【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)的實(shí)施例涉及電池領(lǐng)域，具體地，涉及電解液、二次電池和用電裝置。
技術(shù)介紹
1、在新能源領(lǐng)域，電動(dòng)汽車憑借其能耗小、無碳排放等優(yōu)勢(shì)迅速占領(lǐng)汽車市場(chǎng)，受到廣大用戶青睞。隨著普及度增加，電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程短的問題也逐漸被暴露出來，這就要求鋰離子電池必須進(jìn)一步提升能量密度，從而滿足越來越高的續(xù)航需求。為了提升電池能量密度，正極材料向高鎳三元方向發(fā)展，負(fù)極材料向高硅方向發(fā)展，電池的結(jié)構(gòu)也逐漸從軟包、方殼向圓柱形式過渡。在本領(lǐng)域中，已知的特斯拉4680(電池直徑為46毫米，高度為80毫米)大圓柱電池的亮相引起行業(yè)的關(guān)注，其具有更高的能量密度和安全性，也越來越受到其他電動(dòng)車企業(yè)的青睞，從而使得各個(gè)電池廠商競(jìng)相開發(fā)圓柱電池。圓柱電池的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)不同于軟包和方殼電池，由于圓柱電池極卷張力大，內(nèi)部空間狹小，其外殼為滿足足夠的抗壓能力，常使用不銹鋼材料。相比其他材料(如方殼電芯中常用的鋁殼)，圓柱電池中的不銹鋼的耐腐蝕能力較弱，既容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕(電化學(xué)氧化)，又容易發(fā)生化學(xué)腐蝕(如酸蝕)，由于鋼殼浸泡于電解液中，電解液的成分就會(huì)對(duì)鋼殼產(chǎn)生腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，這就對(duì)電解液提出了更高的挑戰(zhàn)。
2、然而，目前對(duì)于圓柱電池，行業(yè)內(nèi)常用的電解液設(shè)計(jì)策略主要著眼于提高電解液的浸潤(rùn)能力，對(duì)于鋼殼的腐蝕問題普遍沒有設(shè)計(jì)專門的解決方案，或是沿用高電壓電解液的設(shè)計(jì)策略，通過特定添加劑的成膜鈍化作用在鋼殼表面形成保護(hù)膜，在一定程度上能夠抑制腐蝕現(xiàn)象。但是此方法屬于治標(biāo)不治本，在長(zhǎng)期工作過程中，電解液中的添加劑消耗殆盡，喪失對(duì)鋼殼的保護(hù)作用，仍然會(huì)發(fā)生腐蝕和短路問
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)目前圓柱電池的鋼殼腐蝕問題，本專利技術(shù)提出一種添加劑及相應(yīng)電解液配方的設(shè)計(jì)。本專利技術(shù)所提出的添加劑可以有效中和圓柱電池電解液中的酸性成分，從而抑制hf(酸性物質(zhì))和鋼殼的腐蝕反應(yīng)，抑制鋼殼腐蝕。另外，通過合理的配方設(shè)計(jì)，本專利技術(shù)提出的電解液可以提高電池的高溫存儲(chǔ)性能且不明顯惡化阻抗。
2、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N電解液，該電解液包括具有以下結(jié)構(gòu)式(i)的添加劑：
3、
4、其中，r1、r2為氫或碳原子數(shù)為1-4的烷基，并且其中，基于所述電解液的總質(zhì)量，添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～1％，可選地為0.3％。在本申請(qǐng)中，具有上述結(jié)構(gòu)式(i)的添加劑中存在酰胺鍵，酰胺鍵具有堿性，可以中和二次電池中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)(hf)，從而抑制hf和圓柱鋼殼的反應(yīng)，抑制二次電池的腐蝕問題。進(jìn)一步地，當(dāng)添加0.3％的具有上述結(jié)構(gòu)式(i)的添加劑后，電池的鋼殼不再出現(xiàn)腐蝕問題，且電池的存儲(chǔ)容量恢復(fù)有所改善。此外，當(dāng)具有上述結(jié)構(gòu)式(i)的添加劑用量過低(例如，質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.1％)時(shí)，電池鋼殼出現(xiàn)明顯腐蝕，當(dāng)具有上述結(jié)構(gòu)式(i)的添加劑用量過大(例如，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于1％)時(shí)，電池的內(nèi)阻明顯惡化。
5、在一些實(shí)施例中，添加劑為以下結(jié)構(gòu)：在本申請(qǐng)中，添加劑為該結(jié)構(gòu)時(shí)，可以有效發(fā)揮酰胺鍵的特性，從而更好的中和二次電池中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)(hf)。
6、在本申請(qǐng)中，電解液還包括環(huán)狀碳酸酯，該環(huán)狀碳酸酯包括但不限于ec(碳酸乙烯酯)、pc(碳酸丙烯酯)、fec(氟代碳酸乙烯酯)等中的一種或多種，并且基于電解液的總質(zhì)量，環(huán)狀碳酸酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于8％，且不高于24％。
7、在一些實(shí)施例中，環(huán)狀碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯(fec)，基于電解液的總質(zhì)量，氟代碳酸乙烯酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于8％，且不低于2％。
8、在一些實(shí)施例中，電解液還包括鏈狀碳酸酯，鏈狀碳酸酯包括dmc(碳酸二甲酯)，并且基于所述電解液的總質(zhì)量，dmc(碳酸二甲酯)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于45％。
9、在一些實(shí)施例中，電解液還包括不飽和無機(jī)添加劑，該不飽和無機(jī)添加劑是含不飽和鍵并且以無機(jī)原子為中心原子的添加劑，并且其中，基于電解液的總質(zhì)量，不飽和無機(jī)添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于0.3％，且不高于0.8％。在一些實(shí)施例中，不飽和無機(jī)添加劑包括磷酸三苯酯(tpp)、1-丙烯-1,3-磺酸內(nèi)酯(pst)和四乙烯基硅烷(tvs)等中的一種或多種。在本申請(qǐng)中，當(dāng)不飽和無機(jī)添加劑過少(例如，質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.3％)時(shí)，正極成膜不足，二次電池的高溫存儲(chǔ)性能劣化，而當(dāng)不飽和無機(jī)添加劑過量(例如，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.8％)時(shí)，二次電池的初始dcr將劇增，因此，需要將不飽和無機(jī)添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)限制為不低于0.3％，且不高于0.8％。
10、本申請(qǐng)的另一些實(shí)施例提供了一種二次電池，包括：正極，包括正極活性物質(zhì)；負(fù)極，包括負(fù)極活性物質(zhì)；以及電解液，所述電解液為上述電解液，其中，所述正極活性物質(zhì)包括鋰鎳鈷錳氧化物，并且基于所述正極活性物質(zhì)的總質(zhì)量，所述鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于80％,所述負(fù)極活性物質(zhì)包括硅氧材料或硅碳材料，并且基于所述負(fù)極活性物質(zhì)的總質(zhì)量，所述硅化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于5％，以及所述二次電池的工作電壓上限不低于4.15v。
11、在一些實(shí)施例中，所述二次電池為圓柱形鋰離子電池，所述圓柱形鋰離子電池的直徑尺寸不低于46mm。
12、本申請(qǐng)的又一些實(shí)施例提供了一種用電裝置，包括上述二次電池。
13、綜上，本專利技術(shù)提出的添加劑(i)結(jié)構(gòu)中存在酰胺鍵，酰胺鍵具有堿性，可以中和二次電池中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)(hf)，從而抑制hf和圓柱鋼殼的反應(yīng)，抑制腐蝕問題。通過合理的配方設(shè)計(jì)，本專利技術(shù)所提出的電解液可以良好匹配高鎳正極，有效解決高鎳圓柱體系的存儲(chǔ)性能差的問題，同時(shí)解決鋼殼腐蝕問題。
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1.一種電解液，其特征在于，包括具有以下結(jié)構(gòu)式(I)的添加劑：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述添加劑為以下結(jié)構(gòu)：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，基于所述電解液的總質(zhì)量，所述添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述電解液還包括環(huán)狀碳酸酯，其中，基于所述電解液的總質(zhì)量，所述環(huán)狀碳酸酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于8％，且不高于24％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解液，其特征在于，所述環(huán)狀碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯，基于所述電解液的總質(zhì)量，所述氟代碳酸乙烯酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于8％，且不低于2％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解液，其特征在于，所述電解液還包括鏈狀碳酸酯，所述鏈狀碳酸酯包括碳酸二甲酯，其中，基于所述電解液的總質(zhì)量，所述碳酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于45％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，還包括不飽和無機(jī)添加劑，其中，所述不飽和無機(jī)添加劑含不飽和鍵并且以無機(jī)原子為中心原子，并且其中，基于所述電解液的總質(zhì)量，所述不飽和無機(jī)添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于0
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電解液，其特征在于，所述不飽和無機(jī)添加劑包括磷酸三苯酯、1-丙烯-1,3-磺酸內(nèi)酯和四乙烯基硅烷中的一種或多種。
9.一種二次電池，其特征在于，包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的二次電池，其特征在于，所述二次電池為圓柱形鋰離子電池，所述圓柱形鋰離子電池的直徑尺寸不低于46mm。
11.一種用電裝置，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求9-10中任一項(xiàng)所述的二次電池。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種電解液，其特征在于，包括具有以下結(jié)構(gòu)式(i)的添加劑：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述添加劑為以下結(jié)構(gòu)：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，基于所述電解液的總質(zhì)量，所述添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述電解液還包括環(huán)狀碳酸酯，其中，基于所述電解液的總質(zhì)量，所述環(huán)狀碳酸酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于8％，且不高于24％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解液，其特征在于，所述環(huán)狀碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯，基于所述電解液的總質(zhì)量，所述氟代碳酸乙烯酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于8％，且不低于2％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解液，其特征在于，所述電解液還包括鏈狀碳酸酯，所述鏈狀碳酸酯包括碳酸二甲酯，其中，基于所述電解...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：余樂，史磊，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：遠(yuǎn)景動(dòng)力技術(shù)江蘇有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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