CN117712482A - 一种电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池，本发明的电池以0.02C的倍率进行充电或放电至3‑3.5V的电压时，电池满足0.8≤(A+1/4B)×100/C≤8以及0.8≤C≤0.9，通过选择特定的电解液添加剂可以实现对硅负极体积膨胀的抑制，并通过正极片和电解液之间的相互匹配作用，能够获得一种常温循环性能好、高温存储性能好和安全性能好的电池。

Description

一种电池
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电池，特别是一种常温循环性能好、高温存储性能好和安全性能好的硅基锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有循环寿命长、能量密度高、无记忆效应、工作电压高等优点。随着锂离子电池的使用范围越来越广，人们对高能量密度电池的需求越来越多。为了进一步开发高能量密度电池，使用硅基负极的硅基锂离子电池越来越受到重视，而且硅基锂离子电池除了具有较高的能量密度，硅基负极还具有较低的嵌锂电位和储量丰富等优点，但是硅基负极在充放电过程中体积会发生巨大的膨胀收缩，这导致硅基锂离子电池存在较为严重的常温循环性能、高温存储性能和安全性能，因此还无法达到商业化的要求。
发明内容
为了改善现有硅基锂离子电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能差的问题，本发明提供了一种电池，特别是一种硅基锂离子电池，通过在电解液中添加特定组成的电解液添加剂实现对负极(特别是硅基负极)体积膨胀的抑制，并进一步匹配具有特定锂元素与钴元素的摩尔比的正极片，通过二者之间的相互配合，能够很好地改善电池(特别是硅基锂离子电池)的常温循环性能、高温存储性能和安全性能。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种电池，所述电池包括正极片、负极片和电解液；所述正极片包括正极活性物质层；所述电解液包括功能添加剂，所述功能添加剂包括第一添加剂和第二添加剂；所述第一添加剂包括不饱和环状硅氧烷类化合物，第二添加剂包括腈类化合物；
对所述电池以0.02C的倍率进行充电或放电至3.0-3.5V的电压时，所述电池满足：
0.8≤(A+1/4B)×100/C≤8；
0.8≤C≤0.9；
其中，A为电解液中第一添加剂的质量百分含量，B为电解液中第二添加剂的质量百分含量，C为正极活性物质层中锂元素与钴元素的摩尔比。
根据本发明的实施方案，电解液中第一添加剂的质量百分含量A，指的是对电池以0.02C的倍率进行充电或放电至3.0-3.5V的电压时，电解液中第一添加剂的质量在电解液总质量中的占比。
根据本发明的实施方案，电解液中第二添加剂的质量百分含量B，指的是对电池以0.02C的倍率进行充电或放电至3.0-3.5V的电压时，电解液中第二添加剂的质量在电解液总质量中的占比。
在一些实施方式中，当电池以0.02C的倍率进行充电或放电至3.0-3.5V的电压时，抽取电池中的电解液，使用气相色谱测试电解液，可以得到电解液中第一添加剂的质量百分含量A以及电解液中第二添加剂的质量百分含量B。
根据本发明的实施方案，正极活性物质层中锂元素与钴元素的摩尔比C，指的是对电池以0.02C的倍率进行充电或放电至3.0-3.5V的电压时，正极活性物质层中锂元素与钴元素的摩尔比。在一些实施方式中，可以使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)测试获得。
可以理解的是，本发明中，无论对电池进行多少次充放电循环，只要对电池以0.02C的倍率进行充电或放电至3-3.5V的电压时，A、B和C在上述的范围之内，都属于本发明要保护的范围之内。
根据本发明提供的方案，当以0.02C的倍率进行充电或放电至3-3.5V的电压时，A、B和C满足以下特定关系：0.8≤(A+1/4B)×100/C≤8以及0.8≤C≤0.9时，获得的电池均具有常温循环性能好、高温存储性能好以及安全性能好的特点。
示例性地，(A+1/4B)×100/C为0.9、1、1.2、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8或者两两端点值组成的任意值或范围；C为0.8、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.9或者两两端点值组成的任意值或范围。
根据本发明的实施方案，优选地，2≤(A+1/4B)×100/C≤6。
进一步地，满足上述方案的电池可以实现在以下电压范围的充放电行为：2.5-4.6V、2.75-4.6V、3.0-4.6V、3.0-4.55V、3.0-4.53V、3.0-4.5V、3.0-4.48V、3.0-4.45V、3.0-4.43V、3.0-4.4V、3.0-4.35V、2.75-4.5V、2.75-4.48V、2.75-4.45V、2.75-4.43、2.75-4.4V或2.75-4.35V。
根据本发明的实施方案，当所述电池满足0.8≤C≤0.9时，正极活性物质既能提供较多的活性锂，还能保证其结构的完整性；通过调节电解液中第一添加剂和第二添加剂的含量满足0.8≤(A+1/4B)×100/C≤8时，能够使电解液添加剂更充分的络合正极活性物质层中的钴元素，有效防止正极活性物质层中的钴元素的溶出，保证电解液添加剂可以同时在正极成膜，提高CEI膜的稳定性；这使得获得的电池的常温循环性能、高温存储性能，特别是安全性能有明显的提升；同时还能够避免由于不饱和环状硅氧烷类化合物和腈类化合物的含量相对于正极活性物质层中钴元素和锂元素的含量过高或过低(如(A+1/4B)×100/C>8或(A+1/4B)×100/C<0.8)而导致的CEI膜过厚或不足等问题，进而减少电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能劣化的问题。
更为重要的是，以0.02C的倍率对锂离子电池进行充电或放电至3-3.5V的电压，当A、B和C满足0.8≤(A+1/4B)×100/C≤8以及0.8≤C≤0.9时，电解液中的第一添加剂还可以在负极表面发生聚合反应形成稳定的网状保护膜，加强SEI膜的牢固性，抑制硅基负极的体积膨胀，避免电池在高温存储过程中发生严重的产气现象；同时Si-O键还可以捕获电解液中的水和HF，减少HF对SEI膜的腐蚀，显著提升硅基负极表面的SEI膜的稳定性，这更有利于电池常温循环性能、高温存储性能和安全性能的提升。
本发明不限定电池的制备方法，也不限定未进行充电或放电时，电池的具体状态，凡是以0.02C的倍率充电或放电至3-3.5V的电压时，A、B和C满足以上的条件，都属于本发明保护的范围之内。
根据本发明的实施方案，电解液中，第一添加剂的质量百分含量为0.1wt％-10wt％。第一添加剂的质量百分含量为0.1-10wt％时，可以与电解液中的第二添加剂的含量以及正极活性物质层中钴元素和锂元素的含量相匹配，提高电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能。优选地，所述电解液中第一添加剂的质量占电解液总质量的质量百分含量为0.5wt％-5wt％，如1wt％-4wt％，如1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％或4wt％。
根据本发明的实施方案，电解液中，第二添加剂的质量百分含量为0.1wt％-10wt％。第二添加剂的质量百分含量为0.1wt％-10wt％时，可以与电解液中的第一添加剂的含量以及正极活性物质层中钴元素和锂元素的含量相匹配，提高电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能。优选地，所述电解液中第二添加剂的质量占电解液总质量的质量百分含量为0.5wt％-5wt％，如1wt％-4wt％，如1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％或4wt％。
根据本发明的实施方案，所述功能添加剂还包括第三添加剂，所述第三添加剂包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)、硫酸乙烯酯(DTD)、马来酸酐、柠康酸酐、丁二酸酐中的至少一种。
根据本发明的实施方案，电解液中，第三添加剂的质量百分含量为1wt％-15wt％，例如为1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％或15wt％。第三添加剂的质量百分含量为1wt％-15wt％时，可以与电解液中的第一添加剂、第二添加剂以及正极活性物质层中钴元素和锂元素的含量相匹配，更进一步地提高电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能。
根据本发明的实施方案，所述电解液还包括电解质盐、有机溶剂。
根据本发明的实施方案，所述电池还包括隔膜。
根据本发明的实施方案，所述电池为锂离子电池。优选地，所述锂离子电池为硅基锂离子电池。
可以理解的是，本发明的电池包括正极片和电解液。还包括负极片、隔离膜和外包装。将正极片、隔离膜和负极片层叠设置得到电芯或将正极片、隔离膜和负极片层叠设置后，再进行卷绕设置得到电芯，将电芯置于外包装中，向外包装中注入电解液可以得到本发明的锂离子电池。本发明对负极片、隔离膜和外包装的具体结构不做特别限定，可以选自本领域的常规负极片、隔离膜和外包装。
根据本发明的实施方案，所述正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体一侧或两侧表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。
根据本发明的实施方案，所述负极片包括负极活性物质层，所述负极活性物质层包括硅基负极材料；其中，所述硅基负极材料包括硅碳负极材料和/或硅氧负极材料；优选地，所述负极活性物质层包括硅基负极材料和碳基负极材料，其中，所述碳基负极材料包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳中的至少一种。
根据本发明的实施方案，所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体一侧或两侧表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘结剂。
根据本发明的实施方案，所述正极活性物质层中各组分的质量百分含量为：80wt％-99.8wt％的正极活性物质、0.1wt％-10wt％的导电剂、0.1wt％-10wt％的粘结剂。
优选地，所述正极活性物质层中各组分的质量百分含量为：90wt％-99.6wt％的正极活性物质、0.2wt％-5wt％的导电剂、0.2wt％-5wt％的粘结剂。
根据本发明的实施方案，所述负极活性物质层中各组分的质量百分含量为：80wt％-99.8wt％的负极活性物质、0.1wt％-10wt％的导电剂、0.1wt％-10wt％的粘结剂。
优选地，所述负极活性物质层中各组分的质量百分含量为：90wt％-99.6wt％的负极活性物质、0.2wt％-5wt％的导电剂、0.2wt％-5wt％的粘结剂。
根据本发明的实施方案，所述导电剂包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉中的至少一种。
根据本发明实施方案，所述粘结剂包括羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯中的至少一种。
根据本发明的实施方案，所述负极活性物质包括硅基负极材料；其中，所述硅基负极材料包括硅碳负极材料和/或硅氧负极材料；优选地，所述负极活性物质包括硅基负极材料和碳基负极材料，其中，所述碳基负极材料包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳中的至少一种。
根据本发明的实施方案，所述正极活性物质包括锂过渡金属氧化物，所述锂过渡金属氧化物包括LiyCoxM1-xO2(M＝Mg、Zn、Ga、Ba、Al、Fe、Cr、Sn、V、Mn、Ni、Sc、Ti、Nb、Mo、Zr、Ta、W、B、F、Si，0.9≤x≤1，0.72≤y<0.98)。
优选地，当对所述正极活性物质以0.02C的倍率充电或放电至3-3.5V的电压时，可以获得相匹配的锂元素和钴元素的含量，即y/x满足：0.8≤y/x≤0.9。
使用上述分子式的钴酸锂制备的电池，当对其以0.02C的倍率充电或放电至3-3.5V的电压时，可以获得相匹配的锂元素和钴元素的含量，即y/x满足：0.8≤y/x≤0.9，进而提高电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能。
本发明的有益效果：
本发明的电池以0.02C的倍率进行充电或放电至3-3.5V的电压时，电池满足0.8≤(A+1/4B)×100/C≤8以及0.8≤C≤0.9，本发明通过选择特定的电解液添加剂实现对硅负极体积膨胀的抑制，并通过正极片和电解液之间的相互匹配作用，能够获得一种常温循环性能好、高温存储性能好和安全性能好的电池。
具体实施方式
<第一添加剂>
根据本发明的实施方案，所述第一添加剂包括式I所示的化合物中的至少一种：
式I中，R1、R2、R3、R4、R5相同或不同，彼此独立地选自氢、卤素、氰基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的环烯基、取代或未取代的芳基；若为取代时，取代基为卤素、氰基、烷基或烷氧基；
n为大于等于0的整数，m为大于等于0的整数。
根据本发明的实施方案，R1、R2、R3、R4、R5相同或不同，彼此独立地选自氢、卤素、氰基、取代或未取代的C1-20烷基、取代或未取代的C3-20环烷基、取代或未取代的C1-20烷氧基、取代或未取代的C2-20烯基、取代或未取代的C3-20环烯基、取代或未取代的C6-20芳基；若为取代时，取代基为卤素、氰基、C1-20烷基或C1-20烷氧基。
根据本发明的实施方案，R1、R2、R3、R4、R5相同或不同，彼此独立地选自氢、卤素、氰基、取代或未取代的C1-12烷基、取代或未取代的C3-12环烷基、取代或未取代的C1-12烷氧基、取代或未取代的C2-12烯基、取代或未取代的C3-12环烯基、取代或未取代的C6-12芳基；若为取代时，取代基为卤素、氰基、C1-12烷基或C1-12烷氧基。
根据本发明的实施方案，R1、R2、R3、R4、R5相同或不同，彼此独立地选自氢、卤素、氰基、取代或未取代的C1-6烷基、取代或未取代的C3-6环烷基、取代或未取代的C1-6烷氧基、取代或未取代的C2-6烯基、取代或未取代的C3-6环烯基、取代或未取代的C6-8芳基；若为取代时，取代基为卤素、氰基、C1-6烷基或C1-6烷氧基。
根据本发明的实施方案，R1、R2、R3、R4、R5相同或不同，彼此独立地选自氢、卤素、氰基、取代或未取代的C1-3烷基、取代或未取代的C3-4环烷基、取代或未取代的C1-3烷氧基、取代或未取代的C2-3烯基、取代或未取代的C3-4环烯基、取代或未取代的C6-7芳基；若为取代时，取代基为卤素、氰基、C1-3烷基或C1-3烷氧基。
根据本发明的实施方案，n为0～5之间的整数。
根据本发明的实施方案，n为0、1、2、3、4或5。
根据本发明的实施方案，m为0～5之间的整数。
根据本发明的实施方案，m为0、1、2、3、4或5。
根据本发明的实施方案，所述第一添加剂包括如下化合物A1～化合物A8中的至少一种：
根据本发明的实施方案，所述第一添加剂可以通过商业途径购买后获得，也可以通过本领域已知的方法制备得到。
<第二添加剂>
根据本发明的实施方案，所述第二添加剂包括二腈化合物、三腈化合物和四腈化合物中的一种或多种。
根据本发明的实施方式，所述腈类化合物包括式II-1所示的二腈类化合物、式II-2所示的三腈类化合物和式II-3所示的四腈类化合物中的至少一种：
NC-R21-CN 式II-1
其中，R21是至少具有2个取代位置的碳原子数为1-10的基团；R22是至少具有3个取代位置的碳原子数为1-10的基团；R23是至少具有4个取代位置的碳原子数为1-10的基团。
根据本发明的实施方式，所述碳原子数为1-10的基团包括取代或未取代的C1-10烷基、取代或未取代的C1-10烷氧基、取代或未取代的C2-10烯基、取代或未取代的C6-10芳基，取代基为卤素、取代或未取代的C1-10烷基。
根据本发明的实施方式，所述式II-1所示的二腈类化合物包括如下化合物中的至少一种：戊二腈、丁二腈(SN)、已二腈(ADN)、癸二腈、壬二腈、二氰基苯、对苯二腈、吡啶-3,4-二腈、2,5-二氰基吡啶、2,2,3,3-四氟丁二腈、四氟对苯二腈、4-四氢噻喃亚甲基丙二腈、反丁烯二腈、乙二醇双(丙腈)醚和1,4,5,6-四氢-5,6-二氧-2,3-吡嗪二甲腈。
根据本发明的实施方式，所述式II-2所示的三腈类化合物包括如下化合物中的至少一种：1,3,6-己烷三腈(HTCN)、1,3,5-环己烷三腈、1,3,5-苯三氰、1,2,3-丙三甲腈、甘油三腈。
根据本发明的实施方式，所述式II-3所示的四腈类化合物包括如下化合物中的至少一种：1,1,3,3-丙四甲腈、1,2,2,3-四氰基丙烷、1,2,4,5-四氰基苯、2,3,5,6-吡嗪四腈、3-甲基-3-丙基-环丙烷-1,1,2,2-四甲腈、7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷和四氰基乙烯。
<电解质盐>
根据本发明的实施方案，所述电解质盐包括电解质锂盐。
根据本发明的实施方案，所述电解质锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)、二氟双草酸磷酸锂(LiPF2(C2O4)2)、四氟草酸磷酸锂(LiPF4C2O4)、草酸磷酸锂(LiPO2C2O4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双氟磺酰亚胺锂(LiTFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的至少一种。
根据本发明的实施方案，为了在保证电池的常温循环性能、高温存储性能以及安全性能的前提下，提高锂离子电池的充放电性能，所述电解质盐的含量占电解液总质量的质量百分含量为10wt％-15wt％，例如为10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％或15wt％。
<有机溶剂>
根据本发明的实施方案，所述有机溶剂包括碳酸酯、羧酸酯、磷酸酯、醚、砜、磺酸酯、硫酸酯和亚硫酸酯中的至少一种。
根据本发明的实施方案，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、乙酸乙酯(EA)、正丁酸乙酯(EB)和γ-丁内酯(GBL)中的至少一种。
下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1～16及对比例1～5的电池通过以下步骤制备得到：
1)正极片制备
将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、聚偏氟乙烯(PVDF)、SP(super P)和碳纳米管(CNT)按照96:2:1.5:0.5的质量比进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，在真空搅拌机作用下搅拌，直至混合体系成均一流动性的正极活性浆料；将正极活性浆料均匀涂覆于铝箔的两个表面；将涂覆好的铝箔烘干，然后经过辊压、分切得到所需的正极片。
2)负极片制备
将负极活性物质硅碳/人造石墨(含5％硅碳和95％人造石墨)、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、丁苯橡胶、导电炭黑(SP)和单壁碳纳米管(SWCNTs)按照质量比94.5:2.5:1.5:1:0.5进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极活性浆料；将负极活性浆料均匀涂覆在铜箔的两个表面；将涂覆好的铜箔在室温下晾干，随后转移至80℃烘箱干燥10h，然后经过冷压、分切得到负极片。
3)电解液的制备
在充满氩气的手套箱中(H2O<0.1ppm，O2<0.1ppm)，将EC/PC/DEC/PP按照10/20/40/30的质量比混合均匀，然后往其中快速加入充分干燥的六氟磷酸锂(LiPF6)，最终浓度为1mol/L，溶解后加入基于电解液总质量12wt％的氟代碳酸乙烯酯以及基于电解液总质量2wt％的1,3-丙烷磺酸内酯，搅拌均匀，形成基础电解液。向基础电解液中分别加入不同含量的第一添加剂和第二添加剂(具体用量和选择如表1所述)，得到电解液。
4)电池的制备
将步骤1)的正极片、步骤2)的负极片和隔离膜按照正极片、隔离膜和负极片的顺序层叠设置后，再进行卷绕得到电芯；将电芯置于外包装铝箔中，将步骤3)的电解液注入外包装中，经过真空封装、静置、化成、整形、分选等工序，获得电池。本发明电池充放电范围为3.0-4.5V。
5)锂元素和钴元素的摩尔比测试
对表1中的锂离子电池以0.02C的倍率放电至3.0-3.5V，然后静置30min测试其电压U；将锂离子电池拆解，保留拆解后的正极片，将正极片置于碳酸二甲酯(DMC)的溶液中浸泡，浸泡30min后取出，放入120℃烘箱中干燥6h；将干燥后的正极片置于管式炉中，对其进行高温烧结，设定管式炉烧结温度为300℃，烧结时间设定为4h，烧结结束后自然冷却，将冷却后的正极片置于密封的玻璃瓶中；将容置有正极片的玻璃瓶置于超声机中超声15min，取出轻轻剥离正极活性层，得到正极活性层粉末；使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)测试正极活性物质层粉末中各元素的含量，根据换算得到Li元素和Co元素的摩尔比C，测试结果见表2。
6)电解液成分的测试
对表1中的锂离子电池以0.02C的倍率放电至3.0-3.5V，然后静置30min测试其电压U，使用夹板夹住表1中的锂离子电池，施加一定的压力挤压锂离子电池，使用注射器，扎破锂离子电池的外包装抽出电解液；使用离子色谱测试电解液中的导电锂盐的含量；使用气相色谱测试电解液中的有机溶剂的含量；根据电解质锂盐和有机溶剂的含量进行归一，得到电解液中第一添加剂的质量百分含量A和电解液中第二添加剂的质量百分含量B，结果见表2。
对实施例和对比例获得的电池分别进行60℃高温存储性能测试、25℃循环性能测试以及安全测试。
1)60℃高温存储性能测试
将实施例和对比例的电池在25℃下按照1C的倍率充电到截止电压，截止电流0.025C，静置5min，测试锂离子电池的厚度(以此为存储前的厚度)。充满电的电池在(60±2)℃条件下开路搁置35天，储存35天后在室温条件下开路搁置2h，测存储后的厚度，计算锂离子电池厚度膨胀率，结果见表3：
厚度膨胀率＝[(存储后厚度-存储前厚度)/存储前厚度]×100％
2)25℃循环性能测试
将实施例和对比例的电池在25℃下按照1C的倍率在充放电截止电压范围内进行充放电循环，测试第1周的放电容量计为x1 mAh，第N圈的放电容量计为y1mAh；第N周的容量除以第1周的容量，得到第N周的循环容量保持率R1＝y1/x1，记录循环容量保持率R1为80％时电池的循环周数，结果见表3。
3)安全测试
将10只充满电的实施例和对比例的电池放置在130℃条件下存储1h，观察电池未起火也未爆炸的数量，记录结果如表3。
表1实施例和对比例的电池中电解液添加剂的初始含量
表2实施例和对比例的电池中电解液添加剂的组成
表3实施例和对比例的电池的性能测试结果
从表3中的对比例1-3和实施例1-16对比可以看出，当电解液中同时含有第一添加剂和第二添加剂时，二者能够共同发挥作用，显著提高硅基锂离子电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能。
从表3中的对比例4-5和实施例1-16对比可以看出，当电池不满足0.8≤C≤0.9时，即便电解液中同时含有第一添加剂和第二添加剂时，二者也不能够取得协同增效的作用，无法显著提高硅基锂离子电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能，这主要是因为此时正极活性物质不具有完整的结构，其无法提供较多的活性锂，所以导致电池性能的急剧恶化。
从表3中的对比例1-5和实施例1-16对比可以看出，所述电池满足0.8≤(A+1/4B)×100/C≤8以及0.8≤C≤0.9时，会显著提升电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能，这主要是因为当所述电池满足上述关系式时，正极活性物质能够提供较多的活性锂且正极活性物质的结构完整，通过调节电解液的添加剂的含量，能够使电解液中的添加剂更充分的络合正极活性物质层中的钴元素，有效防止正极活性物质层中的钴元素的溶出；第一添加剂和第二添加剂还可以同时在正极成膜，提高正极稳定性。同时不饱和环状硅氧烷类化合物在负极表面发生聚合反应形成稳定的网状保护膜，加强SEI膜的牢固性，抑制硅基负极的体积膨胀；Si-O键还可以捕获电解液中的水和HF，减少HF对SEI膜的腐蚀，显著提升硅基负极表面的SEI膜的稳定性，这更有利于电池常温循环性能、高温存储性能和安全性能的提升。因此，锂离子电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能得以提高。特别地，所述电池满足2≤(A+1/4B)×100/C≤6以及0.8≤C≤0.9时，电池的性能的提升更显著。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于，所述电池包括正极片、负极片和电解液；所述正极片包括正极活性物质层；所述电解液包括功能添加剂，所述功能添加剂包括第一添加剂和第二添加剂；所述第一添加剂包括不饱和环状硅氧烷类化合物，第二添加剂包括腈类化合物；
对所述电池以0.02C的倍率进行充电或放电至3.0-3.5V的电压时，所述电池满足：
0.8≤(A+1/4B)×100/C≤8；
0.8≤C≤0.9；
其中，A为电解液中第一添加剂的质量百分含量，B为电解液中第二添加剂的质量百分含量，C为正极活性物质层中锂元素与钴元素的摩尔比。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一添加剂包括式I所示的化合物中的至少一种：
R1、R2、R3、R4、R5相同或不同，彼此独立地包括氢、卤素、氰基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的环烯基、取代或未取代的芳基；若为取代时，取代基为卤素、氰基、烷基或烷氧基；
n为大于等于0的整数，m为大于等于0的整数。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，R1、R2、R3、R4、R5相同或不同，彼此独立地包括氢、卤素、氰基、取代或未取代的C1-20烷基、取代或未取代的C3-20环烷基、取代或未取代的C1-20烷氧基、取代或未取代的C2-20烯基、取代或未取代的C3-20环烯基、取代或未取代的C6-20芳基；若为取代时，取代基为卤素、氰基、C1-20烷基或C1-20烷氧基；
n为0～5之间的整数；m为0～5之间的整数。
4.根据权利要求2或3所述的电池，其特征在于，所述第一添加剂包括如下化合物A1～化合物A8中的至少一种：
5.根据权利要求1-4任一项所述的电池，其特征在于，所述第二添加剂包括二腈化合物、三腈化合物和四腈化合物中的一种或多种；
所述腈类化合物包括式II-1所示的二腈类化合物、式II-2所示的三腈类化合物和式II-3所示的四腈类化合物中的至少一种：
NC-R21-CN 式II-1
其中，R21是至少具有2个取代位置的碳原子数为1-10的基团；R22是至少具有3个取代位置的碳原子数为1-10的基团；R23是至少具有4个取代位置的碳原子数为1-10的基团。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述式II-1所示的二腈类化合物包括如下化合物中的至少一种：戊二腈、丁二腈(SN)、已二腈(ADN)、癸二腈、壬二腈、二氰基苯、对苯二腈、吡啶-3,4-二腈、2,5-二氰基吡啶、2,2,3,3-四氟丁二腈、四氟对苯二腈、4-四氢噻喃亚甲基丙二腈、反丁烯二腈、乙二醇双(丙腈)醚和1,4,5,6-四氢-5,6-二氧-2,3-吡嗪二甲腈；
所述式II-2所示的三腈类化合物包括如下化合物中的至少一种：1,3,6-己烷三腈(HTCN)、1,3,5-环己烷三腈、1,3,5-苯三氰、1,2,3-丙三甲腈、甘油三腈；
所述式II-3所示的四腈类化合物包括如下化合物中的至少一种：1,1,3,3-丙四甲腈、1,2,2,3-四氰基丙烷、1,2,4,5-四氰基苯、2,3,5,6-吡嗪四腈、3-甲基-3-丙基-环丙烷-1,1,2,2-四甲腈、7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷和四氰基乙烯。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电池，其特征在于，所述电解液中第一添加剂的质量占电解液总质量的质量百分含量为0.1-10wt％，优选为0.5wt％-5wt％。
8.根据权利要求1-6任一项所述的电池，其特征在于，所述电解液中第二添加剂的质量占电解液总质量的质量百分含量为0.1-10wt％，优选为0.5wt％-5wt％。
9.根据权利要求1-8任一项所述的电池，其特征在于，所述负极片包括负极活性物质层，所述负极活性物质层包括硅基负极材料；其中，所述硅基负极材料包括硅碳负极材料和/或硅氧负极材料；优选地，所述负极活性物质层包括硅基负极材料和碳基负极材料，其中，所述碳基负极材料包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳中的至少一种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的电池，其特征在于，所述正极活性物质包括锂过渡金属氧化物，所述锂过渡金属氧化物包括LiyCoxM1-xO2，M＝Mg、Zn、Ga、Ba、Al、Fe、Cr、Sn、V、Mn、Ni、Sc、Ti、Nb、Mo、Zr、Ta、W、B、F、Si，0.9≤x≤1，0.72≤y<0.98。
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