CN115275103B - 锂电池及用电设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种锂电池及用电设备。该锂电池包括正极极片、负极极片及隔膜和电解液，负极极片包括集流体和设置在集流体表面的负极活性材料层，电解液中的添加剂包含氟代碳酸酯和腈类物质，负极活性材料层的厚度为D1μm，负极活性材料层中含有的负极活性材料的体积累积分布百分数达到50%、90%时对应的粒径分别为Dv50μm、Dv90μm，基于电解液的总质量，氟代碳酸酯、腈类物质的质量含量分别为W0%，W1%，定义锂电池的性能因子k=(2D1/Dv90+Dv50)/(W0+W1)，且k在0.5‑3的范围内。该锂电池可同时具有较长的循环寿命及良好的130oC炉温性能。

Description

锂电池及用电设备
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种锂电池及用电设备。
背景技术
锂离子电池因具有电压高、寿命长、无记忆效应等特点而广泛应用于移动电子设备、电动汽车、无人机等领域。随着使用锂离子电池供电的产品的不断发展，人们对锂离子电池的能量密度、循环性能和安全性能提出了更高要求。
其中，在锂离子电池的充电和放电过程中，负极活性材料不断地进行嵌锂和脱锂，这使得其表面的固态电解质膜（solidelectrolyteinterface，SEI）会持续地破裂并产生新的界面，引起负极活性材料和电解液的直接接触而引发副反应，造成活性锂的损失，进而降低了电池的能量密度和循环寿命。另外，负极表面形成的SEI膜的稳定性也会直接影响锂离子电池的炉温测试稳定性，直接关系到其安全性能。
目前，还未有行之有效的技术方案可使电池切实兼顾良好的长循环能力和安全性能等。
发明内容
鉴于此，本申请提供了一种锂离子电池及用电设备，通过负极活性材料层的厚度、负极活性材料的粒径及电解液之间的相对关系，可保证锂离子电池具有较长的循环寿命及良好的130oC炉温性能。
第一方面，本申请提供了一种锂电池，包括正极极片、负极极片及隔膜和电解液，所述负极极片包括集流体和设置在所述集流体至少一侧表面上的负极活性材料层，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含氟代碳酸酯和腈类物质，其中，所述负极活性材料层的厚度为D1μm，所述负极活性材料层中含有的负极活性材料的体积累积分布百分数达到50%、90%时对应的粒径分别为Dv50μm、Dv90μm；基于所述电解液的总质量，所述氟代碳酸酯的质量含量为W0%，所述腈类物质的质量含量为W1%，所述锂电池的性能因子k满足以下关系式：
k=(2D1/Dv90+Dv50)/(W0+W1)，且k在0.5-3.0的范围内。
通过向电解液中同时添加氟代碳酸酯和腈类物质作添加剂，有助于在负极形成稳定且致密的SEI膜，及在正极形成耐氧化的保护膜以避免电解液在正极分解产气，依靠这2种添加剂的协同配合作用，并同时借助它们的含量与负极厚度、负极活性材料的粒径之间建立的定量联系，定义出电池性能因子k，并通过控制k在0.5-3的范围，可达到锂电池的循环性能、炉温性能等共同提升的目的。
第二方面，本申请提供了一种用电设备，所述用电设备包括如本申请第一方面所述的锂电池。
由于采用了上述锂电池，该用电设备的电池的续航能力强，循环性能好，安全性高。
具体实施方式
下面对本申请实施例的技术方案进行详细说明。
本申请实施例提供了一种锂电池，包括正极极片、负极极片及隔膜和电解液，所述负极极片包括集流体和设置在所述集流体至少一侧表面上的负极活性材料层，负极活性材料层含有负极活性材料，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含氟代碳酸酯和腈类物质，其中，所述负极活性材料层的厚度为D1μm，所述负极活性材料的体积累积分布百分数达到50%、90%时对应的粒径分别为Dv50μm、Dv90μm；基于所述电解液的总质量，所述氟代碳酸酯的质量含量为W0%，所述腈类物质的质量含量为W1%，所述锂电池的性能因子k满足以下关系式：
k=(2D1/Dv90+Dv50)/(W0+W1)，且k在0.5-3.0的范围内。
本申请中，通过向锂电池的电解液中同时添加氟代碳酸酯和腈类物质作添加剂，可以借助氟代碳酸酯与负极活性材料的高亲和力而在负极表面形成稳定且致密的SEI膜，避免SEI膜的不断破裂-重建，进而可减少电解液的分解和活性锂的消耗，提升电池的循环性能；但氟代碳酸酯在锂电池正极界面易被氧化产气，在引入腈类物质后，腈类物质可在正极界面络合形成保护膜，隔绝电解液和正极活性材料，减少正极金属离子的溶出，降低正极活性材料对电解液的氧化分解，提升电池的炉温性能。因此，本申请在将氟代碳酸酯和腈类物质这两类添加剂搭配使用，使二者功能相互补充的情况下，还将它们的含量与负极活性材料的颗粒尺寸、负极活性材料层的厚度建立联系，定义出电池性能因子k，并控制k在0.5-3的范围，可保证锂电池能较好地兼顾长循环寿命及良好的炉温性能等。
申请人经分析，推测其原因可能是：上述D1/Dv90可在一定程度上可反映负极极片在辊压过程中负极活性颗粒碎裂的程度。上述Dv50反映了负极活性材料颗粒的整体尺寸情况，例如可具体反映负极活性材料颗粒的表面活性位点的多少，及其在辊压过程中的颗粒碎裂程度等。而负极活性颗粒的破裂会产生较多活性界面，导致在化成及循环过程中对电解液的消耗量变大，并使负极活性材料损失容量、在充电过程中负极表面易析锂。上述氟代碳酸酯可在负极形成稳定SEI膜，利于循环，但其在正极界面易氧化产气，腈类物质可在正极界面形成保护膜，隔绝电解液和正极活性材料，但其负极活性材料的兼容性不是很好，对循环性能有一定影响。上述各参数对电池性能的影响是多方面的、交错，且较难量化的，但本申请人通过一系列研究，发现(2D1/Dv90+Dv50)/(W0+W1)可反映负极极片和电解液对电池的循环性能、炉温性能、析锂等的综合影响，控制(2D1/Dv90+Dv50)/(W0+W1)在0.5-3的范围，能较好地平衡电池的循环性能，以及炉温、析锂等安全性能，以提升电池的综合性能。
本申请中，负极活性材料的上述Dv90、Dv50可以通过以下方法测试得到：将从电池上拆解下来的负极极片用碳酸二甲酯（DMC）浸泡1h后取出，并用DMC冲洗2次，去除极片表面残留的电解液，并自然风干。将风干后的极片浸入去离子水中至负极料脱离集流体，然后置于烤箱中于温度100℃下烘干以除去水分。接着将干燥后的负极料在氦气保护下的管式炉中，于800℃下热处理6h，除去负极料中的粘结剂和增稠剂，得到负极活性材料。最后对得到的负极活性材料进行基于激光衍射法的粒度分布测试，从得到的粒度分布图可获知上述Dv90、Dv50，测试方法可参见GB/T 19077-2016/ISO 13320:2009 粒度分布激光衍射法。测试Dv90、Dv50所用的仪器一般是激光粒度仪（如马尔文3000型号的激光粒度仪）。其中，负极活性材料的体积累积分布百分数达到50%时对应的粒径Dv50又可称为该材料的“中值粒径”。此外，上述W0、W1可通过对电解液的成分进行成分分析获知，上述D1可通过对负极活性材料层的厚度进行直接测量或间接测量获知，其是指单面负极活性材料层的厚度。
本申请一些实施方式中，上述参数k在1.0-2.0的范围内。此时，上述锂电池能更好地平衡循环性能、炉温性能等，以具有更优的综合性能。
本申请实施方式中，所述氟代碳酸酯包括氟代环状碳酸酯。其中，氟代环状碳酸酯可具体包括氟代碳酸乙烯酯、4,5-二氟代碳酸乙烯酯、4,4,5,5-四氟代碳酸乙烯酯、4-三氟甲基碳酸乙烯酯中的一种或多种。
本申请一些实施方式中，所述W0的取值范围为：2≤W0≤16。换句话说，基于所述电解液的总质量，所述氟代碳酸酯的质量含量为2%-16%。具体地，该质量含量可以是2.1%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5.5%、6%、8%、9%、11%、12%、14%、15%或15.5%等，即，W0具体可为2.1、2.5、3、3.5、4、4.5、5.5、6、8、9、11、12、14、15或15.5等。在一些实施例中，6≤W0≤12。此时，可利于上述参数k在优选范围1-2内，在保证电池具有较高循环容量保持率的情况下，较利于电池具有较低的电芯膨胀率及较好的炉温测试结果。在另一些实施例中，8≤W0≤10，电池能兼顾更低的电芯膨胀率及更优异的炉温测试结果。
其中，氟代碳酸酯在电解液中的含量W0控制在合适的范围，既有利于在负极表面形成稳定的SEI膜，保证电池的长循环能力，以及避免不稳定的SEI膜使电池的炉温性能易失效；又可以降低氟代碳酸酯在正极被氧化分解产气、避免电芯厚度膨胀明显，保证电池的良好炉温性能。在一些实施方式中，W0的取值范围是5≤W0≤10。当W0在该范围内时，锂电池可在兼顾长循环性能的同时，尽可能减少电池胀气现象。
本申请实施方式中，所述腈类物质包括丁二腈、己二腈、戊二腈、丁烯二腈、1,4-二氰基-2-丁烯、3,3'-氧二丙腈、乙二醇二乙氰醚、1,2,3-三（2-氰氧基）丙烷、1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈和1,3,6-己烷三腈和1,2,3-三（2-氰氧基）丙烷中的一种或多种。
本申请一些实施方式中，所述W1的取值范围为：2≤W1≤10。即，基于所述电解液的总质量，所述腈类物质的质量含量为2%-10%。具体地，该质量含量可以是2%、2.5%、3%、3.3%、4%、4.6%、5%、5.5%、6%、7%、8%、9%、10%等。
其中，腈类物质在电解液中的含量W1控制在合适的范围，既可以使正极界面得到充分保护、电解液不易氧化分解产气，使电池的炉温性能及循环性能较好；又可以保证电解液的粘度合适、锂离子传输速率合适，且电池阻抗不会明显增加，长循环过程中负极不易析锂，电池容量保持率较高，电芯厚度增加不明显等。
本申请一些实施方式中，所述W0与所述W1的比值满足：0.5≤W0/W1≤4。即，所述氟代碳酸酯与所述腈类物质的质量之比在0.5-4的范围内。这样既能保证在循环过程中，负极表面可形成稳定均匀的SEI膜，又可保证正极界面得到有效保护，从而使电池兼顾良好的循环性能、炉温性能、电芯膨胀不明显等。具体地，W0/W1可以是0.8、1.0、1.2、1.5、1.6、1.7、1.8、2.0、2.2、2.3、2.5、2.6、2.8、3.0、3.5等。在一些实施方式中，W0/W1在1.5-3.0的范围内，此时，锂电池能更好地兼顾长循环性能和良好炉温性能。进一步地，W0/W1在1.5-2.5的范围内。
本申请中锂电池的电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂。其中，所述添加剂至少包含上述氟代碳酸酯和腈类物质。本申请一些实施方式中，所述有机溶剂包括羧酸酯类物质。其中，羧酸酯类物质一般是线性酯，其利于降低电解液的粘度，保证其良好流动性，及保证电解液对极片、隔膜的浸润性和电池的低温放电性能。其中，所述羧酸酯类物质包括乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯（PP）、丙酸丁酯、丙酸戊酯、卤代乙酸乙酯、卤代丙酸乙酯、卤代丙酸丙酯、卤代丙酸丁酯和卤代丙酸戊酯中的一种或多种。
本申请一些实施方式中，所述有机溶剂还包括环状碳酸酯。即，此时的有机溶剂包括羧酸酯类物质及环状碳酸酯。环状碳酸酯有助于增加锂盐在电解液中的解离，保证电解液的良好离子电导率；羧酸酯类物质的存在利于电解液粘度的降低，提升电解液的浸润性能，利于形成均匀稳定的SEI膜，还利于离子电导率的提高，可提升电池的倍率性能及循环性能，二者的配合更利于电解液保持较低的粘度及锂盐在其中的溶解性。其中，所述环状碳酸酯可以包括碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸丁烯酯、卤代碳酸乙烯酯、卤代碳酸丙烯酯等中的至少一种。
在一些实施方式中，所述有机溶剂还包括线性碳酸酯类物质。即，此时的有机溶剂包括羧酸酯类物质、环状碳酸酯线性碳酸酯类物质。线性碳酸酯类物质的存在可进一步降低电解液的粘度，保证其对极片、隔膜的浸润性。其中，所述线性碳酸酯类物质可以包括碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二丙酯（DPC）、碳酸甲丙酯（MPC）、碳酸乙丙酯、卤代碳酸二甲酯、卤代碳酸甲乙酯、卤代碳酸二乙酯等中的至少一种。
本申请实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述羧酸酯类物质的总质量含量为W2 %，则W2/W0≥2。这利于电池在循环过程中膨胀率的降低。在一些实施方式中，2.5≤W2/W0≤8。此时，锂电池能兼顾良好的电解液浸润性和动力学性能，更有利于氟代碳酸酯在负极活性材料表面形成均匀的SEI膜，利于电池具有较低的电芯膨胀率及较好的容量保持率等。具体地，W2/W0可以为2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.5、4.0、5.0、6.0、6.5、7.0、7.5或7.9等。进一步地，在一些实施例中，W2/W0在3.0-7.0的范围内。
本申请一些实施方式中，电解液中的所述添加剂除了包含上述氟代碳酸酯和腈类物质外，还可以包括1,3-丙烷磺内酯（PS）、碳酸亚乙烯酯（VC）、乙烯基碳酸乙烯酯（VEC）等中的一种或多种。这些助剂也有助于电池循环过程中稳定SEI膜的形成。特别地，1,3-丙烷磺内酯特别有助于提升锂电池的耐高温性能，如炉温性能。
上述锂盐包括六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、六氟硅酸锂（Li2SiF6）、六氟锑酸锂（LiSbF6）、高氯酸锂（LiClO4）、二草酸硼酸锂（简写为LiBOB）、二氟草酸硼酸锂（简写为LiDFOB）、双氟磺酰亚胺锂（简写为LiFSI，分子式为LiN(SO2F)2），双(三氟甲基磺酰)亚胺锂（简写为LiTFSI，分子式为LiN(SO2CF3)2）、二(全氟乙基磺酰)亚胺锂（LiN(C2F5SO2)2）、三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）、全氟丁基磺酸锂（LiC4F9SO3）等中的一种或多种。
可选地，所述锂盐在所述电解液中的质量百分含量可以是12%-18%。此时，可以保证锂离子在电解液中的传输阻力不会过大而使电池的倍率性能较差，及保证电解液的粘度不会过大而不能有效地浸润正/负极，影响电池性能发挥。
本申请一些实施方式中，上述D1的取值范围为：30≤D1≤90。即，所述负极活性材料层的厚度在30μm-90μm的范围内。需要说明的是，无论负极极片上是一面还是两面设有负极活性材料层，这里的D1是指单面负极活性材料层的厚度。此时，负极活性材料层的厚度合适，利于电池具有良好的常温循环性能和炉温性能。具体地，合适厚度的负极活性材料层可利于电解液将其浸润，利于负极活性材料表面形成均匀且稳定的SEI膜，进而降低锂离子在负极传递的阻抗，以及使电池较易通过炉温测试；合适厚度的负极活性材料层还可避免不完整的SEI膜使电解液在电池循环过程中不断被还原而导致负极SEI膜增厚、消耗活性锂，利于电池保持较高的容量保持率。此外，合适厚度的负极活性材料层还可保证电池中负极活性材料的负载量合适，保证电池的较高能量密度。在一些实施方式中，上述D1在取值范围为40-80。
本申请一些实施方式中，所述负极活性材料的粒径满足：8≤Dv50＜Dv90≤40。其中，负极活性材料的粒径Dv50可体现整体颗粒分布情况，合适的粒径Dv50可保证负极活性材料比表面积合适，进而在电池循环过程中对电解液的消耗，特别是对氟代碳酸酯的消耗不会过快，负极副反应不会太剧烈，从而可使电池在长循环过程中容量保持率较高。此外，负极活性材料的合适粒径Dv50还利于负极活性材料层具有合适的孔隙率，降低离子液相扩散与迁移的阻力，最终利于电池的倍率性能与循环性能发挥。在一些实施方式中，8≤Dv50＜36，例如具体为8、10、12、14、16、18、20、21、23、25、27、30、32、34、35等。在一些实施例中，Dv50在8-30的范围内，优选在8-20的范围内。
其中，负极活性材料的粒径Dv90可反映其大粒径颗粒的情况，控制Dv90不超过40μm，可使负极极片的加工难度较低、负极活性材料层的平整度良好，负极活性材料不易被压碎而产生较多的活性断裂面，在化成及循环过程中对电解液的消耗量、对氟代碳酸酯的消耗较少等，保证电池的循环性能良好。在一些实施方式中，Dv90在10-40的范围内，进一步可以在12-40的范围内，优选在15-35的范围内。一般地，上述D1大于或等于所述Dv90的1倍。这样可利于保证在负极极片的辊压过程中，负极活性材料不被压碎，而减低负极极片的稳定性，劣化电池的循环性能、增大电芯膨胀等。
本申请实施方式中，所述负极活性材料可以包括但不限于碳材料、硅基材料、锡基材料、钛酸锂中的一种或多种。其中，碳材料包括软碳、硬碳、碳纤维、石墨化碳微球、人造石墨、天然石墨中的一种或多种。硅基材料可以包括单质硅、硅合金、硅氧化物、硅碳复合材料、碳化硅等中的一种或多种。锡基材料可以包括单质锡、锡氧化物、锡基合金、锡碳化合物等中的一种或多种。其中，当负极活性材料包括多种材料时（例如同时包括石墨和单质硅），上述Dv90、Dv50是指混合后的负极活性材料的相关粒度值。
本申请实施方式中，负极活性材料层除含有负极活性材料外，还可以包括粘结剂。在一些情况下，负极活性材料层还可以进一步包括导电剂。其中，粘结剂可以包括聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯腈（PAN）、聚酰亚胺（PI）、聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯腈（PAN）、聚丙烯酸酯（如聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯等）、聚烯烃（如聚丙烯、聚乙烯等）、丁苯橡胶（SBR）、羧甲基纤维素（CMC）、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、海藻酸钠等的一种或多种，但不限于此。第一导电剂、第二导电剂可以各自独立地选自导电炭黑（如乙炔黑、科琴黑、Supper P、350G炭黑等）、炉黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等中的一种或多种，但不限于此。承载负极活性材料的集流体（具体是负极集流体）可以包括但不仅限于铜箔、不锈钢箔、铜合金箔、涂炭铜箔或镀铜膜等。
上述负极极片可以通过将含负极活性材料、粘结剂及可选的导电剂的负极浆料涂覆在集流体上，经干燥、辊压获得。其中，集流体上可以是单面涂布，或者双面涂布。换句话说，可以是集流体的一侧表面具有负极活性材料层，也可以是负极集流体的相对两侧表面上均具有负极活性材料层。当负极集流体是双面涂布时，上述负极活性材料层的厚度D1μm是指单侧负极活性材料层的厚度，此时负极集流体两侧的负极活性材料层的厚度可以相同或者不同，负极集流体每一侧表面上的负极活性材料层均满足参数k在前述范围。
本申请中，上述锂电池具体包括正极极片、负极极片、电解液以及位于正极极片与负极极片之间的隔膜。其中，正极极片中的正极活性材料为能够可逆脱出和嵌入锂离子的材料。对锂电池来说，其正极活性材料可以包括但不限于为锂的一元氧化物（如锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物等）、锂的二元氧化物（如锂镍锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂钴锰氧化物等）、锂的三元氧化物（如镍钴锰酸锂三元材料、镍钴铝酸锂三元材料等）或锂的多元氧化物，含锂的磷酸盐（如磷酸铁锂、磷酸锰铁锂）等中的一种或多种。其中，隔膜可以使用现有电池中的任何隔膜材料，示例性的，隔膜可以包括但不限于单层PP（聚丙烯）膜、单层PE（聚乙烯）膜、双层膜PP/PE、双层膜PP/PP和三层PP/PE/PP等聚合物隔膜，或无纺布等。
本申请实施例还提供了一种用电设备，该用电设备包括本申请实施例上述的锂电池。
本申请中，对采用上述锂电池的用电设备没有特别限制。示例性地，所述用电设备包括但不限于，手机、笔记本电脑、平板电脑、笔输入型计算机、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、收发机、录像机、照相机、电视机、收音机、便携式录音机、便携CD机、迷你光盘、电子书播放器、电子记事本、可穿戴设备（如智能手表、智能手环、头戴式立体声耳机、蓝牙耳机）、手提式清洁器、计算器、存储卡、备用电源、汽车、摩托车、自行车（如助力自行车）、照明器具（如闪光灯）、玩具、游戏机、钟表、电动工具、家庭用大型蓄电池、锂离子电容器等。
由于采用了上述锂电池，该用电设备的电池的续航能力强，循环性能好，安全性高。
下面结合多个具体实施例对本申请的技术方案进行进一步的说明。
实施例1
一种锂离子电池的制备，包括：
1）配置电解液：在含水量<1ppm和含氧量<1ppm的充满氩气的手套箱，按表1中的配方将各非水有机溶剂混合，并向其中加入干燥的锂盐LiPF6及添加剂，配置得到成LiPF6浓度为14.5%的电解液。
2）制备正极极片：
将正极活性材料（具体为钴酸锂（LiCoO2））、导电剂（具体是碳纳米管（CNT））、粘结剂（具体是聚偏二氟乙烯）按照95：2：3的质量比混合，将混合后的粉料置于真空搅拌机中，加入溶剂—N-甲基吡咯烷酮（NMP），搅拌均匀得到正极浆料；然后将该正极浆料涂布在正极集流体铝箔上，经85℃烘干、冷式辊压、裁片、分切后，在85℃的真空条件下干燥4h，得到正极极片。
3）制备负极极片：
将负极活性材料（具体是石墨，其粒径及尺寸参数如表1所示）与粘结剂（具体是丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素钠(CMC-Na)，质量比是2:3）按照95：5的质量比混合在离子水中，在真空搅拌机中搅拌均匀，得到负极浆料；然后将该负极浆料涂覆在负极集流体铜箔的相对两侧表面上，经烘干、冷式辊压、分切，得到负极极片。其中，该负极极片包括铜箔和设置在铜箔相对两侧表面上的负极活性材料层，每一负极活性材料层的厚度也汇总在表1中。
4）组装电池：
在充满氩气的手套箱中，将上述正极极片、聚乙烯（PE）隔膜、负极极片按顺序叠好，得到电芯；然后将叠好的电芯卷绕后置于铝塑膜外包装箔中，然后注入上述配制好的电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序后，完成锂电池的制备。所得锂电池的前述性能因子k的计算结果也汇总在表1中。
其他实施例
参照实施例1电池的制备方法，根据表1所列参数，制备其余实施例及对比例的锂电池。
表1各实施例及对比例的锂电池参数
Figure 843466DEST_PATH_IMAGE001
Figure 164726DEST_PATH_IMAGE002
注：上表1中，EC代表环状碳酸酯类溶剂碳酸乙烯酯，PC代表环状碳酸酯类溶剂碳酸丙烯酯，DEC代表线性碳酸酯类溶剂碳酸二乙酯，PP代表羧酸酯类溶剂丙酸丙酯。PS代表添加剂1,3-丙烷磺内酯。
实施例1-26、32-34及对比例1-5中，W0具体代表氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量占比，W1具体代表1,3,6-己烷三腈和丁二腈在电解液中的总质量占比；实施例27中，W0具体代表4,5-二氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量占比，实施例28中，W0具体代表4,4,5,5-四氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量占比，实施例27-28中，W1代表1,3,6-己烷三腈和丁二腈在电解液中的总质量占比；实施例29-31中，W0具体代表氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量占比，实施例29中的W1代表1,3,6-己烷三腈和己二腈在电解液中的总质量占比，实施例30中的W1代表丁二腈在电解液中的质量占比，实施例31中的W1具体代表己二腈在电解液中的质量占比。
为对本申请的有益效果进行有力支持，测试以上各实施例及对比例的锂电池的以下电化学性能，结果汇总在下表2中。
1）常温循环性能的测试：
取5支待测的各锂电池，在常温下（25±3oC）以1C倍率恒流充电至截止电压4.48V，接着在4.48V下恒压充电至截止电流0.05C，使电池达到满电状态，之后搁置5min；然后以1C倍率恒流放电至3.0V，搁置5min。以此为一个充放电循环。记录常温循环1000次后的容量保持率和厚度膨胀率。其中，循环1000次后的容量保持率=(循环1000次后的放电容量/首次放电容量)*100%；电池厚度膨胀率=(循环1000次满电时的电池厚度/首次满电的电池厚度) *100%。
2）130℃炉温性能的测试：
每组取5支锂电池进行测试，先在常温下（25±3oC）以1C倍率恒流充电至截止电压4.48V，接着在4.48V下恒压充电至截止电流0.05C，使电池充满电，然后充满电后的12~24h内进行炉温测试（注意充满电后一定要搁置12h以上，不要立即开始测试）。采用对流方式或循环热空气箱对各锂电池从起始温度25±3oC进行加热，控制升温速率为5±2oC/min，升温时间在25-28min，升温至130±2oC，恒温保持60min后结束试验，观察各锂电池是否产烟、起火或爆炸。若锂电池没有发生上述现象，则认为锂电池通过炉温测试，记作OK；若锂电池发生上述现象，则认为锂电池未通过炉温测试，记作NG，记录每组5支电池中通过该炉温测试的电池支数。
表2 各实施例及对比例的锂电池的性能测试结果汇总
Figure 184635DEST_PATH_IMAGE003
Figure 718385DEST_PATH_IMAGE004
注：表2中，“/”代表锂电池的循环寿命未能达到1000次。
结合表1，从表2可以获知，当锂电池的电解液中的添加剂同时含有氟代碳酸酯和腈类添加剂时，且电池的构成使得其性能因子k在0.5-3.0的范围内，该锂电池的常温循环性能较好，容量保持较高，电芯厚度膨胀率较低；并可通过130℃炉温性能。特别地，当k在1.0-2.0时，电池能更好地兼顾各方面的性能。而当(2D1/Dv90+Dv50)/(W0+W1)的比值（即，性能因子k）低于0.5或大于3时（对比例1-3），锂电池的长循环性能和炉温性能较差，明显劣于与其负极极片的特性参数及有机溶剂构成相同的实施例4。此外，当锂电池的电解液中不含氟代碳酸酯或腈类添加剂时，电池的各项性能均较差，即使上述参数k可以在0.5-3的范围内（对比例5），但是锂电池的循环寿命很差，如循环次数难以达到1000次，对炉温测试的通过率低至0。
另外，从实施例1-5与实施例6-7的对比可以获知，在负极活性材料层的厚度D1不同、其他条件相同的情况下，在满足上述k在0.5-3时，当负极活性材料层的厚度D1在30-90μm范围内时（即，2D1在60-180μm范围内），电池的各项性能参数均较好，特别是D1在30-75μm内（即，2D1在60-150μm范围内）时。
实施例18-26中，在负极活性材料层的厚度D1、负极活性材料的粒径参数及电解液有机溶剂、添加剂PS相同，而氟代碳酸酯的含量W0、腈类物质的含量W1不尽相同。从实施例18-实施例23的比较可以获知，在同等条件下，当体系中氟代碳酸酯的含量W0在2-16范围内时，电池的循环性能各项性能均衡得较好，特别是耐膨胀性较好，特别地，当W0在优选范围6-12时，且W0/W1在更优选范围1.5-3.0时，k可在更优选范围1-2内，电池的综合性能较优异，若W2/W0进一步≥2时，则电池的综合性能更好。此外，从实施例26与实施例4、24-25的对比可以获知，当其他条件相同，体系中腈类添加剂的含量W1在优选范围2-10时，电池可以保持良好的炉温性能，同时电解液的粘度合适，电池阻抗较小，电池的循环性能较优、厚度膨胀率较小。
另外，从实施例4、实施例33-34的对比可以获知，对比电解液的有机溶剂是纯碳酸酯体系（如仅含EC、PC和DEC的实施例34），羧酸酯的引入有利于提升电池的长循环性能，即，实施例4、33的循环性能优于实施例34，这主要是由于羧酸酯溶剂的加入，利于降低电解液的粘度、提升其对负极的浸润能力，有利于形成均匀稳定的SEI膜，进而利于循环过程的容量保持率提升、厚度膨胀率的降低。再者，从实施例4与实施例32的对比可知，当电解液中的添加剂同时含有相同组成的氟代碳酸酯和腈类添加剂、有机溶剂及负极极片的参数相同时，添加剂1,3-丙烷磺内酯（PS）的引入可进一步提升电池的耐高温性能。
以上所述是本申请的示例性实施方式，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (19)

1.一种锂电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片及隔膜和电解液，所述负极极片包括集流体和设置在所述集流体至少一侧表面上的负极活性材料层，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含氟代碳酸酯和腈类物质，其中，所述负极活性材料层的厚度为D1μm，所述负极活性材料层中含有的负极活性材料的体积累积分布百分数达到50%、90%时对应的粒径分别为Dv50μm、Dv90μm；基于所述电解液的总质量，所述氟代碳酸酯的质量含量为W0%，所述腈类物质的质量含量为W1%，所述锂电池的性能因子k满足以下关系式：
k=(2D1/Dv90+Dv50)/(W0+W1)，且k在0.5-3.0的范围内。
2.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述k在1.0-2.0的范围内。
3.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述W0的取值范围为：2≤W0≤16。
4.如权利要求3所述的锂电池，其特征在于，W0的取值范围是5≤W0≤10。
5.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述W1的取值范围为：2≤W1≤10。
6.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述W0与所述W1的比值满足：0.5≤W0/W1≤4。
7.如权利要求6所述的锂电池，其特征在于，所述W0/W1在1.5-3.0的范围内。
8.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述D1的取值范围为：30≤D1≤90。
9.如权利要求8所述的锂电池，其特征在于，所述D1的取值范围为：40≤D1≤80。
10.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述负极活性材料的粒径满足：8≤Dv50＜Dv90≤40。
11.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述D1与所述Dv90的比值大于或等于1。
12.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述氟代碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯、4,5-二氟代碳酸乙烯酯、4,4,5,5-四氟代碳酸乙烯酯、4-三氟甲基碳酸乙烯酯中的一种或多种；所述腈类物质包括丁二腈、己二腈、戊二腈、丁烯二腈、1,4-二氰基-2-丁烯、3,3'-氧二丙腈、乙二醇二乙氰醚、1,2,3-三（2-氰氧基）丙烷、1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈和1,3,6-己烷三腈中的一种或多种。
13.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述有机溶剂包括羧酸酯类物质，其中，所述羧酸酯类物质包括乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丙酸戊酯、卤代乙酸乙酯、卤代丙酸乙酯、卤代丙酸丙酯、卤代丙酸丁酯和卤代丙酸戊酯中的一种或多种。
14.如权利要求13所述的锂电池，其特征在于，所述有机溶剂还包括环状碳酸酯。
15.如权利要求14所述的锂电池，其特征在于，所述有机溶剂还包括线性碳酸酯类物质。
16.如权利要求13-15任一项所述的锂电池，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述羧酸酯类物质的总质量含量为W2 %，且W2/W0≥2。
17.如权利要求16所述的锂电池，其特征在于，所述W2/W0在2.5-8的范围内。
18.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述添加剂还包括1,3-丙烷磺内酯、碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯中的一种或多种。
19.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如权利要求1-18任一项所述的锂电池。
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