一种电解液和包含该电解液的电化学装置的制作方法

本申请涉及储能，特别地，本申请涉及一种电解液和包含该电解液的电化学装置。

背景技术：

1、锂电池在智能手机、无人飞行器和混合动力电动车方面存在广泛应用，然而，随着技术的进步，传统的锂离子电池已经难以满足需求。金属锂具有电势低(-3.04v vs标准氢电极)和比容量高(3860mah/g)的优势，是一种非常优异的负极材料，但是金属锂负极在充电的过程中存在锂枝晶的问题，锂枝晶继而会引起两方面的问题，首先，锂枝晶生长到一定的程度后发生断裂成为死锂，导致电池容量衰减；其次，锂枝晶不断生长，最终会刺穿隔膜，导致正负极短路并引发热失控。

2、硝酸锂作为控制锂枝晶生长最有效的添加剂之一，其主要作用原理是通过硝酸根在锂金属表面的还原产生快离子导体li3n或linxoy，从而形成无枝晶沉积。然而，该类盐在低介电常数的溶剂体系中溶解度非常低，导致其应用受限，这对于需要酯类电解液的高电压体系来说尤其明显。因此，有效提高硝酸锂在各类电解液体系中的溶解度是本领域亟待解决的问题。

3、目前研究人员提出了利用氟化铜(angew.chem.int.ed.2018,57,14055.)和砜类溶剂(angew.chem.int.ed.,2020,doi:10.1002/anie.202012005)来提高硝酸锂的溶解度的设想。但是这些方法中引入的新物质(例如铜离子和含硫的砜类)往往会钝化锂金属，导致电池的循环寿命有限。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电解液，该电解液包括第一添加剂和第二添加剂，其中，所述第一添加剂选自硝酸盐和亚硝酸盐，且第二添加剂选自氟代氮杂环化合物。

2、借助于根据本发明的电解液，尤其硝酸盐/亚硝酸盐和具有高介电常数的氟代氮杂环化合物的组合，显著提高了硝酸盐/亚硝酸盐在有机溶剂中的溶解度，并形成含氮保护层，尤其在电池的充电过程中，硝酸盐/亚硝酸盐和和氟代氮杂环化合物的组合在负极(例如锂金属或石墨)表面还原形成含氮保护层。此外，氟代氮杂环自身分解可形成含氟保护层。根据本申请的第一添加剂和第二添加剂的协同作用促进锂金属的均匀沉积，有效提高了锂基电池的循环寿命。

3、根据本发明的一个实施方案，所述第一添加剂包括选自以下的至少一者：硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铷、硝酸铯、亚硝酸钠、亚硝酸钾和亚硝酸钙。

4、根据本发明的一个优选实施方案，所述第一添加剂是硝酸钾。

5、根据本发明的一个实施方案，所述第二添加剂选自氟代吡啶或其衍生物。

6、根据本发明的一个实施方案，所述第二添加剂包括选自以下的至少一者：2-氟代吡啶、3-氟代吡啶、4-氟代吡啶、2,4-二氟吡啶、2,5-二氟吡啶、2,6-二氟吡啶和3,5-二氟吡啶。

7、根据本发明的一个优选实施方案，所述第二添加剂是3-氟代吡啶。

8、根据本发明的一个实施方案，基于所述电解液的总重量计，第一添加剂的含量在0.01重量％至10重量％的范围内，优选0.01重量％至5重量％的范围内。

9、根据本发明的一个实施方案，电解液中第二添加剂的重量是第一添加剂的重量的5倍以上，例如第二添加剂的重量是第一添加剂的重量的5.02倍以上、5.04倍以上、5.06倍以上、5.08倍以上或5.10倍以上，以保证第一添加剂的充分溶解。

10、过少的第一添加剂无法有效地控制锂枝晶的生长，因此在本发明的实施方案中第一添加剂的含量至少为0.01重量％，优选至少为0.1重量％，特别优选至少为0.2重量％。由于第二添加剂的含量至少为第一添加剂含量的5倍才能保证第一添加剂的完全溶解，当第一添加剂的含量超过10重量％时，则需要向电解液中加入含量超过50％的第二添加剂以促进第一添加剂的溶解，否则未溶解的第一添加剂将无法发挥作用，然而，含量过高的第二添加剂将对电池的循环性能和产气性能造成负面影响，这样的负面影响在第二添加剂的含量超过50重量％时尤其明显。因此，在本发明的实施方案中第一添加剂的含量至多为10重量％。

11、根据本发明的一个实施方案，基于所述电解液的总重量计，第一添加剂的含量在0.2重量％至5重量％的范围内，且第一添加剂在电解液中完全溶解。

12、根据本发明的一个实施方案，基于所述电解液的总重量计，第二添加剂的含量在0.01重量％至25重量％的范围内，优选0.01重量％至20重量％的范围内，特别优选1重量％至20重量％的范围。

13、根据本发明的一个实施方案，基于所述电解液的总重量计，第一添加剂的含量在0.2重量％至5重量％的范围内，且第二添加剂的含量在1重量％至20重量％的范围内，且第一添加剂在电解液中完全溶解。

14、根据本发明的一个实施方案，所述电解液还包含锂盐和有机溶剂，其中所述锂盐包括选自六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂中的至少一种。

15、根据本发明的一个实施方案，所述有机溶剂包括选自碳酸酯类、醚类、磷酸酯类、腈类、砜类、酰胺类有机试剂中的至少一种。

16、根据本发明的一个优选实施方案，所述有机溶剂为氟代碳酸乙烯酯、甲基三氟乙基碳酸酯、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯，碳酸二苯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、碳酸甲基乙基酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、碳酸亚丁酯中的至少一种。

17、根据本发明的一个实施方案，基于所述电解液的总体积计，所述锂盐的浓度在0.5mol/l至3mol/l的范围内。

18、本发明的目的还在于提供一种电化学装置，其中该电化学装置包括根据本发明的电解液，优选该电化学装置为锂离子电池或锂金属电池。

19、根据本发明的一个优选实施方案，本发明的电化学装置为锂金属电池。

20、本发明的目的还在于提供一种电子装置，该电子装置包括根据本发明的电化学装置。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于，该电解液包括第一添加剂和第二添加剂，其中，所述第一添加剂选自硝酸盐和亚硝酸盐，且第二添加剂选自氟代氮杂环化合物。

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第一添加剂包括选自以下的至少一者：硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铷、硝酸铯、亚硝酸钠、亚硝酸钾和亚硝酸钙。

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第二添加剂选自氟代吡啶或其衍生物。

4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第二添加剂包括选自以下的至少一者：2-氟代吡啶、3-氟代吡啶、4-氟代吡啶、2,4-二氟吡啶、2,5-二氟吡啶、2,6-二氟吡啶和3,5-二氟吡啶。

5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的总重量计，第一添加剂的含量在0.01重量％至10重量％的范围内，优选0.2重量％至5重量％的范围内。

6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的总重量计，第二添加剂的含量在0.01重量％至25重量％的范围内，优选1重量％至20重量％的范围内。

7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包含锂盐和有机溶剂，其中所述锂盐包括选自六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂中的至少一种，并且其中所述有机溶剂包括选自碳酸酯类、醚类、磷酸酯类、腈类、砜类、酰胺类有机试剂中的至少一种，优选的，所述有机溶剂为氟代碳酸乙烯酯、甲基三氟乙基碳酸酯、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯，碳酸二苯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、碳酸甲基乙基酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、碳酸亚丁酯中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液中所述第二添加剂的重量是所述第一添加剂的重量的5倍以上。

9.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括根据权利要求1至8中任一项所述的电解液。

10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括权利要求9所述的电化学装置。

技术总结
本发明提供一种电解液，该电解液包括第一添加剂和第二添加剂，其中，所述第一添加剂选自硝酸盐和亚硝酸盐，且第二添加剂选自氟代氮杂环化合物。

技术研发人员：李思远
受保护的技术使用者：蔚来电池科技（安徽）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23