锂离子二次电池、电芯以及用电装置的制作方法

本技术涉及二次电池，尤其涉及一种锂离子二次电池、电芯以及用电装置。

背景技术：

1、近年来，如锂离子电池等二次电池的应用范围越来越广泛，已广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车等多个领域。由于二次电池取得了极大的发展，因此对其能量密度、循环性能和安全性能等也提出了更高的要求。

2、硅的理论比容量高达4200mah/g，是石墨（理论比容量约为372mah/g）等碳基材料的10倍以上。这意味着在相同质量的情况下，硅基材料能够存储更多的锂离子，从而为电池提供更高的能量密度，对于提升二次电池的续航里程、满足高能量需求的电子设备等具有重要意义。然而，硅基材料在嵌锂过程中体积膨胀性大，容易出现材料颗粒的粉化和破碎，进而破坏负极极片表面的sei膜，使二次电池的循环寿命下降。有方法通过在电解液中引入氟代碳酸酯类溶剂以期改善负极极片表面sei膜的稳定性，但是对于二次电池循环寿命的改善有限。

技术实现思路

1、基于此，本技术提供了一种具有较好循环寿命的锂离子二次电池、电芯以及用电装置。

2、本技术的第一方面，提供一种锂离子二次电池，包括正极极片、负极极片和电解液，所述负极极片的负极活性层包含硅基材料，所述电解液包括锂盐、溶剂以及第一添加剂，所述溶剂包括氟代碳酸酯类溶剂，所述第一添加剂包括还原性负极成膜添加剂，所述电解液中，所述还原性负极成膜添加剂的质量百分比为0%~4.5%。

3、本技术针对包含硅基材料的锂离子二次电池，协同采用氟代碳酸酯类溶剂与还原性负极成膜添加剂，能够较为明显地改善锂离子二次电池的循环寿命。

4、在其中一些实施方式中，所述溶剂中，所述氟代碳酸酯类溶剂的质量百分比为0.1%~50%。合理控制溶剂中氟代碳酸酯类溶剂的质量百分比，在获得较好电池循环寿命的同时，有利于溶剂对锂盐的解离，提升电导率，改善锂离子的液相传输以及电池的充放电能力，且还能够实现良好的高温储存性能。

5、在其中一些实施方式中，所述溶剂中，所述氟代碳酸酯类溶剂的质量百分比为2%~30%。

6、在其中一些实施方式中，所述氟代碳酸酯类溶剂包括氟代碳酸亚乙酯、二氟碳酸亚乙酯、三氟碳酸亚乙酯、四氟碳酸亚乙酯、4-三氟甲基碳酸乙烯酯、1-氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸氟乙基甲酯、碳酸氟二甲酯、碳酸二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯、2,2,2-三氟乙基甲酯、碳酸二氟甲基甲基酯、碳酸三氟甲基甲基酯和碳酸二氟甲基乙基酯中的一种或多种。采用合适种类的氟代碳酸酯类溶剂，能够在电极表面生成含高杨氏模量的无机氟化锂和高弹性聚碳酸酯类化合物的sei膜，且自身的氧化稳定性好，从而能够提高电极与电解液之间的界面稳定性，减少锂盐和溶剂的还原，从而减小电极内部的极化，改善循环性能。

7、在其中一些实施方式中，所述氟代碳酸酯类溶剂包括氟代碳酸亚乙酯、碳酸氟二甲酯和碳酸氟乙基甲酯中的一种或多种。

8、在其中一些实施方式中，所述溶剂还包括环状碳酸酯溶剂、链状碳酸酯溶剂和链状羧酸酯溶剂中的一种或多种。

9、在其中一些实施方式中，所述电解液中，所述还原性负极成膜添加剂的质量百分比为0~2.5%。合理控制所述还原性负极成膜添加剂的质量百分比，在有利于形成稳定sei膜、提升循环性能的同时，降低电解液/极片界面的阻抗。

10、在其中一些实施方式中，所述还原性负极成膜添加剂包括锂盐类添加剂和硫酯类添加剂中的一种或多种。采用合适种类的还原性负极成膜添加剂，能够更好地提升电池的循环寿命。

11、在其中一些实施方式中，所述锂盐类添加剂包括二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、四氟草酸磷酸锂、二氟磷酸锂、氟磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂和双草酸硼酸二氟磷酸锂中的一种或多种；及/或

12、所述硫酯类添加剂包括具有如下式（ii-1）、式（ii-2）和式（iii）所示结构特征的化合物或其衍生物中的一种或多种：

13、式（ii-1）、

14、式（ii-2）、

15、式（iii），

16、式（ii-1）和式（ii-2）所示结构特征的化合物中，r21、r22、r23和r24各自独立地包括h、f、c1~c10饱和烃基、氟取代的c1~c10饱和烃基、c2~c10不饱和烃基、氟取代的c2~c10不饱和烃基、芳基、氟取代的芳基、羰基、羧基、酯基、腈基、硅烷基或醚基；n2各自独立地包括0、1、2或3；m2包括o或ch2；

17、式（iii）所示结构特征的化合物中，r31、r32、r33和r34各自独立地包括h、f、c1~c10饱和烃基、氟取代的c1~c10饱和烃基、c2~c10不饱和烃基、氟取代的c2~c10不饱和烃基、芳基、氟取代的芳基、羰基、羧基、酯基、腈基、硅烷基或醚基；n3包括0、1、2或3；m3包括o或ch2。

18、在其中一些实施方式中，所述锂盐类添加剂包括二氟草酸硼酸锂；及/或，

19、所述硫酯类添加剂包括1,3-丙磺酸内酯、硫酸乙烯酯和亚硫酸乙烯酯中的一种或多种。

20、在其中一些实施方式中，所述电解液还包括第二添加剂，所述第二添加剂包括除酸添加剂。采用除酸添加剂能够有效去除体系中的质子氢，降低电解液酸度，进而提升包含硅基材料的锂离子二次电池的循环寿命。

21、在其中一些实施方式中，所述除酸添加剂包括环状酸酐类添加剂和链状异氰酸酯类添加剂中的一种或多种。采用合适种类的环状酸酐类添加剂和/或链状异氰酸酯类添加剂能够通过与水进行反应，降低质子氢的反应活性，进而降低其对于电解液和电解液/极片界面的破坏，提升电池的循环寿命。

22、在其中一些实施方式中，所述环状酸酐类添加剂包括马来酸酐、柠康酸酐、三氟甲基马来酸酐、丁二酸酐和戊二酸酐中的一种或多种；

23、及/或，所述链状异氰酸酯类添加剂包括具有如下式（i）所示结构特征的化合物中的一种或多种：

24、r11(n=c=o)n1  （i），

25、其中，r11包括c1~c10饱和烃基、c2~c10不饱和烃基、氟取代的c1~c10饱和烃基、氟取代的c2~c10不饱和烃基、c3~c10环烃基、c6~c20芳基、氟取代的c6~c20芳基、羧基、酯基或羰基；

26、n1包括1、2或3。

27、在其中一些实施方式中，所述环状酸酐类添加剂包括丁二酸酐；

28、及/或，所述链状异氰酸酯类添加剂包括1,6-己二异氰酸酯、1,4-环己基二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯和甲基丙烯酸异氰基乙酯中的一种或多种。

29、在其中一些实施方式中，所述电解液中，所述除酸添加剂的质量百分比为0.001%~3%。合理控制所述第二添加剂的质量百分比能够获得较好质子氢去除效果，提升循环寿命的同时，降低电解液/极片界面的阻抗，且还能够实现良好的高温储存性能。

30、在其中一些实施方式中，所述电解液中，所述除酸添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.01%~1%。

31、在其中一些实施方式中，所述锂盐具有如下所示特征中的一种或多种：

32、（1）所述锂盐在所述电解液中的总摩尔浓度为0.5mol/l~2mol/l；

33、（2）所述锂盐包括六氟磷酸锂。

34、在其中一些实施方式中，所述锂盐还包括双氟磺酰亚胺锂盐，所述电解液中，所述双氟磺酰亚胺锂盐的浓度为0.05mol/l~0.4mol/l。合理控制所述双氟磺酰亚胺锂盐的浓度，能够获得更好的循环性能。

35、在其中一些实施方式中，所述电解液中，所述双氟磺酰亚胺锂盐的浓度为0.1mol/l~0.2mol/l。

36、在其中一些实施方式中，所述硅基材料具有如下所示特征中的一种或多种：

37、（1）所述硅基材料包括硅碳材料，所述硅碳材料具有如下所述特征中的一种或多种：

38、（1.1）所述硅碳材料包括多孔碳基体以及沉积于所述多孔碳基体的孔隙中的纳米硅；

39、（1.2）所述硅碳材料中，硅元素与碳元素的质量比为(4~6):(6~4)；

40、（1.3）所述硅碳材料在所述负极活性层中的质量比为20%~90%；

41、（2）所述硅基材料在所述负极活性层中的质量占比为10%~100%。

42、本技术的第二方面，提供一种电芯，包括正极极片、负极极片和电解液，所述负极极片的负极活性层包含硅基材料，所述电解液包括锂盐、溶剂以及第一添加剂，所述溶剂包括氟代碳酸酯类溶剂，所述第一添加剂包括还原性负极成膜添加剂。

43、在其中一些实施方式中，所述氟代碳酸酯类溶剂具有如下所示特征中的至少一项：

44、（1）所述溶剂中，所述氟代碳酸酯类溶剂的质量百分比为0.1%~50%；

45、（2）所述氟代碳酸酯类溶剂包括氟代碳酸亚乙酯、二氟碳酸亚乙酯、三氟碳酸亚乙酯、四氟碳酸亚乙酯、4-三氟甲基碳酸乙烯酯、1-氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸氟乙基甲酯、碳酸氟二甲酯、碳酸二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯、2,2,2-三氟乙基甲酯、碳酸二氟甲基甲基酯、碳酸三氟甲基甲基酯和碳酸二氟甲基乙基酯中的一种或多种。

46、在其中一些实施方式中，所述还原性负极成膜添加剂具有如下所示特征中的至少一项：

47、（1）所述还原性负极成膜添加剂包括锂盐类添加剂和硫酯类添加剂中的一种或多种；

48、（2）所述电解液中，所述还原性负极成膜添加剂的质量百分比为0.01%~5%。

49、在其中一些实施方式中，所述电解液还包括第二添加剂，所述第二添加剂包括除酸添加剂。

50、在其中一些实施方式中，所述除酸添加剂具有如下所示特征中的至少一项：

51、（1）所述除酸添加剂包括环状酸酐类添加剂和链状异氰酸酯类添加剂中的一种或多种；

52、（2）所述电解液中，所述除酸添加剂的质量百分比为0.01%~5%。

53、在其中一些实施方式中，述锂盐具有如下所示特征中的一种或多种：

54、（1）所述锂盐在所述电解液中的总摩尔浓度为0.5mol/l~2mol/l；

55、（2）所述锂盐包括六氟磷酸锂。

56、在其中一些实施方式中，所述锂盐还包括双氟磺酰亚胺锂盐，所述电解液中，所述双氟磺酰亚胺锂盐的浓度为0.05mol/l~0.4mol/l。

57、本技术的第三方面，提供一种用电装置，包括第一方面所述的锂离子二次电池。