CN115513608A

CN115513608A - 电池

Info

Publication number: CN115513608A
Application number: CN202211167640.2A
Authority: CN
Inventors: 王海; 陈伟平; 李素丽; 李俊义
Original assignee: Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2022-12-23

Abstract

本发明涉及电池领域，具体涉及电池。所述电池包括极片和电解液；所述极片包括集流体和设置在所述集流体上的极耳，所述集流体的宽为L，在所述集流体的宽度方向上所述极耳与所述集流体的重叠部分的长为D，则D/L≥0.15；所述电解液包括环状碳酸酯和双氟磺酰亚胺锂盐，以所述电解质的总重量为基准，所述环状碳酸酯的含量为a重量％，所述双氟磺酰亚胺锂盐的含量为b重量％，满足a+10×b≥15。本发明的电池能够在不降低电池电性能的基础上更进一步地改善电池的安全性能。

Description

电池

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及电池。

背景技术

锂离子电池作为一种优异的储能装置，被广泛地应用于便携式电子设备、电动汽车和储能等领域。近年来，电动车蓬勃发展，为人们的出行带来了极大的便利，但是随着锂离子电池尺寸的增大，如果使用不当，很容易发生安全问题，例如，锂离子电池内部发生短路时，电池可能会起火爆炸，存在安全隐患。目前，为了解决上述问题，在锂离子电池外接保护板，当电池内部发生短路时，电池电流变大，保护板在电流过大时会断开电路，从而起到保护作用，但是，使用保护板会极大地增加成本，同时对电池的电性能产生不良的影响，并且当电池组并联或串联使用时，增加了操作难度。

因此，发现一种经济、安全且不影响电池电性能的电池是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的安全问题，提供一种电池。本发明的电池通过调整极片上极耳与集流体的接触面积，以及调整电解液的组成，使二者产生协同作用，能够在不降低电池电性能的基础上更进一步改善电池的安全性能。

本发明提供了一种电池，所述电池包括极片和电解液；所述极片包括集流体和设置在所述集流体上的极耳，所述集流体的宽为L，在所述集流体的宽度方向上所述极耳与所述集流体的重叠部分的长为D，则D/L≥0.15；所述电解液包括环状碳酸酯和双氟磺酰亚胺锂盐，以所述电解质的总重量为基准，所述环状碳酸酯的含量为a重量％，所述双氟磺酰亚胺锂盐的含量为b重量％，满足a+10×b≥15。

通过上述技术方案，本发明与现有技术相比至少具有以下优势：本发明的电池通过调整极片上极耳与集流体的接触面积，以及调整电解液的组成，使二者产生协同作用，能够在不降低电池电性能的基础上更进一步地改善电池的安全性能。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

附图说明

图1所示为本发明一实例的极耳设置示意图。

附图标记说明

1-集流体；

2-极耳。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种电池，所述电池可以包括极片和电解液。

所述极片可以包括集流体和设置在所述集流体上的极耳，所述集流体的宽为L，在所述集流体的宽度方向上所述极耳与所述集流体的重叠部分的长为D，则D/L≥0.15(例如0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或1)。

所述电解液可以包括环状碳酸酯和双氟磺酰亚胺锂盐，以所述电解质的总重量为基准，所述环状碳酸酯的含量为a重量％，所述双氟磺酰亚胺锂盐的含量为b重量％，满足a+10×b≥15，例如a+10×b等于15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195或200。

在本发明中，术语“长”、“宽”和“宽度方向”具有本领域常规的含义。通常认为，“长”是指长边的长度；“宽”是指短边的长度；“宽度方向”是指沿短边的方向。具体地，在本发明中，集流体的“宽”是指：集流体短边的长度；极耳与集流体的重叠部分的“长”是指：极耳的长边落在该重叠部分上的长度；极耳与集流体的重叠部分的“宽”是指：极耳的短边落在该重叠部分上的长度；集流体的“宽度方向”是指：沿集流体的短边的方向。

下面结合附图说明本发明所述的电池所包含的极片中极耳在集流体上的设置长度，如图1所示，极片包括集流体1和设置在所述集流体1上的极耳2，所述集流体1的宽为L，在所述集流体的宽度方向上，所述极耳2与所述集流体1的重叠部分的长为D。

本发明的发明人发现，通过调整极耳与集流体的接触面积，能够与所述电解液产生意外的协同作用，能够在不降低电池电性能的基础上更进一步地改善电池的安全性能，其原因可能在于：集流体上极耳附近的电流密度最大，通过调整极耳与集流体的接触面积，能够降低电池在发生短路时所产生的的热量，并且所述电解液具有较高的热稳定性，能够降低电池在发生短路时所产生的热量，减少电池副反应的发生，并且能够在正负极形成更稳定的保护膜，二者相配合产生协同作用，从而更进一步改善电池的安全性能，避免了现有技术中外接保护电路，易于操作、生产成本低且降低了对电池的电性能产生的不良影响。

极耳与集流体的接触面积由所述极耳与所述集流体的重叠部分的长和宽共同决定。所述极耳与所述集流体的重叠部分的宽，即为所述极耳的宽度，可以按照常规宽度设置，一般情况下，极耳的宽度为电芯宽度的1％～70％，因此，在极耳宽度一定的条件下，极耳与集流体的接触面积取决于极耳与集流体的重叠部分的长。

可以理解的是，极耳与集流体的重叠部分的长越长，在电池发生短路时所产生的热量越低，能够使电池的安全性能更加优异；但是，随着极耳与集流体的重叠部分的长增大，电池的能量密度随之降低，因此，在具体实施过程中，可以根据电池对安全性能以及电性能的不同需求，选择合适的极耳与集流体的重叠部分的长。

在一实例中，0.15≤D/L≤1。

本发明的发明人发现，D/L存在特定的范围，使得电池兼具安全性能与能量密度。

在一实例中，0.3≤D/L≤0.7。

所述极耳的宽度与电芯宽度的比值可以为(0.01-0.7)：1，例如0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1、0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1或0.7:1。

在一实例中，所述极耳的宽度与电芯宽度的比值为(0.02-0.45)：1。

在本发明中，所述电芯宽度是指将所述极片通过卷绕或者叠片的方式所形成的电芯的宽度。

本发明的发明人发现，环状碳酸酯具有较高的比热容，双氟磺酰亚胺锂盐具有较高的热稳定性，二者以特定的配比组合改善了电解液的热稳定性，降低了电池的副反应，从而提高了电池的安全性能。

在一实例中，20≤a+10×b≤115。

可选地，a重量％＝2-20重量％，b重量％＝0.01-18重量％，即，以所述电解液的总重量为基准，所述环状碳酸酯的含量可以为2-20重量％(例如，2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％或20重量％)，所述双氟磺酰亚胺锂盐的含量可以为0.01-18重量％(例如，0.01重量％、0.02重量％、0.03重量％、0.04重量％、0.05重量％、0.06重量％、0.07重量％、0.08重量％、0.09重量％、0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％或18重量％)。

在一实例中，a重量％＝5-18重量％，b重量％＝0.1-12重量％。

在一实例中，a重量％＝7-15重量％，b重量％＝0.5-10重量％。

所述环状碳酸酯可以选自碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少一种。

本发明的发明人发现，含氮锂盐能够在正负极片表面形成稳定的保护膜，在电解液中添加适量的含氮锂盐能够进一步改善电池的安全性能。

所述电解液还可以包括含氮锂盐，以所述电解液的总重量为基准，所述含氮锂盐的含量可以为0.01-5重量％，例如0.01重量％、0.02重量％、0.03重量％、0.04重量％、0.05重量％、0.06重量％、0.07重量％、0.08重量％、0.09重量％、0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％、1重量％、1.5重量％、2重量％、2.5重量％、3重量％、3.5重量％、4重量％、4.5重量％或5重量％。

在一实例中，以所述电解液的总重量为基准，所述含氮锂盐的含量为0.05-3重量％。

在一实例中，以所述电解液的总重量为基准，所述含氮锂盐的含量为0.1-2重量％。

可选地，所述含氮锂盐选自

中的至少一种。

在一实例中，所述含氮锂盐为T2和T3的组合，其中T2和T3的质量比为1:1。

所述电解液还可以含有本领域常规用于电解液中的其它成分或添加剂，例如溶剂和功能添加剂，也均属于本发明的保护范围。

以所述电解液的总重量为基准，所述溶剂的含量为40-90重量％。

以所述电解液的总重量为基准，所述功能性添加剂的含量为0-30重量％。

可选地，所述溶剂选自碳酸酯类、羧酸酯类、醚类以及它们的氟化物中的至少一种。

所述碳酸酯类可以包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯。

所述羧酸酯类可以包括γ-丁内酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、丙酸正丁酯、丁酸甲酯或正丁酸乙酯。

所述醚类可以包括1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环、乙丙醚或乙二醇二甲基醚。

所述它们的氟化物可以为一个氟取代或多个氟取代。

可选地，所述功能性添加剂选自1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、丁二腈、己二腈、甘油三腈、1,3,6-己烷三腈、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、四氟草酸磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二(五氟乙基磺酰)亚胺锂、4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂、三氟甲磺酸锂和全氟丁基磺酸锂中的至少一种。

在本发明中，所述电解液通过制备得到，可以包括如下步骤：

将溶剂、环状碳酸酯、双氟磺酰亚胺锂盐、含氮锂盐和功能添加剂混合。

所述混合温度可以为10-15℃。

所述混合方式可以为搅拌混合和/或超声混合。

所述极片可以为正极片和/或负极片。

在一实例中，所述极片为正极片和负极片。

可选地，所述正极片的面电阻≤2000Ω/m²，例如≤0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000或2000Ω/m²。

在本发明中，所述正极片的面电阻使用ACCFilm型膜片电阻仪(型号G2),采用双探针法进行测试。测试环境：温度为20-30℃，湿度≤70％RH。具体测试方法：将待测材料放置于测试台上，设置压力为0.4MPa，压下探头，检测正极极片整体的面电阻。

在本发明中，所述极耳和所述集流体可以为本领域常规使用的极耳和集流体。

例如，所述极耳包括镍元素或铝元素。

例如，所述集流体包括铜元素或铝元素。

所述极片还可以包括设置在所述集流体外表面上的活性材料层。

所述活性材料层可以包括正极活性材料或负极活性材料。

当所述极片为正极片时，所述活性材料层包括正极活性材料；当所述极片为负极片时，所述活性材料层包括负极活性材料。

可选地，所述正极活性材料选自锂的过渡金属复合氧化物中的至少一种。

所述锂的过渡金属复合氧化物可以包括LiMO₂(M为Ni、Co或Mn)、LiMn₂O₄、LiMPO₄(M为Fe、Mn或Co)、LiNi_xMn_1-xO₂(M为Co或Mn)、LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂(x≥0，y≤1，x+y≤1，M为Mg、Zn、Ga、Ba、Al、Fe、Cr、Sn、V、Mn、Sc、Ti、Nb、Mo、Zr、Ta、W、B、F和Si中的至少一种)。

可选地，所述负极活性材料选自锂金属、碳基材料、硅基材料和钛酸锂中的至少一种。

所述碳基材料可以包括人造石墨、天然石墨、硬碳、软碳或中间相微球。

所述硅基材料可以包括硅和硅的氧化物，例如SiO_x(0＜x≤2)。

所述电池还包括隔膜，所述隔膜可以为本领域常规使用的隔膜。

例如，所述隔膜选自聚乙烯膜、聚丙烯膜、乙烯-丁烯共聚物膜、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物膜、玻璃纤维膜、聚四氟乙烯膜、纤维素膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、芳纶和氨纶中的至少一种。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。本发明所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在以下实例中，在没有特别说明的情况下，所用的材料均为商购的分析纯。

实施例1

(1)电解液的制备：

在充满氩气的手套箱中(H₂O＜1ppm，O₂＜1ppm)，将68重量％的有机溶剂(碳酸二甲酯)、11重量％的环状碳酸酯(碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯的质量比为1:1)、15重量％的功能添加剂(1,3-丙烷磺内酯、1,3,6-己烷三腈和氟代碳酸乙烯酯的质量比为2:2:5)、5重量％的双氟磺酰亚胺锂盐和1重量％的含氮锂盐(T2和T3的质量比为1:1)混合，在15℃条件下搅拌均匀。

(2)负极的制备：

将人造石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和乙炔黑按照质量比为95:1.5:2:1.5混合，加入去离子水搅拌均匀，得到负极浆料，将所述负极浆料均匀地涂覆于铜箔，80℃烘箱中烘干10h，辊压、分切得到负极片，焊接镍极耳。所述负极片宽度为84mm，极耳焊接在集流体上的长度为40mm。

(3)正极的制备：

将钴酸锂、聚偏氟乙烯、乙炔黑按照质量比为97:1.5:1.5混合，加入N-甲基吡咯烷酮搅拌均匀，得到正极浆料，将所述正极浆料均匀地涂覆于铝箔，120℃烘箱中烘干8h，辊压、分切得到正极片，焊接铝极耳。所述正极片宽度为80mm，极耳焊接在集流体上的长度为40mm，所述正极片的面电阻为1537Ω/m²。

(4)隔膜选用聚丙烯隔膜。

(5)电池的制备：

将上述制备的正极片、隔膜和负极片经过卷绕的方式得到裸电芯，将所述裸电芯置于外包铝塑膜中，在手套箱中将上述制备的电解液注入电池中，经过静置、预充、老化、分容，得到锂离子电池。

实施例2-5以及对比例1参照实施例1，不同之处在于设置在集流体上极耳的长度以及电解液的组成，具体见表1，其中“D”、“L”和“D/L”为正极片上的极耳设置位置与负极片上的极耳设置位置。

实施例6参照实施例1，不同之处在于正极片面电阻不同，具体地：

(3)正极的制备：

将钴酸锂、聚偏氟乙烯、乙炔黑按照质量比为97.5:1.5:1.0混合，加入N-甲基吡咯烷酮搅拌均匀，得到正极浆料，将所述正极浆料均匀地涂覆于铝箔，120℃烘箱中烘干8h，辊压、分切得到正极片，焊接铝极耳。所述正极片宽度为80mm，极耳焊接在集流体上的长度为40mm，所述正极片的面电阻为2324Ω/m²。

表1

测试例

(1)循环性能测试

将实施例和对比例的电池在25℃下，按照1C的倍率进行充放电循环100周，将第100周的容量除以第1周的容量，得到循环容量保持率，测试结果记于表2。

(2)温度冲击测试

将实施例和对比例的电池在4.45V状态下，放到烘箱中，以5℃/min的速度从室温分别升至130℃和132℃，并分别在130℃和132℃条件下静置1h，观察是否起火爆炸，测试结果记于表2。

(3)60℃存储性能测试

将实施例和对比例的电池在25℃下循环2周，记录电池的容量为Q1，然后将电池充满电，将电池放置在60℃存储35天；35天后将电池放电至3.0V，记录其放电容量Q2，电池的残余容量率＝(Q1/Q2)×100％，测试结果记于表2。

(4)高温短路测试

将实施例和对比例的电池在满荷电状态分别放置55℃和65℃烘箱中1h，然后使用4mΩ的电阻短路连接电池，观察30min是否起火爆炸，测试结果记于表2。

表2

从表2可以看出，本发明的电池与对比例相比，循环容量保持率、残余容量率和安全性能均有显著提高，本发明的电池能够兼顾安全性能与电化学性能。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种电池，其特征在于，所述电池包括极片和电解液；所述极片包括集流体和设置在所述集流体上的极耳，所述集流体的宽为L，在所述集流体的宽度方向上所述极耳与所述集流体的重叠部分的长为D，则D/L≥0.15；所述电解液包括环状碳酸酯和双氟磺酰亚胺锂盐，以所述电解质的总重量为基准，所述环状碳酸酯的含量为a重量％，所述双氟磺酰亚胺锂盐的含量为b重量％，满足a+10×b≥15。

2.根据权利要求1所述的电池，其中，0.3≤D/L≤0.7。

3.根据权利要求1或2所述的电池，其中，20≤a+10×b≤115。

4.根据权利要求1或2所述的电池，其中，a重量％＝2-20重量％，b重量％＝0.01-18重量％。

5.根据权利要求4所述的电池，其中，a重量％＝7-15重量％，b重量％＝0.5-10重量％。

6.根据权利要求1或2所述的电池，其中，所述电解液还包括含氮锂盐，以所述电解液的总重量为基准，所述含氮锂盐的含量为0.01-5重量％。

7.根据权利要求6所述的电池，其中，所述含氮锂盐的含量为0.1-2重量％。

8.根据权利要求6所述的电池，其中，所述含氮锂盐选自