CN120565816B - 一种电解液、电池、用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电解液、电池、用电设备，该电解液包括酰胺类含氟单体，所述酰胺类含氟单体包括式1所示化合物，有利于抑制高温下电解液的分解、以及电解液与正负极材料之间的副反应，提升正负极片与电解液之间界面的稳定性，进而兼顾提升电池的高温存储的电化学性能和安全性能。

Description

一种电解液、电池、用电设备

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电解液、电池、用电设备。

背景技术

电解液是电池的重要组成成分，目前电池采用的电解液一般为液体电解液，当温度较高时，由于液体电解液与正负极材料会发生强烈的副反应等原因，使电解液分解，加速电池的电芯失效，导致电池的安全性能和高温存储性能劣化，以上问题亟需解决。

发明内容

本申请提供一种电解液、电池、用电设备，可以抑制高温下电解液的分解、以及电解液与正负极材料之间的副反应，提升正负极片与电解液之间界面的稳定性，进而兼顾提升电池的高温存储的电化学性能和安全性能。

第一方面，本申请提供一种电解液，所述电解液包括酰胺类含氟单体，所述酰胺类含氟单体包括式1所示化合物：

R₁-CO-NH-R₂ 式1，

其中，R₁和R₂中的至少一者选自碳原子数大于或等于5的含氟碳链。

在一种可能的实施方式中，所述含氟碳链的碳原子数为5~10中。

在一种可能的实施方式中，所述含氟碳链包括全氟烷基链，所述全氟烷基链的碳原子数小于或等于所述含氟碳链的碳原子数。

在一种可能的实施方式中，所述全氟烷基链的碳原子数与所述含氟碳链的总碳原子数的比为70%~100%。

在一种可能的实施方式中，所述含氟碳链还包括酰胺基团和/或亚烷基。

在一种可能的实施方式中，所述R1具有式2所示结构：

R₃-L- 式2，

其中，R₃表示全氟烷基链，L表示单键、酰胺基团、或者亚烷基。

在一种可能的实施方式中，所述亚烷基包括亚甲基和/或亚乙基。

在一种可能的实施方式中，所述R₁和R₂中的一者选自所述含氟碳链，另一者选自氢原子或酰胺基团。

在一种可能的实施方式中，所述酰胺类含氟单体包括CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂-CO-NH₂、CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂-CO-NH₂、CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂-CO-NH₂、CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂CH₂-CO-NH₂、CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂-NH-CO-CO-NH₂中的一种或多种。

在一种可能的实施方式中，所述电解液还包括有机溶剂，所述酰胺类含氟单体与所述有机溶剂的质量比为5：90~20：70。

在一种可能的实施方式中，所述电解液具有相变温度，所述电解液在小于所述电解液的相变温度的温度条件下为液体。

在一种可能的实施方式中，所述相变温度为50-80℃。

在一种可能的实施方式中，所述电解液满足：在所述相变温度下，所述电解液由液体转为非液体的转变时间为0.5min~5min。

在一种可能的实施方式中，所述电解液还包括有机溶剂。

在一种可能的实施方式中，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯和丙酸丁酯中的一种或多种。

在一种可能的实施方式中，所述电解液还包括电解质盐和成膜添加剂。

在一种可能的实施方式中，所述电解质盐包括锂盐，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或多种；和/或，所述成膜添加剂包括二草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烷磺酸内酯、聚苯硫醚、乙烯基硫酸酯、三（三甲基硅烷）磷酸酯、三（三甲基硅基）亚磷酸酯中的一种或多种。

第二方面，本申请提供一种电池，包括上述电解液。

第三方面，本申请提供一种用电设备，包括上述电池。

本申请提供一种电解液、电池、用电设备，该电解液包括酰胺类含氟单体，酰胺类含氟单体包括式1所示化合物，有利于抑制高温下电解液的分解以及电解液与正负极材料之间的副反应，从而提升正负极片与电解液之间界面的稳定性，进而兼顾提升电池的高温存储的电化学性能和安全性能。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请的实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种电解液，电解液包括酰胺类含氟单体，酰胺类含氟单体包括式1所示化合物：

R₁-CO-NH-R₂ 式1，

其中，R₁和R₂中的至少一者选自碳原子数大于或等于5的含氟碳链（下简称含氟碳链)。

根据发明人的研究，上述电解液为相变电解液，在上述体系下，酰胺类含氟单体具有长碳链和酰胺基团，在电池的工作过程中，当达到电解液的相变温度时，酰胺类含氟单体通过长碳链的疏水作用和酰胺基团的氢键作用进行物理交联形成三维网络结构，束缚电解液中的溶剂，使电解液由液体变为非液体，减少溶剂与正负极活性物质接触，抑制电解液发生副反应与分解；其中，酰胺类含氟单体通过氟原子增强电解液的疏水性、化学惰性和热稳定性，提升电池高温存储的电化学性能以及安全性能。

具体地，含氟碳链包括碳原子数大于或等于5的含氟烷基链（以下简称含氟烷基链），含氟烷基链包括一个或多个氟取代的亚甲基，氟取代的亚甲基的碳原子上可以被一个氟取代或者被多个氟取代，含氟烷基链具体可包括一个或多个氟取代的亚甲基，还可以包括未被氟取代的亚甲基，氟取代的亚甲基的数量可以大于未被氟取代的亚甲基的数量。

式1所示化合物可以通过以下方法测出：采用高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）方法，利用高效液相色谱（HPLC）分离式1所示化合物与电解液中的其他成分，质谱（MS）通过特征离子定性，含氟单体的质谱峰可体现氟元素的同位素分布，结合酰胺键的碎片确认结构；通过外标法（配制单体标准溶液）定量分析，得到式1所示化合物的定性定量结果。另外，此质谱通过测量离子的质荷比确定单体分子量，分子量可以反推得到碳链长度（即C原子数），可以测得含氟碳链的长度以及式1所示化合物的结构（即酰胺类含氟单体的种类）。

在一些实施例中，含氟碳链的碳原子数为5~10，例如5、6、7、8、9、10，含氟碳链过长，分子量增大，粘度会显著增加，可能导致电解液溶解性变差，难以溶解足够的锂盐，或者与其他溶剂组分（如碳酸酯）的相容性变差，且离子电导率下降，高粘度阻碍锂离子的迁移，降低电池的倍率性能，含氟碳链的碳原子数为5~10，更有利于提升酰胺类含氟单体的疏水作用，更利于其在高温下形成三维网络结构，束缚有机溶剂，使电解液由液态变为非液态，从而减少溶剂与正负极活性物质接触，抑制高温下电解液与正负极材料之间的副反应、以及电解液的分解，更利于提升电池高温存储的电化学性能以及安全性能。

在一些实施例中，含氟碳链包括全氟烷基链（即烷基链中的氢原子全部被氟取代)，该全氟烷基链的碳原子数小于或等于含氟碳链的碳原子数(即含氟碳链的总碳原子数)，全氟烷基链中的氟原子可以增强电解液的疏水性、化学惰性和热稳定性，可以进一步抑制高温下电解液的分解、以及电解液与正负极材料之间的副反应，进而兼顾提升电池的高温存储的电化学性能和安全性能。

在一些实施例中，全氟烷基链的碳原子数与含氟碳链的总碳原子数的比为70%~100%，例如70%、75%、80%、83%、85%、86%、88%、90%、95%、100%或其中任意两者组成的范围，全氟烷基链的碳原子数占比较高表示氟原子的占比较大，有利于增强电解液的疏水性、化学惰性和热稳定性，可以进一步抑制高温下电解液的分解、以及电解液与正负极材料之间的副反应，进而兼顾提升电池的高温存储的电化学性能和安全性能。

在一些实施例中，含氟碳链还包括酰胺基团，更利于酰胺类含氟单体在高温下形成三维网络结构，束缚有机溶剂，使电解液由液体变为非液体，从而减少溶剂与正负极活性物质接触，抑制电解液与正负极材料之间的副反应与电解液分解，更利于提升电池高温存储的电化学性能以及安全性能。

在一些实施例中，含氟碳链还包括亚烷基，亚烷基能够降低含氟碳链刚性，打破全氟烷基链的强疏水聚集倾向，提升单体在电解液中的溶解分散性，亚烷基柔性链段使单体中的酰胺基团更易接近溶剂分子，促进高效交联，束缚有机溶剂，使电解液由液体变为非液体，从而减少溶剂与正负极活性物质接触，抑制电解液与正负极材料之间的副反应与电解液分解，更利于提升电池高温存储的电化学性能以及安全性能。

具体地，当含氟碳链包括全氟烷基链、酰胺基团和亚烷基时，亚烷基可以连接在全氟烷基链和酰胺基团之间。

在一些实施例中，R₁具有式2所示结构：

R₃-L- 式2，

其中，R₃表示全氟烷基链，L表示单键、酰胺基团或者亚烷基。

具体地，当R₂为氢原子，R₃表示全氟烷基链，L表示单键时，酰胺类含氟单体包括式3所示化合物：

R₃-CO-NH₂ 式3。

当R₂为氢原子，R₃表示全氟烷基链，L表示亚烷基时，酰胺类含氟单体包括式4所示化合物：

R₃-(CH₂)n-CO-NH₂ 式4；

其中，n表示未被氟取代的亚烷基的数量。

当R₁为酰胺基团，R₂选自含氟碳链时，酰胺类含氟单体包括式5所示化合物：

R₂-NH-CO-CO-NH₂ 式5。

在一些实施例中，亚烷基包括至少一个亚烷基，该亚烷基例如包括亚甲基和/或亚乙基，可以进一步抑制高温下电解液的分解、以及电解液与正负极材料之间的副反应，提升正负极片与电解液之间界面的稳定性，进而兼顾提升电池的高温存储的电化学性能和安全性能。

在一些实施例中，R₁和R₂中的一者选自碳原子数大于或等于5的含氟碳链，另一者选自氢原子或酰胺基团。

具体地，R₁和R₂中的一者选自全氟烷基链，另一者选自氢原子或酰胺基团，有利于电解液达到相变温度时，酰胺类含氟单体形成三维网络，有利于束缚电解液中的有机溶剂，有利于进一步抑制高温下电解液的分解、以及电解液与正负极材料之间的副反应，提升正负极片与电解液之间界面的稳定性，进而兼顾提升电池的高温存储的电化学性能和安全性能。

在一些实施例中，酰胺类含氟单体包括CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂-CO-NH₂、CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂-CO-NH₂、CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂-CO-NH₂、CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂CH₂-CO-NH₂、CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂-NH-CO-CO-NH₂中的一种或多种，可以进一步增强电解液的疏水性、化学惰性和热稳定性，提升电池的高温存储的电化学性能和安全性能。

在一些实施例中，电解液还包括有机溶剂，酰胺类含氟单体与有机溶剂的质量比为5：90~20：70，例如5：90、10：90、10：80、10：70、15：85、20：70或其中任意两者组成的范围。根据发明人的研究，在电解液中引入具有式1所示的酰胺类含氟单体，该电解液具有相变特性，控制酰胺类含氟单体与有机溶剂的质量比在上述范围，在高于相变温度时，电解液中的有机溶剂更利于被酰胺类含氟单体形成三维网络结构所束缚，有利于电解液在高温下由液体变为非液体，减少有机溶剂与正负极活性物质接触，更利于抑制电解液与正负极材料之间的副反应与电解液分解，提升电池高温存储的电化学性能以及安全性能。更利于高温下使电解液由液体至非液体的转变，从而减少有机溶剂与正负极活性物质接触，抑制电解液与正负极材料发生副反应与电解液分解，更利于提升电池高温存储的电化学性能以及安全性能。

本发明实施例中，电解液中酰胺类含氟单体等组分的含量可通过常规方法测得，例如通过气相色谱-质谱联用技术（或简称GC-MS）等方法测得。

具体实施时，电解液中酰胺类含氟单体与有机溶剂的质量比可以通过以下方法测得：采用GC-MS方法，将电解液样品注入气相色谱（GC），在色谱柱中被分离成单一组分，按保留时间依次流出。流出组分进入质谱（MS）离子源，被电离并碎裂成离子。离子按m/z在质量分析器中被分离。分离后的离子被检测器检测，产生电信号。定性结果结合保留时间和质谱图（与标准库比对）鉴定每个色谱峰对应的电解液组分。利用目标组分的色谱峰面积，通过外标法或内标法建立的标准曲线，计算出该组分在原始电解液样品中的含量（浓度或百分比），可分别得到酰胺类含氟单体在原始电解液样品中的含量和有机溶剂在原始电解液样品中的含量，进一步可以得出电解液中酰胺类含氟单体与有机溶剂的质量比。

在一些实施例中，电解液具有相变温度，电解液在第一温度下为液体，第一温度小于电解液的相变温度；电解液在第二温度下为非液体，第二温度大于或等于电解液的相变温度，此时，酰胺类含氟单体之间发生胶粘形成三维网络结构，一个酰胺类含氟单体的酰胺基团与另一个酰胺类含氟单体的亚烷基连接，且不与电解液中的其他物质发生反应，电解液中的有机溶剂更利于被酰胺类含氟单体形成三维网络结构所束缚。

在上述体系下，由第一温度升温至第二温度后，酰胺类含氟单体通过长碳链的疏水作用和酰胺基团的氢键作用形成三维网络结构，束缚电解液中的溶剂，电解液由液体变为非液体，减少溶剂与正负极活性物质接触，抑制电解液与正负极材料发生副反应与电解液分解，提升电池高温存储的电化学性能以及安全性能，当由第二温度降温至第一温度后，电解液由非液体转变回液体，作为液态电解液发挥作用。举例来说，由第一温度升温至第二温度后，电解液由液态转变为非液体，该非液体具体可为凝胶态，即电解液由液体转变为凝胶态物质。

在一些实施例中，相变温度为50-80℃，例如50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或其中任意两者组成的范围，更利于提升电池高温存储的电化学性能以及安全性能。

在一些实施例中，电解液满足：在相变温度下，电解液由液体转为非液体的转变时间为0.5min~5min（等同于30s～300s），即电解液的相转变时间为0.5min~5min，例如0.5min、1min、2min、3min、4min、5min或其中任意两者组成的范围，有利于促进电解液在相变温度下快速由液体变为非液体，减少溶剂与正负极活性物质接触，更利于抑制电解液与正负极材料发生副反应与电解液分解，兼顾提升电池高温存储的电化学性能以及安全性能。

在一些实施例中，电解液满足：在50-80℃下，电解液由液体转为非液体的转变时间为0.5min~5min，例如0.5min、1min、2min、3min、4min、5min或其中任意两者组成的范围，有利于促进电解液由液体变为非液体，减少溶剂与正负极活性物质接触，更利于抑制电解液与正负极材料发生副反应与电解液分解，兼顾提升电池高温存储的电化学性能以及安全性能。具体地，前述温度可以为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或其中任意两者组成的范围。

在一些实施例中，有机溶剂占电解液的质量百分比为70%~90%，例如70%、75%、80%、85%、90%或其中任意两者组成的范围。

在一些实施例中，有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯和丙酸丁酯中的一种或多种。

此外，电解液还可以包括电解质盐和成膜添加剂，根据发明人的研究，电解质盐有利于电池中活性离子的传输（如锂离子电池中的锂离子传输），成膜添加剂有利于在正负极活性物质表面形成保护膜，保持正负极活性物质的结构稳定，有利于提升电池的存储的电化学性能等性能。

在一些实施例中，电解液中电解质盐的浓度为0.8 mol/L~1.5 mol/L，例如0.8mol/L、1 mol/L、1.3 mol/L、1.5 mol/L或其中任意两者组成的范围，有利于促进电池中活性离子的迁移，提升电池的高温存储的电化学性能。

在一些实施例中，电解质盐包括锂盐，锂盐包括六氟磷酸锂（LiPF₆）、双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）、双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）中的一种或多种。

在一些实施例中，电解液中锂盐的浓度为0.8 mol/L~1.5 mol/L，例如0.8 mol/L、1 mol/L、1.3 mol/L、1.5 mol/L或其中任意两者组成的范围，有利于促进电池中锂离子的迁移，提升电池的高温存储的电化学性能。

在一些实施例中，成膜添加剂占电解液的质量百分比为5%~20%，例如5%、10%、15%、20%或其中任意两者组成的范围。

在一些实施例中，成膜添加剂包括二草酸硼酸锂（LiBOB）、四氟硼酸锂（LiBF₄）、二草酸硼酸锂（LiBOB）、二氟草酸硼酸锂（LiODFB）二氟磷酸锂（LiPO₂F₂）、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、碳酸乙烯亚乙酯（VEC）、1,3-丙烷磺酸内酯（PS）、聚苯硫醚（PST）、乙烯基硫酸酯（DTD）、三（三甲基硅烷）磷酸酯（TMSP）、三（三甲基硅基）亚磷酸酯（TMSPi）的一种或多种。

在一些实施例中，成膜添加剂与有机溶剂的质量比为5：90~20：70，例如5：90、10：90、10：80、10：70、15：70、20：70或其中任意两者组成的范围。

本申请实施例中，可以将式1所示的酰胺类含氟单体、电解质盐、成膜添加剂和有机溶剂等用于形成电解液的组分混合，制得电解液。具体可按照电解液的常规制备工序制得电解液，对此不作特别限制。

本申请实施例还提供一种电池，包括上述电解液或按照上述电解液制备方法制得的电解液，具有与上述电解液相对应的性质，在此不再赘述。

本申请实施例的电池可以为锂离子电池。

一般情况下，电池包括电芯、电解液以及封装电芯的壳体，电解液注入于壳体内的电芯中，电芯包括正极片、负极片、以及位于正极片和负极片之间的隔膜。其中，电芯可以是卷绕式电芯和/或叠片式电芯。

本发明实施例可通过本领域常规方法制备电池，举例来说，可以将正极片、隔膜、负极片交错层叠设置，制得叠片式电芯；或将正极片、隔膜、负极片按顺序卷绕，制得卷绕式电芯，然后将电芯置于壳体中，经注液（即注入电解液）、封装、静置、化成、分容等常规工序后，制得电池。

具体地，正极片包括正极集流体、以及位于正极集流体的至少一侧表面的正极涂层（正极活性物质层），具体可在可以在正极集流体的一侧表面设置正极涂层，或者在正极集流体的厚度方向上的相对两侧的表面均分别设有正极涂层。

具体地，正极涂层可包括正极活性物质（正极活性材料）、正极导电剂和正极粘结剂，其均可以为本领域常规材料，举例来说，正极活性物质可包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、正极三元材料中的一种或多种，正极三元材料可包括镍钴锰三元材料（NCM）和/或镍钴铝三元材料，正极导电剂可包括导电炭黑、碳纳米管（CNT）、乙炔黑、石墨烯、科琴黑、碳纤维中的一种或多种；正极粘结剂可以包括聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、含环氧乙烷的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯等中的一种或多种。

本发明实施例可采用本领域常规正极集流体，例如，正极集流体包括铝箔。

本发明实施例中，正极片可通过本领域常规方法制得，例如通过涂布法制得，具体来说，可以将正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂等用于形成正极涂层的组份分散于正极溶剂中，正极溶剂例如包括N-甲基吡咯烷酮（NMP），配制成正极浆料，然后将其涂布于正极集流体的表面，经烘干、辊压等工序后，制得正极片。其中，所涉及的涂布、烘干、辊压等工序是采用涂布法制备正极片的常规操作，对此不作特别限制。

具体地，负极片包括负极集流体、以及位于负极集流体的至少一侧表面的负极活性物质层（负极涂层），具体可在可以在负极集流体的一侧表面设置负极涂层，或者在负极集流体的厚度方向上的相对两侧的表面均分别设有负极涂层。

具体地，负极涂层可包括负极活性物质（负极活性材料）、负极导电剂和负极粘结剂，其均可以为本领域常规材料，举例来说，负极活性物质可包括石墨，石墨包括人造石墨；负极导电剂可包括导电炭黑、碳纳米管（CNT）、乙炔黑、石墨烯、科琴黑、碳纤维中的一种或多种；负极粘结剂可以包括丁苯橡胶（SBR）、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、含环氧乙烷的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠中的一种或多种。

本发明实施例可采用本领域常规负极集流体，例如，负极集流体包括铜箔。

本发明实施例中，负极片可通过本领域常规方法制得，例如通过涂布法制得，具体来说，可以将负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂等用于形成负极涂层的组份分散于负极溶剂中，负极溶剂例如包括水，配制成负极浆料，然后将其涂布于负极集流体的表面，经烘干、辊压等工序后，制得负极片。其中，所涉及的涂布、烘干、辊压等工序是采用涂布法制备负极片的常规操作，对此不作特别限制。

本发明实施例中，隔膜用于间隔正极片和负极片，避免正极片和负极片接触短路，本发明实施例可采用本领域常规隔膜，例如，隔膜包括聚丙烯膜（PP膜）、聚乙烯膜（PE膜）中的一种或多种，但不局限于此。

本发明实施例中，可采用本领域常规壳体材料封装电芯，壳体例如包括铝塑膜等软包装材料（此时的电池为软包装电池），但不局限于此。

一般情况下，上述的电池可以为单体电池，或者为电池模组、电池包等电池形态，电池模组或电池包包括多个单体电池，这些单体电池连接形成电池模组或电池包。其中，这些单体电池可通过本领域常规方法电连接，例如串联、并联、或者同时包括这些连接方式的混联等，本申请对此不作特别限制。

本申请实施例还提供一种用电设备，包括上述电池，具有与上述电池相对应的性质。

本申请实施例的用电设备可以为本领域常规用电设备，例如是动力设备（如电动车、电动汽车）、电子设备（如手机、平板电脑、笔记本电脑、数码相机等）、可穿戴设备（如手表、手环、VR眼镜等）、储能电站等。

以下，通过具体实施例对本发明进行进一步的介绍。

实施例1

1、电解液的制备

将CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂CH₂-CO-NH₂、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、LiPF₆、LiPO₂F₂、LiODFB、VC混合，得到电解液。其中，LiPF₆的浓度为0.85mol/L，CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂CH₂-CO-NH₂、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、LiPO₂F₂、LiODFB、VC的质量比见表1-表3。

2、正极片的制备

将正极活性物质（三元镍钴锰正极活性材料，其中镍（Ni）钴(Co)锰(Mn)的摩尔比为Ni：Co：Mn=1：1：1）、导电剂（炭黑）、粘结剂（PVDF）按照质量比96：2.5：1.5混合，并加入NMP，搅拌均匀，配制成正极浆料；

将正极浆料涂布在铝箔的正反两个表面，经烘干和辊压后，在铝箔的正反两个表面形成正极涂层，制得正极片。

3、负极片的制备

将负极活性物质（天然石墨）、导电剂（炭黑）、粘结剂（SBR）: 粘结剂（CMC）按照质量比96.4：1.5：1：1.1混合，并加入去离子水，搅拌均匀，配制成负极浆料；

将负极浆料涂布在铜箔的正反两个表面，经烘干和辊压后，在铜箔的正反两个表面形成负极涂层，制得负极片。

4、电池的组装

将正极片、隔膜（PE膜）和负极片交替层叠设置，组装成叠片式电芯；将叠片式电芯置于铝塑膜包装壳中，注入1中的电解液，经过静置、热冷压、化成、分容等工序，制作得到电池。

实施例2

与实施例1的不同之处在于，将CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂CH₂-CO-NH₂、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、LiPF₆、LiPO₂F₂、LiFSI、VC、DTD混合，得到电解液。其中，LiPF₆的浓度为1mol/L，CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂CH₂-CO-NH₂、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、LiPO₂F₂、LiFSI、VC、DTD的质量比见表1-表3。

其余步骤与条件与实施例1保持一致。

实施例3

与实施例1的不同之处在于，将CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂-NH-CO-CO-NH₂、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、LiPF₆、LiPO₂F₂、LiODFB、DTD混合，得到电解液。其中，LiPF₆的浓度为0.85mol/L，CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂-NH-CO-CO-NH₂、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、LiPO₂F₂、LiODFB、DTD的质量比见表1-表3。

其余步骤与条件与实施例1保持一致。

实施例4-实施例14

与实施例1的不同之处在于，酰胺类含氟单体种类、酰胺类含氟单体与有机溶剂的质量比、有机溶剂种类、各有机溶剂与有机溶剂总质量的比、成膜添加剂种类、各成膜添加剂与成膜添加剂总质量的比和锂盐浓度不同，具体见表1-表4。

其余步骤与条件与实施例1保持一致。

对比例1

与实施例1的不同之处在于，电解液中不含CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂CH₂-CO-NH₂，其余步骤与条件与实施例1保持一致。

对比例2

与实施例1的不同之处在于，电解液中酰胺类含氟单体中含氟碳链的碳原子数小于5，其余步骤与条件与实施例1保持一致。

对比例3

与实施例1的不同之处在于，将电解液中酰胺类含氟单体替换为酰胺类单体，其余步骤与条件与实施例1保持一致。

分别通过如下过程对实施例与对比例中的电池进行测试，测试结果见表4：

（1）高温储存性能测试

容量测试：将电池在25℃下搁置4h，然后以1C的电流密度恒流放电到2.8V，然后搁置15min，然后进行循环充放电三次，循环充放电的步骤如下：以1C恒流恒压充电到4.2V，截止电流0.05C，再搁置15min，1C 恒流放电到2.8V，搁置15min。第三次循环充放电过程中的放电容量记为初始容量Q₀。

储存性能测试：循环充放电结束后，调节电池荷电状态（SOC）到60%：以1C=Q₀恒流恒压充电到3.7V，截止电流0.05C，然后搁置0.5h，记录搁置末端电压E₁，以8C放电10s，记录放电末端电压E₂，数据记录间隔100ms，搁置5min。然后调整电池到目标100%SOC（以1C=Q₀恒流恒压充电到4.2V，截止电流0.05C，搁置30min），然后60℃下搁置4h，并60℃下储存720h（60天），25℃下搁置4h，按上述容量测试方法，测试电池容量Q₁，然后调节电池荷电状态（SOC）到60%（以1C=Q₁恒流恒压充电到3.7V，截止电流0.05C），然后搁置0.5h，记录搁置末端电压E₃，放电10s，记录放电末端电压E₄，数据记录间隔100ms，搁置5min。

容量保持率=Q₁/ Q₀×100%；

高温储存前电池阻抗= E₂-E₁/电流；

高温储存后电池阻抗= E₄-E₃/电流；

阻抗增长率=高温储存后电池阻抗/高温储存前电池阻抗×100%，各实施例和对比例的电池的容量保持率和阻抗增长率结果见表4。

（2）安全性能测试

按照GB38031-2020 8.1.5对电池进行加热实验，测试电池的安全性，各实施例和对比例的电池的安全性能测试结果见表4。

（3）电解液的相变温度测试

设备：旋转流变仪；

测试模式：温度扫描；

升温速率：1°C/min；升高2℃后在该温度下保温10min；

相变温度：当G'(储能模量)>G"(损耗模量)时对应的温度（G'(储能模量)>G"(损耗模量)的交叉点）即为相变温度，测得各实施例和对比例的电解液的相转变温度结果见表4。

（4）电解液的相转变时间测试

相转变时间：在相变温度下，采用动态流变测试，相变总时间（Δt）的计算公式为：Δt=tend-tstart，其中Δt表示从相转变启动到体系达到稳定状态的完整持续时长；

tstart：相转变起始时间，标志着体系开始偏离初始状态（偏离程度5%时认为是相变起始点），进入转变过程，G'(strat)对应的时间tstart。G'(start)=G'₀×1.05，G'₀为测试开始第一个储能模量值，即体系偏离初始状态程度5%时测试的储能模量值；

tend：相转变终止时间，标志着体系完成转变，达到新的稳定状态，判断条件：G'和G"进入平台期，G'(end)对应的时间tend。G'(end)＝G'_结束×1.05，G'_结束为测试结束时最后一个储能模量值，即体系达到新的稳定状态时测试的储能模量值。各实施例和对比例的电解液的相转变时间结果见表4。

表1电解液中酰胺类含氟单体种类及酰胺类含氟单体与有机溶剂的质量比

表2实施例1-8的电解液中有机溶剂和成膜添加剂的种类及其含量

表3实施例9-14和对比例1-3的电解液中有机溶剂和成膜添加剂的种类及其含量

表4电解液的锂盐浓度、相转变温度和相转变时间及电池的性能测试

从表4中可以看出，相对于对比例1-对比例3，实施例1~实施例14中的电解液引入酰胺类含氟单体，且酰胺类含氟单体包括式1所示化合物时，有利于抑制高温下电解液的分解、以及电解液与正负极材料之间的副反应，提升正负极片与电解液之间界面的稳定性，进而兼顾提升电池的高温存储的电化学性能和安全性能。

此外，从表4还可以看出，当电解液中的酰胺类含氟单体与有机溶剂的质量比在5：90~20：70的范围内时，可以进一步抑制高温下电解液的分解、以及电解液与正负极材料之间的副反应，提升正负极片与电解液之间界面的稳定性，进一步提升电池的高温存储的电化学性能和安全性能。例如，相对于实施例13和实施例14，实施例1~实施例12的电解液中的酰胺类含氟单体与有机溶剂的质量比在5：90~20：70的范围内，能够进一步提升电池的容量保持率，并降低电池的阻抗增长率，同时进一步改善电池的安全性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (16)

1.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括酰胺类含氟单体，所述酰胺类含氟单体包括式1所示化合物：

R₁-CO-NH-R₂ 式1，

其中，R₁和R₂中的至少一者选自碳原子数大于或等于5的含氟碳链；所述含氟碳链包括全氟烷基链，所述全氟烷基链的碳原子数与所述含氟碳链的总碳原子数的比为70%~95%。

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述含氟碳链的碳原子数为5~10。

3.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述含氟碳链还包括酰胺基团和/或亚烷基。

4.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述R₁具有式2所示结构：

R₃-L- 式2，

其中，R₃表示全氟烷基链，L表示单键、酰胺基团或者亚烷基。

5.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述亚烷基包括亚甲基和/或亚乙基。

6.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述R₁和R₂中的一者选自所述含氟碳链，另一者选自氢原子或酰胺基团。

7.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述酰胺类含氟单体包括CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂-CO-NH₂、CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂-CO-NH₂、CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂-CO-NH₂、CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂CH₂-CO-NH₂、CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂-NH-CO-CO-NH₂中的一种或多种。

8.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括有机溶剂，所述酰胺类含氟单体与所述有机溶剂的质量比为5：90~20：70。

9.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述电解液具有相变温度，所述电解液在小于所述电解液的相变温度的温度条件下为液体。

10.根据权利要求9所述的电解液，其特征在于，所述相变温度为50-80℃。

11.根据权利要求10所述的电解液，其特征在于，所述电解液满足：在所述相变温度下，所述电解液由液体转为非液体的转变时间为0.5min~5min。

12.根据权利要求8所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯和丙酸丁酯中的一种或多种。

13.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括电解质盐和成膜添加剂。

14.根据权利要求13所述的电解液，其特征在于，所述电解质盐包括锂盐，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或多种；

和/或，所述成膜添加剂包括二草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烷磺酸内酯、聚苯硫醚、乙烯基硫酸酯、三（三甲基硅烷）磷酸酯、三（三甲基硅基）亚磷酸酯中的一种或多种。

15.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-14任一项所述的电解液。

16.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求15所述的电池。