥的氩气氛围中，将表1所示的各物质混合，然后向得到的混合溶液中加入式m所示锂盐，溶解均一，即得所述电解液。
电解液中的砜化合物选自式a或b：
电解液中的含磷化合物选自式c或d：
电解液中的含有苯环的化合物选自式e、f或者氟代苯：
电解液中的氟醚化合物选自式g或h:
电解液中的氟代酮化合物选自式i或j：
电解液中的氟代硅氧烷化合物选自式k:
电解液中的添加剂b选自式l：
电解液中的锂盐选自式m：
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电解液的总重量计算得到。其中砜化合物和含磷化合物的重量百分比的和为x，添加剂a的重量百分比为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，然后叠加；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，获得软包叠片锂金属电池。
表1
其中“—”表示未添加该物质。
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4.25v，然后以4.25v恒压充电至电流为0.05c，接着以0.5c恒流放电至电压2.8v，此为一个充放电循环。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。
(2)锂金属电池大倍率(1c)放电性能测试
室温下，将锂金属电池以0.1c充电至4.25v，然后以4.25v恒压充电至电流为0.05c，静置5分钟，以0.2c恒流放电至电压为2.8v，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：将锂金属电池以0.1c充电至4.25v，然后以4.25v恒压充电至电流为0.05c，静置5分钟，以1c恒流放电至电压为2.8v，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％。
(3)锂金属电池低温放电性能测试
调整炉温至25℃，静置5分钟，将锂金属电池以0.1c充电至4.25v，然后以4.25v恒压充电至电流为0.05c，静置5分钟，以0.2c恒流放电至电压为2.8v，记录放电容量，将0.2c的放电容量作为基准。再将锂金属电池以0.1c充电至4.25v，然后以4.25v恒压充电至电流为0.05c。调节炉温至-10℃，静置60分钟，以0.2c恒流放电至电压为2.8v，记录放电容量。并按照下式计算容量保持率：
容量保持率＝–10℃时的0.2c的放电容量/25℃时的0.2c的放电容量×100％。
表2示出了实施例1-30和对比例1-2的锂金属电池的测试结果。
表2
由实施例1与对比例1的测试结果可以看出，当在含有砜化合物和含磷化合物的电解液中加入含有苯环的化合物时，能够显著改善锂金属电池的循环性能，并且能提高锂金属电池的大倍率放电性能和低温放电性能。由实施例2-6、20、21和24-30的测试结果同样可以看出，当在含有砜化合物和含磷化合物的电解液中加入含有苯环的化合物时，能够显著改善锂金属电池的循环性能，并且能提高锂金属电池的大倍率放电性能和低温放电性能。
由实施例1与对比例2的测试结果可以看出，当在含有砜化合物和含磷化合物的电解液中加入苯环上含有给电子基团的化合物时，由于给电子基团提高了苯环的电子云密度，会降低还原反应的能垒，使含有苯环的化合物更加倾向于在负极被还原。含有苯环的化合物与锂盐在负极表面共同成膜，形成的sei更加致密均匀，可以有效阻止其他溶剂与锂金属负极发生反应，从而提高锂金属电池的循环寿命。而苯环上具有吸电子基团的氟代苯化合物对锂不稳定，会极大的降低库伦效率，无法作为溶剂应用于锂金属电池。由实施例2-6、20、21和24-30的测试结果同样可以看出，当在含有砜化合物和含磷化合物的电解液中加入苯环上含有给电子基团的化合物时，可提高锂金属电池的库伦效率和循环稳定性。
由实施例7-9的测试结果可以看出，当在含有砜化合物和含磷化合物的电解液中加入氟醚化合物、氟代酮化合物或者氟代硅氧烷化合物时，同样能够显著改善锂金属电池的循环性能，并且能提高锂金属电池的大倍率放电性能和低温放电性能。
由实施例10-19和22的测试结果可以看出，当在含有砜化合物、含磷化合物以及苯环上含有给电子基团的化合物的电解液中加入氟醚化合物、氟代酮化合物或者氟代硅氧烷化合物时，当砜化合物和含磷化合物的重量百分比的和(x)与含有苯环的化合物、氟醚化合物、氟代酮化合物和氟代硅氧烷化合物的重量百分比的和(y)满足如下要求时：0.25≤y/x≤3.5，氟醚化合物、氟代酮化合物和氟代硅氧烷化合物可以有效降低电解液的粘度，提高锂金属电池动力学性能。这些化合物不会溶解锂盐，也不会影响锂盐与砜化合物或含磷化合物的配位作用，所以在降低电解液粘度的同时，不会对锂金属电池的循环库伦效率造成影响。
由实施例3和实施例23的测试结果可以看出，当在含有砜化合物、含磷化合物以及苯环上含有给电子基团的化合物的电解液中加入适量的阳极添加剂后，电解液会在锂金属负极形成一层紧密的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库伦效率。
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。