CN116581387A - 电解液、电池和用电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电解液、电池和用电设备，所述电解液包括：AxOy Z‑和PO2F2 ‑，A包括P、S或Si中的至少之一，1≤x≤2，4≤y≤5，2≤z≤3。本申请组成的电解液可以有效降低含有其的电池循环充放电过程的DCR增长率，从而可以提高锂离子电池的功率性能。
Description
技术领域
本申请属于二次电池技术领域，具体涉及一种电解液、电池和用电设备。
背景技术
锂离子电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。
随着不断的循环充放电，现有锂离子电池的DCR（直流内阻）会不断增大，从而影响电池的功率性能。
发明内容
鉴于背景技术中存在的技术问题，本申请提供一种电解液，旨在降低含有其的锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率，从而提高锂离子电池的功率性能。
为了实现上述目的，本申请的第一方面提供了一种电解液，所述电解液包括：AxOy Z-和PO2F2 -，A包括P、S或Si中的至少之一，1≤x≤2，4≤y≤5，2≤z≤3。
本申请组成的电解液可以有效降低含有其的电池循环充放电过程的DCR增长率，从而可以提高锂离子电池的功率性能。
在本申请一些实施方式中，所述AxOy Z-包括PO4 3-、SO4 2-或Si2O5 2-中的至少之一，可选的，包括PO4 3-。由此，可以降低含有其的锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率。
在本申请一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-和所述PO2F2 -的质量浓度总和低于或等于2000ppm，可选为低于或等于1500ppm。由此，可以降低含有其的锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率。
在本申请一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-的质量浓度为m，所述PO2F2 -的质量浓度为n，n/m=（10-1000）：1，可选为（100-500）：1。由此，可以降低含有其的锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率。
在本申请一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-的质量浓度m为1ppm-1000ppm，可选为1ppm-200ppm。由此，可以降低含有其的锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率。
在本申请一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述PO2F2 -的质量浓度n为1ppm-1000ppm，可选为1ppm-200ppm。由此，可以降低含有其的锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率。
在本申请一些实施方式中，所述电解液还包括成膜添加剂。由此，可以降低含有其的锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率。
在本申请一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述成膜添加剂的质量浓度为w，(m+n)/w为1：（10-100），可选为1：（20-80）。由此，可以降低含有其的锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率。
在本申请一些实施方式中，所述成膜添加剂的质量浓度w为0.2%-0.5%，可选为0.25%-0.45%。由此，可以降低含有其的锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率。
在本申请一些实施方式中，所述成膜添加剂包括三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯）和三（三甲基硅烷）亚磷酸酯中的至少之一。由此，可以降低含有其的锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率。
本申请第二方面提供了一种电池，其包括本申请第一方面的所述的电解液。由此，该电池具有优异的功率性能。
在本申请一些实施方式中，所述电池包括正极极片，所述正极极片的正极活性材料满足以下条件中的至少之一：
所述正极活性材料的体积平均粒径Dv50为1μm-4μm，可选为1μm-3μm；
所述正极活性材料的BET比表面积为1m2/g-4m2/g，可选为1m2/g-3m2/g；
所述正极活性材料在300MPa压力下的压实密度为3.2g/cm3-3.8g/cm3，可选为3.3g/cm3-3.6g/cm3。
在本申请一些实施方式中，所述电池包括负极极片，所述负极极片的负极活性材料满足以下条件中的至少之一：
所述负极活性材料的体积平均粒径Dv50为1μm-4μm，可选为1μm-3μm；
所述负极活性材料的BET比表面积为1m2/g-4m2/g，可选为1m2/g-3m2/g；
所述负极活性材料在300MPa压力下的压实密度为1.4g/cm3-1.8g/cm3，可选为1.5g/cm3-1.7g/cm3。
本申请第三方面提供了一种用电设备，其包括第二方面所述的电池。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
通过阅读对下文可选为实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出可选为实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
图1是本申请一实施方式的电池的结构示意图；
图2是本申请一实施方式的电池模块的结构示意图；
图3是本申请一实施方式的电池包的结构示意图；
图4是图3的分解图；
图5是电池用作电源的用电设备的一实施方式的示意图。
附图标记说明：
1：二次电池；2：电池模块；3：电池包；4：上箱体；5：下箱体。
具体实施方式
下面对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
在本文中提及“实施例”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该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，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
为了简明，本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任意上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
目前，从市场形势的发展来看，锂离子电池的应用越加广泛。锂离子电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着锂离子电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
锂离子电池充放电过程中，锂离子从正极极片中脱出，在电场作用下通过电解液迁移到负极极片并嵌入至负极活性物质中；在电池放电时，锂离子从负极活性物质中脱出，在电场作用下通过电解液迁移到正极极片并嵌入至正极活性物质中。随着二次电池的充放电循环，正极极片与电解液之间发生副反应，一方面副反应的发生伴随着活性锂参与反应，消耗了活性锂。另一方面，副反应产物在正极活性材料表面的累积，导致锂离子传输困难，使得锂离子无法完全嵌入到材料中，最后导致正极活性材料中活性锂不断损失，引起锂离子电池的DCR不断增长，从而降低电池的功率性能。
在本申请中，电解液中包括AxOy Z-和PO2F2 -，A包括P、S或Si中的至少之一，1≤x≤2，4≤y≤5，2≤z≤3，一方面，AxOy Z-和PO2F2 -可以提供A-O键、A=O键、P-O键和P=O键，A-O键、A=O键、P-O键和P=O键可以与正极极片表面的锂离子相结合，从而稳定正极极片中的活性锂；再一方面，AxOy Z-由于A的中心配位体对O的束缚力不足，高电压下很容易失去电子，被氧化后可以在正极极片表面成膜，从而保护正极极片中活性锂。同时在电池充电过程中，PO2F2 -上的P=O键容易被正极极片上脱锂后的正极活性材料氧化，P=O被氧化后，剩余的F离子容易与锂离子结合，从而可以改善AxOy Z-被氧化后表面产物离子导电率差的问题，并且由于F离子与锂离子两者半径接近，结合能很强，可以很好的覆盖在正极材料表面，从而降低活性锂的损失。由此，采用本申请组成的电解液，可以有效降低活性锂的损失，从而降低含有其的电池循环充放电过程的DCR增长率，提高电池的功率性能。
本申请实施例公开的电解液适用于锂离子电池，并且本申请实施例公开的电池可以用于使用电池作为电源的用电设备或者使用电池作为储能元件的各种储能系统。用电设备可以包括但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。
本申请第一方面提出了一种电解液，所述电解液包括：AxOy Z-和PO2F2 -，A包括P、S和Si中的至少之一，1≤x≤2，4≤y≤5，2≤z≤3。
本申请至少包括如下所述的有益效果：本申请的电解液包括AxOy Z-和PO2F2 -，一方面，AxOy Z-和PO2F2 -可以提供A-O键、A=O键、P-O键和P=O键，A-O键、A=O键、P-O键和P=O键可以与正极极片表面的锂离子相结合，从而稳定正极极片中的活性锂；再一方面，AxOy Z-由于A的中心配位体对O的束缚力不足，高电压下很容易失去电子，被氧化后可以在正极极片表面成膜，从而保护正极极片中活性锂。同时在电池充电过程中，PO2F2 -上的P=O键容易被正极极片上脱锂后的正极活性材料氧化，P=O被氧化后，剩余的F离子容易与锂离子结合，从而可以改善AxOy Z-被氧化后表面产物离子导电率差的问题，并且由于F离子与锂离子两者半径接近，结合能很强，可以很好的覆盖在正极材料表面，从而降低活性锂的损失。由此，采用本申请组成的电解液，可以有效降低活性锂的损失，降低含有其的电池循环充放电过程的DCR增长率，从而提高电池的功率性能。
在本申请一些实施方式中，上述AxOy Z-中A可以包括P、S或Si中的至少之一，1≤x≤2，4≤y≤5，2≤z≤3，例如x为1或2，y为4或5，z为2或3。作为示例，AxOy Z-可以包括PO4 3-、SO4 2-或Si2O5 2-中的至少之一。由此，上述组成的AxOy Z-提供的A-O键和A=O键可以与正极极片表面的锂离子相结合，从而稳定正极极片中的活性锂；同时AxOy Z-由于A的中心配位体对O的束缚力不足，很容易失去电子被氧化后在正极极片表面成膜，从而保护正极极片中活性锂。在本申请另一些实施方式中，AxOy Z-可以包括PO4 3-。
需要说明的是，本申请中AxOy Z-和PO2F2 -以锂盐形式加入电解液中，例如Li3PO4、Li2SO4、Li2Si2O5、LiPO2F2。
在本申请一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-和所述PO2F2 -的质量浓度总和低于或等于2000ppm，例如2ppm-2000ppm，10ppm-2000ppm，50ppm-2000ppm，100ppm-2000ppm，200ppm-2000ppm，300ppm-2000ppm，400ppm-2000ppm，500ppm-2000ppm，600ppm-2000ppm，700ppm-2000ppm，800ppm-2000ppm，900ppm-2000ppm，1000ppm-2000ppm，1100ppm-1900ppm，1200ppm-1800ppm，1300ppm-1700ppm，1400ppm-1600ppm，1400ppm-1500ppm等。由此，本申请控制电解液中AxOy Z-和PO2F2 -的总质量浓度控制在上述范围内，不仅可以提高电池循环寿命，而且可以降低锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率，从而提高锂离子电池的功率性能。在本申请另一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-和所述PO2F2 -的质量浓度总和低于或等于1500ppm。
需要说明的是，“ppm”指质量浓度，其指电解液中AxOy Z-和PO2F2 -的总质量与电解液质量的比值，1ppm=0.0001%。同时本申请中电解液中的AxOy Z-和PO2F2 -的质量浓度的测试方法可以采用本领域公知的仪器及方法进行测定，例如可以采用离子色谱方法进行测试，仪器采用ICS-900离子色谱仪，其测试方法具体参考GB/T36240-2018。
在本申请一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-的质量浓度为m，所述PO2F2 -的质量浓度为n，n/m=（10-1000）:1，例如（20-980）:1，（30-950）:1，（40-920）:1，（50-900）:1，（80-880）:1，（100-850）:1，（120-820）:1，（150-800）:1，（180-780）:1，（200-750）:1，（250-700）:1，（300-650）:1，（350-600）:1，（400-550）:1，（450-500）:1，（480-500）:1等。由此，本申请将电解液中所述PO2F2 -的质量浓度n与所述AxOy Z-的质量浓度m的比n/m控制在上述范围内，可以在降低产气的同时降低锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率，从而提高锂离子电池的功率性能和循环性能。在本申请另一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-的质量浓度m与所述PO2F2 -的质量浓度n满足n/m=（100-500）：1。
在本申请一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-的质量浓度m为1ppm-1000ppm，例如2ppm-1000ppm，5ppm-1000ppm，10ppm-1000ppm，50ppm-1000ppm，80ppm-1000ppm，100ppm-1000ppm，120ppm-1000ppm，150ppm-1000ppm，170ppm-1000ppm，200ppm-1000ppm，300ppm-1000ppm，400ppm-1000ppm，500ppm-1000ppm，600ppm-1000ppm，700ppm-1000ppm，800ppm-1000ppm，900ppm-1000ppm。由此，本申请控制电解液中所述AxOy Z-的质量浓度在上述范围内，可以在降低恶化产气的同时降低锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率，从而提高锂离子电池的功率性能和循环性能。在本申请另一些实施方式中，基于所述电解液的总量，所述AxOy Z-的质量浓度m为1ppm-200ppm。
在本申请一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述PO2F2 -的质量浓度n为1ppm-1000ppm，例如2ppm-1000ppm，5ppm-1000ppm，10ppm-1000ppm，50ppm-1000ppm，80ppm-1000ppm，100ppm-1000ppm，120ppm-1000ppm，150ppm-1000ppm，170ppm-1000ppm，200ppm-1000ppm，300ppm-1000ppm，400ppm-1000ppm，500ppm-1000ppm，600ppm-1000ppm，700ppm-1000ppm，800ppm-1000ppm，900ppm-1000ppm。由此，本申请控制电解液中所述PO2F2 -的质量浓度在上述范围内，可以降低锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率，从而提高锂离子电池的功率性能。在本申请另一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述PO2F2 -的质量浓度n为1ppm-200ppm。
在本申请一些实施方式中，所述电解液中还可以包括成膜添加剂。具体的，“成膜添加剂”可以理解为添加在电解液中，可以起到促进在正极极片表面形成CEI膜（正极电解质界面）和/或在负极极片表面形成SEI膜（固体电解质界面膜）的物质。本申请在电解液中加入成膜添加剂，其与AxOy Z-和PO2F2 -协同可以促进在正极极片表面成膜，有效降低活性锂的损失，从而降低含有其的电池循环充放电过程的DCR增长率，提高电池的功率性能。
在本申请一些实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述成膜添加剂的质量浓度为w，(m+n)/w为1：（10-100），例如1：（15-95），1：（20-90），1：（25-85），1：（30-80），1：（35-75），1：（40-70），1：（45-65），1：（50-60），1：（55-60）等。由此，本申请控制电解液中所述AxOy Z-与所述PO2F2 -的质量浓度和与所述成膜添加剂的质量浓度比在上述范围，可以降低锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率，从而提高锂离子电池的功率性能。在本申请另一些实施方式中，所述AxOy Z-的质量浓度m、所述PO2F2 -的质量浓度n和所述成膜添加剂的质量浓度w满足(m+n)/w为1：（20-80）。
在本申请一些实施方式中，所述成膜添加剂的质量浓度w为0.2%-0.5%，例如0.22%-0.48%，0.25%-0.45%，0.27%-0.42%，0.3%-0.4%，0.32%-0.38%，0.35%-0.37%等。由此，本申请控制电解液中所述成膜添加剂的质量浓度w在上述范围，可以降低锂离子电池循环充放电过程的DCR增长率，从而提高锂离子电池的功率性能。在本申请另一些实施方式中，所述成膜添加剂的质量浓度w为0.25%-0.45%。
需要说明的是，本申请中电解液中的所述成膜添加剂的浓度的测试方法可以采用本领域公知的仪器及方法进行测定，例如可以采用有机气相色谱法。
作为示例，所述成膜添加剂可以包括三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯）或三（三甲基硅烷）亚磷酸酯中的至少之一。
所述电解液还可以包括电解质盐和溶剂。
作为示例，电解质盐可包括六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）、高氯酸锂（LiClO4）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）、双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI）、三氟甲磺酸锂（LiTFS）、二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）、二草酸硼酸锂（LiBOB）、二氟磷酸锂（LiPO2F2）、二氟二草酸磷酸锂（LiDFOP）或四氟草酸磷酸锂（LiTFOP）中的至少一种。
作为示例，所述溶剂可包括碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二丙酯（DPC）、碳酸甲丙酯（MPC）、碳酸乙丙酯（EPC）、碳酸亚丁酯（BC）、氟代碳酸亚乙酯（FEC）、甲酸甲酯（MF）、乙酸甲酯（MA）、乙酸乙酯（EA）、乙酸丙酯（PA）、丙酸甲酯（MP）、丙酸乙酯（EP）、丙酸丙酯（PP）、丁酸甲酯（MB）、丁酸乙酯（EB）、1，4-丁内酯（GBL）、环丁砜（SF）、二甲砜（MSM）、甲乙砜（EMS）或二乙砜（ESE）中的至少一种。
在一些实施方式中，电解液中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、改善电池高温性能的添加剂、改善电池低温性能的添加剂。
本申请第二方面提供了一种电池，其包括本申请第一方面所述的电解液。由此，该电池具有低的直流内阻，优异的功率性能。
电池，是指在放电后可通过充电的方式使活性材料激活而继续使用的电池。
通常情况下，电池包括正极极片、负极极片、隔离膜及电解液。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。隔离膜设置在正极极片和负极极片之间，起到隔离的作用。电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。
在本申请一些实施方式中，所述电池可以为锂离子电池。
[正极极片]
在电池中，所述正极极片通常包括正极集流体及设置在正极集流体上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料。
所述正极集流体可以采用常规金属箔片或复合集流体（可以将金属材料设置在高分子基材上形成复合集流体）。作为示例，正极集流体可以采用铝箔。
所述正极活性材料的具体种类不做限制，可以采用本领域已知的能够用于二次电池正极的活性材料，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。
作为示例，所述正极活性材料可以包括但不限于锂过渡金属氧化物，橄榄石结构的含锂磷酸盐及其各自的改性化合物中的至少一种。锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、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、锂镍钴铝氧化物及其改性化合物中的至少一种。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、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂、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及其改性化合物中的至少一种。这些材料均可以通过商业途径获得。
在本申请一些实施方式中，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv50为1μm-4μm，例如，正极活性材料的体积平均粒径Dv50可以是1μm-3μm，2μm-3μm等。在本申请的另一些实施方式中，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv50为1μm-3μm。
本申请中，体积平均粒径Dv50是指累计体积分布百分数达到50%时所对应的粒径，例如参照标准GB/T 19077-2016，使用激光粒度分析仪（例如Malvern Master Size 3000）进行测定。
在本申请一些实施方式中，所述正极活性材料的BET比表面积为1m2/g-4m2/g，例如正极活性材料的比表面积可以是1.5m2/g-3.5m2/g，2m2/g-3m2/g，2.5m2/g-3m2/g，2.8m2/g-3m2/g等。在本申请的另一些实施方式中，所述正极活性材料的BET比表面积为1m2/g-3m2/g。
本申请中，正极活性材料的比表面积可以参照如下方法测试得到：使用美国麦克多站式全自动比表面积与孔隙分析仪GeminiVII2390，取约7g左右的样品放入9cc带球泡的长管中，200℃脱气2h，随后放入主机测试得到正极活性材料的BET（比表面积）数据。
在本申请一些实施方式中，所述正极活性材料在300MPa压力下的压实密度为3.2g/cm3-3.8g/cm3，例如正极活性材料在300MPa压力下的压实密度可以是3.2g/cm3-3.7g/cm3，3.3g/cm3-3.6g/cm3，3.4g/cm3-3.5g/cm3等。在本申请一些实施方式中，所述正极活性材料在300MPa压力下的压实密度为3.3g/cm3-3.6g/cm3。
本申请中，“压实密度”为本领域公知的含义，可以采用本领域公知的仪器和方法测定，例如可以采用下列测试方法：定量m的粉末放于压实专用模具中，将模具放在压实密度仪器上，设置300MPa压力，在设备上测出300MPa压力下粉末的体积v，通过密度=质量m/体积v，计算出压实密度（具体参考GB/T24533-2009）。
具体的，当本申请的正极活性材料的体积平均粒径Dv50、比表面积和300MPa压力下的压实密度中的至少之一在上述范围时，正极活性材料内的传导距离小、表面副反应少，促进了正极活性材料发挥其克容量，提升了含有其的电池的容量保持率。
[负极极片]
在电池中，所述负极极片通常包括负极集流体及设置在负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料。
所述负极集流体可以采用常规金属箔片或复合集流体（例如可以将金属材料设置在高分子基材上形成复合集流体）。作为示例，负极集流体可以采用铜箔。
所述负极活性材料的具体种类不做限制，可以采用本领域已知的能够用于二次电池负极的活性材料，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。作为示例，所述负极活性材料可以包括但不限于人造石墨、天然石墨、硬碳、软碳、硅基材料和锡基材料中的至少一种。所述硅基材料可包括单质硅、硅氧化合物（例如氧化亚硅）、硅碳复合物、硅氮复合物、硅合金中的至少一种。所述锡基材料可包括单质锡、锡氧化合物、锡合金中的至少一种。这些材料均可以通过商业途径获得。
在一些实施方式中，为了进一步提高电池的能量密度，所述负极活性材料可以包括硅基材料。
在本申请一些实施方式中，所述负极活性材料的体积平均粒径Dv50为1μm-4μm，例如，负极活性材料的体积平均粒径Dv50可以是1μm-3μm，2μm-3μm等。在本申请的另一些实施方式中，所述负极活性材料的体积平均粒径Dv50为1μm-3μm。
本申请中，所述负极活性材料的体积平均粒径Dv50的含义和测试方法可以参考正极活性材料体积平均粒径Dv50的含义和测试方法。
在本申请一些实施方式中，所述负极活性材料的BET比表面积为1m2/g-4m2/g，例如负极活性材料的比表面积可以是1.5m2/g-3.5m2/g，2m2/g-3m2/g，2.5m2/g-3m2/g，2.8m2/g-3m2/g等。在本申请的另一些实施方式中，所述负极活性材料的BET比表面积为1m2/g-3m2/g。
本申请中，所述负极活性材料的BET比表面积的测试方法可以参考正极活性材料的BET比表面积的测试方法。
在本申请一些实施方式中，所述负极极片的压实密度为1.4g/cm3-1.8g/cm3，例如1.4g/cm3-1.7g/cm3，1.5g/cm3-1.7g/cm3，1.6g/cm3-1.7g/cm3等。在本申请另一些实施方式中，所述负极极片中的压实密度为1.5g/cm3-1.7g/cm3。由此，可以提升含有其的电池的循环性能。
本申请的“负极极片的压实密度”为本领域公知的含义，可以采用本领域公知的仪器及方法进行测定。例如测试方法可以参考上述“正极极片的压实密度”的测试方法。值得注意的是，负极通常常用去离子水来擦除活性物质层。
所述负极活性材料层通常还可选地包括粘结剂、导电剂和其他可选助剂。
作为示例，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至少一种。
作为示例，粘结剂可以包括丁苯橡胶（SBR）、水性丙烯酸树脂（water-basedacrylic resin）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚乙烯醇（PVA）及聚乙烯醇缩丁醛（PVB）中的至少一种。
作为示例，其他可选助剂可以包括增稠及分散剂（例如羧甲基纤维素钠CMC-Na）、PTC热敏电阻材料。
作为上述的隔离膜，本申请并没有特别的限制，可以根据实际需求选用任意公知的具有电化学稳定性和力学稳定性的多孔结构隔离膜，例如可以包括包含玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种的单层或多层薄膜。
本申请实施例对电池的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其它任意的形状。如图1是作为一个示例的方形结构的二次电池1。
在一些实施方式中，电池可包括外包装。该外包装用于封装正极极片、负极极片和电解质。
在一些实施方式中，外包装可包括壳体和盖板。其中，壳体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。壳体具有与容纳腔连通的开口，盖板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。电极组件封装于所述容纳腔。电池所含电极组件的数量可以包括一个或几个，可根据需求来调节。
在一些实施方式中，电池的外包装可以包括硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳。
电池的外包装也可以包括软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，如可包括聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）中的至少一种。
在一些实施方式中，电池可以组装成电池模块，电池模块所含电池的数量可以为多个，具体数量可根据电池模块的应用和容量来调节。
图2是作为一个示例的电池模块2。参照图2，在电池模块2中，多个二次电池1可以是沿电池模块2的长度方向依次排列设置。当然，也可以按照其它任意的方式进行排布。进一步可以通过紧固件将该多个二次电池1进行固定。
电池模块2还可以包括具有容纳空间的外壳，多个二次电池1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根据电池包的应用和容量进行调节。
图3和4是作为一个示例的电池包3。参照图3和4，在电池包3中可以包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池模块2。电池箱包括上箱体4和下箱体5，上箱体4能够盖设于下箱体5，并形成用于容纳电池模块2的封闭空间。多个电池模块2可以按照任意的方式排布于电池箱中。
本申请第三方面提供了一种用电设备，其包括第二方面所述的电池。具体的，所述电池可以作为所述用电设备的电源，也可以作为所述用电设备的能量存储单元。所述用电设备可以包括但不限于移动设备（例如手机、笔记本电脑）、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）、电气列车、船舶及卫星、储能系统。
图5是作为一个示例的用电设备。该用电设备包括纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车。
作为另一个示例的用电设备可以包括手机、平板电脑、笔记本电脑。该用电设备通常要求轻薄化，可以采用电池作为电源。
为了使本申请实施例所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚，以下将结合实施例和附图进行进一步详细说明。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。
实施例1
1、正极极片的制备
将正极活性材料LiNi0.7Co0.1Mn0.1O2、导电剂Super P、粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）在N-甲基吡咯烷酮（NMP）中制成正极浆料，其中正极浆料中固体含量为50wt%，固体成分中LiNi0.7Co0.1Mn0.1O2、Super P、PVDF的质量比为8:1:1，将正极浆料涂布在集流体铝箔的上下表面并在85℃下烘干后进行冷压，然后进行切边、裁片、分条后，在85℃的真空条件下烘干4h，制成正极极片。
3、负极极片的制备
将石墨与导电剂Super P、增稠剂羧甲基纤维素（CMC）、粘接剂丁苯橡胶（SBR）在去离子水中混合均匀，制成负极浆料，其中负极浆料中固体含量为30wt%，固体成分中石墨、氧化亚硅、Super P、CMC及粘接剂丁苯橡胶（SBR）的质量比为88:7:3:2，将负极浆料涂布在集流体铜箔上下表面并在85℃下烘干，然后进行冷压、切边、裁片、分条后，在120℃真空条件下烘干12h，制成负极极片。
3、电解液的制备
在充满氩气的手套箱中（水含量＜10ppm，氧气含量＜1ppm），将LizAxOy和LiPO2F2加入到有机溶剂中（有机溶剂包括碳酸亚乙酯（EC）和碳酸甲乙酯（EMC），EC与EMC质量比为3：7），混合均匀后，缓慢加入LiPF6和LiFSI，待锂盐完全溶解后，得到锂盐浓度为1mol/L的电解液。
4、隔离膜
以16μm的聚乙烯膜作为隔离膜。
5、锂离子电池制备
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片中间起到隔离正负极的作用，卷绕得到裸电芯，焊接极耳，将裸电芯置于外包装中，将上述制备的电解液注入到干燥后的电芯中，封装、静置、化成、整形、容量测试等，完成锂离子电池的制备（软包锂离子电池的厚度4.0mm、宽度60mm、长度140mm）。
实施例2-39和对比例1-4的锂离子电池制备方法同于实施例1，区别在电解液中添加剂组成不同，具体如表1所示。
表1
对实施例1-39和对比例1-4所得锂离子电池的DCR增长率进行表征，表征结果如表2所示。
锂离子电池DCR增长率测试方法
电池开始循环之前，调整SOC到50%。然后4C放电30S，放电前电压记为V1，放电后电压记为V2，计算DCR1=（V1-V2）/I(其中I值对应4C放电的电流值)，循环300圈以后，取下电池。以同样的方案测试DCR2，计算ΔDCR=（DCR2-DCR1）/DCR1，ΔDCR为电池DCR的增长率。
表2
由表2可知，实施例1-39的锂离子电池DCR增长率明显低于对比例1-4，从而表明本申请的包括AxOy Z-和PO2F2 -的电解液，可以有效降低含有其的电池循环充放电过程的DCR增长率，从而可以提高锂离子电池的功率性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (22)
1.一种电解液，其特征在于，包括：AxOy Z-和PO2F2 -，A包括P、S或Si中的至少之一，1≤x≤2，4≤y≤5，2≤z≤3。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述AxOy Z-包括PO4 3-、SO4 2-或Si2O5 2-中的至少之一。
3.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述AxOy Z-包括PO4 3-。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-和所述PO2F2 -的质量浓度总和低于或等于2000ppm。
5.根据权利要求1或4所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-和所述PO2F2 -的质量浓度总和低于或等于1500ppm。
6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-的质量浓度为m，所述PO2F2 -的质量浓度为n，n/m=（10-1000）：1。
7.根据权利要求6所述的电解液，其特征在于，n/m=（100-500）：1。
8.根据权利要求6或7所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-的质量浓度m为1ppm-1000ppm。
9.根据权利要求6或7所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述AxOy Z-的质量浓度m为1ppm-200ppm。
10.根据权利要求6或7所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述PO2F2 -的质量浓度n为1ppm-1000ppm。
11.根据权利要求6或7所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述PO2F2 -的质量浓度n为1ppm-200ppm。
12.根据权利要求6或7所述的电解液，其特征在于，还包括成膜添加剂。
13.根据权利要求12所述的电解液，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述成膜添加剂的质量浓度为w，(m+n)/w为1：（10-100）。
14.根据权利要求13所述的电解液，其特征在于，(m+n)/w为1：（20-80）。
15.根据权利要求13或14所述的电解液，其特征在于，所述成膜添加剂的质量浓度w为0.2%-0.5%。
16.根据权利要求13或14所述的电解液，其特征在于，所述成膜添加剂的质量浓度w为0.25%-0.45%。
17.根据权利要求12所述的电解液，其特征在于，所述成膜添加剂包括三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯或三（三甲基硅烷）亚磷酸酯中的至少之一。
18.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-17中任一项所述的电解液。
19.根据权利要求18所述的电池，其特征在于，所述电池包括锂离子电池。
20.根据权利要求18或19所述的电池，其特征在于，所述电池包括正极极片，所述正极极片的正极活性材料满足以下条件中的至少之一：
所述正极活性材料的体积平均粒径Dv50为1μm-4μm；
所述正极活性材料的BET比表面积为1m2/g-4m2/g；
所述正极活性材料在300MPa压力下的压实密度为3.2g/cm3-3.8g/cm3。
21.根据权利要求18或19所述的电池，其特征在于，所述电池包括负极极片，所述负极极片的负极活性材料满足以下条件中的至少之一：
所述负极活性材料的体积平均粒径Dv50为1μm-4μm；
所述负极活性材料的BET比表面积为1m2/g-4m2/g；
所述负极活性材料在300MPa压力下的压实密度为1.4g/cm3-1.8g/cm3。
22.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求18-21中任一项所述电池。
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| GR01 | Patent grant | ||
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