电解液、电池单体、电池及用电装置的制作方法

本技术涉及电池，具体而言，涉及一种电解液、电池单体、电池及用电装置。

背景技术：

1、锂电池等二次电池因其清洁和可再生的特点得到日益广泛的应用，且具备较大的比能量密度和较高的循环寿命，已经被广泛应用到消费电子产品，电动车以及储能等诸多领域。随着二次电池应用范围的扩大，需要更好的快充性能，故对二次电池的动力学性能越来越高，通常快充电池通过在电解液中引入低粘溶剂来改善锂离子的液相传输能力，进而改善二次电池的动力学性能，但低粘溶剂的引入会降低快充电池的寿命。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本技术提供了一种电解液、电池单体、电池及用电装置，其能降低快充电池中引入的低粘溶剂对电池寿命的影响。

2、第一方面，本技术提供了一种电解液，电解液的成分包括溶剂、电解质和第一添加剂，溶剂包括低粘溶剂，低粘溶剂的粘度<0.6mpa·s，第一添加剂包括氟磷酸盐和硼酸盐中的至少一种。

3、本技术实施例的技术方案中，通过在含有低粘溶剂的电解液中添加氟磷酸盐和/或硼酸盐，由于氟磷酸盐、硼酸盐具有较低的lumo能级，在添加到电解液中，其更易得电子被还原，在负极活性材料表面形成稳定的sei膜，能够阻挡低粘溶剂和负极活性材料的接触，进而能够减少低粘溶剂被还原的发生，从而抑制负极片侧的进一步副反应。同时，氟磷酸盐、硼酸盐能够与正极活性材料表面的金属离子结合，形成离子键，减少正极活性材料表面过脱锂现象，从而有效的降低正极活性材料的结构被破坏的发生，减少电解液于正极片侧的副反应。通过减少负极片侧和正极片侧与电解液副反应，有利于电池的寿命。

4、在一些实施例中，电解液的粘度≤5mpa·s。

5、在上述实施过程中，电解液粘度的降低，有利于锂离子在电解液中的扩散，从而有效改善电池的快充及功率等性能。通过控制电解液的粘度≤5mpa·s，使得具有该电解液的电池具有较好的快充及功率等性能。

6、在一些实施例中，低粘溶剂在电解液中的质量含量a1为10％-70％；和/或

7、第一添加剂在电解液中的质量含量b1为0.15％-2.5％。

8、在上述实施过程中，低粘溶剂在电解液中的质量含量越大，越有利于电解液粘度的降低，进而有利于锂离子在电解液中的扩散，来改善电池的快充及功率等性能。第一添加剂在电解液中的质量含量越大，越有利于阴极片sei膜和阳极片离子键的形成，进而减少负极片侧和正极片侧与电解液副反应，有利于电池的寿命。第一添加剂在电解液中的质量含量越小，越有利于电解液粘度的降低。通过控制低粘溶剂的质量含量a1为10％-70％、第一添加剂的质量含量b1为0.15％-2.5％，能够兼顾电池的动力学性能和寿命。

9、在一些实施例中，低粘溶剂在电解液中的质量含量a1为20％-60％；和/或

10、第一添加剂在电解液中的质量含量b1为0.5％-1.5％。

11、控制低粘溶剂的质量含量a1为20％-60％、第一添加剂的质量含量b1为0.5％-1.5％，能够更好的兼顾电池的动力学性能和寿命。

12、在一些实施例中，氟磷酸盐包括单氟磷酸盐和二氟磷酸盐中的至少一种；和/或

13、硼酸盐包括四氟硼酸盐、双草酸硼酸盐、含氟草酸硼酸盐中的至少一种；和/或

14、氟磷酸盐和硼酸盐分别独立的包括锂盐、钠盐和钾盐中的至少一种。

15、在一些实施例中，低粘溶剂包括：r1-coo-r2，其中，r1包括h、甲氧基和c1-c5的烷基，r2包括c1-c5的烷基。

16、在一些实施例中，低粘溶剂包括：碳酸二甲酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸甲酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸丙酯、丁酸丁酯、乙酸异丙酯和乙酸异戊酯中的至少一种。

17、在一些实施例中，低粘溶剂包括乙酸乙酯、乙酸甲酯和碳酸二甲酯中的至少一种。

18、上述溶剂的粘度较低，有利于锂离子在电解液中的扩散，改善电池的快充及功率等性能。

19、在一些实施例中，电解液的成分还包括第二添加剂，第二添加剂包括含硫化合物。

20、在上述实施过程中，含硫化合物也有利于阴极活性材料和阳极活性材料表面的成膜，通过在电解液中添加含硫化合物，能够有利于电池的寿命，同时能够改善电池的产气。

21、在一些实施例中，第二添加剂在电解液中的质量含量c1为0.1％-4％。

22、在上述实施过程中，含硫化合物在电解液中的质量含量越大，越有利于电池中阴极活性材料和阳极活性材料表面成膜，进而有利于电池的寿命，同时改善电池的产气。含硫化合物在电解液中的质量含量越小，越有利于电池阻抗的降低。通过控制第二添加剂在电解液中的质量含量c1为0.1％-4％，能够兼顾电池的寿命、产气和阻抗等性能。

23、在一些实施例中，第二添加剂在电解液中的质量含量c1为0.5％-3％。

24、在上述实施过程中，通过控制第二添加剂在电解液中的质量含量c1为0.5％-3％，能够更好的兼顾电池的寿命长、产气少和阻抗低等性能。

25、在一些实施例中，含硫化合物包括磺酸酯类化合物和硫酸乙烯酯类化合物中的至少一种。

26、在上述实施过程中，磺酸酯类化合物和硫酸乙烯酯类化合物均富含环状硫酸基团，能够在负极活性材料层上形成富含硫酸锂的sei膜，具有较好的热稳定性，从而改善电池寿命。

27、在一些实施例中，硫酸乙烯酯类化合物包括中的至少一种；和/或

28、磺酸酯类化合物包括中的至少一种。

29、在一些实施例中，电解质包括锂盐；和/或

30、锂盐包括lipf6和lifsi中的至少一种。

31、在一些实施例中，电解质包括lipf6和lifsi，lifsi和lipf6的摩尔比为0.1-5；和/或，所述lipf6和lifsi的质量比为0.1-10。

32、在上述实施过程中，lifsi的含量越多，越有利于li+的迁移，进而改善电池的快充性能。lifsi的含量越少，也有利于减少负极集流体的腐蚀，进而有利于电池的安全性能。通过控制lifsi和lipf6的用量比能够兼顾电池的快充性能和安全性。

33、第二方面，本技术提供了一种电池单体，电池单体包括第一方面提供的电解液。

34、本技术实施例的技术方案中，通过在含有低粘溶剂的电解液中添加氟磷酸盐和/或硼酸盐，由于氟磷酸盐、硼酸盐具有较低的lumo能级，其更易得电子被还原，在负极片形成稳定的sei膜，能够阻挡低粘溶剂和负极片的接触，进而能够降低低粘溶剂被还原的发生，从而抑制负极片侧的进一步副反应。同时，氟磷酸盐、硼酸盐能够与正极片表面的金属离子结合，形成离子键，减少正极片表面过脱锂现象，从而有效的降低正极活性材料的结构被破坏的发生，减少电解液于正极片侧的副反应。通过减少负极片侧和正极片侧与电解液副反应，有利于电池的寿命。

35、在一些实施例中，低粘溶剂在电解液中的质量含量a2为10％-70％；和/或

36、第一添加剂在电解液中的质量含量b2为0％-1％。

37、在一些实施例中，氟磷酸盐包括单氟磷酸盐和二氟磷酸盐中的至少一种；和/或

38、硼酸盐包括四氟硼酸盐、双草酸硼酸盐、含氟草酸硼酸盐中的至少一种；和/或

39、氟磷酸盐和硼酸盐分别独立的包括锂盐、钠盐和钾盐中的至少一种。

40、在一些实施例中，第二添加剂在电解液中的质量含量c2为0％-2％。

41、在一些实施例中，电池单体还包括正极片，正极片包括正极活性材料层，正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料包括锂镍钴锰氧化物，锂镍钴锰氧化物的dv50为2μm-15μm；或者，正极活性材料包括含锂磷酸盐，含锂磷酸盐的dv50为0.3μm-2μm。

42、在正极片的正极活性材料为三元体系材料的电池中，第一添加剂能够与正极片表面的金属离子结合，形成离子键，减少正极片表面过脱锂现象，从而有效的降低正极活性材料的结构被破坏的发生，减少电解液于正极片侧的副反应以及副反应带来的产气问题，在电解液中加入第二添加剂时，可以进一步在正极活性材料表面形成cei膜，提高正极片侧的结构稳定性，减少产气带来的风险，提高电池的寿命。在正极片的正极活性材料为含锂磷酸盐材料(包括磷酸锰铁锂类材料)的电池中，添加剂可以在负极片形成稳定的sei膜，阻挡溶剂特别是低粘溶剂和负极片的接触，降低溶剂在负极片侧的还原产气副反应，提高电池的寿命。低粘体系中，正极活性材料的粒径越小对界面副反应的影响越大，在上述实施例中，控制锂镍钴锰氧化物正极活性材料的dv50为2μm-15μm，或者，控制含锂磷酸盐正极活性材料的dv50为0.3μm-2μm，正极活性材料的反应位点多，锂离子的脱嵌速度提高，可以与电解液锂离子的传输速度匹配，有助于降低锂离子传输阻抗和快充体系下电池的温升。同时，可以减少因正极活性材料的粒径过小导致的界面副反应，减少副反应带来的产气以及副反应对电池寿命的影响，更好的兼顾电池的快充性能和使用寿命。

43、在一些实施例中，正极活性材料包括锂镍钴锰氧化物，基于正极活性材料中过渡金属的总摩尔数计，镍元素的摩尔含量占比小于80％，正极活性材料的dv50为2μm-5μm，正极活性材料包括未团聚的一次颗粒。

44、镍元素的摩尔含量占比小于80％有利于降低正极活性材料在高电压(充电截止电压≥4.3v)下的镍溶出概率，提高正极活性材料的耐受电压。以低镍组分搭配未团聚的一次颗粒能够进一步降低正极活性材料与低粘溶剂的副反应程度，降低正极活性材料在高电压充放电过程中开裂的概率，改善电池单体的循环性能。同时，一次颗粒具有较高的比表面积和较小的粒径，有利于提高锂离子嵌入/脱出过程的速率，提高电池的快充性能。一次颗粒的dv50为2μm-5μm，在提升电池快充性能的同时，兼顾正极活性材料的结构的稳定性，有利于电池保持稳定的循环性能。

45、在一些实施例中，正极活性材料包括锂镍钴锰氧化物，基于正极活性材料中过渡金属的总摩尔数计，镍元素的摩尔含量占比大于等于80％，正极活性材料的dv50为6μm-15μm，正极活性材料包括一次颗粒团聚而成的二次颗粒，所述二次颗粒中一次颗粒的平均粒径为0.1μm-1.5μm。

46、将高镍材料成型为大尺寸的二次颗粒有利于同时提高正极活性材料的比容量和正极片的级配，改善电池的能量密度。同时，二次颗粒由小粒径的一次颗粒组成，能够缩短锂离子的传输距离，增加嵌入端面数量，降低电池单体的直流阻抗、提高电池单体的功率性能。二次颗粒的dv50为6μm-15μm，可以在改善电池的能量密度的同时，兼顾锂离子的传输距离，提升电池的快充性能。控制二次颗粒中一次颗粒的平均粒径能够缩短锂离子的传输距离，增加嵌入端面数量，降低电池单体的直流阻抗、提高电池单体的功率性能。

47、在一些实施例中，所述正极活性材料包括未团聚的一次颗粒和/或一次颗粒团聚而成二次颗粒的含锂磷酸盐，所述正极活性材料的一次颗粒的平均粒径为50nm-300nm。一次颗粒的平均粒径在上述范围内的含锂磷酸盐兼具较短的离子传输路径和低的锂离子传输阻抗，能够与锂离子在电解液中的液相传输速率相匹配并兼顾电池单体的循环寿命。

48、在一些实施例中，电池单体还包括负极片，负极片包括负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、硅基材料和锂金属中的至少一种。

49、在一些实施例中，负极活性材料包括人造石墨；和/或

50、负极活性材料包括一次颗粒团聚而成的二次颗粒，负极活性材料的dv50为5μm-18μm；和/或

51、负极活性材料的空气氧化温度t0为630℃-730℃。

52、在上述实施例中，人造石墨缺陷较少，能够减少与低粘溶剂的副反应，降低产气，改善电池的产气缺陷。

53、在上述实施例中，二次颗粒有助于增加负极活性材料的反应活性位点，可以为锂离子提供合适的嵌入端面，提升锂离子的脱嵌速度和改善快充性能。二次颗粒的dv50为5μm-18μm，在提升电池快充性能的同时，减少负极活性材料与电解液的副反应，改善电池的循环寿命。

54、在上述实施例中，负极活性材料的空气氧化温度t0为630℃-730℃，负极活性材料具有较好的表面质量，锂离子嵌入端面合适，能够和电解液的锂离子传输速率匹配，提升电池快充性能，同时，负极活性材料具有较多的嵌锂位置，有利于提升电池的能量密度。负极活性材料与第一和第二添加剂协同作用，在负极活性材料表面形成致密的sei膜，在改善电池快充性能的同时兼顾电池的循环性能和使用寿命。

55、在一些实施例中，负极活性材料包括硅基材料，硅基材料在负极活性材料层中的质量占比不超过25％。

56、第三方面，本技术提供了一种电池，包括第二方面提供的电池单体。

57、在一些实施例中，电池从0％soc充电至80％soc的充电时间t满足：t≤15.2min。

58、第四方面，本技术提供了一种用电装置，用电装置包括第三方面提供的电池。