CN117497827A - 一种二次电池及用电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种二次电池及用电装置。二次电池包括电解液、负极极片和正极极片，负极极片包括负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括端面和基面，端面占比与基面占比的比值为a，0.1≤a≤1.5；电解液包括式(I)化合物，基于电解液的质量，式(I)化合物的质量百分含量为b％，0.005≤b≤2。本申请通过将电解液组分调控和负极活性材料调控结合，提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。
Description
技术领域
本申请涉及电化学技术领域，特别是涉及一种二次电池及用电装置。
背景技术
二次电池，例如锂离子电池，具有储能密度大、开路电压高、自放电率低、循环寿命长、安全性好等优点，广泛应用于便携式电能储存、电子设备、电动汽车等各个领域。随着锂离子电池在消费终端等领域应用的迅速发展，市场对锂离子电池的综合性能提出更高的要求。然而，锂离子电池的循环性能、高温存储性能、动力学性能往往较难同时兼顾。
发明内容
本申请的目的在于提供一种二次电池及用电装置，以提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。具体技术方案如下：
本申请的第一方面提供了一种二次电池，其包括电解液、负极极片和正极极片，其中，负极极片包括负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括端面和基面，端面占比与基面占比的比值为a，0.1≤a≤1.5；电解液包括式(I)所示化合物：
X11和X12各自独立地选自N或C原子；R11、R12、R13、R14、R15各自独立地选自氢、氰基、卤素原子、未经取代或经Ra取代的C1-5烷基、未经取代或经Ra取代的C2-5烯基、未经取代或经Ra取代的C2-5炔基、未经取代或经Ra取代的C6-10芳基、未经取代或经Ra取代的C3-6杂环烷基、未经取代或经Ra取代的C3-6杂芳基、-R6-(C＝O)-R7-、-R6-(C＝O)-O-R7-或-R6-(C＝O)-NH-R7-；R6和R7各自独立地选自单键、未经取代或经Ra取代的C1-10烷基、未经取代或经Ra取代的C2-10烯基、未经取代或经Ra取代的C2-10炔基、未经取代或经Ra取代的C3-6杂环基、未经取代或经Ra取代的C6-10芳基或C5-6杂芳基；Ra选自氨基、氰基、卤素原子、C1-3烷基、C3-6杂环烷基、C3-6杂环烯基、C3-6杂环炔基或C5-6杂芳基中的至少一者；R11、R12、R13、R14、R15中任意相邻的两者能够连接形成C5-8的环烷基、C6-10的环芳基、C3-6的杂环烷基或C3-6的杂环芳基；杂环烷基、杂芳基中的杂原子选自N或O中的至少一者；基于电解液的质量，式(I)所示化合物的质量百分含量为b％，0.005≤b≤2。本申请通过将电解液组分调控和负极活性材料调控结合，减少负极活性材料与电解液之间的副反应，在负极表面形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜，减少循环和高温存储过程中非水溶剂和其它成膜添加剂的消耗，减少正极溶出的过渡金属对负极极片的破坏，从而提高二次电池的循环性能、存储性能并兼顾动力学性能。
在本申请的一些实施方案中，二次电池满足以下条件中的至少一者：(1)0.2≤a≤0.8；(2)0.01≤b≤1；(3)0.2≤a/b≤80；(4)式(I)所示化合物包括吡啶、2-甲基吡啶、2-乙烯基吡啶、2-乙炔基吡啶、2-氟吡啶、2-氰基吡啶、3-乙烯基吡啶、3-氟吡啶、2,6-二氟吡啶、五氟吡啶、吡啶-3,4-二羧酸酐、2,2'-联吡啶、三联吡啶、吡嗪、2-氟吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪、2-氰基吡嗪、2-甲基吡嗪、5,6,7,8-四氢喹啉、喹啉、6-氟喹啉、喹啉酸酐、哒嗪或4-甲基哒嗪中的至少一种。满足上述特征能够进一步减少负极活性材料与电解液之间的副反应，在负极表面形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜，减少循环和高温存储过程中非水溶剂和其它成膜添加剂的消耗，减少正极溶出的过渡金属对负极极片的破坏，从而有利于进一步提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。
在本申请的一些实施方案中，电解液包括含硫氧双键化合物，含硫氧双键化合物包括甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、1,3-丙磺酸内酯(PS)、1,4-丁烷磺酸内酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯(PES)、硫酸乙烯酯、1,3-丙烷二磺酸酐、2-甲基丁烷磺酸内酯或1,3-丙二醇环硫酸酯中的至少一种；基于电解液的质量，含硫氧双键化合物的质量百分含量为d％，0.01≤d≤5。电解液中包括上述种类的硫氧双键化合物并将其质量百分含量d％调控在上述范围内，有利于使二次电池在具有良好的循环性能和动力学性能的基础上，提高其高温存储性能。
在本申请的一些实施方案中，1≤d/b≤50。通过调控d/b的值在上述范围内，能够发挥式(I)所示化合物和含硫氧双键化合物的协同作用，从而有利于提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。
在本申请的一些实施方案中，电解液包括式(II)所示化合物：
R1和R3各自独立地选自C1至C4的烷基，R2选自C1至C4的亚烷基；基于电解液的质量，式(II)所示化合物的质量百分含量为e％，0.001≤e≤5。式(II)化合物能够进一步加强式(I)化合物在电解液中的稳定性，有利于进一步提高二次电池的循环性能并降低阻抗和厚度膨胀率。
在本申请的一些实施方案中，式(II)所示化合物包括以下化合物中的至少一种：
上述式(II)化合物有利于进一步提高二次电池的循环性能并降低阻抗和厚度膨胀率。
在本申请的一些实施方案中，二次电池满足以下条件中的至少一者：(1)负极活性材料的比表面积为c m2/g，0.1≤c≤5；(2)负极活性材料包括天然石墨、人造石墨、硬碳或软碳中的至少一种。满足上述条件中的至少一者可以进一步提高本申请中电解液添加剂在负极成膜的均匀性，从而进一步提高二次电池的循环性能并降低阻抗和厚度膨胀率。
在本申请的一些实施方案中，端面占比为10％至60％，基面占比为40％至90％。满足上述比例能够进一步改善二次电池的动力学性能以及高温存储性能。
在本申请的一些实施方案中，正极极片包括正极活性材料层，正极活性材料层的表面包含锰元素和氟元素，基于除锂之外金属元素的总摩尔量，所述锰元素和所述氟元素的摩尔百分含量的比值为y，0.1≤y≤50。通过调控y的值在上述范围内，能够减小电解液中锂盐或添加剂的分解，从而有利于提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。
本申请的第二方面提供了一种用电装置，其包括本申请第一方面提供的二次电池。
本申请的有益效果：
本申请提供了一种二次电池及用电装置。该二次电池包括电解液、负极极片和正极极片，其中，负极极片包括负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括端面和基面，端面占比与基面占比的比值为a，0.1≤a≤1.5；电解液包括式(I)所示化合物，基于电解液的质量，式(I)所示化合物的质量百分含量为b％，0.005≤b≤2。本申请通过将电解液组分调控和负极活性材料调控结合，减少负极活性材料与电解液之间的副反应，在负极表面形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜，减少循环和高温存储过程中非水溶剂和其它成膜添加剂的消耗，减少正极溶出的过渡金属对负极极片的破坏，从而提高二次电池的循环性能、存储性能并兼顾动力学性能。
当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面将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。本领域技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的具体实施方式中，以锂离子电池作为二次电池的例子来解释本申请，但是本申请的二次电池并不仅限于锂离子电池。
本申请的第一方面提供了一种二次电池，其包括电解液、负极极片和正极极片，其中，负极极片包括负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括端面和基面，端面占比与基面占比的比值为a，0.1≤a≤1.5，优选地，0.2≤a≤0.8。例如，a可以为0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5或上述任意两个数值组成的范围。电解液包括式(I)所示化合物：
X11和X12各自独立地选自N或C原子；R11、R12、R13、R14、R15各自独立地选自氢、氰基、卤素原子、未经取代或经Ra取代的C1-5烷基、未经取代或经Ra取代的C2-5烯基、未经取代或经Ra取代的C2-5炔基、未经取代或经Ra取代的C6-10芳基、未经取代或经Ra取代的C3-6杂环烷基、未经取代或经Ra取代的C3-6杂芳基、-R6-(C＝O)-R7-、-R6-(C＝O)-O-R7-或-R6-(C＝O)-NH-R7-；R6和R7各自独立地选自单键、未经取代或经Ra取代的C1-10烷基、未经取代或经Ra取代的C2-10烯基、未经取代或经Ra取代的C2-10炔基、未经取代或经Ra取代的C3-6杂环基、未经取代或经Ra取代的C6-10芳基或C5-6杂芳基；Ra选自氨基、氰基、卤素原子、C1-3烷基、C3-6杂环烷基、C3-6杂环烯基、C3-6杂环炔基或C5-6杂芳基中的至少一者；R11、R12、R13、R14、R15中任意相邻的两者能够连接形成C5-8的环烷基、C6-10的环芳基、C3-6的杂环烷基或C3-6的杂环芳基；杂环烷基、杂芳基中的杂原子选自N或O中的至少一者。基于电解液的质量，式(I)所示化合物的质量百分含量为b％，0.005≤b≤2，优选地，0.01≤b≤1。例如，b可以为0.005、0.01、0.3、0.5、0.8、1、1.4、1.6、2或上述任意两个数值组成的范围。
在本申请中，负极活性材料可以通过以下制备方法得到：原料预处理、造粒(热解、球磨筛分)、石墨化、球磨筛分。不同a值的负极活性材料可以通过调控负极活性材料的合成工艺，如热解过程中使用高温高压的方法、是否进行材料包覆等。例如，当其它条件不变时，在一定范围内，增大热解过程中的温度和压力，a值增大；减小热解过程中的温度和压力，a值减小。例如，通过包覆可以提高端面占比，使得a值增大。在本申请中，上述高温高压的温度可以为1200℃至1500℃，压力可以为2GPa至5GPa。包覆可以采用沥青进行包覆，基于负极活性材料的质量，包覆量可以为5％至15％。
本申请中不同a值的负极活性材料可以通过购买得到，并结合本申请提供的“负极活性材料比表面积的测试”测试方法测试负极活性材料端面占比与基面占比的比值a，并选择所需a值的负极活性材料。
对于二次电池而言，锂离子主要通过负极活性材料的端面和一些缺陷位点嵌入内部，且电解液主要在端面与负极活性材料发生副反应，形成固体电解质界面(SEI)膜。本申请通过调控负极活性材料端面占比与基面占比的比值a在上述范围内，能够减少负极活性材料与电解液之间的副反应，从而提高二次电池的首次库伦效率、循环性能和高温存储性能并且兼顾动力学性能。本申请通过在电解液中引入式(I)所示化合物并且调控其质量百分含量b％在上述范围内，能够在负极表面形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜，减少循环和高温存储过程中非水溶剂和其它成膜添加剂的消耗，减少正极溶出的过渡金属对负极极片的破坏，从而提高二次电池的循环性能和高温存储性能并且兼顾动力学性能。因此，将上述负极活性材料和包含式(I)所示化合物的电解液应用于二次电池，能够提高二次电池的循环性能和高温存储性能并兼顾动力学性能。当a值过小时，例如小于0.1，负极活性材料基面占比较大，对二次电池动力学性能影响较大，从而二次电池无法兼顾循环性能、高温存储性能和动力学性能。当a值过大时，例如大于1.5，负极活性材料端面占比较大，负极活性材料与电解液之间的副反应加剧，从而不利于提高二次电池的循环性能和高温存储性能。当b值过小时，例如小于0.005，式(I)所示化合物的含量过低，发挥的作用有限，从而不利于提高二次电池的循环性能和高温存储性能。当b值过大时，例如大于2，式(I)所示化合物的含量过高，对二次电池动力学性能影响较大，从而二次电池无法兼顾循环性能、高温存储性能和动力学性能。在本申请中，基面是指负极活性材料表面结构的共轭大平面结构，端面是指大平面结构的边缘。
在本申请的一些实施方案中，0.2≤a/b≤80。例如，a/b可以为0.2、10、20、34、40、56、60、80或上述任意两个数值组成的范围。通过调控a/b的值在上述范围内，能够进一步减少负极活性材料与电解液之间的副反应，在负极表面形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜，减少循环和高温存储过程中非水溶剂和其它成膜添加剂的消耗，减少正极溶出的过渡金属对负极极片的破坏，从而有利于进一步提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。
在本申请的一些实施方案中，式(I)所示化合物包括吡啶、2-甲基吡啶、2-乙烯基吡啶、2-乙炔基吡啶、2-氟吡啶、2-氰基吡啶、3-乙烯基吡啶、3-氟吡啶、2,6-二氟吡啶、五氟吡啶、吡啶-3,4-二羧酸酐、2,2'-联吡啶、三联吡啶、吡嗪、2-氟吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪、2-氰基吡嗪、2-甲基吡嗪、5,6,7,8-四氢喹啉、喹啉、6-氟喹啉、喹啉酸酐、哒嗪或4-甲基哒嗪中的至少一种。电解液中包括上述种类的式(I)所示化合物，能够更好的发挥式(I)所示化合物的作用，有利于在负极表面形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜，减少循环和高温存储过程中非水溶剂和其它成膜添加剂的消耗，减少正极溶出的过渡金属对负极极片的破坏，从而有利于进一步提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。
在本申请的一些实施方案中，其中，电解液包括含硫氧双键化合物，含硫氧双键化合物包括甲烷二磺酸亚甲酯、1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯、硫酸乙烯酯、1,3-丙烷二磺酸酐、2-甲基丁烷磺酸内酯或1,3-丙二醇环硫酸酯中的至少一种。基于电解液的质量，含硫氧双键化合物的质量百分含量为d％，0.01≤d≤5。例如，d可以为0.01、1、2、2.6、3、4、4.3、5或上述任意两个数值组成的范围。电解液中包括上述种类的硫氧双键化合物并将其质量百分含量d％调控在上述范围内，能够在电极表面形成SEI膜，该SEI膜具有更为致密的结构且对阻抗的影响较小，不仅能够减少正极过渡金属的溶出，还能够对正极界面和负极界面起较好的保护作用，从而有利于使二次电池在具有良好的循环性能和动力学性能的基础上，进一步提高其高温存储性能。
在本申请的一些实施方案中，其中，1≤d/b≤50。例如，d/b可以为1、10、20、25、30、34、40、46、50或上述任意两个数值组成的范围。通过调控d/b的值在上述范围内，能够发挥式(I)所示化合物和含硫氧双键化合物的协同作用，从而有利于提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。
在本申请的一些实施方案中，其中，电解液包括式(II)所示化合物：
R1和R3各自独立地选自C1至C4的烷基，R2选自C1至C4的亚烷基。基于电解液的质量，式(II)所示化合物的质量百分含量为e％，0.001≤e≤5。例如，e可以为0.001、0.4、1、2、2.5、3、3.4、4、5或上述任意两个数值组成的范围。电解液中包括上述式(II)所示化合物并且将其质量百分含量e％调控在上述范围内，能够在正极界面和负极界面上成膜，与式(I)所示化合物协同作用，进一步加强正极界面和负极界面的稳定性，从而有利于进一步提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。
在本申请的一些实施方案中，式(II)所示化合物包括以下化合物中的至少一种：
本申请的二次电池中，电解液包括上述范围内的式(II)所示化合物，能够在正极界面和负极界面上成膜，与式(I)所示化合物协同作用，更进一步加强正极界面和负极界面的稳定性，从而有利于更进一步提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。
本申请中，电解液还包括锂盐。基于电解液的质量，锂盐的质量百分含量为5％至15％。通过调控锂盐的质量百分含量在上述范围内，能够使电解液具有较低的粘度和较高的电导率，有利于电解液中的离子迁移，从而有利于提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。本申请对锂盐的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如可以包括但不限于LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiSiF6、二草酸硼酸锂或二氟硼酸锂中的至少一种。优选地，锂盐包括LiPF6。
本申请中，电解液还包括非水溶剂。基于电解液的质量，非水溶剂的质量百分含量为73％至94％。本申请对非水溶剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如可以包括但不限于碳酸酯化合物、羧酸酯化合物或醚化合物或其它有机溶剂中的至少一种。上述碳酸酯化合物可以包括但不限于链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物或氟代碳酸酯化合物中的至少一种。上述链状碳酸酯化合物可以包括但不限于碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)或碳酸甲乙酯(MEC)中的至少一种。上述环状碳酸酯可以包括但不限于碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)或碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)中的至少一种。氟代碳酸酯化合物可以包括但不限于氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸1,2-二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯或碳酸三氟甲基亚乙酯中的至少一种。上述羧酸酯化合物可以包括但不限于甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯或己内酯中的至少一种。上述醚化合物可以包括但不限于二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、1-乙氧基-1-甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃或四氢呋喃中的至少一种。上述其它有机溶剂可以包括但不限于二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯或磷酸三辛酯中的至少一种。
在本申请的一些实施方案中，电解液可以包括锂盐、式(I)所示化合物和非水溶剂。锂盐、式(I)所示化合物的质量百分含量如上文所述，非水溶剂的质量百分含量为83％至94％。包括上述电解液的二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
在本申请的一些实施方案中，电解液可以包括锂盐、式(I)所示化合物、非水溶剂以及含硫氧双键化合物或式(II)所示化合物。锂盐、式(I)所示化合物、含硫氧双键化合物、式(II)所示化合物的质量百分含量如上文所述，非水溶剂的质量百分含量为78％至94％。包括上述电解液的二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
在本申请的一些实施方案中，电解液可以包括锂盐、式(I)所示化合物、含硫氧双键化合物、式(II)所示化合物以及非水溶剂。锂盐、式(I)所示化合物、含硫氧双键化合物、式(II)所示化合物的质量百分含量如上文所述，非水溶剂的质量百分含量为73％至94％。包括上述电解液的二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
在本申请的一些实施方案中，负极活性材料的比表面积为c m2/g，0.1≤c≤5。例如，c可以为0.1、1、1.4、2、2.5、3、3.6、4、5或上述任意两个数值组成的范围。通过调控负极活性材料的比表面积在上述范围内，能够减小负极活性材料与电解液之间的副反应，减小产气，改善由于过大比表面积负极活性材料的高水分含量导致的HF含量升高的问题，同时还有利于锂离子的传输，从而有利于提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。
本申请对调控负极活性材料比表面积的方法没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，不同比表面积的负极活性材料可以通过机械破碎、研磨、过筛等方式得到。示例性地，不同比表面积的负极活性材料可以通过机械破碎中的球磨方式得到。通常情况下，延长球磨时间，比表面积增大；缩短球磨时间，比表面积减小。
在本申请的一些实施方案中，负极活性材料包括天然石墨、人造石墨、硬碳或软碳中的至少一种。通过选择上述种类的负极活性材料，能够将端面占比与基面占比的比值a调控在本申请范围内，从而有利于提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。
在本申请的一些实施方案中，端面占比为10％至60％，基面占比为40％至90％。端面占比与基面占比之和为100％。例如，端面占比可以为10％、20％、25％、30％、40％、44％、50％、60％或上述任意两个数值组成的范围。基面占比可以为40％、50％、56％、60％、65％、70％、74％、80％、90％或上述任意两个数值组成的范围。满足上述比例能够进一步改善二次电池的动力学性能以及高温存储性能。
在本申请的一些实施方案中，正极极片包括正极活性材料层，正极活性材料层的表面包含锰元素和氟元素，基于除锂之外金属元素的总摩尔量，所述锰元素和所述氟元素的摩尔百分含量的比值为y，0.1≤y≤50。例如，y可以为0.1、10、20、30、40、50或上述任意两个数值组成的范围。正极活性材料含有锰元素，氟元素一般来源于电解液中的含氟锂盐和/或含氟添加剂，电解液中的含氟成分能够与正极活性材料发生反应生成含有氟元素和锰元素的物质沉积在正极活性材料层的表面。通过调控y的值在上述范围内，能够减小电解液中锂盐或添加剂的分解，从而有利于提高二次电池的循环性能、高温存储性能并兼顾动力学性能。在本申请中，正极活性材料层表面不同的y值可以通过调控正极活性材料层中的锰元素含量或电解液中含氟锂盐、含氟添加剂含量等方式得到。例如，当其它条件不变时，正极活性材料层中的锰元素含量增大，y值增大；正极活性材料层中的锰元素含量减小，y值减小。例如，当其它条件不变时，电解液中含氟锂盐和/或含氟添加剂含量增大，y值减小；电解液中含氟锂盐和/或含氟添加剂含量减小，y值增大。本申请对上述含氟添加剂不做限定，其可以是本领域已知的常规含氟添加剂。
本申请的正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料包含锰元素。在本申请的一些实施方案中，正极活性材料包括锰酸锂(LiMn2O4)、镍锰酸锂(LiNiMnO4)、镍钴锰酸锂(NCM)、磷酸锰锂(LiMnPO4)、磷酸锰铁锂(LiMnxFe1-xPO4,0＜x＜1)或富锂锰基材料(γLi2MnO3·(1-γ)LiGO2，0<γ<1，G为过渡金属镍、钴或铁等)中的至少一种。其中，NCM可以包括但不限于LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM613)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM333)或LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2(NCM955)中的至少一种。
在本申请中，正极极片包括正极活性材料层和正极集流体。正极活性材料层可以设置于正极集流体沿自身厚度方向上的一个表面上，也可以设置于正极集流体厚度方向上的两个表面上。需要说明，这里的“表面”可以是正极集流体的全部区域，也可以是正极集流体的部分区域，本申请没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。
本申请对正极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，可以包括但不限于铝箔、铝合金箔或复合集流体(例如铝碳复合集流体)。本申请对正极集流体和正极活性材料层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极集流体的厚度为5μm至20μm，正极活性材料层的厚度为30μm至120μm。本申请对正极极片的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，正极极片的厚度为50μm至250μm。
正极活性材料层还可以包括正极导电剂和正极粘结剂，本申请对正极导电剂和正极粘结剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，正极粘结剂可以包括但不限于聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂或尼龙中的至少一种；正极导电剂可以包括但不限于基于碳的材料、基于金属的材料或导电聚合物中的至少一种。示例性地，基于碳的材料可以包括天然石墨、人造石墨、导电炭黑(Super P)或碳纤维中的至少一种，基于金属的材料可以包括但不限于金属粉、金属纤维、铜、镍、铝或银中的至少一种；导电聚合物可以包括但不限于聚亚苯基衍生物。本申请对正极活性材料层中正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂的质量比没有特别限制，可以根据实际需要选择，只要能够实现本申请目的即可。
在本申请中，负极极片包括负极活性材料层和负极集流体。负极活性材料层可以设置于负极集流体厚度方向上的一个表面上，也可以设置于负极集流体厚度方向上的两个表面上。需要说明，这里的“表面”可以是负极集流体的全部区域，也可以是负极集流体的部分区域，本申请没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。
本申请对负极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，可以包括但不限于铜箔、铜合金箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或复合集流体(例如碳铜复合集流体、镍铜复合集流体、钛铜复合集流体等)等。在本申请中，对负极集流体和负极活性材料层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，负极集流体的厚度为4μm至15μm，负极活性材料层的厚度为30μm至150μm。本申请中，负极极片的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，负极极片的厚度为50μm至350μm。
本申请中的负极活性材料层还可以包括负极粘结剂和负极导电剂，或者，负极活性材料层还可以包括负极粘结剂、负极导电剂或增稠剂。本申请对负极粘结剂和负极导电剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，负极粘结剂可以包括但不限于上述正极粘结剂中的至少一种，负极导电剂可以包括但不限于上述正极导电剂中的至少一种。本申请对增稠剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，增稠剂可以包括但不限于羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素中的至少一种。
本申请对隔离膜没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，隔离膜的材料可以包括但不限于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)为主的聚烯烃(PO)类、聚酯(例如聚对苯二甲酸二乙酯(PET)膜)、纤维素、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、氨纶或芳纶中的至少一种；隔离膜的类型可以包括织造膜、非织造膜、微孔膜、复合膜、碾压膜或纺丝膜中的至少一种。例如，隔离膜可以包括基材层和表面处理层。基材层可以为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。任选地，可以使用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。任选地，基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。例如，无机物层包括无机颗粒和粘结剂，本申请对无机颗粒没有特别限制，例如可以包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。本申请对粘结剂没有特别限制，例如可以是上述正极粘结剂中的至少一种。聚合物层中包含聚合物，本申请对聚合物没有特别限制，例如聚合物包括聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚或聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。在本申请中，隔离膜的厚度没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如隔离膜的厚度可以为5μm至500μm。
本申请的二次电池还包括包装袋，用于容纳正极极片、隔离膜、负极极片和电解液，以及二次电池中本领域已知的其它部件，本申请对上述其它部件没有特别限制。本申请对包装袋没有特别限制，可以为本领域公知的包装袋，只要能够实现本申请目的即可。例如，可采用铝塑膜包装袋。
本申请对二次电池的种类没有特别限制，其可以包括发生电化学反应的任何装置。例如，二次电池可以包括但不限于：锂金属二次电池、锂离子二次电池(锂离子电池)、钠离子二次电池(钠离子电池)、锂聚合物二次电池、锂离子聚合物二次电池。
二次电池的制备过程为本领域技术人员所熟知的，本申请没有特别的限制，例如，可以包括但不限于以下步骤：将正极极片、隔离膜和负极极片按顺序堆叠，并根据需要将其卷绕、折叠等操作得到卷绕结构的电极组件，将电极组件放入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到二次电池；或者，将正极极片、隔离膜和负极极片按顺序堆叠，然后用胶带将整个叠片结构的四个角固定好得到叠片结构的电极组件，将电极组件置入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到二次电池。此外，也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于包装袋中，从而防止二次电池内部的压力上升、过充放电。
本申请的第二方面提供了一种用电装置，其包括本申请第一方面提供的二次电池。本申请提供的二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能，从而本申请提供的用电装置具有较长的使用寿命和良好的性能。
本申请的用电装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何用电装置。例如，用电装置可以包括但不限于笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器。
实施例
以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。另外，只要无特别说明，“份”、“％”为质量基准。
测试方法和设备：
负极活性材料比表面积的测试
使用比表面积分析仪(TristarⅡ3020)，通过氮吸附/脱附法测量负极活性材料的比表面积。其中，具体的测试依据国家标准GB/T 19587-2017《气体吸附BET法测定固态物质比表面积》进行。
根据负极活性材料端面和基面对气体吸附能的不同计算端面占比、基面占比以及端面占比与基面占比的比值a。负极活性材料端面的吸附能在20e/k至50e/k，基面的吸附能在50e/k至80e/k。通过TriStar II 3020配套软件拟合得到负极活性材料的吸附能曲线，计算吸附能曲线在20e/k至80e/k的积分面积，记为S；吸附能曲线在20e/k至50e/k的积分面积，记为S1；吸附能曲线在50e/k至80e/k的积分面积，记为S2。端面占比＝S1/S，基面占比＝S2/S，a＝端面占比/基面占比。
锰元素与氟元素摩尔百分含量的比值y的测试
将化成(0.02C恒流充电至3.5V，再以0.1C恒流充电至3.9V)后的锂离子电池拆解、清洗得正极极片，采用扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDS)测试正极活性材料层表面中锰元素和氟元素的分布情况，在SEM/EDS图片中选取200μm×200μm大小的区域，通过EDS面扫上述区域，测试得到整个区域内锰元素与氟元素的摩尔百分含量，计算得到锰元素与氟元素摩尔百分含量的比值y。
循环性能的测试
将锂离子电池置于25℃恒温箱中，静置30分钟，使锂离子电池达到恒温。将达到恒温的锂离子电池以1C恒流充电至电压为4.2V，然后以4.2V恒压充电至电流等于0.05C，接着以1C恒流放电至电压为2.8V，此为一个充放电循环，此时测试得到的放电容量记为首次放电容量。以首次放电的容量为100％，反复进行充放电循环，循环800圈时，停止测试，记录此时锂离子电池的放电容量，记为循环800圈后的放电容量。
通过以下公式计算容量保持率：
25℃循环容量保持率＝(循环800圈后的放电容量/首次放电容量)×100％
高温存储性能的测试
将锂离子电池置于25℃的恒温箱中静置5分钟，以1C的倍率恒流充电至4.2V，再恒压充电至电流等于0.05C，之后静置5分钟，再以1C倍率恒流放电至2.8V，测试此时锂离子电池的厚度，记为高温存储前的厚度。随后将锂离子电池置于60℃的恒温箱中存储90天，在存储90天后，将锂离子电池取出并观察及测试其厚度，记为高温存储后的厚度。
通过以下公式计算60℃存储厚度膨胀率：
60℃存储厚度膨胀率＝((高温存储后的厚度-高温存储前的厚度)/高温存储前的厚度)×100％。
动力学性能的测试
将锂离子电池置于25℃的恒温箱中静置5分钟，将锂离子电池按照以下步骤进行充放电：以1C的倍率恒流充电至4.2V，再恒压充电至电流0.05C，静置30分钟，以0.1C的电流放电10秒(在0.1秒取点一次，记录对应电压值U1)，以1C的电流放电360秒(在0.1秒取点一次，记录对应电压值U2)，重复上述放电步骤5次。“1C”是在1小时内将锂离子电池容量完全放完的电流值。
直流阻抗DCR＝(U1-U2)/(1C-0.1C)。取上述第5次放电计算得到的直流阻抗，该直流阻抗也可以称为锂离子电池在50％荷电状态(SOC)下测得的直流阻抗，即50％SOC DCR。
实施例1-1
<电解液的制备>
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将非水溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)及碳酸二乙酯(DEC)按质量比1:1:3混合均匀得到基础溶剂。然后向基础溶剂中加入锂盐LiPF6、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、式(I)所示化合物2-氟吡嗪，混合均匀后得到电解液。其中，基于电解液的质量，锂盐LiPF6质量百分含量为12.5％，FEC的质量百分含量为2.5％，2-氟吡嗪的质量百分含量b％为0.005％，余量为基础溶剂。
<正极极片的制备>
将正极活性材料LiMn2O4、正极导电剂乙炔黑、正极粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF，Mw＝7×106)按照质量比96:2:2进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，在真空搅拌机作用下搅拌至体系成均一状、固含量为75wt％的正极浆料。将正极浆料均匀单面涂覆于厚度为12μm的正极集流体铝箔上，在85℃条件下烘干。之后，在该铝箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂布正极活性材料层的正极极片。冷压后得单面正极活性材料层厚度为100μm的双面涂布的正极极片。将正极极片裁切成74mm×867mm的规格并焊接极耳后待用。
<负极极片的制备>
将负极活性材料人造石墨、负极粘结剂丁苯橡胶(SBR，Mw＝5×106)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na，Mw＝7×105)按质量比97.4:1.2:1.4混合，然后加入去离子水作为溶剂，调配成固含量为70wt％的负极浆料，并搅拌均匀。将负极浆料均匀涂布在厚度为8μm的铜箔的一个表面上，110℃条件下烘干。之后，在该铜箔的另一个表面上重复以上步骤，得到双面涂布负极活性材料层的负极极片。冷压后得到单面负极活性材料层厚度为150μm的双面涂布的负极极片。将负极极片裁切成(78mm×875mm)的规格并焊接极耳后待用。其中，负极活性材料的比表面积为1.3m2/g，端面占比与基面占比比值a为0.8。
<隔离膜的制备>
以厚度为15μm的聚乙烯(PE)多孔聚合物薄膜(Celgard公司提供)作为隔离膜。
<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，使隔离膜处于正极极片和负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件；将电极组件置于铝塑膜包装袋中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成(0.02C恒流充电至3.5V，再以0.1C恒流充电至3.9V)、整形等工序，即完成锂离子电池的制备。
实施例1-2至实施例1-6
除了在<电解液的制备>中按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。当式(I)所示化合物的质量百分含量发生变化时，基础溶剂的质量百分含量随之改变，EC、PC、DEC的质量比、FEC的质量百分含量和锂盐的质量百分含量不变。
实施例1-7至实施例1-13
除了在<负极极片的制备>中按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-4相同。
实施例1-14至实施例1-16
除了在<电解液的制备>、<负极极片的制备>中按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-4相同。当式(I)所示化合物的质量百分含量发生变化时，基础溶剂的质量百分含量随之改变，EC、PC、DEC的质量比、FEC的质量百分含量和锂盐的质量百分含量不变。
实施例1-17至实施例1-21
除了在<电解液的制备>中按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-11相同。当式(I)所示化合物的质量百分含量发生变化时，基础溶剂的质量百分含量随之改变，EC、PC、DEC的质量比、FEC的质量百分含量和锂盐的质量百分含量不变。
实施例1-22至实施例1-27
除了通过调控球磨时间使负极活性材料比表面积如表1所示以外，其余与实施例1-11相同。
实施例2-1
除了<电解液的制备>采用以下制备方法以外，其余与实施例1-23相同。
<电解液的制备>
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将非水溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)及碳酸二乙酯(DEC)按质量比1:1:3混合均匀得到基础溶剂。然后向基础溶剂中加入锂盐LiPF6、FEC、式(I)所示化合物2-氟吡嗪、含硫氧双键化合物PS，混合均匀后得到电解液。其中，基于电解液的质量，锂盐LiPF6质量百分含量为12.5％，FEC的质量百分含量为2.5％，2-氟吡嗪的质量百分含量b％为0.2％，PS的质量百分含量d％为0.5％，余量为基础溶剂。
实施例2-2至实施例2-12
除了在<电解液的制备>中按照表2调整相关制备参数以外，其余与实施例2-1相同。当含硫氧双键化合物的质量百分含量和/或式(I)所示化合物的质量百分含量发生变化时，基础溶剂的质量百分含量随之改变，EC、PC、DEC的质量比、FEC的质量百分含量和锂盐的质量百分含量不变。
实施例3-1
除了<电解液的制备>采用以下制备方法以外，其余与实施例1-23相同。
<电解液的制备>
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将非水溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)及碳酸二乙酯(DEC)按质量比1:1:3混合均匀得到基础溶剂。然后向基础溶剂中加入锂盐LiPF6、FEC、式(I)所示化合物2-氟吡嗪、式(II)所示化合物式(II-1)，混合均匀后得到电解液。其中，基于电解液的质量，锂盐LiPF6质量百分含量为12.5％，FEC的质量百分含量为2.5％，2-氟吡嗪的质量百分含量b％为0.2％，式(II-1)化合物的质量百分含量e％为0.001％，余量为基础溶剂。
实施例3-2至实施例3-6
除了在<电解液的制备>中按照表3调整相关制备参数以外，其余与实施例3-1相同。当式(II)所示化合物的质量百分含量发生变化时，基础溶剂的质量百分含量随之改变，EC、PC、DEC的质量比、式(I)所示化合物的质量百分含量、FEC的质量百分含量、锂盐的质量百分含量不变。
实施例3-7
除了<电解液的制备>采用以下制备方法以外，其余与实施例1-23相同。
<电解液的制备>
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将非水溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)及碳酸二乙酯(DEC)按质量比1:1:3混合均匀得到基础溶剂。然后向基础溶剂中加入锂盐LiPF6、FEC、式(I)所示化合物2-氟吡嗪、含硫氧双键化合物PS、式(II)所示化合物式(II-1)，混合均匀后得到电解液。其中，基于电解液的质量，锂盐LiPF6质量百分含量为12.5％，FEC的质量百分含量为2.5％，2-氟吡嗪的质量百分含量b％为0.2％，PS的质量百分含量d％为0.5％，式(II-1)化合物的质量百分含量e％为2.5％，余量为基础溶剂。
实施例3-8
除了在<电解液的制备>中按照表3调整相关制备参数以外，其余与实施例3-7相同。
实施例4-1至实施例4-6
除了通过调控正极活性材料层中正极活性材料的不同种类和/或电解液中FEC的质量百分含量以改变正极活性材料层中的锰元素含量和/或氟元素含量使y值如表4所示以外，其余与实施例1-23相同。当FEC的质量百分含量发生变化时，基础溶剂的质量百分含量随之改变，EC、PC、DEC的质量比、式(I)所示化合物的质量百分含量、锂盐的质量百分含量不变。
对比例1
除了<电解液的制备>采用以下制备方法以外，其余与实施例1-11相同。
<电解液的制备>
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将非水溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)及碳酸二乙酯(DEC)按质量比1:1:3混合均匀得到基础溶剂。然后向基础溶剂中加入锂盐LiPF6和FEC，混合均匀后得到电解液。其中，基于电解液的质量，锂盐LiPF6质量百分含量为12.5％，FEC的质量百分含量为2.5％，余量为基础溶剂。
对比例2
除了在<电解液的制备>中按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-11相同。当式(I)所示化合物的质量百分含量发生变化时，基础溶剂的质量百分含量随之改变，EC、PC、DEC的质量比、FEC的质量百分含量和锂盐的质量百分含量不变。
对比例3至对比例4
除了在<负极极片的制备>中按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
各实施例和对比例的制备参数和性能参数如表1至表4所示。
表1
注：表1中的“/”表示无对应制备参数或物质。
从实施例1-1至实施例1-27、对比例1至对比例4可以看出，本申请实施例的二次电池，通过调控负极活性材料端面占比与基面占比的比值a在本申请范围内，以及在电解液中加入式(I)所示化合物，且式(I)所示化合物的含量处于本申请范围内，二次电池具有更大的25℃循环容量保持率和较小的60℃存储厚度膨胀率并且兼具较小的50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。而对比例1的二次电池，其电解液不包括式(I)所示化合物；对比例2的二次电池，其电解液中式(I)所示化合物的质量百分含量b％不在本申请范围内；对比例3和对比例4的二次电池，其负极活性材料的a值不在本申请范围内，对比例1至对比例4的二次电池，二次电池无法同时具备较大的25℃循环容量保持率、较小的60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR，表明二次电池无法同时兼顾循环性能、高温存储性能和动力学性能。
式(I)所示化合物的质量百分含量b％通常会影响二次电池的循环性能、高温存储性能和动力学性能。从实施例1-1至实施例1-6、对比例1至对比例2可以看出，当b过小时，例如对比例1，二次电池的25℃循环容量保持率更小，60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR更大；当b过大时，例如对比例2，二次电池的25℃循环容量保持率更小，60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR更大。表明二次电池无法同时兼顾循环性能、高温存储性能和动力学性能。当b的值在本申请范围内时，二次电池具有更大的25℃循环容量保持率和较小的60℃存储厚度膨胀率并且兼具较小的50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
端面占比与基面占比的比值a通常会影响二次电池的循环性能、高温存储性能和动力学性能。从实施例1-1、实施例1-7至实施例1-13可以看出，当a过小时，例如对比例3，二次电池的60℃存储厚度膨胀率较小，但25℃循环容量保持率更小，50％SOC DCR更大；当a过大时，例如对比例4，二次电池的25℃循环容量保持率更小，60℃存储厚度膨胀率和50％SOCDCR更大。表明二次电池无法同时兼顾循环性能、高温存储性能和动力学性能。当a的值在本申请范围内时，二次电池具有更大的25℃循环容量保持率和较小的60℃存储厚度膨胀率并且兼具较小的50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
a/b的值通常会影响二次电池的循环性能、高温存储性能和动力学性能。从实施例1-1至实施例1-16可以看出，当a/b的值调控在本申请范围内时，二次电池具有同时具有较大的25℃循环容量保持率、较小的60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
式(I)所示化合物的种类通常会影响二次电池的循环性能、高温存储性能和动力学性能。从实施例1-17至实施例1-21可以看出，当二次电池的电解液包括式(I)所示化合物，并且选择本申请范围内的式(I)所示化合物，二次电池具有同时具有较大的25℃循环容量保持率、较小的60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
负极活性材料的比表面积通常会影响二次电池的循环性能、高温存储性能和动力学性能。从实施例1-22至实施例1-27可以看出，当负极活性材料的比表面积调控在本申请范围内时，二次电池具有同时具有较大的25℃循环容量保持率、较小的60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
表2
注：以表2中实施例2-7数据为例，PS(2％)+PES(0.5％)是指基于电解液的质量，PS的质量百分含量为2％，PES的质量百分含量为0.5％，其它实施例以此类推理解。表2中的“/”表示无对应制备参数或物质。
含硫氧双键化合物的种类通常会影响二次电池的循环性能、高温存储性能和动力学性能。从实施例1-23、实施例2-1至实施例2-3、实施例2-7至实施例2-8可以看出，当二次电池的电解液包括式(I)所示化合物，进一步引入含硫氧双键化合物，并且选择本申请范围内的含硫氧双键化合物时，二次电池同时具有较大的25℃循环容量保持率、较小的60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
含硫氧双键化合物的质量百分含量d％通常会影响二次电池的循环性能、高温存储性能和动力学性能。从实施例1-23、实施例2-4至实施例2-6可以看出，当二次电池的电解液包括式(I)所示化合物，进一步引入含硫氧双键化合物，并且调控其质量百分含量d％在本申请范围内时，二次电池同时具有较大的25℃循环容量保持率、较小的60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
d/b的值通常会影响二次电池的循环性能、高温存储性能和动力学性能。从实施例1-23、实施例2-1至实施例2-12可以看出，当d/b的值调控在本申请范围内时，二次电池具有同时具有较大的25℃循环容量保持率、较小的60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
表3
注：表3中的“/”表示无对应制备参数或物质。
式(II)所示化合物的质量百分含量e％通常会影响二次电池的循环性能、高温存储性能和动力学性能。从实施例1-23、实施例3-1至实施例3-4可以看出，当二次电池的电解液包括式(I)所示化合物，进一步引入式(II)所示化合物，并且调控其质量百分含量e％在本申请范围内时，二次电池同时具有较大的25℃循环容量保持率、较小的60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
式(II)所示化合物的种类通常会影响二次电池的循环性能、高温存储性能和动力学性能。从实施例1-23、实施例3-3、实施例3-5至实施例3-6可以看出，当二次电池的电解液包括式(I)所示化合物，进一步引入式(II)所示化合物，并且选择本申请范围内的式(II)所示化合物时，二次电池同时具有较大的25℃循环容量保持率、较小的60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
从实施例1-23、实施例3-7至实施例3-8可以看出，当二次电池的电解液包括式(I)所示化合物，进一步引入含硫氧双键化合物和式(II)所示化合物时，二次电池同时具有较大的25℃循环容量保持率、较小的60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。式(I)所示化合物与含硫氧双键化合物、式(II)所示化合物之间具有良好的兼容性和可叠加性，上述物质应用于二次电池，更有利于使二次电池在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
表4
正极活性材料层表面包含锰元素和氟元素，基于除锂之外金属元素的总摩尔量，锰元素和氟元素摩尔百分含量的比值y通常会影响二次电池的循环性能、高温存储性能和动力学性能。从实施例1-23、实施例4-1至实施例4-6可以看出，当y值调控在本申请范围内时，二次电池具有同时具有较大的25℃循环容量保持率、较小的60℃存储厚度膨胀率和50％SOC DCR，表明二次电池能够在具有良好的循环性能和高温存储性能的基础上兼顾动力学性能。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者物品不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者物品所固有的要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种二次电池，其包括电解液、负极极片和正极极片，其中，
所述负极极片包括负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括端面和基面，所述端面占比与所述基面占比的比值为a，0.1≤a≤1.5；
所述电解液包括式(I)所示化合物：
X11和X12各自独立地选自N或C原子；
R11、R12、R13、R14、R15各自独立地选自氢、氰基、卤素原子、未经取代或经Ra取代的C1-5烷基、未经取代或经Ra取代的C2-5烯基、未经取代或经Ra取代的C2-5炔基、未经取代或经Ra取代的C6-10芳基、未经取代或经Ra取代的C3-6杂环烷基、未经取代或经Ra取代的C3-6杂芳基、-R6-(C＝O)-R7-、-R6-(C＝O)-O-R7-或-R6-(C＝O)-NH-R7-；R6和R7各自独立地选自单键、未经取代或经Ra取代的C1-10烷基、未经取代或经Ra取代的C2-10烯基、未经取代或经Ra取代的C2-10炔基、未经取代或经Ra取代的C3-6杂环基、未经取代或经Ra取代的C6-10芳基或C5-6杂芳基；Ra选自氨基、氰基、卤素原子、C1-3烷基、C3-6杂环烷基、C3-6杂环烯基、C3-6杂环炔基或C5-6杂芳基中的至少一者；R11、R12、R13、R14、R15中任意相邻的两者能够连接形成C5-8的环烷基、C6-10的环芳基、C3-6的杂环烷基或C3-6的杂环芳基；所述杂环烷基、杂芳基中的杂原子选自N或O中的至少一者；
基于所述电解液的质量，所述式(I)所示化合物的质量百分含量为b％，0.005≤b≤2。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池满足以下条件中的至少一者：
(1)0.2≤a≤0.8；
(2)0.01≤b≤1；
(3)0.2≤a/b≤80；
(4)所述式(I)所示化合物包括吡啶、2-甲基吡啶、2-乙烯基吡啶、2-乙炔基吡啶、2-氟吡啶、2-氰基吡啶、3-乙烯基吡啶、3-氟吡啶、2,6-二氟吡啶、五氟吡啶、吡啶-3,4-二羧酸酐、2,2'-联吡啶、三联吡啶、吡嗪、2-氟吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪、2-氰基吡嗪、2-甲基吡嗪、5,6,7,8-四氢喹啉、喹啉、6-氟喹啉、喹啉酸酐、哒嗪或4-甲基哒嗪中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述电解液包括含硫氧双键化合物，所述含硫氧双键化合物包括甲烷二磺酸亚甲酯、1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯、硫酸乙烯酯、1,3-丙烷二磺酸酐、2-甲基丁烷磺酸内酯或1,3-丙二醇环硫酸酯中的至少一种；
基于所述电解液的质量，所述含硫氧双键化合物的质量百分含量为d％，0.01≤d≤5。
4.根据权利要求3所述的二次电池，其中，1≤d/b≤50。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述电解液包括式(II)所示化合物：
R1和R3各自独立地选自C1至C4的烷基，R2选自C1至C4的亚烷基；
基于所述电解液的质量，所述式(II)所示化合物的质量百分含量为e％，0.001≤e≤5。
6.根据权利要求5所述的二次电池，其中，所述式(II)所示化合物包括以下化合物中的至少一种：
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池满足以下条件中的至少一者：
(1)所述负极活性材料的比表面积为c m2/g，0.1≤c≤5；
(2)所述负极活性材料包括天然石墨、人造石墨、硬碳或软碳中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述端面占比为10％至60％，所述基面占比为40％至90％。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述正极极片包括正极活性材料层，所述正极活性材料层的表面包含锰元素和氟元素，基于除锂之外金属元素的总摩尔量，所述锰元素和所述氟元素的摩尔百分含量的比值为y，0.1≤y≤50。
10.一种用电装置，其包括权利要求1至9中任一项所述的二次电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311698898.XA CN117497827A (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 一种二次电池及用电装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311698898.XA CN117497827A (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 一种二次电池及用电装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117497827A true CN117497827A (zh) | 2024-02-02 |
Family
ID=89667491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311698898.XA Pending CN117497827A (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 一种二次电池及用电装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN117497827A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117728035A (zh) * | 2024-02-18 | 2024-03-19 | 深圳海辰储能科技有限公司 | 电解液、包含该电解液的二次电池、电池包和用电设备 |
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2023
- 2023-12-11 CN CN202311698898.XA patent/CN117497827A/zh active Pending
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