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CN118507827A - 电解液、锂离子电池和用电设备 - Google Patents

电解液、锂离子电池和用电设备 Download PDF

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CN118507827A
CN118507827A CN202410125059.7A CN202410125059A CN118507827A CN 118507827 A CN118507827 A CN 118507827A CN 202410125059 A CN202410125059 A CN 202410125059A CN 118507827 A CN118507827 A CN 118507827A
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CN
China
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electrolyte
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additive
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CN202410125059.7A
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骆靖
王圣
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BYD Co Ltd
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Abstract

本申请提供了一种电解液、锂离子电池和用电设备，该电解液包括锂盐、有机溶剂及如式(I)所示的添加剂：

Description

电解液、锂离子电池和用电设备
技术领域
本申请涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种电解液、锂离子电池和用电设备。
背景技术
传统商用的锂电池电解液在高电压环境下易发生氧化分解，导致电解液快速消耗，加速正极材料的金属离子溶出、增加正极表面阻抗，严重降低电池的循环性能和安全性能。因此，有必要开发可耐高压的锂离子电池电解液，且不降低电池性能。
发明内容
鉴于此，本申请提供了一种电解液、锂离子电池和用电设备，该电解液中含有的氟代芳族酰胺类添加剂，能够在电池正负极表面分别生成稳定的正极电解质界面(cathode–electrolyte interface，CEI)膜和固体电解质界面(solid electrolyte interface，SEI)膜，采用该电解液的电池的高压稳定性和高压循环性能较好。
具体地，本申请第一方面提供了一种电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂，以及如式(I)所示的添加剂：
式(I)中，Ar选自取代或未取代的芳基。
上述电解液引入式(I)所示的氟代芳族酰胺类添加剂，该类添加剂可优先于溶剂在负极表面还原而形成致密稳固的SEI膜，优先于溶剂在正极表面氧化形成稳定的CEI膜，可降低溶剂消耗，提高电解液的耐高压性，且SEI膜、CEI膜中还含有该类添加剂分解产生的离子导电性高的含氮无机成分，这使得CEI膜、SEI膜能更有效地改善正/负极与电解液的界面情况，并降低界面阻抗，从而有效提高电池的高电压稳定性、高压循环性能及库伦效率，降低电池产气膨胀等。
本申请第二方面提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括本申请第一方面提供的电解液。具体地，该电池包括电池壳体和容纳于电池壳体内的电芯、电解液。其中，电芯包括正极极片、负极极片和位于正极极片与负极极片之间的隔膜。
该电池具有良好的耐高压特性，优异的高温储存性、高压循环性能，且其高温膨胀特性较好，从而该电池具有较高的安全性能和较长的使用寿命。
本申请第三方面提供了一种用电设备，所述用电设备包括本申请第二方面提供的锂离子电池。该锂离子电池可为该用电设备供电。
具体实施方式
高镍三元正极材料的充电截止电压一般在4.5V(vs.Li/Li+)以上，其在充电至4.5V时会产生大量的强氧化性Ni4+。传统商用的锂离子电解液主要是由碳酸酯类溶剂与锂盐(如六氟磷酸锂)组成，在电压超过4.5V时，从正极溶出的Ni4+会氧化碳酸酯类溶剂，消耗活性锂和电解液，电解液快速消耗生成的副产物(如，水等质子产物)又会加速劣化电解液性能，并加速高镍三元正极材料中金属离子的溶出、甚至造成正极材料结构坍塌，破坏电解液在正、负极表面生成的界面膜，增大正极表面的阻抗，最终导致电池产气膨胀、容量快速衰减。此外，高镍三元正极材料在高电位下较易发生析氧现象，进一步加速电解液的氧化分解、产气，最终导致电极界面膜的稳定性变差、阻抗增大和电池性能降低。
更换抗氧化性强的电解液溶剂、或者更换较少产生或不产生氢氟酸的锂盐虽然能够改善电解液的耐高压特性，但会损失电解液的离子电导率或导致电解液粘度过大，影响电池性能的发挥。在常规电解液中引入高电压添加剂(如腈类、氟代酯类等)也能在一定程度上提高电解液的耐高压性，但其难以在正极表面生成稳定的界面膜，对电池在高电压环境下的循环性能改善有限。鉴于此，本申请提供了一种耐高压性好、又不影响电池性能发挥的电解液，以及使用该电解液的锂离子电池和用电设备。
本申请实施例提供的电解液包括：锂盐、有机溶剂，以及如式(I)所示的氟代芳族酰胺类添加剂：
式(I)中，Ar选自取代或未取代的芳基。
上述电解液中引入式(I)所示的氟代芳族酰胺类添加剂，该类添加剂结构中的叔氨氮原子与芳基Ar、羰基-C(＝O)-之间形成的共轭效应可降低该添加剂的最低未占分子轨道(LUMO)能量，根据前线轨道理论可知，该添加剂的还原电位较高，其可优先于溶剂在负极表面还原而形成致密稳固的SEI膜，降低电解液溶剂的消耗、改善负极与电解液的界面情况(如阻止电解液与负极接触发生副反应)，进而降低电池的高温储存膨胀率与电池产气量，提高电池的高电压稳定性、循环性能和安全性能。同时，上述共轭效应也可提高该添加剂的最高占用分子轨道(HOMO)能量，使该类添加剂能优先于溶剂在正极表面氧化而形成稳定的CEI膜，该CEI膜能阻止含镍三元正极材料中镍元素溶出、具有强氧化性的Ni4+与溶剂的接触而造成溶剂的氧化分解，及降低Ni4+对SEI膜的破坏，从而提高电池的高压稳定性及循环性能(特别是高温高电压下的循环性能)。
且，上述添加剂在电化学反应过程中会分解形成甲基锂(CH3Li)、氮化锂(Li3N)等离子电导率高的含氮无机成分，这些含氮无机物成分可使得SEI膜、CEI膜的界面阻抗较低，更好地提升电池循环性能，并利于降低电池极化程度、提升电池倍率性能等；另外，含上述含氮无机成分的SEI膜结构更稳定、导离子性好，还利于锂离子在负极表面均匀沉积，减少锂枝晶和多孔锂形态，抑制锂枝晶生长导致的不可逆反应，提高电池的库伦效率。
因此，上述电解液的耐高电压性好，在高电压下有机溶剂消耗较少、电解液与正/负极之间的副反应少，进而使用该电解液可以降低电池产气及体积膨胀，提升电池的循环性能、安全性能和库伦效率。此外，上述氟代芳族酰胺类在电解液溶剂(特别是碳酸酯类溶剂)中的可溶性好，将其添加电解液中，对电解液粘度的影响较小，并为在SEI、CEI膜中引入离子电导率高的含氮无机组分提供了更有效的途径。
本申请中，所述取代或未取代的芳基既可以是不含环杂原子的芳基，也可以是含环杂原子的杂芳基。其中，环杂原子可以是氮原子、氧原子、硫原子、硒原子、硼原子、磷原子等中的一种或多种。本申请一些实施方式中，所述取代或未取代的芳基可以包括选自取代或未取代的苯基、或者取代或未取代的稠环芳基。可以理解的是，稠环芳基中也可以含有或不含环杂原子。
其中，所述取代或未取代的稠环芳基可以包括取代或未取代的苯并噻吩基、取代或未取代的苯并呋喃基、取代或未取代的苯并吡咯基、取代或未取代的二苯并呋喃基、取代或未取代的二苯并噻吩基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的蒽基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的螺芴基中的一种或多种，但不限于此。
本申请一些实施例中，所述Ar为取代或未取代的苯基。此种情况下，式(I)所示添加剂更易合成，在负极更易还原形成稳定、离子电导性高的SEI膜，从而含有其的电解液能保证电池循环性能更好。
当Ar为取代或未取代的苯基时，式(I)所示添加剂可表示为：
其中，R1、R2、R3、R4、R5独立地选自氢原子、或苯基上的取代基。当R1至R5均为氢原子时，Ar为未取代的苯基。
本申请实施方式中，所述取代的芳基中的取代基包括卤素原子、氰基(-CN)、异硫氰基(-NCS)、异氰酸酯基(-NCO)、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的芳基中的至少一种。对应到上述式(I-a)中，R1、R2、R3、R4、R5独立地选自氢原子、卤素原子、氰基(-CN)、异硫氰基(-NCS)、异氰酸基(-NCO)、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的芳基中的至少一种。其中，卤素原子包括可以包括氟原子(F)、氯原子(Cl)、溴原子(Br)、碘原子(I)中的一种或多种。环烷基可以含有或不含环杂原子。
芳基中不同取代基的引入可以获得更多结构不同的上述式(I)添加剂，实现其还原电位/氧化电位的调整，满足不同场景的需求。本申请实施方式中，所述取代的芳基中的取代基不包括酯基。式(I)添加剂因不含酯基，其在电化学反应过程中不会分解形成导离子性差的无机成分(如Li2O和Li2CO3等)，而是会分解形成甲基锂(CH3Li)、氮化锂(Li3N)等离子电导率高的含氮无机成分，更利于SEI膜、CEI膜的阻抗降低。
本申请实施方式中，取代的烷基、取代的烷氧基、取代的烯基、取代的炔基中的取代基团独立地选自卤素原子、氰基(-CN)、异硫氰基(-NCS)、异氰酸酯基(-NCO)、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基中的至少一种；取代的环烷基、取代的芳基中的取代基独立地选自卤素原子、氰基(-CN)、异硫氰基(-NCS)、异氰酸酯基(-NCO)、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基中的至少一种。
本申请实施方式中，所述取代或未取代的烷基为取代或未取代的C1～C10烷基，进一步可以为取代或未取代的C1～C6烷基、取代或未取代的C1～C4烷基等。其中，所述取代或未取代的烷氧基为取代或未取代的C1～C10烷氧基，进一步可以为取代或未取代的C1～C6烷氧基、取代或未取代的C1～C4烷氧基等。其中，所述取代或未取代的环烷基为取代或未取代的C3～C10环烷基，例如具体是取代或未取代的环戊基、取代或未取代的环己基等。其中，所述取代或未取代的烯基为取代或未取代的C2～C10烯基，进一步可以为取代或未取代的C2～C6烯基、取代或未取代的C2～C4烯基等。其中，所述取代或未取代的炔基为取代或未取代的C2～C10炔基，进一步可以为取代或未取代的C2～C6炔基、取代或未取代的C2～C4炔基等。其中，所述取代或未取代的芳基为取代或未取代的C6～C30芳基，其可以是单环芳基或多环芳基；多环芳基可以是稠环型或非稠环型(如联苯类)。在一些实施方式中，取代或未取代的芳基可以是取代或未取代的C6～C20芳基、取代或未取代的C6～C12芳基等。限定上述取代或未取代的烷基、烷氧基、环烷基、烯基、炔基、芳基的碳原子数在一定范围，可保证式(I)添加剂在有机溶剂中的溶解度合适、电解液的粘度在合适的范围内，进而保证含有该添加剂的电解液的浸润性能不受明显影响。
本申请一些实施例中，式(I)所示的氟代芳族酰胺类添加剂选自下述化合物中的一种或多种：
其中，式(i-1)所示的添加剂可称为2,2,2-氟-N-甲基-N-乙酰苯胺。式(i-2)所示的添加剂可称为2,2,2-三氟-N-(4-异氰酸基苯基)-N-甲基乙酰胺。式(i-3)所示的添加剂可称为2,2,2-三氟-N-(4-氰基苯基)-N-甲基乙酰胺。式(i-4)所示的添加剂可称为2,2,2-三氟-N-(3-氟苯基)-N-甲基乙酰胺。式(i-5)所示的添加剂可称为2,2,2-三氟-N-(4-异硫氰基苯基)-N-甲基乙酰胺。式(i-6)所示的添加剂可称为N-(3,5-二氟-4-烯丙基苯基)-2,2,2-三氟-N-甲基乙酰胺。式(i-7)所示的添加剂可称为N-(2-苯并噻吩基)-2,2,2-三氟-N-甲基乙酰胺。
本申请实施方式中，式(I)所示添加剂在所述电解液中的总质量百分数为0.1-10％。控制式(I)所示添加剂在电解液中的浓度在合适的范围内，可保证生成适当厚度的SEI膜及CEI膜。示例性地，式(I)所示添加剂在电解液中的总质量百分数为0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％等。在一些实施方式中，式(I)所示添加剂电解液中的总质量百分数为3-8％。这既保证有足够的该添加剂可供形成SEI膜及CEI膜，以更有效提升电池高电压循环的容量保持率、降低正极镍元素溶出量、提高高温存储稳定性等，又避免SEI膜及CEI膜的厚度过厚而影响电池性能发挥。
本申请一些实施方式中，所述电解液还包括常规成膜添加剂。常规成膜添加剂主要为了在电极表面形成固体电解液界面膜，阻止电解与电解液的副反应。其中，所述常规成膜添加剂可以包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、硫酸乙烯酯(DTD)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)中的一种或多种。在含有常规成膜添加剂的电解液体系中，添加本申请实施例的式(I)所示添加剂，两种添加剂在负极形成的SEI膜的配合效果好。在一些实施例中，所述常规成膜添加剂为FEC。FEC可以在负极表形成较薄但稳定的低阻抗的SEI膜。
本申请实施方式中，所述常规成膜添加剂在所述电解液中的质量百分数为0.1％-10％。示例性地，该质量百分数可以为0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％等。在一些具体实施例中，常规成膜添加剂的质量百分数优选为3％。适量的常规成膜添加剂可较好地提高电池电极与电解液的界面稳定性。
本申请一些实施方式中，式(I)所示添加剂的质量是所述常规成膜添加剂的质量的0.03-3.33倍。这两种添加剂以适当比例搭配使用，可产生协同增效作用，它们能优于溶剂在电池负极表面生成更稳定致密的SEI膜，从而更有利于提升电池的电化学性能，特别是循环性能。具体地，式(I)所示添加剂是述常规成膜添加剂质量的0.05、0.17、0.33、0.67、1、1.33、1.67、2、2.33、2.67、3、3.2等。在一些实施例中，式(I)所示添加剂是述常规成膜添加剂质量的1-3倍，进一步可以是1-2.67倍。
本申请实施例的前述式(I)所示添加剂最显著的作用是可以提升电解液对高电压的耐受性(即，作为高压添加剂)，也具有提升电极界面膜的成膜作用。本申请一些实施方式中，所述电解液中还包括其他高压添加剂。其中，所述其他高压添加剂包括亚硫酸丙烯酯(1,3-Propylene Sulfite，PS)、磷酸三丙炔酯(TPP)、三(三甲基硅基)亚磷酸酯(TMSP)中的一种或多种。这些添加剂的引入也有助于上述电解液在高电压下的稳定性。
本申请实施方式中，电解液中的有机溶剂包括环状碳酸酯和线性碳酸酯。环状碳酸酯的介电常数高，线性碳酸酯的粘度小，二者配合使用有利于提升电解液整体的离子电导率，此外环状碳酸酯还可以参与SEI膜的形成，从而有效阻止负极副反应的发生。本申请一些实施方式，线性碳酸酯的质量是所述环状碳酸酯的质量的1-2.5倍。此种情况下更有助于电解液兼顾合粘度和良好的离子电导率。
其中，所述环状碳酸酯可以包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯中的一种或多种，所述线性碳酸酯包括碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、甲基乙基碳酸酯(EMC)中的至少一种。在一些实施例中，所述有机溶剂为EC和DEC的混合，二者质量比为3:7，即1：2.3。
本申请实施方式中，上述电解液中的所述锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)。六氟磷酸锂具有较大的LUMO-HOMO能带，具有较强的化学稳定性及耐氧化性，且其价格低，应用最广泛。其中，六氟磷酸锂在电解液中的摩尔浓度可以为0.1mol/L-1.2mol/L，例如具体为0.2mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.1mol/L等。适量浓度的LiPF6有利于电池性能的发挥。在一些实施例中，LiPF6的摩尔浓度可以为1.0mol/L。
本申请一些实施方式中，所述锂盐还包括双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)或双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的一种或两种。这两种锂盐的氟含量低，不易分解产生氢氟酸，将它们作为对LiPF6的进一步补充，可降低整体锂盐分解产生的氢氟酸量，并有利于提升电解液的耐高温性能。
本申请第实施例还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括本申请实施例的上述电解液。含有上述电解液的锂离子电池在具有良好的耐高压特性的同时，还具有良好的高温储存稳定性(高温下电池膨胀程度低)、良好的常温循环性能及高压循环性能等。
其中，该锂离子电池可以包括电池壳体和容纳于电池壳体内的电芯和本申请实施例的上述电解液，所述电芯包括正极极片、负极极片和位于正极极片与负极极片之间的隔膜。其中，该电池的制备方法包括：将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠设置，制成电芯，将该电芯容置于电池壳体中，并注入上述电解液，然后将电池壳体密封即可制得电池。
本申请中，负极极片、正极极片、隔膜均为电池领域的常规选择。其中，负极极片包括负极集流体和设置在负极集流体上的负极材料层，负极材料层可以包括负极活性材料、粘结剂及可选的导电剂。示例性地，负极活性材料包括但不限于人造石墨，天然石墨，中间相碳微球(MCMB)，硅碳材料等。类似地，正极极片包括正极集流体和设置在正极集流体上的正极材料层。正极材料层包括正极活性材料、粘结剂及可选的导电剂。
本申请一些实施方式中，正极活性材料可以包括含镍三元材料。其中，含镍三元材料的结构通式可以表示为LiNixCoyMzO2，0.33≤x≤0.98，0<y<1，0<z<1，且x+y+z＝1；M为第III副族至第V主族中的至少一种金属元素，例如M选自Mn、Al、Zr、Ti、Y、Sr和W等中的至少一种。当x取值较高时，例如0.50≤x≤0.98时，该含镍三元材料可称为高镍三元材料，其比容量较高。进一步地，x的取值范围可以是0.70≤x≤0.98、0.70≤x≤0.90、0.80≤x≤0.90、或0.83≤x≤0.88等。在一些实施例中，含镍三元材料为镍钴锰三元材料(即，上述M为Mn)。示例性地，所述镍锰钴三元材料包括LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2(简称NCM111)、LNi0.4Co0.2Mn0.4O2(简称NCM424)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(简称NCM523)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(简称NCM622)、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(简称NCM811)、LiNi0.85Co0.075Mn0.075O2等材料。
需要说明的是，本申请实施例提供的上述电解液可以不局限用于正极是含镍三元材料的电池体系，还可适用于锂的磷酸盐体系(如磷酸铁锂、磷酸锰铁锂等)、钴酸锂(LiCoO2，LCO)体系、镍锰酸锂(LMNO)体系、富锂锰基材料体系等。
本申请实施例还提供了一种用电设备，该用电设备包括本申请实施例的上述锂离子电池。其中，该锂离子电池可为该用电设备供电。
本申请实施方式中，所述用电设备可以是3C产品(如手机、笔记本电脑、平板电脑、笔输入型计算机、电子书播放器、可穿戴设备等)、或者电动交通工具(如电动汽车、电动摩托车、电动自行车等)等。此外，本申请实施例的上述锂离子电池也可以用于储能系统中。
下面分多个实施例对本申请实施例进行进一步的说明。
实施例1
一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制电解液：将120g的碳酸乙烯酯(EC)和280g的碳酸二乙酯(DEC)混合，得到混合溶剂，向该混合溶剂中加入60g的六氟磷酸锂(LiPF6)，使LiPF6的摩尔浓度为1.0mol/L，然后再加入13.8g的成膜添加剂—氟代碳酸乙烯酯(FEC)及23g如前述式(i-1)所示的添加剂，搅拌至所有固体物质全部溶解，得到所需电解液。其中，该电解液中各添加剂的类型及含量如表1所示。本实施例1的电解液中FEC的浓度为3wt％，式(i-1)所示添加剂的浓度为5wt％。
(2)制备负极极片：将100份的石墨材料，1份的导电剂Super-p，1.5份的增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)和2.5份的粘结剂丁苯橡胶(SBR)混合成均匀的糊状物，并均匀地涂覆在负极集流体铜箔上，在80℃真空干燥24h得到负极极片。
(3)制备正极极片：将100重量份的三元镍锰钴材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)与2份的碳纳米管、1份的导电剂Super-p及2份的粘结剂偏氟聚乙烯(PVDF)混合成均匀的糊状物，并均匀地涂覆在正极集流体铝箔上，在80℃真空干燥24h得到正极极片。
(4)电池的组装与化成：在含水量小于5ppm的氩气手套箱中，将上述正极极片、隔膜与负极极片按顺序叠放，卷绕成裸电芯，将该裸电芯装入电池壳体中并进行焊接，随后将1.6g的上述电解液注入到电池壳体中，对电池壳体密封，制成型号为SL582736的软包锂离子电池。
将上述软包电池进行化成，具体工艺如下：先以40mA(0.05C)的电流充电到1.5V，并在1.5V保持10h，以使电池电极片充分润湿。恒压完成后，电池最初以一个较小电流8mA(C/100)充电10h，用以形成稳定致密的SEI膜，接着以40mA(0.05C)的电流充电到4.35V，之后放电到3.0V。
实施例2-11
参照实施例1的方法，按表1的配比分别制作实施例2-11的电解液及锂离子电池。
对比例1
一种电解液，其与实施例1的区别在于：电解液中不含成膜添加剂FEC和本申请提供的氟代芳族酰胺类添加剂。
参照实施例1的方法，将对比例1的电解液制备成锂离子电池。
对比例2
一种电解液，其与实施例1的区别在于：电解液中不含本申请提供的氟代芳族酰胺类添加剂。
参照实施例1的方法，将对比例2的电解液制备成锂离子电池。
表1各电解液中添加剂组成
电解液编号 添加剂
实施例1 5wt％的式(Ⅰ-1)添加剂+3wt％的FEC
实施例2 5wt％的式(Ⅰ-2)添加剂+3wt％的FEC
实施例3 5wt％的式(Ⅰ-3)添加剂+3wt％的FEC
实施例4 5wt％的式(Ⅰ-4)添加剂+3wt％的FEC
实施例5 5wt％的式(Ⅰ-5)添加剂+3wt％的FEC
实施例6 5wt％的式(Ⅰ-6)添加剂+3wt％的FEC
实施例7 5wt％的式(Ⅰ-7)添加剂+3wt％的FEC
实施例8 3wt％的式(Ⅰ-1)添加剂+3％FEC
实施例9 8wt％的式(Ⅰ-1)添加剂+3％FEC
实施例10 10wt％的式(Ⅰ-1)添加剂+3％FEC
实施例11 0.05wt％的式(Ⅰ-1)添加剂+3％FEC
对比例1 无
对比例2 3％的FEC
将上述实施例1-11和对比例1-2制得的锂离子电池分别进行如下性能测试：
(1)高温储存膨胀率测试：将化成后的各电池分别以0.5C充电，截止电压为4.5V，再以4.5V恒压充电至电流小于0.02C时停止，得到满电态的电池。将满电态的各电池分别放置在60℃恒温烘箱中储存5天，用游标卡尺测量储存前后的电池厚度，将储存后的电池厚度减去储存前的电池厚度，所得厚度差值除以储存前的电池厚度得到的百分数记为电池膨胀率。
(2)镍元素溶出量测试：将上述完成高温膨胀率测试后的电池拆解，取出负极极片，将其浸泡在溶剂DMC中，将负极后晾干后刮下粉末，将收集到的粉末送入赛默飞产的电感耦合等离子光谱仪(Inductive coupled plasma emission spectrometer，ICP)进行测试，获得从正极溶出到负极的镍含量。
(3)电池高压循环性能测试：将各电池的气囊减去并抽真空封口，之后置于25℃的恒温箱中，在电压为2.75V到4.5V之间分别以1C的电流进行充放电循环300次，将各电池在第300次循环的放电容量除以第1次循环的初始放电容量得到的百分数记为容量保持率。将各电池在第1次循环时的放电容量与充电容量的比值记作首次库伦效率。
(4)电池直流内阻测试：将上述(3)中循环300次后的各电池充电至4.5V，然后放电到50％SOC，静置2h，测定电池在上述2h的最后1s时的瞬时电压U1，并以1.5C恒电流I0放电30秒，测定放电第30秒的瞬时电压U2；则电池的直流内阻(direct current internalresistance，DCIR)通过以下公式计算得到：DCIR＝(U1-U2)/I0。
每个实施例或对比例的电池各取10支进行上述各测试，每组测试结果取10支电池的平均值，将各组电池的测试结果汇总在表2中。
表2各电池的性能测试结果
从实施例1-11与对比例1-2的对比可以获知，在电解液中引入本申请实施例提供的式(Ⅰ)所示氟代芳族酰胺类添加剂可减小满电态电池在高温储存时的膨胀率，即可提升电池在高温环境下的安全性能；同时还可有效降低满电态电池在高温存储时镍元素从正极溶出，及提升电池在4.5V满充高电压下循环过程中的容量保持率，延长电池的使用寿命。特别地，实施例1-10电池还比对比例1-2电池的常温首次库伦效率更高、电池DCIR值更低。
此外，从实施例1、8-11之间的对比可以获知，当式(Ⅰ)所示添加剂在电解液中的质量百分含量大于0.05％时，例如在1-10％的范围时，对电池上述各性能的改善效果较明显。特别地，当该添加剂的含量在3％-8％范围时，电池能更好兼顾较低的高温储存膨胀率、较低的正极镍元素溶出量、较高的常温循环容量保持率。
以上所述是本申请的示例性实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对其做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (14)

1.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐、有机溶剂，以及如式(I)所示的添加剂：
式(I)中，Ar选自取代或未取代的芳基。
2.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述取代或未取代的芳基包括选自取代或未取代的苯基、或者取代或未取代的稠环芳基；
其中，所述取代或未取代的稠环芳基包括取代或未取代的苯并噻吩基、取代或未取代的苯并呋喃基、取代或未取代的苯并吡咯基、取代或未取代的二苯并呋喃基、取代或未取代的二苯并噻吩基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的蒽基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的螺芴基中的一种或多种。
3.如权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述取代的芳基中的取代基包括卤素原子、氰基、异硫氰基、异氰酸基、取代或未取代的C1～C10烷基、取代或未取代的C1～C10烷氧基、取代或未取代的C3～C10环烷基、取代或未取代的C2～C10烯基、取代或未取代的C2～C10炔基、取代或未取代的C6～C30芳基中的至少一种。
4.如权利要求1-3任一项所述的电解液，其特征在于，所述式(I)所示的添加剂选自下述化合物中的一种或多种：
5.如权利要求1-4任一项所述的电解液，其特征在于，所述式(I)所示的添加剂在所述电解液中的质量百分数为0.1-10％。
6.如权利要求1-5任一项所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包含常规成膜添加剂；其中，所述常规成膜添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、甲烷二磺酸亚甲酯中的一种或多种。
7.如权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述常规成膜添加剂在所述电解液中的质量百分数为0.1％-10％。
8.如权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述式(I)所示的添加剂的质量是所述常规成膜添加剂的质量的0.03-3.33倍。
9.如权利要求1-8任一项所述的电解液，其特征在于，所述电解液中还包括高压添加剂；其中，所述高压添加剂包括亚硫酸丙烯酯、磷酸三丙炔酯、三(三甲基硅基)亚磷酸酯中的一种或多种。
10.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括环状碳酸酯和线性碳酸酯；其中，所述线性碳酸酯的质量是所述环状碳酸酯的质量的1-2.5倍。
11.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂。
12.如权利要求11所述的电解液，其特征在于，所述锂盐还包括双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或多种。
13.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1-12任一项所述的电解液。
14.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括权利要求13所述的锂离子电池。
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