CN117673473A - 锂离子电池和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种锂离子电池和电子装置。具体而言，本申请提供一种锂离子电池，其包括：正极、负极和电解液，正极包括：正极集流体和位于正极集流体一侧或两侧的正极材料层，正极材料层包括：三元材料和聚硅氧烷，三元材料中包括：镍元素，钴元素和锰元素；镍元素的摩尔含量大于或等于50%，电解液包括三腈化合物；基于正极材料层的质量，所述聚硅氧烷的质量含量为a%，0.05≤a≤3。本申请改善了电池高温下的倍率性能和存储特性，尤其提高热安全性能。

Description

锂离子电池和电子装置
技术领域
本申请涉及储能领域，具体涉及一种锂离子电池和电子装置。
背景技术
随着移动设备的技术发展，人们对二次电池的需求显著增加，尤其是具有高能量密度、高电压、长循环存储和低自放电的锂离子电池。然而，随着反复充放电，锂离子电池存储性能下降，高温下更为严重，其原因在于电池中的水分或其他效应使得电解液分解或活性材料劣化，导致电池的内阻增加。
正极材料钴酸锂具有优异的存储特性和充放电效率，应用最广泛，但其在高电压下结构稳定性变差。三元材料由于比钴酸锂便宜，且可用于高电压和高容量，但高温或高电压下材料表面破坏，影响电池的倍率性能和存储特性。
为了解决上述问题，人们已经尝试对正极活性材料的表面进行包覆保护或除去表面杂质的各种方法，但是均没有令人满意地解决上述制约。因此，迫切需要开发解决上述问题的同时改善锂离子电池高温安全的性能的化学体系。
发明内容
本申请实施例通过调整在锂离子电池中应用的正极组成和电解液中的成分以在某种程度上解决存在于现有技术的问题。
本申请提供一种锂离子电池，其包括正极、负极和电解液，正极包括正极材料层，正极材料层包括三元材料和聚硅氧烷；三元材料包括：镍元素，钴元素和锰元素，镍元素的摩尔含量大于或等于50%，电解液包括三腈化合物，所述镍元素的摩尔含量为所述镍元素的摩尔量与所述三元材料中除锂元素以外的金属元素的摩尔量的比值。本申请改善了电池在高温下的倍率性能和存储特性，尤其提高了热安全性能。
根据本申请的一些实施例，所述聚硅氧烷包括环五聚二甲基硅氧烷、环三聚二甲基硅氧烷、双聚乙烯聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅氧烷或聚酰亚胺硅氧烷中的至少一种。优选具有大环结构的环五聚二甲基硅氧烷，可以获得更优的效果，高温下钝化膜结构稳定。
根据本申请的一些实施例，其中基于正极活性层的质量，所述聚硅氧烷的质量含量为a%，0.05≤a≤3，优选0.1≤a≤2。当正极材料层中聚硅氧烷的质量含量在上述范围内时，有助于进一步改善高温下的倍率性能和安全性能。
根据本申请的一些实施例，其中三腈化合物包括：1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己烷三甲腈、1,2,6-己烷三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)乙烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)丙烷、3-甲基-1,3,5-三(氰基乙氧基)戊烷、1,2,7-三(氰基乙氧基)庚烷、1,2,6-三(氰基乙氧基)己烷或1,2,5-三(氰基乙氧基)戊烷中的至少一种，优选所述三腈化合物包括：1,3,6-己烷三甲腈和1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷，从而可以提高锂离子电荷传输，改善倍率，还减少产气，提升安全性能。
根据本申请的一些实施例，其中基于所述电解液的质量，所述三腈化合物的质量含量为b%，0.05≤b≤8，优选0.1≤b≤5，有助于进一步改善倍率和安全性能。根据本申请的一些实施例，其中基于正极活性层的质量，所述聚硅氧烷的质量含量为a%，基于所述电解液的质量，所述三腈化合物的质量含量为b%，其中a和b满足关系式：0.03≤a/b≤1，从而可以改善高温下的倍率性能和安全性能。
根据本申请的一些实施例，其中所述三元材料中镍元素的摩尔含量大于或等于60%，优选所述三元材料中镍元素摩尔含量大于或等于80%。根据本申请的实施例，其中三元材料包括镍钴锰酸锂。从而有利于提高电池的容量。
根据本申请的一些实施例，其中所述电解液还包括P-O添加剂，所述P-O添加剂包括如下式1至式4化合物的至少一种，。
上述P-O添加剂进一步增强了钝化膜的稳定性，从而抑制氧化还原过程中伴随相变的发生，明显提升高温下的存储。
根据本申请的一些实施例，其中基于所述电解液的质量，所述P-O添加剂的质量含量为c%，0.1≤c≤5。优选0.1≤c≤3，当P-O添加剂的质量含量在上述范围内时，有助于进一步改善性能。
根据本申请的一些实施例，其中基于正极活性层的质量，所述聚硅氧烷的质量含量为a%，基于所述电解液的质量，所述P-O添加剂的质量含量为c%，其中a和c满足关系式：0.03≤a/c≤2，从而可以进一步改善高温下的倍率性能和安全性能。
在本申请的另一方面，本申请提供一种电子装置，其包括本申请提供的任一所述的锂离子电池。
本申请通过使用特定的正极材料层和电解液的组合，该设计改善高温下的倍率性能和存储特性，尤其提高了热安全性能。
本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。
具体实施方式
本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
除非另外明确指明，本申请使用的下述术语具有下文指出的含义。
本申请通过使用特定的正极材料层和电解液的组合，该设计显著改善高温下的倍率性能和存储特性，尤其提高热安全性能。
在一些实施例中，本申请提供了一种锂离子电池，其包括如下所述的正极、负极和电解液。
I、正极
正极包括正极集流体和设置在所述正极集流体表面上的正极材料层。
正极材料层包含正极材料，所述正极材料层可以是一层或多层。正极材料为任何能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的物质。
本申请涉及一种锂离子电池和电子装置。具体而言，本申请提供一种锂离子电池，其包括：正极、负极和电解液，正极包括正极集流体和位于正极集流体一侧或两侧的正极材料层，正极材料层包括三元材料和聚硅氧烷，所述电解液包括三腈化合物，一些实施例中，三元材料包括：镍元素、钴元素和锰元素，本申请中的三元材料的化学组成中含有镍元素，镍元素的摩尔含量为镍元素的摩尔量与所述三元材料中除锂元素以外的金属元素的摩尔量的比值，镍元素的摩尔含量大于或等于50%。该设计改善了高温下的倍率性能和存储特性，尤其提高了热安全性能。
一方面，三元材料由于阳离子混排效应以及材料表面微结构在首次充电过程中的变化，造成首次充放电效率不高，且产气较严重安全性比较突出。另一方面，三元材料是一次颗粒团聚而成的二次球形颗粒，由于二次颗粒在较高压实下会破碎，锂离子扩散系数和电子电导率低，使得材料的倍率性能不理想。特别是高镍三元材料，随着镍质量含量的增加，循环性能、热稳定性随之变差。
本申请发明人在试验中发现，在正极的混浆过程中，加入聚硅氧烷，不仅在三元材料表面形成富含Si-O键的钝化膜，抑制充放电过程中表面微结构破坏，而且能够提升压实密度减少颗粒破碎，但在高温下该钝化膜稳定性下降，发明人还进一步发现该正极在含有三腈化合物的电解液体系下，三腈化合物可以抑制钝化膜高温分解，不仅改善高温下的倍率性能和存储特性，还获得了优异的安全性能。
一些实施例中，正极中的聚硅氧烷可以是以颗粒的形式存在于正极材料层中，聚硅氧烷可以是与三元材料的颗粒混合在一起。 另一些实施例中，聚硅氧烷也可以是以包覆层的形式存在于三元材料的表面。无论聚硅氧烷以何种形式存在于正极材料层中， 随着锂离子电池的充放电， 聚硅氧烷与三元材料接触的部分在三元材料表面均可形成钝化膜，并且因为三腈化合物的存在可以抑制该钝化膜高温分解，通过三元材料、聚硅氧烷和三腈化合物的三者协同作用从而获得了优异的倍率性能、存储特性和安全性能。
在一些实施例中，所述聚硅氧烷包括环五聚二甲基硅氧烷（式5）、环三聚二甲基硅氧烷、双聚乙烯聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅氧烷或聚酰亚胺硅氧烷中的至少一种。优选具有大环结构的环五聚二甲基硅氧烷，如下式5结构，可以获得更优的效果，高温下钝化膜结构稳定，不易分解。
式5。
在一些实施例中，基于正极材料层的质量，所述正极材料层中聚硅氧烷的质量含量为a%，其中0.05≤a≤3。在一些实施例中，0.1≤a≤2。在一些实施例中，a为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1、1.5、2、2.5、3或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当正极材料层中聚硅氧烷的质量含量在上述范围内时，有助于进一步改善高温下的倍率性能和安全性能。
根据本申请的一些实施例，其中所述三元材料中镍元素的摩尔含量大于或等于60%，可选的，所述三元材料中镍元素摩尔含量大于或等于80%。
根据本申请的一些实施例，其中三元材料包括镍钴锰酸锂。
在一些实施例中，正极材料层还包括正极导电材料。正极导电材料的种类没有限制，可以使用任何已知的导电材料。正极导电材料的实例可包括，但不限于，乙炔黑等炭黑；针状焦等无定形碳等碳材料；碳纳米管；石墨烯等。上述正极导电材料可单独使用或任意组合使用。
正极材料层还包括正极粘结剂。正极粘合剂的种类没有特别限制，只要是在电极制造时使用的液体介质中可溶解或分散的材料即可。正极粘合剂的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、芳香族聚酰胺、纤维素、硝酸纤维素等树脂系高分子；丁苯橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、异戊二烯橡胶、聚丁橡胶、乙烯-丙烯橡胶等橡胶状高分子；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或其氢化物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-乙烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物或其氢化物等热塑性弹性体状高分子；间规-1,2-聚丁二烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、丙烯-α-烯烃共聚物等软质树脂状高分子；聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、氟化聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯-乙烯共聚物等氟系高分子；具有碱金属离子（特别是锂离子）的离子传导性的高分子组合物等。上述正极粘合剂可单独使用或任意组合使用。
在一些实施例中，用于形成正极浆料的溶剂的种类没有限制，只要是能够溶解或分散正极材料、导电材料、正极粘合剂和根据需要使用的增稠剂的溶剂即可。用于形成正极浆料的溶剂的实例可包括水系溶剂和有机系溶剂中的任一种。水系介质的实例可包括，但不限于，水和醇与水的混合介质等。有机系介质的实例可包括，但不限于，己烷等脂肪族烃类；苯、甲苯、二甲苯、甲基萘等芳香族烃类；喹啉、吡啶等杂环化合物；丙酮、甲基乙基酮、环己酮等酮类；乙酸甲酯、丙烯酸甲酯等酯类；二亚乙基三胺、N,N-二甲氨基丙胺等胺类；二乙醚、环氧丙烷、四氢呋喃等醚类；N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等酰胺类；六甲基磷酰胺、二甲基亚砜等非质子性极性溶剂等。
在一些实施例中，正极材料层还包括增稠剂。增稠剂通常是为了调节浆料的粘度而使用的。在使用水系介质的情况下，可使用增稠剂和丁苯橡胶乳液进行浆料化。增稠剂的种类没有特别限制，其实例可包括，但不限于，羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇、氧化淀粉、磷酸化淀粉、酪蛋白和它们的盐等。上述增稠剂可单独使用或任意组合使用。
在一些实施例中，正极集流体的种类没有特别限制，其可为任何已知适于用作正极集流体的材质。正极集流体的实例可包括，但不限于，铝、不锈钢、镍镀层、钛、钽等金属材料；碳布、碳纸等碳材料。在一些实施例中，正极集流体为金属材料。在一些实施例中，正极集流体为铝。
在一些实施例中，为了降低正极集流体和正极材料层的电子接触电阻，正极集流体的表面可包括导电助剂或导电涂层。导电助剂的实例可包括，但不限于，碳和金、铂、银等贵金属类。导电涂层的实例可包括含有无机氧化物、导电剂、粘结剂的混合物层。
在一些实施例中，正极可以通过在正极集流体上形成含有正极材料和粘结剂的正极材料层来制作。使用正极材料的正极的制造可以通过常规方法来进行，即，将正极材料和粘结剂、以及根据需要的导电材料和增稠剂等进行干式混合，制成片状，将所得到的片状物压接至正极集流体上；或者将这些材料溶解或分散于液体介质中而制成浆料，将该浆料涂布到正极集流体上并进行干燥，从而在集流体上形成正极材料层，由此可以得到正极。
II、电解液
在一些实施例中，本申请的锂离子电池中的使用的电解液包括电解质和溶解该电解质的溶剂。在一些实施例中，本申请的电解液包括三腈化合物。
聚硅氧烷在三元材料表面形成的钝化膜存在不耐高温的问题，本申请发现当电解液中含有三腈化合物时，可以增强聚硅氧烷在高镍三元材料表面形成的钝化膜在高温下的稳定性，抑制在电解液和正极材料的界面处的反应，不仅提高锂离子电荷传输，改善倍率，还减少产气，提升安全性能。
根据本申请的实施例，其中三腈化合物包括：1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己烷三甲腈、1,2,6-己烷三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)乙烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)丙烷、3-甲基-1,3,5-三(氰基乙氧基)戊烷、1,2,7-三(氰基乙氧基)庚烷、1,2,6-三(氰基乙氧基)己烷或1,2,5-三(氰基乙氧基)戊烷中的至少一种。
在一些实施例中，基于电解液质量，所述电解液中三腈化合物的质量含量为b%，其中0.05≤b≤8。在一些实施例中，0.5≤b≤6。在一些实施例中，1≤b≤5。在一些实施例中，1≤b≤3。在一些实施例中，b 为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、5、6、7、8或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当三腈化合物的质量含量在上述范围内时，有助于进一步改善倍率和安全性能。
根据本申请的一些实施例，其中所述锂离子电池满足关系式：0.03≤a/b≤1。
在一些实施例中，0.05≤a/b≤1。在一些实施例中，0.1≤a/b≤1。在一些实施例中，a/b为0.03、0.05、0.1、0.2、0.5、1或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当a/b满足上述比例，可以进一步改善高温下的倍率性能和安全性能。
在一些实施例中，所述电解液还包括P-O添加剂，所述P-O添加剂包括如下式1至式4化合物的至少一种，。
上述P-O添加剂进一步增强了钝化膜的稳定性，从而抑制氧化还原过程中伴随相变的发生，明显提升高温下的存储。
在一些实施例中，基于电解液质量，所述P-O添加剂的质量含量为c%，其中0.1≤c≤5。在一些实施例中，0.1≤c≤4。在一些实施例中，0.3≤c≤3。在一些实施例中，0.5≤c≤3。在一些实施例中，c为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、5或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当P-O添加剂的质量含量在上述范围内时，有助于进一步改善性能。
在一些实施例中，0.03≤a/c≤2。在一些实施例中，0.05≤a/c≤1。在一些实施例中，a/c为0.03、0.05、0.1、0.2、0.5、1、1.5、2或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当a/c满足上述比例，可以进一步改善高温下的倍率性能和安全性能。
在一些实施例中，所述电解液进一步包含现有技术中已知的任何可作为电解液的溶剂的非水溶剂。
在一些实施例中，所述非水溶剂包括，但不限于，以下中的一种或多种：环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯、链状羧酸酯、环状醚、链状醚、含磷有机溶剂和含硫有机溶剂。
在一些实施例中，本申请的电解液中使用的溶剂包括环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯、链状羧酸酯及其组合。在一些实施例中，本申请的电解液中使用的溶剂包含选自由下列物质组成的群组的有机溶剂：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸正丙酯、乙酸乙酯及其组合。在一些实施例中，本申请的电解液中使用的溶剂包含：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯及其组合。
在一些实施例中，电解质没有特别限制，可以任意地使用作为电解质公知的物质。电解质的质量没有特别限制，只要不损害本申请的效果即可。
III、负极
负极包括负极集流体和位于所述负极集流体一侧或两侧表面上的负极材料层，负极材料层包含负极材料。在一些实施例中，负极材料的可充电容量大于正极材料的放电容量，以防止在充电期间锂金属无意地析出在负极上。
在一些实施例中，作为保持负极材料的负极集流体，可以任意使用公知的集流体。负极集流体的实例包括，但不限于，铜、镍、不锈钢、镀镍钢等金属材料。在一些实施例中，负极集流体为铜。
在一些实施例中，负极材料没有特别限制，只要能够可逆地吸藏、放出锂离子即可。负极材料的实例可包括，但不限于，天然石墨、人造石墨等碳材料；硅(Si)、锡(Sn)等金属；或Si、Sn等金属元素的氧化物等。负极材料可以单独使用或组合使用。
在一些实施例中，负极材料层还可包括负极粘合剂。负极粘合剂可提高负极材料颗粒彼此间的结合和负极材料与集流体的结合。负极粘合剂的种类没有特别限制，只要是对于电解液或电极制造时使用的溶剂稳定的材料即可。在一些实施例中，负极粘合剂包括树脂粘合剂。树脂粘合剂的实例包括，但不限于，氟树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺树脂、丙烯酸系树脂、聚烯烃树脂等。当使用水系溶剂制备负极合剂浆料时，负极粘合剂包括，但不限于，羧甲基纤维素(CMC)或其盐、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)或其盐、聚乙烯醇等。
在一些实施例中，负极可以通过以下方法制备：在负极集流体上涂布包含负极材料、树脂粘合剂等的负极合剂浆料，干燥后，进行压延而在负极集流体的两面形成负极材料层，由此可以得到负极。
IV、隔离膜
在一些实施例中，为了防止短路，在正极与负极之间可以设置有隔离膜。这种情况下，本申请的电解液通常可渗入该隔离膜而使用。
在一些实施例中，对隔离膜的材料及形状没有特别限制，只要不显著损害本申请的效果即可。所述隔离膜可为由对本申请的电解液稳定的材料所形成的树脂、玻璃纤维、无机物等。在一些实施例中，所述隔离膜包括保液性优异的多孔性片或无纺布状形态的物质等。树脂或玻璃纤维隔离膜的材料的实例可包括，但不限于，聚烯烃、芳香族聚酰胺、聚四氟乙烯、聚醚砜等。在一些实施例中，所述聚烯烃为聚乙烯或聚丙烯。在一些实施例中，所述聚烯烃为聚丙烯。上述隔离膜的材料可以单独使用或任意组合使用。
在一些实施例中，所述隔离膜还可为上述材料层积而成的材料，其实例包括，但不限于，按照聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯的顺序层积而成的三层隔离膜等。
在一些实施例中，无机物的材料的实例可包括，但不限于，氧化铝、二氧化硅等氧化物、氮化铝、氮化硅等氮化物、硫酸盐（例如，硫酸钡、硫酸钙等）。无机物的形式可包括，但不限于，颗粒状或纤维状。
在一些实施例中，所述隔离膜的形态可为薄膜形态，其实例包括，但不限于，无纺布、织布、微多孔性膜等。在薄膜形态中，所述隔离膜的孔径为0.01 μm至1 μm，厚度为5 μm至50 μm。除了上述独立的薄膜状隔离膜以外，还可以使用下述隔离膜：通过使用树脂类的粘合剂在正极和/或负极的表面形成含有上述无机物颗粒的复合多孔层而形成的隔离膜，例如，将氟树脂作为粘合剂使90%粒径小于1 μm的氧化铝颗粒在正极的两面形成多孔层而形成的隔离膜。
在一些实施例中，所述隔离膜的厚度是任意的。在一些实施例中，所述隔离膜的厚度为大于1 μm、大于5 μm或大于8 μm。在一些实施例中，所述隔离膜的厚度为小于50 μm、小于40 μm或小于30 μm。当所述隔离膜的厚度在上述范围内时，则可以确保绝缘性和机械强度，并可以确保锂离子电池的倍率特性和能量密度。
本申请另提供了一种电子装置，其包括根据本申请任一所述的锂离子电池。
本申请的锂离子电池的用途没有特别限定，其可用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，本申请的锂离子电池可用于，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等。
下面结合具体的实施例说明锂离子电池的制备，本领域的技术人员将理解，本申请中描述的制备方法仅是实例，其他任何合适的制备方法均在本申请的范围内。
一、锂离子电池的制备
1、负极的制备
将人造石墨、丁苯橡胶和羧甲基纤维素锂按照96.5%:2.5%:1%的质量比例与去离子水混合，搅拌均匀，得到浆料。将浆料涂布在9μm厚的铜箔上。干燥，冷压，再经过裁片、焊接极耳，得到负极。
2、正极的制备
将三元材料、碳纳米管、炭黑和聚偏氟乙烯按照97:0.5:0.5:2的质量比例与N-甲基吡咯烷酮（NMP）混合，加入聚硅氧烷，搅拌均匀，得到正极浆料。将该正极浆料涂布在12 μm厚的铝箔上，干燥，冷压，再经过裁片、焊接极耳，得到正极。所使用的具体三元材料参考实施例表格。
3、电解液的制备
在干燥氩气环境下，将碳酸乙烯酯（EC）、聚碳酸酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）和聚丙烯（PP）按质量比1:1:1:2混合，加入LiPF6，形成基础电解液，其中基础电解液中LiPF6的质量含量为12 %。在基础电解液中加入4.3%质量含量的氟代碳酸乙烯酯、3.2%质量含量的己二腈、三腈化合物以及P-O添加剂得到不同实施例和对比例的电解液。
4、隔离膜的制备
以7微米厚的聚乙烯多孔聚合物薄膜作为隔离膜。
5、锂离子电池的制备
将得到的正极、隔离膜和负极按次序卷绕，置于外包装箔中，留下注液口。从注液口灌注电解液，封装，再经过化成等常规工序制得锂离子电池。
二、测试方法
1.锂离子电池的高温循环后容量保持率的测试
在65℃下，将锂离子电池以1 C恒流充电至4.3V，然后恒压4.3V充电至电流为0.05C，再以1 C恒流放电至2.0 V，此为首次循环。按照上述条件对锂离子电池进行1000次循环。“1C”是在1小时内将电池容量完全放完的电流值。
通过下式计算锂离子电池的1000次循环后容量保持率：
容量保持率=(第1000次循环的放电容量/首次循环的放电容量)×100%。
2、锂离子电池高温下倍率性能测试
在60℃下，以0.2C放电到2.0V，静置5min，以0.5C充电到4.3V，恒压充电到0.05C后静置5分钟，调整放电倍率，分别以0.2C和5.0C进行放电测试得到放电容量1和放电容量2。
倍率性能=（放电容量2 /放电容量1）×100%。
3、锂离子电池的热滥用厚度膨胀率的测试
在25℃下，将锂离子电池静置30分钟，测量锂离子电池的厚度H1，然后以升温速度5℃/min开始升温，当温度升至130℃时，保持30分钟，测量锂离子电池的厚度H2。通过下式计算锂离子电池的热滥用厚度膨胀率：
膨胀率=[(H2-H1)/H1]×100%。
三、测试结果
表1展示了正极材料层聚硅氧烷和电解液三腈化合物对锂离子电池的高温下的倍率性能、存储特性和热安全性能的影响。
基于正极材料层的质量，聚硅氧烷的质量含量为a%，表1中使用聚硅氧烷如下：环五聚二甲基硅氧烷(S1)、环三聚二甲基硅氧烷(S2)、双聚乙烯聚二甲基硅氧烷(S3)、聚二甲基硅氧烷(S4)、聚甲基硅氧烷(S5)、聚酰亚胺硅氧烷(S6)。所使用正极活性材料为市售常见NCM532、NCM622、NCM811（NCM532表示三元材料中除锂元素以外的金属元素基本为Ni、Co和Mn，且Ni、Co和Mn的摩尔比为5:3:2，NCM622和NCM811与此类似）。
基于电解液的质量，三腈化合物的质量含量为b%，所使用三腈化合物如下：1,3,6-己烷三甲腈(T1)、1,2,6-己烷三甲腈(T2)、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷(T3)。
表1
注：括号中的数字为质量含量。
当正极材料层包括聚硅氧烷和电解液包括三腈化合物时，在正极制备中先将三元材料和聚硅氧烷均匀分散，不仅在三元材料表面形成富含Si-O键的钝化膜，抑制充放电过程中表面微结构破坏，而且能够提升压实密度减少颗粒破碎，但在高温下该钝化膜稳定性下降，发明人还发现该正极在含有三腈化合物的电解液体系时，三腈化合物抑制了钝化膜高温分解，不仅改善高温下的倍率性能和存储特性，还获得了令人满意的安全性能。
当聚硅氧烷的质量含量为0.1%至2%时，可进一步提升电池性能。
当三腈化合物的质量含量为1%至5%时，可进一步提升电池性能。
当聚硅氧烷的质量含量a%与三腈化合物的质量含量b%满足0.03≤a/b≤1时，可进一步提升电池性能。
当三元材料中镍含量越高，尤其镍元素摩尔含量大于或等于60%，聚硅氧烷和三腈化合物对其保护越有利。三腈化合物明显提升聚硅氧烷在三元材料表面形成保护膜高温下的稳定性，抑制相变，提高三元材料的热稳定性，可进一步提升电池性能。
表2展示了电解液还包含P-O添加剂对锂离子电池的高温下的倍率性能、存储特性和热安全性能的影响。除表2中所列参数以外，实施例2-1至2-19与实施例1-3的设置相同。实施例2-20至2-21中使用T1(1)+T3(1)作为三腈化合物替换实施例1-3的T1(2)。
表2
结果表明，当正极材料层包括聚硅氧烷、电解液包括三腈化合物和P-O添加剂时，获得了出乎意料的热安全性能，这可能由于P-O添加剂对由材料表面副反应产生的热量能够起到延缓向内传递的作用，能够有效提高材料内部结构的稳定性和抑制内部副反应的发生从而提高材料的稳定性，从而进一步提高锂离子电池的热安全性能。
当P-O添加剂的质量含量为0.1%至5%时，可进一步提升电池性能。尤其三腈化合物和P-O添加剂的质量含量同时满足 0.5≤c≤4且0.1≤a/c≤1时，获得进一步改善的效果，对于热安全性能的改善尤其明显。
整个说明书中对“实施例”、“部分实施例”、“一个实施例”、“另一举例”、“举例”、“具体举例”或“部分举例”的引用，其所代表的意思是在本申请中的至少一个实施例或举例包含了该实施例或举例中所描述的特定特征、结构、材料或特性。因此，在整个说明书中的各处所出现的描述，例如：“在一些实施例中”、“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在另一个举例中”，“在一个举例中”、“在特定举例中”或“举例”，其不必然是引用本申请中的相同的实施例或示例。此外，本申请中的特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例或举例中结合。
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims (12)

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括：
正极、负极和电解液；
所述正极包括正极材料层，所述正极材料层包括：三元材料和聚硅氧烷；
其中，所述三元材料中包括：镍元素，钴元素和锰元素；所述镍元素的摩尔含量大于或等于50%；所述电解液包括三腈化合物；所述镍元素的摩尔含量为所述镍元素的摩尔量与所述三元材料中除锂元素以外的金属元素的摩尔量的比值；
基于正极材料层的质量，所述聚硅氧烷的质量含量为a%，0.05≤a≤3。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述聚硅氧烷包括：环五聚二甲基硅氧烷、环三聚二甲基硅氧烷、双聚乙烯聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅氧烷或聚酰亚胺硅氧烷中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，0.1≤a≤2。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述三腈化合物包括：1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己烷三甲腈、1,2,6-己烷三甲腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)乙烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)丙烷、3-甲基-1,3,5-三(氰基乙氧基)戊烷、1,2,7-三(氰基乙氧基)庚烷、1,2,6-三(氰基乙氧基)己烷或1,2,5-三(氰基乙氧基)戊烷中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述三腈化合物包括：1,3,6-己烷三甲腈和1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述电解液的质量，所述三腈化合物的质量含量为b%，0.05≤b≤8。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述电解液的质量，所述三腈化合物的质量含量为b%，0.1≤b≤5。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述正极材料层的质量，所述聚硅氧烷的质量含量为a%，基于所述电解液的质量，所述三腈化合物的质量含量为b%，其中，a和b满足关系式：0.03≤a/b≤1。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述电解液还包括：P-O添加剂，所述P-O添加剂包括如下式1至式4化合物的至少一种，。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，满足如下的至少一项：
（a）基于所述电解液的质量，所述P-O添加剂的质量含量为c%， 0.1≤c≤5；
（b）基于正极材料层的质量，所述聚硅氧烷的质量含量为a%，基于所述电解液的质量，所述P-O添加剂的质量含量为c%，其中，a和c满足关系式：0.03≤a/c≤2。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述镍元素的摩尔含量大于或等于80%。
12.一种电子装置，其特征在于，包括：根据权利要求1至11中任一项所述的锂离子电池。
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WANG, YALI等: "Enhanced Electrochemical Performance of the LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 Cathode via In-situ Nanoscale Surface Modification with Poly(imide-siloxane) Binder", 《CHEM. ENG. J》, vol. 450, 9 August 2022 (2022-08-09), pages 1 - 10 *

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