二次电池及用电装置的制作方法

文档序号:43761227发布日期:2025-11-14 23:53阅读:7来源:国知局

本技术涉及电池,特别是涉及一种二次电池及用电装置。


背景技术:

1、近年来,便携式电子设备、电动力汽车以及大规模储能市场不断壮大,对锂离子电池的需求持续增长。正极材料作为锂离子电池的关键组成部分,在关注高能量密度的同时,对其安全性能和成本都提出了更高的要求。磷酸锰铁锂具有较高的电压平台和能量密度,并兼顾了磷酸铁锂的成本低、环境友好、安全性能高的特点,得到了广泛的关注。

2、随着动力汽车行业的迅速崛起,高能量密度锂离子电池得到快速发展,但目前现有的磷酸铁锂电池容量较低,已不能满足动力电池高续航里程的需求,三元材料容量较高,满足高续航里程的要求,故三元材料成为了目前动力电池正极材料的主要研究方向。但是在充电过程中,三元材料表面晶格氧与周围过渡金属之间的键强降低,形成不稳定界面氧加速电解液氧化分解,分解产物沉积在正负极表面增加电池阻抗,进而恶化电芯存储和循环性能。此外,不稳定的晶格氧脱出会导致正极结构破坏,循环性能下降,安全隐患增加。


技术实现思路

1、本技术提供了一种二次电池及用电装置,以改善二次电池的循环性能。

2、本技术的第一方面提供了一种二次电池,包括正极极片和非水电解液,该正极极片中的正极活性材料具有化学式liɑnix1coy1mnz1m1-x1-y1-z1o2+β,其中0.8<ɑ<1.2,0<β<0.1,0.45<x1<1,0<y1<0.3,0<z1<0.5;m为ti、al、zr、mg、y、la、sr、zn、ba、w、nb、mo、b中的一种或几种,非水电解液包括有机溶剂和有机碱类添加剂,所述有机碱类添加剂包括5-12元芳杂环有机碱或5-12元脂杂环有机碱中的任意一种或多种,5-12元芳杂环有机碱和5-12元脂杂环有机碱中的环结构中含氮原子。

3、非水电解液中的有机碱类添加剂优先在正极活性材料表面氧化聚合形成n-o双电层界面,起到稳定正极活性材料表面的作用,从而阻止晶格氧从晶格中脱出破坏正极结构。同时n-o双电层界面具有一定的电负性,阻隔溶剂在正极活性材料表面进一步氧化,并抑制由此导致的电解液的副反应,进而延长二次电池的循环寿命。

4、在本技术第一方面的任意实施方式中,5-12元芳杂环有机碱包括通式(ⅰ)所示的化合物1、通式(ⅱ)所示的化合物2或通式(ⅲ)所示的化合物3;5-12元脂杂环有机碱包括通式(ⅳ)所示的化合物4或通式(ⅴ)所示的化合物5中的任意一种或多种,

5、

6、在通式(i)中,y1、y2各自独立地为c、n元素,r11、r12、r13各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c6的烷基、c2-c6的烯基、c2-c6的炔基、-r14oh、-r15n r16r17、-r18-o-r19中的任意一种,r14、r15、r18各自独立地选自c0-c6亚烷基、c2-c6亚烯基中的任意一种,r16、r17、r19各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c6的烷基、c1-c6的卤代烷基中的任意一种,且作为r16、r17、r19的c1-c6的烷基中的任意碳原子可选地被杂原子取代,杂原子为n原子、s原子或p原子,可选地r16和r17连接成环;

7、

8、在通式(ii)中,w1为c、n、o或s,w2为c或n,w1和w2中至少一个为n;r21、r22、r23、r24各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c6的烷基、c2-c6的烯基、c2-c6的炔基、-r25oh、-r26nr27r28、-r29-o-r30中的任意一种,r25、r26、r29各自独立地选自c0-c6亚烷基、c2-c6亚烯基中的任意一种,r27、r28、r30各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c6的烷基、c1-c6的卤代烷基中的任意一种;

9、

10、

11、在通式(iii)中,a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7各自独立地为c或n,可选地a1为n,且a2、a3、a4、a5、a6、a7各自独立地为c或n;r31、r32、r33、r34、r35、r36、r37为氢原子、c1-c6的烷基、c2-c6的烯基、c2-c6的炔基、-oh、-r38n r39r40、烷氧基中的任意一种,r38选自c0-c6亚烷基、c2-c6亚烯基中的任意一种,r39、r40各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c6的烷基、c1-c6的卤代烷基中的任意一种;

12、

13、在通式(iv)中,x1、x2、x3各自独立地为c或n且至少一个必为n,a、b各自独立地为0-3的整数,各r41各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c6的烷基、c2-c6的烯基、c2-c6的炔基、-r42oh、-r43nr44r45、-r46-o-r47中的任意一种,r42、r43、r46各自独立地选自c0-c6亚烷基、c2-c6亚烯基中的任意一种,r44、r45、r47各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c6的烷基、c1-c6的卤代烷基中的任意一种,

14、

15、在通式(v)中,v1、v2、v3各自独立地为c或n且至少一个必为n,d为0-3的整数,各r51各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c6的烷基、c2-c6的烯基、c2-c6的炔基、-r52oh、-r53nr54r55、-r56-o-r57中的任意一种,r52、r53、r56各自独立地选自c0-c6亚烷基、c2-c6亚烯基中的任意一种,r54、r55、r57各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c6的烷基、c1-c6的卤代烷基中的任意一种。

16、在本技术第一方面的任意实施方式中,在通式(i)中,r11、r12、r13各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c4的烷基、c3-c5的烯基、c3-c5的炔基、-r14oh、-r15n r16r17、-r18-o-r19中的任意一种,r14、r15、r18各自独立地选自c0-c3亚烷基中的任意一种,r16、r17、r19各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c3的烷基、c1-c3的卤代烷基中的任意一种,且作为r16、r17、r19的c1-c6的烷基中的任意碳原子可选地被杂原子取代,杂原子为n原子,可选地r16和r17连接形成5元脂杂环或6元脂杂环。

17、在本技术第一方面的任意实施方式中,r11、r12、r13各自独立地选自氢原子、卤素原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、烯丙基、炔丙基、-oh、-ch3oh、-nh2、-ch2nh2、-n(ch3)2、o-ch3、中的任意一种;可选地,r11、r12、r13各自独立地选自氢原子、f原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、-ch3oh、-ch2nh2、-n(ch3)2、o-ch3、中的任意一种。

18、在本技术第一方面的任意实施方式中,具有通式(iii)所示结构的化合物选自以下化合物中的任意一种或多种:

19、

20、在本技术第一方面的任意实施方式中,通式(ii)具有以下特征中的任意一种或多种:

21、1)w1为n,w2为c或n;

22、2)r21、r22、r23、r24各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c4的烷基、c3-c5的烯基、c3-c5的炔基、-r25oh、-r26n r27r28、-r29-o-r30中的任意一种,r25、r26、r29各自独立地选自c0-c4亚烷基中的任意一种,r27、r28、r30各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c4的烷基、c1-c4的卤代烷基中的任意一种。

23、在本技术第一方面的任意实施方式中,通式(ii)中,r21、r22、r23、r24各自独立地选自氢原子、f原子、甲基、乙基、丙基、环丙基、烯丙基、炔丙基、-oh、-ch3oh、-nh2、-nhch3、-ch2nh2、-n(ch3)2、o-ch3中的任意一种。

24、在本技术第一方面的任意实施方式中,通式(ii)中,r21、r22、r23、r24各自独立地选自氢原子、f原子、甲基、丙基、环丙基、烯丙基、-ch3oh、-nh2、-nhch3、-n(ch3)2中的任意一种。

25、在本技术第一方面的任意实施方式中,具有通式(ii)所示结构的化合物选自以下化合物中的任意一种或多种:

26、

27、在本技术第一方面的任意实施方式中,通式(iii)具有以下特征中的任意一种或多种:

28、1)a1为n,a2、a3、a4、a5、a6、a7各自独立地为c或n,

29、2)r31、r32、r33、r34、r35、r36、r37为氢原子、c1-c4的烷基、c2-c4的烯基、c2-c4的炔基、-oh、-r38n r39r40、烷氧基中的任意一种,r38选自c0-c3亚烷基中的任意一种,r39、r40各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c3的烷基、c1-c3的卤代烷基中的任意一种。

30、在本技术第一方面的任意实施方式中,通式(iii)中,r31、r32、r33、r34、r35、r36、r37为氢原子、甲基、乙基、烯丙基、炔丙基、-oh、-nh2、-ch2nh2、-n(ch3)2、o-ch3中的任意一种。

31、在本技术第一方面的任意实施方式中,通式(iii)中,r31、r32、r33、r34、r35、r36、r37为氢原子、甲基、乙基、o-ch3中的任意一种。

32、在本技术第一方面的任意实施方式中,具有通式(iii)所示结构的化合物选自以下化合物中的任意一种或多种:

33、

34、

35、在本技术第一方面的任意实施方式中,通式(iv)具有以下特征中的任意一种或多种:

36、1)x1为n,x2、x3各自独立地为c或n;

37、2)a、b各自独立地为0、1或2;

38、3)各r41各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c4的烷基、c3-c5的烯基、c3-c5的炔基、-r42oh、-r43n r44r45、-r46-o-r47中的任意一种,r42、r43、r46各自独立地选自c0-c3亚烷基中的任意一种,r44、r45、r47各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c4的烷基、c1-c4的卤代烷基中的任意一种。

39、在本技术第一方面的任意实施方式中,通式(iv)中,各r41各自独立地选自氢原子、f原子、甲基、乙基、羟基、-nh2、-n(ch3)2中的任意一种。

40、在本技术第一方面的任意实施方式中,具有通式(iv)所示结构的化合物选自以下化合物中的任意一种或多种:

41、

42、在本技术第一方面的任意实施方式中,通式(v)具有以下特征中的任意一种或多种:

43、1)d为0或1;

44、2)各r51各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c4的烷基、c3-c5的烯基、c3-c5的炔基、-r52oh、-r53n r54r55、-r56-o-r57中的任意一种,r52、r53、r56各自独立地选自c0-c3亚烷基中的任意一种,r54、r55、r57各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-c4的烷基、c1-c4的卤代烷基中的任意一种。

45、在本技术第一方面的任意实施方式中,通式(v)中,各r51各自独立地选自氢原子、f原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、羟基、-nh2、-n(ch3)2中的任意一种。

46、在本技术第一方面的任意实施方式中,通式(v)中,各r51各自独立地选自氢原子、f原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基中的任意一种。

47、在本技术第一方面的任意实施方式中,通式(v)中,具有通式(v)所示结构的化合物选自以下化合物中的任意一种或多种:

48、

49、在本技术第一方面的任意实施方式中,有机碱类添加剂在非水电解液中的质量占比为w1,其中0.01%≤w1≤20%。

50、在本技术第一方面的任意实施方式中,0.05%≤w1≤10%,或0.5%≤w1≤5%。

51、在本技术第一方面的任意实施方式中,正极活性材料的表面具有快离子导体包覆层。

52、在本技术第一方面的任意实施方式中,快离子导体包覆层具有以下特征中的一种或多种:

53、1)快离子导体包覆层中的快离子导体具有化学式li3x2la2/3-x2m’a1tinz1o3、li2+2x3zn1-x3xo4或li1+x4m”2(po4)3,其中,m’为ba2+和/或sr2+,n为al3+和/或zr4+,0.04≤x2≤0.167,0≤a1≤1,0≤z1≤1;x为al、s、si、ge、ti和p,-0.3<x3<0.8;m”为al、zr、ti、ge、hf、ti中的一种或几种,0≤x4≤0.5;

54、2)快离子导体包覆层占正极材料总质量的0.1%-0.5%;

55、3)具有快离子导体包覆层的正极材料的离子扩散系数为10-9-10-6cm2/s。

56、在本技术第一方面的任意实施方式中,快离子导体的化学式为li3x2la2/3-x2tio3,li2+2x3zn1-x3geo4、li1+x4alx4ti2-x4(po3)4或li1+x4alx4ge2-x4(po3)4,0.04≤x2≤0.115,0<x3<0.5,0.3≤x4≤0.5。

57、在本技术第一方面的任意实施方式中,正极极片中正极膜层的压实密度为2.5/cm3-3.7g/cm3,优先地控制在2.8/cm3-3.6/cm3。

58、本技术的第二方面提供了一种用电装置,包括二次电池,该二次电池包括上述第一方面任意实施方式提供的二次电池。

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