[发明专利]二次电池和装置

说明书

本申请提供了一种二次电池和装置，二次电池包括正极极片、负极极片和电解液，电解液包括含硫添加剂；正极极片包括正极活性材料层和位于正极活性材料层表面的正极固体电解质界面膜，正极活性材料层的正极活性材料包括锂钴过渡金属氧化物，相对于正极活性材料层中每X g钴元素，含硫添加剂的含量为1 g；负极极片包括负极活性材料层和位于负极活性材料层表面的负极固体电解质界面膜；采用X射线光电子能谱仪测试，负极固体电解质界面膜中硫元素的质量百分含量为Y₁%，正极固体电解质界面膜中硫元素的质量百分含量为Y₂%；0.1≤Y₁+Y₂‑0.02X≤7.0。本申请的方案能够显著降低正极活性材料中过渡金属元素的溶出，进而改善二次电池的电化学性能、循环性能和安全性能。

技术领域

本申请涉及储能领域，具体涉及一种二次电池和装置。

背景技术

锂离子电池凭借绿色环保的优势，成为电子类产品如笔记本电脑、手机、平板电脑、移动电源、无人机和电动汽车等常用的储能装置之一，随着上述电子类产品不断的更新迭代，对锂离子电池高能量密度的需求日增。

目前，高压三元正极材料由于比容量高、工作电压高、能量密度高，已经成为锂离子电池正极材料的首选。高压三元正极材料的使用可以有效提高锂离子电池的能量密度。然而，高压三元正极材料的结构稳定性差，易发生过渡金属离子溶出、释氧，并且具有非常强的氧化性，会加速电解液的分解，从而降低电池的循环寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供了一种二次电池和相关的装置。本申请的二次电池通过控制负极固态电解质界面膜（SEI膜）中硫元素的质量百分含量、正极固体电解质界面膜（CEI膜）中硫元素的质量百分含量和正极活性材料层中钴元素的相对含量（相对于所述正极活性材料层中每X g钴元素，所述含硫添加剂的含量为1 g），有效的缓解或避免了过渡金属从正极极片中溶出，并进一步避免了过渡金属嵌入负极极片，从而保证正极极片和负极极片的结构稳定，进而有效的改善了锂离子电池的循环性能。

本申请的第一方面提供一种二次电池，该二次电池包括正极极片、负极极片和电解液；电解液包括含硫添加剂；正极极片包括正极活性材料层以及位于正极活性材料层表面的正极固体电解质界面膜，所述正极活性材料层的正极活性材料包括锂钴过渡金属氧化物，相对于所述正极活性材料层中每X g钴元素，所述含硫添加剂的含量为1 g；负极极片包括负极活性材料层以及位于负极活性材料层表面的负极固体电解质界面膜；采用X射线光电子能谱仪测试，负极固体电解质界面膜中硫元素的质量百分含量为Y₁%，正极固体电解质界面膜中硫元素的质量百分含量为Y₂%；其中，0.1≤Y₁+Y₂-0.02X≤7.0。

本申请的第二方面提供了一种装置，该装置包括第一方面所述的二次电池。

本申请的技术方案具有以下有益效果：

本申请的二次电池在电解液中引入了含硫添加剂，通过控制负极固态电解质界面膜（SEI膜）中硫元素的质量百分含量、正极固体电解质界面膜（CEI膜）中硫元素的质量百分含量和正极活性材料层中钴元素的相对含量（相对于所述正极活性材料层中每X g钴元素，所述含硫添加剂的含量为1 g），有利于形成致密且稳定的SEI膜和CEI膜，从而减少了正极活性材料中的过渡金属元素溶出，避免正极极片劣化；同时，缓解或避免过渡金属元素嵌入负极极片，避免过渡金属元素在负极极片参与还原反应，避免破坏负极极片，同时还可以减少电解液在负极极片表面还原分解、减少产气；进而，能够提高锂离子电池的安全性能和高温循环性能。通过控制SEI膜和CEI膜中的硫元素的质量百分含量、正极活性材料层中钴元素的相对含量，有利于减少二次电池的阻抗，提高二次电池功率；同时，硫元素可以形成无机硫基锂盐，有利于锂离子的传输，并且，通过控制SEI膜和CEI膜中的硫元素的质量百分含量、正极活性材料层中钴元素的相对含量，能够使锂离子的脱出和嵌入速率更加匹配，从而可以进一步改善锂离子电池的电化学性能。

具体实施方式