CN117673474B - 电解液、锂离子电池及用电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电解液、锂离子电池及用电设备。所述电解液包括硼酸盐类添加剂,在所述电解液中,所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的范围为:0.01%≤w1≤2%。
Description
技术领域
本申请涉及锂离子电池技术领域,具体涉及一种电解液、锂离子电池及用电设备。
背景技术
随着当前新能源技术的快速发展,对电池的循环寿命要求越来越高。其中,在正极材料中添加少量的补锂剂富锂铁酸锂(LFO)能有效地弥补循环过程中活性锂的消耗从而提升电池的循环性能。但是,富锂铁酸锂在脱锂过程中会同时发生铁和氧的氧化反应,使得容易产生氧气,导致电解液在正极极片处氧化,既消耗了电解液,又使得电解液体系变得不稳定,降低了电池的循环寿命和安全性能。
发明内容
鉴于此,本申请提供一种电解液、锂离子电池及用电设备,所述电解液具有较好的稳定性。
本申请提供了一种电解液,所述电解液包括硼酸盐类添加剂,在所述电解液中,所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的范围为:0.01%≤w1≤2%。
进一步地,所述电解液还包括含硫类添加剂,在所述电解液中,所述含硫类添加剂的质量分数w2的范围为:0.01%≤w2≤2%。
进一步地,在所述电解液中,所述含硫类添加剂的质量分数w2与所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的比值满足范围:0.5≤w2/w1≤1.2。
进一步地,所述硼酸盐类添加剂包括二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、四硼酸锂、四氰基硼酸锂、二氟硼酸锂、四(三氟甲基)硼酸锂、双(三氟甲基)二氟硼酸锂、二氰基草酸硼酸锂、五氟乙基三氟硼酸锂、全氟叔丁氧基三氟硼酸锂中的至少一种。
进一步地,所述含硫类添加剂包括1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、1,4-丁烯磺酸内酯、甲基二磺酸亚甲酯及季戊四醇双环硫酸酯中的至少一种。
本申请还提供了一种锂离子电池,所述锂离子电池包括:负极极片、隔膜、正极极片以及本申请提供的电解液,所述隔膜设置于所述负极极片的一侧;所述正极极片设置于所述隔膜背离所述负极极片的一侧,所述正极极片包括正极活性层以及正极集流体层,所述正极活性层设置于所述正极集流体层的表面,所述正极活性层包括多个补锂颗粒;所述电解液至少浸润部分所述正极极片及部分所述负极极片。
进一步地,在所述正极活性层中,所述补锂颗粒的质量分数为w3;所述补锂颗粒包括基体和包覆层,所述包覆层设置于所述基体的外周,所述基体的平面收缩率为α;则满足关系式:0.4≤α×w3/w1≤0.85;其中,所述基体的化学式为Li1+rM1-pNpO4-sBs,且满足0.1<r<6.1,0≤p<0.99,0≤s<0.1;M、N分别选自铁、钴、镍、钛、锌、镁、铝、锰、钒、铬、锆、铜、铌、钽、钨、钇及镧中的至少一种,B选自硫、氮、氟、氯及溴中的至少一种。
进一步地,在正极极片的横截面中,所述包覆层的内侧轮廓限定的面积为S1,所述补锂颗粒释放锂离子后,所述基体的外侧轮廓限定的面积为S2,则所述基体的平面收缩率α满足关系式:α=(S1-S2)/S1×100%,所述基体的平面收缩率α的范围为:5%≤α≤40%。
进一步地,在所述锂离子电池中,满足关系式:20≤α/w1≤100。
进一步地,在所述正极活性层中,所述补锂颗粒的质量分数w3的范围为:0.5%≤w3≤5%。
进一步地,在5K的放大倍率下,在22μm×15μm的矩形区域内,在所述正极极片的横截面中,所述补锂颗粒的数量为多个;多个所述包覆层的内侧轮廓限定的面积的总和为S3,所述补锂颗粒释放锂离子后,多个所述基体的外侧轮廓限定的面积的总和为S4,则多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积S满足关系式:S=S3-S4,S满足范围:1.5μm2≤S/w1≤8μm2。
进一步地,多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积S的范围为:0.1μm2≤S≤6μm2。
本申请还提供了一种用电设备,所述用电设备包括:设备本体以及本申请提供的锂离子电池,所述锂离子电池为所述设备本体进行供电。
在本申请中,所述电解液应用于锂离子电池且所述锂离子电池的正极极片包括补锂颗粒,所述锂离子电池在首次充放电和持续循环过程中,正极极片的活性锂离子不断被消耗,可能导致所述锂离子电池的可利用能量损失。然而,本申请中,所述正极极片包括补锂颗粒,在所述锂离子电池进行充电的过程中,所述补锂颗粒可释放出锂离子,以及时补充电解液中消耗的活性离子,使得所述锂离子电池具有较高的可利用能量。此外,所述补锂颗粒在释放锂离子的同时会释放出铁离子和氧负离子,而所述电解液包括硼酸盐类添加剂,且硼酸盐类添加剂中的硼原子为缺电子特性,所述硼原子容易与氧负离子结合,使得阻止铁离子与氧负离子的结合,以此减少氧气的产生,有利于减少氧气在电解液中的溶解度及减少所述氧气与电解液的副反应,有利于提升所述电解液的稳定性且提升所述正极极片与电解液的界面稳定性,最终提升所述电解液应用于锂离子电池时锂离子电池的循环性能及安全性能。
进一步地,当所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1满足范围:0.01%≤w1≤2%时,在所述电解液中,所述硼酸盐类添加剂的质量分数在合理的范围内。所述硼酸盐类添加剂有足量的硼原子且所述硼原子可与氧负离子结合,以减少氧负离子与铁离子发生氧化反应而产生的氧气的量,进一步减缓电解液与氧气的副反应,提升了所述电解液的稳定性及正极极片与电解液的界面稳定性,最终提升电解液应用于电池时电池的循环性能及安全性能。此外,还能避免所述电解液中的硼酸盐类添加剂过多而造成电解液的界面阻抗的增大。当所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的值过大,换言之,在所述电解液中,所述硼酸盐类添加剂的质量含量过大,多余的硼酸盐类添加剂可能附着在正极极片与电解液的界面或负极极片与电解液的界面,并发生还原反应且生成分解产物附着在正极极片和/或负极极片上,从而增大界面阻抗,继而降低了活性离子在所述正极极片/负极极片与电解液之间传输速度及迁移速度,从而使得所述电解液应用于锂离子电池时锂离子电池的能量效率较低。当所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的值过小,换言之,在所述电解液中,所述硼酸盐类添加剂的质量含量过小,则当所述电解液应用于锂离子电池时,所述硼酸盐类添加剂中的硼原子过少,所述硼原子只能与少部分的氧负离子结合。则在对所述锂离子电池进行充电时,所述补锂颗粒释放出的其它氧负离子与铁离子发生氧化反应并产生氧气,使得增大了氧气在电解液中的溶解度,且加剧了氧气与电解液发生的副反应,降低了所述电解液的稳定性。当所述电解液应用于锂离子电池时,所述锂离子电池的循环性能较差。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例的锂离子电池的剖面结构示意图;
图2为本申请一实施例的正极极片的剖面结构示意图;
图3为本申请一实施例的补锂颗粒在收缩后的扫描电子显微镜谱图;
图4为本申请又一实施例的补锂颗粒在收缩后的扫描电子显微镜谱图;
图5为本申请一实施例的用电设备的电路框图;
图6为本申请一实施例的用电设备的结构示意图。
附图标记说明:
100-电解液,200-锂离子电池,210-负极极片,220-隔膜,230-正极极片,231-正极活性层,232-正极集流体层,300-用电设备,310-设备本体。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,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。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。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序。此外,术语“包括”和“具有”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还包括没有列出的步骤或单元,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”或“实施方式”意味着,结合实施例或实施方式描述的特定特征、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。
随着当前新能源技术的快速发展,对电池的循环寿命要求越来越高。其中,在正极材料中添加少量的补锂剂富锂铁酸锂(LFO)能有效地弥补循环过程中活性锂的消耗从而提升电池的循环性能。但是,富锂铁酸锂在脱锂过程中会同时发生铁和氧的氧化反应,使得容易产生氧气,导致电解液在正极极片处氧化,既消耗了电解液,又使得电解液体系变得不稳定,降低了电池的循环寿命和安全性能。当富锂铁酸锂在脱锂过程中脱出较多锂时,富锂铁酸锂将会同时脱出较多的氧气,使得所述正极材料与所述电解液发生较多的副反应,降低电池的安全性能;当富锂铁酸锂在脱锂过程中释放的锂离子较少时,难以弥补循环过程中活性锂的消耗,从而降低了电池的循环性能。
请参见图1,本申请实施例提供了一种电解液100,所述电解液100包括硼酸盐类添加剂,在所述电解液100中,所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的范围为:0.01%≤w1≤2%。
具体地,所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的值可以为但不限于为0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.35%、0.4%、0.45%、0.55%、0.65%、0.7%、0.75%、0.8%、0.85%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%、1.25%、1.3%、1.35%、1.4%、1.45%、1.5%、1.55%、1.65%、1.75%、1.85%、1.9%及2%等。
可以理解地,所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1为所述硼酸盐类添加剂的质量与所述电解液100的质量的比值。
可以理解地,所述电解液100应用于锂离子电池200,且所述锂离子电池200还包括负极极片210、隔膜220及正极极片230,所述正极极片230包括正极活性层231以及正极集流体层232,所述正极活性层231设置于所述正极集流体层232的表面,所述正极活性层231包括补锂颗粒,所述电解液100至少浸润部分所述正极极片230及部分所述负极极片210。在所述锂离子电池200进行充放电的过程中,所述电解液100作为活性离子的传输媒介,即锂离子的传输媒介,一方面可提供部分活性锂离子,以作为导电离子使用;另一方面所述电解液100可提供离子通道,帮助锂离子在所述锂离子电池200中自由移动。其中,所述补锂颗粒可在所述锂离子电池200进行充电时释放出锂离子,以及时补充电解液100中消耗的活性离子。
可以理解地,所述硼酸盐类添加剂包括硼,硼的原子核由5个质子和6个中子组成,硼的外层电子排布为1s22s22p1,其中,2s能级的电子数为2,2p能级的电子数为1,则硼的电子配置中缺了一个电子,所述硼原子为缺电子特性。
在本实施例中,所述电解液100应用于锂离子电池200且所述锂离子电池200的正极极片230包括补锂颗粒,所述锂离子电池200在首次充放电和持续循环过程中,正极极片230的活性锂离子不断被消耗,可能导致所述锂离子电池200的可利用能量损失。然而,本申请实施例中,所述正极极片230包括补锂颗粒,在所述锂离子电池200进行充电的过程中,所述补锂颗粒可释放出锂离子,以及时补充电解液100中消耗的活性离子,使得所述锂离子电池200具有较高的可利用能量。此外,所述补锂颗粒在释放锂离子的同时会释放出铁离子和氧负离子,而所述电解液100包括硼酸盐类添加剂,且硼酸盐类添加剂中的硼原子为缺电子特性,所述硼原子容易与氧负离子结合,使得阻止铁离子与氧负离子的结合,以此减少氧气的产生,有利于减少氧气在电解液100中的溶解度及减少所述氧气与电解液100的副反应,有利于提升所述电解液100的稳定性且提升所述正极极片230与电解液100的界面稳定性,最终提升所述电解液100应用于锂离子电池200时锂离子电池200的循环性能及安全性能。
进一步地,当所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1满足范围:0.01%≤w1≤2%时,在所述电解液100中,所述硼酸盐类添加剂的质量分数在合理的范围内。所述硼酸盐类添加剂有足量的硼原子且所述硼原子可与氧负离子结合,以减少氧负离子与铁离子发生氧化反应而产生的氧气的量,进一步减缓电解液100与氧气的副反应,提升了所述电解液100的稳定性及正极极片230与电解液100的界面稳定性,最终提升电解液100应用于电池时电池的循环性能及安全性能。此外,还能避免所述电解液100中的硼酸盐类添加剂过多而造成电解液100的界面阻抗的增大。当所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的值过大,换言之,在所述电解液100中,所述硼酸盐类添加剂的质量含量过大,多余的硼酸盐类添加剂可能附着在正极极片230与电解液100的界面或负极极片210与电解液100的界面,并发生还原反应且生成分解产物附着在正极极片230和/或负极极片210上,从而增大界面阻抗,继而降低了活性离子在所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间传输速度及迁移速度,从而使得所述电解液100应用于锂离子电池200时锂离子电池200的能量效率较低。当所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的值过小,换言之,在所述电解液100中,所述硼酸盐类添加剂的质量含量过小,则当所述电解液100应用于锂离子电池200时,所述硼酸盐类添加剂中的硼原子过少,所述硼原子只能与少部分的氧负离子结合。则在对所述锂离子电池200进行充电时,所述补锂颗粒释放出的其它氧负离子与铁离子发生氧化反应并产生氧气,使得增大了氧气在电解液100中的溶解度,且加剧了氧气与电解液100发生的副反应,降低了所述电解液100的稳定性。当所述电解液100应用于锂离子电池200时,所述锂离子电池200的循环性能较差。
优选地,所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1满足范围:0.3%≤w1≤1.4%。具体地,所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的值可以为但不限于为0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%、0.55%、0.65%、0.7%、0.75%、0.8%、0.85%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%、1.25%、1.3%、1.35%、1.4%等。
在本实施例中,当所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1满足范围0.3%≤w1≤1.4%时,所述电解液100既能结合补锂颗粒释放的氧负离子,以减缓氧气的产生,又能避免所述电解液100中的硼酸盐类添加剂过多而造成电解液100的界面阻抗的增大。当所述电解液100应用于电池时,所述锂离子电池200兼具高循环性能及高安全性能。
可选地,所述硼酸盐类添加剂包括锂离子。
在本实施例中,所述硼酸盐类添加剂包括锂离子,当所述电解液100包括硼酸盐类添加剂且应用于锂离子电池200时,所述硼酸盐类添加剂可作为电解液100的补锂剂,所述硼酸盐类添加剂可释放出锂离子,从而补充电解液100中损耗的锂离子,有利于提升所述电解液100应用于电池时的循环性能。
可选地,所述硼酸盐类添加剂包括二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、四硼酸锂、四氰基硼酸锂、二氟硼酸锂、四(三氟甲基)硼酸锂、双(三氟甲基)二氟硼酸锂、二氰基草酸硼酸锂、五氟乙基三氟硼酸锂、全氟叔丁氧基三氟硼酸锂中的至少一种。
可以理解地,在本申请术语中,“至少一种”指大于或等于一种,可以为一种、两种、三种或四种等。
在本实施例中,二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、四硼酸锂、四氰基硼酸锂、二氟硼酸锂、四(三氟甲基)硼酸锂、双(三氟甲基)二氟硼酸锂、二氰基草酸硼酸锂、五氟乙基三氟硼酸锂、全氟叔丁氧基三氟硼酸锂均包括硼原子,当所述电解液100包括硼酸盐类添加剂时,所述硼酸盐类添加剂中的硼原子可与氧负离子结合,以减少氧负离子与铁离子发生氧化反应而产生的氧气的量,进一步减缓电解液100与氧气的副反应,提升了所述电解液100的稳定性及正极极片230与电解液100的界面稳定性,最终提升电解液100应用于电池时电池的循环性能及安全性能。此外,氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、四硼酸锂、四氰基硼酸锂、二氟硼酸锂、四(三氟甲基)硼酸锂、双(三氟甲基)二氟硼酸锂、二氰基草酸硼酸锂、五氟乙基三氟硼酸锂、全氟叔丁氧基三氟硼酸锂的阳离子为锂离子,使得当所述电解液100包括硼酸盐类添加剂且应用于锂离子电池200时,一方面可避免在电解液100中引入其它阳离子而使得电解液100中的杂质过多,有利于较少所述正极极片230/负极极片210与电解液100之前的副反应,提升所述电解液100稳定性;另一方面,所述硼酸盐类添加剂可作为电解液100的补锂剂,所述硼酸盐类添加剂可释放出锂离子,从而补充电解液100中损耗的锂离子,有利于提升所述电解液100应用于电池时的循环性能。
在一些实施例中,所述电解液100还包括含硫类添加剂,在所述电解液100中,所述含硫类添加剂的质量分数w2的范围为:0.01%≤w2≤2%。
可以理解地,在所述电解液100中,所述含硫类添加剂的质量分数为所述含硫类添加剂的质量与所述电解液100的质量的比值。
具体地,所述含硫类添加剂的质量分数w2的值可以为但不限于为0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.38%、0.4%、0.45%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.35%、1.4%、1.45%、1.5%、1.55%、1.6%、1.64%、1.7%、1.75%、1.8%、1.85%、1.9%及2%等。
在本实施例中,所述电解液100还包括含硫类添加剂,当所述电解液100应用于锂离子电池200时,所述锂离子电池200在首次充放电和持续循环过程中,所述负极极片210和/或所述正极极片230与所述电解液100形成含有硫的界面膜。电解液100中的活性离子在含有硫的界面膜的传输速度较快,换言之,含有硫的界面膜具有较好的导离子能力,从而降低负极极片210和/或所述正极极片230与所述电解液100的界面阻抗,进而提升所述电解液100应用于锂离子电池200时锂离子电池200的能量效率。当所述含硫类添加剂的质量分数w2满足范围0.01%≤w2≤2%时,在所述电解液100中,所述含硫类添加剂的质量含量在合理的范围内,则所述负极极片210和/或所述正极极片230与所述电解液100形成的界面膜中含硫的量在合理的范围内,使得有效提升所述含硫类添加剂的导离子能力,以弥补添加所述硼酸盐类添加剂造成的界面阻抗增大的不足,从而使得所述活性离子在所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间的传输速度及迁移速度较快,提升所述电解液100应用于锂离子电池200时锂离子电池200的能量效率。再者,还可避免因所述含硫类添加剂的质量分数过大而在电解液100中发生分解,有利于提升所述电解液100应用于电池时电池的安全性能。当所述含硫类添加剂的质量分数w2的值过大时,所述含硫类添加剂在所述电解液100中易发生水解产酸,从而对所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间的界面膜进行破坏,在锂离子不断对界面膜进行修复的过程中,活性锂离子将发生不可逆地损失,从而导致锂离子电池200容量的不断衰减,继而降低所述电解液100应用于锂离子电池200时锂离子电池200的容量保持率、循环性能及安全性能。当所述含硫类添加剂的质量分数w2的值过小时,所述负极极片210和/或所述正极极片230与所述电解液100形成的界面膜中含硫的量较少,使得所述含硫类添加剂对所述界面膜的导离子能力的提升很微弱,换言之,所述含硫类添加剂难以弥补添加所述硼酸盐类添加剂造成电解液100的界面阻抗增大的不足,使得活性离子在所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间的传输速度及迁移速度过慢,从而使得所述电解液100应用于锂离子电池200时锂离子电池200的能量效率过低。
优选地,所述含硫类添加剂的质量分数w2满足范围0.5%≤w2≤1.5%。具体地,所述含硫类添加剂的质量分数w2的值可以为但不限于为0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.35%、1.4%、1.45%及1.5%等。
在本实施例中,当所述含硫类添加剂的质量分数w2满足范围0.5%≤w2≤1.5%时,所述负极极片210和/或所述正极极片230与所述电解液100形成的界面膜中含硫的量在优选的范围内,使得既能大幅度提升所述含硫类添加剂的导离子能力,以充分弥补添加所述硼酸盐类添加剂造成的界面阻抗增大的不足,从而使得所述活性离子在所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间的传输速度及迁移速度较快,提升所述电解液100应用于锂离子电池200时锂离子电池200的能量效率。再者,还可避免因所述含硫类添加剂的质量分数过大而在电解液100中发生分解,有利于提升所述电解液100应用于电池时电池的安全性能。
在一些实施例中,在所述电解液100中,所述含硫类添加剂的质量分数w2与所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的比值满足范围:0.5≤w2/w1≤1.2。
具体地,w2/w1的值可以为但不限于为0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1.0、1.05、1.1、1.15及1.2等。
在本实施例中,当所述含硫类添加剂的质量分数w2与所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的比值满足范围:0.5≤w2/w1≤1.2时,所述硼酸盐类添加剂的质量分数与含硫类添加剂的质量分数均在合理的范围内。一方面,所述硼酸盐类添加剂有足量的硼原子且所述硼原子可与氧负离子结合,且所述含硫类添加剂可弥补添加所述硼酸盐类添加剂造成的界面阻抗增大的不足,使得在所述锂离子电池200中,所述补锂颗粒可及时向电解液100补充锂离子,所述硼酸盐类添加剂可及时抑制氧气的形成,所述含硫类添加剂可及时弥补所述硼酸盐类添加剂带来的界面阻抗增大的不足,所述补锂颗粒、所述硼酸盐类添加剂及所述含硫类添加剂相互配合,以实现所述电解液100具有较高的稳定性,提升所述电解液100应用于锂离子电池200时锂离子电池200的循环性能及安全性能。当w2/w1的值过大时,在所述电解液100中,所述含硫类添加剂的质量分数w2远大于所述硼酸盐类添加剂的质量分数,所述含硫类添加剂虽然能弥补因添加所述硼酸盐类添加剂造成的界面阻抗增大的不足,但是所述含硫类添加剂的量过多,使得所述含硫类添加剂在所述电解液100中易发生水解并产酸,从而对所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间的界面膜进行破坏,继而降低所述电解液100应用于锂离子电池200时锂离子电池200的循环性能及安全性能;此外,若所述硼酸盐类添加剂的含量过少,则在锂离子电池200中,所述硼酸盐类添加剂的硼原子只能与少部分的氧负离子结合,补锂颗粒释放出来的大部分氧负离子与铁离子发生氧化反应而产生氧气,从而加剧了电解液100与氧气的副反应,降低了电解液100的稳定性,从而降低了电解液100应用于锂离子电池200时的循环性能。当w2/w1的值过小时,在所述电解液100中,所述硼酸盐类添加剂的质量分数远大于所述含硫类添加剂的质量分数w2,换言之,所述含硫类添加剂难以弥补因添加所述硼酸盐类添加剂造成的界面阻抗的不足,多余的硼酸盐类添加剂可能附着在正极极片230和/或负极极片210与电解液100的界面而增大界面阻抗,继而降低了活性离子在所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间传输速度及迁移速度,从而使得所述电解液100应用于锂离子电池200时锂离子电池200的能量效率较低。
可选地,所述含硫类添加剂包括1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、1,4-丁烯磺酸内酯、甲基二磺酸亚甲酯及季戊四醇双环硫酸酯中的至少一种。
在本实施例中,1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、1,4-丁烯磺酸内酯、甲基二磺酸亚甲酯及季戊四醇双环硫酸酯均包括硫元素,当所述含硫类添加剂应用于电解液100且所述锂离子电池200在首次充放电和持续循环过程中,所述含硫类添加剂会释放出硫离子,且所述负极极片210和/或所述正极极片230与所述电解液100形成含有硫的界面膜。电解液100中的活性离子在含有硫的界面膜的传输速度较快,换言之,含有硫的界面膜具有较好的导离子能力,从而降低负极极片210和/或所述正极极片230与所述电解液100的界面阻抗,进而提升所述电解液100应用于锂离子电池200时锂离子电池200的能量效率。
可选地,所述电解液100还包括溶剂及锂盐,所述溶剂用于溶解所述锂盐及所述硼酸盐类添加剂,所述锂盐包括活性离子,即锂离子。
可选地,所述溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、乙二醇二甲醚中的至少一种。
可选地,在一些实施例中,在所述电解液100中,所述溶剂的质量分数w4的范围为:75%≤w4≤84%。具体地,所述溶剂的质量分数w4的值可以为但不限于为75%、75.5%、76%、76.5%、77%、77.5%、78%、78.5%、79%、79.5%、80%、81%、81.5%、82%、83%及84%等。
可选地,所述锂盐包括六氟磷酸锂、二氟磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲烷磺酸锂、高氯酸锂中的至少一种。
可选地,在一些实施例中,在所述电解液100中,所述锂盐的质量分数w5的范围为:10%≤w5≤15%。具体地,所述锂盐的质量分数w5的值可以为但不限于为10%、10.5%、11%、11.5%、11.8%、12%、12.5%、13%、13.5%、14%、14.2%、14.5%及15%等。
可选地,所述电解液100还包括成膜添加剂,当所述电解液100应用于锂离子电池200时,所述成膜添加剂可用于促进所述正极极片230和/或负极极片210的界面膜的形成且维持所述界面膜的稳定性。
可选地,所述成膜添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硫三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、己二腈、丁二腈、1,3,6-己烷三腈中的至少一种。
可选地,所述成膜添加剂的质量分数w6的范围为:1.5%≤w6≤3%。具体地,所述成膜添加剂的质量分数w6的值可以为但不限于为1.5%、1.6%、1.7%、1.8%、1.9%、2%、2.1%、2.2%、2.3%、2.4%、2.5%、2.6%、2.7%、2.8%、2.9%及3%等。
请参见图2,本申请实施例提供了一种锂离子电池200,所述锂离子电池200包括:负极极片210、隔膜220、正极极片230以及本申请提供的电解液100,所述隔膜220设置于所述负极极片210的一侧;所述正极极片230设置于所述隔膜220背离所述负极极片210的一侧,所述正极极片230包括正极活性层231以及正极集流体层232,所述正极活性层231设置于所述正极集流体层232的表面,所述正极活性层231包括多个补锂颗粒;所述电解液100至少浸润部分所述正极极片230及部分所述负极极片210。
可以理解地,所述负极极片210、所述隔膜220及所述正极极片230依次设置。
可以理解地,在所述锂离子电池200中,所述电解液100包括锂盐,所述电解液100包括活性离子,即锂离子;所述正极极片230与所述负极极片210至少部分浸润于所述电解液100中,在所述锂离子电池200进行充放电的过程中,所述电解液100作为活性离子的传输媒介,即锂离子的传输媒介,一方面可提供部分活性锂离子,以作为导电离子使用;另一方面所述电解液100可提供离子通道,帮助锂离子在所述锂离子电池200中自由移动。
在本实施例提供的锂离子电池200中,所述正极极片230的正极活性层231包括补锂颗粒,当所述正极极片230应用于锂离子电池200且对所述锂离子电池200进行充电时,所述补锂颗粒可以释放锂离子,所述锂离子从所述正极极片230传输至所述电解液100,再传输至负极极片210,实现了对所述锂离子电池200中锂离子的补充,以提升所述锂离子电池200的首效、能量密度及容量保持率。此外,所述锂离子电池200包括本申请提供的电解液100,所述电解液100至少浸润部分所述正极极片230及部分所述负极极片210,所述电解液100包括硼酸盐类添加剂,且硼酸盐类添加剂中的硼原子为缺电子特性,所述硼原子容易与氧负离子结合,使得阻止铁离子与氧负离子的结合,以此减少氧气的产生,有利于减少氧气在电解液100中的溶解度及减少所述氧气与电解液100的副反应,有利于提升所述电解液100的稳定性且提升所述正极极片230与电解液100的界面稳定性,使得所述锂离子电池200具有较高的循环性能及安全性能。在一些实施例中,所述电解液100还包括含硫类添加剂,在所述锂离子电池200在首次充放电和持续循环过程中,所述含硫类添加剂使得所述负极极片210和/或正极极片230与所述电解液100之间形成含硫的界面膜,加快了活性离子在含有硫的界面膜的传输速度,从而弥补因添加所述硼酸盐类添加剂而带来的界面阻抗过大的不足,使得所述锂离子电池200具有较高的能量效率。
可选地,所述锂离子电池200为可以为圆柱电池、方形电池及软包电池等中的一种。
可选地,所述隔膜220的材料选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯等中的至少一种。在一些实施例中,所述隔膜220为单层薄膜;在另一些实施例中,所述隔膜220为多层复合薄膜。当所述隔膜220为多层复合薄膜时,每层的材料可以相同,也可以不同。
可选地,所述隔膜220的厚度范围满足14μm至18μm,具体地,所述隔膜220的厚度可以为但不限于为14μm、14.5μm、15μm、15.5μm、16μm、16.5μm、17μm、17.5μm及18μm等。
可选地,所述正极活性层231还包括正极活性材料,所述正极活性材料选自锂过渡金属氧化物及其改性材料等中的至少一种,在一些实施例中,所述正极活性材料为磷酸铁锂。所述改性材料可以是对锂过渡金属氧化物进行掺杂改性和/或包覆改性。优选地,所述锂过渡金属氧化物可以为但不限于为锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物。
可选地,所述正极集流体层232的材料选自铝。
可选地,所述正极活性层231还包括正极粘结剂及正极导电剂,在所述正极活性层231中,所述正极粘结剂用于粘结正极活性层231中各组分,以提升正极极片230的整体性能;所述正极导电剂可提升正极活性层231的电导率。
可选地,所述正极粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯及聚四氟乙烯等中的至少一种。
可选地,所述正极导电剂选自石墨、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等中的至少一种。
可选地,所述负极极片210包括负极集流体层(图未示)及负极活性层(图未示),所述负极活性层设置于所述负极集流体层的表面,所述负极活性层包括负极活性材料,所述负极活性材料选自金属锂、人造石墨、天然石墨及石墨烯及其它复合材料等中的至少一种。
可选地,所述负极集流体层选自铜。
可选地,所述负极活性层还包括负极粘结剂、负极导电剂及负极增稠剂,所述负极粘结剂用于粘结负极活性层中各组分,提升负极活性层的整体性能;所述负极导电剂用于提升负极活性层的电导率;所述增稠剂用于提升负极活性层的粘附性。
可选地,所述负极导电剂选自包括乙炔黑、导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等中的至少一种。
可选地,所述负极粘结剂包括沥青粘结剂、丁苯橡胶(SBR)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素(CMC)、海藻酸钠等的至少一种。
可选地,所述负极增稠剂选自羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯酰胺(PAM)及聚甲基丙烯酸酯(PMA)等中的至少一种。
可选地,在一些实施例中,所述补锂颗粒包括基体和包覆层,所述包覆层设置于所述基体的外周;其中,所述基体的化学式为Li1+rM1-pNpO4-sBs,且满足0.1<r<6.1,0≤p<0.99,0≤s<0.1;M、N分别选自铁、钴、镍、钛、锌、镁、铝、锰、钒、铬、锆、铜、铌、钽、钨、钇及镧中的至少一种,B选自硫、氮、氟、氯及溴中的至少一种。
可以理解地,所述基体的化学式为Li1+rM1-pNpO4-sBs,则所述基体由Li1+rM1-pNpO4-sBs形成。
在本申请实施例中,所述补锂颗粒包括基体和包覆层,所述包覆层设置于所述基体的外周。一方面,所述包覆层可对所述基体进行包覆及保护,可避免所述基体与空气反应而被氧化,保障了所述补锂颗粒可在锂离子电池200充电时进行补锂,有利于提升所述补锂颗粒的使用性能;另一方面,所述包覆层具有导电性能,当所述基体中的活性离子脱嵌时,可通过所述包覆层进入到电解液100,所述包覆层可降低所述活性离子从所述补锂颗粒脱嵌出来的阻抗,有利于提升所述正极极片230应用于锂离子电池200时锂离子电池200的倍率性能。在本实施例中,所述基体的化学式为Li1+rM1-pNpO4-sBs,所述基体的元素构成简单,且材料价格低廉,合成工艺简单,有利于简化所述正极极片230的制备工艺且节省所述正极极片230的制备成本。且所述基体具有较高的含锂量,使得当所述正极极片230应用于锂离子电池200且对所述锂离子电池200进行充电时,所述基体可及时释放出较多的锂离子,以及时补充锂离子电池200在充放电循环中损耗的锂离子,使得对所述锂离子电池200的首效及能量密度进行提升。
具体地,r的值可以为但不限于为:0.2、0.4、0.7、0.9、1.0、1.3、1.5、1.7、2.2、2.5、2.8、3.2、3.5、3.7、4.5、4.8、4.9、5.1、5.3、5.5、5.6、5.8、5.9及6.0等。
具体地,p的值可以为但不限于为:0、0.05、0.09、0.1、0.15、0.18、0.22、0.25、0.28、0.35、0.39、0.45、0.48、0.55、0.59、0.6、0.65、0.68、0.7、0.75、0.79、0.85、0.88、0.9、0.94及0.98等。
具体地,s的值可以为但不限于为0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08及0.09等。
可选地,在一些实施例中,所述基体为富锂铁酸锂,所述基体的化学式为Li5FeO4。可选地,在另一些实施例中,所述基体的化学式为Li6CoO4。
可选地,在一些实施例中,所述包覆层为碳包覆层,所述包覆层具有导电性,且所述包覆层可对其包裹的基体进行保护,以提升所述补锂颗粒的抗氧化性能。
可选地,在另一些实施例中,所述包覆层的化学式为:ZxOy@C,其中,Z选自铁、钴、镍、钛、锌、镁、铝、锰、钒、铬、锆、铜、铌、钽、钨、钇及镧中的至少一种,且Z的种类与基体中M的种类相同,所述包覆层还满足关系式:1≤x≤3,1≤y≤5。
可以理解地,所述补锂颗粒的化学式为Li1+rM1-pNpO4-sBs@ZxOy@C,则所述补锂颗粒由Li1+rM1-pNpO4-sBs、ZxOy及C形成,所述补锂颗粒以Li1+rM1-pNpO4-sBs为内核,并将ZxOy包覆于内核的外周,其中,ZxOy为氧化物层,可防止内核受到外界的氧化和腐蚀;再将C包覆于氧化物层的外周以形成碳层,所述碳层用于提升所述包覆层的导电性。换言之,所述包覆层包括依次设置的氧化物层及碳层,所述氧化物层设置于所述碳层与所述基体之间。
具体地,x的值可以为但不限于为1、1.2、1.3、1.5、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.4、2.6、2.7、2.8、2.9及3等。
具体地,y的值可以为但不限于为1、1.2、1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.5、2.7、2.8、2.9、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.1、4.3、4.5、4.6、4.7、4.9及5等。
在本实施例中,所述包覆层的化学式为ZxOy@C,则所述包覆层由氧化物层及碳层组成,且所述氧化物层相较于所述碳层更靠近所述基体设置,所述氧化物层可用于对所述基体进行保护,以防止所述基体被空气中的氧气氧化,保证了所述基体释放锂离子以对所述锂离子电池200进行补锂的功能。此外,Z的种类与基体中M的种类相同,可避免引入过多的杂原子,从而有利于提升所述补锂颗粒的均一性。再者,所述包覆层还包括碳,碳包覆于氧化物层的外周以形成碳层,有利于提升所述补锂颗粒的导电性能,降低活性离子自所述基体、所述包覆层进入到所述电解液100的阻抗,从而有利于提升所述锂离子电池200的能量效率。
可选地,在正极极片230的横截面中,所述包覆层的内侧轮廓限定的面积为S1,所述补锂颗粒释放锂离子后,所述基体的外侧轮廓限定的面积为S2,则所述基体的平面收缩率α=(S1-S2)/S1×100%。
可以理解地,所述正极极片230的横截面通过离子束研磨(CP)仪对所述正极极片230进行切割得到。
在本实施例中,所述补锂颗粒在释放锂离子的过程中,所述基体因为含锂量的减小而进行收缩,所述包覆层的形状不变。则在本实施例中,所述包覆层的内侧轮廓限定的面积S1为所述基体在收缩前的面积,所述基体的外侧轮廓限定的面积S2为所述基体在收缩后的面积,S1与S2的差值为所述基体在收缩过程中收缩的面积。所述基体的平面收缩率可表征所述单个所述补锂颗粒在补锂过程中的释锂量。
在一些实施例中,在所述正极活性层231中,所述补锂颗粒的质量分数为w3;所述基体的平面收缩率为α;则满足关系式:0.4≤α×w3/w1≤0.85。
具体地,α×w3/w1的值可以为但不限于为0.4、0.42、0.45、0.48、0.5、0.52、0.54、0.56、0.58、0.59、0.6、0.63、0.65、0.68、0.7、0.72、0.74、0.76、0.8、0.82、0.84及0.85等。
可以理解地,在所述正极活性层231中,所述补锂颗粒的质量分数w3为所述补锂颗粒的质量与所述正极活性层231的质量的比值。
可以理解地,所述补锂颗粒在释放锂离子的过程中,所述基体因锂离子脱出、含锂量的减小而收缩。
可以理解地,所述基体的平面收缩率α与所述补锂颗粒的质量分数w3的乘积可表征在所述正极活性层231中,所述补锂颗粒的总释锂量;α×w3的值越大,则补锂颗粒的总释锂量越大;α×w3的值越小,则补锂颗粒的总释锂量越小。
在本实施例中,当所述基体的平面收缩率α、所述补锂颗粒的质量分数w3与所述硼酸类添加剂的质量分数w1满足关系式:0.4≤α×w3/w1≤0.85时,所述补锂颗粒的总释锂量和所述硼酸盐类添加剂的质量分数在合理的范围内。所述补锂颗粒的质量分数在合理的范围内,所述基体的平面收缩率也在合理的范围内,则在对锂离子电池200进行充电的过程中,所述补锂颗粒可释放出足够多的锂离子,以补充锂离子电池200在充放电循环中消耗的活性离子,使得所述锂离子电池200具有较高的首效、能量密度及容量保持率。此外,所述硼酸盐类添加剂在合理的范围内,使得所述硼酸盐类添加剂可及时与补锂颗粒释放的氧负离子结合,以避免生成大量的氧气并与电解液100发生副反应,还可避免所述硼酸盐类添加剂过多而增大正极极片230/负极极片210与电解液100之间的界面阻抗,最终使得所述锂离子电池200兼具较高的循环性能、安全性能及能量效率。当α×w3/w1的值过大时,所述补锂颗粒的总释锂量远大于所述硼酸盐类添加剂的质量分数,换言之,所述补锂颗粒的总释锂量过大或所述硼酸盐类添加剂的质量分数过小。则在对所述锂离子电池200进行充电的过程中,所述补锂颗粒可释放出大量的锂离子,以补充电解液100中消耗的活性离子,使得所述锂离子电池200具有较高的可利用能量。但是相应地,所述补锂颗粒在释放锂离子的同时释放出大量的铁离子和氧负离子,铁离子与氧负离子容易结合并发生氧化反应,从而增大了所述锂离子电池200中氧气的产生量,增大了所述电解液100与氧气发生副反应的概率,从而对所述电解液100造成损耗且降低了所述电解液100的稳定性,此外还增大了电解液100与正极极片230/负极极片210的界面阻抗,最终降低所述锂离子电池200的安全性能及能量效率。当α×w3/w1的值过小时,所述补锂颗粒的总释锂量远小于所述硼酸盐类添加剂的质量分数,换言之,所述补锂颗粒的总释锂量过小或所述硼酸盐类添加剂的质量分数过大,则在所述锂离子电池200中,所述硼酸盐类添加剂中的硼原子能与补锂颗粒释放的氧负离子结合,以减少氧气的产生,有利于减少氧气在电解液100中的溶解度及减少氧气与电解液100的副反应,提升锂离子电池200的安全性能。但相应地,所述补锂颗粒的质量分数过小或所述基体的平面收缩率α过小,则所述补锂颗粒难以弥补所述锂离子电池200在充放电循环中损失的锂离子,则所述锂离子电池200的首效及能量密度较低。此外,当所述硼酸盐类添加剂的质量分数过大时,在所述电解液100中,部分硼酸盐类添加剂与氧负离子结合,多余的硼酸盐类添加剂可能附着在正极极片230和/或负极极片210与电解液100的界面,并发生还原反应且生成分解产物,从而增大界面阻抗,继而降低了活性离子在所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间传输速度及迁移速度,从而使得所述锂离子电池200的能量效率较低。
在一些实施例中,所述基体的平面收缩率α的范围为:5%≤α≤40%。
具体地,所述基体的平面收缩率α的值可以为但不限于为5%、8%、9%、10%、12%、14%、15%、18%、20%、21%、23%、25%、26%、27%、28%、30%、32%、33%、34%、35%、36%、38%及40%等。
在本实施例中,所述补锂颗粒在释放锂离子的过程中,所述基体会因为含锂量的减小而进行收缩,当所述基体的平面收缩率α满足范围5%≤α≤40%时,所述基体的平面收缩率在合理的范围内,换言之,所述补锂颗粒释放出来的锂离子在合理的范围内。所述补锂颗粒释放的锂离子可补充至电解液100,并通过所述电解液100补充至所述负极极片210,以及时补充锂离子电池200在充放电循环中损耗的活性离子,提升所述锂离子电池200的首效、能量密度及容量保持率。当所述基体的平面收缩率过大时,则在所述锂离子电池200进行充电的过程中,所述补锂颗粒释放的锂离子过多,容易导致负极极片210上产生局部析锂,增大了锂离子电池200的内阻,从而降低了锂离子电池200的能量效率,且同时补锂颗粒会释放过多的氧负离子及铁离子,氧负离子与铁离子结合后生成氧气,造成了安全隐患,缩短了锂离子电池200的使用寿命。当所述基体的平面收缩率过小时,所述补锂颗粒难以补充锂离子电池200在充放电循环中损耗的活性离子,从而降低了所述锂离子电池200的首效及能量密度。
优选地,所述基体的平面收缩率α的范围为:10%≤α≤30%。具体地,所述基体的平面收缩率α的值可以为但不限于为10%、12%、14%、15%、18%、20%、21%、23%、25%、26%、27%、28%及30%等。
在本实施例中,当所述基体的平面收缩率α满足范围10%≤α≤30%时,所述基体的平面收缩率在优选的范围内。当所述补锂颗粒应用于锂离子电池200时,所述补锂颗粒释放的锂离子可补充至电解液100,并通过所述电解液100补充至所述负极极片210,以及时补充锂离子电池200在充放电循环中损耗的活性离子,使得所述锂离子电池200具有较优的首效、能量密度及容量保持率。此外,可避免所述补锂颗粒过多而导致产生的氧气过多,减小电解液100与氧气发生副反应的概率,所述锂离子电池200具有较高的循环性能及安全性能。
可选地,所述包覆层为碳包覆层,所述包覆层具有导电性,且所述包覆层可对其包裹的基体进行保护,以提升所述补锂颗粒的抗氧化性能。
在一些实施例中,在所述锂离子电池200中,满足关系式:20≤α/w1≤100。
具体地,α/w1的值可以为但不限于为20、22、25、28、30、32、36、38、40、42、45、48、50、52、55、58、60、62、65、68、70、75、78、80、82、85、88、90、92、95、98、及100等。
在本实施例提供的锂离子电池200中,当α/w1的值满足范围20≤α/w1≤100时,所述基体的平面收缩率α与所述硼酸类添加剂的质量分数w1的比值在合理的范围内,一方面,所述补锂颗粒释放的锂离子在合适的范围内,可补充锂离子电池200在充放电循环过程中损耗的活性离子;另一方面,所述硼酸盐类添加剂可及时于补锂颗粒释放的氧负离子结合,以减少氧气的产生,进而减少电解液100与氧气的副反应,使得所述锂离子电池200兼具较高的首效以及较好的循环稳定性。当α/w1的值过大时,所述基体的平面收缩率α过大或所述硼酸类添加剂的质量分数w1过小,则当对所述锂离子电池200进行充电时,所述补锂颗粒释放的锂离子过多,容易导致负极极片210上产生局部析锂,同时释放过多的氧负离子与铁离子,所述硼酸盐类添加剂的硼原子的质量分数过小,只能与少部分的氧负离子结合,从而导致所述锂离子电池200产生大量的氧气,使得增大电解液100与氧气发生副反应的概率,降低锂离子电池200的循环性能。当α/w1的值过小时,所述基体的平面收缩率α过小或所述硼酸类添加剂的质量分数w1过大,则所述补锂颗粒难以补充锂离子电池200在充放电循环过程中释放的活性离子,使得所述锂离子电池200的首效及能量密度较低。此外,过多的硼酸盐类添加剂增大了所述电解液100的界面阻抗,从而降低活性离子在所述锂离子电池200中的传输效率,继而降低了所述锂离子电池200的循环性能。
在一些实施例中,在所述正极活性层231中,所述补锂颗粒的质量分数w3的范围为:0.5%≤w3≤5%。
具体地,所述补锂颗粒的质量分数w3的值可以为但不限于为0.5%、0.6%、0.8%、0.9%、1%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%、2%、2.1%、2.3%、2.4%、2.5%、2.7%、2.8%、2.9%、3%、3.2%、3.4%、3.6%、3.8%、4%、4.2%、4.3%、4.5%、4.6%、4.7%、4.8%、4.9%及5%等。
在本实施例中,当所述补锂颗粒的质量分数w3满足范围0.5%≤w3≤5%时,所述补锂颗粒的质量分数在合理的范围内,所述补锂颗粒释放的锂离子可补充至电解液100,并通过所述电解液100补充至所述负极极片210,以及时补充锂离子电池200在充放电循环中损耗的活性离子,提升所述锂离子电池200的首效、能量密度及容量保持率。当所述补锂颗粒的质量分数过大时,则在所述锂离子电池200进行充电的过程中,所述补锂颗粒释放的锂离子过多,容易导致负极极片210上产生局部析锂,同时释放过多的氧负离子及铁离子,氧负离子与铁离子结合后生成氧气,造成了安全隐患,缩短了锂离子电池200的使用寿命。当所述补锂颗粒的质量分数过小时,所述补锂颗粒难以补充锂离子电池200在充放电循环中损耗的活性离子,从而降低了所述锂离子电池200的首效及能量密度。
在一些实施例中,在5K的放大倍率下,在22μm×15μm的矩形区域内,在所述正极极片230的横截面中,所述补锂颗粒的数量为多个;多个所述包覆层的内侧轮廓限定的面积的总和为S3,所述补锂颗粒释放锂离子后,多个所述基体的外侧轮廓限定的面积的总和为S4,则多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积S满足关系式:S=S3-S4,S满足范围:1.5μm2≤S/w1≤8μm2。
具体地,S/w1的值可以为但不限于为1.5μm2、1.8μm2、2μm2、2.2μm2、2.5μm2、2.8μm2、3μm2、3.2μm2、3.5μm2、4μm2、4.5μm2、4.8μm2、5μm2、5.2μm2、5.6μm2、6μm2、6.5μm2、7μm2、7.5μm2及8μm2等。
可以理解地,22μm×15μm的矩形区域为长为22μm,宽为15μm的矩形区域。
在本实施例中,在特定的放大倍率及特定的区域内,多个所述包覆层的内侧轮廓限定的面积的总和S3为多个所述补锂颗粒的基体在收缩前的面积的总和,多个所述基体的外侧轮廓限定的面积的总和S4为多个所述补锂颗粒的基体在收缩后的面积的总和,S3与S4的差值为多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积S。当S/w1满足范围1.5μm2≤S/w1≤8μm2时,S/w1的值在合理的范围内,所述多个补锂颗粒释放的锂离子的量在合理的范围内,使得多个所述补锂颗粒的收缩面积在合理的范围内,以及时补充所述锂离子电池200在充放电过程中损耗的锂离子,使得所述锂离子电池200具有较高的首效、能量密度及容量保持率。此外,所述硼酸盐类添加剂在合理的范围内,使得所述硼酸盐类添加剂可及时与补锂颗粒释放的氧负离子结合,以避免生成大量的氧气并与电解液100发生副反应,还可避免所述硼酸盐类添加剂过多而增大正极极片230/负极极片210与电解液100之间的界面阻抗,最终使得所述锂离子电池200兼具较高的循环性能、安全性能及能量效率。当S/w1的值过大时,多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积过大或所述硼酸盐类添加剂的质量分数过小。在所述锂离子电池200进行充电的过程中,多个所述补锂颗粒释放的锂离子过多,容易导致负极极片210上产生局部析锂,增大了锂离子电池200的内阻,从而降低了锂离子电池200的能量效率,且同时补锂颗粒会释放过多的氧负离子及铁离子,所述硼酸盐类添加剂只能与少部分的氧负离子结合,则氧负离子与铁离子结合后生成更多的氧气,造成了安全隐患,缩短了锂离子电池200的使用寿命。当S/w1的值过小时,多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积过小或所述硼酸盐类添加剂的质量分数过大。多个所述补锂颗粒释放的锂离子过少,多个所述补锂颗粒难以补充锂离子电池200在充放电循环中损耗的活性离子,从而降低了所述锂离子电池200的首效及能量密度。此外,当所述硼酸盐类添加剂的质量分数过大时,在所述电解液100中,部分硼酸盐类添加剂与氧负离子结合,多余的硼酸盐类添加剂可能附着在正极极片230和/或负极极片210与电解液100的界面,并发生还原反应且生成分解产物,从而增大界面阻抗,继而降低了活性离子在所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间传输速度及迁移速度,从而使得所述锂离子电池200的能量效率较低。
在一些实施例中,多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积S的范围为:0.1μm2≤S≤6μm2。
具体地,S的值可以为但不限于为0.1μm2、0.5μm2、0.8μm2、1μm2、1.2μm2、1.5μm2、2μm2、2.2μm2、2.5μm2、3μm2、3.2μm2、3.5μm2、3.8μm2、4μm2、4.5μm2、4.8μm2、5μm2、5.2μm2、5.6μm2、5.8μm2及6μm2等。
在本实施例中,当多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积S满足范围0.1μm2≤S≤6μm2时,多个所述补锂颗粒在补锂过程中释放的锂离子在合理的范围内并补充至所述电解液100,并通过所述电解液100补充至所述负极极片210,以及时补充锂离子电池200在充放电循环中损耗的活性离子,提升所述锂离子电池200的首效、能量密度及容量保持率。当多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积S的值过大时,则在所述锂离子电池200进行充电的过程中,多个所述补锂颗粒在补锂过程中释放的锂离子过多,容易导致负极极片210上产生局部析锂,增大了锂离子电池200的内阻,从而降低了锂离子电池200的能量效率,且同时补锂颗粒会释放过多的氧负离子及铁离子,氧负离子与铁离子结合后生成氧气,造成了安全隐患,缩短了锂离子电池200的使用寿命。当多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积S的值过小时,多个所述补锂颗粒在补锂过程中释放的锂离子过少,所述补锂颗粒难以补充锂离子电池200在充放电循环中损耗的活性离子,从而降低了所述锂离子电池200的首效及能量密度。
下面分多个实施例对本申请技术方案进行进一步的说明。
实施例1至实施例17、对比例1至对比例8:
1.正极极片230的制备:
将正极活性材料(例如:磷酸铁锂)、补锂颗粒(例如:以Li5FeO4为基体,包覆层的化学式为Al2O3@C或以Li6CoO4为基体,包覆层为碳包覆层)、正极导电剂(例如:导电炭黑)、正极粘结剂(例如:聚偏二氟乙烯)分散至溶剂N-甲基吡咯烷酮中进行混合均匀得到正极浆料,在正极浆料中,正极活性材料的质量分数:正极导电剂的质量分数:正极粘结剂的质量分数的比值为96%:0.5%:2.3%,将正极浆料涂布于正极集流体层232(例如:铝箔)上,正极浆料单位面积(1540.25mm2)涂布重量为254mg,以形成正极活性层231,经过烘干、冷压、分条、裁片后,得到实施例1至实施例17、对比例1至对比例8的正极极片230,实施例1至实施例16、对比例1至对比例8的补锂颗粒以Li5FeO4为基体,包覆层的化学式为Al2O3@C,实施例17的补锂颗粒以Li6CoO4为基体,包覆层为碳包覆层。其中,实施例1至实施例17、对比例1至对比例8的所述补锂颗粒的质量分数w3的值、所述基体的平面收缩率α及多个补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积S的值如表1所示。
2.负极极片210、隔膜220的制备:
将负极活性材料(例如:人造石墨)、负极导电剂(例如:导电炭黑)、负极增稠剂(例如:羧甲基纤维素)及负极粘结剂(例如:丁苯橡胶)按照质量比为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层(例如:铜箔)上,负极浆料单位面积(1540.25mm2)涂布重量为122mg,经过烘干、冷压、分条、裁片后,得到实施例1至实施例17、对比例1至对比例8的负极极片210。
选用厚度为16μm的聚乙烯隔膜220。
3.电解液100的制备:
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锂盐六氟磷酸锂溶解到溶剂中, 搅拌至完全溶解均匀,加入硼酸盐类添加剂、含硫类添加剂及成膜添加剂,混合均匀后获得电解液100。其中,锂盐浓度为1mol/L,电解液100中成膜添加剂的质量分数为3% 。其中,实施例1到实施例17、对比例1到对比例8的电解液100中,所述硼酸盐类添加剂的种类及质量分数w1的值,所述含硫类添加剂的种类及质量分数w2的值如表1所示。
4.锂离子电池200的组装:
将上述制备的实施例1至实施例17、对比例1至对比例8的正极极片230、隔膜220以及负极极片210按顺序叠合,使隔膜220处于正极极片230与负极极片210之间,然后卷绕得到裸电芯,将裸电芯置于外包装中,干燥后注入上述电解液100,经过静置、化成、封装等工序后得到实施电池1至实施电池15、对比电池1至对比电池8,其中,实施例1的正极极片230、实施例1的电解液100设置于实施电池1中,实施例2的正极极片230、实施例2的电解液100设置于实施电池2中,对比电池1的正极极片230、对比电池1的电解液100设置于对比电池1中,以此类推。
其中,对所述正极极片230中,所述基体的平面收缩率α的测试方法如下:
请参见图3和图4,将所述正极极片230装配于锂离子电池200并对所述锂离子电池200进行充电,对所述正极极片230进行拆解,通过离子束研磨(CP)仪对正极极片230进行切割,以得到正极极片230的横截面。使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对所述正极极片230进行观测,以10K的放大倍率拍摄所述正极极片230。其中,图3为本申请一实施例的补锂颗粒在收缩后的扫描电子显微镜谱图,图3示出了对所述包覆层的内侧轮廓进行取点的情况;使用图像分析软件,并采用多边形测量功能,沿所述包覆层的内侧轮廓取点,用图像分析软件计算得到所述包覆层的内侧轮廓限定的面积S1,所述包覆层的内侧轮廓限定的面积为所述基体在收缩前的面积。图4为本申请又一实施例的补锂颗粒在收缩后的扫描电子显微镜谱图,图4示出了对所述基体的外侧轮廓取点的情况,沿所述基体的外侧轮廓取点,用图像分析软件计算得到所述基体的外侧轮廓限定的面积S2,所述基体的外侧轮廓限定的面积为所述基体在收缩后的面积。则基体的平面收缩率α满足关系式:α=(S1-S2)/S1×100%。其中,通过对所述锂离子电池200化成最高电压进行控制,以对所述基体的平面收缩率α进行控制。
其中,对所述正极极片230中,多个所述基体在补锂过程中的收缩面积S的测试方法如下:
将所述正极极片230装配于锂离子电池200并对所述锂离子电池200进行充电,对所述正极极片230进行拆解,通过离子束研磨(CP)仪对正极极片230进行切割,以得到正极极片230的横截面。使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对所述正极极片230进行观测,以5K的放大倍率拍摄所述正极极片230。在22μm×15μm的矩形区域内,多个所述包覆层的内侧轮廓限定的面积的总和为S3,即为多个所述补锂颗粒在收缩前的总面积;多个所述基体的外侧轮廓限定的面积的总和为S4,即为多个所述补锂颗粒在收缩后的总面积;则多个所述基体在补锂过程中的收缩面积S=S3-S4。
如下表1为实施例1至实施例17、对比例1至对比例8的电解液100及锂离子电池200的结构参数。
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锂离子电池200的性能测试:
将实施电池1至实施电池17、对比电池1至对比电池8在25℃下静置1小时,以0.5P充电至3.65V,再0.5P放电至2.5V,记录锂离子电池200的初始放电容量C1,初始放电能量为E1;将实施电池1至实施电池17、对比电池1至对比电池8循环充放电500圈,记录放电容量C500、充电容量C’500、放电能量E500及充电能量E’500,得到实施电池1至实施电池17、对比电池1至对比电池8的能量效率E=E500/E’500×100%,得到实施电池1至实施电池17、对比电池1至对比电池8循环500圈后的容量保持率Cf=C500/C1×100%。实施电池1至实施电池17、对比电池1至对比电池8循环500圈的能量效率E及容量保持率Cf如表2所示。
如下表2为实施电池1至实施电池17、对比电池1至对比电池8的性能参数。
请参见表1及表2,在实施例1至实施例3中,所述补锂颗粒的质量分数w3、多个所述补锂颗粒在补锂过程的收缩面积S、所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1、所述含硫类添加剂的质量分数w2、S/w1的值均在合理的范围内,但是在实施例1至实施例3中,所述含硫类添加剂的质量分数w2与所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的比值逐渐减小,且实施例1中w2/w1的值大于1.2,且实施例1至实施例3中,多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积S不断增大。实施电池1至实施电池3的循环500圈能量效率依次降低,但循环500圈容量保持率依次升高,换言之,实施电池1至实施电池3的循环性能依次提升。这是因为:当所述含硫类添加剂的质量分数w2远大于所述硼酸盐类添加剂的质量分数时,所述含硫类添加剂虽然能弥补因添加所述硼酸盐类添加剂造成的界面阻抗增大的不足,但是所述含硫类添加剂的量过多,使得所述含硫类添加剂在所述电解液100中易发生水解并产酸,从而对所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间的界面膜进行破坏,降低了锂离子电池200的循环性能。此外,多个所述补锂解离在补锂过程中的收缩面积S不断增大,则多个所述补锂颗粒释放的氧负离子与铁负离子增多。所述硼酸盐类添加剂的含量过少,则在锂离子电池200中,所述硼酸盐类添加剂的硼原子只能与少部分的氧负离子结合,补锂颗粒释放出来的大部分氧负离子与铁离子发生氧化反应而产生氧气,从而加剧了电解液100与氧气的副反应,降低了电解液100的稳定性,从而降低了电解液100应用于锂离子电池200时的循环性能。因此,实施电池2的循环性能及实施电池3的循环性能均优于实施电池1的循环性能。
在实施例4至实施例6中,所述基体的平面收缩率α、所述补锂颗粒的质量分数w3、多个所述补锂颗粒在补锂过程的收缩面积S不变,且所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1不断增大,继而使得α×w3/w1的值依次减小,实施电池4至实施电池6的循环500圈的能量效率依次减小,且循环500圈容量保持率先下降后升高,这是因为:在补锂颗粒的释锂量不变的情况下,随着硼酸盐类添加剂的质量分数的逐渐增大,所述硼酸盐类添加剂能与补锂颗粒释放出来的氧负离子结合,从而避免氧气与电解液100反应而降低电解液100的稳定性,但是硼酸盐类添加剂将使得电解液100与正极极片230/负极极片210的界面阻抗增大,从而降低锂离子电池200的循环性能,则相较于实施电池4,所述实施电池5的循环性能稍差。进一步地,在实施电池6的电解液100含硫类添加剂的质量分数大于实施电池5的电解液100中含硫类添加剂,则实施电池6中的电解液100含硫类添加剂能够弥补硼酸盐类添加剂带来的界面阻抗增大的不足,从而使得实施电池6的循环性能得到提升。
在实施例6至实施例8中,在其它条件相同的情况下,随着含硫类添加剂的质量分数w2的不断增大,w2/w1的比值也不断增大,且实施例8中w2/w1的值大于1.2,使得实施电池8的循环500圈容量保持率低于实施电池6及实施电池7的循环500圈容量保持率,这是因为:随着所述含硫类添加剂的质量分数的增大,所述含硫类添加剂在所述电解液100中易发生水解产酸,从而对所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间的界面膜进行破坏,继而降低锂离子电池200的循环性能。
在实施例9及实施例10中,实施例9中w2/w1的值较大且α×w3/w1的值较大,这使得实施电池9的能量效率优于实施电池10的能量效率,实施电池9的容量保持率优于实施电池10的容量保持率。这是因为:一方面,硼酸盐类添加剂能结合补锂颗粒释放的氧负离子,减缓氧气的生成并减缓氧气与电解液100的副反应,提升电解液100的稳定性能;另一方面,所述含硫类添加剂能充分弥补所述硼酸盐类添加剂带来的阻抗增大的问题,且避免了含硫类添加剂的质量分数过大而水解产酸,避免对实施电池9中正极极片230/负极极片210与电解液100之间的界面膜造成破坏,因此,相较于实施电池10,实施电池9具有较优的能量效率及较优的容量保持率。
在实施例9及实施例11中,在其它条件相同的情况下,实施例9中硼酸盐类添加剂的种类为二氟草酸硼酸锂,实施例11中硼酸盐类添加剂的种类为二氰基草酸硼酸锂,实施电池9中的能量效率优于实施电池11的能量效率,实施电池9的容量保持率优于实施电池11的容量保持率,这说明,二氟草酸硼酸锂相较于二氰基草酸硼酸锂,在结合补锂颗粒的氧负离子方面具有更好的性能。
在实施例12及实施例13中,在其它条件相同的情况下,实施例12中含硫类添加剂的种类为1,3-丙烯磺酸内酯,实施例11中含硫类添加剂的种类为1,4-丁烯磺酸内酯,实施电池12中的能量效率优于实施电池13的能量效率这说明,1,3-丙烯磺酸内酯相较于1,4-丁烯磺酸内酯,在形成含硫的界面膜,以弥补硼酸盐类添加剂带来的界面阻抗过大的不足方面具有更好的性能。
在实施例14至实施例16中,实施例16中基体的平面收缩率远大于实施例14及实施例15的基体的平面收缩率,使得实施电池16的循环500圈能量效率低于实施电池14及实施电池15的循环500圈的能量效率。这是因为:当对实施电池16进行充电时,所述补锂颗粒释放的锂离子过多,容易导致负极极片210上产生局部析锂,同时释放过多的氧负离子及铁离子,氧负离子与铁离子结合后生成氧气,造成了安全隐患,增大了实施电池16的内阻,从而使得实施电池16的能量效率低于实施电池14的能量效率及实施电池15的能量效率。
在实施例9及实施例17中,实施例9及实施例17的电解液100及锂离子电池200的结构参数相同,但实施例9及实施例17中的补锂颗粒的材料不同。其中,实施例9中的补锂颗粒以Li5FeO4为基体,包覆层的化学式为Al2O3@C,实施例17的补锂颗粒以Li6CoO4为基体,包覆层为碳包覆层。由表2数据可知,实施电池9及实施电池17均具有较高的循环500圈能量效率及循环500圈容量保持率,则所述补锂颗粒应用于所述锂离子电池200均具有较好的补锂效果,且所述硼酸盐类添加剂能与不同材料的补锂颗粒配合,以保持所述锂离子电池200的循环性能。
在对比例1及对比例2中,对比例1的基体的平面收缩率α远小于对比例2的基体的平面收缩率α,对比例1的多个补锂颗粒在补锂过程的收缩面积S远小于对比例2的多个补锂颗粒在补锂过程的收缩面积S,且对比例1中α×w3/w1的值小于0.2,对比例2中α×w3/w1的值大于0.6,这使得对比电池1的能量效率高于对比电池2的能量效率,对比电池1的容量保持率低于对比电池2的容量保持率。这是因为:对比电池1中补锂颗粒的释理量过少,则在所述电解液100中,所述硼酸盐类添加剂的质量含量过多,在所述电解液100中,部分硼酸盐类添加剂与氧负离子结合,多余的硼酸盐类添加剂可能附着在正极极片230和/或负极极片210与电解液100的界面,并发生还原反应且生成分解产物,从而增大界面阻抗,继而降低了活性离子在所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间传输速度及迁移速度,从而使得所述对比电池1的能量效率较低。对比电池2中基体的平面收缩率α较大,且α×w3/w1的值过大,则补锂颗粒在释放锂离子的同时释放较多的氧负离子并生成氧气,使得电解液100与氧气发生副反应,继而降低电解液100的稳定性且增大了电解液100与正极极片230/负极极片210的界面阻抗,从而使得对比电池2的能量效率较低。
在对比例3及对比例4中,对比例3中硼酸盐类添加剂的质量分数w1大于2%,换言之,对比例3中硼酸盐类添加剂的质量分数w1过大,而对比例4中硼酸盐类添加剂的质量分数w1为0,这使得对比电池3的能量效率小于对比电池4的能量效率,对比电池3的容量保持率大于对比电池4的容量保持率,这是因为:对比电池3的电解液100中硼酸盐类添加剂的质量分数w1过大,多余的硼酸盐类添加剂可能附着在正极极片230与电解液100的界面或负极极片210与电解液100的界面,并发生还原反应且生成分解产物附着在正极极片230和/或负极极片210上,从而增大界面阻抗,继而降低了活性离子在所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间传输速度及迁移速度,从而使得对比电池3的能量效率较低。而在对比电池4中,虽然对比电池4的能量效率得以保障,但是补锂颗粒在释放锂离子的同时释放出氧气,使得增大了电解液100与氧气发生副反应的概率,降低了电解液100的稳定性,继而使得对比电池4的容量保持率较低。
在对比例5及对比例6中,对比例5中含硫类添加剂的质量分数w2大于2%,换言之,对比例5中含硫类添加剂的质量分数w2过大,而对比例6中含硫类添加剂的质量分数w2为0,这使得对比电池5的能量效率优于对比电池6的能量效率,对比电池5的容量保持率小于对比电池6的容量保持率,这是因为:对比电池3中含硫类添加剂的质量分数过多,使得所述含硫类添加剂在所述电解液100中易发生水解产酸,从而对所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间的界面膜进行破坏,降低了电解液100的稳定性,从而使得对比电池3的容量保持率较低。在对比电池6中,所述电解液100中没有包括含硫类添加剂,则在电解液100中加入所述硼酸盐类添加剂导致的界面阻抗增大的问题没法得到缓解,从而使得对比电池6的能量效率较低。
在对比例7及对比例8中,对比例8中补锂颗粒的质量分数w3大于对比例7中补锂颗粒的质量分数w3,且对比例8中补锂颗粒的质量分数w3大于3%,且对比例7及对比例8中w2/w1的值均大于1.2,对比例7及对比例8中α×w3/w1的值均大于0.6,相较于对比电池2及对比电池3的容量保持率,对比电池7及对比电池8的容量保持率过小,这是因为:一方面,α×w3/w1的值过大,所述补锂颗粒的总释锂量远大于所述硼酸盐类添加剂的质量分数,则当所述补锂颗粒在释放锂离子的同时释放出大量的铁离子和氧负离子,所述硼酸盐类添加剂难以缓解电解液100中氧气的产生,加剧了电解液100与氧气的副反应,降低了对比电池7及对比电池8的电解液100的稳定性,从而降低对比电池7及对比电池8的容量保持率;另一方面,在所述电解液100中,所述含硫类添加剂的质量分数w2远大于所述硼酸盐类添加剂的质量分数,所述含硫类添加剂虽然能弥补因添加所述硼酸盐类添加剂造成的界面阻抗增大的不足,但是所述含硫类添加剂的量过多,使得所述含硫类添加剂在所述电解液100中易发生水解并产酸,从而对所述正极极片230/负极极片210与电解液100之间的界面膜进行破坏,继而降低所述电解液100的稳定性,使得对比电池7及对比电池8的容量保持率较低。
请参见图5及图6,本申请实施例还提供了一种用电设备300,所述用电设备300包括:设备本体310以及本申请提供的锂离子电池200,所述锂离子电池200为所述设备本体310进行供电。
可以理解地,所述锂离子电池200与所述设备本体310电连接。
在本实施例中,所述锂离子电池200具有较好的首效、循环性能及安全性能,使得所述锂离子电池200具有较长的使用寿命。当所述锂离子电池200用于为所述设备本体310进行供电时,所述锂离子电池200能为所述设备本体310提供稳定的电源,以使得所述设备本体310正常运行。
可选地,本申请实施例的用电设备300可以为但不限于为手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、智能手环、智能手表、电子阅读器、游戏机等便携式电子设备。还可以为汽车、卡车、轿车、货车、货车、动车、高铁、电动自动车等交通工具。此外,还可以为各种家用电器等。本申请图6实施例的用电设备300为储能电池柜。
可以理解地,本实施方式中所述的用电设备300仅仅为所述锂离子电池200所应用的用电设备300的一种形态,不应当理解为对本申请提供的用电设备300的限定,也不应当理解为对本申请各个实施方式提供的用电设备300的限定。
在本申请中提及“实施例”“实施方式”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所述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,本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。此外,还应该理解的是,本申请各实施例所描述的特征、结构或特性,在相互之间不存在矛盾的情况下,可以任意组合,形成又一未脱离本申请技术方案的精神和范围的实施例。
最后应说明的是,以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制,尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池包括:
负极极片;
隔膜,所述隔膜设置于所述负极极片的一侧;
正极极片,所述正极极片设置于所述隔膜背离所述负极极片的一侧,所述正极极片包括正极活性层以及正极集流体层,所述正极活性层设置于所述正极集流体层的表面,所述正极活性层包括多个补锂颗粒;在所述正极活性层中,所述补锂颗粒的质量分数为w3;所述补锂颗粒包括基体和包覆层,所述包覆层设置于所述基体的外周,所述基体的平面收缩率为α;在正极极片的横截面中,所述包覆层的内侧轮廓限定的面积为S1,所述补锂颗粒在释放锂离子后,所述基体的外侧轮廓限定的面积为S2,则所述基体的平面收缩率α满足关系式:α=(S1-S2)/S1×100%;以及
电解液,所述电解液至少浸润部分所述正极极片及部分所述负极极片,所述电解液包括硼酸盐类添加剂,在所述电解液中,所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的范围为:0.01%≤w1≤2%;则满足关系式:0.4≤α×w3/w1≤0.85;其中,所述基体的化学式为Li5FeO4或Li6CoO4。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,所述基体的平面收缩率α的范围为:5%≤α≤40%。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,在所述锂离子电池中,满足关系式:20≤α/w1≤100。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,在所述正极活性层中,所述补锂颗粒的质量分数w3的范围为:0.5%≤w3≤5%。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,在5K的放大倍率下,在22μm×15μm的矩形区域内,在所述正极极片的横截面中,所述补锂颗粒的数量为多个;多个所述包覆层的内侧轮廓限定的面积的总和为S3,所述补锂颗粒在释放锂离子后,多个所述基体的外侧轮廓限定的面积的总和为S4,则多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积S满足关系式:S=S3-S4,S满足范围:1.5μm2≤S/w1≤8μm2。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池,其特征在于,多个所述补锂颗粒在补锂过程中的收缩面积S的范围为:0.1μm2≤S≤6μm2。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,所述电解液还包括含硫类添加剂,在所述电解液中,所述含硫类添加剂的质量分数w2的范围为:0.01%≤w2≤2%。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池,其特征在于,在所述电解液中,所述含硫类添加剂的质量分数w2与所述硼酸盐类添加剂的质量分数w1的比值满足范围:0.5≤w2/w1≤1.2。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,所述硼酸盐类添加剂包括二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、四硼酸锂、四氰基硼酸锂、二氟硼酸锂、四(三氟甲基)硼酸锂、双(三氟甲基)二氟硼酸锂、二氰基草酸硼酸锂、五氟乙基三氟硼酸锂、全氟叔丁氧基三氟硼酸锂中的至少一种。
10.根据权利要求7所述的锂离子电池,其特征在于,所述含硫类添加剂包括1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、1,4-丁烯磺酸内酯、甲基二磺酸亚甲酯及季戊四醇双环硫酸酯中的至少一种。
11.一种用电设备,其特征在于,所述用电设备包括:
设备本体;以及
权利要求1至10任一项所述的锂离子电池,所述锂离子电池为所述设备本体进行供电。
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