【技术实现步骤摘要】
本申请涉及储能，尤其涉及一种二次电池和包括其的电子装置。
技术介绍
1、二次电池，例如锂离子电池，凭借众多优点占领了手机、笔记本电脑等领域，甚至成为各类电动汽车的关键组成部分。然而，受到正极和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300wh kg-1，这限制了它在纯电动汽车、航空航天以及5g等领域中的应用。因此，技术人员致力于开发具有高容量和高能量比的电池以满足未来社会的需求。
2、硅材料的理论比容量高达4200mah g-1(li4.4si)，是石墨的10倍以上，并且硅具有适中的电极电位(～0.3v vs li/li+)和极为丰富的地壳储量，被认为是最有应用潜力的负极材料之一。然而在电池循环过程中，硅材料自身会出现明显的体积变化，从而加速硅电极的机械破裂和电接触缺失并形成“死硅”，最终导致电解液的持续消耗和负极容量的下降以及电池性能的恶化。另外，工业上常用的电解液在硅材料表面形成的负极界面钝化膜sei疏松多孔，无法阻止电解液的持续分解。这些会导致电池库伦效率低、容量衰减快和循环寿命短等问题。
3、因此，本领域需要一种具有改善的电化学性能和动力学性能的高容量二次电池。
4、申请内容
5、在本申请的第一方面，本申请提供一种二次电池，所述二次电池包括正极极片、负极极片和电解液，其中，所述负极极片包括负极活性材料层以及位于所述负极活性材料层表面的固体电解质界面膜，所述负极活性材料层包括碳层包覆的硅氧化合物，所述电解液包括含氟的化合物和含氮的化合物，其中，所述固体
6、根据本申请的一个实施方式，所述电解液中的所述含氟的化合物和含氮的化合物是同一化合物，该化合物既含氟也含氮。
7、在一些实施方案中，除所述既含氟也含氮的化合物外，所述电解液还包含其他的含氟化合物或含氮化合物。
8、根据本申请的一个实施方式，所述电解液中的所述含氟的化合物和含氮的化合物是不同的化合物，即所述电解液中既包含含氮且不含氟的化合物，也包含含氟且不含氮的化合物。
9、通过在电解液中设置含氟的化合物和含氮的化合物，可以在电池循环中在负极活性材料层的表面上形成含有lif和li3n的固体电解质界面膜sei，其中，lif可以有效缓解颗粒、尤其硅材料颗粒的破碎，从而抑制电解液与负极材料的接触而持续性发生副反应，所带来的库伦效率低、对电解液消耗快等负面影响，li3n本身是锂离子和电子的优良导体，有助于改善硅颗粒在循环过程中电接触缺失导致的容量降低、电池动力学下降等问题。令人惊讶的，当1<g×slif/sli3n<5时，尤其1.8≤g×slif/sli3n≤4.3时，碳层包覆的硅氧化合物的石墨化度和负极活性材料层表面的固体电解质界面膜sei获得了优异的匹配，由此根据本专利技术的二次电池不仅可以有效缓解含硅负极由于体积膨胀带来的库伦效率低、电解液持续消耗等不利影响，还可以改善硅氧化合物的颗粒在循环过程中的电接触缺失，从而延长电池的循环寿命并提高电池的动力学性能。在一些优选实施方式中，2.9≤g×slif/sli3n≤4.1。
10、石墨化度是衡量碳材料从无定形碳结构重排后晶体结构接近完美石墨的程度，即有序程度。碳材料越接近理想石墨，晶格缺陷越少，电子迁移阻力越小，电池动力学性能越好，电解液在材料表面被还原的也越彻底。例如当电解液中包含lifsi时，随着负极活性材料石墨化度的提高，lifsi在负极活性材料表面上产生的li3n将增加并影响slif/sli3n比值。
11、当石墨化度过高时，电极材料与电解液的反应活性过高，并且材料会很脆在滚压的时候容易导致开裂，这些都会导致电解液的副反应增加，电池寿命缩短，此外，当石墨化度过低时，极材料的动力学较差，容量无法正常发挥，会导致电池容量低。因此，在一些实施方式中，设置60≤g≤95，由此可以获得可以与本申请的电解液所匹配的负极活性材料。在一些优选实施方式中，75％≤g≤90％。
12、在一些实施方式中，由于lif是锂离子和电子的不良导体，当lif在sei膜中含量过高会导致电极的容量难以发挥，并劣化电池的动力学性能。当li3n在sei膜中含量过高时，电极表面的活性位点会增加，这会导致电池的首次库伦效率降低并引起严重高温循环产气，由此降低电池的能量密度和循环寿命。因此，设置1≤slif/sli3n≤6，尤其2≤slif/sli3n≤5。
13、在一些实施方式中，电解液包括式i化合物，
14、
15、x为li、na、k、经取代或未取代的c1-c4的烷基、经取代或未取代的c1-c4的烷氧基、经取代或未取代的c1-c4的烯基，r为f或经f取代的c1-c4的烷基。
16、式i的化合物中含有n和f，借助于式i的化合物，根据本申请的二次电池可以在循环中在负极活性材料层的表面上形成含有lif和li3n的固体电解质界面膜sei，并通过调整其中lif和li3n的比例来优化电池的电化学性能。
17、在一些实施方式中，所述式i化合物包括lifsi、liftfsi、nafsi和mefsi中至少一者，
18、
19、在一些实施方式中，基于所述电解液的总重量计，所述式i化合物的含量为1重量％至10重量％。
20、在一些实施方式中，所述负极活性材料层还包括石墨，所述石墨包括人造石墨和天然石墨中至少一者。
21、在一些实施方式中，基于所述负极活性材料层的总重量计，所述碳层包覆的硅氧化合物的含量为5重量％至35重量％。
22、在一些实施方式中，基于所述碳层包覆的硅氧化合物的总重量计，所述碳层包覆的硅氧化合物的碳层的含量为5重量％至30重量％。
23、在一些实施方式中，所述石墨是人造石墨或天然石墨。
24、在一些实施方式中，所述电解液还包含氟代碳酸乙烯酯。
25、在一些实施方式中，所述电解液还包含甲烷二磺酸亚甲酯。
26、在一些实施方式中，所述电解液还包含氟代碳酸乙烯酯和甲烷二磺酸亚甲酯，其中，基于所述电解液的总重量计，所述式i化合物的含量为2重量％至8重量％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为1重量％至5重量％，所述甲烷二磺酸亚甲酯的含量为0.1重量％至2重量％。
27、当固体电解质界面膜sei中lif含量过低时，lif无法有效地缓解硅氧化合物材料颗粒的破碎并抑制电解液与负极活性材料之间的持续反应，当lif含量过高时，由于lif是锂离子和电子的不良导体，lif在sei膜中的高含量导致电极的容量难以发挥，并劣化电池的动力学性能。此外，当li3n在sei膜中含量过低时，将难以保证sei中锂离本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括正极极片、负极极片和电解液，其中，所述负极极片包括负极活性材料层以及位于所述负极活性材料层表面的固体电解质界面膜，所述负极活性材料层包括碳层包覆的硅氧化合物，所述电解液包括含氟的化合物和含氮的化合物，
2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，60％≤G≤95％，优选75％≤G≤90％。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，1≤SLiF/SLi3N≤6，优选2≤SLiF/SLi3N≤5。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，1.8≤G×SLiF/SLi3N≤4.3，优选2.9≤G×SLiF/SLi3N≤4.1。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述电解液包括式I化合物，
6.根据权利要求5所述的二次电池，其特征在于，所述式I化合物包括LiFSI、LiFTFSI、NAFSI和MeFSI中至少一者，
7.根据权利要求5所述的二次电池，其特征在于，基于所述电解液的总重量计，所述式I化合物的含量为1重量％至10重量％。
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9.根据权利要求5所述的二次电池，其特征在于，所述电解液还包含氟代碳酸乙烯酯和甲烷二磺酸亚甲酯，其中，基于所述电解液的总重量计，所述式I化合物的含量为2重量％至8重量％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为1重量％至5重量％，所述甲烷二磺酸亚甲酯的含量为0.1重量％至2重量％。
10.根权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池为锂离子二次电池，所述正极极片包括正极活性材料，且所述正极活性材料包括如式LiNimConA(1-m-n)O2所示的锂镍过渡金属氧化物，其中，A选自锰、铝、镁、锆、锶、钇、镧、钼、银、铌、铁、钛、铜、锌、铬、钙、钡和钨中的至少一种，0.5≤m≤1，0≤n≤0.5，m+n≤1。
11.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括根据权利要求1至10中任一项所述的二次电池。
...【技术特征摘要】
1.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括正极极片、负极极片和电解液，其中，所述负极极片包括负极活性材料层以及位于所述负极活性材料层表面的固体电解质界面膜，所述负极活性材料层包括碳层包覆的硅氧化合物，所述电解液包括含氟的化合物和含氮的化合物，
2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，60％≤g≤95％，优选75％≤g≤90％。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，1≤slif/sli3n≤6，优选2≤slif/sli3n≤5。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，1.8≤g×slif/sli3n≤4.3，优选2.9≤g×slif/sli3n≤4.1。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述电解液包括式i化合物，
6.根据权利要求5所述的二次电池，其特征在于，所述式i化合物包括lifsi、liftfsi、nafsi和mefsi中至少一者，
7.根据权利要求5所述的二次电池，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：许志新，
申请(专利权)人：蔚来电池科技安徽有限公司，
类型：发明
国别省市：
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