本發(fā)明涉及電池，具體涉及一種電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池因其高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命在新能源汽車、移動(dòng)設(shè)備和儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，但隨之而來的安全問題也不容忽視。鋰離子電池在自身內(nèi)短路、過充/放、過熱或物理?yè)p傷等情況下可能發(fā)生熱失控。在熱失控過程中，電池會(huì)釋放大量熱量及可燃?xì)怏w，導(dǎo)致電池溫度升高，進(jìn)而引起火災(zāi)或爆炸，對(duì)人身安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。近年來，為了追求更高的能量密度，鋰離子電池的電壓和體積逐步增大，使安全性問題更加顯著。研究發(fā)現(xiàn)，可以通過改良電解液、優(yōu)化電極材料、改進(jìn)電池結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化監(jiān)控系統(tǒng)等諸多策略來改善電池由于熱失控而引發(fā)的安全問題。但是改善效果并不理想。

2、因此，發(fā)明一種具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和高安全性能的電池是十分重要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中具有高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的電池存在的安全性能較差的問題，提供了一種電池。本發(fā)明的電池在電解液中添加了特定的物質(zhì)，并通過調(diào)控電池的尺寸以及該特定物質(zhì)的含量與電池尺寸的關(guān)系，能夠使電池在具備高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的同時(shí)，降低熱失控的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，提高電池的安全性能。

2、相關(guān)技術(shù)中，對(duì)具有高能量密度電池的安全性能改善效果不佳。本發(fā)明的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，可以通過在電解液中添加特定的氟代磷酸酯來改善電池的安全性能，這是因?yàn)椋菏紫?，特定的氟代磷酸酯具有較低的揮發(fā)性以及較高的閃點(diǎn)和耐氧化性，這意味著其更難燃燒且可以在更高的電壓下工作，更符合電池的發(fā)展趨勢(shì)；其次，特定的氟代磷酸酯在高溫條件下能夠釋放出磷-氧自由基，該磷-氧自由基不僅不會(huì)增加電池的熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，還能夠捕獲并消耗電池在放熱或燃燒過程中產(chǎn)生的其他自由基，從而能夠有效減少電池在過熱或損壞時(shí)發(fā)生火災(zāi)或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)；最后，特定的氟代磷酸酯在電池循環(huán)過程會(huì)形成含氟和磷的界面產(chǎn)物，能夠提高界面膜的機(jī)械和高溫穩(wěn)定性，有利于安全性能的提升。

3、但是如果只是簡(jiǎn)單的在電解液中添加特定的氟代磷酸酯，對(duì)電池的安全性能的改善有限，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了大量研究發(fā)現(xiàn)，只添加特定的氟代磷酸酯對(duì)電池的安全性能的改善有限的原因在于：第一，電池的尺寸對(duì)于其安全性能的影響較大，當(dāng)尺寸增大時(shí)，電池在充放電循環(huán)過程中產(chǎn)生的熱量會(huì)隨之增大；而當(dāng)尺寸減小時(shí)，電池的比表面積隨之變大，此時(shí)外界的環(huán)境溫度對(duì)其影響較大，當(dāng)電池處在高溫環(huán)境中，外部的高溫較容易傳導(dǎo)至電池內(nèi)部，同樣會(huì)造成熱失控的發(fā)生。第二，電解液在電池中的分布同樣影響電池的安全性能，當(dāng)電解液在電池中分布不均時(shí)，電解液分布較少的區(qū)域由于缺少電解液的浸潤(rùn)，容易發(fā)生析理，不僅會(huì)導(dǎo)致電池動(dòng)力學(xué)性能不足，還會(huì)增加熱失控的風(fēng)險(xiǎn)?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過了大量有針對(duì)性的研究，并提出了如下的技術(shù)方案：

4、本發(fā)明提供了一種電池，所述電池包括電解液，所述電解液包括氟代磷酸酯，所述氟代磷酸酯的結(jié)構(gòu)式為其中r1、r2和r3各自獨(dú)立地選自氟取代或未取代的以下基團(tuán)中的至少一種：烷基、烯基、炔基和苯基，且r1、r2和r3中氟取代基的總個(gè)數(shù)≥3；所述電池的厚度t與所述電池的長(zhǎng)度l的比值t/l為0.05-0.15；所述電池的厚度t與所述電池的寬度w的比值t/w為0.07-0.2；所述電池的長(zhǎng)度l(單位為mm)、寬度w(單位為mm)、厚度t(單位為mm)和所述氟代磷酸酯在所述電解液中的質(zhì)量含量c1滿足：0.3≤(t×l×w)/(c1×100000)≤200。

5、電池的厚度與長(zhǎng)度的比值以及厚度與寬度的比值能夠在一定程度上反應(yīng)電解液在電池中的分布情況。當(dāng)t/l和t/w在特定范圍內(nèi)時(shí)，說明電解液在電池中分布地較為均勻，此時(shí)電解液中的特定的氟代磷酸酯能夠?qū)﹄姵刂械母鱾€(gè)區(qū)域起到有效地保護(hù)作用。當(dāng)t/l和t/w超出上述范圍時(shí)，電池的頂部、底部甚至是極耳附近都容易出現(xiàn)電解液較少的情況，此時(shí)這些位置的析理風(fēng)險(xiǎn)會(huì)顯著增加，不利于電池的安全性能。但是僅控制電解液在電池中的分布對(duì)安全性能的改善還不夠，還需要協(xié)同調(diào)控電池的長(zhǎng)度、寬度和厚度與氟代磷酸酯的含量關(guān)系。其原因在于：第一，氟代磷酸酯雖然能夠改善電池的安全性能，但是其對(duì)負(fù)極表面的sei膜具有破壞作用，因此，為了保證電池的循環(huán)性能，需要根據(jù)電池的大小來調(diào)整氟代磷酸酯的含量。第二，如前所述電池的尺寸對(duì)其安全性能影響較大，當(dāng)尺寸較大時(shí)，電池內(nèi)部的熱量對(duì)其安全性能影響較大；當(dāng)其尺寸較小時(shí)，電池的外部環(huán)境溫度對(duì)其安全性能影響較大。因此，不同的尺寸需要搭配不同的氟代磷酸酯含量才能使電池具有更優(yōu)的綜合性能。綜上，通過調(diào)控電池厚度和長(zhǎng)度的比值以及厚度和寬度的比值，能夠有效控制電解液在電池中的流向；同時(shí)調(diào)控電池的長(zhǎng)度、寬度和厚度與氟代磷酸酯的含量關(guān)系，能夠有效提升電池的高溫循環(huán)性能、高溫儲(chǔ)存性能和熱箱測(cè)試、針刺測(cè)試以及過充測(cè)試的通過率。

6、通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比至少具有以下優(yōu)勢(shì)：

7、(1)本發(fā)明的電池具有較高的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性；

8、(2)本發(fā)明的電池具有較好的高溫循環(huán)穩(wěn)定性和高溫儲(chǔ)存性能；

9、(3)本發(fā)明的電池具有較好的安全性能，熱箱測(cè)試、針刺測(cè)試和過充測(cè)試的通過率較高。

10、在本文中所披露的范圍的端點(diǎn)和任何值都不限于該精確的范圍或值，這些范圍或值應(yīng)當(dāng)理解為包含接近這些范圍或值的值。對(duì)于數(shù)值范圍來說，各個(gè)范圍的端點(diǎn)值之間、各個(gè)范圍的端點(diǎn)值和單獨(dú)的點(diǎn)值之間，以及單獨(dú)的點(diǎn)值之間可以彼此組合而得到一個(gè)或多個(gè)新的數(shù)值范圍，這些數(shù)值范圍應(yīng)被視為在本文中具體公開。

技術(shù)特征：

1.一種電池，其特征在于，所述電池包括電解液，所述電解液包括氟代磷酸酯，所述氟代磷酸酯的結(jié)構(gòu)式為其中r1、r2和r3各自獨(dú)立地選自氟取代或未取代的以下基團(tuán)中的至少一種：烷基、烯基、炔基和苯基，且r1、r2和r3中氟取代基的總個(gè)數(shù)≥3；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，11≤(t×l×w)/(c1×100000)≤50；優(yōu)選地，15≤(t×l×w)/(c1×100000)≤45；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，其中，所述電池的厚度t為2-12，單位為mm；

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，其中，r1、r2和r3各自獨(dú)立地選自氟取代的以下基團(tuán)中的至少一種：碳原子數(shù)為1-3的烷基、碳原子數(shù)為2或3的烯基、碳原子數(shù)為2或3的炔基和苯基；

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，其中，所述電池還包括負(fù)極片，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體；所述負(fù)極集流體包括聚合物層和位于所述聚合物層兩側(cè)表面的金屬層；

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，其中，所述電池還包括負(fù)極片，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體和位于所述負(fù)極集流體至少一側(cè)表面的負(fù)極活性物質(zhì)層，所述負(fù)極活性物質(zhì)層包含元素si，所述元素si在所述負(fù)極活性物質(zhì)層中的質(zhì)量含量為0.02％-50％；優(yōu)選為0.02％-30％；更優(yōu)選為0.05％-10％；

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，其中，所述電池還包括正極片，所述正極片包括正極導(dǎo)電劑，所述正極導(dǎo)電劑包括碳納米管，所述碳納米管的長(zhǎng)徑比為50-3000；優(yōu)選為500-2500；

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，其中，所述電池還包括負(fù)極片，所述負(fù)極片包括硅基材料；所述硅基材料包括硅碳、硅氧、納米硅和硅合金中的至少一種；

9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，其中，所述電解液還包括氟代環(huán)狀碳酸酯，所述氟代環(huán)狀碳酸酯在所述電解液中的質(zhì)量含量為c2，c1/c2為0.04-0.5；優(yōu)選為0.15-0.2。

10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，其中，所述電解液還包括有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電池。所述電池包括電解液，所述電解液包括氟代磷酸酯；所述電池的厚度T與所述電池的長(zhǎng)度L的比值T/L為0.05?0.15；所述電池的厚度T與所述電池的寬度W的比值T/W為0.07?0.2；所述電池的長(zhǎng)度L、寬度W、厚度T和所述氟代磷酸酯在所述電解液中的質(zhì)量含量C1滿足：0.3≤(T×L×W)/(C1×100000)≤200。本發(fā)明的電池在具備高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的同時(shí)，能夠有效降低熱失控的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，具有較高的安全性能。

技術(shù)研發(fā)人員：林銳,母英迪,王海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：珠海冠宇電池股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19