[发明专利]二次电池和装置

说明书

本申请涉及二次电池和装置。本申请的二次电池包括正极、负极和电解液，其中，所述电解液包括含氟添加剂和含硫添加剂；所述正极包括正极活性材料层以及位于所述正极活性材料层表面的固体电解质界面膜，采用X射线光电子能谱仪测试，所述固体电解质界面膜中氟元素的质量百分含量为X%，硫元素的质量百分含量为Y%，其中，0≤Y‑0.05X≤1。本申请的二次电池通过控制正极活性材料层表面形成的固体电解质界面膜（CEI膜）中硫元素和氟元素的含量，有效提升了其在高温下的循环性能、储存性能和安全性能。

技术领域

本申请涉及储能领域。具体地，本申请涉及一种二次电池和装置。

背景技术

锂离子电池凭借其众多优点，迅速占领了手机、笔记本电脑等3C领域以及各类电动汽车领域。但由于受到正负极材料理论比容量的制约，现有商业化的锂离子电池能量密度难以超过300 Wh/kg，这极大地限制了其在纯电动汽车、航空航天以及5G等领域中的应用。因此，开发下一代高比能电池体系以及高容量的电极材料以满足未来社会的发展需求已经迫在眉睫。

提高锂离子电池的工作电压是一种有效提升其能量密度的方法。目前使用高压三元正极材料的锂离子电池具有比容量较高、工作电压高、能量密度高等优势，在电动车、大型储能装置等领域极具应用前景。然而，高压三元正极材料在高电压时（＞4.3 V）结构稳定性较差，易发生过渡金属离子溶出、释氧，并且具有非常强的氧化性。同时目前已经商业化的碳酸酯体系的分解电压较低，在高压三元电池中使用，电解液分解严重，并伴随有明显的产气现象，尤其是在高温下更为严重，这些会大大降低电池的使用寿命和引发安全隐患。

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以及相关的装置。本申请的二次电池通过控制正极活性材料层表面形成的固体电解质界面膜（CEI膜）中硫元素和氟元素的含量，有效提升了其在高温下的循环性能、储存性能和安全性能。

本申请的第一方面提供了一种二次电池，其包括正极、负极和电解液，其中，所述电解液包括含氟添加剂和含硫添加剂；所述正极包括正极活性材料层以及位于所述正极活性材料层表面的固体电解质界面膜，采用X射线光电子能谱仪测试，所述固体电解质界面膜中氟元素的质量百分含量为X%，硫元素的质量百分含量为Y%，其中，0≤Y-0.05X≤1。

本申请的第二方面提供了一种装置，所述装置包括第一方面所述的二次电池。

本申请的有益效果为：

本申请的二次电池通过控制正极活性材料层表面形成的固体电解质界面膜（CEI膜）中硫元素和氟元素的含量，使得CEI膜更加致密和稳定，可以有效抑制电解液与正极活性材料的接触而持续性发生副反应、消耗电解液，进而延长二次电池的循环寿命，并且可以避免正极活性材料尤其是高镍三元正极过渡金属离子溶出以及高温下对碳酸酯电解液发生氧化反应而产气等问题。此外，CEI膜中的含硫化合物和含氟化合物具有良好的协同效应，可以提高锂离子在界面处传输的动力学特性。基于以上改善，本申请的二次电池在高温下具有优异的循环性能、储存性能和安全性能。

具体实施方式

为了简明，本申请仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。

除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量（例如，可以按照在本申请的实施例中给出的方法进行测试）。