CN116259927B - 二次电池和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及二次电池和装置。本申请的二次电池包括正极、负极、电解液和隔离膜，其中，所述电解液包括含硅添加剂；所述隔离膜的透气度为120s/100ml至450s/100ml，采用傅里叶变换衰减全反射红外测试，所述隔离膜的红外谱图在如下范围内具有吸收峰：820cm‑1±50cm‑1、1100cm‑1±50cm‑1、1200cm‑1±30cm‑1以及3350cm‑1±50cm‑1。本申请的二次电池通过控制含硅添加剂在隔离膜上的分解产物组成，有效提升了二次电池的循环寿命。

Description

二次电池和装置
技术领域
本申请涉及储能领域。具体地，本申请涉及一种二次电池和装置。
背景技术
锂离子电池在智能手机、无人飞行器、混合动力电动车等方面有着广泛的应用，但随着社会的发展，低能量密度的锂离子电池已经难以满足需求。开发高容量的高镍三元材料正极适配硅基负极成为了高能量密度锂离子电池的开发方向。虽然电池容量不断提高，但由于正极镍含量的提高，其高温和常温稳定性却不断下降。
截至目前，已经提出了很多高稳定性的锂基二次电池。例如，专利文献CN105009348A提出了一种XPS分析在正极表面存在167-171eV硫元素的二次电池，该正极含硫的电池显示出优异的循环性能。除此之外，许多文献都公开了适用于高镍/高硅体系的动力电池电解液及其动力电池，其通过添加剂的协同作用、能在电极表面形成优良的SEI膜，并有效促进锂离子电池内部各动力学过程。然而目前，隔离膜上物质对电池性能的影响却鲜有报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请提供了一种二次电池以及相关的装置。本申请的二次电池通过控制含硅添加剂在隔离膜上的分解产物组成，有效提升了二次电池的循环寿命。
本申请的第一方面提供了一种二次电池，其包括正极、负极、电解液和隔离膜，其中，所述电解液包括含硅添加剂；所述隔离膜的透气度为120s/100ml（s/cc）至450s/100ml，采用傅里叶变换衰减全反射红外测试，所述隔离膜的红外谱图在如下范围内具有吸收峰：820cm-1±50cm-1、1100cm-1±50cm-1、1200cm-1±30cm-1以及3350cm-1±50cm-1。
本申请的第二方面提供了一种装置，所述装置包括第一方面所述的二次电池。
本申请的有益效果为：
本申请二次电池通过控制隔离膜透气度来调控电解液中含硅添加剂在隔离膜上的吸附程度，在设定的较优透气度下有效提升了含硅添加剂在隔离膜上的分解程度，隔离膜上的分解产物与锂离子寿命具有强关联性，合适的分解产物能够有效提升二次电池的循环寿命。
具体实施方式
为了简明，本申请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。
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）。
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。在本申请中，除非另有说明，术语“杂环基”是指包含至少一个杂原子的环基，杂原子包括硼、氮、氧、硅、磷或硫中的至少一种。在一些实施例中，杂环基包含脂杂环基和芳杂环基中的至少一种。
在本申请中，除非另有说明，术语“脂环烃基”表示具有脂肪族性质的环烃，分子中含有闭合的碳环。
下面结合具体实施方式，进一步阐述本申请。应理解，这些具体实施方式仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
一、二次电池
本申请提供的二次电池包括正极、负极、电解液和隔离膜，其中，所述电解液包括含硅添加剂；所述隔离膜的透气度为120s/100ml至450s/100ml，采用傅里叶变换衰减全反射红外测试，所述隔离膜的红外谱图在如下范围内具有吸收峰：820cm-1±50cm-1、1100cm-1±50cm-1、1200cm-1±30cm-1以及3350cm-1±50cm-1。本申请的发明人通过研究发现，隔离膜的透气度与其中吸附的含硅添加剂的量有关，适中的透气度说明隔离膜中孔道较多且孔径较小，能有效提高含硅添加剂在隔离膜上的吸附程度，在设定的较优透气度下能够有效提升了含硅添加剂在隔离膜上的分解程度，而隔离膜上的分解产物与锂离子寿命具有强关联性，合适的分解产物能够有效提升二次电池的循环容量及循环容量保持率。
本申请中，820cm-1±50cm-1范围内的吸收峰为Si-O键的反对称伸缩振动。1100cm-1±50cm-1范围内的吸收峰为Si-O键的对称伸缩振动。1200cm-1±30cm-1范围内的吸收峰为Si-C键的对称伸缩振动。3350cm-1±50cm-1范围内的吸收峰为Si-OH键的伸缩振动。
在一些实施方式中，隔离膜的透气度为135 s/100ml、140 s/100ml、145 s/100ml、150 s/100ml、155 s/100ml、160 s/100ml、165 s/100ml、170 s/100ml、175 s/100ml、180s/100ml、185 s/100ml、190 s/100ml、195 s/100ml、200 s/100ml、205 s/100ml、210 s/100ml、215 s/100ml、220 s/100ml、225 s/100ml、230 s/100ml、235 s/100ml、240 s/100ml、245 s/100ml、250 s/100ml、255 s/100ml、260 s/100ml、265 s/100ml、270 s/100ml、275 s/100ml、280 s/100ml、285 s/100ml、300 s/100ml、330 s/100ml、350 s/100ml、370 s/100ml、400 s/100ml、430 s/100ml或它们之间的任意值。隔离膜的透气度过大时，不利于含硅添加剂在隔离膜上的吸附，进而影响含硅添加剂在隔离膜上的分解程度。在一些实施方式中，隔离膜的透气度为150s/100ml至300s/100ml。
在一些实施方式中，所述红外谱图在1460cm-1±50cm-1范围内的吸收峰的峰高为L，在1100cm-1±50cm-1范围内的吸收峰的峰高为L1，其中，L1/L≤1.5。本申请中，L1/L在上述范围内时，说明电解液中含硅添加剂在隔离膜上的分解产物较为均匀，有利于锂离子电池性能的提升。本申请中，1460cm-1±50cm-1范围内的吸收峰为隔离膜上-CH2-键的弯曲振动。
在一些实施方式中，L1/L为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1.0、1.05、1.10、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45或它们之间的任意值。在一些实施方式中，L1/L≤1.0。
在一些实施方式中，所述含硅添加剂选自含有碳碳不饱和键的含硅化合物中的至少一种。
在一些实施方式中，所述含硅添加剂包括式I所示的化合物中的至少一种，
式I
式I中，R1、R2、R3和R4独立选自经取代或未经取代的C1-C10烷基、经取代或未经取代的C1-C10烷氧基、经取代或未经取代的C2-C10烯基、经取代或未经取代的C2-C10烯氧基、经取代或未经取代的C2-C10炔基、经取代或未经取代的C2-C10炔氧基、经取代或未经取代的C6-C12芳基、经取代或未经取代的C7-C12芳烷基、经取代或未经取代的C3-C10脂环烃基、经取代或未经取代的C3-C12杂环基，且R1、R2、R3和R4中至少有一个选自经取代或未经取代的C2-C10烯基、经取代或未经取代的C2-C10烯氧基、经取代或未经取代的C2-C10炔基、经取代或未经取代的C2-C10炔氧基。在一些实施方式中，经取代时，取代基独立选自卤素。在一些实施方式中，经取代时，取代基为氟。
本申请中，C1-C10烷基选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、正己基、正庚基或辛基。
C1-C10烷氧基选自甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、异戊氧基、正己氧基、正庚氧基或辛氧基。
C2-C10烯基选自乙烯基、烯丙基、1-丙烯基、异丙烯基、2-丁烯基、1,3-丁二烯基、3-丁烯基、4-戊烯基、3-戊烯基、2-己烯基、3-己烯基或环己烯基。
C2-C10烯氧基选自乙烯氧基、烯丙氧基、1-丙烯氧基、异丙烯氧基、2-丁烯氧基、1,3-丁二烯氧基、3-丁烯氧基、4-戊烯氧基、3-戊烯氧基、2-己烯氧基、3-己烯氧基或环己烯氧基。
C2-C10炔基选自乙炔基、1-丙炔基、2-丙炔基、1,1二甲基-2-丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基、3-丁炔基、4-戊炔基、3-戊炔基、2-己炔基或3-己炔基。
C2-C10炔氧基选自乙炔氧基、1-丙炔氧基、2-丙炔氧基、1,1二甲基-2-丙炔氧基、1-丁炔氧基、2-丁炔氧基、3-丁炔氧基、4-戊炔氧基、3-戊炔氧基、2-己炔氧基或3-己炔氧基。
C6-C12芳基选自苯基、甲基苯基、乙基苯基、异丙基苯基、正丁基苯基、异丁基苯基、叔丁基苯基、正戊基苯基、异戊基苯基或正己基苯基。
C7-C12芳烷基选自苯乙基、苯丙基、苄基或苯丁基。
卤素选自氟、氯、溴或碘。
在一些实施方式中，R1、R2、R3和R4独立选自经取代或未经取代的C1-C6烷基、经取代或未经取代的C1-C6烷氧基、经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的C2-C6烯氧基、经取代或未经取代的C2-C6炔基、经取代或未经取代的C2-C6炔氧基，且R1、R2、R3和R4中至少有一个选自经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的C2-C6烯氧基、经取代或未经取代的C2-C6炔基、经取代或未经取代的C2-C6炔氧基。
在一些实施方式中，R1选自经取代或未经取代的C1-C6烷基、经取代或未经取代的C1-C6烷氧基，R2、R3和R4独立选自经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的C2-C6烯氧基、经取代或未经取代的C2-C6炔基、经取代或未经取代的C2-C6炔氧基。
在一些实施方式中，R1和R3独立选自经取代或未经取代的C1-C6烷基、经取代或未经取代的C1-C6烷氧基，R2和R4独立选自经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的C2-C6烯氧基、经取代或未经取代的C2-C6炔基、经取代或未经取代的C2-C6炔氧基。
在一些实施方式中，R1、R2和R3独立选自经取代或未经取代的C1-C6烷基、经取代或未经取代的C1-C6烷氧基，R4选自经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的C2-C6烯氧基、经取代或未经取代的C2-C6炔基、经取代或未经取代的C2-C6炔氧基。
在一些实施方式中，R1、R2、R3和R4独立选自经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的C2-C6烯氧基、经取代或未经取代的C2-C6炔基、经取代或未经取代的C2-C6炔氧基。
在一些实施方式中，R1、R2、R3和R4相同，均选自经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的C2-C6烯氧基、经取代或未经取代的C2-C6炔基、经取代或未经取代的C2-C6炔氧基。
在一些实施方式中，所述含硅添加剂包括四乙烯基硅烷、乙烯基三甲基硅烷、二乙烯基二甲基硅烷和三乙烯基甲基硅烷中的至少一种。
在一些实施方式中，基于所述电解液的质量，所述含硅添加剂的质量含量为0.05%-5%。在一些实施方式中，所述含硅添加剂的质量含量为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%、1.3%、1.5%、1.7%、2.0%、2.3%、2.5%、2.7%、3.0%、3.3%、3.5%、3.7%、3.0%、4.3%、4.5%、4.7%或它们之间的任意值。在一些实施方式中，所述含硅添加剂的质量含量为0.1%-3%。
在一些实施方式中，所述电解液还包括其他添加剂。在一些实施方式中，所述其他添加剂包括含碳碳双键的环状碳酸酯、含氟锂盐和硫酸酯中的至少一种。
在一些实施方式中，基于所述电解液的质量，所述其他添加剂的质量含量为0.05%-10%，例如为1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、6%、7%、8%、9%或它们之间的任意值。在一些实施方式中，所述其他添加剂的质量含量为0.1%-8%。
在一些实施方式中，所述含碳碳双键的环状碳酸酯包括式II所示的化合物中的至少一种：
式II
式II中，R5和R6独立地选自氢原子、氟原子或C1-C6烷基。
在一些实施方式中，所述含碳-碳双键的环状碳酸酯包括碳酸亚乙烯酯（VC）、甲基碳酸亚乙烯酯或乙基碳酸亚乙烯酯中的至少一种。在一些实施方式中，所述其他添加剂选自碳酸亚乙烯酯、二氟磷酸锂和硫酸乙烯酯中的至少一种。
在一些实施方式中，基于所述电解液的质量，所述含碳-碳双键的环状碳酸酯，例如碳酸亚乙烯酯的质量含量为0.1%-5%，例如0.1%、0.5%、0.7%、0.9%、1.0%、1.3%、1.5%、1.7%、2.0%、2.3%、2.5%、2.7%、3%、3.5%、4%、4.5%或它们之间的任意值。在一些实施方式中，所述含碳-碳双键的环状碳酸酯的质量含量为0.5%-3%。
根据本申请的一些实施方式，所述硫酸酯包括式III所示的化合物中的至少一种，
式III
式III中，R7、R8、R9、R10独立地表示氢原子、氟原子或C1-C6烷基，且a为0、1、2、3或4。
在一些实施方式中，所述环状硫酸酯类化合物选自硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯或4-氟代硫酸乙烯酯中的至少一种。
在一些实施方式中，基于所述电解液的质量，所述环状硫酸酯类化合物，例如硫酸乙烯酯的质量含量为0.1%-3%，例如0.1%、0.3%、0.7%、0.9%、1.0%、1.3%、1.6%、1.8%、2.0%、2.3%、2.6%或2.8%。在一些实施方式中，所述环状硫酸酯类化合物的质量含量为1%-2%。
在一些实施方式中，所述电解液还包括非水溶剂和锂盐。在一些实施方式中，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂和双(三氟甲磺酰)亚胺锂中的至少一种。
在一些实施方式中，所述溶剂包括链状碳酸酯、环状碳酸酯和羧酸酯中的至少一种。
在一些实施方式中，所述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯和氟代链状碳酸酯中的至少一种。在一些实施方式中，所述环状碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸丁烯酯中的至少一种。在一些实施方式中，所述羧酸酯选自甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯和氟代羧酸酯中的至少一种。
在一些实施方式中，所述正极包括正极活性材料，所述正极活性材料包括钴酸锂类材料和三元正极材料中的至少一种。
在一些实施方式中，所述钴酸锂类材料包括Li1-xAxCoO2中的至少一种，A选自铝、镁、钛、锡、钒、铜、锌、锆、铬、锰、铁、镓、钼、锑、钨、钇和铌中的一种或多种，0≤x≤0.05。在一些实施方式中，x为0.005、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04或0.045。
在一些实施方式中，所述三元正极材料包括镍钴类三元材料，更优选地，所述镍钴类三元材料包括LiNimConB(1-m-n)O2材料中的至少一种，B选自锰、铝、镁、铬、钙、锆、钼、银或铌中的至少一种，0.5≤m≤1，0≤n≤0.5，m+n≤1。在一些实施方式中，m为0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或它们之间的任意值。在一些实施方式中，n为0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45或它们之间的任意值。
在一些实施方式中，所述正极活性材料包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物和锂镍钴铝氧化物中的至少一种。
在一些实施方式中，正极还包括粘结剂，并且可选地包括导电材料。粘结剂提高正极活性材料颗粒彼此间的结合，并且还提高正极活性材料与集流体的结合。
在一些实施方式中，粘结剂包括，但不限于：聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、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、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸（酯）化的丁苯橡胶、环氧树脂或尼龙等。
在一些实施方式中，导电材料包括，但不限于：基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物和它们的混合物。在一些实施例中，基于碳的材料选自天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维或其任意组合。在一些实施例中，基于金属的材料选自金属粉、金属纤维、铜、镍、铝或银。在一些实施例中，导电聚合物为聚亚苯基衍生物。
在一些实施方式中，所述正极还包括正极集流体，所述正极集流体可以采用金属箔片或复合集流体。例如，可以使用铝箔。复合集流体可以通过将金属材料（铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等）形成在高分子基材上而形成。
在一些实施方式中，所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料包括硅基材料、碳基材料和锂基材料中的至少一种。
在一些实施方式中，所述硅基材料包括硅、硅合金、硅氧化合物和硅碳化合物中的至少一种。在一些实施方式中，所述碳基材料包括石墨、软碳、硬碳、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。在一些实施方式中，所述锂基材料包括金属锂和钛酸锂中的至少一种。在一些实施方式中，所述负极活性材料包括石墨、软碳、硬碳、碳纳米管、石墨烯、硅、硅合金、硅氧化合物、硅碳化合物、金属锂和钛酸锂中的至少一种。
在一些实施方式中，负极还包括粘结剂和导电剂。在一些实施方式中，粘结剂包括，但不限于：聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、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、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸（酯）化的丁苯橡胶、环氧树脂或尼龙等。
在一些实施方式中，导电剂包括，但不限于：基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物和它们的混合物。在一些实施例中，基于碳的材料选自天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维或其任意组合。在一些实施例中，基于金属的材料选自金属粉、金属纤维、铜、镍、铝或银。在一些实施例中，导电聚合物为聚亚苯基衍生物。
在一些实施方式中，所述负极还包括负极集流体，所述负极集流体包括：铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、覆有导电金属的聚合物基底或其任意组合。
在一些实施方式中，所述隔离膜包括基膜和设置于所述基膜上的涂层。在一些实施方式中，所述基膜包括聚乙烯膜、聚丙烯膜、PP/PE/PP复合膜、聚酰亚胺膜、芳纶膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或无纺布中的至少一种。在一些实施方式中，所述涂层包括聚合物层、无机物层或聚合物与无机物的混合层中的至少一种。
在一些实施方式中，所述无机物层包括三氧化二铝、氢氧化铝、勃姆石、石榴石、氢氧化镁或二氧化硅中至少一种。
在一些实施方式中，所述二次电池的制备方法包括提供电极组件、注液、封装和化成。在一些实施方式中，所述化成的温度为40℃至50℃，例如为41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃或49℃。
在一些实施方式中，所述化成包括：在温度为40℃-50℃例如45℃、压力为150kgf-250kgf例如210kgf的条件下、0.05C电流充电至4.25V静置60 min，随后0.1C充电至4.25V，然后0.2C放电至3.0V。
在一些实施方式中，所述二次电池为锂二次电池或钠二次电池。在一些实施例中，锂二次电池包括，但不限于：锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。
在一些实施方式中，二次电池可包括外包装，所述外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。二次电池的外包装也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，如聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）等中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述二次电池的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。
在一些实施方式中，本申请还提供了一种电池模块。该电池模块包括上述的二次电池。本申请的电池模块采用了上述二次电池，因此至少具有与所述二次电池相同的优势。本申请的电池模块所含二次电池的数量可以为多个，具体数量可根据电池模块的应用和容量来调节。
在一些实施方式中，本申请还提供了一种电池包、其包括上述电池模块。所述电池包所含电池模块的数量可以根据电池包的应用和容量进行调节。
二、装置
本申请还提供了一种装置，所述装置包括上述二次电池、电池模块或电池包中的至少一种。
在一些实施方式中，所述装置包括，但不限于：电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆、蓄电***等。为了满足该装置对二次电池的高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
在另一些实施方中，所述装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化，可以采用二次电池作为电源。
本申请中，如无特殊说明，所用材料或试剂均市售可得。
实施例
正极制备步骤为：按97.5:1.5:1.0的质量比混合正极活性材料LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2、导电碳黑和粘结剂聚偏氯乙烯，分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中，得到正极浆料，将正极浆料均匀涂布在铝箔的两面上，经过烘干、压延和真空干燥，得到正极片，也称正极。
负极制备步骤为：按96.0：1.0：2.4：0.6的质量比混合硅碳材料、导电碳黑、粘结剂（丁苯橡胶、聚丙烯酸）和羧甲基纤维素钠，分散在去离子水中，得到负极浆料，将负极浆料涂布在铜箔的两面上，经过烘干、压延和真空干燥，得到负极片，也成负极。
隔离膜：隔离膜为基膜+无机涂层（9+2+2），其中基膜为PE材料，厚度为9μm；单侧无机涂层的厚度为2μm。
电解液配制：在氮气保护的手套箱内（水分＜1ppm，氧分＜1ppm），将碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC）按照质量比为 EC:PC:DEC=20:5:45的比例进行混合，加入六氟磷酸锂（LiPF6）至摩尔浓度为1mol/L（12wt%），再加入按电解液总质量计算的碳酸亚乙烯酯、四乙烯基硅烷（具体组成见表1），搅拌均匀后得到实施例1的锂离子电池电解液。
电池组装步骤为：在正极和负极之间放置厚度13μm的隔离膜，然后将正极、隔离膜和负极组成的三明治结构进行叠片制程，再将其放入铝塑膜包装袋，在75℃下真空烘烤48h，得到待注液的电芯，将上述制备的电解液注入电芯中，经真空封装，常温静止12h，高温45℃静止12h。
化成分容步骤为：化成条件是：温度45℃、压力210kgf、0.05C电流充电至4.25V静置60 min，随后0.1C充电至4.25V，然后0.2C放电至3.0V，（如此，重复三次）和二次封口后，进行常规分容。
实施例2至实施例6以及对比例1至对比例5是在实施例1的基础上通过调整电解液中添加剂的种类和含量、化成条件以及隔离膜的透气度等来实现的，具体调整措施和详细数据见表1。
测试方法
1. 循环容量和循环容量保持率测试
在45℃条件下，将上述锂离子电池在1C恒流恒压下充至4.25V，然后再1C恒流条件下放电至2.5V。充放电200个循环后，按以下公式计算45℃、第200次循环后的容量保持率：第200次循环后放电容量/首次循环放电容量×100%。
2. ATR-FTIR
将分容化成结束以后的软包锂离子电池进行拆解，选取其中1cm2面积的隔离膜，使用DMC进行洗涤10分钟，并置于真空中干燥12h，之后将干燥好的隔离膜置于ATR-FTIR仪上进行全反射红外分析。具体测试条件和步骤如下：
1. 打开电脑及红外光谱仪主机电源，预热半小时；
2. 安装ATR-0MNI 采样器；
3. 在25℃室温条件下，使用 NIST SRM 1920 标准品校准波长/波数轴；
4. 将隔离膜样品的测试面直接放在锗晶体上，旋转OMNI 采样器固定钮，压住样品；5. 在4000cm-1至400cm-1波数范围内扫描，采集隔离膜样品的衰减全反射红外光谱谱图。
测试结果
虽然已经说明和描述了本申请的一些示例性实施方式，然而本申请不限于所公开的实施方式。相反，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离如所附权利要求中描述的本申请的精神和范围的情况下，可对所描述的实施方式进行一些修饰和改变。

Claims (13)

1.一种二次电池，包括正极、负极、电解液和隔离膜，其中，
所述电解液包括含硅添加剂；
所述隔离膜的透气度为120s/100ml至450s/100ml，采用傅里叶变换衰减全反射红外测试，所述隔离膜的红外谱图在如下范围内具有吸收峰：820cm-1±50cm-1、1100cm-1±50cm-1、1200cm-1±30cm-1以及3350cm-1±50cm-1，其中
820cm-1±50cm-1范围内的吸收峰为Si-O键的反对称伸缩振动，1100cm-1±50cm-1范围内的吸收峰为Si-O键的对称伸缩振动，1200cm-1±30cm-1范围内的吸收峰为Si-C键的对称伸缩振动，3350cm-1±50cm-1范围内的吸收峰为Si-OH键的伸缩振动。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述隔离膜的透气度为150s/100ml至300s/100ml；和/或
所述红外谱图在1460cm-1±50cm-1范围内的吸收峰的峰高为L，在1100cm-1±50cm-1范围内的吸收峰的峰高为L1，其中，L1/L≤1.5。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，所述含硅添加剂选自含有碳碳不饱和键的含硅化合物中的至少一种。
4. 根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，所述含硅添加剂包括式I所示的化合物中的至少一种，
式I
式I中，R1、R2、R3和R4独立选自经取代或未经取代的C1-C10烷基、经取代或未经取代的C1-C10烷氧基、经取代或未经取代的C2-C10烯基、经取代或未经取代的C2-C10烯氧基、经取代或未经取代的C2-C10炔基、经取代或未经取代的C2-C10炔氧基、经取代或未经取代的C6-C12芳基、经取代或未经取代的C7-C12芳烷基、经取代或未经取代的C3-C10脂环烃基、经取代或未经取代的C3-C12杂环基，且R1、R2、R3和R4中至少有一个选自经取代或未经取代的C2-C10烯基、经取代或未经取代的C2-C10烯氧基、经取代或未经取代的C2-C10炔基、经取代或未经取代的C2-C10炔氧基。
5.根据权利要求4所述的二次电池，其特征在于，R1、R2、R3和R4独立选自经取代或未经取代的C1-C6烷基、经取代或未经取代的C1-C6烷氧基、经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的C2-C6烯氧基、经取代或未经取代的C2-C6炔基、经取代或未经取代的C2-C6炔氧基，且R1、R2、R3和R4中至少有一个选自经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的C2-C6烯氧基、经取代或未经取代的C2-C6炔基、经取代或未经取代的C2-C6炔氧基；和/或
经取代时，取代基独立选自卤素。
6.根据权利要求4所述的二次电池，其特征在于，R1、R2、R3和R4相同，均选自经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的C2-C6烯氧基、经取代或未经取代的C2-C6炔基、经取代或未经取代的C2-C6炔氧基，和/或
经取代时，取代基为氟。
7. 根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，所述含硅添加剂包括四乙烯基硅烷、乙烯基三甲基硅烷、二乙烯基二甲基硅烷和三乙烯基甲基硅烷中的至少一种；和/或
基于所述电解液的质量，所述含硅添加剂的质量含量为0.05%-5%；和/或
所述电解液还包括其他添加剂，所述其他添加剂包括含碳碳双键的环状碳酸酯、含氟锂盐和硫酸酯中的至少一种。
8. 根据权利要求7所述的二次电池，其特征在于，基于所述电解液的质量，所述含硅添加剂的质量含量为0.1%-3%；和/或
基于所述电解液的质量，所述其他添加剂的质量含量为0.05%-10%；和/或
所述其他添加剂选自碳酸亚乙烯酯、二氟磷酸锂和硫酸乙烯酯中的至少一种。
9. 根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，所述正极包括正极活性材料，所述正极活性材料包括钴酸锂类材料和三元正极材料中的至少一种；和/或
所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料包括硅基材料、碳基材料和锂基材料中的至少一种；和/或
所述隔离膜包括基膜和设置于所述基膜上的涂层；和/或
所述电解液还包括非水溶剂和锂盐。
10. 根据权利要求9所述的二次电池，其特征在于，所述钴酸锂类材料包括Li1-xAxCoO2中的至少一种，A选自铝、镁、钛、锡、钒、铜、锌、锆、铬、锰、铁、镓、钼、锑、钨、钇和铌中的一种或多种，0≤x≤0.05，所述三元正极材料包括镍钴类三元材料；和/或
所述负极活性材料包括石墨、软碳、硬碳、碳纳米管、石墨烯、硅、硅合金、硅氧化合物、硅碳化合物、金属锂和钛酸锂中的至少一种；和/或
所述基膜包括聚乙烯膜、聚丙烯膜、PP/PE/PP复合膜、聚酰亚胺膜、芳纶膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或无纺布中的至少一种，所述涂层包括聚合物层、无机物层或聚合物与无机物的混合层中的至少一种；和/或
所述非水溶剂包括链状碳酸酯、环状碳酸酯和羧酸酯中的至少一种，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂和双(三氟甲磺酰)亚胺锂中的至少一种。
11.根据权利要求10所述的二次电池，其特征在于，所述镍钴类三元材料包括LiNimConB(1-m-n)O2材料中的至少一种，B选自锰、铝、镁、铬、钙、锆、钼、银或铌中的至少一种，0.5≤m≤1，0≤n≤0.5，m+n≤1。
12.根据权利要求9所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物和锂镍钴铝氧化物中的至少一种。
13.一种装置，其包括权利要求1-12中任一项所述的二次电池。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116525949A (zh) * 2023-06-26 2023-08-01 蔚来电池科技(安徽)有限公司 二次电池和装置
CN117254129A (zh) * 2023-11-17 2023-12-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池和用电装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1746674A1 (en) * 2005-07-22 2007-01-24 Samsung SDI Co., Ltd. Electrode including si-containing material layer and porous film, and lithium battery employing the same
CN108198986A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 上海恩捷新材料科技股份有限公司 一种硅烷交联聚合物隔离膜及其制备方法
CN108602685A (zh) * 2016-11-14 2018-09-28 住友化学株式会社 氧化铝和含有其的浆料、以及使用其的氧化铝多孔膜、层叠隔板、非水电解液二次电池和非水电解液二次电池的制造方法
CN114207899A (zh) * 2019-12-24 2022-03-18 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池及含有该二次电池的装置
WO2022163714A1 (ja) * 2021-01-29 2022-08-04 旭化成株式会社 蓄電デバイス用セパレータ、及びこれを含む蓄電デバイス
CN115395174A (zh) * 2022-09-01 2022-11-25 欣旺达电动汽车电池有限公司 一种复合隔膜、二次电池及用电设备

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006032246A (ja) * 2004-07-21 2006-02-02 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質電池用セパレータ及び非水電解質電池
JP2010232117A (ja) * 2009-03-30 2010-10-14 Hitachi Vehicle Energy Ltd リチウム二次電池
WO2016068286A1 (ja) * 2014-10-31 2016-05-06 株式会社 東芝 非水電解質電池及び電池パック
US11097461B2 (en) * 2016-05-31 2021-08-24 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Battery packaging material, production method therefor, battery, and polyester film
KR20200103807A (ko) * 2018-08-21 2020-09-02 쉔젠 백 파워 베터리 컴퍼니 리미티드 전지 전해액용 첨가제, 리튬 이온 전지 전해액, 리튬 이온 전지
CN113767500B (zh) * 2020-08-13 2023-01-20 宁德新能源科技有限公司 电解液和包含电解液的电化学装置及电子装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1746674A1 (en) * 2005-07-22 2007-01-24 Samsung SDI Co., Ltd. Electrode including si-containing material layer and porous film, and lithium battery employing the same
CN108602685A (zh) * 2016-11-14 2018-09-28 住友化学株式会社 氧化铝和含有其的浆料、以及使用其的氧化铝多孔膜、层叠隔板、非水电解液二次电池和非水电解液二次电池的制造方法
CN108198986A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 上海恩捷新材料科技股份有限公司 一种硅烷交联聚合物隔离膜及其制备方法
CN114207899A (zh) * 2019-12-24 2022-03-18 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池及含有该二次电池的装置
WO2022163714A1 (ja) * 2021-01-29 2022-08-04 旭化成株式会社 蓄電デバイス用セパレータ、及びこれを含む蓄電デバイス
CN115395174A (zh) * 2022-09-01 2022-11-25 欣旺达电动汽车电池有限公司 一种复合隔膜、二次电池及用电设备

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