CN117317383A - 电池及储能装置 - Google Patents

电池及储能装置 Download PDF

Info

Publication number
CN117317383A
CN117317383A CN202311243633.0A CN202311243633A CN117317383A CN 117317383 A CN117317383 A CN 117317383A CN 202311243633 A CN202311243633 A CN 202311243633A CN 117317383 A CN117317383 A CN 117317383A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
additive
electrolyte
negative electrode
positive electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311243633.0A
Other languages
English (en)
Inventor
贾诗泽
王其超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen Hithium Energy Storage Technology Co Ltd
Original Assignee
Xiamen Hithium Energy Storage Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen Hithium Energy Storage Technology Co Ltd filed Critical Xiamen Hithium Energy Storage Technology Co Ltd
Priority to CN202311243633.0A priority Critical patent/CN117317383A/zh
Publication of CN117317383A publication Critical patent/CN117317383A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M2010/4292—Aspects relating to capacity ratio of electrodes/electrolyte or anode/cathode
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电池及储能装置，电池包括：正极极片、负极极片、隔膜以及电解液，正极极片包括正极集流体以及正极活性物质层，负极极片包括负极集流体以及负极活性物质层，电解液包括电解质、溶剂和添加剂；其中，单位面积的负极活性物质层的重量与单位面积的正极活性物质层的重量的比值为z，z的取值范围为0.46～0.55；添加剂包括添加剂A，添加剂A为含草酸结构的物质。根据本发明实施例的电池，通过优化正负极的配比，同时搭配电解液的调整，在循环使用过程中，可以减少SEI层的破裂风险，可以减少活性物质(例如活性锂)的损失，从而可以减少循环过程中的容量衰减，使得电池具有较好的循环性能，从而使得电池具有较长的使用寿命。

Description

电池及储能装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种电池及储能装置。
背景技术
随着储能行业的发展，电池(例如锂离子电池)技术不断发展，风光发电侧等应用场景，对电池提出了更长的使用寿命的要求。
以锂离子电池为例，在电池的化学体系中，随着循环的进行，电池寿命损耗主要是因为锂离子在负极表面发生反应，使得电池体系中的锂成为有机化合物或者无机层的形式存在在负极表面，使得活性材料中的锂被消耗，使得电池容量衰减。
之所以产生锂的消耗，一方面主要是因为在充电过程中，负极的电位低，电解液极易在低电位下，在负极表面被还原，产生含锂有机物及无机物，使得电解液在负极界面形成负极界面SEI(负极固体电解质界面)层，使得活性材料中的锂被消耗；另一方面，在循环充放电的过程中，石墨负极发生嵌锂和脱锂的行为，导致层状石墨结构始终处于层间距扩大和缩小的过程中，在这个过程中，前期电解液和负极界面形成的负极界面SEI保护层不断发生拉扯，不断暴露出新的石墨界面和电解液直接接触，电解液在石墨界面上不断反应，消耗活性锂，造成活性锂的损失。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电池，通过优化正负极的配比，同时搭配电解液的调整，这样该电池在循环使用过程中，可以减少SEI层的破裂风险，可以减少活性物质(例如活性锂)的损失，从而可以减少循环过程中的容量衰减，使得电池具有较好的循环性能，从而使得电池具有较长的使用寿命。
本发明还提出了一种具有上述电池的储能装置。
根据本发明第一方面实施例的电池，包括：正极极片、负极极片、隔膜以及电解液，所述隔膜位于所述正极极片与所述负极极片之间，所述正极极片包括正极集流体以及覆盖于所述正极集流体的正极活性物质层，所述负极极片包括负极集流体以及覆盖于所述负极集流体的负极活性物质层，所述电解液包括电解质、溶剂和添加剂；其中，单位面积的所述负极活性物质层的重量与单位面积的所述正极活性物质层的重量的比值为z，z的取值范围为0.46～0.55；所述添加剂包括添加剂A，所述添加剂A为含草酸结构的物质。
根据本发明实施例的电池，通过增大负极活性物质层和正极活性物质层的比值，使得电池在循环的过程中，负极的膨胀幅度更小，负极界面上的SEI层被拉扯的幅度更小，从而使得负极活性物质层难以暴露在电解液中，阻止负极活性物质层与电解液的直接接触，减少电解液的还原反应，从而达到负极表面损耗的活性锂更少；并且，同时在电解液中加入含草酸结构的添加剂A，降低电池满充满放过程中SEI层发生氧化导致的破裂风险，从而可以减少负极活性物质层与电解液的直接接触发生反应而造成活性锂的损耗，从而使得负极表面损耗的活性锂更少；这样，通过优化正负极的配比，同时搭配电解液的调整，该电池在循环使用过程中，可以减少SEI层的破裂风险，可以减少活性物质(例如活性锂)的损失，从而可以减少循环过程中的容量衰减，使得电池具有较好的循环性能，从而使得电池具有较长的使用寿命。
根据本发明的一些实施例，所述添加剂A在所述电解液中的质量百分含量为a，a的取值范围为0.1％～1％。
根据本发明的一些实施例，所述添加剂A包括二草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，所述溶剂包括溶剂B，所述溶剂B为羧酸酯溶剂。
根据本发明的一些可选实施例，所述溶剂B在所述电解液中的质量百分含量为b，b的取值范围为1％～30％。
可选地，b的取值范围为5％～15％。
根据本发明的一些可选实施例，所述溶剂B包括乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸丙酯以及丙酸丙酯中的至少一种。
根据本发明的一些可选实施例，所述添加剂包括添加剂C，所述添加剂C为含氮杂环的物质。
根据本发明的一些可选实施例，所述添加剂C在所述电解液中的质量百分含量为c，c的取值范围为0.1％～0.5％。
根据本发明的一些可选实施例，所述添加剂C包括2-氟吡嗪、2,5-二氟吡嗪、2-氟哒嗪、3-氟哒嗪、2-氟吡啶、3-氟吡啶、4-氟吡啶、2,3-氟吡啶以及3,4-氟吡啶中的至少一种。
根据本发明的一些可选实施例，所述添加剂A在所述电解液中的质量百分含量为a，所述溶剂B在所述电解液中的质量百分含量为b，所述添加剂C在所述电解液中的质量百分含量为c；其中，z、a、b、c满足：0.25≤(a+c)*(1-b)*100/z≤2.15。
根据本发明第二方面实施例的储能装置，包括：根据本发明上述第一方面实施例的电池。
根据本发明实施例的储能装置，通过设置上述的电池，该电池在循环使用过程中，可以减少SEI层的破裂风险，可以减少活性物质(例如活性锂)的损失，从而可以减少循环过程中的容量衰减，使得电池具有较好的循环性能，从而使得电池具有较长的使用寿命。
本发明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，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面描述根据本发明实施例的电池，在本发明实施例中，电池可以为锂离子电池、钠离子电池等。
根据本发明第一方面实施例的电池，包括：正极极片、负极极片、隔膜以及电解液，隔膜位于正极极片与负极极片之间。
正极极片包括正极集流体以及覆盖于正极集流体的正极活性物质层，负极极片包括负极集流体以及覆盖于负极集流体的负极活性物质层。例如，正极集流体可以为铝箔，负极集流体可以为铜箔。以电池为锂离子电池为例，正极活性物质层可以包括磷酸铁锂，负极活性物质层可以包括石墨。电解液包括电解质、溶剂和添加剂，溶剂可以包括酯类溶剂，以电池为锂离子电池为例，电解质可以包括锂盐。
其中，单位面积的负极活性物质层的重量与单位面积的正极活性物质层的重量的比值为z，z的取值范围为0.46～0.55，例如z的值可以为0.46、0.47、0.48、0.49、0.50、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55等。通过将单位面积的负极活性物质层的重量与单位面积的正极活性物质层的重量的比值设置在0.46～0.55，该方式是相对增大了单位面积的负极活性物质层的重量与单位面积的正极活性物质层的重量的比值。使得电池在循环的过程中，负极的膨胀幅度更小，负极界面上的SEI层被拉扯的幅度更小，从而使得负极活性物质层难以暴露在电解液中，阻止负极活性物质层与电解液的直接接触，减少电解液的还原反应，从而达到负极表面损耗的活性锂更少。
下面以电池为锂离子电池为例对本发明实施例的电池进行说明。
在单位面积的负极活性物质层的重量与单位面积的正极活性物质层的重量的比值z值低的情况下，负极的石墨中可嵌入锂的位置过少，在电池充电过程中可能发生析锂现象，进而析出的锂金属和电解液发生反应，导致产气以及进一步加剧活性锂的消耗；另外，由于嵌入石墨的锂与石墨的比值较高，使得循环的石墨脱嵌锂过程中，层状石墨结构处于层间距扩大和缩小的过程中，石墨的膨胀幅度较大，负极界面上的SEI层被拉扯的幅度较大，使得负极界面上的SEI层容易被拉扯破坏，不断暴露出新的石墨界面和电解液直接接触，电解液在石墨界面上不断反应，消耗活性锂，造成活性锂的损失。
由于本发明实施例的电池，增大了单位面积的负极活性物质层的重量与单位面积的正极活性物质层的重量的比值，这样在负极活性物质层中的石墨中可用于嵌锂的位置相对较多，从而可以降低或避免在电池充电过程中可能发生的析锂现象；并且，在活性锂的量一定的情况下，嵌入石墨的锂与石墨的比值降低，使得循环的石墨脱嵌锂过程中，层状石墨结构处于层间距扩大和缩小的过程中，石墨的膨胀幅度更小，负极界面上的SEI层被拉扯的幅度更小，从而使得负极的石墨难以暴露在电解液中，阻止负极的石墨与电解液的直接接触，减少电解液的还原反应，从而达到负极表面损耗的活性锂更少。
单位面积的负极活性物质层的重量与单位面积的正极活性物质层的重量的比值z增大，可以使得石墨的膨胀幅度更小，负极界面上的SEI层被拉扯的幅度更小，从而使得负极的石墨难以暴露在电解液中，阻止负极的石墨与电解液的直接接触，减少电解液的还原反应，从而达到负极表面损耗的活性锂更少；但是，单位面积的负极活性物质层的重量与单位面积的正极活性物质层的重量的比值z较大时，一方面降低了负极的石墨利用率，另一方面在电池满放状态下，负极的电位相对更高，有可能达到SEI层的氧化电位，导致满充满放过程中SEI层破裂，继而与电解液溶剂等组分直接接触，发生反应产气。因此，将将单位面积的负极活性物质层的重量与单位面积的正极活性物质层的重量的比值设置在0.46～0.55，从整体降低SEI层破裂的风险。
为更好地降低电池满充满放过程中SEI层破裂的风险，在电解液中加入添加剂A，即本发明实施例的添加剂包括添加剂A，添加剂A为含草酸结构的物质。添加剂A在负极上的还原电位较高，在电池满放的状态下，电池的电位也很难达到其生成的SEI层的氧化电位，从而可以降低SEI层氧化导致的破裂风险，并且可以改善电池在满放状态下存储由于SEI层氧化导致的产气问题。
可以理解的是，电池满放是指电池放电至截止下限电压，电池满充是指电池充电到截止上限电压。
可选地，添加剂A包括二草酸硼酸锂(LiBOB)和二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)中的至少一种。例如，添加剂A包括二草酸硼酸锂，或者添加剂A包括二氟草酸硼酸锂，或者添加剂A包括二草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂。
根据本发明实施例的电池，通过增大负极活性物质层和正极活性物质层的比值，使得电池在循环的过程中，负极的膨胀幅度更小，负极界面上的SEI层被拉扯的幅度更小，从而使得负极活性物质层难以暴露在电解液中，阻止负极活性物质层与电解液的直接接触，减少电解液的还原反应，从而达到负极表面损耗的活性锂更少；并且，同时在电解液中加入含草酸结构的添加剂A，降低电池满充满放过程中SEI层发生氧化导致的破裂风险，从而可以减少负极活性物质层与电解液的直接接触发生反应而造成活性锂的损耗，从而使得负极表面损耗的活性锂更少；这样，通过优化正负极的配比，同时搭配电解液的调整，该电池在循环使用过程中，可以减少SEI层的破裂风险，可以减少活性物质(例如活性锂)的损失，从而可以减少循环过程中的容量衰减，使得电池具有较好的循环性能，从而使得电池具有较低的寿命衰减幅度和较长的使用寿命。
根据本发明的一些实施例，添加剂A在电解液中的质量百分含量为a，a的取值范围为0.1％～1％，例如a的值可以为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％等。若添加剂A的量过少，不能较好地实现降低SEI层氧化导致的破裂风险；若添加剂A的量过多，由于添加剂A也参与SEI成膜，添加剂A参与SEI成膜，会提高SEI层的密度而导致电池阻抗较大、能效较低，因此添加剂A的量也不宜过多。通过将添加剂A在电解液中的质量百分含量设置在0.1％～1％，可以较好地实现降低SEI层氧化导致的破裂风险，并且可以使得电池阻抗整体较低且能效较高。
根据本发明的一些实施例，溶剂包括溶剂B，溶剂B为羧酸酯溶剂。如上所述，在电解液中加入添加剂A，可以较好地实现降低SEI层氧化导致的破裂风险，但是添加剂A参与SEI成膜导致电池阻抗较大，在电解液中加入添加剂A的基础上，进一步地在电解液中加入羧酸酯，即该实施例的溶剂包括溶剂B，溶剂B为羧酸酯溶剂。羧酸酯具有介电常数大，粘度低的优点，使得电池中锂离子在材料孔隙中更快地传输，可以极大降低电池的阻抗，这样可以使得电池整体的阻抗较低，能效较高。在电解液中加入添加剂A的基础上，使得溶剂包括羧酸酯溶剂，在减少SEI层的破裂风险的同时，还可以使得电池整体的阻抗较低、能效较高。
可选地，溶剂B包括乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸丙酯以及丙酸丙酯中的至少一种。例如，溶剂B包括乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸丙酯以及丙酸丙酯中的一种；或者，溶剂B包括乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸丙酯以及丙酸丙酯中的多种。
需要解释的是，本发明所述的“多种”是指两种或两种以上。
根据本发明的一些可选实施例，溶剂B在电解液中的质量百分含量为b，b的取值范围为1％～30％，例如b的值可以为1％、3％、5％、7％、10％、12％、15％、18％、20％、23％、25％、28％、30％等。若溶剂B的量过少，电池的整体阻抗会依然较高；若溶剂B的量过多，羧酸酯在正极高电位下，容易发生氧化，产生不必要的副反应及产气，破坏正极稳定性的同时，对电池界面造成破坏，因此溶剂B的量不宜过多。通过将溶剂B在电解液中的质量百分含量设置为1％～30％，既可以使得电池具有较低的阻抗，并且可以减少羧酸酯由于发生氧化产生的不必要的副反应及产气而破坏正极稳定性。
可选地，b的取值范围为5％～15％，例如b的值可以为5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％等。通过将溶剂B在电解液中的质量百分含量设置为5％～15％，可以进一步地优化溶剂B的含量，从而使得电池的整体性能更好。
根据本发明的一些可选实施例，添加剂包括添加剂C，添加剂C为含氮杂环的物质。如上所述，通过将溶剂设置为包括羧酸酯溶剂以降低电池阻抗，但是羧酸酯在正极高电位下，容易发生氧化，产生不必要的副反应及产气，破坏正极稳定性的同时，对电池界面造成破坏。在电解液中引入羧酸酯溶剂的基础上，进一步地在电解液中加入添加剂B，添加剂B为含氮杂环，含氮杂环可以在正极上发生氧化聚合，在正极界面上聚合生长出致密的CEI(正极固体电解质界面)层，可以有效抑制羧酸酯与正极活性物质层的直接接触，抑制羧酸酯在正极的氧化。这样，在减少SEI层的破裂风险的同时，还可以使得电池整体的阻抗较低、能效较高，并且减少对正极稳定性的影响，提高电池的整体性能。
可选地，添加剂C包括2-氟吡嗪、2,5-二氟吡嗪、2-氟哒嗪、3-氟哒嗪、2-氟吡啶、3-氟吡啶、4-氟吡啶、2,3-氟吡啶以及3,4-氟吡啶中的至少一种。例如，添加剂C包括2-氟吡嗪、2,5-二氟吡嗪、2-氟哒嗪、3-氟哒嗪、2-氟吡啶、3-氟吡啶、4-氟吡啶、2,3-氟吡啶以及3,4-氟吡啶中的一种；或者，添加剂C包括2-氟吡嗪、2,5-二氟吡嗪、2-氟哒嗪、3-氟哒嗪、2-氟吡啶、3-氟吡啶、4-氟吡啶、2,3-氟吡啶以及3,4-氟吡啶中的多种。
根据本发明的一些可选实施例，添加剂C在电解液中的质量百分含量为c，c的取值范围为0.1％～0.5％，例如c的值可以为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％等。若添加剂C的量过少，无法在正极界面上聚合生长出致密的CEI层，这样就达不到有效抑制羧酸酯与正极活性物质层的直接接触导致的羧酸酯在正极的氧化；若添加剂C的量过多，在正极界面上聚合生长出致密的CEI层厚度较大，会在一定程度上增加阻抗。基于此，将添加剂C在电解液中的质量百分含量设置为0.1％～0.5％，可以在正极界面上聚合生长出致密的CEI层，可以有效抑制羧酸酯与正极活性物质层的直接接触，抑制羧酸酯在正极的氧化，并且可以使得电池的阻抗较低。
根据本发明的一些可选实施例，添加剂A在电解液中的质量百分含量为a，溶剂B在电解液中的质量百分含量为b，添加剂C在电解液中的质量百分含量为c；其中，z、a、b、c满足：0.25≤(a+c)*(1-b)*100/z≤2.15。例如，(a+c)*(1-b)*100/z的值可以为0.25、0.40、0.55、0.70、0.85、1.0、1.15、1.30、1.45、1.60、1.75、1.90、2.05、2.15等。当(a+c)*(1-b)*100/z小于0.25时，电池在满放的状态下存放可能会存在SEI膜氧化破裂的情况，另外SEI膜破裂之后，电解液中的溶剂容易在暴露出来的负极活性材料上反应，从而出现产气的情况。当(a+c)*(1-b)*100/z大于2.15时，电池的阻抗将会比较大，同时容易出现析锂的情况，从而造成循环衰减加剧，阻抗增大。
通过使得单位面积的负极活性物质层的重量与单位面积的正极活性物质层的重量的比值z、添加剂A在电解液中的质量百分含量a、溶剂B在电解液中的质量百分含量b、添加剂C在电解液中的质量百分含量c满足上述关系式：0.25≤(a+c)*(1-b)*100/z≤2.15，可以进一步地优化正负极的配比以及电解液的调整，可以负极界面上的SEI层被拉扯的幅度更小，可以降低SEI层氧化导致的破裂风险，并且可以改善电池在满放状态下存储由于SEI层氧化导致的产气问题，从整体降低SEI层破裂的风险，达到负极表面损耗的活性锂更少；同时，使得电池的阻抗降低、能效较高。
根据本发明第二方面实施例的储能装置，包括：根据本发明上述第一方面实施例的电池。
根据本发明实施例的储能装置，通过设置上述的电池，该电池在循环使用过程中，可以减少SEI层的破裂风险，可以减少活性物质(例如活性锂)的损失，从而可以减少循环过程中的容量衰减，使得电池具有较好的循环性能，从而使得电池具有较长的使用寿命。
下面结合对比例1至对比例3以及实施例1至实施例19对本发明实施例的电池作进一步地说明，在下述的对比例以及实施例中，电池为锂离子电池。
一、锂离子电池的制备：
锂离子电池的制备包括正极极片的制备、负极极片的制备、电解液的制备以及隔膜的制备；
正极极片的制备：将正极活性物质磷酸铁锂、导电炭黑SP、粘接剂PVDF按照质量比97：0.7：2.3分散至溶剂NMP中进行混合均匀得到正极浆料；将正极浆料涂布于正极集流体(例如铝箔)上，经过烘干、冷压、分条、裁片后，得到正极极片(其中正极活性物质层由正极浆料固化而成)；
负极极片的制备：将负极活性物质人造石墨、导电炭SP、增稠剂CMC及粘结剂SBR按照质量比96.5：0.5：1:2分散于去离子水中进行混合均匀得到负极浆料，将负极浆料涂布于负极集流体(例如铜箔)上，经过烘干、冷压、分条、裁片后，得到负极极片其中负极活性物质层由负极浆料固化而成)；
电解液制备过程：在水分含量≤1ppm的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯按照质量比1：1：1进行混合，之后将干燥的电解质六氟磷酸锂溶解到溶剂中，搅拌至完全溶解均匀，加入氟代碳酸乙烯酯混合均匀后获得电解液。
隔膜的制备：以16um的聚乙烯薄膜为隔膜；
将上述制备得到的正极极片、隔膜、负极极片按照顺序叠好，使得隔膜处于正负极的中间隔开正负极极片，卷绕之后得到裸电芯，焊接极耳后将电芯装配到外包装中，注入制备得到的电解液后，对电芯进行封装、静置、化成、整形、容量测试等，最终制备得到锂离子电池。
二、性能测试
将上述制备的锂离子电池作如下测试：
1)循环性能测试
将电池在充放电仪上进行充放电循环测试，测试温度为25℃，循环倍率为1C(即充电倍率与放电倍率均为1C)，充放电电压区间为2.5V到3.65V，计算循环后的容量保持率。25℃循环的容量保持率计算公式为：第n次循环后的容量保持率＝(第n次循环后的放电容量/循环第一圈的放电容量)*100％。
2)50％SOC直流阻抗(DCR)测试
将电池放置于25℃恒温箱中，以0.5C恒流放电至电压为2.5V，静置5min，然后以0.5C恒流充电至电压为3.65V，恒压充电至电流为0.025C；静置5min，以0.1C恒流放电至2.5V，记录此时的放电容量为C1；以0.5C恒流充电至3.65V，恒压至电流为0.025C，静置5min，用0.1C1恒流放电5小时，记录此时电压V1；接着，用1C恒流放电30s，记录此时电压V2；电池的50％SOC的直流阻抗DCR为：(V1V2)/C1。
3)60℃满放存储30天电池膨胀率
将电池在充放电仪上进行测试，测试温度为25℃，以1C的倍率(即充电倍率和放电倍率都是1C)循环3次，记录第3次的放电容量为C1，然后以0.5C1恒流放电至2.5V，测试锂离子电池的厚度，并记为d1，然后将所述电池在60℃存储30天，监控厚度记为d2，60℃存储30天的电池厚度存储膨胀率＝(d2-d1)/d1×100％。
对比例1至对比例3以及实施例1至实施例19的参数以及测试数据参数见下表1。
表1
由上述表1可以看出：对比例1至对比例3的电解液中未加入添加剂A、溶剂B以及添加剂C，其25℃循环1000圈容量保持率均较低，60℃2.5V存储电池膨胀率均较高。实施例1至实施例19中，电解液中加入添加剂A，或者电解液中加入添加剂A以及溶剂B，或者电解液中加入添加剂A、溶剂B以及添加剂C，其25℃循环1000圈容量保持率均较高，60℃2.5V存储电池膨胀率均较低；并且，z的值均在0.46～0.55，而在z的值低于0.46时，25℃循环1000圈容量保持率低且60℃2.5V存储电池膨胀率高，在z的值高于0.55时，60℃2.5V存储电池膨胀率高。由此可见，本发明实施例的电池的循环性能较好，并且电池的阻抗也处在较低水平。
由上述表1可以看出：相较于对比例1至对比例3的电解液中未加入添加剂A、溶剂B以及添加剂C，实施例1至实施例8均在电解液中加入添加剂A，其25℃循环1000圈容量保持率均显著提高，并且60℃2.5V存储电池膨胀率显著降低。由此可见，在z的值在0.46～0.55时，通过在电解液中引入添加剂A，可以有效改善电池的循环性能，并且可以降低膨胀率。
由上述表1可以看出：相较于实施例1至实施例8均在电解液中加入添加剂A，实施例9至实施例10在电解液中加入添加剂A的基础上进一步加入溶剂B，在保持25℃循环1000圈容量保持率较高且60℃2.5V存储电池膨胀率较低的同时，降低了电池的阻抗。
由上述表1可以看出：在实施例11至实施例19中，相较于(a+c)*(1-b)*100/z的值小于0.25或大于2.15，(a+c)*(1-b)*100/z的值在0.25～2.15时，25℃循环1000圈容量保持率较高且60℃2.5V存储电池膨胀率较低。并且，由实施例11至实施例19的数据还可以看出，在(a+c)*(1-b)*100/z的值小于0.25时(例如表1中的实施例17)，相对(a+c)*(1-b)*100/z的值在0.25～2.15时，60℃2.5V存储电池膨胀率明显高出较多，25℃循环1000圈容量保持率还可以，稍微降低一些；在(a+c)*(1-b)*100/z的值大于2.15时(例如表1中的实施例19)，相对(a+c)*(1-b)*100/z的值在0.25～2.15时，电池阻抗较高，阻抗太大的话如果造成析锂，从而会影响循环性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种电池，其特征在于，包括：正极极片、负极极片、隔膜以及电解液，所述隔膜位于所述正极极片与所述负极极片之间，所述正极极片包括正极集流体以及覆盖于所述正极集流体的正极活性物质层，所述负极极片包括负极集流体以及覆盖于所述负极集流体的负极活性物质层，所述电解液包括电解质、溶剂和添加剂；
其中，单位面积的所述负极活性物质层的重量与单位面积的所述正极活性物质层的重量的比值为z，z的取值范围为0.46～0.55；所述添加剂包括添加剂A，所述添加剂A为含草酸结构的物质。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述添加剂A在所述电解液中的质量百分含量为a，a的取值范围为0.1％～1％。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述添加剂A包括二草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述溶剂包括溶剂B，所述溶剂B为羧酸酯溶剂。
5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述溶剂B在所述电解液中的质量百分含量为b，b的取值范围为1％～30％。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，b的取值范围为5％～15％。
7.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述溶剂B包括乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸丙酯以及丙酸丙酯中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述添加剂包括添加剂C，所述添加剂C为含氮杂环的物质。
9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述添加剂C在所述电解液中的质量百分含量为c，c的取值范围为0.1％～0.5％。
10.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述添加剂C包括2-氟吡嗪、2,5-二氟吡嗪、2-氟哒嗪、3-氟哒嗪、2-氟吡啶、3-氟吡啶、4-氟吡啶、2,3-氟吡啶以及3,4-氟吡啶中的至少一种。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的电池，其特征在于，所述添加剂A在所述电解液中的质量百分含量为a，所述溶剂B在所述电解液中的质量百分含量为b，所述添加剂C在所述电解液中的质量百分含量为c；
其中，z、a、b、c满足：0.25≤(a+c)*(1-b)*100/z≤2.15。
12.一种储能装置，其特征在于，包括：根据权利要求1-11中任一项所述的电池。
CN202311243633.0A 2023-09-25 2023-09-25 电池及储能装置 Pending CN117317383A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311243633.0A CN117317383A (zh) 2023-09-25 2023-09-25 电池及储能装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311243633.0A CN117317383A (zh) 2023-09-25 2023-09-25 电池及储能装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117317383A true CN117317383A (zh) 2023-12-29

Family

ID=89284261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311243633.0A Pending CN117317383A (zh) 2023-09-25 2023-09-25 电池及储能装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117317383A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110265627B (zh) 正极极片及锂离子二次电池
CN111129502B (zh) 一种负极极片以及二次电池
CN110707361B (zh) 一种适用于高倍率充放电的高电压软包锂离子电池用电解液
CN110165284B (zh) 锂离子二次电池
WO2013018486A1 (ja) 非水電解質二次電池用活物質及びその製造方法並びにそれを用いた負極
WO2022246798A1 (zh) 锂离子二次电池、电池模块、电池包、以及用电装置
CN109888384B (zh) 电解液和含有电解液的电池
WO2020043151A1 (zh) 正极极片、其制备方法及锂离子二次电池
CN112467209A (zh) 一种高低温性能兼顾的高电压锂离子电池
CN111129503A (zh) 一种负极极片以及二次电池
CN111146410A (zh) 负极活性材料及电池
US20240145710A1 (en) Negative electrode sheet and battery applying same
EP4195348A1 (en) Electrochemical device and power consumption apparatus comprising same
CN115101711A (zh) 一种负极片及其制备方法和二次电池
CN113839095B (zh) 一种电解液及包括该电解液的电池
CN116526069B (zh) 隔离膜、电池单体、电池和用电装置
CN115632158B (zh) 二次电池及用电装置
US20230207786A1 (en) Secondary battery and power consumption apparatus including the same
CN116435503A (zh) 负极材料层、负极极片及其制备方法、二次电池、电池包、用电设备
EP4383397A1 (en) Electrolyte, secondary battery, and power device
WO2022133961A1 (zh) 锂二次电池及含有其的电池模块、电池包和用电装置
CN114497746A (zh) 一种电池
CN117317383A (zh) 电池及储能装置
US11996515B2 (en) Lithium-ion secondary battery, battery module, battery pack, and power consumption apparatus
US20230043895A1 (en) Electrolyte solution, secondary battery, battery module, battery pack and electric device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination