CN117747963A - 一种电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电池。电池包括电解液和正极片，电解液包括醚多腈化合物，以所述电解液的总重量为基准，所述醚多腈化合物的重量含量为Bwt％；所述正极片包括正极集流体以及位于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Fe元素，以所述正极活性物质层的总重量为基准，所述Fe元素的重量含量为A ppm，则所述电池满足B≥(A/10)+0.1。本发明的电池循环稳定性高，存储性能好。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电池。
背景技术
锂离子电池是目前使用最广泛的电池之一，其发展可以追溯到上世纪末。随着移动设备的普及和电动汽车的发展，对电池的能量密度、使用寿命和安全性等方面的要求越来越高，这推动了锂离子电池的不断改进和发展，锂离子电池的电压越来越高。
电压的提高可以增加电池的能量密度，这意味着电池可以更轻、更小，同时提供更高的能量。然而，随着锂离子电池电压的不断提高，电池的循环性能越来越受到挑战。循环性能是指电池可以重复使用的次数，这是评估电池寿命的重要指标。锂离子电池的循环性能受到多种因素的影响，如正极材料的稳定性、电解液的化学性质、电池的制造工艺等。
因此，发明一种高温高压下循环性能好的电池非常重要。
发明内容
本发明提供了一种电池。所述电池具有循环稳定性高，存储性能好。
高温高压下电池循环性能较差，是由于高温高压下，传统的碳酸酯/和或羧酸值溶剂的耐氧化性较差，使得高温高压下电解液稳定性较差，电解液在正极界面大量氧化分解，从而导致电池在高温高压下循环性能明显恶化。
为了减少高电压下电解液与正极片界面副反应，解决电池在高温高压下循环稳定性较差的问题，本发明提供了一种电池。本发明的电池循环稳定性高，存储性能好。
本发明的发明人发现，通过提高电解液的稳定性，可以提高电解液与正极片界面的稳定性，从而可以提高电池在高温高压下的循环稳定性和存储性能。
本发明的发明人进一步深入研究发现，为了提高电解液的稳定性以及电解液与正极片界面的稳定性，可以通过在电解液中添加化学式为Cn-Pm的醚多腈化合物，同时与正极片的正极活性物质层中Fe元素的含量的调控，使电池满足B≥(A/10)+0.1时，能够提高电解液以及电解液与正极片界面的稳定性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电池，所述电池包括电解液和正极片，所述电解液包括醚多腈化合物，所述醚多腈化合物的化学式为Cn-Pm，其中Cn为具有直链结构的主链，n为1-4的正整数，P为连接在主链C上的接枝链，m为3-6的正整数，所述醚多腈化合物中的接枝链P各自独立地选自-R2-O-R1-CN，其中，R1、R2各自独立地选自取代或未被取代的C1-C20的烷基、空键，且R1、R2不同时为空键，所述取代的取代基选自卤素中的一种或多种；以所述电解液的总重量为基准，所述醚多腈化合物的重量含量为B wt％；所述正极片包括正极集流体以及位于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Fe元素，以所述正极活性物质层的总重量为基准，所述Fe元素的重量含量为A ppm，则所述电池满足B≥(A/10)+0.1。
在一实例中，所述醚多腈化合物包括式(Ⅰ)、式(Ⅱ)和式(ⅡⅠ)所示结构中的一种或多种，
其中，R11、R12、R13、R14、R15、R16、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39各自独立地选自选自取代或未被取代的C1-C20的烷基、空键，且O原子两侧不同时为空键，所述取代的取代基选自卤素中的一种或多种。
通过上述技术方案，本发明与现有技术相比至少具有以下优势：
在电解液中添加具有特定结构的醚多腈化合物，并根据正极活性物质层中Fe元素的含量对电解液中醚多腈的含量进行调控，从而可以实现同时提升电解液以及电解液与正极片界面的稳定性的效果，提高电池的循环稳定性和存储性能。
本发明的其它特点和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。本文中，在没有特别说明的情况下，数据范围均包括端点。
本发明提供了一种电池，所述电池包括电解液和正极片，所述电解液包括醚多腈化合物，所述醚多腈化合物的化学式为Cn-Pm，其中Cn为具有直链结构的主链，n为1-4的正整数，P为连接在主链C上的接枝链，m为3-6的正整数，所述醚多腈化合物中的接枝链P各自独立地选自-R2-O-R1-CN，其中，R1、R2各自独立地选自取代或未被取代的C1-C20的烷基、空键，且R1、R2不同时为空键，所述取代的取代基选自卤素中的一种或多种；以所述电解液的总重量为基准，所述醚多腈化合物的重量含量为B wt％；所述正极片包括正极集流体以及位于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Fe元素，以所述正极活性物质层的总重量为基准，所述Fe元素的重量含量为A ppm，则所述电池满足B≥(A/10)+0.1。
在电解液中添加醚多腈化合物，该醚多腈化合物具有优良的正极保护性能，是由于醚多腈化合物中的氰基可以和过渡金属配位，从而抑制高电压下电解液与正极片界面处的副反应，使得电解液与正极片的界面的稳定性提升，降低电池在循环过程中对电解液的消耗和正极片结构的破坏，从而提高电池的循环稳定性；同时所述醚多腈化合物中的醚键，可以降低氰基与过渡金属配位后对锂离子传导的阻抗，提升电池的循环稳定性和存储性能。
发明人发现，正极片中Fe元素对电解液在正极形成CEI膜有着重要作用，基于此，为了保证电解液与正极界面形成的足够的CEI膜，从而减少电解液与正极片界面的副反应，将正极活性物质层中的Fe元素的含量与电解液中醚多腈化合物的含量进行调控使电池满足B≥(A/10)+0.1，可以确保电解液中醚多腈化合物的量可以消除Fe元素对CEI膜的影响，改善电池的阻抗，从而使电解液与正极片界面的稳定性较高，电池的循环稳定性提升。当B＜A/10)+0.1时，正极活性层中的Fe元素会对醚多腈化合物在正极形成CEI膜的影响，可能导致CEI膜形成不完整甚至无法形成保护膜，从而使正极活性材料在高电压充放电过程中，不利于锂离子传导，降低电池的循环稳定性。
通过将化学式为Cn-Pm的醚多腈化合物添加到电解液中，通过根据正极活性物质层中对电解液与正极片界面有影响的Fe元素的含量，对电解液中醚多腈化合物的量进行调控，已经能够使电池实现比现有技术更高的循环稳定性和更好的存储性能。为了进一步提高效果，可以对其中一个或过个技术特征做进一步优选。
当以所述电解液的总重量为基准，所述醚多腈化合物的重量含量Bwt％为2wt％，以所述正极活性物质层的总重量为基准，所述Fe元素的重量含量A ppm为8.1ppm时，(A/10)+0.1＝(8.1/10)+0.1＝0.91≤2。
Cn可以为具有直链结构的主链，n为1-4的正整数，例如，1、2、3、4，则Cn可以为-C-、-C-C-、-C-C-C-或-C-C-C-C。
P为连接在主链C上的接枝链，即P可以连接在上述C链的C原子上。
m可以为3-6的正整数，例如，3、4、5、6。
在一实例中，m＞n。
所述醚多腈化合物中的接枝链P可以相同或不同，各自独立地选自-R2-O-R1-CN。
R1、R2可以相同或不同，各自独立地选自取代或未被取代的C1-C20的烷基、空键，且R1、R2不同时为空键。
R1、R2不同时为空键表示，R1和R2中为空键的数量＜2，即当R1为空键时，R2不为空键；当R2为空键时，R1不为空键；R1、R2可以同时不为空键。
在一实例中，所述醚多腈化合物包括式(Ⅰ)、式(Ⅱ)和式(ⅡⅠ)所示结构中的一种或多种，
其中，R11、R12、R13、R14、R15、R16、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39各自独立地选自取代或未被取代的C1-C20的烷基、空键，且O原子两侧不同时为空键，所述取代的取代基选自卤素中的一种或多种。
式(Ⅰ)所示结构为三醚腈化合物，式(Ⅱ)所示结构为四醚腈化合物，式(ⅡⅠ)所示结构为五醚腈化合物。
R11、R12、R13、R14、R15、R16、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39可以相同或不同，各自独立地选自取代或未被取代的C1-C20的烷基、空键，且O原子两侧不同时为空键。
在本发明中，取代或未被取代所要表述的意思是，例如“取代或未被取代的C1-C20的烷基”，表示烷基可以被取代，也可以未被任一取代基取代，当烷基被取代基取代时，烷基中可以有一个H被取代，也可以有多个H被取代，还可以全部的H被取代。
所述醚多腈化合物的结构如式(Ⅰ)、式(Ⅱ)和式(ⅡⅠ)所示，可以看出R11、R12、R13、R14、R15、R16、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39的两侧与O原子、C原子相连接或与O原子、氰基(-CN)相连接，因此R11、R12、R13、R14、R15、R16、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39所选自的烷基均可以满足式(Ⅰ)、式(Ⅱ)和式(ⅡⅠ)所示结构，例如，R11为甲基，则甲基的结构为-CH2-。
在本发明中，空键表示该位置不存在，没有基团和原子团。例如，若R11为空键，则其一侧的O直接与另一侧的氰基相连；若R15为空键，则其一侧的O直接与另一侧的C相连。
O原子两侧不同时为空键表示，R11与R12、R13与R14、R15与R16、R21与R22、R23与R24、R25与R26、R27与R28、R31与R32、R33与R34、R35与R36、R37与R38、R39与R30中每一组的两个基团不可以同时为空键。例如，R11与R12组中，R11和R12不同时为空键。
所述C1-C20的烷基，例如选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、环戊基、2,2-二甲基丙基、1-乙基丙基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、正己基、异己基、2-己基、3-己基、环己基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、1,1,2-三甲基丙基、3,3-二甲基丁基、正庚基、2-庚基、3-庚基、2-甲基己基、3-甲基己基、4-甲基己基、异庚基、环庚基、正辛基、环辛基、壬基、癸基、十一烷烃基、十二烷烃基、十三烷烃基、十四烷烃基、十五烷烃基、十六烷烃基、十七烷烃基、十八烷烃基、十九烷烃基、二十烷烃基。
R11、R12、R13、R14、R15、R16、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39可以相同或不同，各自独立地选自取代或未被取代的C1-C3的烷基。
所述取代的取代基可以选自卤素中的一种或多种。所述卤素可以为F、Cl、Br或I。
在一实例中，所述取代的取代基选自F。
在一实例中，所述醚多腈化合物至少包括式(ⅡⅠ)所示结构。
在一实例中，所述醚多腈化合物至少包括式(Ⅱ)和式(ⅡⅠ)所示结构。
在一实例中，所述醚多腈化合物为式(Ⅱ)和式(ⅡⅠ)所示结构。
在一实例中，所述醚多腈化合物为式(ⅡⅠ)所示结构。
在一实例中，所述醚多腈化合物包括以下结构中的一种或多种：
所述醚多腈化合物可以通过商购得到，也可以通过采用本领域已知的方法制备得到。
根据一种具体的实施方式，以所述电解液的总重量为基准，所述醚多腈化合物的重量含量Bwt％为0.1wt％-6wt％(例如，0.1wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％、6wt％)。
在一实例中，以所述电解液的总重量为基准，所述醚多腈化合物的重量含量Bwt％为0.1wt％-6wt％，且同时满足B≥(A/10)+0.1。在电解液中添加合适量的醚多腈化合物，可以形成优良的正极保护膜，过量的醚多腈会使得阻抗明显增加不利于电池循环，而过低含量的醚多腈，若低于(A/10)+0.1,则形成的正极保护膜很少，基本起不到保护效果。铁含量越高，对成膜影响越大，因此需要的醚多腈含量也越高。
在一实例中，以所述电解液的总重量为基准，所述醚多腈化合物的重量含量Bwt％为1wt％-4wt％。
在一实例中，所述电解液包括电解质、有机溶剂和功能性添加剂。
在一实例中，所述电解质盐包括电解质锂盐、电解质钠盐、电解质钾盐、电解质铝盐、电解质锌盐和电解质镁盐中的一种或多种。
在一实例中，所述电解质锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双氟磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二氟双草酸磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、六氟锑酸锂、六氟砷酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二(五氟乙基磺酰)亚胺锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂和二(三氟甲基磺酰)亚胺锂中的一种或多种。
在一实例中，所述电解质钠盐包括六氟磷酸钠(NaPF6)、二氟磷酸钠(NaPO2F2)、二氟草酸硼酸钠(NaDFOB)、双氟磺酰亚胺钠(NaTFSI)中的一种或多种。
在一实例中，所述有机溶剂含有碳酸酯，所述碳酸酯包括氟代或未取代的下述溶剂中的一种或多种：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯。
在一实例中，以所述电解液的总重量为基准，所述碳酸酯的重量含量为6wt％-69wt％(例如，6wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、65wt％、69wt％)。当电解液中碳酸酯的含量低于6wt％时，介电常数不足，且有机溶剂对负极稳定性差，电池循环和存储都将明显恶化；当电解液中碳酸酯的含量高于69wt％时，有机溶剂粘度过大，电池的快充性能差，循环稳定性恶化。
在一实例中，以所述电解液的总重量为基准，所述碳酸酯的重量含量为10wt％-40wt％。
在一实例中，所述醚多腈化合物的重量与所述碳酸酯的重量之比为1:(69-1)(例如，1:69、1:65、1:60、1:55、1:50、1:45、1:40、1:35、1:30、1:25、1:20、1:15、1:10、1:5、1:1)。
在一实例中，所述醚多腈化合物的重量与所述碳酸酯的重量之比为1:(40-2)。
在一实例中，所述有机溶剂含有羧酸酯，所述羧酸酯包括氟代或未取代的下述溶剂中的一种或多种：乙酸丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯(EP)、丁酸甲酯、正丁酸乙酯。
在一实例中，以所述电解液的总重量为基准，所述羧酸酯的重量含量为0wt％-63wt％(例如，0wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、63wt％)。当电解液中羧酸酯的含量高于63wt％时，有机溶剂对负极稳定性差，电池循环和存储明显恶化。
在一实例中，以所述电解液的总重量为基准，所述羧酸酯的重量含量为20wt％-40wt％。
在一实例中，所述醚多腈化合物的重量与所述羧酸酯的重量之比为1:(63-0)(例如，例如，1:63、1:60、1:55、1:50、1:45、1:40、1:35、1:30、1:25、1:20、1:15、1:10、1:5、1:1、1:0.5、1:0.1)。
在一实例中，所述醚多腈化合物的重量与所述羧酸酯的重量之比为1:(40-6)。
在一实例中，所述功能性添加剂包括第二腈类、氟代化合物和磺酸类添加剂。所述功能性添加剂可以提高正极片和/或负极片与电解液界面的稳定性，其中氟代化合物和磺酸类添加剂主要在负极片成膜，可以提高负极界面的稳定性，弥补醚多腈只有正极片保护的不足，而第二腈类具有相对更小的空间位阻，可以进入醚多腈的保护孔隙中，进一步加强醚多腈对正极片的保护，从而与醚多腈化合物协同配合，进一步提高界面的稳定性，从而提高电池的循环稳定性和存储性能。
在一实例中，所述醚多腈化合物的重量与所述功能性添加剂的重量之比为(0.4-100):100(例如，0.4:100、1:100、5:100、10:100、20:100、30:100、40:100、50:100、60:100、70:100、80:100、90:100、100:100)。当所述醚多腈化合物的重量与所述功能性添加剂的重量之比调控在上述范围时，可以更好的同时稳定正负极界面，提高电池的循环稳定性和存储性能。
在一实例中，所述醚多腈化合物的重量与所述功能性添加剂的重量之比为(5-40):100。
在一实例中，所述第二腈类包括1,3,5己烷三腈(HTCN)、己二腈(AND)、丁二腈(SN)、乙二醇双(丙腈)醚(DENE)和三(3-氰丙基)磷酸酯(PCN)中的一种或多种。
在一实例中，所述醚多腈化合物的重量与所述第二腈类的重量之比为(0.01-6):1(例如，0.01:1、0.0125:1、0.05:1、0.1:1、0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1)。所述第二腈类可以与正极片中的过渡金属配位提高电解液与正极片的界面稳定性，通过将醚多腈化合物的重量与其他腈类的重量之比调控在上述特定范围，可以增强醚多腈化合物对正极片保护作用，适量的第二腈类可以进入醚多腈的保护孔隙中，从而进一步提高了电解液与正极片的界面的稳定性，从而提高电池的循环稳定性和存储性能。
在一实例中，所述醚多腈化合物的重量与所述其他腈类的重量之比为(0.2-2):1。
在一实例中，所述氟代化合物包括氟代碳酸酯、氟代羧酸酯和氟醚中的一种或多种。所述氟代化合物的耐氧化性较好，可以提高负极片的稳定性，并且可以在负极片表面形成SEI膜，减少负极片与电解液界面的副反应。
在一实例中，所述氟代碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)、甲基三氟乙基碳酸酯(FEMC)和氟代碳酸二乙酯(FDEC)中的一种或多种。
在一实例中，所述氟代羧酸酯包括2,2,2-三氟乙酸乙酯(FEA)和/或2,2-二氟乙酸乙酯。
在一实例中，所述氟醚包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(TTE)和/或1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚(HFE)。
在一实例中，所述磺酸类添加剂包括1,3-丙烷磺内酯(PS)、1-丙烯-1,3-磺酸内酯(PST)、5-甲基恶噻戊环2,2-二氧化物、1,3-丙烯磺酸内酯、2,4-丁烷磺内酯和1,4-丁磺酸内酯中的一种或多种。所述磺酸类添加剂可以在负极片表面形成SEI膜，从而进一步改善电池在存储过程中产气的问题，提高电池的循环稳定性和存储性能。
在一实例中，以所述电解液的总重量为基准，所述电解质盐的重量含量为8wt％-18wt％(例如，8wt％、10wt％、12wt％、15wt％、18wt％)，所述有机溶剂的重量含量为52wt％-85wt％(例如，52wt％、55wt％、60wt％、65wt％、70wt％、75wt％、80wt％、85wt％)，所述功能性添加剂的重量含量为6wt％-25wt％(例如，6wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％)。
在一实例中，以所述电解液的总重量为基准，所述电解质盐的重量含量为12wt％-16wt％，所述有机溶剂的重量含量为61wt％-72wt％，所述功能性添加剂的重量含量为15wt％-20wt％。
在一实例中，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。
在一实例中，所述Fe元素在所述正极活性物质层中以化合物和/或单质的形式存在。
在一实例中，所述Fe元素作为掺杂元素存在于所述正极活性物质中。
在一实例中，所述Fe元素作为氧化物、单质颗粒或以掺杂的形式存在于正极活性物质层中。通过控制前驱体的种类、制备过程中工艺调控，如烧结温度，可以控制正极活性物质层中Fe元素的含量。
在一实例中，所述正极活性物质包括过渡金属锂氧化物和锰酸锂中的一种或多种。
在一实例中，所述过渡金属锂氧化物的化学式为Li1+xNiyCozM(1-y-z)O2，其中，-0.1≤x≤1；0≤y≤1，0≤z≤1，且0≤y+z≤1。
其中，M为掺杂元素，M包括Mg、Zn、Ga、Ba、Al、Fe、Cr、Sn、V、Mn、Sc、Ti、Nb、Mo和Zr中的一种或多种。
在一实例中，以所述正极活性物质层的总重量为基准，所述Fe元素的重量含量为0ppm＜Appm≤30ppm(例如，1ppm、3ppm、5ppm、8.1ppm、10ppm、14.2ppm、16ppm、20ppm、22.5ppm、25ppm、29ppm、30ppm)。当Appm＞30ppm时，由于正极活性物质层中Fe元素的含量过高，可能正极材料的会出现自放电现象，以及影响CEI膜的形成。
在一实例中，以所述正极活性物质层的总重量为基准，所述Fe元素的重量含量为0ppm＜Appm≤15ppm。有利于提高正极材料的稳定性。
在一实例中，以所述正极活性物质层的总重量为基准，所述正极活性物质的重量含量为80wt％-99.8wt％(例如，80wt％、85wt％、90wt％、95wt％、99wt％、99.8wt％)，所述导电剂的重量含量为0.1wt％-10wt％(例如，0.1wt％、0.5wt％、1wt％、3wt％、5wt％、7wt％、10wt％)，所述粘结剂的重量含量为0.1wt％-10wt％(例如，0.1wt％、0.5wt％、1wt％、3wt％、5wt％、7wt％、10wt％)。
在一实例中，以所述正极活性物质层的总重量为基准，所述正极活性物质的重量含量为90wt％-99.6wt％，所述导电剂的重量含量为0.2wt％-5wt％，所述粘结剂的重量含量为0.2wt％-5wt％。
在一实例中，电池包括负极片。
在一实例中，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。
在一实例中，所述负极活性物质包括碳基负材料和/或硅基负材料。
在一实例中，所述碳基负材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳中的一种或多种。
在一实例中，所述硅基负材料包括纳米硅(Si)、硅氧负极材料(SiOx(0<x<2))和硅碳负极材料中的一种或多种。
在一实例中，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、碳纳米管和金属粉中的一种或多种。
在一实例中，所述粘结剂自羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳、聚四氟乙烯和聚氧化乙烯中的一种或多种。
在一实例中，以所述负极活性物质层的总重量为基准，所述负极活性物质的重量含量为80wt％-99.8wt％(例如，80wt％、85wt％、90wt％、95wt％、99wt％、99.8wt％)，所述导电剂的重量含量为0.1wt％-10wt％(例如，0.1wt％、0.5wt％、1wt％、3wt％、5wt％、7wt％、10wt％)，所述粘结剂的重量含量为0.1wt％-10wt％(例如，0.1wt％、0.5wt％、1wt％、3wt％、5wt％、7wt％、10wt％)。
在一实例中，以所述负极活性物质层的总重量为基准，所述负极活性物质的重量含量为90wt％-99.6wt％，所述导电剂的重量含量为0.2wt％-5wt％，所述粘结剂的重量含量为0.2wt％-5wt％。
所述电池可以为锂离子电池。
在一实例中，所述电池的充放电范围为3V-4.53V。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。本发明所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例用于说明本发明的正极片和电解液。
实施例1
(1)成分准备
电解液：醚多腈化合物(具有式III-1所示结构)2重量份，电解质锂盐(LiPF6)14重量份，有机溶剂(其中碳酸乙烯酯(EC)6.8重量份、碳酸丙烯酯(PC)13.6重量份、碳酸二乙酯(DEC)
13.6重量份、丙酸丙酯34重量份)68重量份，功能性添加剂(其中，氟代化合物(氟代碳酸乙烯酯)12重量份，第二腈类(三(3-氰丙基)磷酸酯(PCN)1重量份，乙二醇双(丙腈)醚(DENE)1重量份)，共计2重量份，磺酸类添加剂(1,3-丙烷磺内酯(PS))2重量份)16重量份；
正极片：正极集流体(铝箔)，正极活性物质(钴酸锂)96重量份，导电剂(SP(superP)1.5重量份，碳纳米管(CNT)0.5重量份)2重量份，粘结剂(聚偏氟乙烯(PVDF))2重量份。
(2)正极片的制备
将正极活性物质、导电剂和粘结剂进行混合，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两侧表面；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。
(3)电解液的制备
在充满氩气的手套箱中(H2O<0.1ppm，O2<0.1ppm)，将有机溶剂混合均匀，然后往其中快速加入充分干燥的电解质锂盐，溶解后加入醚多腈类化合物，随后加入功能性添加剂，搅拌均匀后，经过水分和游离酸检测合格后，得到所需的电解液。
实施例2组
本实施例组用于说明当电解液中醚多腈化合物的含量Bwt％发生改变时产生的影响。
本组实施例参照实施例1进行，所不同的是，改变电解液中醚多腈化合物的含量Bwt％，具体参见表1-1和表1-2。
实施例3组
本实施例组用于说明当醚多腈化合物的具体选择发生改变时产生的影响。
本组实施例参照实施例1进行，所不同的是，改变醚多腈化合物的具体选择，具体参见表1-1和表1-2。
实施例4组
本实施例组用于说明当正极活性物质层中Fe元素的含量A ppm发生改变时产生的影响。
本组实施例参照实施例1进行，所不同的是，正极活性物质层中Fe元素的含量Appm，具体参见表1-1和表1-2。
实施例5组
本实施例组用于说明当醚多腈化合物的重量与功能性添加剂的重量之比发生改变时产生的影响。
本组实施例参照实施例1进行，所不同的是，改变醚多腈化合物的重量与功能性添加剂的重量之比，具体参见表1-1和表1-2。
实施例6组
本实施例组用于说明当醚多腈化合物与第二腈类的重量之比发生改变时产生的影响。
本组实施例参照实施例1进行，所不同的是，改变醚多腈与第二腈类的重量之比，具体参见表1-1和表1-2。
实施例7组
本实施例组用于说明当醚多腈化合物的重量与碳酸酯的重量之比发生改变时产生的影响。
参照实施例1进行，所不同的是，改变醚多腈化合物的重量与碳酸酯的重量之比，具体参见表1-1和表1-2。
实施例8组
本实施例组用于说明当醚多腈化合物的重量与羧酸酯的重量之比发生改变时产生的影响。
参照实施例1进行，所不同的是，改变醚多腈化合物的重量与羧酸酯的重量之比，具体参见表1-1和表1-2。
对比例1
参照实施例1进行，所不同的是，电解液中不添加醚多腈化合物，具体参见表1-1和表1-2。
对比例2
参照实施例1进行，所不同的是，改变电解液中醚多腈化合物的含量，使B＜(A/10)+0.1，具体参见表1-1和表1-2。
对比例3
参照实施例1进行，所不同的是，正极活性物质层中Fe元素的含量，且B＜(A/10)+0.1，具体参见表1-1和表1-2。
表1-1
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*表示同实施例1。
表1-2
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制备例
将实施例和对比例所得的正极片和电解液分别按照以下方式制备电池。
(1)正极片
分别使用上述各实施例和对比例所得的正极片。
(2)负极片
将负极活性材料人造石墨、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
分别使用上述各实施例和对比例所得的电解液。
(4)锂离子电池的制备
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，获得锂离子电池。
测试例
对实施例和对比例所得的电池分别进行如下测试。
(1)45℃循环性能测试
将电池在25℃下按照3C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x mAh，第N周的放电容量计为y mAh；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R＝y/x，记录循环容量保持率R为80％时对应的循环周数。
(2)60℃存储性能测试
将电池在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)。充满电的电芯/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：
厚度膨胀率＝[(存储后厚度-存储前厚度)/存储前厚度]×100％。
将所得结果记于表2中。
表2
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通过表2可以看出，通过对比例和实施例可以看出，实施例的电池45℃容量循环保持率明显提升，60℃存储厚度膨胀率明显降低，说明本发明的电池，通过将具有特定结构的醚多腈化合物添加到电解液中，并通过根据正极活性物质层中对电解液与正极片界面有不利影响的Fe元素的含量，对电解液中醚多腈化合物的量进行调控，提高锂离电池的循环稳定性和存储性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电池，其特征在于，所述电池包括电解液和正极片，所述电解液包括醚多腈化合物，所述醚多腈化合物的化学式为Cn-Pm，其中Cn为具有直链结构的主链，n为1-4的正整数，P为连接在主链C上的接枝链，m为3-6的正整数，所述醚多腈化合物中的接枝链P各自独立地选自-R2-O-R1-CN，其中，R1、R2各自独立地选自取代或未被取代的C1-C20的烷基、空键，且R1、R2不同时为空键，所述取代的取代基选自卤素中的一种或多种；以所述电解液的总重量为基准，所述醚多腈化合物的重量含量为Bwt％；所述正极片包括正极集流体以及位于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Fe元素，以所述正极活性物质层的总重量为基准，所述Fe元素的重量含量为A ppm，则所述电池满足B≥(A/10)+0.1。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，m＞n。
3.根据权利要求1或2所述的电池，其中，所述醚多腈化合物包括式(Ⅰ)、式(Ⅱ)和式(ⅡⅠ)所示结构中的一种或多种，
其中，R11、R12、R13、R14、R15、R16、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39各自独立地选自取代或未被取代的C1-C20的烷基、空键，且O原子两侧不同时为空键，所述取代的取代基选自卤素中的一种或多种；
优选地，其中，R11、R12、R13、R14、R15、R16、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39各自独立地选自取代或未被取代的C1-C3的烷基；
和/或，所述取代的取代基选自F。
4.根据权利要求3所述的电池，其中，所述醚多腈化合物至少包括式(ⅡⅠ)所示结构；
和/或，所述醚多腈化合物至少包括式(Ⅱ)和式(ⅡⅠ)所示结构。
5.根据权利要求1所述的电池，其中，所述醚多腈化合物包括以下结构中的一种或多种：
6.根据权利要求1所述的电池，其中，以所述电解液的总重量为基准，所述醚多腈化合物的重量含量Bwt％为0.1wt％-6wt％，优选为1wt％-4wt％。
7.根据权利要求1所述的电池，其中，所述电解液包括碳酸酯和/或羧酸酯，所述醚多腈化合物的重量与所述碳酸酯的重量之比为1:(69-1)，和/或，所述醚多腈化合物的重量与所述羧酸酯的重量之比为1:(63-0)。
8.根据权利要求1所述的电池，其中，所述电解液包括功能性添加剂，所述功能性添加剂包括第二腈类，所述醚多腈化合物的重量与所述功能性添加剂的重量之比为(0.4-100):100，和/或，所述醚多腈化合物的重量与所述第二腈类的重量之比为(0.01-6):1。
9.根据权利要求1所述的电池，其中，以所述正极活性物质层的总重量为基准，所述Fe元素的重量含量为0ppm＜Appm≤
30ppm，优选为0ppm＜Appm≤15ppm。
10.根据权利要求1所述的电池，其中，所述正极活性物质包括过渡金属锂氧化物和锰酸锂中的一种或多种；
优选地，所述过渡金属锂氧化物的化学式为Li1+xNiyCozM(1-y-z)
O2，其中，-0.1≤x≤1；0≤y≤1，0≤z≤1，且0≤y+z≤1，其中，M为掺杂元素，M包括Mg、Zn、Ga、Ba、Al、Fe、Cr、Sn、V、Mn、Sc、Ti、Nb、Mo和Zr中的一种或多种。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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