锂电池及用电设备制造技术

本申请提供了一种锂电池及用电设备。该锂电池包括正极极片、负极极片及隔膜和电解液，负极极片包括集流体和设置在集流体表面的负极活性材料层，电解液中的添加剂包含氟代碳酸酯和腈类物质，负极活性材料层的厚度为D1μm，负极活性材料层中含有的负极活性材料的体积累积分布百分数达到50%、90%时对应的粒径分别为D

【技术实现步骤摘要】
锂电池及用电设备


[0001]本申请涉及电池
，具体涉及一种锂电池及用电设备。

技术介绍

[0002]锂离子电池因具有电压高、寿命长、无记忆效应等特点而广泛应用于移动电子设备、电动汽车、无人机等领域。随着使用锂离子电池供电的产品的不断发展，人们对锂离子电池的能量密度、循环性能和安全性能提出了更高要求。
[0003]其中，在锂离子电池的充电和放电过程中，负极活性材料不断地进行嵌锂和脱锂，这使得其表面的固态电解质膜（solidelectrolyteinterface，SEI）会持续地破裂并产生新的界面，引起负极活性材料和电解液的直接接触而引发副反应，造成活性锂的损失，进而降低了电池的能量密度和循环寿命。另外，负极表面形成的SEI膜的稳定性也会直接影响锂离子电池的炉温测试稳定性，直接关系到其安全性能。
[0004]目前，还未有行之有效的技术方案可使电池切实兼顾良好的长循环能力和安全性能等。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本申请提供了一种锂离子电池及用电设备，通过负极活性材料层的厚度、负极活性材料的粒径及电解液之间的相对关系，可保证锂离子电池具有较长的循环寿命及良好的130
o
C炉温性能。
[0006]第一方面，本申请提供了一种锂电池，包括正极极片、负极极片及隔膜和电解液，所述负极极片包括集流体和设置在所述集流体至少一侧表面上的负极活性材料层，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含氟代碳酸酯和腈类物质，其中，所述负极活性材料层的厚度为D1μm，所述负极活性材料层中含有的负极活性材料的体积累积分布百分数达到50%、90%时对应的粒径分别为D
v
50μm、D
v
90μm；基于所述电解液的总质量，所述氟代碳酸酯的质量含量为W0%，所述腈类物质的质量含量为W1%，所述锂电池的性能因子k满足以下关系式：k=(2D1/D
v
90+D
v
50)/(W0+W1)，且k在0.5
‑
3.0的范围内。
[0007]通过向电解液中同时添加氟代碳酸酯和腈类物质作添加剂，有助于在负极形成稳定且致密的SEI膜，及在正极形成耐氧化的保护膜以避免电解液在正极分解产气，依靠这2种添加剂的协同配合作用，并同时借助它们的含量与负极厚度、负极活性材料的粒径之间建立的定量联系，定义出电池性能因子k，并通过控制k在0.5
‑
3的范围，可达到锂电池的循环性能、炉温性能等共同提升的目的。
[0008]第二方面，本申请提供了一种用电设备，所述用电设备包括如本申请第一方面所述的锂电池。
[0009]由于采用了上述锂电池，该用电设备的电池的续航能力强，循环性能好，安全性高。
具体实施方式
[0010]下面对本申请实施例的技术方案进行详细说明。
[0011]本申请实施例提供了一种锂电池，包括正极极片、负极极片及隔膜和电解液，所述负极极片包括集流体和设置在所述集流体至少一侧表面上的负极活性材料层，负极活性材料层含有负极活性材料，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含氟代碳酸酯和腈类物质，其中，所述负极活性材料层的厚度为D1μm，所述负极活性材料的体积累积分布百分数达到50%、90%时对应的粒径分别为D
v
50μm、D
v
90μm；基于所述电解液的总质量，所述氟代碳酸酯的质量含量为W0%，所述腈类物质的质量含量为W1%，所述锂电池的性能因子k满足以下关系式：k=(2D1/D
v
90+D
v
50)/(W0+W1)，且k在0.5
‑
3.0的范围内。
[0012]本申请中，通过向锂电池的电解液中同时添加氟代碳酸酯和腈类物质作添加剂，可以借助氟代碳酸酯与负极活性材料的高亲和力而在负极表面形成稳定且致密的SEI膜，避免SEI膜的不断破裂
‑
重建，进而可减少电解液的分解和活性锂的消耗，提升电池的循环性能；但氟代碳酸酯在锂电池正极界面易被氧化产气，在引入腈类物质后，腈类物质可在正极界面络合形成保护膜，隔绝电解液和正极活性材料，减少正极金属离子的溶出，降低正极活性材料对电解液的氧化分解，提升电池的炉温性能。因此，本申请在将氟代碳酸酯和腈类物质这两类添加剂搭配使用，使二者功能相互补充的情况下，还将它们的含量与负极活性材料的颗粒尺寸、负极活性材料层的厚度建立联系，定义出电池性能因子k，并控制k在0.5
‑
3的范围，可保证锂电池能较好地兼顾长循环寿命及良好的炉温性能等。
[0013]申请人经分析，推测其原因可能是：上述D1/D
v
90可在一定程度上可反映负极极片在辊压过程中负极活性颗粒碎裂的程度。上述D
v
50反映了负极活性材料颗粒的整体尺寸情况，例如可具体反映负极活性材料颗粒的表面活性位点的多少，及其在辊压过程中的颗粒碎裂程度等。而负极活性颗粒的破裂会产生较多活性界面，导致在化成及循环过程中对电解液的消耗量变大，并使负极活性材料损失容量、在充电过程中负极表面易析锂。上述氟代碳酸酯可在负极形成稳定SEI膜，利于循环，但其在正极界面易氧化产气，腈类物质可在正极界面形成保护膜，隔绝电解液和正极活性材料，但其负极活性材料的兼容性不是很好，对循环性能有一定影响。上述各参数对电池性能的影响是多方面的、交错，且较难量化的，但本申请人通过一系列研究，发现(2D1/D
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90+D
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50)/(W0+W1)可反映负极极片和电解液对电池的循环性能、炉温性能、析锂等的综合影响，控制(2D1/D
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90+D
v
50)/(W0+W1)在0.5
‑
3的范围，能较好地平衡电池的循环性能，以及炉温、析锂等安全性能，以提升电池的综合性能。
[0014]本申请中，负极活性材料的上述D
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90、D
v
50可以通过以下方法测试得到：将从电池上拆解下来的负极极片用碳酸二甲酯（DMC）浸泡1h后取出，并用DMC冲洗2次，去除极片表面残留的电解液，并自然风干。将风干后的极片浸入去离子水中至负极料脱离集流体，然后置于烤箱中于温度100℃下烘干以除去水分。接着将干燥后的负极料在氦气保护下的管式炉中，于800℃下热处理6h，除去负极料中的粘结剂和增稠剂，得到负极活性材料。最后对得到的负极活性材料进行基于激光衍射法的粒度分布测试，从得到的粒度分布图可获知上述D
v
90、D
v
50，测试方法可参见GB/T 19077
‑
2016/ISO 13320:2009 粒度分布激光衍射法。测试D
v
90、D
v
50所用的仪器一般是激光粒度仪（如马尔文3000型号的激光粒度仪）。其中，负极活性材料的体积累积分布百分数达到50%时对应的粒径D
v
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片及隔膜和电解液，所述负极极片包括集流体和设置在所述集流体至少一侧表面上的负极活性材料层，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含氟代碳酸酯和腈类物质，其中，所述负极活性材料层的厚度为D1μm，所述负极活性材料层中含有的负极活性材料的体积累积分布百分数达到50%、90%时对应的粒径分别为D
v
50μm、D
v
90μm；基于所述电解液的总质量，所述氟代碳酸酯的质量含量为W0%，所述腈类物质的质量含量为W1%，所述锂电池的性能因子k满足以下关系式：k=(2D1/D
v
90+D
v
50)/(W0+W1)，且k在0.5
‑
3.0的范围内。2.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述k在1.0
‑
2.0的范围内。3.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述W0的取值范围为：2≤W0≤16。4.如权利要求3所述的锂电池，其特征在于，W0的取值范围是5≤W0≤10。5.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述W1的取值范围为：2≤W1≤10。6.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述W0与所述W1的比值满足：0.5≤W0/W1≤4。7.如权利要求6所述的锂电池，其特征在于，所述W0/W1在1.5
‑
3.0的范围内。8.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述D1的取值范围为：30≤D1≤90。9.如权利要求8所述的锂电池，其特征在于，所述D1的取值范围为：40≤D1≤80。10.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述负极活性材料的粒径满足：8≤D
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50＜D
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90≤40。11.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述D1与所述D
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90的比值大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，李红红，金菁，雷裕东，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：