一种电解液及电化学装置

专利检索2024-10-23  4


本申请涉及电池领域,具体涉及一种电解液及电化学装置。


背景技术:

1、在正极引入阴离子存储过程,阴离子插层型锂金属电池因其低成本、高能量密度以及石墨正极的快速动力学特征而受到广泛关注并极具发展前景。

2、然而,现有电解液体系易在石墨正极发生持续氧化分解,而且存在溶剂分子共嵌入的问题,另外,在锂负极容易引发枝晶生长等副反应,导致阴离子插层型锂金属电池的循环稳定性较差,循环寿命较短,且难以适应高电压、低温、快充以及过充等极端条件。


技术实现思路

1、鉴于此,为了解决以上技术问题中的至少之一,本申请提供了一种羧酸酯类衍生物作为单一类型溶剂的电解液。

2、另,本申请还提供了一种应用前述电解液的电化学装置。

3、本申请实施例提供了一种电解液,该电解液包括:电解质盐和溶剂,所述溶剂包括至少一种羧酸酯类衍生物,所述羧酸酯类衍生物具有如式(ⅰ)所示的结构通式:

4、

5、其中,r1和r2分别为单键或烷基,r3和r4分别独立地选自氢原子、芳基、氨基、卤原子、腈基以及烷氧基中的至少一种,且r3和r4不同时为氢原子,x和y均为0-3的整数,且x和y不同时为0。

6、在一些可能的实施例中,r3和r4中的至少一个为卤原子。

7、在一些可能的实施例中,所述卤原子为氟和氯中的至少一种。

8、在一些可能的实施例中,r1和r2分别为c原子数为1~10的直连烷基。

9、在一些可能的实施例中,所述溶剂为单一类型溶剂。

10、在一些可能的实施例中,所述电解质盐在所述溶剂中的溶解度为3.8mol/l以上。

11、在一些可能的实施例中,所述电解液还包括添加剂,所述添加剂包括二氟草酸硼酸锂、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯以及硝酸锂中的至少一种。

12、在一些可能的实施例中,所述添加剂在所述电解液中的含量为5wt%~10wt%。

13、在一些可能的实施例中,所述电解质盐为锂盐,所述锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂以及双(氟磺酰基)亚胺锂中的至少一种。

14、本申请实施例还提供一种电化学装置,该电化学装置包括正极极片、负极极片、隔离膜以及前述电解液,所述隔离膜设置在所述正极极片和所述负极极片之间。

15、相较于现有技术,本申请实施例提供的电解液,通过取代基团的类型、取代位点及取代程度的优化,实现了对羧酸酯衍生物溶剂结构的精准调控,在溶剂分子结构上形成了局部极性,有利于调控电解液溶剂化结构,从而在盐解离与离子去溶剂化两个过程中取得最佳的平衡,进而有效抑制正极溶剂共嵌入以及负极枝晶生长等副反应,同时促进阴离子、阳离子快速传输及反应,有利于低温动力学,进而提高应用该电解液的电池在高电压、低温、快充及过充等极端条件方面的性能。应用该电解液的电化学装置具有长期循环寿命、高倍率充放电性能以及在低温和滥用条件下的稳定功率输出。



技术特征:

1.一种电解液,其特征在于,包括:电解质盐和溶剂,所述溶剂包括至少一种羧酸酯类衍生物,所述羧酸酯类衍生物具有如式(ⅰ)所示的结构通式:

2.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,r3和r4中的至少一个为卤原子。

3.根据权利要求2所述的电解液,其特征在于,所述卤原子为氟和氯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,r1和r2分别为c原子数为1~10的直连烷基。

5.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述溶剂为单一类型溶剂。

6.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述电解质盐在所述溶剂中的溶解度为3.8mol/l以上。

7.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述电解液还包括添加剂,所述添加剂包括二氟草酸硼酸锂、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯以及硝酸锂中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的电解液,其特征在于,所述添加剂在所述电解液中的含量为5wt%~10wt%。

9.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述电解质盐为锂盐,所述锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂以及双(氟磺酰基)亚胺锂中的至少一种。

10.一种电化学装置,其特征在于,包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液,所述隔离膜设置在所述正极极片和所述负极极片之间;其中,所述电解液为如权利要求1至9中任意一项所述的电解液。


技术总结
一种电解液及电化学装置,该电解液包括:电解质盐和溶剂,其中溶剂包括至少一种羧酸酯类衍生物,羧酸酯类衍生物具有如式(Ⅰ)所示的结构通式:其中,R<subgt;1</subgt;和R<subgt;2</subgt;分别为单键或烷基,R<subgt;3</subgt;和R<subgt;4</subgt;分别独立地选自氢原子、芳基、氨基、卤原子、腈基及烷氧基中的至少一种,且R<subgt;3</subgt;和R<subgt;4</subgt;不同时为氢原子,x和y均为0‑3的整数且不同时为0。本申请提供的电解液具有较高的抗氧化性、与高压正极的相容性以及对金属负极的稳定性,使电池展现出较好的长期循环稳定性、高倍率充放电性能及在低温和滥用条件下的稳定功率输出。

技术研发人员:周栋,王瑶,康飞宇,李宝华
受保护的技术使用者:清华大学深圳国际研究生院
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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