CN115810797A - 锂离子电池、电池模块、电池包及用电装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种锂离子电池，其具有正极极片、负极极片、隔离膜及电解液，其特征在于，所述电池的负极容量与正极容量的比值为a，且所述电解液中含有含量基于电解液的总重量计为b重量％的硫脲类化合物，所述锂离子电池满足下述关系式：a＜1.05；且25×(1.05‑a)≤b≤100×(1.05‑a)。由于在电解液中含有特定量的硫脲类化合物，因此所述电池具有较低的CB值且同时具有良好的循环性能。

Description

锂离子电池、电池模块、电池包及用电装置
技术领域
本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种具有高能量密度的锂离子电池、电池模块、电池包、以及用电装置。
背景技术
近年来，随着锂离子电池的应用范围越来越广泛，锂离子电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。
现有的卷绕式锂离子电池中，为了解决拐角析锂的问题，其负极容量与正极容量的比值CB值(cell balance)通常设计在1.07以上，以确保电池的循环性能，但较高的CB值导致电池能量密度显著降低。因此，期望能够降低锂离子电池的CB值，以提高电池的能量密度，同时仍确保电池具有良好的循环性能。
发明内容
本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种具有低 CB值且同时具有良好循环性能的锂离子电池。
为了达到上述目的，本申请的第一方面提供了一种锂离子电池，其具有正极极片、负极极片、隔离膜及电解液，其中，
所述电池的负极容量与正极容量的比值为a，且所述电解液中含有含量基于电解液的总重量计为b重量％的硫脲类化合物，所述锂离子电池满足下述关系式：
a＜1.05；且
25×(1.05-a)≤b≤100×(1.05-a)。
由此，本申请通过在电解液中加入所述量的硫脲类化合物，使得即使在电池的CB值较低的情况下，也能使电池具有良好的循环性能。
在任意实施方式中，a/b在0.8至2的范围内，可选地在1至1.8 的范围内。由此，锂离子电池的能量密度和循环性能可进一步改善。
在任意实施方式中，a在0.9至小于1.05的范围内，可选地在0.98 至1.04的范围内。由此，锂离子电池可获得循环性能和能量密度的更好平衡。
在任意实施方式中，b在0.2至5的范围内，可选地在0.5至2 的范围内，进一步可选地在0.5至1.0的范围内。通过选择硫脲类化合物的含量，可进一步改善电池的循环性能。
在任意实施方式中，所述硫脲类化合物具有如下结构通式：
Figure BDA0003355633540000021
其中R和X各自独立地选自H、C1-C10的烷基、C1-C10的烯基、苯基、或者R和X一起代表C1-C10的亚烷基或C1-C10的亚烯基，其中所述C1-C10的亚烷基或C1-C10的亚烯基任选地被氧基取代，可选地，R和X各自独立地选自H、C1-C6的烷基、C1-C6的烯基、或者R和X一起代表C1-C6的亚烷基或C1-C6的亚烯基，其中所述C1-C6的亚烷基或C1-C6的亚烯基任选地被氧基取代。
通过对硫脲类化合物的选择可以进一步改善锂离子电池的循环性能。
在任意实施方式中，所述电解液中还含有选自金属的硝酸盐、氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯中的至少一种的添加剂，可选地，所述金属的硝酸盐为硝酸锂、硝酸镁和硝酸铜中的一种或多种，可选地，所述添加剂的含量在0.5重量％-2重量％范围内，基于电解液的总质量计。通过添加所述添加剂，能够进一步改善电池的循环性能。
在任意实施方式中，所述锂离子电池的负极极片中，负极膜层的厚度≤140μm。由此，可以进一步改善电池的循环性能。
本申请的第二方面提供一种电池模块，包括本申请的第一方面的锂离子电池。
本申请的第三方面提供一种电池包，包括本申请的第二方面的电池模块。
本申请的第四方面提供一种用电装置，包括选自本申请的第一方面的锂离子电池、本申请的第二方面的电池模块或本申请的第三方面的电池包中的至少一种。
附图说明
图1是本申请一实施方式的锂离子电池的示意图。
图2是图1所示的本申请一实施方式的锂离子电池的分解图。
图3是本申请一实施方式的电池模块的示意图。
图4是本申请一实施方式的电池包的示意图。
图5是图4所示的本申请一实施方式的电池包的分解图。
图6是本申请一实施方式的锂离子电池用作电源的用电装置的示意图。
附图标记说明：
1电池包；2上箱体；3下箱体；4电池模块；5锂离子电池；51 壳体；52电极组件；53顶盖组件
具体实施方式
以下，适当地参照附图详细说明本申请的锂离子电池、电池模块、电池包和电学装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60-120和80-110 的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、 (b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b) 等。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
如果没有特别的说明，在本申请中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真(或存在)并且B为假 (或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；或A和B 都为真(或存在)。
现有的锂离子电池中，其负极容量/正极容量——即CB(cell balance)值——较高，通常为1.07以上，有些甚至超过1.1。较高的 CB值意味着负极容量更多地超过正极容量，可在充放电过程中为锂提供足够的空间，避免锂在负极表面沉积形成枝晶，使电池具有较好的循环性能。但较高的CB值也意味着负极的浪费，导致电池能量密度较低。因此，期望能够降低锂离子电池的CB值，以提高电池的能量密度，同时仍确保电池具有良好的循环性能。
本申请通过在锂离子电池的电解液中加入特定量的硫脲类化合物，获得了比现有的锂离子电池具有更低CB值的锂离子电池，且该锂离子电池具有良好的循环性能。
本申请的一个实施方式中，本申请提供一种锂离子电池，其具有正极极片、负极极片、隔离膜及电解液，所述电池的负极容量与正极容量的比值为a，且所述电解液中含有含量基于电解液的总重量计为 b重量％的硫脲类化合物，所述锂离子电池满足下述关系式：
a<1.05；且
25×(1.05-a)≤b≤100×(1.05-a)。
虽然机理尚不明确，但本申请人意外地发现：本申请通过在电解液中加入所述量的硫脲类化合物，使得即使在电池的CB值较低的情况下，也能使电池具有良好的循环性能。如果硫脲类化合物含量过低，则对循环性能的改善不够，如果含量过高也会由于硫脲被氧化而导致电池在存储期间产气。通过上述设计的锂离子电池，兼具良好的循环性能与能量密度。
电池的负极容量和正极容量各自可通过如下方法检测：通过将锂离子电池满放(例如对于本申请的锂离子电池，放电到2.5V即实现满放)后，拆解电池分别得到正负极极片，对正负极极片各自使用金属锂作为对电极，分别组装成扣式电池，以0.1mA进行容量放电，测试对应的容量，详细的CB值测试过程参见本申请实施例的测试方法部分。
在一些实施方式中，a/b在0.8至2的范围内，可选地在1至1.8 的范围内。由此，锂离子电池的能量密度和循环性能可进一步改善。
在一些实施方式中，a在0.9至小于1.05的范围内，可选地在0.98 至1.04的范围内。由此，锂离子电池可获得循环性能和能量密度的更好平衡。
在一些实施方式中，b在0.2至5的范围内，可选地在0.5至2 的范围内，进一步可选地在0.5至1.0的范围内。通过选择硫脲类化合物的含量，可进一步改善电池的循环性能。
在一些实施方式中，所述硫脲类化合物具有如下结构通式：
Figure BDA0003355633540000061
其中R和X各自独立地选自H、C1-C10的烷基、C1-C10的烯基、苯基、或者R和X一起代表C1-C10的亚烷基或C1-C10的亚烯基，其中所述C1-C10的亚烷基或C1-C10的亚烯基任选地被氧基取代，可选地，R和X各自独立地选自H、C1-C6的烷基、C1-C6的烯基、或者R和X一起代表C1-C6的亚烷基或C1-C6的亚烯基，其中所述C1-C6的亚烷基或C1-C6的亚烯基任选地被氧基取代。可选地，所述硫脲类化合物具有以下结构之一：
Figure BDA0003355633540000062
通过对硫脲类化合物的选择可以进一步改善锂离子电池的循环性能。
在一些实施方式中，所述电解液中还含有选自金属的硝酸盐、氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯中的至少一种的添加剂，可选地，所述金属的硝酸盐为硝酸锂、硝酸镁和硝酸铜中的一种或多种，可选地，所述添加剂的含量在0.5重量％-2重量％范围内。通过添加所述添加剂，能够进一步改善电池的循环性能。
在一些实施方式中，所述锂离子电池的负极极片中，负极膜层的厚度≤140微米。由此，可以进一步改善电池的循环性能。
另外，以下适当参照附图对本申请的锂离子电池、电池模块、电池包和用电装置进行说明。
本申请的一个实施方式中，提供一种锂离子电池。
通常情况下，锂离子电池包括正极极片、负极极片、电解质和隔离膜。在电池充放电过程中，活性离子在正极极片和负极极片之间往返嵌入和脱出。电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。隔离膜设置在正极极片和负极极片之间，主要起到防止正负极短路的作用，同时可以使离子通过。
[正极极片]
正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极膜层，所述正极膜层包括本申请第一方面的正极活性材料。
作为示例，正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，正极膜层设置在正极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。
在一些实施方式中，所述正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
在一些实施方式中，正极活性材料可采用本领域公知的用于电池的正极活性材料。作为示例，正极活性材料可包括以下材料中的至少一种：橄榄石结构的含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池正极活性材料的传统材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。其中，锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物(如LiCoO2)、锂镍氧化物(如LiNiO2)、锂锰氧化物(如LiMnO2、LiMn2O4)、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物(如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(也可以简称为NCM333)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(也可以简称为NCM523)、 LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2(也可以简称为NCM211)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(也可以简称为NCM622)、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(也可以简称为NCM811)、锂镍钴铝氧化物(如LiNi0.85Co0.15Al0.05O2)及其改性化合物等中的至少一种。橄榄石结构的含锂磷酸盐的示例可包括但不限于磷酸铁锂 (如LiFePO4(也可以简称为LFP))、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂(如LiMnPO4)、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料中的至少一种。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括粘结剂。作为示例，所述粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物及含氟丙烯酸酯树脂中的至少一种。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括导电剂。作为示例，所述导电剂可以包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备正极极片：将上述用于制备正极极片的组分，例如正极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他的组分分散于溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮)中，形成正极浆料；将正极浆料涂覆在正极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到正极极片。
[负极极片]
负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括负极活性材料。
作为示例，负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极膜层设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。
在一些实施方式中，所述负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用铜箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基材至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
在一些实施方式中，负极活性材料可采用本领域公知的用于电池的负极活性材料。作为示例，负极活性材料可包括以下材料中的至少一种：人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。所述硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物以及锡合金中的至少一种。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池负极活性材料的传统材料。这些负极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括粘结剂。所述粘结剂可选自丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)及羧甲基壳聚糖(CMCS)中的至少一种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括导电剂。导电剂可选自超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括其他助剂，例如增稠剂(如羧甲基纤维素钠(CMC-Na))等。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备负极极片：将上述用于制备负极极片的组分，例如负极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他组分分散于溶剂(例如去离子水)中，形成负极浆料；将负极浆料涂覆在负极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到负极极片。
[电解质]
电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。本申请对电解质的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。例如，电解质可以是液态的、凝胶态的或全固态的。
在一些实施方式中，所述电解质采用电解液。所述电解液包括电解质盐和溶剂。
在一些实施方式中，电解质盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂及四氟草酸磷酸锂中的至少一种。
在一些实施方式中，溶剂可选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、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、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的至少一种。
在一些实施方式中，所述电解液还可选地包括其他添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
[隔离膜]
在一些实施方式中，锂离子电池中还包括隔离膜。本申请对隔离膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。
在一些实施方式中，隔离膜的材质可选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜，没有特别限制。在隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同或不同，没有特别限制。
在一些实施方式中，正极极片、负极极片和隔离膜可通过卷绕工艺或叠片工艺制成电极组件。
在一些实施方式中，锂离子电池可包括外包装。该外包装可用于封装上述电极组件及电解质。
在一些实施方式中，锂离子电池的外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。锂离子电池的外包装也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，作为塑料，可列举出聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等。
本申请对锂离子电池的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。例如，图1是作为一个示例的方形结构的锂离子电池5。
在一些实施方式中，参照图2，外包装可包括壳体51和盖板53。其中，壳体51可包括底板和连接于底板上的侧板，底板和侧板围合形成容纳腔。壳体51具有与容纳腔连通的开口，盖板53能够盖设于所述开口，以封闭所述容纳腔。正极极片、负极极片和隔离膜可经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件52。电极组件52封装于所述容纳腔内。电解液浸润于电极组件52中。锂离子电池5所含电极组件52的数量可以为一个或多个，本领域技术人员可根据具体实际需求进行选择。
在一些实施方式中，锂离子电池可以组装成电池模块，电池模块所含锂离子电池的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池模块的应用和容量进行选择。
图3是作为一个示例的电池模块4。参照图3，在电池模块4中，多个锂离子电池5可以是沿电池模块4的长度方向依次排列设置。当然，也可以按照其他任意的方式进行排布。进一步可以通过紧固件将该多个锂离子电池5进行固定。
可选地，电池模块4还可以包括具有容纳空间的外壳，多个锂离子电池5容纳于该容纳空间。
在一些实施方式中，上述电池模块还可以组装成电池包，电池包所含电池模块的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池包的应用和容量进行选择。
图4和图5是作为一个示例的电池包1。参照图4和图5，在电池包1中可以包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池模块4。电池箱包括上箱体2和下箱体3，上箱体2能够盖设于下箱体3，并形成用于容纳电池模块4的封闭空间。多个电池模块4可以按照任意的方式排布于电池箱中。
另外，本申请还提供一种用电装置，所述用电装置包括本申请提供的锂离子电池、电池模块、或电池包中的至少一种。所述锂离子电池、电池模块、或电池包可以用作所述用电装置的电源，也可以用作所述用电装置的能量存储单元。所述用电装置可以包括移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能系统等，但不限于此。
作为所述用电装置，可以根据其使用需求来选择锂离子电池、电池模块或电池包。
图6是作为一个示例的用电装置。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置对锂离子电池的高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化，可以采用锂离子电池作为电源。
实施例
以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例和对比例中使用的硫脲添加剂如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure BDA0003355633540000131
对比例1
【电解液的制备】
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入 26.25g EC(碳酸亚乙酯)、61.25g EMC(碳酸甲乙酯)、12.5g LiPF6，充分搅拌溶解后得到本对比例用电解液。
【正极极片的制备】
将正极活性材料镍钴锰三元材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，容量为 180mAh/g)、粘结剂聚偏氟乙烯、导电剂乙炔黑按照质量比8：1：1 进行混合，加入溶剂NMP(N-甲基吡咯烷酮)，在真空搅拌机作用下获得正极浆料。将正极浆料以0.2826g(干重)/1540.25mm2的量均匀涂敷在厚度为13μm的正极集流体铝箔上；将铝箔在室温晾干后转移至120℃烘箱干燥1h，然后经过冷压、分切得到正极极片。
【负极极片的制备】
将人造石墨(容量为350mAh/g)、导电剂碳黑、粘结剂丙烯酸酯按照质量比92:2:6进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料。将负极浆料以0.1290g(干重)/1540.25mm2的量均匀涂覆在厚度为8μm的负极集流体铜箔上；将铜箔在室温晾干后转移至 120℃烘箱干燥1h，然后经过冷压达到负极膜层厚度为100微米，分切得到负极极片。
【隔离膜】
隔离膜采购自Cellgard企业，型号为cellgard2400。
【锂离子电池的制备】
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正、负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯。将裸电芯置于外包装箔中，将上述制备好的8.6g电解液注入到干燥后的电池中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得锂离子电池。
对比例2
锂离子电池的制备过程基本与对比例1相同，区别在于电解液的制备步骤为：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入26.1g EC、60.9g EMC、12.5g LiPF6、0.5g硫脲类化合物1充分搅拌溶解后得到本对比例用电解液。
对比例3
锂离子电池的制备过程基本与对比例1相同，区别在于电解液的制备步骤为：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入25.29g EC、59.01g EMC、12.5gLiPF6、3.2g硫脲类化合物1充分搅拌溶解后得到本对比例用电解液。
实施例1
锂离子电池的制备过程基本与对比例1相同，区别在于电解液的制备步骤为：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入25.95g EC、60.55g EMC、12.5gLiPF6、1g硫脲类化合物1充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液。
实施例2
锂离子电池的制备过程基本与对比例1相同，区别在于电解液的制备步骤为：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入26.01g EC、60.69g EMC、12.5gLiPF6、0.8g硫脲类化合物1充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液。
实施例3
锂离子电池的制备过程基本与对比例1相同，区别在于电解液的制备步骤为：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入25.8g EC、60.2g EMC、12.5g LiPF6、1.5g硫脲类化合物1充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液。
实施例4
锂离子电池的制备过程基本与对比例1相同，区别在于电解液的制备步骤为：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入25.9g EC、60.4g EMC、12.5g LiPF6、1.2g硫脲类化合物1充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液。
实施例5
锂离子电池的制备过程基本与对比例1相同，区别在于将负极浆料以0.1315g(干重)/1540.25mm2的量均匀涂覆在厚度为8μm的负极集流体铜箔上；电解液的制备步骤为：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入26.07g EC、60.83g EMC、12.5gLiPF6、 0.6g硫脲类化合物1充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液。
实施例6
锂离子电池的制备过程基本与对比例1相同，区别在于将负极浆料以0.1315g(干重)/1540.25mm2的量均匀涂覆在厚度为8μm的负极集流体铜箔上；电解液的制备步骤为：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入26.085g EC、60.865g EMC、12.5gLiPF6、0.55g硫脲类化合物1充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液。
实施例7
锂离子电池的制备过程基本与对比例1相同，区别在于将负极浆料以0.1315g(干重)/1540.25mm2的量均匀涂覆在厚度为8μm的负极集流体铜箔上；电解液的制备步骤为：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入26.1g EC、60.9g EMC、12.5gLiPF6、 0.5g硫脲类化合物1充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液。
实施例8
锂离子电池的制备过程基本与对比例1相同，区别在于将负极浆料以0.1239g(干重)/1540.25mm2的量均匀涂覆在厚度为8μm的负极集流体铜箔上；电解液的制备步骤为：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入25.65g EC、59.85g EMC、12.5gLiPF6、 2g硫脲类化合物1充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液
实施例9
锂离子电池的制备过程基本与对比例1相同，区别在于将负极浆料以0.115g(干重)/1540.25mm2的量均匀涂覆在厚度为8μm的负极集流体铜箔上；电解液的制备步骤为：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入25.05g EC、58.45g EMC、12.5gLiPF6、 4g硫脲类化合物1充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液
实施例10
锂离子电池的制备过程基本与实施例1相同，区别在于该实施例的电解液制备中加入的硫脲类化合物为硫脲类化合物2。
实施例11
锂离子电池的制备过程基本与实施例1相同，区别在于该实施例的电解液制备中加入的硫脲类化合物为硫脲类化合物3。
实施例12
锂离子电池的制备过程基本与实施例1相同，区别在于该实施例的电解液制备中加入的硫脲类化合物为硫脲类化合物4。
实施例13
锂离子电池的制备过程基本与实施例1相同，区别在于该实施例的电解液制备中加入的硫脲类化合物为硫脲类化合物5。
实施例14
锂离子电池的制备过程基本与实施例1相同，区别在于电解液制备过程为：
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入25.35g EC、59.15gEMC、12.5g LiPF6、1g硫脲类化合物1、1g FEC (氟代碳酸乙烯酯)、1g LiNO3充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液。
实施例15
锂离子电池的制备过程基本与实施例1相同，区别在于电解液制备过程为：
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入 25.35g EC、59.15gEMC、12.5g LiPF6、1g硫脲类化合物1、1g FEC、 1g Mg(NO3)2充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液。
实施例16
锂离子电池的制备过程基本与实施例1相同，区别在于电解液制备过程为：
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入 25.35g EC、59.15gEMC、12.5g LiPF6、1g硫脲类化合物1、1g VC (碳酸亚乙烯酯)、1g LiNO3充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液。
实施例17
锂离子电池的制备过程基本与实施例1相同，区别在于电解液制备过程为：
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，于烧杯中分别加入 25.35g EC、59.15gEMC、12.5g LiPF6、1g硫脲类化合物1、2g LiNO3充分搅拌溶解后得到本实施例用电解液。
实施例18
锂离子电池的制备过程基本与实施例1相同，区别在于负极膜层冷压后的厚度为90微米。
实施例19
锂离子电池的制备过程基本与实施例1相同，区别在于负极膜层冷压后的厚度为140微米。
实施例20
锂离子电池的制备过程基本与实施例1相同，区别在于负极膜层冷压后的厚度为150微米。
测试方法
1.CB值测量
通过将锂离子电池放电至2.5V后，拆解电池得到负极极片。对负极极片使用金属锂作为对电极，组装成扣式电池。扣式电池采用标准的2046纽扣电池用金属壳，极片裁剪成直径为14mm的小圆片，金属锂片采用直径为16mm的小圆片，中间的隔离膜采用直径为 18mm的PP隔离膜。对于上述扣电，用36mA进行放电至0.05V，此时记录其放电容量为N1。
通过将锂离子电池充电至4.4V以达到满充后，拆解电池得到正极极片。对正极极片使用金属锂作为对电极，组装成扣式电池。扣式电池采用标准的2046纽扣电池用金属壳，极片裁剪成直径为14mm 的小圆片，金属锂片采用直径为16mm的小圆片，中间的隔离膜采用直径为18mm的PP隔离膜。对于上述扣电，用18mA进行放电至3.0V，此时记录其放电容量为N2。
由此，获得锂离子电池的CB值＝N1/N2。
2.25℃循环性能测试
在25℃下，将锂离子电池以0.5C恒流充电至4.35V，再恒压充电至电流为0.05C，再以0.5C恒流放电至2.8V，记录放电容量为U1。之后将锂离子电池在25℃的环境温度下，重复上述的充放电流程600 次，并记录第600次循环的放电容量为U2，
锂离子电池25℃循环600圈后的容量保持率＝[U2/U1]×100％。
3.60℃存储性能测试
在60℃下，将锂离子电池以0.5C恒流充电至4.35V，再恒压充电至电流为0.05C，此时测试锂离子电池的厚度并记为h0。之后将锂离子电池放入60℃的恒温箱，储存30天后取出，测试此时锂离子电池的厚度并记为h1。锂离子电池存储30天后的厚度膨胀率＝[(h1-h0)/h0]×100％。
4.能量密度测试
在25℃下，将锂离子电池以1A恒流充电至4.3V，然后恒压充电至电流小于0.5A。接着再将电池以1A恒流放电至2.5V，再以0.5A 恒流放电至2.5V，最后再以0.1A放电至2.5V，记录该电池的放电容量C(Ah)，并记录放电达到容量一半时电池的电压值U(V)。
此时将电池称重并记录质量m(kg)。
电池能量W＝C×U，电池的能量密度＝W/m。
各实施例和对比例的性能测试结果显示在下表1-4中。
表1
Figure BDA0003355633540000201
表2
Figure BDA0003355633540000202
表3
Figure BDA0003355633540000203
表4
Figure BDA0003355633540000211
对比例1-3与实施例1-20均采用了低CB值，与对比例1-3相比，实施例1-20均显示出更好的循环性能。另外，对比例2中硫脲类化合物含量偏低，因此虽然相对于完全不含硫脲类化合物的对比例1提升了循环性能，但提升有限。对比例3中硫脲类化合物含量偏高，虽然在循环性能上有较大改善，但高温存储后的电池膨胀率过高。由实施例1-4、实施例5-7可以看出，当a/b在0.8-2、尤其是1-1.8范围内时，电池的循环性能进一步改善。当a在0.9至小于1.05的范围内、尤其是0.98-1.04的范围内时，电池的循环性能进一步改善。由此，锂离子电池可获得循环性能当b在0.5-2、尤其是0.5-1.0范围内时，电池的循环性能进一步改善。
由实施例10-13可以看出，采用其他硫脲类化合物也在低CB值下实现了良好的循环性能。
由实施例14-17可以看出，当在电解液中进一步加入特定的其他添加剂时，电池的循环性能进一步改善。
由实施例18-20可以看出，将负极膜层厚度控制在140μm以下可以进一步改善电池的循环性能。
需要说明的是，本申请不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例，在本申请的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含在本申请的技术范围内。此外，在不脱离本申请主旨的范围内，对实施方式施加本领域技术人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其它方式也包含在本申请的范围内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池，其具有正极极片、负极极片、隔离膜及电解液，其特征在于，
所述电池的负极容量与正极容量的比值为a，且所述电解液中含有含量基于电解液的总重量计为b重量％的硫脲类化合物，所述锂离子电池满足下述关系式：
a＜1.05；且
25×(1.05-a)≤b≤100×(1.05-a)。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，a/b在0.8至2的范围内，可选地在1至1.8的范围内。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，a在0.9至小于1.05的范围内，可选地在0.98至1.04的范围内。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，b在0.2至5的范围内，可选地在0.5至2的范围内，进一步可选地在0.5至1.0的范围内。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述硫脲类化合物具有如下结构通式：
Figure FDA0003355633530000011
其中R和X各自独立地选自H、C1-C10的烷基、C1-C10的烯基、苯基、或者R和X一起代表C1-C10的亚烷基或C1-C10的亚烯基，其中所述C1-C10的亚烷基或C1-C10的亚烯基任选地被氧基取代，可选地，R和X各自独立地选自H、C1-C6的烷基、C1-C6的烯基、或者R和X一起代表C1-C6的亚烷基或C1-C6的亚烯基，其中所述C1-C6的亚烷基或C1-C6的亚烯基任选地被氧基取代。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述电解液中还含有选自金属的硝酸盐、氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯中的至少一种的添加剂，可选地，所述金属的硝酸盐为硝酸锂、硝酸镁和硝酸铜中的一种或多种，可选地，所述添加剂的含量在0.5重量％-2重量％范围内，基于电解液的总质量计。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的负极极片中，负极膜层的厚度≤140μm。
8.一种电池模块，其特征在于，包括权利要求1所述的锂离子电池。
9.一种电池包，其特征在于，包括权利要求8所述的电池模块。
10.一种用电装置，其特征在于，包括选自权利要求1-7任一项所述的锂离子电池、权利要求8所述的电池模块或权利要求9所述的电池包中的至少一种。
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