[发明专利]一种二次电池

说明书

本发明涉及一种二次电池，包括正极、负极和电解液，所述的电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述的添加剂包括三苯基氧化磷和含磺酰基化合物，所述的三苯基氧化磷的添加质量为所述的电解液总质量的0.1％～2.5％，所述的含磺酰基化合物具有环状结构且碳原子数为1～3个，所述的含磺酰基化合物的添加质量为所述的电解液总质量的0.1％～3％，所述的负极包括负极活性物质和负极集流体，所述的负极除所述的负极集流体外的部分的密度不低于1.55g/cm³。本发明在较高的负极密度条件下，二次电池仍能兼顾高温特性和低温充电能力。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种二次电池。

背景技术

近年来，手机、笔记本电脑等便携式电子设备的普及促进了高能量密度二次电池的需求。在众多二次电池中，以锂离子的嵌入和脱出实现能量转换的锂离子二次电池具有比铅酸电池和镍氢电池更高的能量密度，自面世以来发展尤为迅速，其应用领域涵盖了数码产品、电动工具、电动汽车、通信基站和电网储能等。

二次电池主要包括正极、负极、隔膜和电解液。近年来，对锂离子二次电池的技术要求越来越高，如汽车启停电池要求具备优异的循环性能、功率特性、高温保存特性、低温快充能力等等，开发难度较大；在许多应用领域，人们都期望电池占有更小的体积，以实现终端设备的便携性或功能多样化。通过提高电池正、负极极片的密度(也称作压实密度)，可以提升电池的体积能量密度，但会导致电池的功率特性变差及充电能力下降。

现有的锂离子二次电池一般使用碳(以石墨最为常用)、硅(及其氧化物)材料作为负极活性物质的锂离子二次电池中，在充放电过程中负极活性物质容易与电解液发生反应，导致电解液的分解，一般通过添加剂使电解液在负极表面形成固体电解质界面膜(SEI)，可以抑制电解液中溶剂分子的分解反应。通过向电解液中加入具有负极成膜作用的添加剂(如碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯)，可以起到在碳、硅负极表面成膜的作用。采用含过渡金属离子的氧化物(如LiMn₂O₄、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂等)作为正极活性物质的锂离子二次电池中，由于过渡金属离子的溶出和在负极表面的沉积，会导致电池性能的恶化。采用LiCoO₂或LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂作为正极活性物质时，为了获得更高的电池容量，有时会将充电截止电压设置为4.3V或更高值(常规值为4.2V)，在这种高电压环境下，电解液更易发生氧化分解反应。因此，对电池正极表面的保护也应引起重视。一般采用正极成膜添加剂来抑制电解液的氧化分解，常用的正极成膜添加剂有含磺酰基化合物(如1,3-丙烷磺内酯、1,3-(1-丙烯)磺内酯)、磷酸盐(如二氟磷酸锂)、亚磷酸酯等等。

为了使电池达到更高的体积能量密度，一般会通过材料设计及电池制作工艺优化来提高正负极的活性物质负载，如通过提高正、负极片的压实密度，从而使电池在一定体积下能实现更高的容量(能量)。然而，随着电极中的活性物质负载提高，电池的功率特性会劣化。其中，负极活性物质负载提高会导致电池的充电能力下降。商品化的锂离子电池，其负极除集流体以外的部分的密度(简称负极压实密度)一般为1.45-1.65g/cm³。在较高的负极压实密度条件下，要使电池具备较好的充电能力是比较困难的。

在实际应用中，为了使电池具有较好的高温特性，电解液中会加入较高剂量的成膜添加剂，随之而来的一个问题是，电池的充电能力下降，在低温条件，这个问题尤为明显。判断充电能力的一个简易方法是观察负极界面状况，电池满电态拆解后如负极界面有白色附着物，此现象被称作“析锂”。负极析锂将导致电池性能加速劣化。

对于具有较高负极密度的二次电池，要兼顾高温特性和低温充电能力，难度很大。

发明内容