一种电解液、锂离子电池和用电装置的制作方法

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种电解液、锂离子电池和用电装置。

背景技术：

1、锂离子电池因其具有较高的能量密度、优异的快充性能及较好的安全性，在很多领域具有广泛的应用，如电动汽车、电动工具、数码产品、储能电站等。在锂离子电池中，目前最常用的负极材料为石墨，其具有电子电导率及锂离子扩散系数均较高，嵌锂电位低，原材料来源广泛且价格便宜的特点。但石墨的最高能量密度仅有372mah/g，这极大地限制了锂离子电池的发展，因此急需开发下一代锂电池负极材料。

2、金属锂的理论比容量为3860mah/g，且具有优异的电子导电性，是一种可替代石墨的锂离子电池负极材料，但是由于局部极化的存在，金属锂在沉积的过程中会伴随枝晶生长等问题，导致死锂及低库伦效率，严重时还会刺穿隔膜，引发安全问题；同时金属锂负极在充放电过程中还会出现巨大的体积变化，对sei膜造成严重的破坏，导致电解液的消耗，极大地制约了金属锂负极的应用。

3、有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种电解液，改善目前金属锂负极系锂离子电池中容易出现锂枝晶，及因金属锂体积变化导致sei膜被破坏的问题，从而提升金属锂负极系锂离子电池的循环寿命及安全性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂；其中，

4、所述溶剂包括氟代醚、碳酸酯类化合物和羧酸酯类化合物，所述氟代醚、碳酸酯类化合物和羧酸酯类化合物的质量比为(10～20)：(40～65)：(20～45)；

5、所述添加剂包括第一添加剂，所述第一添加剂为如式ⅰ所示的四腈类化合物，

6、

7、其中，r1、r2、r3、r4各自独立选自取代或未取代的c1～c10烷基或烷氧基、c2～c10烯基或烯氧基炔基或炔氧基或为n、s和o中的一种或多种杂原子基团，经取代时，取代基选自f原子；

8、以所述氟代醚在电解液中的质量占比为a％，以所述碳酸酯类化合物在电解液中的质量占比为b％，以所述羧酸酯类化合物在电解液中的质量占比为c％，以所述第一添加剂在电解液中的质量占比为d％，则满足关系式：(a+b+c)*3％≥d≥(a+b+c)*0.5％。

9、优选的，所述氟代醚在电解液中的质量占比小于羧酸酯类化合物在电解液中的质量占比；且所述羧酸酯类化合物在电解液中的质量占比小于碳酸酯类化合物在溶剂中的质量占比。

10、优选的，氟代醚、碳酸酯类化合物和羧酸酯类化合物在电解液中的质量占比之和大于或等于50％。

11、优选的，所述碳酸酯类化合物为氟代或非氟代碳酸酯类化合物；所述羧酸酯类化合物为氟代或非羧酸酯类化合物化合物。

12、优选的，所述氟代醚的结构式为羧酸酯类化合物的结构式为碳酸酯类化合物的结构式为其中，r5和r6各自独立地选自氟取代c1～c10烷基或烷氧基、氟取代c2～c10烯基或烯氧基、c2～c10氟取代炔基或炔氧基；r7～r12各自独立地选自氟取代或非氟取代c1～c10烷基或烷氧基、氟取代或非氟取代c2～c10烯基或烯氧基、氟取代或非氟取代c2～c10炔基或炔氧基。

13、优选的，所述第一添加剂为以下结构式中的任意一种：

14、

15、

16、优选的，所述添加剂还包括第二添加剂，第二添加剂为1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯中的至少一种，所述第二添加剂在电解液中的质量占比为0.1％～10％。

17、优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂和双氟磺酰亚胺锂中的至少一种，所述锂盐在电解液中的质量占比为0.1％～25％。

18、本发明的目的之二在于，提供一种二次电池，包括正极极片、负极极片、间隔于所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜和电解液，所述电解液为上述所述的电解液，所述负极极片为金属锂负极片。

19、本发明的目的之三在于，提供一种用电装置，包括上述所述的二次电池。

20、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的电解液，溶剂中添加有氟代醚，可以使得金属锂负极一侧形成韧性更好的sei膜，从而改善金属锂负极界面的稳定性；同时还添加有四腈类化合物作为添加剂，其相比于常规二腈类添加剂和三腈类添加剂，此种结构的四腈类化合物与过渡金属离子的络合能力更强，能有效提升正极的稳定性，加之负极界面稳定性也增强，双方协同作用，可有效平衡锂离子的传输速率，进而有效改善金属锂负极材料中容易出现锂枝晶问题，由此提升金属锂负极系锂离子电池的循环寿命及安全性能。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于，包括溶剂、锂盐和添加剂；其中，

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述氟代醚在电解液中的质量占比小于羧酸酯类化合物在电解液中的质量占比；且所述羧酸酯类化合物在电解液中的质量占比小于碳酸酯类化合物在电解液中的质量占比。

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，氟代醚、碳酸酯类化合物和羧酸酯类化合物在电解液中的质量占比之和大于或等于50％。

4.根据权利要求1～3任一项所述的电解液，其特征在于，所述碳酸酯类化合物为氟代或非氟代碳酸酯类化合物；所述羧酸酯类化合物为氟代或非氟代羧酸酯类化合物。

5.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述氟代醚的结构式为羧酸酯类化合物的结构式为碳酸酯类化合物的结构式为其中，r5和r6各自独立地选自氟取代c1～c10烷基或烷氧基、氟取代c2～c10烯基或烯氧基、c2～c10氟取代炔基或炔氧基；r7～r12各自独立地选自氟取代或非氟取代c1～c10烷基或烷氧基、氟取代或非氟取代c2～c10烯基或烯氧基、氟取代或非氟取代c2～c10炔基或炔氧基。

6.根据权利要求1～3任一项所述的电解液，其特征在于，所述第一添加剂为以下结构式中的任意一种：

7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂还包括第二添加剂，第二添加剂为1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯中的至少一种，所述第二添加剂在电解液中的质量占比为0.1％～10％。

8.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂和双氟磺酰亚胺锂中的至少一种，所述锂盐在电解液中的质量占比为0.1％～25％。

9.一种二次电池，包括正极极片、负极极片、间隔于所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜和电解液，其特征在于，所述电解液为权利要求1～8任一项所述的电解液，所述负极极片为金属锂负极片。

10.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求9所述的二次电池。

技术总结
本发明提供了一种电解液、锂离子电池和用电装置，所述电解液包括溶剂、锂盐和添加剂；其中，溶剂包括氟代醚、碳酸酯类化合物和羧酸酯类化合物，氟代醚、碳酸酯类化合物和羧酸酯类化合物的质量比为(10～20)：(40～65)：(20～45)；添加剂包括第一添加剂，第一添加剂为如式Ⅰ所示的四腈类化合物。相比于现有技术，本发明的电解液，溶剂中添加有氟代醚，可以使得金属锂负极一侧形成韧性更好的SEI膜，从而改善金属锂负极界面的稳定性；同时还添加有四腈类化合物作为添加剂，其能有效提升正极的稳定性，与氟代醚协同作用，可有效平衡锂离子的传输速率，有效改善金属锂负极体系中容易出现锂枝晶问题，由此提升电池的循环寿命及安全性能。

技术研发人员：郑畅,熊伟,李江蓝,杨新哲,朱燕华,吴声本
受保护的技术使用者：惠州锂威新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8