二次电池和装置制造方法及图纸

本申请提供了一种二次电池和装置，二次电池包括正极极片、负极极片和电解液，电解液包括含硫添加剂；正极极片包括正极活性材料层和位于正极活性材料层表面的正极固体电解质界面膜，正极活性材料层的正极活性材料包括锂钴过渡金属氧化物，相对于正极活性材料层中每X g钴元素，含硫添加剂的含量为1 g；负极极片包括负极活性材料层和位于负极活性材料层表面的负极固体电解质界面膜；采用X射线光电子能谱仪测试，负极固体电解质界面膜中硫元素的质量百分含量为Y1%，正极固体电解质界面膜中硫元素的质量百分含量为Y2%；0.1≤Y1+Y2‑

【技术实现步骤摘要】
二次电池和装置


[0001]本申请涉及储能领域，具体涉及一种二次电池和装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池凭借绿色环保的优势，成为电子类产品如笔记本电脑、手机、平板电脑、移动电源、无人机和电动汽车等常用的储能装置之一，随着上述电子类产品不断的更新迭代，对锂离子电池高能量密度的需求日增。
[0003]目前，高压三元正极材料由于比容量高、工作电压高、能量密度高，已经成为锂离子电池正极材料的首选。高压三元正极材料的使用可以有效提高锂离子电池的能量密度。然而，高压三元正极材料的结构稳定性差，易发生过渡金属离子溶出、释氧，并且具有非常强的氧化性，会加速电解液的分解，从而降低电池的循环寿命。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本申请提供了一种二次电池和相关的装置。本申请的二次电池通过控制负极固态电解质界面膜（SEI膜）中硫元素的质量百分含量、正极固体电解质界面膜（CEI膜）中硫元素的质量百分含量和正极活性材料层中钴元素的相对含量（相对于所述正极活性材料层中每X g钴元素，所述含硫添加剂的含量为1 g），有效的缓解或避免了过渡金属从正极极片中溶出，并进一步避免了过渡金属嵌入负极极片，从而保证正极极片和负极极片的结构稳定，进而有效的改善了锂离子电池的循环性能。
[0005]本申请的第一方面提供一种二次电池，该二次电池包括正极极片、负极极片和电解液；电解液包括含硫添加剂；正极极片包括正极活性材料层以及位于正极活性材料层表面的正极固体电解质界面膜，所述正极活性材料层的正极活性材料包括锂钴过渡金属氧化物，相对于所述正极活性材料层中每X g钴元素，所述含硫添加剂的含量为1 g；负极极片包括负极活性材料层以及位于负极活性材料层表面的负极固体电解质界面膜；采用X射线光电子能谱仪测试，负极固体电解质界面膜中硫元素的质量百分含量为Y1%，正极固体电解质界面膜中硫元素的质量百分含量为Y2%；其中，0.1≤Y1+Y2‑
0.02X≤7.0。
[0006]本申请的第二方面提供了一种装置，该装置包括第一方面所述的二次电池。
[0007]本申请的技术方案具有以下有益效果：本申请的二次电池在电解液中引入了含硫添加剂，通过控制负极固态电解质界面膜（SEI膜）中硫元素的质量百分含量、正极固体电解质界面膜（CEI膜）中硫元素的质量百分含量和正极活性材料层中钴元素的相对含量（相对于所述正极活性材料层中每X g钴元素，所述含硫添加剂的含量为1 g），有利于形成致密且稳定的SEI膜和CEI膜，从而减少了正极活性材料中的过渡金属元素溶出，避免正极极片劣化；同时，缓解或避免过渡金属元素嵌入负极极片，避免过渡金属元素在负极极片参与还原反应，避免破坏负极极片，同时还可以减少电解液在负极极片表面还原分解、减少产气；进而，能够提高锂离子电池的安全性能和高温循环性能。通过控制SEI膜和CEI膜中的硫元素的质量百分含量、正极活性材料层中钴元
素的相对含量，有利于减少二次电池的阻抗，提高二次电池功率；同时，硫元素可以形成无机硫基锂盐，有利于锂离子的传输，并且，通过控制SEI膜和CEI膜中的硫元素的质量百分含量、正极活性材料层中钴元素的相对含量，能够使锂离子的脱出和嵌入速率更加匹配，从而可以进一步改善锂离子电池的电化学性能。
具体实施方式
[0008]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，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。在此所描述的有关实施例为说明性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
[0009]为了简明，本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
[0010]在本文的描述中，除非另有说明，“以上”、“以下”包含本数。
[0011]除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量（例如，可以按照在本申请的实施例中给出的方法进行测试）。
[0012]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。项目A可包含单个组分或多个组分。项目B可包含单个组分或多个组分。项目C可包含单个组分或多个组分。
[0013]一、二次电池本申请的第一方面提供一种二次电池，该二次电池包括正极极片、负极极片和电解液，电解液包括含硫添加剂，电解液包括含硫添加剂；正极极片包括正极活性材料层以及位于正极活性材料层表面的正极固体电解质界面膜，所述正极活性材料层的正极活性材料包括锂钴过渡金属氧化物，相对于所述正极活性材料层中每X g钴元素，所述含硫添加剂的含量为1 g；负极极片包括负极活性材料层以及位于负极活性材料层表面的负极固体电解质界面膜；采用X射线光电子能谱仪测试（XPS测试），所述负极固体电解质界面膜中硫元素的质量百分含量为Y1%，所述正极固体电解质界面膜中硫元素的质量百分含量为Y2%；其中，0.1≤Y1+Y2‑
0.02X≤7.0。示例性的，Y1+Y2‑
0.02X为0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7或上述任意两个数值组成的范围。
[0014]本申请的二次电池在电解液中引入了含硫添加剂，通过控制SEI膜中硫元素的含量Y1、CEI膜中硫元素的含量Y2和正极活性材料层中钴元素的相对含量X（相对于所述正极活性材料层中每X g钴元素，所述含硫添加剂的含量为1 g），有利于形成致密且稳定的SEI膜和CEI膜，从而减少了正极活性材料中的过渡金属元素溶出，避免正极极片劣化；同时，也可
以缓解或避免过渡金属元素嵌入负极极片，避免过渡金属元素在负极极片参与还原反应，避免破坏负极极片，同时还可以减少电解液在负极极片表面还原分解、减少产气；进而，能够提高锂离子电池的安全性能、高温存储性能和高温循环性能。通过控制SEI膜和CEI膜中的硫元素的质量百分含量、正极活性材料层中钴元素的相对含量，有利于减少二次电池的阻抗，提高二次电池功率；同时，硫元素可以形成无机硫基锂盐，有利于锂离子的传输，并且，通过控制SEI膜和CEI膜中的硫元素的质量百分含量、正极活性材料层中钴元素的相对含量，使得锂离子的脱出和嵌入速率更加匹配，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片和电解液；所述电解液包括含硫添加剂；所述正极极片包括正极活性材料层以及位于所述正极活性材料层表面的正极固体电解质界面膜，所述正极活性材料层的正极活性材料包括锂钴过渡金属氧化物，相对于所述正极活性材料层中每X g钴元素，所述含硫添加剂的含量为1 g；所述负极极片包括负极活性材料层以及位于所述负极活性材料层表面的负极固体电解质界面膜；采用X射线光电子能谱仪测试，所述负极固体电解质界面膜中硫元素的质量百分含量为Y1%，所述正极固体电解质界面膜中硫元素的质量百分含量为Y2%；其中，0.1≤Y1+Y2‑
0.02X≤7.0。2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池还满足以下条件中的至少一者：（a）2.0≤Y1+Y2‑
0.02X≤6.0；（b）1.5≤Y1/Y2≤4.5。3.根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，2.0≤Y1/Y2≤4.0。4.根据权利要求1至3任一项所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池还满足以下条件中的至少一者：（c）0.6≤Y1≤6.5；（d）0.2≤Y2≤3.0；（e）4.5≤X≤200。5.根据权利要求4所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池还满足以下条件中的至少一者：（f）1.5≤Y1≤4.5；（g）0.8≤Y2≤2.5；（h）6.0≤X≤180。6.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池还满足以下条件中的至少一者：（i）所述正极活性材料包括LiNi
m
Co
n
A
(1
‑
m
‑
n)
O2材料中的至少一种，A包括锰、铝、镁、铬、钙、锆、钼、银或铌中的至少一种，0.5≤m≤1，0.02≤n≤0.5，m+n≤1；（j）基于所述正极活性材料层的质量，所述正极活性材料的质量百分含量为95%至99%。7.根据权利要求6所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料包括锂镍钴铝氧化物、锂镍钴锰氧化物和锂镍锰钴镁氧化物中的至少一种。8.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述含硫添加剂包括磺酸酯、硫酸酯和亚硫酸酯中的至少一者，所述含硫添加剂还满足以下条件中的至少一者：（k）所述磺酸酯包括式1化合物和式2化合物的至少一种，式1中，R1和R2各自独立的选自C1‑
C6亚烷基；式2中，R3不存在或选自C1‑
C6亚烷基或C2‑
C6亚烯基，R4和R5各自独立的选自氢原子或C1‑
C6烷基；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李思远，
申请(专利权)人：蔚来电池科技安徽有限公司，
类型：发明
国别省市：