WO2025200764A1 - 锂离子电池以及电子装置 - Google Patents

锂离子电池以及电子装置

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WO2025200764A1
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ion battery
electrolyte
lithium
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王蕊
刘俊飞
郑湘岭
周邵云
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Ningde Amperex Technology Ltd
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present application relates to the field of electrochemical energy storage, and in particular to a lithium-ion battery and an electronic device using the lithium-ion battery.
  • Lithium-ion batteries due to their high energy density, long cycle life, and lack of memory effect, are widely used in smartphones, wearable devices, consumer drones, and electric vehicles. With the widespread application of lithium-ion batteries in these areas, the market demand for their energy density is increasing.
  • the present application provides a lithium-ion battery, which, through the coordinated cooperation of the electrolyte and the nickel-cobalt-manganese ternary material, is beneficial to ensuring the energy density of the lithium-ion battery while also improving the cycle life of the lithium-ion battery under high voltage conditions.
  • the present application also provides an electronic device using the lithium-ion battery.
  • the lithium-ion battery is helpful in extending the service life of the electronic device and reducing the cost of use.
  • the first aspect of the present application provides a lithium-ion battery, comprising a positive electrode plate and an electrolyte.
  • the positive electrode plate comprises a positive electrode current collector and a positive electrode material layer provided on the positive electrode current collector, and the positive electrode material layer comprises a nickel-cobalt-manganese ternary material.
  • the particle size Dv10 of the nickel-cobalt-manganese ternary material is D1 ⁇ m
  • the particle size Dv90 of the nickel-cobalt-manganese ternary material is D2 ⁇ m
  • the nickel-cobalt-manganese ternary material satisfies: 0.9 ⁇ D1 ⁇ 4.8, 1.2 ⁇ D2/D1 ⁇ 6.6.
  • the electrolyte comprises at least one of a compound of formula I and a compound of formula II, at least one of a compound of formula III and a compound of formula IV, and a compound of formula V.
  • the structural formula of the compound of formula I is The structural formula of the compound of formula II is The structural formula of the compound of formula III is The structural formula of the compound of formula IV is The structural formula of the compound of formula V is
  • R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently C 1 -C 10 alkyl;
  • R 5 and R 6 are each independently substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl, at least one of R 5 and R 6 is substituted and the substituent is fluorine-substituted;
  • R 7 and R 8 are each independently substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl, at least one of R 7 and R 8 is substituted and the substituent is fluorine-substituted;
  • R 9 and R 10 are each independently F, substituted or unsubstituted C 1 -C 3 alkyl; when R 9 and R 10 are substituted, the substituent in R 9 and R 10 is halogen.
  • the sum of the mass percentages of the compound of formula III and the compound of formula IV is C%, and the electrolyte satisfies: 25 ⁇ C ⁇ (D2/D1) ⁇ 400.
  • the lithium-ion battery of the present application first, by combining the compound of formula V with at least one of the compounds of formula I and formula II and at least one of the compounds of formula III and formula IV, is advantageous in broadening the oxidation resistance window of the electrolyte, improving the oxidation resistance of the electrolyte at the positive electrode, inhibiting the decomposition of the electrolyte at the positive electrode, and also advantageously forming a solid electrolyte interface film (CEI) rich in LiF at the positive electrode, thereby facilitating improving the stability of the nickel-cobalt-manganese ternary material at high voltage.
  • CEI solid electrolyte interface film
  • the nickel-cobalt-manganese ternary material having the above-mentioned specific particle size requirements is advantageously used to reduce the risk of scratches affecting product quality during the production of the pole piece due to excessive particle size, and at the same time, it is advantageous to reduce the side reaction of the electrolyte and the positive electrode material layer on the positive electrode side caused by the excessive contact area between the electrolyte and the positive electrode material layer due to the small particle size, thereby facilitating reducing the generation of side reaction products on the positive electrode side, thereby facilitating improving the problems of rapid cycle decay and high-temperature gas production of lithium-ion batteries at high voltage.
  • the specific relationship between the sum of the mass percentages of the compound of formula III and the compound of formula IV and the particle size of the nickel-cobalt-manganese ternary material is conducive to the generation of LiF with an appropriate thickness on the surface of the positive electrode material layer (which can effectively cover the surface of the positive electrode particles and inhibit the contact between the positive electrode particles and the electrolyte, and does not generate excessive LiF at the positive electrode to cause an increase in impedance).
  • the electrolyte and the nickel-cobalt-manganese ternary material work together to reduce the side reactions between the electrolyte and the positive electrode material layer in the lithium-ion battery, thereby further reducing the amount of side reaction products generated, and further improving the cycle performance of the lithium-ion battery and reducing the gas production of the lithium-ion battery.
  • the electrolyte satisfies at least one of the following conditions: (1) 5 ⁇ A ⁇ 68; (2) 0.01 ⁇ B ⁇ 20; (3) 2 ⁇ A/B ⁇ 20.
  • the electrolyte satisfies: 20 ⁇ C ⁇ 85.
  • the electrolyte satisfies: 36 ⁇ C ⁇ (D2/D1) ⁇ 240.
  • the synergistic effect between the electrolyte and the nickel-cobalt-manganese ternary material is further enhanced, thereby further reducing the generation of side reaction products, and further improving the cycle performance and gas production of the lithium-ion battery.
  • the compound of formula I includes at least one of methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate and propyl propionate.
  • the compound of formula II includes at least one of dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.
  • the compound of formula V includes at least one of the following compounds:
  • the compound of formula III includes at least one of the following compounds:
  • the compound of formula IV includes at least one of the following compounds:
  • a second aspect of the present application provides an electronic device comprising the lithium-ion battery described above.
  • the lithium-ion battery described above is beneficial for increasing the service life of the electronic device and reducing the cost of use.
  • the phrase "at least one of a and b" means only a; only b; or a and b.
  • the phrase "at least one of a, b and c" means only a; or only b; only c; a and b (excluding c); a and c (excluding b); b and c (excluding a); or all of a, b and c.
  • the Dv10 particle size test for nickel-cobalt-manganese ternary materials involves placing 0.07g of nickel-cobalt-manganese ternary material powder in a clean 50mL beaker, adding 20mL of deionized water, and then adding 0.2mL of the surfactant sodium lauryl sulfate dropwise to completely disperse the powder in the deionized water. The powder is then ultrasonicated in a 120W ultrasonic cleaner for 5 minutes. The particle size distribution is then measured using a MasterSizer 2000. Laser scattering particle size analysis is used to determine the particle diameter corresponding to the 10% cumulative volume fraction in the volume-based distribution.
  • the compound of formula II may include, but is not limited to, at least one of dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate.
  • the compound of formula III may include but is not limited to at least one of the following compounds:
  • the compound of formula IV may include, but is not limited to, at least one of the following compounds:
  • the electrolyte may further include other non-aqueous organic solvents and electrolyte salts.
  • the non-aqueous organic solvent may include, but is not limited to, at least one of a carbonate solvent, a non-fluorinated carboxylate solvent, an ether solvent, or other aprotic solvent.
  • carbonate solvents include, but are not limited to, methylpropyl carbonate, ethylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, butylene carbonate, bis(2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, and the like.
  • the electrolyte salt may include, but is not limited to, at least one of an organic lithium salt or an inorganic lithium salt.
  • the electrolyte salt may be selected from, but is not limited to, at least one of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetraphenylborate (LiB(C 6 H 5 ) 4 ), lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3 ), lithium bisfluorosulfonyl imide (LiFSI), lithium bistrifluoromethanesulfonyl imide (LiTFSI), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (LiN(SO 2 CF 3 )
  • the electrolyte may further include a nitrile additive, which may be selected from but is not limited to at least one of succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, trans-butenedinitrile, trans-hexenedinitrile, 1,2-bis(cyanoethoxy)ethane, 1,3,6-hexanetricarboxylic acid nitrile, 1,2,3-tris(cyanoethoxy)propane or 1,5-dicyanopentane.
  • a nitrile additive which may be selected from but is not limited to at least one of succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, trans-butenedinitrile, trans-hexenedinitrile, 1,2-bis(cyanoethoxy)ethane, 1,3,6-hexanetricarboxylic acid nitrile, 1,2,3-tris(cyanoethoxy)propane or 1,5-dicyanopentane.
  • the positive electrode current collector can be made of aluminum foil or nickel foil, or any composite current collector disclosed in the prior art, such as, but not limited to, a current collector formed by combining the aforementioned conductive foil and a polymer substrate.
  • the thickness of the positive electrode current collector can be 1 ⁇ m to 200 ⁇ m, and the thickness of the positive electrode material layer can be 10 ⁇ m to 500 ⁇ m. It is understood that other values for the aforementioned thicknesses may also be used.
  • the positive electrode material layer also contains an adhesive for bonding the nickel-cobalt-manganese ternary material to facilitate the formation of a film layer, while also being able to improve the bonding force between the positive electrode material layer and the positive electrode current collector.
  • the binder may include but is not limited to at least one of polyvinyl alcohol, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, styrene-acrylate copolymer, styrene-butadiene copolymer, polyamide, polyacrylonitrile, polyethylene, polyvinyl ether, polyhexafluoropropylene, polyacrylonitrile, polyacrylate, polyacrylic acid, polyacrylate, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin or nylon.
  • PVDF polyvinylidene fluor
  • the negative electrode active layer may further comprise a negative electrode conductive material, including but not limited to carbon-based materials, metal-based materials, conductive polymers, or any combination thereof.
  • the carbon-based material may include but is not limited to natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, graphene, carbon nanotubes, fibers, or any combination thereof.
  • the metal-based material may include but is not limited to metal powder or metal fibers, such as copper, nickel, aluminum, or silver.
  • the conductive polymer may be a polyphenylene derivative.
  • the isolation membrane may further include a porous layer, which is disposed on at least one surface of the base film.
  • the porous layer includes at least one of inorganic particles or a binder.
  • the inorganic particles may be selected from but not limited to at least one of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), titanium oxide (TiO 2 ), hafnium dioxide (HfO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), cerium dioxide (CeO 2 ), nickel oxide (NiO), zinc oxide (ZnO), calcium oxide (CaO), zirconium oxide (ZrO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), boehmite, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide or barium sulfate.
  • the pores in the isolation membrane may have a diameter, but are not limited to, in the range of approximately 0.01 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • the lithium-ion battery is used in electronic devices to power other electronic components in the electronic devices. Since the electrolyte improves the cycle performance of the lithium-ion battery under high voltage conditions, the lithium-ion battery is helpful in extending the service life of the electronic device and reducing the cost of use.
  • LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 , Super P, and polyvinylidene fluoride were mixed in a mass ratio of 97:1.4:1.6.
  • N-methylpyrrolidone (NMP) was added and stirred thoroughly in a vacuum mixer to produce a positive electrode slurry with a solid content of 72 wt%.
  • the positive electrode slurry was evenly coated on one surface of a 9 ⁇ m thick positive electrode current collector aluminum foil.
  • the foil was then dried at 85°C for 4 hours to produce a single-sided positive electrode material sheet with a coating thickness of 128 ⁇ m and a width of 74 mm.
  • the above steps were repeated on the other surface of the aluminum foil to obtain a double-sided positive electrode material sheet.
  • the sheet was then cold pressed, cut, and slit to obtain a 74 mm ⁇ 867 mm positive electrode sheet.
  • the compacted density of the cold-pressed positive electrode material layer was 3.4 g/ cm3 .
  • the negative electrode active materials artificial graphite, styrene-butadiene rubber, and sodium carboxymethyl cellulose, were mixed in a mass ratio of 95:2:3.
  • Deionized water was added and the mixture was stirred thoroughly in a vacuum mixer to obtain a negative electrode slurry with a solid content of 75 wt%.
  • the negative electrode slurry was evenly coated on one surface of a 5 ⁇ m thick copper foil for the negative electrode current collector.
  • the foil was then dried at 85°C for 4 hours to obtain a negative electrode sheet coated on one side with a negative electrode material layer of 70 ⁇ m thickness and 76.6 mm width.
  • the above steps were repeated on the other surface of the copper foil to obtain a negative electrode sheet coated on both sides.
  • the sheet was then cold pressed, cut, and slit to obtain a negative electrode sheet measuring 76.6 mm x 875 mm.
  • the compacted density of the negative electrode material layer after cold pressing was 1.7 g/ cm3 .
  • the lithium-ion batteries prepared in Examples 1-40 and Comparative Examples 1-19 were tested for high-temperature intermittent cycle performance. The test results are recorded in Table 1 and/or Table 2.
  • the charge and discharge cycles are repeated until the discharge capacity retention rate decays to 70% of the first discharge capacity.
  • the test is stopped and the number of cycles is recorded as an indicator for evaluating the intermittent cycle capacity retention rate of the lithium-ion battery.

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Abstract

本申请提供一种锂离子电池和一种应用锂离子电池的电子装置，锂离子电池包括正极极片和电解液，正极极片包括镍钴锰三元材料，镍钴锰三元材料的粒径Dv10为D1μm，镍钴锰三元材料的粒径Dv90为D2μm，镍钴锰三元材料满足：0.9≤D1≤4.8，1.2≤D2/D1≤6.6。电解液包括结构式为式（I）化合物和结构式为的式（II）化合物中的至少一者、结构式为的式（III）化合物和结构式为的式（IV）化合物中的至少一者以及结构式为的式（V）化合物；基于电解液的总质量，式（III）化合物和式（IV）化合物的质量百分含量的总和为C％，电解液满足：25≤C×(D2/D1)≤400。通过电解液与镍钴锰三元材料之间的协同作用，有利于保障锂离子电池在高电压状态下的间歇循环性能。

Description

锂离子电池以及电子装置 技术领域
本申请涉及电化学储能领域，尤其是涉及一种锂离子电池以及一种应用所述锂离子电池的电子装置。
背景技术
锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命以及无记忆效应等优点，被广泛应用于智能手机、穿戴设备、消费级无人机以及电动汽车等领域。随着锂离子电池在上述领域中的广泛应用，市场对锂离子电池能量密度的要求越来越高。
提高锂离子电池的截止电压是提高锂离子电池的能量密度的关键，因此如何在高电压下保障锂离子电池的性能已成为亟待解决的关键技术问题。
发明内容
本申请提供一种锂离子电池，通过电解液与镍钴锰三元材料的协同配合，有利于保障锂离子电池的能量密度的同时还有利于提升锂离子电池在高电压状态下的循环寿命。
另，本申请还提供一种应用所述锂离子电池的电子装置，通过所述锂离子电池，有利于延长所述电子装置的使用寿命以及降低使用成本。
本申请第一方面提供一种锂离子电池，包括正极极片和电解液。正极极片包括正极集流体和设于正极集流体的正极材料层，正极材料层包括镍钴锰三元材料。镍钴锰三元材料的粒径Dv10为D1μm，镍钴锰三元材料的粒径Dv90为D2μm，镍钴锰三元材料满足：0.9≤D1≤4.8，1.2≤D2/D1≤6.6。电解液包括式I化合物和式II化合物中的至少一者、式III化合物和式IV化合物中的至少一者以及式V化合物。式I化合物的结构式为式II化合物的结构式为式III化合物的结构式为式IV化合物的结构式为式V化合物的结构式为
R1、R2、R3和R4各自独立地为C1-C10烷基；R5和R6各自独立地为经取代或未取代的C1-C10烷基，R5和R6中的至少一者经取代且取代基为氟取代；R7和R8各自独立地为经取代或未取代的C1-C10烷基，R7和R8中的至少一者经取代且取代基为氟取代；R9和R10各自独立地为F、经取代或未取代的C1-C3烷基；当R9和R10经取代时，R9和R10中的取代基为卤素。
基于电解液的总质量，式III化合物和式IV化合物的质量百分含量的总和为C％，电解液满足：25≤C×(D2/D1)≤400。
本申请的锂离子电池，首先，通过式V化合物配合式I化合物和式II化合物中的至少一者以及式III化合物和式IV化合物中的至少一者，有利于拓宽电解液的耐氧化窗口，提高电解液在正极的耐氧化性，抑制电解液在正极的分解，还有利于在正极形成富含LiF的固体电解质界面膜(CEI)，从而有利于提高镍钴锰三元材料在高电压下的稳定性。而通过具有上述特定粒径要求的镍钴锰三元材料，有利于降低粒径过大而在极片的生产过程中出现划痕影响产品质量的风险，同时有利于减少因粒径过小使得电解液与正极材料层接触面积过大而导致的正极侧的电解液和正极材料层的副反应，从而有利于减少正极侧副反应产物的产生，进而有利于改善锂离子电池在高电压下循环衰减快和高温产气多的问题。而通过式III化合物和式IV化合物的质量百分含量的总和与镍钴锰三元材料的粒径之间的特定关系，有利于在正极材料层表面生成厚度合适(既可有效覆盖正极颗粒表面，抑制正极颗粒与电解液的接触，又不至于在正极生成过多含量LiF导致阻抗增大)的LiF，电解液与镍钴锰三元材料协同发挥减少锂离子电池中电解液与正极材料层之间的副反应的作用，从而有利于进一步地降低副反应产物的产生量，进而有利于改善锂离子电池的循环性能和降低锂离子电池的产气。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，基于电解液的总质量，式I化合物和式II化合物的质量百分含量的总和为A％，式V化合物的质量百分含量为B％，电解液满足以下条件中的至少一者：(1)5≤A≤68；(2)0.01≤B≤20；(3)2≤A/B≤20。在上述可能的实施方式中，通过控制式I化合物和式II化合物的质量百分含量的总和以及式V化合物的质量百分含量在上述特定的范围内，有利于进一步地拓宽电解液的耐氧化窗口，同时还有利于提升电解液的离子电导率，保证锂离子在电解液中的传输，降低极化改善循环性能。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，电解液满足：20≤C≤85，通过控制式III化合物和式IV化合物的质量百分含量的总和在上述特定的范围内，有利于提升锂盐解离能力的同时进一步地拓宽电解液的耐氧化窗口，从而有利于改善循环性能和产气。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，电解液满足：36≤C×(D2/D1)≤240。在上述可能的实施方式中，通过控制式III化合物和式IV化合物的质量百分含量的总和与镍钴锰三元材料粒径之间的特定关系，有利于进一步地发挥电解液与镍钴锰三元材料之间的协同作用，从而有利于进一步地减少副反应产物的产生，进而有利于进一步地改善锂离子电池的循环性能以及产气。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，式I化合物包括甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯和丙酸丙酯中的至少一者。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，式II化合物包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一者。
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，所述式V化合物包括如下化合物中的至少一者：
基于第一方面，在一些可能的实施方式中，式III化合物包括如下化合物中的至少一者：

基于第一方面，在一些可能的实施方式中，式IV化合物包括如下化合物中的至少一者：

本申请的第二方面提供一种电子装置，其包括上述锂离子电池。上述锂离子电池有利于提升电子装置的使用寿命以及降低使用成本。
具体实施方式
下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
下文，将详细地描述本申请的实施方式。但是，本申请可体现为许多不同的形式，并且不应解释为限于本文阐释的示例性实施方式。而是，提供这些示例性实施方式，从而使本申请透彻的和详细的向本领域技术人员传达。
进一步，当描述本申请的实施方式时使用“可”指“本申请的一个或多个实施方式”。
本文使用的专业术语是为了描述具体实施方式的目的并且不旨在限制本申请。如本文所使用，单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。应进一步理解，术语“包括”，当在本说明书中使用时，指存在叙述的特征、数值、步骤、操作、要素和/或组分，但是不排除存在或增加一个或多个其他特征、数值、步骤、操作、要素、组分和/或其组合。术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目a及b，那么短语“a及b中的至少一者”意味着仅a；仅b；或a及b。在另一实例中，如果列出项目a、b及c，那么短语“a、b及c中的至少一者”意味着仅a；或仅b；仅c；a及b(排除c)；a及c(排除b)；b及c(排除a)；或a、b及c的全部。
空间相关术语，比如“上”等可在本文用于方便描述，以描述一个要素或特征与另一要素(多个要素)或特征(多个特征)的关系。应理解，空间相关术语旨在包括设备或装置在使用或操作中的不同方向。例如，如果设备翻转，则描述为在其他要素或特征“上方”或“上”的要素将定向在其他要素或特征的“下方”或“下面”。因此，示例性术语“上”可包括上面和下面的方向。
术语“卤素”是指氟、氯、溴等。
Dv10表示颗粒在体积基准的粒度分布中从小粒径侧起达到体积累计10％的粒径，即，小于此粒径的颗粒的体积占颗粒总体积的10％。Dv90表示颗粒在体积基准的粒度分布中从小粒径侧起达到体积累计90％的粒径，即，小于此粒径的颗粒的体积占颗粒总体积的90％。镍钴锰三元材料的粒径Dv10测试的步骤包括：将镍钴锰三元材料粉末取0.07g置于50mL的洁净烧杯中，加入20mL去离子水，再滴加0.2mL的表面活性剂十二烷基硫酸钠，使粉末完全分散于去离子水中，120W超声清洗机中超声5分钟，利用MasterSizer 2000测试粒度分布，通过激光散射粒度仪测试得到：颗粒在体积基准分布中累计体积分数达到10％时所对应的直径。镍钴锰三元材料的粒径Dv90测试的步骤包括：将镍钴锰三元材料粉末取0.07g置于50mL的洁净烧杯中，加入20mL去离子水，再滴加0.2mL的表面活性剂十二烷基硫酸钠，使粉末完全分散于去离子水中，120W超声清洗机中超声5分钟，利用MasterSizer 2000测试粒度分布，通过激光散射粒度仪测试得到：颗粒在体积基准分布中累计体积分数达到90％时所对应的直径。镍钴锰三元材料。
在本申请中，参数数值之间的大于、小于或不等于设计关系，需要排除测量设备的合理误差。
本申请一实施方式提供一种锂离子电池，有利于提升其在高电压状态下的循环寿命。该锂离子电池包括电解液、正极极片、负极极片和隔离膜。隔离膜设于正极极片和负极极片之间。正极极片、隔离膜和负极极片可依次交替层叠形成叠片式电极组件，或者正极极片、隔离膜和负极极片依次层叠后卷绕以形成卷绕式电极组件。
锂离子电池还包括壳体，正极极片、负极极片、隔离膜和电解液收容于壳体内。壳体可为采用封装膜例如但不仅限于铝塑膜封装得到的包装袋，即锂离子电池可为软包电池。壳体也可为但不仅限于钢壳电池、铝壳电池等现有技术中公开的壳体。
电解液包括式I化合物和式II化合物中的至少一者、式III化合物和式IV化合物中的至少一者以及式V化合物。
式I化合物的结构式为式II化合物的结构式为其中，R1、R2、R3和R4各自独立地为C1-C10烷基。
式III化合物的结构式为式IV化合物的结构式为其中，R5和R6各自独立地为经取代或未取代的C1-C10烷基，R5和R6中的至少一者经取代且取代基为氟取代；R7和R8各自独立地为经取代或未取代的C1-C10烷基，R7和R8中的至少一者经取代且取代基为氟取代。
式V化合物的结构式为其中，R9和R10各自独立地为F、经取代或未取代的C1-C3烷基；当R9和R10经取代时，R9和R10中的取代基为卤素。
正极极片包括正极集流体和设于正极集流体的正极材料层，正极材料层包括镍钴锰三元材料。定义镍钴锰三元材料的粒径Dv10为D1μm，镍钴锰三元材料的粒径Dv90为D2μm，其中，镍钴锰三元材料满足：0.9≤D1≤4.8，1.2≤D2/D1≤6.6。
基于电解液的总质量，定义式III化合物和式IV化合物的质量百分含量的总和为C％，其中，电解液满足：25≤C×(D2/D1)≤400。
在上述锂离子电池中，通过式V化合物配合式I化合物和式II化合物中的至少一者以及式III化合物和式IV化合物中的至少一者，有利于拓宽电解液的耐氧化窗口，提高电解液在正极的耐氧化性，抑制电解液在正极的分解，还有利于在正极形成富含LiF的固体电解质界面膜(CEI)，从而有利于提高镍钴锰三元材料在高电压下的稳定性。而通过具有上述特定粒径要求的镍钴锰三元材料，有利于降低粒径过大而在极片的生产过程中出现划痕影响产品质量的风险，同时有利于减少因粒径过小使得电解液与正极材料层接触面积过大而导致的正极侧的电解液和正极材料层的副反应，从而有利于减少正极侧副反应产物的产生，进而有利于改善锂离子电池在高电压下循环衰减快和高温产气多的问题。而通过式III化合物和式IV化合物的质量百分含量的总和与镍钴锰三元材料的粒径之间的特定关系，有利于在正极材料层表面生成厚度合适(既可有效覆盖正极颗粒表面，抑制正极颗粒与电解液的接触，又不至于在正极生成过多含量LiF导致阻抗增大)的LiF，电解液与镍钴锰三元材料协同发挥减少锂离子电池中电解液与正极材料层之间的副反应的作用，从而有利于进一步地降低副反应产物的产生量，进而有利于改善锂离子电池的循环性能和降低锂离子电池的产气。
进一步地，电解液可满足：36≤C×(D2/D1)≤240，有利于进一步地发挥电解液与镍钴锰三元材料之间的协同作用，从而有利于进一步地减少副反应产物的产生，进而有利于进一步地改善锂离子电池的循环性能以及产气。
在一些实施方式中，式I化合物可包括但不仅限于甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯和丙酸丙酯中的至少一者。
在一些实施方式中，式II化合物可包括但不仅限于碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一者。
在一些实施方式中，式III化合物可包括但不仅限于如下化合物中的至少一者：
在一些实施方式中，式IV化合物可包括但不仅限于如下化合物中的至少一者：
在一些实施方式中，式V化合物可包括但不仅限于如下化合物中的至少一者：
基于电解液的总质量，定义式I化合物和式II化合物的质量百分含量的总和为A％，式V化合物的质量百分含量为B％。在一些实施方式中，电解液还可进一步地满足以下条件中的至少一者：(1)5≤A≤68；(2)0.01≤B≤20；(3)2≤A/B≤20。通过控制式I化合物和式II化合物的质量百分含量的总和以及式V化合物的质量百分含量在上述特定的范围内，有利于进一步地拓宽电解液的耐氧化窗口，同时还有利于提升电解液的离子电导率，保证锂离子在电解液中的传输，降低极化改善循环性能。其中，A过高的话，溶剂高电压下的耐氧化性较弱，导致循环较差以及高温容易产气；A过低的话，离子电导率较低，锂离子传输较慢，极化较大，影响循环。B过高的话，成膜阻抗较大，恶化循环；B过低的话，成膜保护作用较弱，影响高电压下循环性能。
在一些实施方式中，电解液还可进一步地满足：20≤C≤85，通过控制式III化合物和式IV化合物的质量百分含量的总和在上述特定的范围内，有利于提升锂盐解离能力的同时进一步地拓宽电解液的耐氧化窗口，从而有利于改善循环性能和产气。
在一些实施方式中，电解液还可包括其他非水有机溶剂和电解质盐。
非水有机溶剂可包含但不仅限于碳酸酯类溶剂、非氟代羧酸酯类溶剂、醚类溶剂或其他非质子溶剂中的至少一种。碳酸酯类溶剂的示例包括但不仅限于碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸二丙酯、碳酸丁烯酯、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯等。非氟代羧酸酯类溶剂的示例包括但不仅限于乙酸正丁酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、丁酸丁酯、γ-丁内酯、戊内酯等。醚类溶剂的示例包括但不仅限于乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二丁醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、双(2,2,2-三氟乙基)醚等。
电解质盐可包括但不仅限于有机锂盐或无机锂盐中的至少一种。例如，电解质盐可选自但不仅限于六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四苯硼酸锂(LiB(C6H5)4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiN(SO2CF3)2)、三(三氟甲基磺酰)甲基锂(LiC(SO2CF3)3)、二草酸硼酸锂(LiBOB)和二氟磷酸锂(LiPO2F2)中的至少一者。
电解液还可包括腈类添加剂，腈类添加剂可选自但不仅限于丁二腈、戊二腈、己二腈、反式丁烯二腈、反式己烯二腈、1,2-二(氰乙氧基)乙烷、1,3,6-己烷三甲腈、1,2,3-三(氰乙氧基)丙烷或1,5-二氰基戊烷等中的至少一种。
正极集流体可以使用铝箔或镍箔等，也可为任何现有技术中公开的复合集流体，例如但不仅限于前述导电箔和聚合物基底结合形成的集流体。作为示例的，正极集流体的厚度可为1μm至200μm，正极材料层的厚度可为10μm至500μm。可以理解的，上述厚度还可以采用其他数值。
在一些实施方式中，上述镍钴锰三元材料还可经过掺杂和/或包覆处理，也可经过其他方式的改性处理。在本申请中，不对镍钴锰三元材料的组成进行限定，即其可为任何现有技术中公开的镍钴锰三元材料。
正极材料层还包含粘合剂，用以粘结镍钴锰三元材料从而便于形成膜层，同时还能够提高正极材料层与正极集流体之间的结合力。
在一些实施方式中，粘合剂可包括但不仅限于聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、羧甲基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙烯、聚乙烯醚、聚六氟丙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂或尼龙等中的至少一者。
正极材料层还可包含正极导电材料，正极导电材料包括但不限于基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物或其任意组合。在一些实施方式中，基于碳的材料可包括但不仅限于自天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管碳、纤维或其任意组合。在一些实施方式中，基于金属的材料可包括但不仅限于金属粉或金属纤维，例如铜、镍、铝或银。在一些实施方式中，导电聚合物可为聚亚苯基衍生物。
负极极片包括负极集流体和设于负极集流体上的负极活性层。负极集流体可以使用铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔或碳基集流体等中的至少一者，也可为任何现有技术中公开的复合集流体，例如但不仅限于前述导电箔和聚合物基底结合形成的集流体。作为示例的，负极集流体的厚度可为1μm至200μm，负极活性层的厚度可为10μm至500μm。可以理解的，上述厚度还可以采用其他数值。
负极活性层包含负极活性材料，负极活性材料可采用本领域已知的能够进行活性离子可逆脱嵌的负极活性物质，本申请不做限制。例如，可以包括但不限于石墨、软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料、锡基材料、钛酸锂或其他能与锂形成合金的金属等中的至少一种。其中，石墨可选自人造石墨、天然石墨以及改性石墨中的至少一种；硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅合金中的至少一种；锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物、锡合金等中的至少一种。
负极活性层还包含粘结剂，用以粘结负极活性材料颗粒从而便于形成膜层，同时还能够提高负极活性层与负极集流体之间的结合力。
在一些实施方式中，粘结剂可包括但不仅限于聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶、聚酰亚胺、聚硅氧烷、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂或尼龙等。
负极活性层还可包含负极导电材料，负极导电材料包括但不限于基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物或其任意组合。在一些实施方式中，基于碳的材料可包括但不仅限于自天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管碳、纤维或其任意组合。在一些实施方式中，基于金属的材料可包括但不仅限于金属粉或金属纤维，例如铜、镍、铝或银。在一些实施方式中，导电聚合物可为聚亚苯基衍生物。
隔离膜包括具有多孔结构的基膜，在一些实施方式中，基膜的材质包括但不仅限于聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。例如，隔离膜可为聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜等。作为示例的，隔离膜的厚度可为3μm至500μm。可以理解的，上述厚度还可以采用其他数值。
在一些实施方式中，隔离膜还可进一步地包括多孔层，多孔层设置在基膜的至少一个表面上，多孔层包括无机颗粒或粘结剂中的至少一种，无机颗粒可选自但不仅限于氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锡(SnO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)、氧化钙(CaO)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、碳化硅(SiC)、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一者。多孔层的粘结剂选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。基膜表面的多孔层可以提升隔离膜整体的耐热性能、抗氧化性能和电解质浸润性能，增强隔离膜与极片之间的粘接性。
在一些实施方式中，隔离膜中的孔可具有但不仅限于在约0.01μm至1μm的范围的直径。
将上述锂离子电池应用于电子装置中，以为电子装置中其他电子元件进行供电。由于上述电解液有利于提升锂离子电池在高电压状态下的循环性能，因此上述锂离子电池有利于提升电子装置的使用寿命以及降低使用成本。
电子装置可包括但不仅限于笔记本电脑、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。可以理解的，本申请中的电子装置不仅限于上述例举的范围。
下面通过列举一些具体实施例和对比例以更好对本申请进行说明。
实施例1
正极极片的制备：
将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、Super P、聚偏二氟乙烯按照质量比97:1.4:1.6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均匀，得到固含量为72wt％的正极浆料。将正极浆料均匀涂覆于厚度为9μm的正极集流体铝箔的一个表面上，将铝箔在85℃下烘干处理4h，得到涂层厚度为128μm、宽度为74mm的单面涂覆正极材料层的正极极片。在铝箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂覆正极材料层的正极极片。再经过冷压、裁片、分切，得到规格为74mm×867mm的正极极片。其中，冷压后正极材料层的压实密度为3.4g/cm3。
负极极片的制备：
将负极活性材料人造石墨、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠按照质量比95:2:3进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌均匀，获得固含量为75wt％的负极浆料。将负极浆料均匀涂覆于厚度为5μm的负极集流体铜箔的一个表面上，将铜箔在85℃下烘干处理4h，得到涂层厚度为70μm、宽度为76.6mm的单面涂覆负极材料层的负极极片。在铜箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂覆负极材料层的负极极片。再经过冷压、裁片、分切，得到规格为76.6mm×875mm的负极极片。其中，冷压后负极材料层的压实密度为1.7g/cm3。
隔离膜的制备：
将PVDF和无机颗粒氧化铝按照质量比1:2进行混合，加入NMP作为溶剂，调配成固含量为12wt％的无机物层浆料，并搅拌均匀，将无机物层浆料均匀涂覆在厚度为5μm的聚乙烯基膜的一个表面，85℃烘干处理4h，得到涂层厚度为2μm的单面涂覆无机物层的隔离膜。然后将PVDF加入NMP溶剂中搅拌均匀，调配成固含量为25wt％的聚合物层浆料，然后将聚合物层浆料均匀涂覆在无机物层表面，涂覆聚合物层浆料的面密度为0.15mg/cm2，然后在85℃下烘干处理4h，烘干后的聚合物层的厚度为6μm；最后在聚乙烯基膜的另一表面均匀涂覆聚合物层浆料，涂覆聚合物层浆料的面密度为0.15mg/cm2，然后在85℃下烘干处理4h，烘干后的聚合物层的厚度为8μm，从而得到一面涂覆有无机物层和聚合物层、另一面仅涂覆聚合物层的隔离膜。
电解液的制备：
在含水量＜10ppm的氩气气氛手套箱中，将丙酸丙酯、碳酸二乙酯、式V-1化合物、式III-1化合物、式IV-1化合物混合得到基础溶剂，然后向上述基础溶剂中加入锂盐化合物LiPF6，搅拌均匀得到电解液。其中，基于电解液的总质量，LiPF6的质量百分含量为12％，其他组分的含量则记载于表2中。其中，A1％代表式I化合物在电解液中的质量百分含量，A2％代表式II化合物在电解液中的质量百分含量，A＝A1+A2；C1％代表式III化合物在电解液中的质量百分含量，C2％代表式IV化合物在电解液中的质量百分含量C＝C1+C2。
锂离子电池的制备：
将上述制备的正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜中涂覆有无机物层和聚合物层的一面面向正极极片，仅涂覆聚合物层的一面面向负极极片，使隔离膜处于正极极片和负极极片中间起到隔离作用，然后卷绕得到电极组件。焊接极耳后将电极组件置于外包装铝塑膜中，在85℃真空烘箱中干燥12h脱去水分后，注入上述电解液，经过真空封装、静置、化成、整形、容量测试等工序，得到锂离子电池。
实施例2-40与实施例1的区别体现在表1和表2中。
对比例1-19与实施例1的区别体现在表1和表2中，具体请参见表1和表2。
对上述实施例1-40以及对比例1-19制得的锂离子电池进行高温间歇循环性能的测试，测试结果记载于表1和/或表2中。
其中，高温间歇循环性能的测试的方法如下：将锂离子电池置于45℃的高温炉中，将锂离子电池以0.5C恒流充电至4.3V，然后恒压充电至电流为0.05C，测量锂离子电池初始满充厚度，在45℃下静置1170min，再用0.5C恒流放电至3.0V，此时为首次循环。按照上述条件使锂离子电池进行多次循环，每次循环测量锂离子电池满充厚度。以首次放电的容量为100％，反复进行充放电循环，至放电容量保持率衰减至首次放电容量的70％时，停止测试，记录循环圈数，作为评价锂离子电池间歇循环容量保持率的指标。
容量保持率＝(每一圈放电结束后容量/首圈放电容量)×100％。
表1


表2


在上述表1和表2中，其中，“/”表示未添加该物质。
对比上述各个实施例和各个对比例的锂离子电池在高电压下的高温间歇循环性能的测试结果可知，包含式V化合物配合式I化合物和式II化合物中的至少一者以及式III化合物和式IV化合物中的至少一者的电解液与镍钴锰三元材料协同作用能够改善锂离子电池在高电压下的高温间歇循环性能；并且，镍钴锰三元材料的Dv10(D1μm)和Dv90(D2μm)以及其与电解液中式III化合物和式IV化合物的质量百分含量的总和(C％)之间的关系同样影响锂离子电池在高电压下的高温间歇循环性能，其中，当0.9≤D1≤4.8，1.2≤D2/D1≤6.6，25≤C×(D2/D1)≤400时，锂离子电池的间歇循环性能的改善效果更佳。
以上所揭露的仅为本申请较佳实施方式而已，当然不能以此来限定本申请，因此依本申请所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (10)

  1. 一种锂离子电池，其中，包括正极极片和电解液，所述正极极片包括正极集流体和设于所述正极集流体的正极材料层，所述正极材料层包括镍钴锰三元材料，所述镍钴锰三元材料的粒径Dv10为D1μm，所述镍钴锰三元材料的粒径Dv90为D2μm，所述镍钴锰三元材料满足：0.9≤D1≤4.8，1.2≤D2/D1≤6.6；
    所述电解液包括式I化合物和式II化合物中的至少一者、式III化合物和式IV化合物中的至少一者以及式V化合物：
    其中，R1、R2、R3和R4各自独立地为C1-C10烷基；R5和R6各自独立地为经取代或未取代的C1-C10烷基，R5和R6中的至少一者经取代且取代基为氟取代；R7和R8各自独立地为经取代或未取代的C1-C10烷基，R7和R8中的至少一者经取代且取代基为氟取代；R9和R10各自独立地为F、经取代或未取代的C1-C3烷基；当R9和R10经取代时，R9和R10中的取代基为卤素；
    基于所述电解液的总质量，所述式III化合物和所述式IV化合物的质量百分含量的总和为C％，所述电解液满足：25≤C×(D2/D1)≤400。
  2. 如权利要求1所述的锂离子电池，其中，基于所述电解液的总质量，所述式I化合物和所述式II化合物的质量百分含量的总和为A％，所述式V化合物的质量百分含量为B％，所述电解液满足以下条件中的至少一者：
    (1)5≤A≤68；
    (2)0.01≤B≤20；
    (3)2≤A/B≤20。
  3. 如权利要求1或2所述的锂离子电池，其中，所述电解液满足：20≤C≤85。
  4. 如权利要求1至3中任意一项所述的锂离子电池，其中，所述电解液满足：36≤C×(D2/D1)≤240。
  5. 如权利要求1至4中任意一项所述的锂离子电池，其中，所述式I化合物包括甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯和丙酸丙酯中的至少一者。
  6. 如权利要求1至5中任意一项所述的锂离子电池，其中，所述式II化合物包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一者。
  7. 如权利要求1至6中任意一项所述的锂离子电池，其中，所述式V化合物包括如下化合物中的至少一者：

  8. 如权利要求1至7中任意一项所述的锂离子电池，其中，所述式III化合物包括如下化合物中的至少一者：
  9. 如权利要求1至8中任意一项所述的锂离子电池，其中，所述式IV化合物包括如下化合物中的至少一者：
  10. 一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的锂离子电池。
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