电解液、锂离子电池和用电设备的制作方法

本公开涉及一种电解液、锂离子电池和用电设备。

背景技术：

1、锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液构成。与传统的limn2o4、licoo2以及三元材料相比，具有橄榄石结构的磷酸铁锂lifepo4（lfp）正极材料的理论比容量高，资源丰富，表现出更长的循环寿命和高安全性，是具前景的锂离子电池正极材料。然而，lifepo4在特定锂盐（如lipf6）的电解液的体系中会发生较为明显的铁溶出反应，从正极溶出的铁离子经过电解液迁移到负极（如石墨），会在负极表面和内部进行还原沉积。负极沉积的铁会：（1）占据离子传输通道，阻碍锂离子在石墨中的脱嵌，导致电池倍率性能和循环性能的衰减；（2）增厚sei膜，增大界面阻抗，同时也造成活性锂的损失；（3）催化电解液的分解，产生co2、ch4等气体；（4）诱导金属锂的不均匀沉积，刺穿隔膜，引发内短路，对电池安全性能带来严重的影响。电解液中由于水解等副反应产生的hf是造成lifepo4正极材料铁溶出的重要原因。在高温条件下，铁的溶出现象尤为明显，大型锂离子电池在实际应用中的工作温度范围为-20℃到80℃，因此，在储能领域，研究正极铁溶出的机理和改善措施具有重要的现实意义。

2、为了减弱铁离子负极沉积对电池电化学性能和安全性的影响，常见的解决方案包括：（1）在正极材料表面进行碳层包覆，阻止hf和正极lifepo4的接触；（2）在电解液中添加成膜添加剂（碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯），形成钝化膜，来阻止铁离子在负极的沉积；（3）在电解液中添加除水添加剂（硅烷、有机胺）来阻止hf的生成；（4）在电解液中添加除酸添加剂（氧化铝、氧化镁）中和已生产的hf，减弱hf对正极的腐蚀。但上述方案对铁溶出和沉积的抑制作用不明显，还需进一步探索新的策略来抑制铁沉积从而提高电池的循环性能和安全性。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种电解液、锂离子电池和用电设备，以提升锂离子电池的电化学性能和安全性能。

2、为了实现上述目的，本公开第一方面，提供一种电解液，包括锂盐、添加剂和溶剂，其中，所述添加剂包括具有如式（1）所示结构的化合物的至少一种：

3、式（1）；

4、其中，x1、x2相同且选自p或n；

5、r1、r2各自独立地选自碳原子数为6~14的取代或未取代的芳基；

6、r3、r4各自独立地选自碳原子数为1~4的烷基、碳原子数为6~14的取代或未取代的芳基；

7、l选自碳原子数为1~12的亚烷基、碳原子数为2~12的亚炔基、碳原子数为6~14的亚芳基；

8、r1、r2、r3、r4中的取代基分别独立地选自碳原子数为1~4的烷基、碳原子数为2~4的烯基。

9、可选地，r1、r2各自独立地选自取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基；

10、r3、r4各自独立地选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基；

11、l选自亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、亚乙炔基、亚苯基、亚联苯基；

12、r1、r2、r3、r4中的取代基分别独立地选自甲基、乙烯基。

13、可选地，所述添加剂选自以下化合物所组成的组：

14、

15、。

16、可选地，所述锂盐、所述添加剂与所述溶剂的重量比为1：（0.01~0.2）：（8~10）。

17、可选地，所述锂盐、所述添加剂与所述溶剂的重量比为1：（0.05~0.15）：（8.5~9.5）。

18、可选地，所述溶剂为选自碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂和醚类溶剂中的至少一种。

19、可选地，所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合物，所述碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的重量比为1：（0.3~1）：（0.3~1）。

20、可选地，所述锂盐为选自lipf6、lifsi和libob中的至少一种。

21、本公开第二方面，提供一种锂离子电池，包括负极、正极和本公开第一方面所述的电解液，所述正极包括磷酸铁锂和/或磷酸锰铁锂。

22、本公开第三方面，提供一种用电设备，包括本公开第二方面所述的锂离子电池。

23、通过上述技术方案，本公开的电解液含有特殊的添加剂，该添加剂一方面可以中和电解液中的hf而抑制正极材料的铁溶出反应，另一方面通过与电解液中溶解的铁离子形成配合物来阻止负极上的铁沉积；将该电解液用于锂离子电池中能够有效提高电池的电化学性能和安全性能。

24、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于，包括锂盐、添加剂和溶剂，其中，所述添加剂包括具有如式（1）所示结构的化合物的至少一种：

2.根据权利要求1所述的电解液，其中，r1、r2各自独立地选自取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基；

3.根据权利要求1或2所述的电解液，其中，所述添加剂选自以下化合物所组成的组：

4.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述锂盐、所述添加剂与所述溶剂的重量比为1：（0.01~0.2）：（8~10）。

5.根据权利要求4所述的电解液，所述锂盐、所述添加剂与所述溶剂的重量比为1：（0.05~0.15）：（8.5~9.5）。

6.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述溶剂为选自碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂和醚类溶剂中的至少一种。

7.根据权利要求1或6所述的电解液，其中，所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合物，所述碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的重量比为1：（0.3~1）：（0.3~1）。

8.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述锂盐为选自lipf6、lifsi和libob中的至少一种。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括负极、正极、和权利要求1~8中任意一项所述的电解液，所述正极包括磷酸铁锂和/或磷酸锰铁锂。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的锂离子电池。

技术总结本公开涉及一种电解液、锂离子电池和用电设备，该电解液包括锂盐、添加剂和有机碳酸酯溶剂。本公开的电解液含有特殊的添加剂，该添加剂一方面可以中和电解液中的HF而抑制正极材料的铁溶出反应，另一方面通过与电解液中溶解的铁离子形成配合物来阻止负极上的铁沉积；将该电解液用于锂离子电池中能够有效提高电化学性能和安全性能。技术研发人员：闫春柳,刘昆,承志伟受保护的技术使用者：比亚迪股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1