锂离子二次电池、电池模块、电池包、以及用电装置的制作方法

本申请涉及锂离子二次电池领域，尤其涉及一种具有高能量密度的锂离子二次电池、电池模块、电池包、以及用电装置。

背景技术：

1、锂离子电池因其成本低、寿命长，安全性好等特点成为最受欢迎的能量存储系统，现已被广泛应用于纯电动汽车，混合电动汽车，智能电网等领域。但目前的锂离子二次电池难以满足人们对续航能力的更高需求，要破除人们对电动汽车“里程焦虑”的问题，就迫切需要开发具有更高能量密度的锂离子二次电池。

2、通过提高锂离子二次电池中单位体积下的活性材料的放电克容量，可以有效增加能量密度。例如，通过减少极片上作为导电剂的碳含量或正极材料颗粒表面碳包覆量，可以增加单位体积下活性材料的重量，从而增加单位体积下活性材料的放电克容量。此外，通过增加活性材料的涂布重量，减少非活性基材的使用占比，可以进一步提升单位体积下活性材料的放电克容量。但如上策略在实现高能量密度的同时，会导致电芯内阻显著增大，在高倍率充电时，电芯放热严重并因此处于高温条件下。此时，电解液中的锂盐如lipf6会加速分解产生hf、pf5等气体，这些高反应活性成分会加速破坏sei膜，导致活性物质暴露在电解液中，导致活性材料的损失。而sei膜的修复过程会持续消耗活性锂和电解液，导致电芯循环性能和存储寿命进一步恶化。

3、因此，存在提高锂离子二次电池的能量密度同时确保电芯循环和存储寿命的需求。

技术实现思路

1、本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于提供一种锂离子二次电池，以解决高能量密度的电芯在充电时大量发热而导致电解液分解，电芯循环和存储寿命较差的问题。

2、为了达到上述目的，本申请第一方面提供一种锂离子二次电池，其具有正极极片、负极极片、隔离膜及电解液，所述正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体至少一个表面上的正极材料层，所述正极材料层包含正极活性物质和碳，其中，

3、所述电解液中含有锂盐(my+)x/yr1(so2n-)xso2r2，其中所述my+为金属离子，r1、r2各自独立地为氟原子、碳原子数为1-20的烷基、碳原子数为1-20的氟代烷基或碳原子数为1-20的氟代烷氧基，并且所述x为1、2或3，所述y为1、2或3；将该锂盐在所述电解液中的质量百分比设为k2％；

4、所述正极极片的温升系数k1满足2.5≤k1≤32，其中k1＝cw/mc，cw为正极集流体负载有正极材料层的任一侧表面上单位面积的正极材料负载量(mg/cm2)，mc为所述正极材料层的含碳量(％)；

5、并且，所述锂离子二次电池满足0.34≤k2/k1≤8。

6、通过使用含有高热稳定性盐(my+)x/yr1(so2n-)xso2r2的电解液，并使高热稳定性盐(my+)x/y(r1so2n)xso2r2的含量与正极极片的正极材料负载量和碳含量满足特定的关系，能够在提高电芯的体积能量密度的同时，减轻高温对电解液的影响，从而获得更好的电芯性能，解决高能量密度与长寿命难以兼顾的问题。

7、在任意实施方式中，所述锂离子二次电池满足下述条件1)至3)中的至少一项：

8、1)3.3≤k1≤14.5；

9、2)0.48≤k2/k1≤7；

10、3)1≤mc≤7。

11、通过满足上述条件1)至3)中的至少一项，可以进一步改进电池的能量密度和/或充放电性能和/或循环寿命。

12、在任意实施方式中，所述my+为选自li+、na+、k+、rb+、cs+、mg2+、ca2+、ba2+、al3+、fe2+、fe3+、ni2+、以及ni3+中的至少一种，可选地，my+为选自li+、na+、k+、rb+以及cs+中的至少一种。通过选择上述阳离子，可以进一步改善电芯功率性能。

13、在任意实施方式中，所述r1、r2各自独立地为氟原子、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的氟代烷基或碳原子数为1-10的氟代烷氧基，可选地，所述r1、r2各自独立地为ch3、cf3或f。通过选择r1、r2的结构，有助于改善电池的循环性能。

14、在任意实施方式中，所述锂离子二次电池的电解液中还含有低阻抗添加剂，可选地，所述低阻抗添加剂为氟磺酸盐nso3f、二氟草酸硼酸盐ndfob、二氟磷酸盐npo2f2、二氟二草酸盐ndfop、三(三甲基硅烷基)磷酸酯、三(三甲基硅烷基)亚磷酸酯中的至少一种，其中n为盐的金属离子，例如可选为li+、na+、k+、rb+、cs+；可选地，所述低阻抗添加剂为氟磺酸锂、二氟草酸硼酸锂、三(三甲基硅烷基)磷酸酯和二氟磷酸锂中的至少一种。这些低阻抗添加剂能够降低正负极极片表面上保护膜(sei膜)的阻抗，减轻温升导致的电池性能恶化。

15、在任意实施方式中，所述低阻抗添加剂在所述电解液中的质量百分比为0.1％～10％，可选为0.2％～5％。通过选择低阻抗添加剂的质量百分比，可以进一步改善电池循环性能。

16、在任意实施方式中，所述锂离子二次电池的电解液中还含有抑制铝箔腐蚀的锂盐，可选地，所述抑制铝箔腐蚀的锂盐为选自lipf6、liasf6、以及libf4中的至少一种。通过添加抑制铝箔腐蚀的锂盐，可以抑制铝箔腐蚀，减少电芯内部温升。

17、在任意实施方式中，所述抑制铝箔腐蚀的锂盐在所述电解液中的质量百分比为0.1％～10％，可选为0.2％～5％，可选为1％～3％。通过选择抑制铝箔腐蚀的锂盐的含量，能够进一步改善电池的循环性能。

18、在任意实施方式中，所述锂离子二次电池的电解液中的总锂盐含量在5wt％-50wt％范围内，可选地在5wt％-37wt％范围内，可选地在5wt％-23wt％范围内，基于电解液总重量计。通过选择电解液中的总锂盐含量，能够改善锂离子二次电池的循环寿命和功率性能。

19、在任意实施方式中，所述锂离子二次电池中的正极活性物质选自锂过渡金属氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐及其各自的改性化合物中的一种或几种，可选地，所述锂过渡金属氧化物选自锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、满足a+b+c＝1且a＜0.8的锂镍钴锰氧化物liniacobmnco2、锂镍钴铝氧化物及其改性化合物中的一种或几种。

20、本申请的第二方面提供一种电池模块，其包括本申请第一方面的锂离子二次电池。

21、本申请的第三方面提供一种电池包，其包括本申请第二方面的电池模块。

22、本申请的第四方面提供一种用电装置，其包括选自本申请的第一方面的锂离子二次电池、本申请的第二方面的电池模块或本申请的第三方面的电池包中的一种以上。

技术特征：

1.一种锂离子二次电池，其具有正极极片、负极极片、隔离膜及电解液，所述正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体至少一个表面上的正极材料层，所述正极

2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述正极极片的温升系数取值范围为3.28至32。

3.根据权利要求2所述的锂离子二次电池，其中，所述正极极片的温升系数取值范围为3.3至14.5。

4.根据权利要求3所述的锂离子二次电池，其中，所述正极极片的温升系数取值范围为4.17至7.3。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述正极极片的正极材料负载量为18mg/cm2至27.27mg/cm2。

6.根据权利要求5中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述正极极片的正极材料负载量为22.3mg/cm2至27.27mg/cm2。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述正极材料层的含碳量为1％至5％。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述电解液中含有高热稳定性盐盐(my+)x/yr1(so2n-)xso2r2，其中所述my+为金属离子，r1、r2各自独立地为氟原子、碳原子数为1-20的烷基、碳原子数为1-20的氟代烷基或碳原子数为1-20的氟代烷氧基，并且所述x为1、2或3，所述y为1、2或3。

9.根据权利要求8所述的锂离子二次电池，其中，所述my+为选自li+、na+、k+、rb+、cs+、mg2+、ca2+、ba2+、al3+、fe2+、fe3+、ni2+、以及ni3+中的至少一种。

10.根据权利要求9所述的锂离子二次电池，其中，所述my+为选自li+、na+、k+、rb+以及cs+中的至少一种。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述r1、r2各自独立地为氟原子、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的氟代烷基或碳原子数为1-10的氟代烷氧基。

12.根据权利要求11所述的锂离子二次电池，其中，所述r1、r2各自独立地为ch3、cf3或f。

13.根据权利要求8-12中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述高热稳定性盐在所述电解液中的质量百分比为3.1％至22.5％。

14.根据权利要求13所述的锂离子二次电池，其中，所述高热稳定性盐在所述电解液中的质量百分比为6.9％至21.5％。

15.根据权利要求14所述的锂离子二次电池，其中，所述高热稳定性盐在所述电解液中的质量百分比为15.4％至20％。

16.根据权利要求8-15中任一项所述的锂离子二次电池，其中，将所述高热稳定性盐在所述电解液中的质量百分比设为k2％，所述正极极片的温升系数设为k1，所述锂离子二次电池满足0.34≤k2/k1≤8。

17.根据权利要求16所述的锂离子二次电池，其中，所述锂离子二次电池满足0.48≤k2/k1≤7。

18.根据权利要求1-17中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述电解液中还含有低阻抗添加剂。

19.根据权利要求18所述的锂离子二次电池，其中，所述低阻抗添加剂为氟磺酸盐nso3f、二氟草酸硼酸盐ndfob、二氟磷酸盐npo2f2、二氟二草酸盐ndfop、三(三甲基硅烷基)磷酸酯、三(三甲基硅烷基)亚磷酸酯中的至少一种，其中n为盐的金属离子。

20.根据权利要求19所述的锂离子二次电池，其中，n为li+、na+、k+、rb+、cs+中的一种或多种。

21.根据权利要求18-20任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述低阻抗添加剂为氟磺酸锂、二氟草酸硼酸锂、三(三甲基硅烷基)磷酸酯和二氟磷酸锂中的至少一种。

22.根据权利要求18-21任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述低阻抗添加剂在所述电解液中的质量百分比为0.1％～10％。

23.根据权利要求22所述的锂离子二次电池，其中，所述低阻抗添加剂在所述电解液中的质量百分比为0.2％～5％。

24.根据权利要求1-23中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述电解液中还含有抑制铝箔腐蚀的锂盐。

25.根据权利要求24所述的锂离子二次电池，其中，所述抑制铝箔腐蚀的锂盐为选自lipf6、liasf6、以及libf4中的至少一种。

26.根据权利要求24或25所述的锂离子二次电池，其中，所述抑制铝箔腐蚀的锂盐在所述电解液中的质量百分比为0.1％～10％。

27.根据权利要求26所述的锂离子二次电池，其中，所述抑制铝箔腐蚀的锂盐在所述电解液中的质量百分比为0.2％～5％。

28.根据权利要求27所述的锂离子二次电池，其中，所述抑制铝箔腐蚀的锂盐在所述电解液中的质量百分比为1％～3％。

29.根据权利要求1-28中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述电解液中的总锂盐含量在5wt％-50wt％范围内，基于电解液总重量计。

30.根据权利要求29所述的锂离子二次电池，其中，所述电解液中的总锂盐含量在5wt％-37wt％范围内，基于电解液总重量计。

31.根据权利要求30所述的锂离子二次电池，其中，所述电解液中的总锂盐含量在5wt％-23wt％范围内，基于电解液总重量计。

32.根据权利要求1-31中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述电解液包括溶剂，所述溶剂包括链状碳酸酯、环状碳酸酯、羧酸酯中的一种或几种。

33.根据权利要求1-32中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述溶剂还包括添加剂，所述添加剂包括含有不饱和键的环状碳酸酯化合物、卤素取代的环状碳酸酯化合物、硫酸酯化合物、亚硫酸酯化合物、磺酸内酯化合物、二磺酸化合物、腈化合物、芳香化合物、异氰酸酯化合物、磷腈化合物、环状酸酐化合物、亚磷酸酯化合物、磷酸酯化合物、硼酸酯化合物、羧酸酯化合物中的至少一种。

34.根据权利要求1-33中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述正极活性物质选自锂过渡金属氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐及其各自的改性化合物中的一种或几种。

35.根据权利要求34所述的锂离子二次电池，其中，所述锂过渡金属氧化物选自锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、满足a+b+c＝1且a＜0.8的锂镍钴锰氧化物liniacobmnco2、锂镍钴铝氧化物及其改性化合物中的一种或几种。

36.根据权利要求1-35中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述正极活性物质具有碳包覆层，所述正极活性物质的碳含量为0.2％至2.8％。

37.根据权利要求36所述的锂离子二次电池，其中，所述正极活性物质的碳含量为1.2％至2.5％。

38.根据权利要求1-37任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述负极极片包括负极集流体和位于所述负极集流体至少一个表面的负极材料层，所述负极极片的负极材料负载量为9.96mg/cm2至15.33mg/cm2。

39.根据权利要求39所述的锂离子二次电池，其中，所述负极极片的负极材料负载量为10.10mg/cm2至14.12mg/cm2。

40.一种电池模块，其包括权利要求1-39中任一项所述的锂离子二次电池。

41.一种电池包，其包括权利要求40所述的电池模块。

42.一种用电装置，其包括选自权利要求1-39中任一项所述的锂离子二次电池、权利要求40所述的电池模块或权利要求41所述的电池包中的一种以上。

技术总结
本申请提供一种锂离子二次电池、电池模块、电池包、以及用电装置，离子二次电池具有正极极片、负极极片、隔离膜及电解液，正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体至少一个表面上的正极材料层，正极材料层包含活性物质和碳，其中，正极极片的温升系数取值范围为2.5至32，正极极片的正极材料负载量为18mg/cm<supgt;2</supgt;至32mg/cm<supgt;2</supgt;，正极材料层的含碳量为1％至7％。本申请的锂离子二次电池兼具高能量密度与长寿命。

技术研发人员：彭畅,陈培培,邹海林,梁成都
受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/28