CN117219854A - 一种锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种在快充条件下高温循环性能优良的锂离子电池。所述锂离子电池包括正极、负极和非水电解液，所述正极包括正极集流体和形成于所述正极集流体上的正极材料层，所述正极集流体为铝箔或铝合金，所述正极集流体中含有Ga元素，所述非水电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述锂盐包括LiPF₆和LiFSI；所述锂离子电池满足以下条件：1.5≤lgc+b/a≤7.6，0.1≤b×d≤1.2，且0.1≤a≤1.5，0.1≤b≤1，10≤c≤400，0.5≤d≤1.6。本发明的锂离子电池，既能够提高电解液的电导率和锂离子迁移数，在电池充电过程可以更快速实现均匀的电流分布和锂离子的移动，又能够在正极表面形成完整、均一、高温稳定的保护膜，从而提高快充性能的同时，提高电池的高温循环性能。

Description

一种锂离子电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种在快充条件下高温循环性能优良的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有长的使用寿命、高能量密度等特性，在目前电动汽车领域被广泛使用。随着新能源汽车的应用普及，消费者在新能源汽车的续航里程、充电、使用寿命等方面存在焦虑，特别是在高温及大电流的场景下，容易出现电池容量和输出功率急剧衰减的问题。因此，快充下保持良好的高温循环性能是电池厂和整车厂的重点发展方向之一。

目前商业化应用最广泛的电解质为六氟磷酸锂(LiPF₆)，但LiPF₆的问题在于对水分敏感，易产生HF破坏SEI膜，造成电池性能衰减；且LiPF₆的热稳定性差，80℃以上会开始分解产生LiF和PF₅ ^-。相比于LiPF₆的以上问题，双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)热稳定性更高，分解温度达到200℃。将LiFSI加入到电解液中，电导率和锂离子迁移数更高，有利于快充性能的提高，而且LiFSI有助于形成稳定的、离子电导性更好的保护膜，抑制电池高温产气等优点，因此有利于快充和高温性能，被认为是有希望代替LiPF₆的新型锂盐。但是，高含量的LiFSI在高电位下容易在正极侧破坏保护膜发生副反应，并且LiFSI在正极表面形成的保护膜的质量受到多重因素的影响，比如与正极活性物质、正极集流体的电位分布及电阻率或电解液的适配性等，限制了其应用，也大大限制了锂离子电池的使用寿命。

因此，如何开发一种快充性能优异，同时具有优良的高温循环性能的锂离子电池成为亟需解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂离子电池，实现在快充条件下仍具有优良的高温循环性能。

本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池，包括正极、负极和非水电解液，所述正极包括正极集流体和形成于所述正极集流体上的正极材料层，所述正极集流体为铝箔或铝合金，所述正极集流体中含有Ga元素，所述非水电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述锂盐包括LiPF₆和LiFSI；

所述锂离子电池满足以下条件：

1.5≤lgc+b/a≤7.6，0.1≤b×d≤1.2，且0.1≤a≤1.5，0.1≤b≤1，10≤c≤400，0.5≤d≤1.6；

其中，a为非水电解液中LiPF₆的摩尔含量，单位为mol/L；

b为非水电解液中LiFSI的摩尔含量，单位为mol/L；

c为正极集流体中Ga元素的含量，单位为ppm；

d为正极集流体的表面粗糙度，单位为μm。

现有锂离子电池中，以LiPF₆为主锂盐的电解液，LiPF₆的热稳定性差，电池充放电过程中容易分解产生酸，腐蚀负极界面膜，诱发了电极的界面不稳定，降低电池的高温性能。发明人经过大量研究发现，在电解液中加入包含LiPF₆和LiFSI的锂盐，正极集流体中含有一定量的Ga元素并控制正极集流体表面的粗糙度，一方面能够提高正极集流体的延展性，减少正极集流体在高温下发生微小断裂的情况，另一方面，能够降低电阻率，实现电流快速分布，提高成膜的速率、完整性和稳定性，使得在快充条件下，LiFSI电解液中高通量的Li⁺在嵌入负极时不析锂，有助于提高电池的循环稳定性；同时利用LiFSI本身热稳定性高的优势以及LiFSI本身也进一步参与负极的界面成膜过程，能够形成高导离子性、韧性更稳定的界面膜，从而实现在快充条件下仍具有优良的高温循环性能。

具体的，LiSFI具有较高的电导率和迁移数，在电池充电过程中可以更快速的实现锂离子的移动，形成完整、高温稳定的保护膜，采用LiSFI替代部分的LiPF₆，既可以提高电解液的电导率和锂离子迁移数，在电池充电过程可以更快速实现锂离子的移动，从而提高快充性能，又能够降低电解液中LiPF₆的含量，以减少因LiPF₆高温分解产生的LiF和PF₅ ^-造成的活性锂损失，提高电池的高温循环性能。当正极材料层与含有一定量Ga元素的集流体充分接触时，Ga元素能够控制集流体的延展性，降低电阻率，实现电流快速分布与减少高温下微小断裂的情况，同时适宜的集流体的表面粗糙度有利于实现突起部位与活性材料层与集流体的接触，表面电位分布均匀，缩小高温下集流体与活性材料层的电连接，因此在大倍率下，能够使LiFSI更迅速在正极材料层形成完整、高温稳定的保护膜，保证电池的快充性能兼顾高温性能。

Ga元素相较于铜、硅、铁等元素，对正极集流体铝箔的机械强度和延展性以及膜的稳定性的改善效果更优。当Ga元素含量过低或者LiFSI含量过高时，正极集流体的力学强度达不到要求，电流分布速率不足，使电池在高温循环过程中容易形成裂痕，同时LiFSI无法快速形成完整、稳定的保护膜；当Ga元素含量过高或者LiFSI含量过低时，会导致正极集流体机械强度降低或者不利于电池大倍率充电。正极集流体的表面粗糙度越大，表面的不平整不仅会导致电位分布不均，而且使正极材料层分布不均，不利于LiFSI形成完整、均一的保护膜；而正极集流体的表面粗糙度越小，表面越光滑，纵然可以形成稳定的保护膜，但同样会导致正极材料层与集流体粘附难度加大，增大制作难度，且材料也更容易脱落，影响电池性能。

优选的，所述锂离子电池满足以下条件：

1.6≤lgc+b/a≤7.0，0.2≤b×d≤1.0。

具体的，所述非水电解液中LiPF₆的摩尔含量a为0.1mol/L、0.15mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1.0mol/L、1.1mol/L、1.2mol/L、1.3mol/L、1.5mol/L；更优选的，所述非水电解液中LiPF₆的摩尔含量a为0.2～1.2mol/L。

具体的，所述非水电解液中LiFSI的摩尔含量b为0.1mol/L、0.15mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L；更优选的，所述非水电解液中LiFSI的摩尔含量b为0.2～0.8mol/L。

本发明中LiPF₆和LiFSI共同作为非水电解液中的锂盐；当LiPF₆的含量过低且LiFSI的含量不足时，会导致非水电解液中总体的锂盐含量较少，影响非水电解液的离子导电能力；当LiPF₆的含量过高且LiFSI的含量过低时，非水电解液的高温稳定性不足且对水分敏感，极易分解产生HF等酸性物质，从而导致正极活性材料和集流体表面过渡金属的溶解，催化电解液的分解和加剧副反应的发生而消耗活性锂，并在迁移到负极表面时破坏SEI膜，降低锂离子电池的容量和使用寿命，影响电池的高温循环性能；当LiPF₆的含量过低且LiFSI的含量过高时，会容易在正极侧发生副反应导致金属离子溶出，溶出的金属离子会先于锂离子嵌入负极，增大电极极化，损失不可逆容量，最终电池循环性能被显著劣化；当LiPF₆和LiFSI的含量均偏高时，会导致非水电解液中总体的锂盐含量过高，非水电解液的粘度增大，同样不利于非水电解液离子导电能力的提升。

具体的，所述正极集流体中Ga元素的含量c为10ppm、30ppm、40ppm、80ppm、100ppm、120ppm、150ppm、200ppm、300ppm、400ppm；更优选的，所述正极集流体中Ga元素的含量c为40～200ppm。Ga元素的掺杂量过低时，对集流体延展性的提升不明显；掺杂量过高时，对集流体延展性的提升有限，且因Ga元素价格昂贵导致成本增加。

具体的，所述正极集流体的表面粗糙度d为0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、1.3μm、1.4μm、1.6μm；更优选的，所述正极集流体的表面粗糙度d为0.6～1.0μm。

正极集流体的表面粗糙度越大，表面的不平整不仅会导致电位分布不均，而且使正极材料层分布不均，不利于LiFSI形成完整、均一的保护膜，同时会导致反应活性位点越多(活性位点是指金属晶体晶格缺陷位点，如位于棱角处的金属原子最容易脱离晶格，因为他们的晶格结合能较弱，而且与溶剂的接触面大，更易被溶剂吸附)，铝箔越容易被腐蚀。此外，高温高电压条件下电解液化学反应活性和电极界面电化学反应活性都会有升高进而加剧铝箔的腐蚀。而正极集流体的表面粗糙度过低，表面越光滑，则会导致集流体与正极材料层间无法紧密的粘附在一起，不仅影响电池制作工艺，而且会导致正极集流体和正极材料层分层，增大电池阻抗，进而影响电池的电化学性能。

具体的，所述锂盐还包括LiBOB、LiDFOB、LiDFOP、LiPO₂F₂、LiBF₄、LiSbF₆、LiAsF₆、LiN(SO₂CF₃)₂、LiN(SO₂C₂F₅)₂、LiC(SO₂CF₃)₃、LiClO₄、LiAlCl₄、LiCF₃SO₃、LiSO₃F、Li₂B₁₀Cl₁₀、氯硼烷锂、四氟草酸磷酸锂、三草酸磷酸锂、具有4个以下的碳原子的低级脂族羧酸锂或四苯基硼酸锂中的至少一种。

具体的，所述添加剂选自环状硫酸酯类化合物、磺酸内酯类化合物、环状碳酸酯类化合物、磷酸酯类化合物、硼酸酯类化合物和腈类化合物中的至少一种；

以所述非水电解液的总质量为100％计，所述添加剂的含量为0.01％～30％。

优选的，所述环状硫酸酯类化合物选自硫酸乙烯酯(DTD)、4-甲基硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯中的至少一种；

所述磺酸内酯类化合物选自1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯中的至少一种；

所述环状碳酸酯类化合物选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚甲基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、三氟甲基碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯和下式结构式1所示的化合物中的至少一种：

所示结构式1中，R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆各自独立地选自氢原子、卤素原子、C1-C5基团中的一种；

更为优选地，所述结构式1所示化合物包括下述化合物1-1至1-6所示化合物中的至少一种：

所述磷酸酯类化合物选自三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、三(三乙基硅烷)磷酸酯和下式结构式2所示的化合物中的至少一种：

所述结构式2中，R₃₁、R₃₂、R₃₃各自独立的选自C1-C5的饱和烃基、不饱和烃基、卤代烃基、-Si(C_mH_2m+1)₃，m为1～3的自然数，且R₃₁、R₃₂、R₃₃中至少有一个为不饱和烃基；更为优选地，所述结构式2所示的化合物包括磷酸三炔丙酯、二炔丙基甲基磷酸酯、二炔丙基乙基磷酸酯、二炔丙基丙基磷酸酯、二炔丙基三氟甲基磷酸酯、二炔丙基-2,2,2-三氟乙基磷酸酯、二炔丙基-3,3,3-三氟丙基磷酸酯、二炔丙基六氟异丙基磷酸酯、磷酸三烯丙酯、二烯丙基甲基磷酸酯、二烯丙基乙基磷酸酯、二烯丙基丙基磷酸酯、二烯丙基三氟甲基磷酸酯、二烯丙基-2,2,2-三氟乙基磷酸酯、二烯丙基-3,3,3-三氟丙基磷酸酯、二烯丙基六氟异丙基磷酸酯中的至少一种；

所述硼酸酯类化合物选自三(三甲基硅烷)硼酸酯和三(三乙基硅烷)硼酸酯中的至少一种；

所述腈类化合物选自丁二腈、戊二腈、乙二醇双(丙腈)醚、己烷三腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、壬二腈和癸二腈中的至少一种。

具体的，所述非水有机溶剂包括醚类溶剂、腈类溶剂、碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂和砜类溶剂中的至少一种。

在优选的实施例中，醚类溶剂包括环状醚或链状醚，环状醚具体可以但不限于是1,3-二氧戊烷(DOL)、1,4-二氧惡烷(DX)、冠醚、四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2-CH3-THF)，2-三氟甲基四氢呋喃(2-CF3-THF)中的至少一种；所述链状醚具体可以但不限于是二甲氧基甲烷(DMM)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、二甘醇二甲醚(TEGDME)中的至少一种。腈类溶剂具体可以但不限于是乙腈、戊二腈、丙二腈中的至少一种。碳酸酯类溶剂包括环状碳酸酯或链状碳酸酯，环状碳酸酯具体可以但不限于是碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)、碳酸亚丁酯(BC)中的至少一种；链状碳酸酯具体可以但不限于是碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)中的至少一种。羧酸酯类溶剂具体可以但不限于是乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(EP)、乙酸丁酯、丙酸丙酯(PP)、丙酸丁酯中的至少一种。

具体的，所述正极材料层包括正极活性材料，所述正极活性材料选自LiFe_1-x’M’_x’PO₄、LiMn_2-y’M_y’O₄和LiNi_xCo_yMn_zM_1-x-y-zO₂中的至少一种；其中，M’选自Mn、Mg、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、Zr、W、V或Ti中的至少一种；M选自Fe、Co、Ni、Mn、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、Zr、W、V或Ti中的至少一种；0≤x’＜1，0≤y’≤1，0≤y≤1，0≤x≤1，0≤z≤1，x+y+z≤1。所述正极活性材料还可以选自硫化物、硒化物、卤化物中的至少一种。

更为优选的，所述正极活性材料可选自LiCoO₂、LiFePO₄、LiFe_0.4Mn_0.6PO₄、LiMn₂O₄、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂、LiNi_0.7Co_0.1Mn_0.2O₂、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.2Al_0.1O₂、LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂中的至少一种。

在一些实施例中，所述正极材料层还包括有正极粘结剂和正极导电剂，所述正极活性材料、所述正极粘结剂和所述正极导电剂共混得到所述正极材料层。

所述正极粘结剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯的共聚物、聚四氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚的共聚物、乙烯-四氟乙烯的共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯的共聚物、偏氟乙烯-三氟乙烯的共聚物、偏氟乙烯-三氯乙烯的共聚物、偏氟乙烯-氟代乙烯的共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯的共聚物、热塑性聚酰亚胺、聚乙烯及聚丙烯等热塑性树脂；丙烯酸类树脂；以及苯乙烯丁二烯橡胶中的一种或多种。

所述正极导电剂包括导电炭黑、导电碳球、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、石墨烯或还原氧化石墨烯中的一种或多种。

在一些实施例中，所述负极包括负极材料层，所述负极材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括碳基负极、硅基负极、锡基负极、锂负极中的一种或多种。其中碳基负极可包括石墨、硬碳、软碳、石墨烯、中间相碳微球等；硅基负极可包括硅材料、硅的氧化物、硅碳复合材料以及硅合金材料等；锡基负极可包括锡、锡碳、锡氧、锡金属化合物；锂负极可包括金属锂或锂合金。锂合金具体可以是锂硅合金、锂钠合金、锂钾合金、锂铝合金、锂锡合金和锂铟合金中的至少一种。

在一些实施例中，所述负极还包括负极集流体，所述负极材料层设置于所述负极集流体的表面。所述负极集流体的材料可与所述正极集流体相同，在此不再赘述。

在一些实施例中，所述负极材料层还包括有负极粘结剂和负极导电剂，所述负极活性材料、所述负极粘结剂和所述负极导电剂共混得到所述负极材料层。所述负极粘结剂和负极导电剂可分别与所述正极粘接剂和正极导电剂相同，在此不再赘述。

在一些实施例中，所述二次电池中还包括有隔膜，所述隔膜位于所述正极和所述负极之间。

所述隔膜可为现有常规隔膜，可以是陶瓷隔膜、聚合物隔膜、无纺布、无机-有机复合隔膜等，包括但不限于单层PP(聚丙烯)、单层PE(聚乙烯)、双层PP/PE、双层PP/PP和三层PP/PE/PP等隔膜。

本发明的锂离子电池，在非水电解液中以LiFSI部分替代LiPF₆，可提高电解液的电导率和锂离子迁移数，提高快充性能，并可减少因LiPF₆高温分解造成的活性锂损失；同时在正极集流体中掺杂Ga元素，可降低电阻率，实现电流快速分布；控制正极集流体表面粗糙度，能保证正极材料层电位分布均匀，在大倍率下能够使LiFSI更迅速在正极材料层形成完整、高温稳定的保护膜；当锂离子电池满足关系式1.5≤lgc+b/a≤7.6，0.1≤b×d≤1.2时，能够充分发挥LiPF₆、LiFSI与正极集流体的粗糙度和Ga元素的掺杂量之间的协同效应，既能够提高电解液的电导率和锂离子迁移数，在电池充电过程可以更快速实现均匀的电流分布和锂离子的移动，又能够在正极表面形成完整、均一、高温稳定的保护膜，从而提高快充性能的同时，提高电池的高温循环性能。

具体实施方式

下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1-28

本实施例中锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：

1)正极的制备

按93:4:3的质量比混合三元正极活性材料LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、导电碳黑(Super-P)和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)，分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，得到正极浆料，将正极浆料均匀涂布在Ga元素含量和表面粗糙度如表1所示的正极集流体铝箔(铝合金)的两面上，经过烘干、压延和真空干燥，并用超声波焊机焊上铝制引出线后得到正极；正极集流体的平均表面粗糙度可通过ISO1302:2002记载的方法测试。

2)负极的制备

按94:1:2.5:2.5的质量比混合人造石墨、导电碳黑、粘结剂丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素(CMC)，分散在去离子水中，得到负极浆料，将负极浆料涂布在铜箔的两面上，经过烘干、压延和真空干燥，并用超声波焊机焊上镍制引出线后得到负极；

3)电解液的制备

将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按体积比为EC:DEC:EMC＝1:1:1进行混合，然后加入六氟磷酸锂(LiPF₆)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和碳酸亚乙烯酯(VC)，基于电解液的总质量为100％，VC的含量为0.5％，非水电解液中LiPF₆和LiFSI的摩尔含量如表1所示；

4)电池组装

在正极和负极之间放置隔离膜，然后将正极、负极和隔膜组成的三明治结构进行卷绕，再将卷绕体压扁后放入方形铝制金属壳中，将正负极的引出线分别焊接在盖板的相应位置上，并用激光焊接机将盖板和金属壳焊接为一体，得到待注液的电芯；将上述制备的电解液通过注液孔注入电芯中，电解液的量要保证充满电芯中的空隙；

然后按以下步骤进行常规化成：0.05C恒流充电180min，0.2C恒流充电至3.95V，二次真空封口，然后进一步以0.2C的电流恒流充电至4.4V截至电压，常温搁置24h后，以0.2C的电流恒流放电至3.0V，得到成品锂离子电池。

对比例1-17

本对比例用于对比说明本发明公开的锂离子电池，包括上述实施例中大部分的操作步骤，其不同之处在于：非水电解液中锂盐的种类和含量，正极集流体中掺杂元素和含量以及正极集流体粗糙度分别如表1所示。

对比例18

本对比例用于对比说明本发明公开的锂离子电池，包括上述实施例11中大部分的操作步骤，其不同之处在于：将正极集流体中掺杂元素由Ga元素替换为Fe元素。

将各实施例和对比例制备得到的锂离子电池按如下方法进行性能测试：

1)25℃DCIR性能测试：在25℃下，将分容后的电池用0.5C恒流恒压充至4.4V，截至电流0.05C，然后用0.5C恒流放电至3.0V，预循环2圈；0.5C恒流恒压充电至50％充电容量，2C放电10秒，计算25℃DCIR性能；

2)常温恒流比：在25℃下，将分容后的电池分别用4C恒流恒压充至4.4V，截至电流0.05C，记录恒流充电比例；

3)高温循环性能：在45℃下，将分容后的电池用4C恒流充至80％SOC后1C继续恒流充电到4.4V，截至电流0.05C，然后用1C恒流放电至3.0V，记录第一次放电容量，此后按照以上步骤执行充放电循环；计算公式如下：

第800次循环容量保持率(％)＝(第800次循环放电容量/第一次循环放电容量)×100％。

测试结果如表2所示。

表1

表2

由表2中实施例1-28和对比例1-9测试结果可知，当LiPF₆的摩尔含量a、LiFSI的摩尔含量b、正极集流体中Ga元素的含量c、正极集流体的表面粗糙度d满足1.0≤lgc+b/a≤15，0.1≤b×d≤1.2，且0.1≤a≤1.5，0.1≤b≤1，10≤c≤400，0.5≤d≤1.6时，利用具有较高电导率和迁移数的LiFSI，快速实现锂离子的移动；同时正极集流体的Ga元素含量和表面粗糙度起到了良好的作用，实现电流快速分布与减少高温下微小断裂，得到力学强度良好的正极片，并且形成良好的导电网络，加快电子传输速率，平衡正极片的电流分布，使得锂离子的传输更加均匀、彻底，形成完整均一、稳定的保护膜，实现锂离子电池良好的快充性能和高温性能。优选的，当满足预设关系1.6≤lgc+b/a≤7，0.2≤b×d≤1.0时，可以实现锂离子电池性能的进一步提高。

由对比例10-13的测试结果可知，当lgc+b/a值或b×d值过大或过小时，均会影响锂离子电池的初始阻抗、快充和高温循环性能，说明非水电解液中LiPF₆的摩尔含量a、LiFSI的摩尔含量b、正极集流体中Ga元素的含量c和正极集流体的表面粗糙度d之间相互关联和相互影响，当四者处于一定平衡状态时，才能让LiFSI快速形成完整均一、稳定的保护膜以及提升电池的高温循环性能。同时，由对比例2-9的测试结果可知，即使lgc+b/a值和b×d值处于上述关系式的限定范围中，但a值、b值、c值或d值不满足其范围限制时，得到的锂离子电池同样不具有较优的快充性能和高温循环性能。

由实施例17-20和对比例14-15的测试结果可知，正极集流体的表面粗糙度越大，不利于LiFSI形成完整、均一的保护膜；而正极集流体的表面粗糙度越小，会导致正极材料层与集流体粘附难度加大，且材料易脱落，影响电池性能。

由实施例13-15和对比例16-17的测试结果可知，在非水电解液中以LiFSI部分替代LiPF₆，既可以提高电解液的电导率和锂离子迁移数，在电池充电过程可以更快速实现锂离子的移动，从而提高快充性能，又能够降低电解液中LiPF₆的含量，以减少因LiPF₆高温分解产生的LiF和PF₅ ^-造成的活性锂损失，提高电池的高温循环性能。

由实施例11、对比例1和对比例18的测试结果可知，集流体中掺杂Ga元素，相对于掺杂其他元素或者不掺杂，有助于提高成膜速率、完整性和稳定性，来提升电池性能。

由实施例11和实施例26-28的测试结果可知，在非水电解液中加入硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯或三(三甲基硅烷)磷酸酯作为辅助添加剂，能进一步提高电池的高温循环性能。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极、负极和非水电解液，所述正极包括正极集流体和形成于所述正极集流体上的正极材料层，所述正极集流体为铝箔或铝合金，所述正极集流体中含有Ga元素，所述非水电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述锂盐包括LiPF₆和LiFSI；

所述锂离子电池满足以下条件：

1.5≤lgc+b/a≤7.6，0.1≤b×d≤1.2，且0.1≤a≤1.5，0.1≤b≤1，10≤c≤400，0.5≤d≤1.6；

其中，a为非水电解液中LiPF₆的摩尔含量，单位为mol/L；

b为非水电解液中LiFSI的摩尔含量，单位为mol/L；

c为正极集流体中Ga元素的含量，单位为ppm；

d为正极集流体的表面粗糙度，单位为μm。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池满足以下条件：

1.6≤lgc+b/a≤7.0，0.2≤b×d≤1.0。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水电解液中LiPF₆的摩尔含量a为0.2～1.2mol/L。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水电解液中LiFSI的摩尔含量b为0.2～0.8mol/L。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极集流体中Ga元素的含量c为40～200ppm。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极集流体的表面粗糙度d为0.6～1.0μm。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述添加剂选自环状硫酸酯类化合物、磺酸内酯类化合物、环状碳酸酯类化合物、磷酸酯类化合物、硼酸酯类化合物和腈类化合物中的至少一种；

优选的，以所述非水电解液的总质量为100％计，所述添加剂的含量为0.01％～30％。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述环状硫酸酯类化合物选自硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯中的至少一种；

所述磺酸内酯类化合物选自1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯中的至少一种；

所述环状碳酸酯类化合物选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚甲基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯和下式结构式1所示的化合物中的至少一种：

所示结构式1中，R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆各自独立地选自氢原子、卤素原子、C1-C5基团中的一种；

所述磷酸酯类化合物选自三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三乙基硅烷)磷酸酯和下式结构式2所示的化合物中的至少一种：

所述结构式2中，R₃₁、R₃₂、R₃₃各自独立的选自C1-C5的饱和烃基、不饱和烃基、卤代烃基、-Si(C_mH_2m+1)₃，m为1～3的自然数，且R₃₁、R₃₂、R₃₃中至少有一个为不饱和烃基；

所述硼酸酯类化合物选自三(三甲基硅烷)硼酸酯和三(三乙基硅烷)硼酸酯中的至少一种；

所述腈类化合物选自丁二腈、戊二腈、乙二醇双(丙腈)醚、己烷三腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、壬二腈和癸二腈中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水有机溶剂包括醚类溶剂、腈类溶剂、碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂和砜类溶剂中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极材料层包括正极活性材料，所述正极活性材料选自LiFe_1-x’M’_x’PO₄、LiMn_2-y’M_y’O₄和LiNi_xCo_yMn_zM_1-x-y-zO₂中的至少一种；

其中，M’选自Mn、Mg、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、Zr、W、V或Ti中的至少一种；

M选自Fe、Co、Ni、Mn、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、Zr、W、V或Ti中的至少一种；

0≤x’＜1，0≤y’≤1，0≤y≤1，0≤x≤1，0≤z≤1，x+y+z≤1。