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CN116848692A - 二次电池、电池模块、电池包和用电装置 - Google Patents

二次电池、电池模块、电池包和用电装置 Download PDF

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CN116848692A
CN116848692A CN202280011402.4A CN202280011402A CN116848692A CN 116848692 A CN116848692 A CN 116848692A CN 202280011402 A CN202280011402 A CN 202280011402A CN 116848692 A CN116848692 A CN 116848692A
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CN
China
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film
electrolyte
lithium
active material
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CN202280011402.4A
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郭洁
韩昌隆
吴则利
王冠
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Contemporary Amperex Technology Co Ltd
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Abstract

本申请提供了一种二次电池、电池模块、电池包和用电装置。所述二次电池包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液；正极极片包括正极活性材料；负极极片包括负极活性材料；隔离膜设置于正极极片和负极极片之间；以及电解液包括第一有机溶剂和成膜添加剂，成膜添加剂被配置为在正极活性材料和/或负极活性材料的表面形成界面膜，其中，隔离膜的孔隙率记为ε％；成膜添加剂的相对于电解液的总质量的质量百分含量记为b％；电解液于25℃下的粘度值记为c(mPa·s)，二次电池满足：4≤(b*ε)/c≤240；本申请能够改善二次电池的快速充放电性能和循环寿命。

Description

二次电池、电池模块、电池包和用电装置
技术领域
本申请涉及电池领域，具体涉及一种二次电池、电池模块、电池包和用电装置。
背景技术
二次电池具有容量高、寿命长等特性，因此广泛应用于电子设备，例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等。
随着电池应用范围越来越广泛，对二次电池性能的要求也逐渐严苛，比如要求其具有较好的快速充放电性能和循环寿命，因此对二次电池的快速充放电性能和循环寿命的改善也是亟需解决的问题。
发明内容
本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种二次电池、电池模块、电池包和用电装置。
本申请的第一方面提供了一种二次电池，所述二次电池包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液；正极极片包括正极活性材料；负极极片包括负极活性材料；隔离膜设置于正极极片和负极极片之间；以及电解液包括第一有机溶剂和成膜添加剂，成膜添加剂被配置为在正极活性材料和/或负极活性材料的表面形成界面膜，其中，隔离膜的孔隙率记为ε％；成膜添加剂的相对于电解液的总质量的质量百分含量记为b％；电解液于25℃下的粘度值记为c(mPa·s)，二次电池满足：4≤(b*ε)/c≤240；可选地，4≤(b*ε)/c≤180。
由此，本申请调控隔离膜的孔隙率、电解液的粘度值以及成膜添加剂的满足上述范围，综合调控锂离子在固相传质和液相传质中的迁移速率，由此改善锂离子的平均迁移速率，以此提高二次电池的快速充电能力。此外，成膜添加剂不但能够调控电解液的粘度，以进一步调节锂离子在液相迁移的速率，还能够在活性材料的表面形成防护层，以钝化活性材料表面，降低活性材料表面和电解液之间发生副反应的风险，从而能够提高活性材料的结构稳定性，提高二次电池的循环寿命，其中成膜添加剂尤其是锂盐类添加剂，其在负极活性材料表面形成的固体电解质界面膜具有较小的阻抗，更利于锂离子的嵌入和脱出。
在任意实施方式中，二次电池还满足条件(1)至条件(3)中的至少一者：(1)25≤ε≤55；可选地，30≤ε≤50；(2)0.1≤b≤8；可选地，0.1≤b≤6；(3)1≤c≤6；可选地，2≤c≤5。
由此，本申请的隔离膜的孔隙率在上述范围时，隔离膜的孔隙率不会过小，其透液性较好，锂离子穿透能力较强，有利于锂离子通过隔离膜迁移至相邻的活性材料，能够进一步改善二次电池的快速充电能力。成膜添加剂的质量百分含量在上述范围时，成膜添加剂能够和活性材料发生成膜反应，形成致密且均匀地膜层，由此对活性材料进行良好的防护，同时成膜添加剂例如锂盐类添加剂可形成具有较小成膜阻抗的SEI膜，兼顾寿命和功率。电解液的粘度值在上述范围时，电解液的粘度不会过大，其离子电导率相对较高，有利于改善离子传输速率，从而能够提高二次电池的快速充电能力。此外，电解液的粘度在上述范围时，电解液与正负极极片的相容性相对较好，并且其不易与正负极极片中的活性材料发生副反应，由此能够改善二次电池的循环稳定性。
在任意实施方式中，第一有机溶剂的相对于电解液的总质量的质量百分含量记为a％；二次电池还满足：2≤c+2*a％≤8。
由此，本申请可以通过调控第一有机溶剂的质量百分含量，可以调整电解液的粘度在合适的范围内，且可以使得在成膜过程中形成稳定的界面膜，能够完全覆盖活性材料表面。
在任意实施方式中，60≤a≤90；可选地，65≤a≤85。
在任意实施方式中，第一有机溶剂包括线性碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂和腈类溶剂中的一种或多种；可选地，线性碳酸酯类溶剂包括碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二甲酯DMC和碳酸甲丙酯MPC中的一种或多种；可选地，羧酸酯类溶剂包括乙酸乙酯EA、乙酸甲酯MA、丙酸乙酯EP、甲酸甲酯MF、丁酸乙酯EB、乙酸丁酯BA、丙酸甲酯MP、丁酸甲酯MB、丁酸丙酯PB和丁酸丁酯BB中的一种或多种；可选地，腈类溶剂包括乙腈AN、戊二腈GLN和己二腈ADN中的一种或几种。
由此，本申请的上述溶剂的粘度较低，可以调控电解液整体的粘度范围在合适的范围内；且在第一有机溶剂包括两种以上时，可以协同调控电解液的粘度和离子电导率，且多种溶剂能够参与成膜反应，以使得膜层结构包含多种组分，能够提高界面膜的稳定性。
在任意实施方式中，成膜添加剂包括：负极成膜添加剂，其被配置为在负极活性材料的表面形成界面膜，负极成膜添加剂的相对于电解液的总质量的质量百分含量记为b1％；正极成膜添加剂，其被配置为在正极活性材料的表面形成界面膜，正极成膜添加剂的相对于电解液的总质量的质量百分含量记为b2％，二次电池满足：1≤b2/b1≤60；可选地，1≤b2/b1≤40。
由此，本申请调控负极成膜添加剂和正极成膜添加剂的含量满足上述公式时，可以使得电解液能够在负极活性材料表面形成SEI膜，在正极活性材料表面形成CEI膜，且两种膜层的界面阻抗相对较低，动力学活性较好，二次电池中的电荷转移阻抗较小，有利于锂离子的快速迁移，从而改善二次电池的快速充电性能。
在任意实施方式中，0.01≤b1≤1.5；和/或0.1≤b2≤7。成膜添加剂在上述范围时，能够在活性材料的表面形成致密且稳定的界面膜，从而能够对活性材料进行充分的防护，提高活性材料的结构稳定性，从而能够保证二次电池的循环稳定性。
在任意实施方式中，负极成膜添加剂包括含硼锂盐、含磷锂盐和含硫锂盐中的一种或多种；可选地，含硼锂盐包括四氟硼酸锂LiBF4、双草酸硼酸锂LiBOB和双氟草酸硼酸锂LiDFOB中的一种或多种；可选地，含磷锂盐包括二氟磷酸锂LiPO2F2、氟磷酸锂Li2PO3F和磷酸锂Li3PO4中的一种或多种；可选地，含硫锂盐包括氟磺酸锂LiFSO3、硫酸锂Li2SO4、氨基磺酸锂LiSO3NH2中的一种或多种。
由此，本申请的含硼锂盐可以在负极活性材料的表面形成结构稳定且阻抗值相对较小的SEI膜，从而改善二次电池的高低温性能。含磷锂盐能够在负极活性材料的表面形成富含LixPOyFz和LiF成分的SEI膜，该SEI膜具有较低的界面阻抗，能够显著改善二次电池的循环性能。含硫锂盐能够在负极活性材料的表面形成致密且稳定的SEI膜，能够进一步改善对负极活性材料的防护性能。
在任意实施方式中，正极成膜添加剂包括碳酸酯类添加剂和/或硫酸酯类添加剂；可选地，碳酸酯类添加剂包括碳酸亚乙烯酯VC、氟代碳酸乙烯酯FEC、二氟代碳酸乙烯酯DFEC、乙烯基碳酸乙烯酯VEC和碳酸二辛酯CC中的一种或多种；可选地，硫酸酯类添加剂包括环状磺酸酯类添加剂和/或硫酸烃基酯类添加剂；进一步可选地，环状磺酸酯类添加剂包括1,3-丙烷磺酸内酯PS、丙烯磺酸内酯PES、3-氟-1,3-丙磺酸内酯FPS中的一种或多种；硫酸烃基酯类添加剂包括硫酸乙烯酯DTD、硫酸二乙酯DES和硫酸二甲酯DMS中的一种或多种。
由此，本申请的碳酸酯类添加剂具有较强介电常数，其能够更大程度的溶解锂盐，使得锂盐更容易解离出锂离子，提高电解液的电导率；其和第一有机溶剂相互配合，能够更好的调控电解液的介电常数和粘度，以此提高二次电池的离子电导率；且能够进一步提升二次电池的电化学窗口。硫酸酯类添加剂能够形成致密且稳定的膜层，从而对活性材料起到良好的防护作用。
在任意实施方式中，电解液还包括锂盐，锂盐包括六氟磷酸锂LiPF6、双氟磺酰亚胺锂LiFSI和双三氟甲基磺酰亚胺锂LiTFSI中的一种或多种；可选地，锂盐的相对于电解液的总质量的质量百分含量记为d％，5％≤d≤25％；进一步可选地，10％≤d≤20％。锂盐可以看作锂离子和阴离子基团复合而成，其对电解液起到重要影响。上述锂盐的具有热稳定性；较高的电导率。
在任意实施方式中，隔离膜包括基体材料层和设置于基材材料层的表面的涂层，基体材料层的基体材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺中的一种或多种；和/或涂层包括陶瓷涂层和/或聚合物涂层；可选地，陶瓷涂层中的陶瓷颗粒包括SiO2、Al2O3、AlOOH、CaO、TiO2、MgO、ZnO、ZrO2、Mg(OH)2和BaSO4中的一种或多种；聚合物涂层的聚合物材料包括聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚四氟乙烯PTFE、聚丙烯腈PAN、聚酰亚胺PI和聚酰胺PA中的一种或多种。
由此，本申请的基体材料层对锂离子的透过率较好，有利于锂离子的迁移；基体材料层的表面设置有涂层，涂层能够进一步提升隔离膜的机械性能。
本申请的第二方面还提供了一种电池模块，包括如本申请第一方面任一实施方式的二次电池。
本申请的第三方面还提供了一种电池包，包括如本申请第二方面实施方式的电池模块。
本申请第四方面还提供了一种用电装置，包括如本申请第一方面任一实施方式的二次电池、如本申请第二方面实施方式的电池模块或如本申请第三方面实施方式的电池包。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
图1是本申请的二次电池的一实施方式的示意图。
图2是图1的二次电池的实施方式的分解示意图。
图3是本申请的电池模块的一实施方式的示意图。
图4是本申请的电池包的一实施方式的示意图。
图5是图4所示的电池包的实施方式的分解示意图。
图6是包含本申请的二次电池作为电源的用电装置的一实施方式的示意图。
附图未必按照实际的比例绘制。
附图标记说明如下：
1、电池包；2、上箱体；3、下箱体；4、电池模块；
5、二次电池；51、壳体；52、电极组件；
53、盖板；
6、用电装置。
具体实施方式
以下，详细说明具体公开了本申请的二次电池、电池模块、电池包和用电装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，方法包括步骤(a)和(b)，表示方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，提到方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到方法，例如，方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
如果没有特别的说明，在本申请中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；或A和B都为真(或存在)。
在本申请中，术语“多个”、“多种”是指两个或两种以上。
本申请中，二次电池可以包括锂离子电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。
二次电池包括电极组件和电解液，电极组件由正极极片、负极极片和隔离膜组成。二次电池主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作，正极极片包括正极活性材料，负极极片包括负极活性材料。在本文中金属离子可以为锂离子、钠离子等；接下来以金属离子为锂离子说明其充电过程。
在二次电池充电过程中，电极动力学过程通常包括以下几个步骤。(1)锂离子脱出步骤：锂离子从正极活性材料中脱出，向电解质相中迁移；(2)电解质相中的液相传质步骤：电解液中的溶剂化锂离子向负极活性材料表面扩散传递；(3)表面转化步骤：首次充电时溶剂化锂离子吸附在负极活性材料表面发生反应并形成固体电解质界面(SEI)膜，后续充电过程中溶剂化锂离子吸附在SEI膜表面，经过去溶剂化过程后锂离子达到负极活性材料表面；(4)电荷交换步骤：锂离子从负极活性材料表面得到电子并形成嵌锂生成物；(5)嵌锂生成物固相传质步骤：嵌锂生成物从负极活性材料表面固相扩散至内部，完成充电过程。
随着充电倍率的提高，在充放电过程中，要求锂离子由正极活性材料中快速地脱出并嵌入至负极活性材料中，并要求锂离子从负极活性材料中快速地脱出并嵌入正极活性材料中；在此过程中，锂离子在固相传质和液相传质均是影响锂离子迁移速率的制约因素，对二次电池的快速充电性能具有显著影响。另外，在充放电过程中，活性材料表面和电解质之间可能发生副反应，从而破坏活性材料的结构，使得其使用寿命严重缩短，由此可能导致二次电池的循环寿命降低。
鉴于此，发明人对二次电池进行了改进，提出了一种二次电池，通过改善锂离子在固相传质和液相传质的迁移速率，改善二次电池的快速充电性能；并且通过对活性材料的表面进行防护，由此改善活性材料的结构稳定性，提高二次电池的循环稳定性，由此提高二次电池的循环寿命。接下来对本申请的技术方案进行详细说明。
二次电池
第一方面，本申请提出了一种二次电池。二次电池又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性材料激活而继续使用的电池。
所述二次电池包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液；正极极片包括正极活性材料；负极极片包括负极活性材料；隔离膜设置于正极极片和负极极片之间；电解液包括第一有机溶剂和成膜添加剂，成膜添加剂被配置为在正极活性材料和/或负极活性材料的表面形成界面膜；隔离膜的孔隙率记为ε％；成膜添加剂的相对于电解液的总质量的质量百分含量记为b％；电解液于25℃下的粘度值记为c(mPa·s)，二次电池满足4≤(b*ε)/c≤240。
虽然机理不甚明确，但是本申请能够兼顾改善二次电池的快速充电性能以及循环寿命，发明人推测原因如下：
锂离子由正极极片迁移至负极极片的过程中，需要首先由正极极片迁移至隔离膜，然后由隔离膜迁移至负极极片；故隔离膜的孔隙率对锂离子的迁移速率具有一定的影响，故本申请将隔离膜的孔隙率作为本申请调控的变量之一。
在液相传质过程中，锂离子在电解液中迁移，电解液的粘度对锂离子的迁移速率具有一定的影响，其粘度越小，越有利于锂离子的迁移；故电解液的粘度对锂离子的迁移速率具有一定的影响，将其作为本申请调控的另一变量。而第一有机溶剂作为电解液的主要组分，其对电解液的粘度具有显著影响，故可以通过对第一有机溶剂的选取调控电解液的粘度；当然成膜添加剂对电解液的粘度也具有一定的影响，故电解液可以通过在选取第一有机溶剂的基础上，对成膜添加剂的质量百分含量进行控制，以此确定电解液的最终粘度。电解液的粘度在合适范围内，可以较好的浸润隔离膜，二次电池在充放电过程中，有利于电解液的快速回流，并有助于锂离子的快速传输。
本申请调控隔离膜的孔隙率、电解液的粘度值以及成膜添加剂的满足上述范围，综合调控锂离子在固相传质和液相传质中的迁移速率，由此改善锂离子的平均迁移速率，以此提高二次电池的快速充电能力。此外，成膜添加剂不但能够调控电解液的粘度，以进一步调节锂离子在液相迁移的速率，还能够在活性材料的表面形成防护层，以钝化活性材料表面，降低活性材料表面和电解液之间发生副反应的风险，从而能够提高活性材料的结构稳定性，提高二次电池的循环寿命，其中成膜添加剂尤其是锂盐类添加剂，其在负极活性材料表面形成的固体电解质界面膜(Solid Electrolyte Interface，SEI膜)具有较小的阻抗，更利于锂离子的嵌入和脱出。当然，成膜添加剂也可以采用其他类型添加剂例如酯类添加剂。
可选地，4≤(b*ε)/c≤180；示例性地，(b*ε)/c可以为4、5、8、10、12、15、18、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、120、150、160、170、180、190、200、210、220或240；或者是上述任意两个数值组成的范围。
在一些实施方式中，25≤ε≤55。
隔离膜的孔隙率在上述范围时，隔离膜的孔隙率不会过小，其透液性较好，锂离子穿透能力较强，有利于锂离子通过隔离膜迁移至相邻的活性材料，能够进一步改善二次电池的快速充电能力。隔离膜的孔隙率不会过大，降低正极极片和负极极片直接接触而导致短路的风险；并且隔离膜具有良好的力学性能，即使二次电池内部形成树枝状晶体时，隔离膜也不易被穿破而导致短路，从而能够保证二次电池的安全性能。可选地，30≤ε≤50；示例性地，隔离膜的孔隙率ε％可以为25％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％、45％、46％、48％、50％、52％、53％、54％或55％；或者是上述任意两个数值组成的范围。
在一些实施方式中，0.1≤b≤8。
成膜添加剂的质量百分含量在上述范围时，成膜添加剂能够和活性材料发生成膜反应，形成致密且均匀地膜层，由此对活性材料进行良好的防护，同时成膜添加剂例如锂盐类添加剂可形成具有较小成膜阻抗的SEI膜，兼顾寿命和功率。可选地，0.1≤b≤6；示例性地，成膜添加剂的质量百分含量b％可以为0.1％、0.5％、0.8％、1％、1.5％、1.8％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％或8％；或者是上述任意两个数值组成的范围。
在一些实施方式中，1≤c≤6。
电解液的粘度值在上述范围时，电解液的粘度不会过大，其离子电导率相对较高，有利于改善离子传输速率，从而能够提高二次电池的快速充电能力。此外，电解液的粘度在上述范围时，电解液与正负极极片的相容性相对较好，并且其不易与正负极极片中的活性材料发生副反应，由此能够改善二次电池的循环稳定性。可选地，2≤c≤5；示例性地，电解液的粘度c(mPa·s)可以为1mPa·s、1.5mPa·s、2mPa·s、2.5mPa·s、3mPa·s、3.5mPa·s、4mPa·s、4.5mPa·s、5mPa·s、5.5mPa·s或6mPa·s；或者是上述任意两个数值组成的范围。
在一些实施方式中，第一有机溶剂的相对于电解液的总质量的质量百分含量记为a；二次电池还满足：2≤c+2*a％≤8。
可以通过调控第一有机溶剂的质量百分含量，可以调整电解液的粘度在合适的范围内，且可以使得在成膜过程中形成稳定的界面膜，能够完全覆盖活性材料表面。示例性地，c+2*a％可以为2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5或8；或者在上述任意两个数值组成的范围内。
在一些实施方式中，60≤a≤90；可选地，65≤a≤85。示例性地，第一有机溶剂的相对于电解液的总质量的质量百分含量a％可以为60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％；或者是上述任意两个数值组成的范围。
在一些实施方式中，所述第一有机溶剂包括线性碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂和腈类溶剂中的一种或多种。上述溶剂的粘度较低，可以调控电解液整体的粘度范围在合适的范围内；且在第一有机溶剂包括两种以上时，可以协同调控电解液的粘度和离子电导率，且多种溶剂能够参与成膜反应，以使得膜层结构包含多种组分，能够提高界面膜的稳定性。
作为线性碳酸酯类溶剂的示例，所述线性碳酸酯类溶剂包括碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二甲酯DMC和碳酸甲丙酯MPC中的一种或多种。上述线性碳酸酯类溶剂具有相对较低的粘度，有利于离子电导率；且其具有较高的电化学稳定性，其电化学窗口较高。
作为羧酸酯类溶剂的示例，所述羧酸酯类溶剂包括乙酸乙酯EA、乙酸甲酯MA、丙酸乙酯EP、甲酸甲酯MF、丁酸乙酯EB、乙酸丁酯BA、丙酸甲酯MP、丁酸甲酯MB、丁酸丙酯PB和丁酸丁酯BB中的一种或多种。羧酸酯类溶剂具有相对更低的粘度，且多种羧酸酯类溶剂组合使用时，能够使得电解液具有更低的表面张力。
作为腈类溶剂的示例，所述腈类溶剂包括乙腈AN、戊二腈GLN和己二腈ADN中的一种或几种。上述腈类溶剂具有较低的粘度和相对较高的介电常数，有利于提升锂离子的迁移速率；且该类腈类溶剂的稳定性较高，不易和活性材料表面发生副反应，能够保证活性材料的结构稳定性，由此保证二次电池的循环稳定性。
在一些实施方式中，电解液还可以包括第二有机溶剂，第二有机溶剂可以包括醚类溶剂等。醚类溶剂也具有相对较低的粘度，有利于进一步改善电解液整体的粘度；并且，醚类溶剂能够使得二次电池中的锂在充放电循环过程中保持良好的形态结构，有利于改善二次电池的循环稳定性，从而提高二次电池的循环寿命。
作为醚类溶剂的示例，所述醚类溶剂可以包括乙醚等。
在一些实施方式中，成膜添加剂包括负极成膜添加剂和正极成膜添加剂；负极成膜添加剂被配置为在所述负极活性材料的表面形成界面膜，所述负极成膜添加剂的相对于所述电解液的总质量的质量百分含量记为b1％；正极成膜添加剂被配置为在所述正极活性材料的表面形成界面膜，所述正极成膜添加剂的相对于所述电解液的总质量的质量百分含量记为b2％，所述二次电池满足：1≤b2/b1≤60。
负极成膜添加剂能够在负极活性材料表面发生成膜反应，从而在负极活性材料表面形成SEI膜，SEI膜原位包覆负极活性材料表面，能够稳定负极活性材料的结构，降低负极活性材料和电解液持续发生副反应的风险，从而能够保证负极活性材料的电化学性能，同时负极成膜添加剂可以包括锂盐类添加剂，其在负极形成的SEI膜具有较小的阻抗，更利于锂离子的嵌入和脱出。
正极成膜添加剂能够在正极活性材料表面发生成膜反应，从而在正极活性材料表面形成正极固态电解质界面膜(Catheode Electrolyte Interphase，CEI膜)，CEI膜原位包覆正极活性材料表面，既能够稳定正极活性材料的结构，也能够降低由于电解液的分解而导致电解液腐蚀正极活性材料使得正极活性材料中的过渡金属溶出的风险，进一步对正极活性材料进行防护，从而能够保证正极活性材料的电化学性能。
在本申请中，CEI膜和SEI膜统称为界面膜。
本申请调控负极成膜添加剂和正极成膜添加剂的含量满足上述公式时，可以使得电解液能够在负极活性材料表面形成SEI膜，在正极活性材料表面形成CEI膜，且两种膜层的界面阻抗相对较低，动力学活性较好，二次电池中的电荷转移阻抗较小，有利于锂离子的快速迁移，从而改善二次电池的快速充电性能。可选地，1≤b2/b1≤40；示例性地，b2/b1可以为1、2、3、5、8、10、15、20、22、25、28、30、32、35、40、42、45、48、50、52、55、58或60；或者在上述任意两个数值组成的范围内。
在一些实施方式中，0.01≤b1≤1.5。
负极成膜添加剂在上述范围时，能够在负极活性材料的表面形成致密且稳定的SEI膜，从而能够对负极活性材料进行充分的防护，提高负极活性材料的结构稳定性，从而能够保证二次电池的循环稳定性。可选地，0.1≤b1≤1.2。示例性地，负极成膜添加剂的质量百分含量b1％可以为0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.3％或1.5％；或者在上述任意两个数值组成的范围内。
在一些实施方式中，0.1≤b2≤7。
正极成膜添加剂在上述范围时，能够在正极活性材料的表面形成致密且稳定的CEI膜，从而能够对正极活性材料进行充分的防护，提高正极活性材料的结构稳定性，从而能够保证二次电池的循环稳定性。可选地，0.5≤b2≤5。示例性地，正极成膜添加剂的质量百分含量b2％可以为0.1％、0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.3％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％或7％；或者在上述任意两个数值组成的范围内。
作为负极成膜添加剂的示例，负极成膜添加剂可以包括含硼锂盐、含磷锂盐和含硫锂盐中的一种或多种。
含硼锂盐作为以B原子为中心原子的锂盐，其可以与烷氧基、邻二酚、邻羟基、羧酸等配位形成阴离子配合物，阴离子配合物主要为大π共轭结构，中心离子的负电荷分布较为分散，其电荷是离域的，同时阴离子半径较大，使得阴离子在有机溶剂中难以同锂离子形成结合力较强的离子对，其溶解性相对较好。在阴离子配合物中吸电子基团越多，阴离子结构越稳定，锂离子在电解液中的溶解度越高，越有利于改善电解液的电导率。并且含硼锂盐能够在负极活性材料表面形成性能优良的SEI膜，SEI膜具有有机溶剂不溶性，在有机电解液中能够稳定存在，能够有效降低电解液中的溶剂分子嵌入至负极活性材料中，从而能够保证负极活性材料的结构稳定性，进而改善二次电池的循环性能。
含磷锂盐添加剂具有相对较大的阴离子基团，具有较高的离子电导率，有利于进一步改善电解液的动力学性能，并且含磷锂盐添加剂可以在正极活性材料表面形成CEI膜，其形成的CEI膜具有较高的锂离子导通性，可以显著抑制电解质的持续分解，并减少正极活性材料中过渡金属离子的溶出，从而提升二次电池的循环性能。此外，含磷锂盐添加剂也能够在负极活性材料的表面形成SEI膜，其具有较低的界面阻抗，从而显著改善电池的循环性能。
含硫锂盐添加剂由于其抗氧化性较好，热稳定性高，对电解质中的水不敏感，不易发生副反应；且含硫锂盐添加剂的电导率相对较高，有利于提升锂离子的迁移速率，从而提升电解液的动力学性能。
作为含硼锂盐的示例，含硼锂盐可以包括四氟硼酸锂(LiBF4)、双草酸硼酸锂(LiB(C2O4)2，简称LiBOB)和双氟草酸硼酸锂(LiBC2O4F2，简称LiDFOB)中的一种或多种。进一步地，含硼锂盐包括四氟硼酸锂LiBF4、双草酸硼酸锂(LiB(C2O4)2，简称LiBOB)和双氟草酸硼酸锂(LiBC2O4F2，简称LiDFOB)的组合物。
四氟硼酸锂LiBF4在和电解液中的有机溶剂例如碳酸酯类溶剂或添加剂配合使用时，四氟硼酸锂所构成的体系的粘度相对较低，有利于锂离子的释放，从而使得电解液中的电导率得到提升。四氟硼酸锂所形成的SEI膜的厚度较均匀，动力学活性较好，二次电池中的电荷转移阻抗较小，由此可以显著改善二次电池的低温性能；SEI膜不易发生热分解，其在高温下的性能较为稳定，故其可以显著改善二次电池的高温性能。
双草酸硼酸锂LiBOB和双氟草酸硼酸锂LiDFOB中的任意一者具有对正极极片中的正极集流体的钝化作用，能够降低和正极集流体发生副反应腐蚀正极集流体的风险，提高正极极片的结构稳定性。并且包含双草酸硼酸锂LiBOB和双氟草酸硼酸锂LiDFOB中的任意一者的电解液不易产生酸性物质，也可以进一步起到降低正极集流体被腐蚀的风险。双草酸硼酸锂LiBOB和双氟草酸硼酸锂LiDFOB和正极活性材料的相容性较好，有利于锂离子的迁移；其其能够在负极活性材料的表面形成有效的SEI膜，提高对负极活性材料的防护性能。
四氟硼酸锂LiBF4、双草酸硼酸锂LiBOB和双氟草酸硼酸锂LiDFOB配合使用，三者形成的SEI膜的组成成分较多，SEI膜的结构更为稳定性；且在保证结构稳定的基础上，可以保证SEI膜相对较小的阻抗值，以保证二次电池的低温性能。
本申请的二次电池包含上述含硼锂盐时，可以在负极活性材料的表面形成结构稳定且阻抗值相对较小的SEI膜，从而改善二次电池的高低温性能。
作为含磷锂盐的示例，含磷锂盐可以包括二氟磷酸锂LiPO2F2、氟磷酸锂Li2PO3F和磷酸锂Li3PO4中的一种或多种。
上述含磷锂盐为无机磷酸锂盐，能够在负极活性材料的表面形成富含LixPOyFz和LiF成分的SEI膜，该SEI膜具有较低的界面阻抗，能够显著改善二次电池的循环性能。且在二次电池初始充电过程中，能够参与正极成膜，形成稳定且低阻抗的CEI膜，该CEI膜能够有效减少电解质的氧化分解，例如可以有效减少电解质中碳酸酯溶剂和正极活性材料表面发生副反应，从而能够保证电解质的结构稳定性，且能够缓解正极活性材料被破坏，改善二次电池的循环性能。
作为含硫锂盐的示例，含硫锂盐可以包括氟磺酸锂LiFSO3、硫酸锂Li2SO4、氨基磺酸锂LiSO3NH2中的一种或多种。
上述含硫锂盐能够在负极活性材料的表面形成致密且稳定的SEI膜，能够进一步改善对负极活性材料的防护性能。
在一些实施方式中，所述正极成膜添加剂包括碳酸酯类添加剂和/或硫酸酯类添加剂。
所述碳酸酯类添加剂包括碳酸亚乙烯酯VC、氟代碳酸乙烯酯FEC、二氟代碳酸乙烯酯DFEC、乙烯基碳酸乙烯酯VEC和碳酸二辛酯CC中的一种或多种。上述上述碳酸酯类添加剂能够形成致密且稳定的膜层，从而对活性材料起到良好的防护作用。且上述碳酸酯类添加剂具有较强介电常数，其能够更大程度的溶解锂盐，使得锂盐更容易解离出锂离子，提高电解液的电导率；其和第一有机溶剂相互配合，能够更好的调控电解液的介电常数和粘度，以此提高二次电池的离子电导率；且能够进一步提升二次电池的电化学窗口。
所述硫酸酯类添加剂包括环状磺酸酯类添加剂和/或硫酸烃基酯类添加剂；进一步地，所述环状磺酸酯类添加剂包括1,3-丙烷磺酸内酯PS、丙烯磺酸内酯PES、3-氟-1,3-丙磺酸内酯FPS中的一种或多种；所述硫酸烃基酯类添加剂包括硫酸乙烯酯DTD、硫酸二乙酯DES和硫酸二甲酯DMS中的一种或多种。上述硫酸酯类添加剂能够形成致密且稳定的膜层，从而对活性材料起到良好的防护作用。
在一些实施方式中，电解液还可以包括锂盐。锂盐包括六氟磷酸锂LiPF6、双氟磺酰亚胺锂LiFSI和双三氟甲基磺酰亚胺锂LiTFSI中的一种或多种。
锂盐可以看作锂离子和阴离子基团复合而成，其对电解液起到重要影响。上述锂盐的具有热稳定性；较高的电导率。
在一些实施方式中，锂盐的相对于电解液的总质量的质量百分含量记为d％，5％≤d≤25％；进一步可选地，10％≤d≤20％。
锂盐的质量百分含量在上述范围时，一方面有利于锂离子的快速迁移；另一方面，锂盐能够和其他物质共同在活性材料表面形成界面膜，从而稳定活性材料。可选地，10％≤d≤20％；示例性地，锂盐的质量百分含量d％可以为5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％、13％、15％、16％、18％、20％、21％、22％、24％或25％；或者在上述任意两个数值范围内。
本申请的电解液可以按照本领域常规的方法制备。例如，可以将所述添加剂、所述溶剂、所述电解质盐等混合均匀，得到电解液。各物料的添加顺序并没有特别的限制，例如，可以将所述添加剂、所述电解质盐等加入到所述非水溶剂中混合均匀，得到非水电解液。
在本申请中，电解液中各组分及其含量可以按照本领域已知的方法测定。例如，可以通过气相色谱-质谱联用法(GC-MS)、离子色谱法(IC)、液相色谱法(LC)、核磁共振波谱法(NMR)等进行测定。
需要说明的是，本申请的电解液测试时，可直接取新鲜制备的电解液，也可以从二次电池中获取电解液。从二次电池中获取电解液的一个示例性方法包括如下步骤：将二次电池放电至放电截止电压(为了安全起见，一般使电池处于满放状态)后进行离心处理，之后取适量离心处理得到的液体即为非水电解液。也可以从二次电池的注液口直接获取非水电解液。
[正极极片]
在一些实施例中，正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上的正极膜层。例如，正极集流体具有在自身厚度方向相对的两个表面，正极膜层设置于正极集流体的两个相对表面中的任意一者或两者上。
所述正极膜层包括正极活性材料，所述正极活性材料可采用本领域公知的用于二次电池的正极活性材料。例如，所述正极活性材料可包括锂过渡金属氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐及其各自的改性化合物中的至少一种。锂过渡金属氧化物的示例可包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物及其各自的改性化合物中的至少一种。橄榄石结构的含锂磷酸盐的示例可包括磷酸铁锂、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料及其各自的改性化合物中的至少一种。本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作二次电池正极活性材料的传统公知的材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。
在一些实施例中，正极活性材料包括LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2或LiNiaCobAlcN1-a-b-cO2，其中，M和N各自独立的选自Co、Ni、Mn、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、V和Ti中的任意一种，且0≤y≤1，0≤x＜1，0≤z≤1，x+y+z≤1，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，a+b+c≤1。正极活性材料与含硼锂盐配合使用，含硼锂盐中的B原子容易与正极活性材料中的O原子结合，从而降低正极活性材料的电荷转移电阻、降低锂离子在正极活性材料体相内的扩散阻力。因此，当非水电解液中含有合适含量的四氟硼酸锂和双氟草酸硼酸锂时，低钴或无钴正极活性材料能具有显著改善的锂离子扩散速率，低钴或无钴正极活性材料体相内的锂离子能及时地补充到表面，避免低钴或无钴正极活性材料表面过脱锂，从而稳定低钴或无钴正极活性材料的晶体结构。由于低钴或无钴正极活性材料的晶体结构更稳定，因此能够极大地降低由于低钴或无钴正极活性材料表面出现过脱锂而导致正极活性材料结构性质、化学性质或电化学性质变得不稳定等问题出现的概率，例如，正极活性材料不可逆畸变和晶格缺陷增加的问题。
LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2或LiNiaCobAlcN1-a-b-cO2可以按照本领域常规方法制备。示例性制备方法如下：将锂源、镍源、钴源、锰源、铝源、M元素前驱体、N元素前驱体混合后烧结得到。烧结气氛可为含氧气氛，例如，空气气氛或氧气气氛。烧结气氛的O2浓度例如为70％至100％。烧结温度和烧结时间可根据实际情况进行调节。
作为示例，锂源包括但不限于氧化锂(Li2O)、磷酸锂(Li3PO4)、磷酸二氢锂(LiH2PO4)、醋酸锂(CH3COOLi)、氢氧化锂(LiOH)、碳酸锂(Li2CO3)及硝酸锂(LiNO3)中的至少一种。作为示例，镍源包括但不限于硫酸镍、硝酸镍、氯化镍、草酸镍及醋酸镍中的至少一种。作为示例，钴源包括但不限于硫酸钴、硝酸钴、氯化钴、草酸钴及醋酸钴中的至少一种。作为示例，锰源包括但不限于硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、草酸锰及醋酸锰中的至少一种。作为示例，铝源包括但不限于硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、草酸铝及醋酸铝中的至少一种。作为示例，M元素前驱体包括但不限于M元素的氧化物、硝酸化合物、碳酸化合物、氢氧化合物及醋酸化合物中的至少一种。作为示例，N元素的前驱体包括但不限于氟化铵、氟化锂、氟化氢、氯化铵、氯化锂、氯化氢、硝酸铵、亚硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、磷酸铵、磷酸、硫酸铵、硫酸氢铵、亚硫酸氢铵、亚硫酸铵、硫化氢铵、硫化氢、硫化锂、硫化铵及单质硫中的至少一种。
在一些实施例中，基于正极膜层的总质量计，分子式为LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2或LiNiaCobAlcN1-a-b-cO2的层状材料的质量百分含量为80％至99％。例如，分子式为LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2或LiNiaCobAlcN1-a-b-cO2的层状材料的质量百分含量可以为80％，81％，82％，83％，84％，85％，86％，87％，88％，89％，90％，91％，92％，93％，94％，95％，96％，97％，98％，99％或以上任何数值所组成的范围。可选地，分子式为LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2或LiNiaCobAlcN1-a-b-cO2的层状材料的质量百分含量为85％至99％，90％至99％，95％至99％，80％至98％，85％至98％，90％至98％，95％至98％，80％至97％，85％至97％，90％至97％或95％至97％。
在一些实施例中，正极膜层还可选地包括正极导电剂。本申请对正极导电剂的种类没有特别的限制，作为示例，正极导电剂包括选自超导碳、导电石墨、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维中的一种或多种的组合。在一些实施例中，基于正极膜层的总质量，正极导电剂的质量百分含量在5％以下。
在一些实施例中，正极膜层还可选地包括正极粘结剂。本申请对正极粘结剂的种类没有特别的限制，作为示例，正极粘结剂可包括选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物和含氟丙烯酸酯类树脂中的一种或多种的组合。在一些实施例中，基于正极膜层的总质量，正极粘结剂的质量百分含量在5％以下。
在一些实施例中，正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。作为金属箔片的示例，可采用铝箔或铝合金箔。复合集流体可包括高分子材料基层以及形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属材料层，作为示例，金属材料可包括选自铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银和银合金中的一种或多种的组合，高分子材料基层可包括选自聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)和聚乙烯(PE)中的一种或多种的组合。
正极膜层通常是将正极浆料涂布在正极集流体上，经干燥、冷压而成的。正极浆料通常是将正极活性材料、可选的导电剂、可选的粘结剂以及任意的其他组分分散于溶剂中并搅拌均匀而形成的。溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮(NMP)，但不限于此。
[负极极片]
负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括负极活性材料。
作为示例，负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极膜层设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。
在一些实施方式中，负极活性材料可采用本领域公知的用于电池的负极活性材料。作为示例，负极活性材料可包括以下材料中的至少一种：人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料、钛酸锂和锂铝合金等。所述硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物以及锡合金中的至少一种。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池负极活性材料的传统材料。这些负极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。
在一些实施例中，负极膜层还可选地包括负极粘结剂。本申请对负极粘结剂的种类没有特别的限制，作为示例，负极粘结剂可包括选自丁苯橡胶(SBR)、水溶性不饱和树脂SR-1B、水性丙烯酸类树脂(例如，聚丙烯酸PAA、聚甲基丙烯酸PMAA、聚丙烯酸钠PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)和羧甲基壳聚糖(CMCS)中的一种或多种的组合。在一些实施例中，基于负极膜层的总质量，负极粘结剂的质量百分含量在5％以下。
在一些实施例中，负极膜层还可选地包括负极导电剂。本申请对负极导电剂的种类没有特别的限制，作为示例，负极导电剂可包括选自超导碳、导电石墨、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维中的一种或多种的组合。在一些实施例中，基于负极膜层的总质量，负极导电剂的质量百分含量在5％以下。
在一些实施例中，负极膜层还可选地包括其他助剂。作为示例，其他助剂可包括增稠剂，例如，羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、PTC热敏电阻材料等。在一些实施例中，基于负极膜层的总质量，其他助剂的质量百分含量在2％以下。
在一些实施例中，负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。作为金属箔片的示例，可采用铜箔或铜合金箔。复合集流体可包括高分子材料基层以及形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属材料层，作为示例，金属材料可包括选自铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银和银合金中的一种或多种的组合，高分子材料基层可包括选自聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)和聚乙烯(PE)中的一种或多种的组合。
负极膜层通常是将负极浆料涂布在负极集流体上，经干燥、冷压而成的。负极浆料通常是将负极活性材料、可选的导电剂、可选地粘结剂、其他可选的助剂分散于溶剂中并搅拌均匀而形成的。溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮(NMP)或去离子水，但不限于此。
负极极片并不排除除了负极膜层之外的其他附加功能层。例如在某些实施例中，负极极片还包括覆盖在负极膜层表面的保护层。
[隔离膜]
在一些实施方式中，二次电池中还包括隔离膜。本申请对隔离膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。
在一些实施方式中，所述隔离膜包括基体材料层和设置于基材材料层的表面的涂层；基体材料层的基体材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺和聚酰胺中的一种或多种；涂层包括陶瓷涂层和/或聚合物涂层。
基体材料层对锂离子的透过率较好，有利于锂离子的迁移；基体材料层的表面设置有涂层，涂层能够进一步提升隔离膜的机械性能。
可选地，陶瓷涂层中的陶瓷颗粒包括SiO2、Al2O3、AlOOH、CaO、TiO2、MgO、ZnO、ZrO2、Mg(OH)2和BaSO4中的一种或多种。
可选地，聚合物涂层的聚合物材料包括聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚四氟乙烯PTFE、聚丙烯腈PAN、聚酰亚胺PI和聚酰胺PA中的一种或多种。聚合物涂层可以和基体材料层选择相同或不同高的材质，聚合物涂层和基体材料层的厚度可以不同，可选地，聚合物涂层的厚度小于基体材料层的厚度。
在另一些实施方式中，隔离膜的材质可选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜，没有特别限制。在隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同或不同，没有特别限制。
在一些实施方式中，正极极片、负极极片和隔离膜可通过卷绕工艺或叠片工艺制成电极组件。
在一些实施方式中，二次电池可包括外包装。该外包装可用于封装上述电极组件及电解质。
在一些实施方式中，二次电池的外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。二次电池的外包装也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，作为塑料，可列举出聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等。
本申请对二次电池的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。如图1是作为一个示例的方形结构的二次电池5。
在一些实施例中，如图1和图2所示，外包装可包括壳体51和盖板53。其中，壳体51可包括底板和连接于底板上的侧板，底板和侧板围合形成容纳腔。壳体51具有与容纳腔连通的开口，盖板53用于盖设开口，以封闭容纳腔。正极极片、负极极片和隔离膜可经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件52。电极组件52封装于容纳腔。电解液浸润于电极组件52中。二次电池5所含电极组件52的数量可以为一个或多个，可根据需求来调节。
本申请的二次电池的制备方法是公知的。在一些实施例中，可将正极极片、隔离膜、负极极片和电解液组装形成二次电池。作为示例，可将正极极片、隔离膜、负极极片经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件，将电极组件置于外包装中，烘干后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，得到二次电池。
在本申请的一些实施例中，根据本申请的二次电池可以组装成电池模块，电池模块所含二次电池的数量可以为多个，具体数量可根据电池模块的应用和容量来调节。
图3是作为一个示例的电池模块4的示意图。如图3所示，在电池模块4中，多个二次电池5可以是沿电池模块4的长度方向依次排列设置。当然，也可以按照其他任意的方式进行排布。进一步可以通过紧固件将该多个二次电池5进行固定。
可选地，电池模块4还可以包括具有容纳空间的外壳，多个二次电池5容纳于该容纳空间。
在一些实施例中，上述电池模块还可以组装成电池包，电池包所含电池模块的数量可以根据电池包的应用和容量进行调节。
图4和图5是作为一个示例的电池包1的示意图。如图4和图5所示，在电池包1中可以包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池模块4。电池箱包括上箱体2和下箱体3，上箱体2用于盖设下箱体3，并形成用于容纳电池模块4的封闭空间。多个电池模块4可以按照任意的方式排布于电池箱中。
用电装置
第二方面，本申请提供一种用电装置，用电装置包括本申请的二次电池、电池模块和电池包中的至少一种。二次电池、电池模块和电池包可以用作用电装置的电源，也可以用作用电装置的能量存储单元。用电装置可以但不限于是移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能系统等。
用电装置可以根据其使用需求来选择二次电池、电池模块或电池包。
图6是作为一个示例的用电装置的示意图。该用电装置6为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置对高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包1或电池模块。
作为另一个示例的用电装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该用电装置通常要求轻薄化，可以采用二次电池作为电源。
实施例
下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于质量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
实施例1
1、正极极片的制备
采用厚度为12μm的铝箔作为正极集流体。
将正极活性材料LiNi0.65Co0.07Mn0.28、导电剂炭黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按重量比97.5:1.4:1.1在适量的溶剂NMP中充分搅拌混合，形成均匀的正极浆料；将正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔的表面上，经干燥、冷压后，得到正极极片。
2、负极极片的制备
采用厚度为8μm的铜箔作为负极集流体。
将负极活性材料石墨、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、导电剂炭黑(Super P)按重量比96.2:1.8:1.2:0.8在适量的溶剂去离子水中充分搅拌混合，形成均匀的负极浆料；将负极浆料均匀涂覆于负极集流体铜箔的表面上，经干燥、冷压后，得到负极极片。
3、隔离膜
采用多孔聚乙烯(PE)膜作为隔离膜。
4、电解液的制备
在含水量小于10ppm的环境下，将非水有机溶剂碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯按照体积比1:1:1进行混合得到电解液溶剂，随后将添加剂等溶解于混合后的溶剂中，配置成锂盐浓度为1mol/L的电解液。电解液的具体所包含的物质参见下表。
5、二次电池的制备
将上述正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片之间起到隔离作用，然后卷绕得到电极组件；将电极组件置于外包装壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，得到锂离子电池。
实施例2
实施例2-1至实施例2-8
二次电池按照与实施例1类似的方法相似制备，不同之处在于调整了“隔离膜”的孔隙率ε％，且4≤(b*ε)/c≤240，具体参数详见表1至表3。
对比例
对比例1和对比例2
二次电池按照与实施例1类似的方法相似制备，不同之处在于调整了“隔离膜”的孔隙率ε％，具体参数详见表1至表3。
实施例3
实施例3-1至实施例3-7
二次电池按照与实施例1类似的方法相似制备，不同之处在于调整了“负极成膜添加剂”的质量百分含量b1％，具体参数详见表1至表3。
实施例4
实施例4-1至实施例4-7
二次电池按照与实施例1类似的方法相似制备，不同之处在于调整了“正极成膜添加剂”的质量百分含量b2％，具体参数详见表1至表3。
实施例5
实施例5-1至实施例5-3
二次电池按照与实施例1类似的方法相似制备，不同之处在于调整了“第一有机溶剂”的质量百分含量a％，具体参数详见表1至表3。
表1
表1中b1＝b11+b12+b13。
表2
表2中b2＝b21+b22。
表3
表3中，b＝b1+b2。
测试部分
1、隔离膜孔隙率ε％的测试方法
按照GB/T24586，采用气体置换法测量。孔隙率ε＝(V1-V2)/V1*100％，其中V1是样品的表观体积，V2是样品的真实体积。
2、电解液中的各组分的含量测试方法
接取新鲜制备的电解液，也可以从二次电池中获取电解液，然后采用以下方法的一种或几种进行电解液成分的测定。气相色谱-质谱联用法(GC-MS)、离子色谱法(IC)、液相色谱法(LC)、核磁共振波谱法(NMR)等。
气相色谱-质谱联用法(GC-MS)：按照GB/T-9722-2006/GB/T6041-2002，采用气相色谱和质谱联用，气相色谱将样品中各组分分离后,各组分在质谱中被打碎成离子碎片,按照质荷比(m/z)分开形成特定的质谱图，获得电解液中各有机成分的定性分析，然后使电解液中各有机成分在色谱柱中实现分离并生成各组分检测信号谱图，利用保留时间进行组分定性，配标校正峰面积实现定量，获得电解液中有机成分的定量测试分析。
离子色谱法(IC)：按照JY/T-020，通过离子色谱检测电解液中锂盐及锂盐添加剂的阴离子对其进行定量。
核磁共振波谱法(NMR)：按照JY/T 0578-2020，获取电解液中成分的定性及定量分析。
3、电解液于25℃下的粘度c(mPa·s)的测试方法
在一定温度下，转子在样品中以恒定转速持续旋转时受到的剪切力使弹簧产生扭矩，扭矩与粘度成正比，由此得到粘度值。具体地，采用博勒飞(DV-2TLV)粘度计对成品电解液的粘度进行测试。控制环境温度为25℃，环境湿度＜80％，取30mL的电解液，将其恒温在25℃的水浴锅中至少30min，将转子装入样品杯，加入样品至离杯口约0.3cm处，启动连接着的粘度计，选择70RPM的转速进行测试，采集10个数据点，求取多点平均值。
4、二次电池的循环性能测试
在45℃下，将二次电池以1C恒流充电至4.3V，继续恒压充电至电流为0.05C，此时二次电池为满充状态，记录此时的充电容量，即为第1圈充电容量；将二次电池静置5min后，以1C恒流放电至2.8V，此为一个循环充放电过程，记录此时的放电容量，即为第1圈放电容量。将二次电池按照上述方法进行循环充放电测试，记录每圈循环后的放电容量。二次电池45℃循环600圈容量保持率(％)＝600圈循环后的放电容量/第1圈放电容量×100％。
5、二次电池的快速充电性能
在25℃下，将上述制备的二次电池以0.33C恒流充电至充电截止电压4.4V，之后恒压充电至电流为0.05C，静置5min，再以0.33C恒流放电至放电截止电压2.8V，记录其实际容量为C0。
然后将二次电池依次以0.5C0、1C0、1.5C0、2C0、2.5C0、3C0、3.5C0、4C0、4.5C0恒流充电至全电池充电截止电压4.4V或者0V负极截止电位(以先达到者为准)，每次充电完成后需以1C0放电至全电池放电截止电压2.8V，记录不同充电倍率下充电至10％、20％、30％……80％SOC(State of Charge，荷电状态)时所对应的负极电位，绘制出不同SOC态下的倍率-负极电位曲线，线性拟合后得出不同SOC态下负极电位为0V时所对应的充电倍率，该充电倍率即为该SOC态下的充电窗口，分别记为C10％SOC、C20％SOC、C30％SOC、C40％SOC、C50％SOC、C60％SOC、C70％SOC、C80％SOC，根据公式(60/C20％SOC+60/C30％SOC+60/C40％SOC+60/C50％SOC+60/C60％SOC+60/C70％SOC+60/C80％SOC)×10％计算得到该二次电池从10％SOC充电至80％SOC的充电时间T。充电时间T越短，则代表二次电池的快速充电性能越优秀。
测试结果
本申请在改善二次电池的循环性能和快速充电性能的作用如表4所示。
表4
由表4可知，对比例1的隔离膜的孔隙率过小，可能导致锂离子在通过隔离膜的过程中的迁移速率较小，从而使得二次电池的快速充电能力较差。通过对二次电池的隔离膜的孔隙率和成膜添加剂的质量百分含量的协同调控，可以调节锂离子的固相传输速率；通过对电解液的粘度的调控，可以调节锂离子的液相传输速率；相较于对比例2，实施例1至实施例2-8同时对隔离膜的孔隙率、成膜添加剂的质量百分含量和电解液的粘度进行协同调控，以使4≤(b*ε)/c≤240，尤其是4≤(b*ε)/c≤180，可以显著改善锂离子在固相和液相中的综合传输速率，从而改善二次电池的快速充电能力。并且电解液中的添加剂能够在负极活性材料表面成膜，从而能够提高对负极活性材料的防护性能，改善二次电池的循环性能。
实施例3-1至实施例3-7通过对负极成膜添加剂的质量百分含量b1％进行调控，当1≤b2/b1≤60时，尤其是当1≤b2/b1≤40时，可以调节对负极活性材料的防护能力，从而对二次电池的循环性能进行改善。
实施例4-1至实施例4-7通过对正极成膜添加剂的质量百分含量b1％进行调控，当1≤b2/b1≤60时，尤其是当1≤b2/b1≤40时，可以调节对正极活性材料的防护能力，从而对二次电池的循环性能进行改善。
实施例5-1和实施例5-3通过对第一有机溶剂的质量百分含量a％进行调控，当2≤c+2*a％≤8时，可以调控锂离子的整体迁移速率，从而改善二次电池的动力学性能。
虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (14)

1.一种二次电池，包括：
正极极片，其包括正极活性材料；
负极极片，其包括负极活性材料；
隔离膜，其设置于所述正极极片和所述负极极片之间；以及
电解液，其包括第一有机溶剂和成膜添加剂，所述成膜添加剂被配置为在所述正极活性材料和/或所述负极活性材料的表面形成界面膜，
其中，所述隔离膜的孔隙率记为ε％；所述成膜添加剂的相对于所述电解液的总质量的质量百分含量记为b％；所述电解液于25℃下的粘度值记为c(mPa·s)，
所述二次电池满足：4≤(b*ε)/c≤240；可选地，4≤(b*ε)/c≤180。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池还满足条件(1)至条件(3)中的至少一者：
(1)25≤ε≤55；可选地，30≤ε≤50；
(2)0.1≤b≤8；可选地，0.1≤b≤6；
(3)1≤c≤6；可选地，2≤c≤5。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，
所述第一有机溶剂的相对于所述电解液的总质量的质量百分含量记为a％；
所述二次电池还满足：2≤c+2*a％≤8。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中，
60≤a≤90；可选地，65≤a≤85。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的二次电池，其中，
所述第一有机溶剂包括线性碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂和腈类溶剂中的一种或多种；
可选地，所述线性碳酸酯类溶剂包括碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二甲酯DMC和碳酸甲丙酯MPC中的一种或多种；
可选地，所述羧酸酯类溶剂包括乙酸乙酯EA、乙酸甲酯MA、丙酸乙酯EP、甲酸甲酯MF、丁酸乙酯EB、乙酸丁酯BA、丙酸甲酯MP、丁酸甲酯MB、丁酸丙酯PB和丁酸丁酯BB中的一种或多种；
可选地，所述腈类溶剂包括乙腈AN、戊二腈GLN和己二腈ADN中的一种或几种。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的二次电池，其中，所述成膜添加剂包括：
负极成膜添加剂，其被配置为在所述负极活性材料的表面形成界面膜，所述负极成膜添加剂的相对于所述电解液的总质量的质量百分含量记为b1％；
正极成膜添加剂，其被配置为在所述正极活性材料的表面形成界面膜，所述正极成膜添加剂的相对于所述电解液的总质量的质量百分含量记为b2％，
所述二次电池满足：1≤b2/b1≤60；可选地，1≤b2/b1≤40。
7.根据权利要求6所述的二次电池，其中，0.01≤b1≤1.5；和/或0.1≤b2≤7。
8.根据权利要求6或7所述的二次电池，其中，所述负极成膜添加剂包括含硼锂盐、含磷锂盐和含硫锂盐中的一种或多种；
可选地，所述含硼锂盐包括四氟硼酸锂LiBF4、双草酸硼酸锂LiBOB和双氟草酸硼酸锂LiDFOB中的一种或多种；
可选地，所述含磷锂盐包括二氟磷酸锂LiPO2F2、氟磷酸锂Li2PO3F和磷酸锂Li3PO4中的一种或多种；
可选地，所述含硫锂盐包括氟磺酸锂LiFSO3、硫酸锂Li2SO4、氨基磺酸锂LiSO3NH2中的一种或多种。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的二次电池，其中，所述正极成膜添加剂包括碳酸酯类添加剂和/或硫酸酯类添加剂；
可选地，所述碳酸酯类添加剂包括碳酸亚乙烯酯VC、氟代碳酸乙烯酯FEC、二氟代碳酸乙烯酯DFEC、乙烯基碳酸乙烯酯VEC和碳酸二辛酯CC中的一种或多种；
可选地，所述硫酸酯类添加剂包括环状磺酸酯类添加剂和/或硫酸烃基酯类添加剂；进一步可选地，所述环状磺酸酯类添加剂包括1,3-丙烷磺酸内酯PS、丙烯磺酸内酯PES、3-氟-1,3-丙磺酸内酯FPS中的一种或多种；所述硫酸烃基酯类添加剂包括硫酸乙烯酯DTD、硫酸二乙酯DES和硫酸二甲酯DMS中的一种或多种。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的二次电池，其中，
所述电解液还包括锂盐，所述锂盐包括六氟磷酸锂LiPF6、双氟磺酰亚胺锂LiFSI和双三氟甲基磺酰亚胺锂LiTFSI中的一种或多种；
可选地，所述锂盐的相对于电解液的总质量的质量百分含量记为d％，5％≤d≤25％；进一步可选地，10％≤d≤20％。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的二次电池，其中，
所述隔离膜包括基体材料层和设置于所述基材材料层的表面的涂层，所述基体材料层的基体材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺中的一种或多种；和/或所述涂层包括陶瓷涂层和/或聚合物涂层；
可选地，所述陶瓷涂层中的陶瓷颗粒包括SiO2、Al2O3、AlOOH、CaO、TiO2、MgO、ZnO、ZrO2、Mg(OH)2和BaSO4中的一种或多种；
所述聚合物涂层的聚合物材料包括聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚四氟乙烯PTFE、聚丙烯腈PAN、聚酰亚胺PI和聚酰胺PA中的一种或多种。
12.一种电池模块，包括如权利要求1至11中任一项所述的二次电池。
13.一种电池包，包括如权利要求12所述的电池模块。
14.一种用电装置，包括如权利要求1至11中任一项所述的二次电池、如权利要求12所述的电池模块或如权利要求13所述的电池包。
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