电解液及其制备方法、电化学装置、电化学储能装置、用电装置与流程

本申请属于新能源，具体涉及一种电解液及其制备方法、电化学装置、电化学储能装置、用电装置。

背景技术：

1、电池凭借工作电压高、循环寿命长、自放电率低以及环境友好等优点，已成为目前最具应用前景的电化学能量存储体系之一，被广泛应用于纯电动汽车、混合动力电动汽车、智能电网储能等领域。随着终端应用场景对续航能力提出更高要求，亟需开发具有更高能量密度的电池体系，以有效缓解电动汽车的续航里程焦虑问题。

2、在目前已知的负极活性材料中，硅基负极材料的开发与应用受到广泛关注。

3、然而，硅在嵌锂/脱锂过程中伴随体积膨胀效应，导致负极表面的电解质界面膜在充放电循环过程中反复破裂，从而影响电池的长期循环稳定性及快速充电能力。

技术实现思路

1、本申请旨在提供一种电解液及其制备方法、电化学装置、电化学储能装置、用电装置，用于解决硅在嵌锂/脱锂过程中伴随体积膨胀效应，导致负极表面的电解质界面膜在充放电循环过程中反复破裂，从而影响电池的长期循环稳定性及快速充电能力的问题。

2、为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

3、第一方面，本申请实施例提出了一种电解液，所述电解液包括卤代碳酸酯、草酸型锂盐、含氟有机硅烷化合物。

4、在一种实施例中，所述含氟有机硅烷化合物的化学式如式i,

5、

6、其中，r1、r2、r3独立地包括碳原子数为1~5的取代或未取代的基团，所述基团包括烷基、芳基、烯基、炔基、烷氧基中的至少一种。

7、在一种实施例中，所述含氟有机硅烷化合物包括以下化学式中的至少一种，

8、

9、在一种实施例中，所述草酸型锂盐包括草酸硼酸锂盐、草酸磷酸锂盐中的至少一种。

10、在一种实施例中，所述草酸硼酸锂盐包括二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种；和/或，

11、所述草酸磷酸锂盐包括二氟草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、双草酸磷酸锂中的至少一种。

12、在一种实施例中，所述卤代碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯中的至少一种。

13、在一种实施例中，按照电解液的质量为计，所述卤代碳酸酯的质量百分含量为a%、草酸型锂盐的质量百分含量为b%、含氟有机硅烷化合物的质量百分含量为c%;

14、其中，所述a的范围值为1≤a≤12；和/或，

15、所述b的范围值为0.01≤b≤1；和/或，

16、所述c的范围值为0.01≤c≤1。

17、在一种实施例中，a/(b+c)的范围值为1.3~50；和/或，

18、b/c的范围值为0.06~5。

19、在一种实施例中，所述电解液还包括非水溶剂和/或锂盐；

20、其中，所述非水溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯中的至少一种；和/或，

21、所述锂盐包括二氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双(三氟甲磺酰)亚胺锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二(五氟乙基磺酰)亚胺锂、三(三氟甲磺酰)甲基锂、六氟锑酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂中的至少一种。

22、第二方面，本申请实施例提出了一种电解液的制备方法，所述制备方法适用于上述的电解液，所述制备方法包括：

23、将卤代碳酸酯、草酸型锂盐、含氟有机硅烷化合物混合，获得成膜添加剂；

24、根据所述成膜添加剂获得所述电解液。

25、第三方面，本申请实施例提出了一种电化学装置，所述电化学装置包括正极、负极、隔膜和上述的电解液，其中，所述隔膜设置于所述正极和所述负极之间。

26、在一种实施例中，满足以下条件中的至少一项：

27、所述负极包括负极集流体和设置于所述负极集流体的负极活性材料，所述负极活性材料包括硅碳材料、碳基材料中的至少一种；

28、所述正极包括正极集流体和设置于所述正极集流体的正极活性材料，所述正极活性材料为层状锂复合氧化物，所述层状锂复合氧化物的通式为li1+xniycozmn(1-y-z)o2,其中，-0.1≤x≤0.2；0.5≤y≤1，0.05≤z≤0.5。

29、第四方面，本申请实施例提出了一种电化学储能装置，所述电化学储能装置包括上述的电化学装置。

30、第五方面，本申请实施例提出了一种用电装置，包括上述的电化学储能装置，所述电化学储能装置作为所述用电装置的供电电源。

31、相对于现有技术，本申请具有以下优势：

32、本申请实施例中，通过在电解液中加入卤代碳酸酯，卤代碳酸酯可优先在硅基负极新鲜裸露界面原位重构、生成稳定负极电解质界面钝化膜，有效隔绝硅基底与电解液直接接触，抑制电解液无序分解消耗，从而提升循环性能；同时，在电解液中引入含氟有机硅烷化合物与草酸型锂盐，含氟有机硅烷化合物可在正极表面构筑致密、超薄且具备高离子电导率的正极电解质界面膜；草酸型锂盐可同时在负极、正极两侧界面同步生成稳定、致密的离子传导界面钝化层，从正负极两端双向优化界面稳定性。

33、综上，通过电解液中卤代碳酸酯、含氟有机硅烷化合物与草酸型锂盐三者协同配合，有效解决硅在嵌锂/脱锂过程中伴随体积膨胀效应导致负极表面的电解质界面膜在充放电循环过程中反复破裂的问题，实现降低界面阻抗，进而提升电池循环稳定性及快速充电能力。

34、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

1.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括卤代碳酸酯、草酸型锂盐、含氟有机硅烷化合物。

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述含氟有机硅烷化合物的化学式如式i,

3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述含氟有机硅烷化合物包括以下化学式中的至少一种，

4.根据权利要求1-3任一所述的电解液，其特征在于，所述草酸型锂盐包括草酸硼酸锂盐、草酸磷酸锂盐中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述草酸硼酸锂盐包括二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种；和/或，

6.根据权利要求1-3任一所述的电解液，其特征在于，所述卤代碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯中的至少一种。

7.根据权利要求1-6任一所述的电解液，其特征在于，按照电解液的质量为计，所述卤代碳酸酯的质量百分含量为a%、草酸型锂盐的质量百分含量为b%、含氟有机硅烷化合物的质量百分含量为c%;

8.根据权利要求7所述的电解液，其特征在于，a/(b+c)的范围值为1.3~50；和/或，

9.根据权利要求1-8任一所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括非水溶剂和/或锂盐；

10.一种电解液的制备方法，其特征在于，所述制备方法适用于权利要求1~9任一所述的电解液，所述制备方法包括：

11.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括正极、负极、隔膜和权利要求1~9任一所述的电解液，其中，所述隔膜设置于所述正极和所述负极之间。

12.根据权利要求11所述的电化学装置，其特征在于，满足以下条件中的至少一项：

13.一种电化学储能装置，其特征在于，所述电化学储能装置包括权利要求11~12任一所述的电化学装置。

14.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求13所述的电化学储能装置，所述电化学储能装置作为所述用电装置的供电电源。