CN116154299A - 电池、电池包及用电设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电池、电池包及用电设备。电池包括电解液，包括环状有机溶剂及线状有机溶剂，电解液的电导率σ满足σ＝kγ×γ2+k粘×μ0‑k电导；其中，γ为电解液中环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比，kγ为γ的常数，‑3.1≤kγ≤‑2.5，k粘为电解液的粘度常数，4.6≤kγ≤5.8，k电导为电解液的电导率的修正系数，0.16≤kγ≤0.39，μ0为电解液于25℃的粘度；正极极片，至少部分浸渍于电解液中；隔膜，位于正极极片的一侧且浸渍于电解液中，以及负极极片，设置于隔膜背离正极极片的一侧且至少部分浸渍于电解液中。本申请的电解液注液时具有更快的下液速度，对正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果。

Description

电池、电池包及用电设备
技术领域
本申请涉及电池领域，具体涉及一种电池、电池包及用电设备。
背景技术
随着锂离子电池技术的不断发展，锂离子电池与铅酸、镉镍等其他类型的电池相比具有比容量大、无记忆效应、工作电压高、充电速度快、工作温度范围宽、循环寿命长、体积小、重量轻等优点。目前，锂离子已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电动汽车、储能电柜等领域，并且其应用范围越来越广泛。电池的正极极片与负极极片之间设有隔膜，隔膜与正极极片或负极极片之间的距离很小，因此，在电池中注入电解液时，由于电解液与隔膜、正极极片及负极极片之间存在表面张力，电解液在注液时会存在下液困难。从而降低了电池的注液效率，此外，下液困难，使得正极极片与负极极片的浸润速度变慢，从而在注液完成、卸去压力之后，电解液的液位与注液孔开口之间的距离较近，从而以发生喷液、溢液现象。
发明内容
针对上述问题，本申请实施例提供一种电池，其电解液具有较低的粘度，注液时具有更快的下液速度，可以更好的防止注液后的喷液、溢液现象，提高电解液对正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果，及SEI膜的稳定性。
本申请第一方面实施例提供了一种电池，其包括：
电解液，其中，所述电解液包括环状有机溶剂及线状有机溶剂，所述电解液的电导率σ满足关系式：σ＝kγ×γ2+k粘×μ0-k电导；其中，γ为所述电解液中所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比，kγ为γ的常数，-3.1≤kγ≤-2.5，k粘为所述电解液的粘度常数，4.6≤kγ≤5.8，k电导为所述电解液的电导率的修正系数，0.16≤kγ≤0.39，μ0为所述电解液于25℃的粘度；
正极极片，所述正极极片至少部分浸渍于所述电解液中；
隔膜，位于所述正极极片的一侧，且至少部分浸渍于所述电解液中，以及
负极极片，所述负极极片设置于所述隔膜背离所述正极极片的一侧且至少部分浸渍于所述电解液中。
本申请实施例的电池的电解液的电导率σ满足关系式：σ＝kγ×γ2+k粘×μ0-k电导；从而使得电解液在不稀释电解质(如锂盐)浓度的情况下具有较低的粘度，进而，在往电池的注液孔中注入电解液时，电解液流经隔膜与正极极片、或隔膜与负极极片之间的阻力减小，更易于流经隔膜与正极极片、或隔膜与负极极片之间，提高了电解液注液时的下液速度，每个电池中注入的电解液的量是固定的，下液速度快，在注液完成后，电解液的液位与注液孔开口之间的距离就较大，这样可以更好的避免注液完成，注液压力卸去后，电解液发生喷液、溢液现象。此外，电解液的粘度较低，更易于进入正极极片的正极活性材料层之间的孔隙中以及负极极片的负极活性材料层之间的孔隙中，从而提高了电解液对正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果，增大了电解液与正极活性材料层及负极活性材料层的接触面积，从而在化成时，使得形成的固体电解质膜(SEI膜)更加稳定。此外，可以更好的在满足低粘度的同时，提高电极液的导电性能，从而提高电池的充放电速度。
进一步地，所述电解液的粘度μ的范围为所述电解液于25℃的粘度μ0的范围为1.9mPa.s≤μ0≤4.5mPa.s。当电解液于25℃的粘度处于这个范围时，可以更好的提高电解液的下液速度，防止注液后的喷液、溢液现象，同时可以更好的提高正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果，更好的提高形成的SEI膜的稳定性。电解液的粘度太低时，目前的溶剂难以实现，或者只能增加溶剂的用量，稀释电解质(如锂盐)的浓度，这样会降低电池的容量和充放电速度。电解液的粘度太高时，会影响注液时的下液速度，注液后易发生喷液、溢液现象，降低电解液对正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果，降低电解液与极活性材料层及负极活性材料层的接触面积，影响固体电解质膜(SEI膜)的稳定性。
进一步地，所述电解液的粘度μ的范围为1.9mPa.s≤μ≤2.4mPa.s。当电解液于25℃的粘度处于这个范围时，可以更好的提高电解液的下液速度，防止注液后的喷液、溢液现象，同时可以更好的提高正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果，更好的提高形成的SEI膜的稳定性。电解液的粘度太低时，目前的溶剂难以实现，或者只能增加溶剂的用量，稀释电解质(如锂盐)的浓度，这样会降低电池的容量和充放电速度。电解液的粘度太高时，会影响注液时的下液速度，注液后易发生喷液、溢液现象，降低电解液对正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果，降低电解液与极活性材料层及负极活性材料层的接触面积，影响固体电解质膜(SEI膜)的稳定性。
进一步地，所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比γ的范围为0.05≤γ≤2。环状有机溶剂的含量越高，电解液的粘度越大，当环状有机溶剂过高，线状有机溶剂过低时，影响电池的动力学性能。虽然，线状有机溶剂的含量越高，越有利于降低电解液的粘度，但是，当线状有机溶剂的含量过高时，虽然粘度降低了，但是由于线状有机溶剂的介电常数低，从而会使得电解液的电导率过低。
进一步地，所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比γ的范围为0.1≤γ≤1。这样可以更好地在不降低电解液中电解质浓度的情况下，使得电解液具有更低的粘度，同时具有更好的动力学性能及较高的电导率。
进一步地，所述电解液的粘度μT满足：μT＝(2.86×10-5×T2-0.0267×T+6.47)×μ0，其中，T为电解液的热力学温度，μT为电解液于热力学温度为T下的粘度。当电解液的粘度满足这个公式时可以更好的在满足低粘度的同时，提高电极液的导电性能，从而提高电池的充放电速度。
进一步地，所述环状有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、二氧五环、环丁砜中的至少一种；所述线状有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯、丙酸乙酯、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚、己二腈中的至少一种。采用这些物质作为溶剂，可以使得形成的电解液具有较好低温性能的同时，又可以具有较低的粘度，从而提高电解液的下液速度，提高电解液对正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果，提高SEI膜的稳定性。
进一步地，所述电解液还包括锂盐及添加剂；所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷基)磷酸酯、三(三甲基硅烷基)硼酸酯、甲基二磺酸亚甲酯、碳酸乙烯亚乙酯、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的至少一种。添加剂有利于电极保护膜(如负极的钝化膜SEI膜，正极的钝化膜CEI膜)的形成、避免热失控，防止过充，阻燃、容量平衡等。例如，FEC能有效使负极石墨生成致密且连续的SEI膜，提升电池100的循环性能。
进一步地，所述电解液中，所述锂盐的摩尔含量为0.8mol/L至1.2mol/L；所述添加剂的质量分数为1％至8％。锂盐的浓度太低，则使得得到的电解液的电导率过低，影响制得的电池的充放电速度及电容量。锂盐的浓度太高，则制得的电解液成本高，且粘度过大，影响电解液的下液速度，当锂盐浓度高到一定程度后，电解液会无法溶解锂盐，电导率不升反降。
本申请第二方面实施例提供了一种电池包，其包括：
箱体；
多个本申请实施例所述的电池，所述多个电池收容于所述箱体内，且所述多个电池电连接，所述多个电池的电连接方式包括串联、并联中的至少一种。
本申请第三方面实施例提供了一种用电设备，其包括：
用电设备本体，所述用电设备本体包括设备正极及设备负极；以及
本申请实施例所述的电池，所述电池的正极极片用于电连接用电设备本体的设备正极，电池的负极极片用于电连接所述用电设备本体的设备负极，所述电池用于为所述用电设备本体进行供电。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例的电池的结构示意图。
图2是本申请一实施例的电池沿图1中A-A方向的剖视结构示意图。
图3是本申请实施例1至实施例3及对比例1的电解液制得的电池的循环电性能图。
图4是本申请一实施例的电池包的结构示意图。
图5是本申请一实施例的用电设备，用电设备本体与电池未组装时的结构示意图。
附图标记说明：
100-电池，110-正极极片，130-隔膜，150-负极极片，120-壳体，140-负极盖板，160-正极盖板，101-收容腔，200-电池包，210-箱体，211-容置腔，300-用电设备，310-用电设备本体，311-设备正极，313-设备负极。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，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作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。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
需要说明的是，为便于说明，在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。
随着锂离子电池技术的不断发展，锂离子电池与铅酸、镉镍等其他类型的电池相比具有比容量大、无记忆效应、工作电压高、充电速度快、工作温度范围宽、循环寿命长、体积小、重量轻等优点。目前，锂离子已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电动汽车、储能电柜等领域，并且其应用范围越来越广泛。
电池包括依次设置的正极极片、隔膜及负极极片，隔膜与正极极片或负极极片之间的距离很小(通常隔膜与正极极片之间的间距为0至10μm，隔膜与负极极片之间的间距0至20μm)，因此，在电池中注入电解液时，由于电解液与隔膜、正极极片及负极极片之间存在表面张力，电解液在注液时会存在下液困难，从而降低了电池的注液效率。此外，下液困难，使得正极极片与负极极片的浸润速度变慢，从而在注液完成、卸去压力之后，电解液的液位与注液孔开口之间的距离较近，从而以发生喷液、溢液现象。再者，电解液的粘度较高，电解液更不易于进入到电极极片(包括正极极片及负极极片)表面的活性材料层的孔隙中，电解液与活性材料层的接触面积较小，使得在进行化成形成固体电解质膜(SEI膜)时，不利于生成的SEI膜的稳定性。
请参见图1和图2，本申请实施例提供了一种电池100，其包括：电解液(图未示)、正极极片110、隔膜130及负极极片150。所述正极极片110至少部分浸渍于所述电解液中，用于电连接用电设备的正极；隔膜130位于所述正极极片110的一侧，且至少部分浸渍于所述电解液中，所述负极极片150设置于所述隔膜130背离所述正极极片110的一侧且至少部分浸渍于所述电解液中，用于电连接用电设备的负极，所述电解液包括环状有机溶剂及线状有机溶剂，所述电解液的电导率σ满足关系式：σ＝kγ×γ2+k粘×μ0-k电导；其中，γ为所述电解液中所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比，kγ为γ的常数，-3.1≤kγ≤-2.5，k粘为所述电解液的粘度常数，4.6≤kγ≤5.8，k电导为所述电解液的电导率的修正系数，0.16≤kγ≤0.39，μ0为所述电解液于25℃的粘度。
可以理解地，正极极片110、隔膜130及负极极片150依次设置。正极极片110、隔膜130及负极极片150可以依次贴合且层叠设置，也可以依次间隔且层叠设置。
在一具体实施例中，正极极片110、隔膜130及负极极片150依次层叠设置再进行卷绕或弯折，以匹配最终的电池100形状。可以理解地的，本申请的电池100的形状可以为圆柱形、矩形等结构，在本申请的图示中，以圆柱形结构为例进行示意，不应理解为对本申请的电池100的限制。
本申请实施例的电池100可以为但不限于为锂离子二次电池100、锂离子一次电池100、锂硫电池100、钠锂离子电池100、钠离子电池100或镁离子电池100等。
可选地，正极极片110包括正极集流体(图未示)及覆盖在所述正极集流体表面的正极活性材料层(图未示)。所述正极集流体可以为但不限于为铝片。可选地，负极极片150包括负极集流体(图未示)及覆盖在所述负极集流体表面的负极活性材料层(图未示)。负极集流体可以为但不限于为铜片。
可选地，所述隔膜130可以为但不限于为聚丙烯膜(PP)、聚乙烯膜(PE)中的至少一种。
可选地，电解液的电导率σ的范围为9ms/cm至14ms/cm；具体地，电解液的电导率σ可以为但不限于为9ms/cm、9.5ms/cm、10ms/cm、10.5ms/cm、11ms/cm、11.5ms/cm、12ms/cm等。电解液的电导率太低，则电池的内阻增大，极化增大，电性能衰减；电解液电导率太高，会使得固态电池生成锂枝晶的问题。
本申请实施例的电池100的电解液的电导率σ满足关系式：σ＝kγ×γ2+k粘×μ0-k电导；从而使得电解液在不稀释电解质(如锂盐)浓度的情况下具有较低的粘度，进而，在往电池100的注液孔中注入电解液时，电解液流经隔膜130与正极极片110、或隔膜130与负极极片150之间的阻力减小，更易于流经隔膜130与正极极片110、或隔膜130与负极极片150之间，提高了电解液注液时的下液速度，每个电池100中注入的电解液的量是固定的，下液速度快，在注液完成后，电解液的液位与注液孔开口之间的距离就较大，这样可以更好的避免注液完成，注液压力卸去后，电解液发生喷液、溢液现象。此外，电解液的粘度较低，更易于进入正极极片110的正极活性材料层之间的孔隙中以及负极极片150的负极活性材料层之间的孔隙中，从而提高了电解液对正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果，增大了电解液与正极活性材料层及负极活性材料层的接触面积，从而在化成时，使得形成的固体电解质膜(SEI膜)更加稳定。此外，可以更好的在满足低粘度的同时，提高电极液的导电性能，从而提高电池的充放电速度。
在一些实施例中，所述电解液于25℃的粘度μ的范围为1.9mPa.s≤μ≤4.5mPa.s。具体地，电解液的粘度μ可以为但不限于为1.9mPa.s、2.0mPa.s、2.1mPa.s、2.2mPa.s、2.3mPa.s、2.4mPa.s、2.5mPa.s、2.6mPa.s、2.7mPa.s、2.8mPa.s、2.9mPa.s、3.0mPa.s、3.2mPa.s、3.4mPa.s、3.6mPa.s、3.8mPa.s、4.0mPa.s、4.2mPa.s、4.5mPa.s等。在本申请中，提到电解液的粘度时，如未特别指明，均指该电解液在常温下(如25℃)下的粘度。当电解液的粘度处于这个范围时，在往电池100的注液孔中注入电解液时，电解液流经隔膜130与正极极片110、或隔膜130与负极极片150之间的阻力减小，更易于流经隔膜130与正极极片110、或隔膜130与负极极片150之间，提高了电解液注液时的下液速度，每个电池100中注入的电解液的量是固定的，下液速度快，在注液完成后，电解液的液位与注液孔开口之间的距离就较大，这样可以更好的避免注液完成，注液压力卸去后，电解液发生喷液、溢液现象。此外，电解液的粘度较低，更易于进入正极极片110的正极活性材料层之间的孔隙中以及负极极片150的负极活性材料层之间的孔隙中，从而提高了电解液对正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果，增大了电解液与正极活性材料层及负极活性材料层的接触面积，从而在化成时，使得形成的固体电解质膜(SEI膜)更加稳定。
可选地，所述电解液于-20℃的粘度为3.5mPa.s至5.4mPa.s，于45℃的粘度为1.4mPa.s至3.2mPa.s。本申请实施例中，当涉及到数值范围a至b时，如未特别指明，表示该数值可以为a至b之间的任意数值，且包括端点数值a，且包括端点数值b。
在一些实施例中，所述电解液于25℃的粘度μ的范围为1.9mPa.s≤μ≤2.4mPa.s。可选地，所述电解液于-20℃的粘度为3.5mPa.s至3.7mPa.s，于45℃的粘度为1.4mPa.s至1.6mPa.s。当电解液于25℃的粘度处于这个范围时，可以更好的提高电解液的下液速度，防止注液后的喷液、溢液现象，同时可以更好的提高正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果，更好的提高形成的SEI膜的稳定性。电解液的粘度太低时，目前的溶剂难以实现，或者只能增加溶剂的用量，稀释电解质(如锂盐)的浓度，这样会降低电池100的容量和充放电速度。电解液的粘度太高时，会影响注液时的下液速度，注液后易发生喷液、溢液现象，降低电解液对正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果，降低电解液与极活性材料层及负极活性材料层的接触面积，影响固体电解质膜(SEI膜)的稳定性。
在一些实施例中，所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比γ的范围为0.05≤γ≤2。具体地，所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比可以为但不限于为0.05、0.08、0.1、0.12、0.15、0.18、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0等。环状有机溶剂的含量越高，电解液的粘度越大，当环状有机溶剂过高，线状有机溶剂过低时，影响电池的动力学性能。虽然，线状有机溶剂的含量越高，越有利于降低电解液的粘度，但是，当线状有机溶剂的含量过高时，虽然粘度降低了，但是由于线状有机溶剂的介电常数低，从而会使得电解液的电导率过低。
进一步地，所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比γ的范围为0.1≤γ≤1。这样可以更好地在不降低电解液中电解质浓度的情况下，使得电解液具有更低的粘度，同时具有更好的动力学性能及较高的电导率。
可选地，所述环状有机溶剂可以包括但不限于包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、二氧五环(DOL)、环丁砜(TMS)中的至少一种；所述线状有机溶剂可以包括但不限于包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、乙酸乙酯(EA)、乙酸甲酯(MA)、丙酸丙酯(PP)、丁酸乙酯(EB)、丙酸乙酯(EP)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、二甘醇二甲醚(DG)、己二腈(ADN)中的至少一种。采用这些物质作为溶剂，可以使得形成的电解液具有较好低温性能的同时，又可以具有较低的粘度，从而提高电解液的下液速度，提高电解液对正极活性材料层及负极活性材料层的浸润效果，提高SEI膜的稳定性。
可选地，所述电解液还包括锂盐。所述电解液中，所述锂盐的摩尔含量为0.8mol/L至1.2mol/L。具体地，所述锂盐的摩尔含量可以为但不限于为0.8mol/L、0.85mol/L、0.9mol/L、0.95mol/L、1.0mol/L、1.05mol/L、1.1mol/L、1.15mol/L、1.2mol/L等。锂盐的浓度太低，则使得得到的电解液的电导率过低，影响制得的电池的充放电速度及电容量。锂盐的浓度太高，则制得的电解液成本高，且粘度过大，影响电解液的下液速度，当锂盐浓度高到一定程度后，电解液会无法溶解锂盐，电导率不升反降。
可选地，所述锂盐包括但不限于包括六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)中的至少一种。
在一些实施例中，所述电解液还包括添加剂。所述添加剂包括但不限于包括碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙磺酸内酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷基)磷酸酯、三(三甲基硅烷基)硼酸酯、甲基二磺酸亚甲酯、碳酸乙烯亚乙酯、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的至少一种。添加剂有利于电极保护膜(如负极的钝化膜SEI膜，正极的钝化膜CEI膜)的形成、避免热失控，防止过充，阻燃、容量平衡等。例如，FEC能有效使负极石墨生成致密且连续的SEI膜，提升电池100的循环性能。
可选地，电解液中，所述添加剂的质量分数为1％至8％。具体地，电解液中，添加剂的质量分数可以为但不限于为1％、2％、3％、4％、51％、6％、7％、8％等。添加剂含量太低，则添加剂对于电池100性能的提升作用不明显；添加剂的含量太高，则电池的充放电循环过程中，每一次循环消耗过多的锂，导致电池的容量衰减过快，且添加剂的含量高电解液的粘度加大、电性能衰减、成本增加。
可选地，电解液中，所述添加剂的质量分数为2％至5％。这样有利于电极保护膜的形成，且不会过多增加电解液的粘度。
在一些实施例中，所述电解液的粘度μT满足：μT＝(2.86×10-5×T2-0.0267×T+6.47)×μ0，其中，T为电解液的热力学温度，μT为电解液于热力学温度为T下的粘度。当电解液的电导率满足这个关系式时，可以更好的在满足低粘度的同时，提高电极液的导电性能，从而提高电池100的充放电速度。
在一些实施例中，本申请实施例的电池100还包括壳体120、负极盖板140及正极盖板160，所述负极盖板140与所述正极盖板160分别设置于的相对两端，壳体120、负极盖板140及正极盖板160围合成收容腔101，所述电解液、正极极片110、隔膜130及负极极片150均设置于所述收容腔101内；所述正极盖板160与所述正极极片110电连接，用于将正极极片110电连接至用电设备的正极；所述负极盖板140与所述负极极片150电连接，用于将负极极片150电连接至用电设备的负极。
以下通过具体实施例对本申请的电池100作进一步的描述。
实施例1
本实施例的电解液包括锂盐、溶剂及添加剂；锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，六氟磷酸锂的摩尔浓度为1mol/L；溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)及碳酸二甲酯(DMC)的混合溶剂，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)及碳酸二甲酯(DMC)的质量比为5:2:3，环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比为1:1(即γ＝1)；添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)及氟代碳酸乙烯酯(FEC)，其中，VC的质量分数为3％，FEC的质量分数为1.5％；经测量该电解液于25℃下的粘度为3.2mPa.s，电导率σ为13.56ms/cm，其中，kγ＝-2.8，k粘＝5.2，k电导＝0.28。
实施例2
本实施例的电解液包括锂盐、溶剂及添加剂；锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)及双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，六氟磷酸锂(LiPF6)及双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)的摩尔比为9:1，锂盐的摩尔浓度为1mol/L(即LiPF6的摩尔浓度为0.9mol/L，LiFSI的摩尔浓度为0.1mol/L)；溶剂为碳酸乙烯酯(EC)与碳酸甲乙酯(EMC)的混合溶剂，碳酸乙烯酯(EC)与碳酸甲乙酯(EMC)的质量比为2:8，环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比为2:8(即γ＝0.25)；添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)及氟代碳酸乙烯酯(FEC)，其中VC的质量分数为3％，FEC的质量分数为1.5％；经测量该电解液于25℃下的粘度为2.1mPa.s，电导率σ为10.44ms/cm，其中，kγ＝-2.8，k粘＝5.2，k电导＝0.31。
实施例3
本实施例的电解液包括锂盐、溶剂及添加剂；锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)及双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，六氟磷酸锂(LiPF6)及双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)的摩尔比为9:1，锂盐的摩尔浓度为1mol/L(即LiPF6的摩尔浓度为0.9mol/L，LiFSI的摩尔浓度为0.1mol/L)；溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)及碳酸二甲酯(DMC)的混合溶剂，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)及碳酸二甲酯(DMC)的质量比为3:4:3，环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比为3:7(即γ＝0.4286)；添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)及氟代碳酸乙烯酯(FEC)，其中VC的质量分数为3％，FEC的质量分数为1.5％；经测量该电解液于25℃下的粘度为2.4mPa.s，电导率σ为11.66ms/cm，其中，kγ＝-2.8，k粘＝5.2，k电导＝0.31。
对比例1
本实施例的电解液包括锂盐、溶剂及添加剂；锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)及双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，六氟磷酸锂(LiPF6)及双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)的摩尔比为9:1，锂盐的摩尔浓度为1mol/L(即LiPF6的摩尔浓度为0.9mol/L，LiFSI的摩尔浓度为0.1mol/L)；溶剂为碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂，碳酸乙烯酯(EC)与碳酸二乙酯(DEC)的质量比为7:3，环状有机溶剂与线状有机溶剂的质量比为7:3(即γ＝2.33)；添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)及氟代碳酸乙烯酯(FEC)，其中VC的质量分数为3％，FEC的质量分数为1.5％；经测量该电解液于25℃下的粘度为4.8mPa.s，电导率σ为9.45ms/cm，其中，kγ＝-2.8，k粘＝5.2，k电导＝0.31。
需要说明的是，上述实施例1至实施例3以及对比例1的电导率通过电导率仪测试，粘度通过乌氏粘度计测试，测试的环境条件为温度25±1℃，湿度≤2％(即干燥房的条件)。
电池的制备
分别制备具有上述各实施例及对比例的电解液的电池，具体包括：
1)正极极片的制备：
将磷酸铁锂、导电剂(导电炭黑，Super P)、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)在N-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)中混合均匀，制成正极浆料，其中正极浆料固含量为58～67％，粘度范围为5000～27000mPa.s；将正极浆料涂覆在厚度为13μm的铝箔表面，转移至烘箱中进行干燥，然后经过冷压、分切得到正极极片；正极活性材料层包括以下重量含量的组分：95％～98.5％的活性物质(磷酸铁锂)、0.3％～0.8％的导电剂、1.6％～2.7％的粘结剂。其中，正极活性材料层的孔隙率为32.89％，压实密度为2.4g/cm3，双面涂布重量为0.033g/cm2，厚度150.5μm；
2)负极极片的制备：
负极：将负极活性材料石墨、导电剂(导电炭黑，Super P)、增稠剂羧甲基纤维素钠(羧甲基纤维素钠，CMC)、粘结剂、丁苯橡胶(SBR)在去离子水中混合均匀，制成负极浆料；其中，负极浆料固含量为49～58％，粘度范围为2000～8000mPa.s；将负极浆料涂布在厚度为6μm的铜箔表面，转移至烘箱中进行干燥，然后经过冷压、分切得到负极极片。负极活性材料层包括以下重量含量的组分：94.5％～98.3％的活性物质(石墨)、0.4％～1.2％的导电剂(导电炭黑)、0.3％～0.7％的增稠剂(羧甲基纤维素钠)、0.9％～1.7％的粘结剂、0.3％～1.2％粘结剂丁苯橡胶；其中，负极活性材料层的孔隙率为32.28％，压实密度为1.55g/cm3，双面涂布重量为0.016g/cm2，厚度106.2μm；
3)隔离膜的制备：
以厚度为16μm的聚丙烯薄膜(PP)作为隔离膜。
4)锂离子电池的制备：将上述正极极片、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壳中，干燥后分别注入实施例1至实施例3、对比例1中的注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形，获得含有各实施例及对比例的电极液的锂离子电池。
性能测试：
1)浸润效果测试：对上述实施例1至实施例3以及对比例1配置的电解液分别进行注液，分别测量各实施例及对比例浸润50％孔隙、60％孔隙、70％孔隙、80％孔隙所需的循环次数，详细数据如下表1所示。
电解液的浸润效果测试步骤如下：
i)未注液电芯准备：将正极极片、负极极片、隔膜通过卷绕机卷成卷芯，然后将卷芯入壳焊接成未注液电芯。其中，本测试中正极极片的孔隙率为32.89％，负极极片的孔隙率为32.28％，隔膜孔隙率为42％。因此，卷绕得到的卷芯孔隙率＝(正极极片的体积×32.8％+负极极片的体积×32.2％+隔膜的体积×42％)÷卷芯体积＝33.3％，得到的卷芯孔隙为107cm3。
ii)注液：将准备好的未注液电芯放置在注液机中，在注液杯中加入一定量的电解液(根据卷芯的孔隙率，当浸润50％孔隙时，注液杯放置107*50％＝53.5cm3的电解液，以此类推)，然后启动注液。
iii)数据收集：当注液完成一个循环后，观察注液杯中剩余的电解液量，然后开始第二个循环，直至注液杯中无电解液残余，记录从开始注液到彻底无残余的总循环次数。(以此类推，测试相同注液量下，不同电解液所需的循环数)。
表1各实施例及对比例的电解液的浸润性能测试
Figure BDA0003878799440000091
由表1中各实施例及对比例浸润所需循环次数的结果可知，达到相同比例的浸润效果，电解液的粘度越低时，所需要的循环次数越少，说明电解液粘度越低，浸润效果越好。
由表1的测试结果可知，实施例1至实施例3及对比例1的电解液的注液速度关系为：实施例2＞实施例3＞实施例1＞对比例1，这说明电解液粘度越低，注液速度越快，注液所需要的循环次数越少。
2)于25℃温度下，以1C的电流密度，进行恒流充放电测试，测量循环次数与采用各实施例及对比例的电解液的电池100的容量保持率。测试结果如图3所示。
从图3为采用各实施例及对比例的电解液制得的电池100的循环电性能图，从图3中可知，实施例1具有最好的循环稳定性，这与其较高的电导率有关。对比例1的粘度较大，电导率较低，因此，其循环电容量急剧衰减。
请参见图4，本申请实施例还提供一种电池包200，其包括箱体210以及多个本申请实施例所述的电池100，所述多个电池100收容于所述箱体210内，且所述多个电池100电连接，所述多个电池100的电连接方式包括串联、并联中的至少一种。术语“多个”指大于或等于两个。
可以理解地，电池包200的多个电池100可以相互并联；或者相互串联；或者部分并联，部分串联，对于同一个电池包200的多个电池100的连接方式，本申请不作具体限定。
可以理解地，箱体210具有容置腔211，多个电池100收容于容置腔211内。在一些实施例中，每个容置腔211收容一个电池100。在另一些实施例中，每个容置腔211收容多个电池100。
可以理解地，本实施方式中所述的电池包200仅仅为所述电池100所应用的电池包200的一种形态，不应当理解为对本申请提供的电池包200的限定，也不应当理解为对本申请各个实施方式提供的电池100的限定。
请参见图5，本申请实施例还提供一种用电设备300，其包括：用电设备本体310及本申请实施例所述的电池100。所述用电设备本体310包括设备正极311及设备负极313；所述电池100的正极极片110用于电连接用电设备本体310的设备正极311，电池100的负极极片150用于电连接所述用电设备本体310的设备负极313，所述电池100用于为所述用电设备本体310进行供电。
本申请实施例的用电设备300可以为但不限于为手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、智能玩具、智能手环、智能手表、电子阅读器、游戏机、玩具等便携式电子设备；还可以为电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等大型设备。
可以理解地，本实施方式中所述的用电设备300仅仅为所述电池100所应用的用电设备300的一种形态，不应当理解为对本申请提供的用电设备300的限定，也不应当理解为对本申请各个实施方式提供的电池100的限定。
在本申请中提及“实施例”“实施方式”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现所述短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。此外，还应该理解的是，本申请各实施例所描述的特征、结构或特性，在相互之间不存在矛盾的情况下，可以任意组合，形成又一未脱离本申请技术方案的精神和范围的实施例。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于，包括：
电解液，所述电解液包括环状有机溶剂及线状有机溶剂，所述电解液的电导率σ满足关系式：σ＝kγ×γ2+k粘×μ0-k电导；其中，γ为所述电解液中所述环状有机溶剂与所述线状有机溶剂的质量比，kγ为γ的常数，-3.1≤kγ≤-2.5，k粘为所述电解液的粘度常数，4.6≤kγ≤5.8，k电导为所述电解液的电导率的修正系数，0.16≤kγ≤0.39，μ0为所述电解液于25℃的粘度；
正极极片，所述正极极片至少部分浸渍于所述电解液中；
隔膜，位于所述正极极片的一侧，且至少部分浸渍于所述电解液中，以及
负极极片，所述负极极片设置于所述隔膜背离所述正极极片的一侧且至少部分浸渍于所述电解液中。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电解液于25℃的粘度μ0的范围为1.9mPa.s≤μ0≤4.5mPa.s。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电解液于25℃的粘度μ0的范围为1.9mPa.s≤μ0≤2.4mPa.s。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述环状有机溶剂及所述线状有机溶剂的质量比γ的范围为0.05≤γ≤2。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述环状有机溶剂及所述线状有机溶剂的质量比γ的范围为0.1≤γ≤1。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电池，其特征在于，所述电解液的粘度μT满足：μT＝(2.86×10-5×T2-0.0267×T+6.47)×μ0，其中，T为电解液的热力学温度，μT为电解液于热力学温度为T下的粘度。
7.根据权利要求1-5任一项所述的电池，其特征在于，所述环状有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、二氧五环、环丁砜中的至少一种；所述线状有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯、丙酸乙酯、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚、己二腈中的至少一种；所述电解液还包括锂盐及添加剂；所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷基)磷酸酯、三(三甲基硅烷基)硼酸酯、甲基二磺酸亚甲酯、碳酸乙烯亚乙酯、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述电解液中，所述锂盐的摩尔含量为0.8mol/L至1.2mol/L；所述添加剂的质量分数为1％至8％。
9.一种电池包，其特征在于，包括：
箱体；
多个权利要求1至8任一项所述的电池，所述多个电池收容于所述箱体内，且所述多个电池电连接，所述多个电池的电连接方式包括串联、并联中的至少一种。
10.一种用电设备，其特征在于，包括：
用电设备本体，所述用电设备本体包括设备正极及设备负极；以及
权利要求9所述的电池，所述电池的正极极片用于电连接用电设备本体的设备正极，电池的负极极片用于电连接所述用电设备本体的设备负极，所述电池用于为所述用电设备本体进行供电。
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