WO2023217139A1 - 一种电池 - Google Patents

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WO2023217139A1
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electrolyte
battery
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battery according
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王海
李素丽
李俊义
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珠海冠宇电池股份有限公司
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes

Definitions

  • the present disclosure belongs to the field of battery technology, and specifically relates to a battery, particularly a secondary battery, such as a lithium-ion secondary battery.
  • lithium-ion batteries have the advantages of high energy density, long cycle life, and environmental friendliness, they are widely used in portable electronic products such as mobile phones and laptops, and new energy vehicles.
  • lithium-ion batteries mainly consist of positive electrode materials, negative electrode materials, isolation membranes and electrolytes.
  • the cathode material is mainly selected from lithium-containing transition metal oxides, and the electrolyte mainly includes organic solvents and lithium hexafluorophosphate.
  • transition metal oxides easily release oxygen at high temperatures.
  • the decomposition of LiPF 6 will produce HF, PF 5 or PO x F y , etc. Is acid, these can easily cause lithium-ion batteries to catch fire and explode.
  • the present disclosure provides a battery with good safety performance and good cycle performance.
  • the present disclosure provides a battery.
  • the battery of the present disclosure has high safety performance and good cycle performance.
  • a battery the battery includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte and a separator, wherein the positive active material in the positive electrode includes a lithium-containing transition metal oxide, the electrolyte includes an organic solvent and an electrolyte salt, the Both the positive active material and the electrolyte contain aluminum element;
  • A is the mass percentage of aluminum element in the positive active material
  • B is the mass percentage of aluminum element in the electrolyte
  • lgA+lgB can be -6.5, -6, -5.5, -5, -4.5, -4 or any point value within the range of pairwise combinations.
  • the safety performance and cycle performance of the battery can be improved.
  • the introduction of Al element can increase the stability of the cathode active material and the electrolyte at the same time. This is because the electrolyte containing Al element can form a CEI film containing Al element on the surface of the cathode, and the cathode active material also contains Al. element, so that the CEI film has stronger adhesion with the positive active material, so during the battery charging and discharging process, the CEI film is not easy to break, from Direct contact between the electrolyte and the positive active material is avoided, causing further consumption of the electrolyte, which greatly improves the safety performance and cycle performance of the battery.
  • the mass percentage content A and the mass percentage B of the Al element in the electrolyte satisfies -6.5 ⁇ lgA+lgB ⁇ -4 the safety performance and cycle performance of the battery can be significantly improved.
  • the mass percentage A of the aluminum element (Al element) in the cathode active material is expressed based on the total weight of the cathode active material, and the weight content of the Al element is A.
  • the mass percentage content A of the Al element in the cathode active material is 0.2wt% to 1.5wt%.
  • the A is 0.2wt%, 0.3wt%, 0.4wt%, 0.5wt%, 0.6wt %, 0.7wt%, 0.8wt%, 0.9wt%, 1wt%, 1.1wt%, 1.2wt%, 1.3wt%, 1.4wt% or 1.5wt%, preferably 0.5wt% to 1.2wt%, more preferably 0.8wt% ⁇ 1wt%.
  • the mass percentage B of the aluminum element (Al element) in the electrolyte is expressed based on the total weight of the electrolyte, and the mass weight content of the Al element is B.
  • the mass percentage B of the Al element in the electrolyte is 0.01wt% to 2.5wt%, for example, the B is 0.01wt%, 0.02wt%, 0.03wt%, 0.04wt%, 0.05wt %, 0.06wt%, 0.07wt%, 0.08wt%, 0.09wt%, 0.1wt%, 0.11wt%, 0.12wt%, 0.13wt%, 0.14wt%, 0.15wt%, 0.16wt%, 0.2wt%, or 2.5wt%.
  • the transition metal element in the lithium-containing transition metal oxide is at least one of Ni, Co, and Mn.
  • the lithium-containing transition metal oxide is doped with aluminum element, and the doping amount of the aluminum element is 0.2wt% ⁇ 1.5wt%.
  • the doping amount of the aluminum element is 0.2wt%. wt%, 0.3wt%, 0.4wt%, 0.5wt%, 0.6wt%, 0.7wt%, 0.8wt%, 0.9wt%, 1wt%, 1.1wt%, 1.2wt%, 1.3wt%, 1.4wt%, 1.5wt%, preferably 0.5wt% to 1.2wt%, more preferably 0.8wt% to 1wt%.
  • the doping amount is the weight content of the Al element based on the total weight of the lithium-containing transition metal oxide.
  • the range of b needs to ensure that the aluminum element (Al element) in the lithium-containing transition metal oxide
  • the mass percentage satisfies 0.2wt% to 1.5wt%, preferably 0.5wt% to 1.2wt%, and more preferably 0.8wt% to 1wt%.
  • the electrolyte salt includes an electrolyte lithium salt containing aluminum element.
  • the mass percentage of the electrolyte lithium salt containing aluminum element to the total mass of the electrolyte is 0.1wt% to 20wt%, for example, 0.1wt%, 0.5wt%, 1wt%, 5wt%, 10wt %, 15wt%, 20wt%, preferably 0.5wt% to 20wt%, more preferably 0.5wt% to 19wt%.
  • the electrolyte lithium salt containing aluminum element includes at least one of a compound with a structural formula shown in Formula 1 and a compound with a structural formula shown in Formula 2:
  • R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are the same or different, and are independently selected from substituted or unsubstituted alkyl, substituted or unsubstituted alkoxy; the substituted substituent is halogen or alkyl;
  • X is -CH 2 - or -O-;
  • the substituted substituent is halogen or alkyl.
  • R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are the same or different, and are independently selected from substituted or unsubstituted C 1-6 alkyl, substituted or unsubstituted C 1-6 Alkoxy; the substituted substituent is halogen or C 1-6 alkyl.
  • X is -CH 2 - or -O-;
  • R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are the same or different, and are independently selected from substituted or unsubstituted C 1-3 alkyl, substituted or unsubstituted C 1-3 Alkoxy; the substituted substituent is F or C 1-3 alkyl.
  • X is -CH 2 - or -O-;
  • the electrolyte lithium salt containing aluminum element includes at least one of the compounds T1 to T7:
  • the electrolyte salt may further include at least one of lithium hexafluorophosphate, lithium bisfluorosulfonimide, and lithium bistrifluoromethanesulfonimide.
  • the mass of the electrolyte salt accounts for 8wt% to 20wt% of the total mass of the electrolyte, such as 8wt%, 9wt%, 10wt%, 11wt%, 12wt%, 13wt%, 14wt%, 15wt%, 16wt%, 17wt%, 18wt%, 19wt% or 20wt%.
  • the organic solvent is selected from at least one of carbonate esters, carboxylic acid esters, ether compounds, sulfate esters, sulfone compounds and phosphate esters.
  • the carbonate ester includes at least one of dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, and propylene carbonate;
  • the carboxylate ester includes propyl propionate, ethyl acetate, At least one of ethyl propionate and propyl acetate;
  • the ether compound includes at least one of tetrafluoroethyl tetrafluoropropyl ether and dimethyl ethyl ether;
  • the sulfate ester includes ethyl sulfate , at least one of propylene sulfate;
  • the sulfone compound includes at least one of sulfolane and n-sulfolane;
  • the phosphate ester includes trimethylphosphate.
  • the mass of the organic solvent accounts for 70 wt% to 90 wt% of the total mass of the electrolyte.
  • the electrolyte further includes additives, the additives include positive electrode protection additives, and the positive electrode protection additives are selected from the group consisting of 1,3,6-hexanetrinitrile (HTCN), succinonitrile (SN) and hexane dinitrile. At least one of nitriles (ADN). Research has found that positive electrode protection additives can stabilize the positive electrode structure. By further adding positive electrode protection additives to the electrolyte, the safety performance and cycle performance of the battery can be further improved.
  • HTCN 1,3,6-hexanetrinitrile
  • SN succinonitrile
  • ADN nitriles
  • the battery also satisfies the relationship shown in Formula II: A ⁇ 10+C ⁇ 4% Formula II
  • A is the mass percentage of aluminum element in the cathode active material
  • C is the mass percentage of the additive.
  • Al element can stabilize the cathode structure
  • cathode additives can also stabilize the cathode structure.
  • the cathode protection additive of the additive can further improve the cycle, thereby improving the cycle performance of the battery. further improvement.
  • the content of both is low, the positive electrode cannot be fully protected.
  • the mass percentage C of the additive is expressed based on the total weight of the electrolyte, and the weight content of the additive is C.
  • the mass percentage C of the additive is 1wt% to 10wt%, such as 1wt%, 2wt%, 3wt%, 4wt%, 5wt%, 6wt%, 7wt%, 8wt%, 9wt% or 10wt%.
  • the battery is a secondary battery.
  • the battery is a lithium-ion secondary battery.
  • the present disclosure improves the safety and cycle performance of the battery by limiting the content of the aluminum element in the positive active material and the electrolyte.
  • the Al element contained in the cathode active materials used in the following examples and comparative examples is prepared by doping.
  • the doping method is, for example: weighing lithium carbonate, Al 2 O 3 and Co 3
  • the O 4 precursor is stirred and mixed evenly, placed in a muffle furnace at 1050°C, and the sintering time is 12 hours.
  • a lithium-ion battery includes a positive electrode piece, a separator, an electrolyte, an aluminum plastic film and a negative electrode piece.
  • the negative electrode sheet includes a negative electrode active material, a negative electrode binder, a negative electrode conductive agent and a negative electrode dispersant.
  • the negative electrode active material is graphite
  • the dispersant is sodium carboxymethylcellulose (CMC-Na)
  • the adhesive is styrene-butadiene rubber (SBR)
  • water is the solvent
  • the conductive agent is super P (SP) and single-walled carbon nanotubes (SWCNTs)
  • the negative active material CMC-Na: SBR: SP: SWCNTs
  • the mass ratio is 96:1.5:1.5:0.9:0.1
  • the negative electrode sheet is prepared through stirring, coating, rolling, slitting, and tableting.
  • the preparation method of the negative electrode sheet is a conventional technical means in this field.
  • the positive electrode sheet includes a positive electrode active material, a positive electrode binder and a positive electrode conductive agent.
  • the positive electrode active material is lithium cobalt oxide (LiCoO 2 , which does not contain Al element), and polyvinylidene fluoride (PVDF) is the binder.
  • N-methylpyrrolidone (NMP) is the solvent
  • SP (super P) and carbon nanotubes (CNT) are composite conductive agents
  • the mass ratio of the positive active material: PVDF: SP: CNTs is 96:2:1.5:0.5
  • the positive electrode pieces are prepared through stirring, coating, rolling, slitting, and tableting.
  • the preparation method of the positive electrode pieces is a conventional technical means in this field.
  • the diaphragm is a polyethylene diaphragm.
  • Assemble the positive and negative electrodes in sheets weld the tabs, package with aluminum plastic film, seal the top and sides, vacuum bake the moisture. After the moisture reaches the standard, inject liquid, let stand, and form. After forming, vacuum, seal, and sort.
  • the charge and discharge range is 3.0V ⁇ 4.4V.
  • the batteries of the Comparative Examples and Examples were charged and discharged for 100 cycles at a rate of 1C at 25°C. At the same time, the capacity of the 100th week was divided by the capacity of the 1st week to obtain the cycle capacity retention rate.
  • the recording results are shown in Table 2. .
  • the batteries of the Comparative Examples and Examples were charged and discharged for 100 cycles at a rate of 1C at 25°C. At the same time, the capacity of the 100th week was divided by the capacity of the 1st week to obtain the cycle capacity retention rate.
  • the recording results are shown in Table 4. .

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Abstract

本公开提供一种电池，所述电池包括正极、负极、电解液和隔离膜，其中，所述正极中的正极活性材料包括含锂的过渡金属氧化物，所述电解液包括有机溶剂和电解质盐，所述正极活性材料和所述电解液中均含有铝元素；所述电池满足如下关系式：-6.5≤lgA+lgB≤-4；其中，A为所述正极活性材料中铝元素的质量百分含量，B为所述电解液中铝元素的质量百分含量。本公开通过限定了正极活性材料和电解液中的铝元素的含量，提高了电池的安全和循环性能。

Description

一种电池 技术领域
本公开属于电池技术领域，具体涉及到一种电池，特别是一种二次电池，例如锂离子二次电池。
发明背景
由于锂离子电池具有较高的能量密度、较长的循环寿命以及环境友好等优点，被大量应用在手机、笔记本电脑等便携式电子产品和新能源汽车上。
目前，锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔离膜和电解质组成。正极材料主要选自含锂的过渡金属氧化物，电解液主要包括有机溶剂和六氟磷酸锂。这种体系搭配在使用的过程中存在比较大的安全性问题，第一、过渡金属氧化物在高温下容易释放氧，第二、LiPF6分解会产生的HF、PF5或POxFy等易斯酸，这些都容易造成锂离子电池起火爆炸。
基于此，本公开提供了一种安全性能好、循环性能好的电池。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本公开提供一种电池，本公开的电池安全性能高，循环性能好。
本公开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、负极、电解液和隔离膜，其中，所述正极中的正极活性材料包括含锂的过渡金属氧化物，所述电解液包括有机溶剂和电解质盐，所述正极活性材料和所述电解液中均含有铝元素；
所述电池满足如下式I所示关系式：
-6.5≤lgA+lgB≤-4     式I
其中，A为所述正极活性材料中铝元素的质量百分含量，B为所述电解液中铝元素的质量百分含量。
lgA+lgB可以为-6.5、-6、-5.5、-5、-4.5、-4或两两组合范围内任意点值。
通过对正极活性材料和电解液中铝元素含量的调控，可以提高电池的安全性能和循环性能。经研究发现，Al元素的引入可以同时增加正极活性材料和电解液的稳定性，这是由于含Al元素的电解液能够在正极表面形成含有Al元素的CEI膜，同时正极活性材料中也含有Al元素，从而CEI膜与正极活性材料具有更强的附着力，因此在电池充放电过程中，该CEI膜不容易破裂，从 而避免电解液与正极活性材料的直接接触，造成电解液进一步消耗，这极大的提高了电池的安全性能和循环性能。在此基础上，发明人发现，Al元素在电解液中的含量和在正极活性材料中的含量与电池性能有很大关系，当控制所述正极活性材料中Al元素的质量百分含量A和所述电解液中Al元素的质量百分含量B满足-6.5≤lgA+lgB≤-4时，可以显著提高电池的安全性能和循环性能。当电池中Al元素的含量过小时，无法实现对正极活性材料和电解液稳定性的增强；当电池中Al元素的含量过大时，由于Al元素在正极活性材料中的含量太高，导致锂离子在正极中的迁移速度慢，正极表面形成的CEI膜太厚，阻抗太大；和电解液粘度急剧增加，从而极大的降低电池的性能。
在本公开中，所述正极活性材料中铝元素(Al元素)的质量百分含量A表示为以所述正极活性材料的总重量为基准，Al元素的重量含量为A。
在一实例中，所述正极活性材料中Al元素的质量百分含量A为0.2wt％～1.5wt％例如所述A为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％或1.5wt％，优选为0.5wt％～1.2wt％，进一步优选为0.8wt％～1wt％。
在本公开中，所述电解液中铝元素(Al元素)的质量百分含量B表示为以所述电解液的总重量为基准，Al元素的质量重量含量为B。
在一实例中，所述电解液中Al元素的质量百分含量B为0.01wt％～2.5wt％，例如所述B为0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.1wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％、0.14wt％、0.15wt％、0.16wt％、0.2wt％、0.22wt％、0.25wt％、0.26wt％、0.28wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、2wt％或2.5wt％。
在一实例中，所述含锂的过渡金属氧化物中的过渡金属元素为Ni、Co、Mn中的至少一种。
在一实例中，所述含锂的过渡金属氧化物中掺杂有铝元素，所述铝元素的掺杂量为0.2wt％～1.5wt％，例如，所述铝元素的掺杂量为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％，优选为0.5wt％～1.2wt％，进一步优选为0.8wt％～1wt％。所述掺杂量为以所述含锂的过渡金属氧化物的总重量为基准，Al元素的重量含量。
在一实例中，所述含锂的过渡金属氧化物的化学式为LiaNixCoyMnzAlbMcO2，其中0.7≤a≤1.3，0≤x<1，0≤y<1，0≤z<1，0≤c≤0.05，且x+y+z+b+c＝1，M选自Mg、Ti、Zr、F和B中的至少一种。
其中，b的范围需要保证所述含锂的过渡金属氧化物中铝元素(Al元素) 的质量百分含量满足0.2wt％～1.5wt％，优选为0.5wt％～1.2wt％，进一步优选为0.8wt％～1wt％。
在一实例中，所述电解质盐包括含有铝元素的电解质锂盐。
在一实例中，所述含有铝元素的电解质锂盐的质量占电解液总质量的百分含量为0.1wt％～20wt％，例如为0.1wt％、0.5wt％、1wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％，优选为0.5wt％～20wt％，进一步优选为0.5wt％～19wt％。
在一实例中，所述含有铝元素的电解质锂盐包括具有如下式1所示结构式的化合物和式2所示结构式的化合物中的至少一种：
式1中，R1、R2、R3、R4相同或不同，彼此独立地选自取代或者未取代的烷基、取代或者未取代的烷氧基；所述取代的取代基为卤素或烷基；
式2中，X为-CH2-或-O-；R5、R6相同或不同，彼此独立地选自取代或者未取代的亚烷基、-C(＝O)-(O＝)C-；所述取代的取代基为卤素或烷基。
在一实例中，式1中，R1、R2、R3、R4相同或不同，彼此独立地选自取代或者未取代的C1-6烷基、取代或者未取代的C1-6烷氧基；所述取代的取代基为卤素或C1-6烷基。
在一实例中，式2中，X为-CH2-或-O-；R5、R6相同或不同，彼此独立地选自取代或者未取代的C1-6亚烷基、-C(＝O)-(O＝)C-；所述取代的取代基为卤素或C1-6烷基。
在一实例中，式1中，R1、R2、R3、R4相同或不同，彼此独立地选自取代或者未取代的C1-3烷基、取代或者未取代的C1-3烷氧基；所述取代的取代基为F或C1-3烷基。
在一实例中，式2中，X为-CH2-或-O-；R5、R6相同或不同，彼此独立地选自取代或者未取代的C1-3亚烷基、-C(＝O)-(O＝)C-；所述取代的取代基为F或C1-3烷基。
在一实例中，所述含有铝元素的电解质锂盐包括化合物T1～T7中的至少一种：

在一实例中，所述电解质盐还可以包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种。
在一实例中，所述电解质盐的质量占电解液总质量的百分含量为8wt％～20wt％，例如为8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％或20wt％。
在一实例中，所述有机溶剂选自碳酸酯、羧酸酯、醚类化合物、硫酸酯、砜类化合物和磷酸酯中的至少一种。
其中，所述碳酸酯包括碳酸二甲酯，碳酸二乙酯，碳酸甲乙酯，碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯中的至少一种；所述羧酸酯包括丙酸丙酯，乙酸乙酯，丙酸乙酯，乙酸丙酯中的至少一种；所述醚类化合物包括四氟乙基四氟丙基醚，二甲基乙基醚中的至少一种；所述硫酸酯包括硫酸乙酯，硫酸丙烯酯中的至少一种；所述砜类化合物包括环丁砜，正丁砜中的至少一种；所述磷酸酯包括三甲基磷酸酯。
在一实例中，所述有机溶剂的质量占电解液总质量的百分含量为70wt％～90wt％。
在一实例中，所述电解液还包括添加剂，所述添加剂包括正极保护添加剂，所述正极保护添加剂选自1,3,6-己烷三腈(HTCN)、丁二腈(SN)和己二腈(ADN)中的至少一种。研究发现，正极保护添加剂可以稳定正极结构，在电解液中进一步加入正极保护添加剂，电池的安全性能和循环性能能够得到进一步的改善。
在一实例中，所述电池还满足式II所示关系式：
A×10+C≥4％    式II
其中，A为正极活性材料中铝元素的质量百分含量，C为添加剂的质量百分含量。Al元素能够稳定正极结构，正极添加剂也能稳定正极结构，当两者含量满足A×10+C≥4％时，添加剂的正极保护添加剂能起到进一步改善循环的作用，从而使电池的循环性能进一步提升。当两者含量偏低的时候，不能够充分保护正极。
在本公开中，所述添加剂的质量百分含量C表示为以所述电解液的总重量为基准，所述添加剂的重量含量为C。
在一实例中，所述添加剂的质量百分含量C为1wt％～10wt％，例如为1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％。
在一实例中，所述电池为二次电池。
在一实例中，所述电池为锂离子二次电池。
本公开的有益效果：
本公开通过限定了正极活性材料和电解液中的铝元素的含量，提高了电池的安全和循环性能。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本公开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公开，而不应被解释为对本公开保护范围的限制。凡基于本公开上述内容所实现的技术均涵盖在本公开旨在保护的范围内。
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。
下述实施例和对比例中所使用的正极活性材料中所包含的Al元素，为经过掺杂制备得到的，所述掺杂的方法例如为：称取碳酸锂、Al2O3和Co3O4前驱体搅拌混合均匀，置于马弗炉中在1050℃，烧结时间为12h，然后对烧结产物进行粉碎处理，得到颗粒分布均匀的Al掺杂的钴酸锂(LiCoyAlbO2，b+y＝1,b≤0.2)。
对比例1
一种锂离子电池，包括正极极片、隔膜、电解液、铝塑膜和负极极片。
负极极片，包括负极活性材料、负极粘结剂、负极导电剂和负极分散剂，所述负极活性材料为石墨，所述分散剂为羧甲基纤维素钠(CMC-Na)，所述负极粘接剂为丁苯橡胶(SBR)，水为溶剂，所述导电剂为super P(SP)和单壁碳纳米管(SWCNTs)，所述负极活性材料：CMC-Na：SBR：SP：SWCNTs 的质量比为96:1.5:1.5:0.9:0.1，经过搅拌、涂布、辊压、分切、制片制备成负极极片，负极极片的制备方法为本领域内常规的技术手段。
正极极片，包括正极活性材料、正极粘结剂和正极导电剂，所述正极活性材料为钴酸锂(LiCoO2，其中不含有Al元素)，聚偏氟乙烯(PVDF)为粘接剂，N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，SP(super P)和碳纳米管(CNT)为复合导电剂，所述正极活性材料：PVDF：SP：CNTs的质量比为96:2:1.5:0.5，经过搅拌、涂布、辊压、分切、制片制备成正极极片，正极极片的制备方法为本领域内常规的技术手段。
隔膜为聚乙烯隔膜。
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)按照25:70:5的质量比混合均匀后，得到非水有机溶剂。然后在非水有机溶剂中加入电解质盐(具体选择和用量如表1所示)，制备得到所述电解液。
将正极与负极进行叠片组装，焊接极耳，包装铝塑膜，顶侧封，真空烘烤水分，水分达标后进行注液、静置，进行化成，化成后进行抽真空二封，分选充放电范围为3.0V～4.4V。
实施例1-15和对比例2-3
其他操作同对比例1，区别仅在于正极活性材料不同，电解液中的电解质盐的种类和添加剂不同，具体见表1。
表1实施例和对比例的电池的组成

循环性能测试
将对比例和实施例的电池在25℃下按照1C的倍率进行充放电循环100周；同时，将第100周的容量除以第1周的容量，得到循环容量保持率，记录结果如表2。
温度冲击测试：
将对比例和实施例的电池在4.45V状态下的电池放在烘箱中，以5℃/min的速度从室温升至130℃，并在130℃条件下静置1h，观察是否起火爆炸，若起火和/或爆炸，则结果用“起火”表示，若未起火爆炸，则结果用“PASS”表示，见表2。
表2实施例和对比例的电池的性能测试结果
通过对比发现，当电池满足-6.5≤lgA+lgB≤-4时，电池的循环性能和安全性能更佳。
实施例15～20
其他操作同对比例1，区别仅在于在电解液中进一步添加腈类添加剂，具体方案见表3。
表3实施例和对比例的电池的组成
循环性能测试
将对比例和实施例的电池在25℃下按照1C的倍率进行充放电循环100周；同时，将第100周的容量除以第1周的容量，得到循环容量保持率，记录结果如表4。
温度冲击测试：
将对比例和实施例的电池在4.45V状态下的电池放在烘箱中，以5℃/min的速度从室温升至130℃，并在130℃条件下静置1h，观察是否起火爆炸，，若起火和/或爆炸，则结果用“起火”表示，若未起火爆炸，则结果用“PASS”表示，见表4。
表4实施例和对比例的电池的性能测试结果
通过对比发现，当电池满足-6.5≤lgA+lgB≤-4和A×10+C≥4％时，电池的循环性能和安全性能更佳。
以上，对本公开的实施方式进行了说明。但是，本公开不限定于上述实施方 式。凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (15)

  1. 一种电池，其特征在于，所述电池包括正极、负极、电解液和隔离膜，其中，所述正极中的正极活性材料包括含锂的过渡金属氧化物，所述电解液包括有机溶剂和电解质盐，所述正极活性材料和所述电解液中均含有铝元素；
    所述电池满足如下式I所示关系式：
    -6.5≤lgA+lgB≤-4       式I
    其中，A为所述正极活性材料中铝元素的质量百分含量，B为所述电解液中铝元素的质量百分含量。
  2. 根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述正极活性材料中Al元素的质量百分含量A为0.2wt％～1.5wt％，优选为0.5wt％～1.2wt％，进一步优选为0.8wt％～1wt％。
  3. 根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述电解液中Al元素的质量百分含量B为0.01wt％～2.5wt％。
  4. 根据权利要求1-3任一项所述的电池，其特征在于，所述含锂的过渡金属氧化物中掺杂有铝元素，所述铝元素的掺杂量为0.2wt％～1.5wt％，优选为0.5wt％～1.2wt％，进一步优选为0.8wt％～1wt％。
  5. 根据权利要求1-4任一项所述的电池，其特征在于，所述含锂的过渡金属氧化物的化学式为LiaNixCoyMnzAlbMcO2，其中0.7≤a≤1.3，0≤x<1，0≤y<1，0≤z<1，0≤c≤0.05，且x+y+z+b+c＝1，M选自Mg、Ti、Zr、F和B中的至少一种。
  6. 根据权利要求1-5任一项所述的电池，其特征在于，所述电解质盐包括含有铝元素的电解质锂盐。
  7. 根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述含有铝元素的电解质锂盐的质量占电解液总质量的百分含量为0.1wt％-20wt％，优选为0.5wt％～20wt％，进一步优选为0.5wt％～19wt％。
  8. 根据权利要求6或7所述的电池，其特征在于，所述含有铝元素的电解质锂盐包括具有如下式1所示结构式的化合物和式2所示结构式的化合物中的至少一种：
    式1中，R1、R2、R3、R4相同或不同，彼此独立地选自取代或者未取代的烷基、取代或者未取代的烷氧基；所述取代的取代基为卤素或烷基；
    式2中，X为-CH2-或-O-；R5、R6相同或不同，彼此独立地选自取代或者未取代的亚烷基、-C(＝O)-(O＝)C-；所述取代的取代基为卤素或烷基；
    优选地，式1中，R1、R2、R3、R4相同或不同，彼此独立地选自取代或者未取代的C1-6烷基、取代或者未取代的C1-6烷氧基；所述取代的取代基为卤素或C1-6烷基；
    优选地，式2中，X为-CH2-或-O-；R5、R6相同或不同，彼此独立地选自取代或者未取代的C1-6亚烷基、-C(＝O)-(O＝)C-；所述取代的取代基为卤素或C1-6烷基；
    优选地，式1中，R1、R2、R3、R4相同或不同，彼此独立地选自取代或者未取代的C1-3烷基、取代或者未取代的C1-3烷氧基；所述取代的取代基为F或C1-3烷基；
    优选地，式2中，X为-CH2-或-O-；R5、R6相同或不同，彼此独立地选自取代或者未取代的C1-3亚烷基、-C(＝O)-(O＝)C-；所述取代的取代基为F或C1-3烷基。
  9. 根据权利要求6-8任一项所述的电池，其特征在于，所述含有铝元素的电解质锂盐包括化合物T1～T7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，所述电解质盐还包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种；
    和/或，所述电解质盐的质量占电解液总质量的百分含量为8wt％～20wt％。
  11. 根据权利要求1-10任一项所述的电池，其特征在于，所述电解液还包括添加剂，所述添加剂包括正极保护添加剂，所述正极保护添加剂选自1,3,6-己烷三腈、丁二腈、己二腈中的至少一种。
  12. 根据权利要求1-11任一项所述的电池，其特征在于，所述电池还满足式II所示关系式：
    A×10+C≥4％    式II
    其中，A为正极活性材料中铝元素的质量百分含量，C为添加剂的质量百分含量。
  13. 根据权利要求11或12所述的电池，其特征在于，所述添加剂的质量百分含量C为1wt％～10wt％。
  14. 根据权利要求1-13所述的电池，其特征在于，所述有机溶剂选自碳酸酯、羧酸酯、醚类化合物、硫酸酯、砜类化合物和磷酸酯中的至少一种；
    优选地，所述碳酸酯包括碳酸二甲酯，碳酸二乙酯，碳酸甲乙酯，碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯中的至少一种；
    优选地，所述羧酸酯包括丙酸丙酯，乙酸乙酯，丙酸乙酯，乙酸丙酯中的至少一种；
    优选地，所述醚类化合物包括四氟乙基四氟丙基醚，二甲基乙基醚中的至少一种；
    优选地，所述硫酸酯包括硫酸乙酯，硫酸丙烯酯中的至少一种；所述砜类化合物包括环丁砜，正丁砜中的至少一种；
    优选地，所述磷酸酯包括三甲基磷酸酯。
  15. 根据权利要求1-14所述的电池，其特征在于，所述电池为二次电池；
    优选地，所述电池为锂离子二次电池。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016181500A (ja) * 2015-03-24 2016-10-13 日亜化学工業株式会社 非水電解液二次電池用正極活物質
CN107534185A (zh) * 2015-05-26 2018-01-02 三井化学株式会社 电池用非水电解液及锂二次电池
WO2019181983A1 (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 昭和電工株式会社 電解液およびレドックスフロー電池
CN113812021A (zh) * 2021-08-11 2021-12-17 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置及电子装置
WO2022047628A1 (zh) * 2020-09-01 2022-03-10 宁德新能源科技有限公司 电解液、电化学装置及电子装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016181500A (ja) * 2015-03-24 2016-10-13 日亜化学工業株式会社 非水電解液二次電池用正極活物質
CN107534185A (zh) * 2015-05-26 2018-01-02 三井化学株式会社 电池用非水电解液及锂二次电池
WO2019181983A1 (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 昭和電工株式会社 電解液およびレドックスフロー電池
WO2022047628A1 (zh) * 2020-09-01 2022-03-10 宁德新能源科技有限公司 电解液、电化学装置及电子装置
CN113812021A (zh) * 2021-08-11 2021-12-17 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置及电子装置

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