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CN109786835A - 电解液和使用其的电化学装置 - Google Patents

电解液和使用其的电化学装置 Download PDF

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CN109786835A
CN109786835A CN201910072555.XA CN201910072555A CN109786835A CN 109786835 A CN109786835 A CN 109786835A CN 201910072555 A CN201910072555 A CN 201910072555A CN 109786835 A CN109786835 A CN 109786835A
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Abstract

本申请提供一种电解液和使用其的电化学装置。本申请的电解液包括包含‑CN官能团的化合物和包含硅官能团的化合物，其中包含‑CN官能团的化合物和包含硅官能团的化合物能够提高电解液的安全性能，从而可以有效改善电池的温度循环性能、挤压外部短路现象以及高温外部短路现象。

Description

电解液和使用其的电化学装置
技术领域
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
随着手机、笔记本、相机等智能电子产品的普及和应用，此类产品在恶劣环境下的使用安全逐渐成为人们关注的焦点。锂离子电池作为电子产品的工作电源，已经取代传统的Ni-Cd、MH-Ni电池在此类产品中大范围使用。然而随着电子产品向轻薄化和便携化的发展，人们对锂离子电池的要求不断提高。开发较为安全的锂离子电池同时能够耐高温以及各种恶化条件的产品成为当务之急。尤其在市场上频繁出现电池鼓胀以及使用一段时间后自动关机以及燃烧爆炸的情况，市场对电池在使用过程中的安全性能的要求提升到一个新的高度。如何解决锂离子电池的安全和使用后阻抗增加是困扰大家的难题。
发明内容
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，其包括包含-CN官能团的化合物和包含硅官能团的化合物，其中所述包含-CN官能团的化合物包括式I-A化合物：
其中M选自N、P、C、Si中的至少一种；
R11、R12、R13各自独立地选自取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C2～12亚烯基、O-R基团、R0-S-R基团或R0-O-R基团，其中R0、R各自独立地选自取代或未取代的C1～6亚烷基；
n选自0或者1；
R14选自H、氟、氰基、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C2～12烯基、O-R1基团、R0-S-R1基团、R0-O-R1基团，R0选自取代或未取代的C1～6亚烷基、R1选自取代或未取代的C1～6烷基；并且
其中经取代时，取代基选自卤素、氰基、C1～6烷基或C2～6烯基或其任意组合。
根据一些实施例，所述包含硅官能团的化合物包括式II-A化合物或者式II-B化合物中的至少一者：
其中，R21、R22各自独立地选自Ra、C(R')3或Si-(R")3；
其中各Ra独立地选自C1～12烷基、C1～12烷氧基、C2～12烯基、C1～10杂环基或C6～26芳基；
其中各R'、R"独立地选自H、F、C1～12烷基、C1～12烷氧基、C2～12烯基、C1～10杂环基或C6～26芳基；且
其中R21和R22中的至少一个含有Si；
其中，R23、R24各自独立地选自Ra或Si-(R")3；
其中各Ra、R"独立地选自H、C1～12烷基、C2～12烯基、C1～10杂环基或C6～26芳基；
且
其中R23和R24中的至少一个含有Si。
根据一些实施例，R21和R22中的至少一个包含F原子。
根据一些实施例，R23和R24中的至少一个包含F原子。
根据一些实施例，所述包含-CN官能团的化合物包括如下化合物中的至少一种：
根据一些实施例，所述包含硅官能团的化合物包括如下化合物中的至少一种：
根据一些实施例，基于所述电解液的总重量，所述包含-CN官能团的化合物的重量百分比为约0.01wt％～约10wt％，且所述包含硅官能团的化合物的重量百分比为约0.001wt％～约30wt％。
根据一些实施例，所述电解液进一步包括包含硫氧双键官能团的化合物，所述包含硫氧双键官能团的化合物包括式III-A化合物：
其中R31选自取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C2～12亚烯基、含有杂原子的取代或未取代的C1～12亚烷基、含有杂原子的取代或未取代的C2～12亚烯基；
其中经取代时，取代基选自卤素、C1～6烷基、C2～6烯基或其任意组合；且其中杂原子选自O、S、P或其任意组合。
根据一些实施例，所述包含硫氧双键官能团的化合物包括如下化合物中的至少一者：
根据一些实施例，基于所述电解液的总重量，所述包含硫氧双键官能团的化合物的重量百分比为约0.01wt％～约15wt％。
根据一些实施例，所述电解液进一步包括含硼化合物，所述含硼化合物包括式IV-A化合物：
其中R41、R42、R43各自独立地选自Rb-Si-(Rc)3、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C1～12烷氧基、取代或未取代的C2～12烯基、取代或未取代的C6～26芳基、取代或未取代的C3～10环烃基；
其中Rb选自取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C2～12亚烯基、取代或未取代的C6～10亚环烃基、取代或未取代的C6～26亚芳基；
其中Rc选自H、F、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C1～12氧烷基、取代或未取代的C2～12烯基、取代或未取代的C6～10环烃基、取代或未取代的C6～26芳基；
其中经取代时，取代基选自卤素、C1～6烷基、C1～6烯基、氰基或其任意组合。
根据一些实施例，所述含硼化合物包括如下化合物中的至少一种：
并且
基于所述电解液的总重量，所述含硼化合物的重量百分比为约0.01wt％～约10wt％。
根据一些实施例，所述电解液进一步包括异氰脲酸酯化合物，所述异氰脲酸酯化合物包括式V-A化合物：
其中，R51、R52、R53各自独立地选自H、卤素、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C2～12烯基、取代或未取代的C6～26芳基、取代或未取代的C1～10杂环基团；
其中，经取代时，取代基选自卤素、C1～6烷基或C2～6烯基或其任意组合。
根据一些实施例，所述异氰脲酸酯化合物包括如下化合物中的至少一种：
并且其中基于所述电解液的总重量，所述异氰脲酸酯化合物的重量百分比为约0.01wt％～约10wt％。
根据一些实施例，所述电解液进一步包括锂盐添加剂，所述锂盐添加剂包括如下锂盐中的至少一种：双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、四氟磷酸草酸锂、二氟草酸硼酸锂或二氟磷酸锂，并且基于所述电解液的总重量，所述锂盐添加剂的重量百分比为约0.01wt％～约10wt％。
本申请的另一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。
本申请的电解液包括包含-CN官能团的化合物和包含硅官能团的化合物，其中包含-CN官能团的化合物和包含硅官能团的化合物能够提高电解液的安全性能，从而可以有效改善电池的温度循环性能，挤压外部短路现象和高温外部短路现象。
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
如本文中所使用，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％。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的一者”或类似术语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”或类似术语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。
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。
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”意指直链或具支链的二价饱和烃基。例如，亚烷基可为1～20个碳原子的亚烷基、1～15个碳原子的亚烷基、1～10个碳原子的亚烷基、1～5个碳原子的亚烷基、5～20个碳原子的亚烷基、5～15个碳原子的亚烷基或5～10个碳原子的亚烷基。代表性亚烷基包括(例如)亚甲基、乙烷-1,2-二基(“亚乙基”)、丙烷-1,2-二基、丙烷-1,3-二基、丁烷-1,4-二基、戊烷-1,5-二基等等。另外，亚烷基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“亚烯基”涵盖直链和支链亚烯基。当指定具有具体碳数的亚烯基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。例如，亚烯基可为2～20个碳原子的亚烯基、2～15个碳原子的亚烯基、2～10个碳原子的亚烯基、2～5个碳原子的亚烯基，5～20个碳原子的亚烯基、5～15个碳原子的亚烯基、或5～10个碳原子的亚烯基。代表性亚烯基包括(例如)亚乙烯基、亚丙烯基、亚丁烯基等。另外，亚烯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。另外，芳基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“环烃基”涵盖环状烃基。例如，环烃基可为3～20个碳原子的环烃基、3～15个碳原子的环烃基、3～10个碳原子的环烃基、3～6个碳原子的环烃基、5～20个碳原子的环烃基、5～15个碳原子的环烃基或5～10个碳原子的环烃基。另外，环烃基可以是任选地被取代的。例如，环烃基可被包括氟、氯、溴和碘在内的卤素、烷基、芳基或杂芳基取代。
如本文所用，术语“亚环烃基”涵盖环状亚烃基。例如，亚环烃基可为3～20个碳原子的亚环烃基、3～15个碳原子的亚环烃基、3～10个碳原子的亚环烃基、3～6个碳原子的亚环烃基、5～20个碳原子的亚环烃基、5～15个碳原子的亚环烃基或5～10个碳原子的亚环烃基。另外，亚环烃基可以是任选地被取代的。例如，亚环烃基可被包括氟、氯、溴和碘在内的卤素、烷基、芳基或杂芳基取代。
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，术语“烷氧基”可为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。
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C1～C50杂环基、C1～C40杂环基、C1～C30杂环基、C1～C20杂环基、C1～C10杂环基、C1～C6杂环基。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，杂环基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“亚芳基”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，其它环可以是环烷基、环烯基、芳基、杂环和/或杂芳基。例如亚芳基可为C6～C50亚芳基、C6～C40亚芳基、C6～C30亚芳基、C6～C20亚芳基或C6～C10亚芳基。另外，亚芳基可以是任选地被取代的。
如本文所用，术语“卤素”涵盖F、Cl、Br、I。
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。
如本文中所使用，各组分的含量均为基于电解液的总重量得到的。
一、电解液
本申请实施例提供了一种电解液，其包括电解质和溶解该电解质的溶剂。本申请提供的电解液包括包含-CN官能团的化合物和包含硅官能团的化合物，其中所述包含-CN官能团的化合物包括式I-A化合物：
其中M选自N、P、C、Si中的至少一种；
R11、R12、R13各自独立地选自取代或未取代的C1～20亚烷基、取代或未取代的C1～C12亚烷基、取代或未取代的C1～6亚烷基、取代或未取代的C2～20亚烯基、取代或未取代的C2～12亚烯基、取代或未取代的C2～6亚烯基、O-R基团、R0-S-R基团或R0-O-R基团，其中R0、R各自独立地选自取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C1～6亚烷基；
n选自0或者1；
R14选自H、氟、氰基、取代或未取代的C1～20烷基、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C1～6烷基、取代或未取代的C2～20烯基、取代或未取代的C2～12烯基、取代或未取代的C2～6烯基、O-R1基团、R0-S-R1基团、R0-O-R1基团，R0选自取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C1～6亚烷基，R1选自取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C1～6烷基；并且
其中经取代时，取代基选自卤素、氰基、C1～6烷基、C2～6烯基或其任意组合。
根据一些实施例，所述包含硅官能团的化合物包括式II-A化合物或者式II-B化合物中的至少一者：
其中，R21、R22各自独立地选自Ra、C(R')3或Si-(R")3；
其中各Ra独立地选自C1～20烷基、C1～12烷基、C1～6烷基、C1～20烷氧基、C1～12烷氧基、C1～6烷氧基、C2～20烯基、C2～12烯基、C2～6烯基、C1～20杂环基、C1～10杂环基、C6～10杂环基、C6～50芳基、C6～26芳基或C6～12芳基；
其中各R'、R"独立地选自H、F、C1～20烷基、C1～12烷基、C1～6烷基、C1～20烷氧基、C1～12烷氧基、C1～6烷氧基、C2～20烯基、C2～12烯基、C2～6烯基、C1～20杂环基、C1～10杂环基、C6～10杂环基、C6～50芳基、C6～26芳基或C6～12芳基；且
其中R21和R22中的至少一个含有Si；
其中，R23、R24各自独立地选自Ra或Si-(R")3；
其中各Ra、R"独立地选自H、C1～20烷基、C1～12烷基、C1～6烷基、C2～20烯基、C2～12烯基、C2～6烯基、C1～20杂环基、C1～10杂环基、C6～10杂环基、C6～50芳基、C6～26芳基或C6～12芳基；且
其中R23和R24中的至少一个含有Si。
在一些实施例中，R21和R22中的至少一个包含F原子。
在一些实施例中，R23和R24中的至少一个包含F原子。
在一些实施例中，所述包含-CN官能团的化合物包括如下化合物中的至少一种：
在一些实施例中，所述包含硅官能团的化合物包括如下化合物中的至少一种：
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述包含-CN官能团的化合物的重量百分比为约0.01wt％～约10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述包含-CN官能团的化合物的重量百分比不大于约10wt％、不大于约5wt％、不大于约4wt％、不大于约3wt％、不大于约2.0wt％、不大于约1.5wt％、或不大于约1.0wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述包含-CN官能团的化合物的重量百分比不小于约0.1wt％、不小于约0.3wt％、不小于约0.5wt％或不小于约0.6wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述包含-CN官能团的化合物的重量百分比为约0.1wt％～约5wt％。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述包含硅官能团的化合物的重量百分比为约0.001wt％～30wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述包含硅官能团的化合物的重量百分比不大于约30wt％、不大于约20wt％、不大于约10wt％或不大于约7wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述包含硅官能团的化合物的重量百分比不小于约2wt％、不小于约3wt％、不小于约4wt％或不小于约5wt％。
在一些实施例中，所述电解液任选地进一步包括包含硫氧双键官能团的化合物，所述包含硫氧双键官能团的化合物包括式III-A化合物：
其中R31选自取代或未取代的C1～20亚烷基、取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C1～6亚烷基、取代或未取代的C2～20亚烯基、取代或未取代的C2～12亚烯基、取代或未取代的C2～6亚烯基、含有杂原子的取代或未取代的C1～20亚烷基、含有杂原子的取代或未取代的C1～12亚烷基、含有杂原子的取代或未取代的C1～6亚烷基、含有杂原子的取代或未取代的C2～20亚烯基、含有杂原子的取代或未取代的C2～12亚烯基、含有杂原子的取代或未取代的C2～6亚烯基；
其中经取代时，取代基选自卤素、C1～6烷基、C2～6烯基或其任意组合；且
其中杂原子选自O、S、P或其任意组合。
在一些实施例中，所述包含硫氧双键官能团的化合物包括如下化合物中的至少一者：
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述包含硫氧双键官能团的化合物的重量百分比为约0.01wt％～约15wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述包含硫氧双键官能团的化合物的重量百分比为约0.1wt％～约10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述包含硫氧双键官能团的化合物的重量百分比为约0.1wt％～约5wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述包含硫氧双键官能团的化合物的重量百分比为约0.1wt％～约5wt％。基于所述电解液的总重量，所述包含硫氧双键官能团的化合物的重量百分比为约1wt％、约2wt％、约3wt％、约4wt％、约5wt％、约6wt％、约7wt％、约8wt％、约9wt％或约10wt％。
包含硫氧双键官能团的化合物、包含-CN官能团的化合物和包含硅官能团的化合物共同作用，能够形成较为稳定的有机保护膜组分，增强有机膜的热稳定性，降低高温下活性材料与电解液的副反应，从而改善电池的高温存储性能。
在一些实施例中，所述电解液任选地进一步包括含硼化合物，所述含硼化合物包括式IV-A化合物：
其中R41、R42、R43各自独立地选自Rb-Si-(Rc)3、取代或未取代的C1～20烷基、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C1～6烷基、取代或未取代的C1～20烷氧基、取代或未取代的C1～12烷氧基、取代或未取代的C1～6烷氧基、取代或未取代的C2～20烯基、取代或未取代的C2～12烯基、取代或未取代的C2～6烯基、取代或未取代的C6～50芳基、取代或未取代的C6～26芳基、取代或未取代的C6～12芳基、取代或未取代的C3～20环烃基、取代或未取代的C3～10环烃基、取代或未取代的C3～6环烃基；
其中Rb选自取代或未取代的C1～20亚烷基、取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C1～6亚烷基、取代或未取代的C2～20亚烯基、取代或未取代的C2～12亚烯基、取代或未取代的C2～6亚烯基、取代或未取代的C3～20亚环烃基、取代或未取代的C3～10亚环烃基、取代或未取代的C3～6亚环烃基、取代或未取代的C6～50亚芳基、取代或未取代的C6～26亚芳基、取代或未取代的C6～12亚芳基；
其中Rc选自H、F、取代或未取代的C1～20烷基、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C1～6烷基、取代或未取代的C1～20烷氧基、取代或未取代的C1～12烷氧基、取代或未取代的C1～6烷氧基、取代或未取代的C2～20烯基、取代或未取代的C2～12烯基、取代或未取代的C2～6烯基、取代或未取代的C3～20环烃基、取代或未取代的C3～10环烃基、取代或未取代的C3～6环烃基、取代或未取代的C6～50芳基、取代或未取代的C6～26芳基、取代或未取代的C6～12芳基；
其中经取代时，取代基选自卤素、C1～6烷基、C1～6烯基、氰基或其任意组合。
在一些实施例中，所述含硼化合物包括如下化合物中的至少一种：
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含硼化合物的重量百分比为约0.01wt％～约10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含硼化合物的重量百分比为约0.1wt％～约5wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含硼化合物的重量百分比为约1wt％、约2wt％、约3wt％、约4wt％、约5wt％、约6wt％、约7wt％、约8wt％或约9wt％。
含硼化合物、包含-CN官能团的化合物和包含硅官能团的化合物共同作用，会稳定正极的氧自由基，减少正极材料的释氧，同时可以保护正极的过渡金属和氧，从而增强对正极材料的保护，起到更好的促进改善的作用，减少副产物在正极材料表面的累积，起到降低直流电阻的作用。
在一些实施例中，所述电解液任选地进一步包括异氰脲酸酯化合物，所述异氰脲酸酯化合物包括式V-A化合物：
其中，R51、R52、R53各自独立地选自H、卤素、取代或未取代的C1～20烷基、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C1～6烷基、取代或未取代的C2～20烯基、取代或未取代的C2～12烯基、取代或未取代的C2～6烯基、取代或未取代的C6～50芳基、取代或未取代的C6～26芳基、取代或未取代的C6～12芳基、取代或未取代的C1～20杂环基团、取代或未取代的C1～10杂环基团取代、未取代的C3～6杂环基团；
其中，经取代时，取代基选自卤素、C1～6烷基或C2～6烯基或其任意组合。
在一些实施例中，所述异氰脲酸酯化合物包括如下化合物中的至少一种：
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述异氰脲酸酯化合物的重量百分比为约0.01wt％～约10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述异氰脲酸酯化合物的重量百分比为约0.1wt％～约5wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述异氰脲酸酯化合物的重量百分比为约1wt％、约2wt％、约3wt％、约4wt％、约5wt％、约6wt％、约7wt％、约8wt％或约9wt％。
异氰脲酸酯、包含-CN官能团的化合物和包含硅官能团的化合物共同作用，在负极比较容易形成较为稳定的有机保护膜，此有机复合膜会弥补腈类和硅氟物质的成膜缺陷。减少循环过程中副产物的累积，起到改善循环性能的作用。
在一些实施例中，所述电解液任选地进一步包括锂盐添加剂，所述锂盐添加剂包括如下锂盐中的至少一种：双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、四氟磷酸草酸锂、二氟草酸硼酸锂或二氟磷酸锂。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述锂盐添加剂的重量百分比为约0.01wt％～约10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述锂盐添加剂的重量百分比为约0.1wt％～约5wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述锂盐添加剂的重量百分比为约1wt％、约2wt％、约3wt％、约4wt％、约5wt％、约6wt％、约7wt％、约8wt％或约9wt％。
锂盐添加剂与六氟磷酸锂组合使用可以增强六氟磷酸锂的稳定性，同时锂盐添加剂因含有功能基团可以与包含-CN官能团的化合物和包含硅官能团的化合物共同作用，参与并形成功能性的有机复合膜，降低活性材料与电解液的副反应，提升电解液在高温下的稳定性，从而起到提升电池的高温循环性能的作用。
在一些实施例中，所述电解液任选地进一步包括铯盐添加剂，所述铯盐添加剂包括六氟磷酸铯。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述铯盐添加剂的重量百分比为约0.01wt％～约10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述铯盐添加剂的重量百分比为约0.1wt％～约5wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述铯盐添加剂的重量百分比为约1wt％、约2wt％、约3wt％、约4wt％、约5wt％、约6wt％、约7wt％、约8wt％或约9wt％。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括二腈化合物。二腈化合物由于空间位阻较小，可以弥补多腈物质的成膜缺陷从而加强对正极材料的界面保护。
在一些实施例中，所述二腈化合物包括，但不限于：丁二腈、戊二腈、己二腈、1,5-二氰基戊烷、1,6-二氰基己烷、1,7-二氰基庚烷、1,8-二氰基辛烷、1,9-二氰基壬烷、1,10-二氰基癸烷、1,12-二氰基十二烷、四甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2,4-二甲基戊二腈、2,2,4,4-四甲基戊二腈、1,4-二氰基戊烷、1,4-二氰基戊烷、2,5-二甲基-2,5-己烷二碳腈、2,6-二氰基庚烷、2,7-二氰基辛烷、2,8-二氰基壬烷、1,6-二氰基癸烷、1,2-二氰基苯、1,3-二氰基苯、1,4-二氰基苯、3,5-二氧杂-庚二腈、1,4-二(氰基乙氧基)丁烷、乙二醇二(2-氰基乙基)醚、二乙二醇二(2-氰基乙基)醚、三乙二醇二(2-氰基乙基)醚、四乙二醇二(2-氰基乙基)醚、3,6,9,12,15,18-六氧杂二十烷酸二腈、1,3-二(2-氰基乙氧基)丙烷、1,4-二(2-氰基乙氧基)丁烷、1,5-二(2-氰基乙氧基)戊烷和乙二醇二(4-氰基丁基)醚、1,4-二氰基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-乙基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二乙基-2-丁烯、1,6-二氰基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-5-甲基-3-己烯。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述二腈化合物的重量百分比为约0.1wt％～约15wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述二腈化合物的重量百分比不小于约0.1wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述二腈化合物的重量百分比不小于约0.5wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述二腈化合物的重量百分比不小于约2wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述二腈化合物的重量百分比不小于约4wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述二腈化合物的重量百分比不大于约15wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述二腈化合物的重量百分比不大于约10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述二腈化合物的重量百分比不大于约8wt％。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括环状醚。环状醚可以同时在正负极成膜，降低电解液与活性材料的反应。
在一些实施例中，所述环状醚包括，但不限于：四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、2-甲基1,3-二氧戊环、4-甲基1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环、二甲氧基丙烷。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述环状醚的重量百分比为约0.1wt％-10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述环状醚的重量百分比不小于约0.1wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述环状醚的重量百分比不小于约0.5wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述环状醚的重量百分比不大于约2wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述环状醚的重量百分比不大于约5wt％。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括链状醚。链状醚由于耐氧化性较好，可以加强电解液的耐氧化性。在一些实施例中，链状醚包括，但不限于：二甲氧基甲烷、1,1-二甲氧基乙烷、1,2-二甲氧基乙烷、二乙氧基甲烷、1,1-二乙氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基甲烷、1,1-乙氧基甲氧基乙烷、1,2-乙氧基甲氧基乙烷。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述链状醚的重量百分比为约0.1wt％～约10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述链状醚的重量百分比不小于约0.5wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述链状醚的重量百分比不小于约2wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述链状醚的重量百分比不小于约3wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述链状醚的重量百分比不大于约10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述链状醚的重量百分比不大于约5wt％。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括含磷有机溶剂。含磷有机溶剂可以增强电解液的安全性能。在一些实施例中，所述含磷有机溶剂包括，但不限于：磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸二甲基乙酯、磷酸甲基二乙酯、磷酸亚乙基甲酯、磷酸亚乙基乙酯、磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三苯酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、磷酸三(2,2,3,3,3-五氟丙基)酯。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含磷有机溶剂的重量百分比为约0.1wt％～约10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含磷有机溶剂的重量百分比不小于约0.1wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含磷有机溶剂的重量百分比不小于约0.5wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含磷有机溶剂的重量百分比不大于约2wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含磷有机溶剂的重量百分比不大于约3wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述含磷有机溶剂的重量百分比不大于约5wt％。
在一些实施例中，所述电解液进一步包括芳香族含氟溶剂。芳香族含氟溶剂可以快速成膜，保护活性材料，且含氟物质可以提升电解液对活性材料的浸润性能。在一些实施例中，所述芳香族含氟溶剂包括，但不限于：氟苯、二氟苯、三氟苯、四氟苯、五氟苯、六氟苯、三氟甲基苯。
在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述芳香族含氟溶剂的重量百分比为约0.1wt％～约10wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述芳香族含氟溶剂的重量百分比不小于约0.5wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述芳香族含氟溶剂的重量百分比不小于约2wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述芳香族含氟溶剂的重量百分比不大于约4wt％。在一些实施例中，基于所述电解液的总重量，所述芳香族含氟溶剂的重量百分比不大于约8wt％。
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0.8-约3mol/L的范围内，例如约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、又例如为1mol/L、1.15mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、2mol/L或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。特别地，该电化学装置是锂二次电池，包括锂金属二次电池、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
本申请的电化学装置中使用的负极的材料、构成和其制造方法可包括任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，负极为美国专利申请US9812739B中记载的负极，其以全文引用的方式并入本申请中。
在一些实施例中，负极包括集流体和位于该集流体上的负极活性材料层。负极活性材料包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料。在一些实施例中，可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料包括碳材料。在一些实施例中，碳材料可以是在锂离子可充电电池中通常使用的任何基于碳的负极活性材料。在一些实施例中，碳材料包括，但不限于：结晶碳、非晶碳或它们的混合物。结晶碳可以是无定形的、片形的、小片形的、球形的或纤维状的天然石墨或人造石墨。非晶碳可以是软碳、硬碳、中间相沥青碳化物、煅烧焦等。
在一些实施例中，负极活性材料层包括负极活性材料。在一些实施例中，负极活性材料包括，但不限于：锂金属、结构化的锂金属、天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO2、尖晶石结构的锂化TiO2-Li4Ti5O12、Li-Al合金或其任意组合。
当负极包括硅碳化合物时，基于负极活性材料总重量，硅：碳＝约1:10～约10:1，硅碳化合物的中值粒径Dv50为约0.1um～约100um。当负极包括合金材料时，可使用蒸镀法、溅射法、镀敷法等方法形成负极活性物质层。当负极包括锂金属时，例如用具有球形绞状的导电骨架和分散在导电骨架中的金属颗粒形成负极活性物质层。在一些实施例中，球形绞状的导电骨架可具有约5％-约85％的孔隙率。在一些实施例中，锂金属负极活性物质层上还可设置保护层。
在一些实施例中，负极活性材料层可以包括粘合剂，并且可选地包括导电材料。粘合剂提高负极活性材料颗粒彼此间的结合和负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、羧甲基纤维素、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、导电聚合物或它们的混合物。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，集流体包括，但不限于：铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、覆有导电金属的聚合物基底和它们的任意组合。
负极可以通过本领域公知的制备方法制备。例如，负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，溶剂可以包括水等，但不限于此。
3、正极
本申请的电化学装置中使用的正极的材料可以使用本领域公知的材料、构造和制造方法制备。在一些实施例中，可以采用US9812739B中记载的技术制备本申请的正极，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离子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，正极活性材料选自钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂、富锂锰基材料或它们的任意组合。
在一些实施例中，钴酸锂具有化学式1：
LixCoaM1bO2-c 化学式1；
其中M1选自镍(Ni)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)、钇(Y)、镧(La)、锆(Zr)和硅(Si)中的至少一种；并且
其中x、a、b和c值分别在以下范围内：0.8≤x≤1.2、0.8≤a≤1、0≤b≤0.2、-0.1≤c≤0.2；
在一些实施例中，镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂具有化学式2：
LiyNidM2eO2-f 化学式2；
其中M2选自钴(Co)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)、锆(Zr)和硅(Si)中的至少一种；并且
其中y、d、e和f值分别在以下范围内：：0.8≤y≤1.2、0.3≤d≤0.98、0.02≤e≤0.7、-0.1≤f≤0.2；
在一些实施例中，锰酸锂具有化学式3：
LizMn2-gM3gO4-h 化学式3；
其中M3表示选自钴(Co)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)和钨(W)中的至少一种；并且
其中z、g和h值分别在以下范围内：0.8≤z≤1.2、0≤g<1.0和-0.2≤h≤0.2。
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。在一些实施例中，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。
在一些实施例中，正极通过在集流体上使用包括锂过渡金属系化合物粉体和粘结剂的正极活性物质层形成正极材料而制成。
在一些实施例中，正极活性物质层通常可以通过如下操作来制作：将正极材料和粘结剂(根据需要而使用的导电材料和增稠剂等)进行干式混合而制成片状，将得到的片压接于正极集流体，或者使这些材料溶解或分散于液体介质中而制成浆料状，涂布在正极集流体上并进行干燥。在一些实施例中，正极活性物质层的材料包括任何本领域公知的材料。
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。
下面以锂离子电池为例并且结合具体的制备本申请电解液的实施例及对电化学装置的测式方式以用于说明本申请锂离子电池的制备及效能，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。
虽然以锂离子电池进行了举例说明，但是本领域技术人员在阅读本申请之后，能够想到本申请的正极材料可以用于其他合适的电化学装置。这样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。特别地，所述电化学装置是锂二次电池，包括锂金属二次电池、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。
实施例
以下，举出实施例和比较例对本申请进一步具体地进行说明，但只要不脱离其主旨，则本申请并不限定于这些实施例。
1.锂离子电池的制备
1)电解液的制备：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)按照约3:4:3的重量比混合均匀，再将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述溶剂得到基础电解液，其中基础电解液中LiPF6的浓度为约1mol/L。在基础电解液中加入如下各表中所示的不同含量的物质得到不同实施例和对比例的电解液。如下描述的电解液中各物质的含量均是基于电解液的总重量计算得到。
2)正极片的制备：将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比约96:2:2在适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的正极浆料。将此浆料涂覆于正极集流体Al箔上，烘干、冷压，得到正极片。
3)负极片的制备：将负极活性物质石墨、导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照重量比约95:2:2:1在适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的负极浆料。将此浆料涂覆于负极集流体Cu箔上，烘干、冷压，得到负极片。
4)隔离膜：以PE多孔聚合物薄膜作为隔离膜。
5)锂离子电池的制备：将正极片、隔离膜、负极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕、置于外包装箔中，留下注液口。从注液口灌注电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序制得锂离子电池。
实施例中使用的含有-CN官能团的化合物如下所示：
实施例中使用的包含硅官能团的化合物如下所示：
实施例中使用的包含硫氧双键官能团的化合物如下所示：
实施例中使用的含硼化合物如下所示：
实施例中使用的异氰脲酸酯化合物如下所示：
实施例中使用的锂盐添加剂具体为：二氟磷酸锂(LiPO2F2)或二氟草酸硼酸锂LiBF2(C2O4)。
A.按照上述制备方法制备实施例1～19以及对比例1～5的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质含量如表1所示。
表1
其中“—”代表未添加该物质。
通过以下电池性能测试方法对实施例1-19以及对比例1-4的电池性能进行测试：
测试1、温度测试：
将电池在25℃下以0.5C充电至4.4V，4.4V下恒压充电至0.05C，将电池放置在温度可控的实验箱中进行如下操作：
a)将样品放入温度为75℃±2℃的实验箱中保持6h；
b)后将实验箱温度降为-40℃±2℃，并保持6h；温度转换时间为30min±5min；
c)再次将实验箱温度升为75℃±2℃，温度转换时间为30min±5min；
d)重复步骤a)～c)，共循环10次。
电池不起火、不爆炸、不漏液即通过测试。
温度测试结果如表2所示。
表2
序号 温度测试 序号 温度测试
实施例1 4/5pass 实施例13 5/5pass
实施例2 4/5pass 实施例14 5/5pass
实施例3 5/5pass 实施例15 5/5pass
实施例4 5/5pass 实施例16 5/5pass
实施例5 5/5pass 实施例17 5/5pass
实施例6 5/5pass 实施例18 5/5pass
实施例7 5/5pass 实施例19 5/5pass
实施例8 5/5pass 对比例1 0/5pass
实施例9 5/5pass 对比例2 1/5pass
实施例10 5/5pass 对比例3 1/5pass
实施例11 5/5pass 对比例4 2/5pass
实施例12 5/5pass 对比例5 2/5pass
通过实施例1～14和对比例1～3的测试结果可以看出，包含-CN官能团的化合物和含硅官能团的化合物加入后，温度测试通过率提升，可能是因为二者的加入增加了电解液的耐氧化性能。
测试2、高温外部短路测试：
将电池在25℃以0.5C充电至4.4V，4.4V恒压充电至0.05C。电池放置在55℃±5℃环境中，待电池表面温度达到55℃±5℃后，再放置30min。然后用导线连接电池正负极端，并确保全部外部电阻为80mΩ±20mΩ。试验过程中检测电池温度变化，当出现以下两种情形之一时，试验终止：
a)电池温度下降到比峰值低20％；
b)短接时间达到24h。
电池不起火、不爆炸，最高温度不超过150℃即通过测试。
高温外部短路测试结果如表3所示。
表3
序号 高温外部短路测试 序号 高温外部短路测试
实施例1 4/5pass 实施例13 5/5pass
实施例2 4/5pass 实施例14 5/5pass
实施例3 5/5pass 实施例15 5/5pass
实施例4 5/5pass 实施例16 5/5pass
实施例5 5/5pass 实施例17 5/5pass
实施例6 5/5pass 实施例18 5/5pass
实施例7 5/5pass 实施例19 5/5pass
实施例8 5/5pass 对比例1 0/5pass
实施例9 5/5pass 对比例2 1/5pass
实施例10 5/5pass 对比例3 1/5pass
实施例11 5/5pass 对比例4 2/5pass
实施例12 5/5pass 对比例5 3/5pass
通过实施例1～14和对比例1和2的测试结果可以看出，包含-CN官能团的化合物和含硅官能团的化合物的加入可提升电池的高温外部短路测试通过率，并且可提高电池安全性能。
测试3、挤压测试：
将电池在25℃下以0.7C充电至4.4V，4.4V下恒压充电至0.05C。再将电池置于两个平面内，垂直于平板方向进行挤压，两平板间施加13.0kN±0.78kN的压力。一旦压力达到最大值即可停止挤压试验，试验过程中电池不能发生外部短路。
电池不起火、不爆炸即通过测试。
挤压测试的结果如表4所示。
表4
通过实施例1～14和对比例1～3的测试结果可以看出，包含-CN官能团的化合物和含硅官能团的化合物的加入可以提升电池的挤压测试通过率，并且可提高电池安全性能。
B.根据上述制备方法制备实施例20-28的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表5所示。
表5
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例6和实施例20-28的电池进行温度测试和4.4V存储测试，其中4.4V存储测试流程如下所示：
测试4、4.4V存储测试：
将电池以0.5C充电至4.4V，4.4V下恒压充电至0.05C，测试此时电池的厚度，记录为基准厚度，标记为a1。然后将电池放置到60℃烘箱当中，4.4V恒温21D。21D存储完毕将电池取出，在1h以内完成电池的厚度测试，此时电池的厚度标记为b1。厚度膨胀率计算公式为：厚度膨胀率＝(b1/a1-1)*100％。电池厚度采用PPG软包电池测厚仪进行测试，测试压力为300g。
测试结果如表6所示。
表6
通过实施例6以及实施例20～28的测试结果可以看出，在电解液中增加包含硫氧双键官能团的化合物后，电池的存储厚度膨胀得到明显改善，这得益于电解液对正极的保护效果增强。
C.根据上述制备方法制备实施例29-36的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表7所示。
表7
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例6以及实施例29-36的电池进行温度测试和直流电阻测试，其中直流电阻测试流程如下：
测试5、20％SOC直流电阻测试：
电池在25℃高低温箱中静置2h，以0.7C的电流充电至4.4V,4.4V条件下恒压至电流为0.025C,休息10分钟。再以0.1C的电流放电至3.4V，记录电池实际放出的电量C1。然后以C1为基准，以0.7*C1电流恒流充电至4.4V，4.4V条件下恒压至电流为0.025C1，休息10分钟。再用0.1C1的电流放电8h，记录此时的电压(V1)。然后以1C1的电流放电1s，记录放电1s后的电压(V2)。20％SOC的直流电阻直流电阻计算公式如下
直流电阻＝(V1-V2)/1C1
测试结果如表8所示。
表8
序号 温度测试 20％SOC直流电阻/mΩ
实施例6 5/5pass 60
实施例29 5/5pass 55
实施例30 5/5pass 54
实施例31 5/5pass 52
实施例32 5/5pass 53
实施例33 5/5pass 53
实施例34 5/5pass 53
实施例35 5/5pass 54
实施例36 5/5pass 52
通过实施例6和实施例29～36的测试结果可以看出，在电解液中加入含硼化合物能够改善电池的直流电阻。
D.根据上述制备方法制备实施例37～40的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表9所示。
表9
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例23和实施例37～40的电池进行温度测试、4.4V存储测试和20％SOC直流电阻测试。测试结果如表10所示。
表10
序号 温度测试 60℃-4.4V 21D厚度膨胀率 20％SOC直流电阻/mΩ
实施例23 5/5pass 5.20％ 62
实施例37 5/5pass 5.32％ 55
实施例38 5/5pass 5.40％ 53
实施例39 5/5pass 6.00％ 54
实施例40 5/5pass 6.50％ 54
通过实施例23以及实施例37～40的测试结果可以看出，电池的直流电阻性能得到改善。
E.根据上述制备方法制备实施例41-50的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表11所示。
表11
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例6以及实施例41-50的电池性能进行温度测试和25℃循环测试，其中25℃循环测试流程如下：
测试6、25℃循环测试：
在25℃条件下将电池以0.7C充电至4.4V，4.4V条件下恒压充电至0.05C。之后以1C的电流放电至3.0V，此为循环第一次，记录放出的容量。以0.7C充电和1C放电的流程，循环进行800次。记录每次循环放出的容量，以第一次放出的电量为基准，计算第800次的容量保持率。
测试结果如表12所示。
表12
根据实施例6以及实施例41～50的测试结果可以看出，在电解液中加入异氰脲酸酯化合物后，电池的25℃循环性能得到明显的提升。
F.根据上述制备方法制备实施例51-52的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表13所示。
表13
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例23以及实施例51和52的电池性能进行温度测试、4.4V存储测试和25℃循环测试。
测试结果如表14所示。
表14
根据实施例23以及实施例51和52的测试结果可以看出，在电解液中将异氰脲酸酯化合物与包含硫氧双键官能团的化合物组合使用时，对电池的25℃循环性能依然有保持较好的改善效果。
G.根据上述制备方法制备实施例53和54的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表15所示。
表15
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例31以及实施例53和54的电池进行温度测试、20％SOC阻抗测试和25℃循环测试。
测试结果如表16所示。
表16
通过实施例31和实施例53和54的测试结果可以看出，在电解液中将异氰脲酸酯化合物与含硼化合物组合使用时，可改善电池的25℃循环性能。
H.根据上述制备方法制备实施例55和56的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表17所示。
表17
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例38以及实施例55和56的电池进行温度测试、4.4V存储测试、20％SOC阻抗测试和25℃循环测试。
测试结果如表18所示。
表18
根据实施例38以及实施例55和56的测试结果可以看出，在电解液中将异氰脲酸酯、包含硫氧双键官能团的化合物和含硼化合物同时组合使用时，可改善电池的25℃循环性能。
I.根据上述制备方法制备实施例57～66的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表19所示。
表19
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例6以及实施例57～66的电池进行温度测试和45℃循环测试，其中45℃循环测试流程如下：
测试7、45℃循环测试
在45℃条件下将电池以0.7C充电至4.4V，4.4V条件下恒压充电至0.05C，之后以1C的电流放电至3.0V，此为循环第1次，记录放出的容量。并以0.7C充电和1C放电的流程，进行500次循环。记录每次放出的容量，以第1次放出的电量为基准，计算容量保持率。
测试结果如表20所示：
表20
根据实施例6以及实施例57～66的测试结果可以看出，在电解液中加入锂盐添加剂可改善电池的高温循环容量保持率。这是由于电解液对电池活性材料的保护作用增强。
J.根据上述制备方法制备实施例67和68的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表21所示。
表21
其中“—”表示未添加该物质。
通对实施例23以及实施例67和68的电池性能进行温度测试、4.4V存储测试和45℃循环测试。
测试结果如表22所示。
表22
根据实施例23和实施例67和68的测试结果可以看出，在电解液中同时使用锂盐添加剂与包含硫氧双键官能团的化合物，能够较好地改善电池的高温循环容量保持率。
K.根据上述制备方法制备实施例69和70的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表23所示。
表23
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例31以及实施例69和70的电池进行温度测试、20％SOC阻抗测试和45℃循环测试。
测试结果如表24所示。
表24
根据实施例31以及实施例69和70的测试结果可以看出，在电解液中同时使用锂盐添加剂与含硼化合物能够改善电池的高温循环容量保持率。
L.根据上述制备方法制备实施例71和72的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表25所示。
表25
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例38以及实施例71和72的电池进行温度测试、4.4V存储测试、20％SOC阻抗测试和45℃循环测试。
测试结果如表26所示。
表26
根据实施例38和实施例71和72的测试结果可以看出，电池的高温循环容量保持率得到提升。
M.根据上述制备方法制备实施例73和74的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表27所示。
表27
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例44以及实施例73和74的电池进行温度测试、25℃循环测试和45℃循环测试。
测试结果如表28所示。
表28
根据实施例44和实施例73和74的测试结果可以看出，电池的常温和高温循环容量保持率得到改善。
N.根据上述制备方法制备实施例75和76的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表29所示。
表29
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例53以及实施例75和76的电池进行温度测试、4.4V存储测试、20％SOC阻抗测试、25℃循环测试和45℃循环测试。
测试结果如表30所示。
表30
根据实施例53和实施例75和76的测试结果可以看出，电池的高温循环容量保持率得到改善。
O.根据上述制备方法制备实施例77～81的电解液及锂离子电池，其中电解液中各物质的含量如表31所示。
表31
其中“—”表示未添加该物质。
对实施例6以及实施例77～81的电池进行温度测试、热箱测试和过充性能测试，其中热箱测试和过充电测试流程如下：
测试8、热箱测试：
将电池在25℃下以0.7C充电至4.4V，4.4V下恒压充电至0.05C。再将电池放入试验箱中，试验箱以5℃/min的速率进行升温，当箱内温度达到150℃±5℃，停止加热，并在此温度条件下恒温持续60min。电池不起火、不爆炸即通过测试。
测试9、过充电测试：
将电池在25℃下以3C充电至6V，6V下恒压充电。实验过程中检测电池的温度变化，当出现以下两种情形之一时，试验终止；
a)电池持续充电时间达到7h；
b)电池温度下降到比峰值低20％；
电池不起火、不爆炸即通过测试。
测试结果如表32所示
表32
序号 温度测试 热箱 过充电测试
实施例6 5/5pass 3/5pass 3/5pass
实施例77 5/5pass 5/5pass 3/5pass
实施例78 5/5pass 4/5pass 3/5pass
实施例79 5/5pass 3/5pass 4/5pass
实施例80 5/5pass 3/5pass 5/5pass
实施例81 5/5pass 2/5pass 4/5pass
根据实施例6和实施例77～81的测试结果可以看出，电池的安全性能有一定的提升。
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。

Claims (15)

1.一种电解液，其包括包含-CN官能团的化合物和包含硅官能团的化合物，
其中所述包含-CN官能团的化合物包括式I-A化合物：
其中M选自N、P、C、Si中的至少一种；
R11、R12、R13各自独立地选自取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C2～12亚烯基、O-R基团、R0-S-R基团或R0-O-R基团，其中R0、R各自独立地选自取代或未取代的C1～6亚烷基；
n选自0或者1；
R14选自H、氟、氰基、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C2～12烯基、O-R1基团、R0-S-R1基团、R0-O-R1基团，R0选自取代或未取代的C1～6亚烷基、R1选自取代或未取代的C1～6烷基；并且
其中经取代时，取代基选自卤素、氰基、C1～6烷基、C2～6烯基或其任意组合。
2.根据权利要求1所述的电解液，其中所述包含硅官能团的化合物包括式II-A化合物或者式II-B化合物中的至少一者：
其中，R21、R22各自独立地选自Ra、C(R')3或Si-(R")3；
其中，各Ra独立地选自C1～12烷基、C1～12烷氧基、C2～12烯基、C1～10杂环基或C6～26芳基；
其中，各R'、R"独立地选自H、F、C1～12烷基、C1～12烷氧基、C2～12烯基、C1～10杂环基或C6～26芳基；且
其中R21和R22中的至少一个含有Si；
其中，R23、R24各自独立地选自Ra或Si-(R")3；
其中各Ra、R"独立地选自H、C1～12烷基、C2～12烯基、C1～10杂环基或C6～26芳基；且
其中R23和R24中的至少一个含有Si。
3.根据权利要求2所述的电解液，其中R21和R22中的至少一个包含F原子，且R23和R24中的至少一个包含F原子。
4.根据权利要求1所述的电解液，其中所述包含-CN官能团的化合物包括如下化合物中的至少一种：
5.根据权利要求1所述的电解液，其中包含硅官能团的化合物包括如下化合物中的至少一种：
6.根据权利要求1所述的电解液，其中基于所述电解液的总重量，所述包含-CN官能团的化合物的重量百分比为0.01wt％～10wt％，且所述包含硅官能团的化合物的重量百分比为0.001wt％～30wt％。
7.根据权利要求1所述的电解液，其进一步包括包含硫氧双键官能团的化合物，所述包含硫氧双键官能团的化合物包括式III-A化合物：
其中R31选自取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C2～12亚烯基、含有杂原子的取代或未取代的C1～12亚烷基、含有杂原子的取代或未取代的C2～12亚烯基；
其中经取代时，取代基选自卤素、C1～6烷基、C2～6烯基或其任意组合；且
其中杂原子选自O、S、P或其任意组合。
8.根据权利要求7所述的电解液，其中所述包含硫氧双键官能团的化合物包括如下化合物中的至少一者：
9.根据权利要求1所述的电解液，其进一步包括含硼化合物，所述含硼化合物包括式IV-A化合物：
其中R41、R42、R43各自独立地选自Rb-Si-(Rc)3、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C1～12烷氧基、取代或未取代的C2～12烯基、取代或未取代的C6～26芳基、取代或未取代的C3～10环烃基；
其中Rb选自取代或未取代的C1～12亚烷基、取代或未取代的C2～12亚烯基、取代或未取代的C6～10亚环烃基、取代或未取代的C6～26亚芳基；
其中Rc选自H、F、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C1～12烷氧基、取代或未取代的C2～12烯基、取代或未取代的C6～10环烃基、取代或未取代的C6～26芳基；
其中经取代时，取代基选自卤素、C1～6烷基、C1～6烯基、氰基或其任意组合。
10.根据权利要求9所述的电解液，其中所述含硼化合物包括如下化合物中的至少一种：
并且
其中基于所述电解液的总重量，所述含硼化合物的重量百分比为0.01wt％～10wt％。
11.根据权利要求1所述的电解液，其进一步包括异氰脲酸酯化合物，所述异氰脲酸酯化合物包括式V-A化合物：
其中，R51、R52、R53各自独立地选自H、卤素、取代或未取代的C1～12烷基、取代或未取代的C2～12烯基、取代或未取代的C6～26芳基、取代或未取代的C1～10杂环基团；
其中，经取代时，取代基选自卤素、C1～6烷基或C2～6烯基或其任意组合。
12.根据权利要求11所述的电解液，其中所述异氰脲酸酯化合物包括如下化合物中的至少一种：
其中基于所述电解液的总重量，所述异氰脲酸酯化合物的重量百分比为0.01wt％～10wt％。
13.根据权利要求1所述的电解液，其进一步包括锂盐添加剂，所述锂盐添加剂包括如下锂盐中的至少一种：双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、四氟磷酸草酸锂、二氟草酸硼酸锂或二氟磷酸锂，其中基于所述电解液的总重量，所述添加剂的重量百分比为0.01wt％～10wt％。
14.一种电化学装置，其中所述电化学装置包括根据权利要求1-13中任一项所述的电解液。
15.一种电子装置，所述电子装置包括根据权利要求14所述的电化学装置。
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