【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，具体涉及一种电池，特别是一种常温循环性能好、高温存储性能好和安全性能好的硅基锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池具有循环寿命长、能量密度高、无记忆效应、工作电压高等优点。随着锂离子电池的使用范围越来越广，人们对高能量密度电池的需求越来越多。为了进一步开发高能量密度电池，使用硅基负极的硅基锂离子电池越来越受到重视，而且硅基锂离子电池除了具有较高的能量密度，硅基负极还具有较低的嵌锂电位和储量丰富等优点，但是硅基负极在充放电过程中体积会发生巨大的膨胀收缩，这导致硅基锂离子电池存在较为严重的常温循环性能、高温存储性能和安全性能，因此还无法达到商业化的要求。
技术实现思路
1、为了改善现有硅基锂离子电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能差的问题，本专利技术提供了一种电池，特别是一种硅基锂离子电池，通过在电解液中添加特定组成的电解液添加剂实现对负极(特别是硅基负极)体积膨胀的抑制，并进一步匹配具有特定锂元素与钴元素的摩尔比的正极片，通过二者之间的相互配合，能够很好地改善电池(特别是硅基锂离子电池)的常温循环性能、高温存储性能和安全性能。
2、本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
3、一种电池，所述电池包括正极片、负极片和电解液；所述正极片包括正极活性物质层；所述电解液包括功能添加剂，所述功能添加剂包括第一添加剂和第二添加剂；所述第一添加剂包括不饱和环状硅氧烷类化合物，第二添加剂包括腈类化合物；
4、对所述电池以0.02c的倍率进
5、0.8≤(a+1/4b)×100/c≤8；
6、0.8≤c≤0.9；
7、其中，a为电解液中第一添加剂的质量百分含量，b为电解液中第二添加剂的质量百分含量，c为正极活性物质层中锂元素与钴元素的摩尔比。
8、根据本专利技术的实施方案，电解液中第一添加剂的质量百分含量a，指的是对电池以0.02c的倍率进行充电或放电至3.0-3.5v的电压时，电解液中第一添加剂的质量在电解液总质量中的占比。
9、根据本专利技术的实施方案，电解液中第二添加剂的质量百分含量b，指的是对电池以0.02c的倍率进行充电或放电至3.0-3.5v的电压时，电解液中第二添加剂的质量在电解液总质量中的占比。
10、在一些实施方式中，当电池以0.02c的倍率进行充电或放电至3.0-3.5v的电压时，抽取电池中的电解液，使用气相色谱测试电解液，可以得到电解液中第一添加剂的质量百分含量a以及电解液中第二添加剂的质量百分含量b。
11、根据本专利技术的实施方案，正极活性物质层中锂元素与钴元素的摩尔比c，指的是对电池以0.02c的倍率进行充电或放电至3.0-3.5v的电压时，正极活性物质层中锂元素与钴元素的摩尔比。在一些实施方式中，可以使用电感耦合等离子体发射光谱仪(icp)测试获得。
12、可以理解的是，本专利技术中，无论对电池进行多少次充放电循环，只要对电池以0.02c的倍率进行充电或放电至3-3.5v的电压时，a、b和c在上述的范围之内，都属于本专利技术要保护的范围之内。
13、根据本专利技术提供的方案，当以0.02c的倍率进行充电或放电至3-3.5v的电压时，a、b和c满足以下特定关系：0.8≤(a+1/4b)×100/c≤8以及0.8≤c≤0.9时，获得的电池均具有常温循环性能好、高温存储性能好以及安全性能好的特点。
14、示例性地，(a+1/4b)×100/c为0.9、1、1.2、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8或者两两端点值组成的任意值或范围；c为0.8、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.9或者两两端点值组成的任意值或范围。
15、根据本专利技术的实施方案，优选地，2≤(a+1/4b)×100/c≤6。
16、进一步地，满足上述方案的电池可以实现在以下电压范围的充放电行为：2.5-4.6v、2.75-4.6v、3.0-4.6v、3.0-4.55v、3.0-4.53v、3.0-4.5v、3.0-4.48v、3.0-4.45v、3.0-4.43v、3.0-4.4v、3.0-4.35v、2.75-4.5v、2.75-4.48v、2.75-4.45v、2.75-4.43、2.75-4.4v或2.75-4.35v。
17、根据本专利技术的实施方案，当所述电池满足0.8≤c≤0.9时，正极活性物质既能提供较多的活性锂，还能保证其结构的完整性；通过调节电解液中第一添加剂和第二添加剂的含量满足0.8≤(a+1/4b)×100/c≤8时，能够使电解液添加剂更充分的络合正极活性物质层中的钴元素，有效防止正极活性物质层中的钴元素的溶出，保证电解液添加剂可以同时在正极成膜，提高cei膜的稳定性；这使得获得的电池的常温循环性能、高温存储性能，特别是安全性能有明显的提升；同时还能够避免由于不饱和环状硅氧烷类化合物和腈类化合物的含量相对于正极活性物质层中钴元素和锂元素的含量过高或过低(如(a+1/4b)×100/c>8或(a+1/4b)×100/c<0.8)而导致的cei膜过厚或不足等问题，进而减少电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能劣化的问题。
18、更为重要的是，以0.02c的倍率对锂离子电池进行充电或放电至3-3.5v的电压，当a、b和c满足0.8≤(a+1/4b)×100/c≤8以及0.8≤c≤0.9时，电解液中的第一添加剂还可以在负极表面发生聚合反应形成稳定的网状保护膜，加强sei膜的牢固性，抑制硅基负极的体积膨胀，避免电池在高温存储过程中发生严重的产气现象；同时si-o键还可以捕获电解液中的水和hf，减少hf对sei膜的腐蚀，显著提升硅基负极表面的sei膜的稳定性，这更有利于电池常温循环性能、高温存储性能和安全性能的提升。
19、本专利技术不限定电池的制备方法，也不限定未进行充电或放电时，电池的具体状态，凡是以0.02c的倍率充电或放电至3-3.5v的电压时，a、b和c满足以上的条件，都属于本专利技术保护的范围之内。
20、根据本专利技术的实施方案，电解液中，第一添加剂的质量百分含量为0.1wt％-10wt％。第一添加剂的质量百分含量为0.1-10wt％时，可以与电解液中的第二添加剂的含量以及正极活性物质层中钴元素和锂元素的含量相匹配，提高电池的常温循环性能、高温存储性能和安全性能。优选地，所述电解液中第一添加剂的质量占电解液总质量的质量百分含量为0.5wt％-5wt％，如1wt％-4wt％，如1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％或4wt％。
21、根据本专利技术的实施方案，电解液中，第二添加剂的质量百分含量为0.1wt％-10wt％。第二添加剂的质量百分含量为0.1wt％-10wt％时，可以与电解液中的第一添加剂的含量以及正极活性物质层中钴元素和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电池，其特征在于，所述电池包括正极片、负极片和电解液；所述正极片包括正极活性物质层；所述电解液包括功能添加剂，所述功能添加剂包括第一添加剂和第二添加剂；所述第一添加剂包括不饱和环状硅氧烷类化合物，第二添加剂包括腈类化合物；
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一添加剂包括式I所示的化合物中的至少一种：
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，R1、R2、R3、R4、R5相同或不同，彼此独立地包括氢、卤素、氰基、取代或未取代的C1-20烷基、取代或未取代的C3-20环烷基、取代或未取代的C1-20烷氧基、取代或未取代的C2-20烯基、取代或未取代的C3-20环烯基、取代或未取代的C6-20芳基；若为取代时，取代基为卤素、氰基、C1-20烷基或C1-20烷氧基；
4.根据权利要求2或3所述的电池，其特征在于，所述第一添加剂包括如下化合物A1～化合物A8中的至少一种：
5.根据权利要求1-4任一项所述的电池，其特征在于，所述第二添加剂包括二腈化合物、三腈化合物和四腈化合物中的一种或多种；
6.根据权利要求
7.根据权利要求1-6任一项所述的电池，其特征在于，所述电解液中第一添加剂的质量占电解液总质量的质量百分含量为0.1-10wt％，优选为0.5wt％-5wt％。
8.根据权利要求1-6任一项所述的电池，其特征在于，所述电解液中第二添加剂的质量占电解液总质量的质量百分含量为0.1-10wt％，优选为0.5wt％-5wt％。
9.根据权利要求1-8任一项所述的电池，其特征在于，所述负极片包括负极活性物质层，所述负极活性物质层包括硅基负极材料；其中，所述硅基负极材料包括硅碳负极材料和/或硅氧负极材料；优选地，所述负极活性物质层包括硅基负极材料和碳基负极材料，其中，所述碳基负极材料包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳中的至少一种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的电池，其特征在于，所述正极活性物质包括锂过渡金属氧化物，所述锂过渡金属氧化物包括LiyCoxM1-xO2，M＝Mg、Zn、Ga、Ba、Al、Fe、Cr、Sn、V、Mn、Ni、Sc、Ti、Nb、Mo、Zr、Ta、W、B、F、Si，0.9≤x≤1，0.72≤y<0.98。
...【技术特征摘要】
1.一种电池，其特征在于，所述电池包括正极片、负极片和电解液；所述正极片包括正极活性物质层；所述电解液包括功能添加剂，所述功能添加剂包括第一添加剂和第二添加剂；所述第一添加剂包括不饱和环状硅氧烷类化合物，第二添加剂包括腈类化合物；
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一添加剂包括式i所示的化合物中的至少一种：
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，r1、r2、r3、r4、r5相同或不同，彼此独立地包括氢、卤素、氰基、取代或未取代的c1-20烷基、取代或未取代的c3-20环烷基、取代或未取代的c1-20烷氧基、取代或未取代的c2-20烯基、取代或未取代的c3-20环烯基、取代或未取代的c6-20芳基；若为取代时，取代基为卤素、氰基、c1-20烷基或c1-20烷氧基；
4.根据权利要求2或3所述的电池，其特征在于，所述第一添加剂包括如下化合物a1～化合物a8中的至少一种：
5.根据权利要求1-4任一项所述的电池，其特征在于，所述第二添加剂包括二腈化合物、三腈化合物和四腈化合物中的一种或多种；
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述式ii-1所示的二腈类化合物包括如下化合物中的至少一种：戊二腈、丁二腈(sn)、已二腈(adn)、癸二腈、壬二腈、二氰基苯、对苯二腈、吡啶-3,4-二腈、2...
【专利技术属性】
技术研发人员：于智力，王海，李素丽，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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