一种电池

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电池。

背景技术

相对传统的电池，锂离子电池具有循环寿命长，能量密度较大等系列优点，因此逐渐被大量应用于各类电子产品中，比如，手机电脑、电动汽车、电动工具等。对于应用于手机、电脑的锂离子电池，随着科技进步，电池需要有更高的能量，从而适配更高功率的电子产品，同时可以满足更长的使用时间。

锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液等组成，为了充分利用正负极容量并防止出现短路，隔膜一般都较负极更宽，对应的两侧各多出来的宽度称为隔膜冗宽。为了提高电池的能量，需要提高电池尺寸，并提高电池的能量密度，因此电芯的宽度在增加，同时隔膜冗宽又需要尽量小，增大的电芯宽度以及需要尽量小的隔膜冗宽，使得电池面临越来越严重的电解液不足的问题，影响电池的性能。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种电池，用以解决电池电解液不足影响电池性能的问题。

本发明实施例提供了一种电池，包括：

壳体，所述壳体具有腔室；

电芯，所述电芯设置于所述腔室中，所述电芯包括正极片、负极片和设置于所述正极片与所述负极片之间的隔膜，所述正极片、所述负极片与所述隔膜卷绕构成所述电芯；

在所述电芯的卷绕轴方向上，所述隔膜的宽度大于所述正极片、所述负极片的宽度，所述腔室的高度大于或等于所述隔膜的宽度；

电解液，所述电解液填充于所述电芯中，所述电解液中包括氟代碳酸乙烯酯；

所述腔室、所述隔膜与所述电解液满足以下关系：

C≥B/20A+1，

其中，电解液中氟代碳酸乙烯酯的含量为C％，A表示处于同一侧的隔膜的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离，B表示所述腔室在电芯的卷绕轴方向上的高度。

其中，所述腔室在电芯的卷绕轴方向上的高度和处于同一侧的隔膜的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离之比为25-200。

其中，C的值小于或等于20。

其中，处于同一侧的隔膜的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离为0.5mm-4mm；和/或

所述腔室在电芯的卷绕轴方向上的高度为50mm-400mm。

其中，所述电解液中还包括：

电解质盐与溶剂中的至少一种。

其中，所述电解质盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二氟双草酸磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、六氟锑酸锂、六氟砷酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二(五氟乙基磺酰)亚胺锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂和二(三氟甲基磺酰)亚胺锂中的至少一种；和/或

所述溶剂选自碳酸酯和羧酸酯中的至少一种，所述碳酸酯选自氟代或未取代的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一种；

所述羧酸酯选自氟代或未取代乙酸丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯和正丁酸乙酯中的至少一种。

其中，所述电解液中还包括：

第一添加剂，所述第一添加剂的结构式为：

其中，R

其中，所述第一添加剂的含量为电解液质量的0.1-5wt％。

其中，所述电解液中还包括：

第二添加剂，所述第二添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、丁二腈、己二腈、甘油三腈、1,3,6-己烷三腈、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂中的至少一种。

其中，所述第二添加剂的含量为电解液质量的0-15wt％。

在本发明实施例的电池中，所述电芯设置于所述腔室中，所述电芯包括正极片、负极片和设置于所述正极片与所述负极片之间的隔膜，所述正极片、所述负极片与所述隔膜卷绕构成所述电芯；在所述电芯的卷绕轴方向上，所述隔膜的宽度大于所述正极片、所述负极片的宽度，所述腔室的高度大于或等于所述隔膜的宽度；所述电解液填充于所述电芯中，所述电解液中包括氟代碳酸乙烯酯；所述腔室、所述隔膜与所述电解液满足以下关系：C≥B/20A+1，其中，电解液中氟代碳酸乙烯酯的含量为C％，A表示处于同一侧的隔膜的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离，B表示所述腔室在电芯的卷绕轴方向上的高度。根据处于同一侧的隔膜的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离、腔室在电芯的卷绕轴方向上的高度来适当调节电解液的组分，使得电解液中氟代碳酸乙烯酯的含量满足上述关系，可以减少电解液不足导致的电芯性能恶化，从而改善电池的自放电系数k值与电池循环性能。

附图说明

图1为卷芯的一个结构示意图；

图2为在电芯的卷绕轴方向上隔膜宽度、极片宽度与腔室高度之间的关系。

附图标记

壳体10；腔室11；

正极片20；

负极片30；

隔膜40。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明中，卤素指F、Cl、Br和I。换言之，F、Cl、Br和I在本说明书中可描述为卤素。C

下面结合附图1至图2所示，通过具体的实施例及其应用场景对本发明实施例提供的电池进行详细地说明。

如图1和图2所示，本发明实施例的电池，包括：壳体10、电芯、电解液，壳体10具有腔室11，电芯设置于腔室11中。壳体10可以为柱状、长方体状或正方体状，腔室11可以为柱状、长方体状或正方体状，比如，壳体10可以为柱状，腔室11可以为柱状，壳体10与腔室11的轴线可以重合或平行。电芯包括正极片20、负极片30和设置于正极片20与负极片30之间的隔膜40，正极片20、负极片30与隔膜40卷绕构成电芯，正极片20、负极片30与隔膜40可以围绕卷绕轴卷绕，卷绕轴可以与电芯的轴线重合或平行，卷绕轴可以和腔室11的轴线重合或平行。在电芯的卷绕轴方向上，如图2中所示，a可以表示卷绕轴方向，隔膜40的宽度、正极片20的宽度与负极片30的宽度是指在卷绕轴方向上的宽度，a1表示隔膜40的宽度，a2表示腔室11的高度，腔室11的高度是指腔室11的上内侧壁与下内侧壁之间的间距，a3表示正极片20的宽度，a4表示负极片30的宽度，隔膜40的宽度大于正极片20、负极片30的宽度，腔室11的高度大于或等于隔膜40的宽度，以便通过隔膜40将正极片20、负极片30隔离开。壳体10可以为柱状，腔室11可以为柱状，壳体10与腔室11的轴线可以重合，隔膜40的上边沿可以止抵腔室11的上内侧壁，隔膜40的下边沿可以止抵腔室11的下内侧壁，在电芯的卷绕轴方向上，隔膜40的宽度可以与腔室11的高度相等。

电解液填充于电芯中，电解液中包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)，电解液中可以包括电解质、溶剂以及添加剂等，具体可以根据实际选择。腔室11、隔膜40与电解液可以满足以下关系：C≥B/20A+1，其中，电解液中氟代碳酸乙烯酯的含量为C％，A表示处于同一侧的隔膜40的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离，A可以表示隔膜40的冗宽，B表示腔室11在电芯的卷绕轴方向上的高度，如图2所示，A可以表示处于同一侧的隔膜40的上边沿与正极片20的上边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离，可以为隔膜40的冗宽，同理，A可以表示处于同一侧的隔膜40的下边沿与正极片20的下边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离，A可以表示处于同一侧的隔膜40的上边沿与负极片30的上边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离，A可以表示处于同一侧的隔膜40的下边沿与负极片30的下边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离，隔膜40在不同位置的冗宽可以相同或不同。比如，C可以为7，腔室11在电芯的卷绕轴方向上的高度可以为100mm，处于同一侧的隔膜40的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离可以为4mm。氟代碳酸乙烯酯可以使得形成SEI膜的性能更好，形成紧密结构层但又不增加阻抗，能阻止电解液进一步分解，提高电解液的低温性能。

电池可以为锂离子电池，示例性地，电池可以为钴酸锂电池、三元电池或者磷酸铁锂电池。正极片20可以包括正极集流体和涂覆在正极集流体一侧或两侧表面的正极活性物质层，正极活性物质层可以包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。负极片30可以包括负极集流体和涂覆在负极集流体一侧或两侧表面的负极活性物质层，负极活性物质层可以包括负极活性物质、导电剂和粘结剂。正极活性物质层中各组分的质量百分含量可以为：80-99.8wt％的正极活性物质、0.1-10wt％的导电剂、0.1-10wt％的粘结剂。正极活性物质层中各组分的质量百分含量可以为：90-99.6wt％的正极活性物质、0.2-5wt％的导电剂、0.2-5wt％的粘结剂。负极活性物质层中各组分的质量百分含量可以为：80-99.8wt％的负极活性物质、0.1-10wt％的导电剂、0.1-10wt％的粘结剂。负极活性物质层中各组分的质量百分含量可以为：90-99.6wt％的负极活性物质、0.2-5wt％的导电剂、0.2-5wt％的粘结剂。导电剂可以选自导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉、碳纤维中的至少一种，比如，导电剂可以选自碳纳米管或碳纤维。粘结剂可以选自羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯中的至少一种，比如，粘结剂可以选自羧甲基纤维素钠或聚氧化乙烯。

正极活性材料可以选自过渡金属锂氧化物、磷酸铁锂、富锂锰基材料中的一种或几种；过渡金属锂氧化物的化学式可以为Li

电池中电解液主要起到正负极之间锂离子导通的作用，电解液会同时与正负极发生副反应。随着锂离子电池体积和宽度变大，以及隔膜40冗宽的变小，微短路风险增加，同时电解液在电芯残余相对更少，从而影响电池的各项性能。在本发明实施例的电池中，根据处于同一侧的隔膜40的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离、腔室11在电芯的卷绕轴方向上的高度来适当调节电解液的组分，使得电解液中氟代碳酸乙烯酯的含量满足上述关系，减少由于电解液循环后期不足导致的副反应显著增加的问题，可以减少电解液不足导致的电芯性能恶化，从而改善电池的自放电系数k值与电池循环性能。

在一些实施例中，腔室11在电芯的卷绕轴方向上的高度和处于同一侧的隔膜40的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离之比为25-200，如图2中所示，腔室11在电芯的卷绕轴方向上的高度可以为a2，处于同一侧的隔膜40的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离可以为A，a2与A的比值可以为25-200。比如，腔室11在电芯的卷绕轴方向上的高度和处于同一侧的隔膜40的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离之比为25或100。使得腔室11在电芯的卷绕轴方向上的高度和处于同一侧的隔膜40的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离之比处于合适的范围内，可以随着锂离子电池体积和壳体10高度变大，使得电解液的残余相对充足，满足电池各项性能需求。

在另一些实施例中，C的值可以小于或等于20，电解液中氟代碳酸乙烯酯的含量为小于或等于20％，C的值可以大于或等于2.25。比如，C的值可以为7或11，电解液中氟代碳酸乙烯酯的含量为7％或11％，使得电解液中具有足够的氟代碳酸乙烯酯含量，又可以防止电解液中氟代碳酸乙烯酯的含量过多，导致其他组分的减少，减少对电池性能的不利影响。

在一些实施例中，处于同一侧的隔膜40的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离可以为0.5mm-4mm，比如，处于同一侧的隔膜40的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离可以为4mm。

可选地，腔室11在电芯的卷绕轴方向上的高度为50mm-400mm，比如，腔室11在电芯的卷绕轴方向上的高度为200mm。比如，处于同一侧的隔膜40的边沿与极片的边沿在电芯的卷绕轴方向上的距离可以为4mm，腔室11在电芯的卷绕轴方向上的高度为100mm，C的值可以为7，使得电解液中氟代碳酸乙烯酯的含量满足上述关系，可以减少电解液不足导致的电芯性能恶化，从而改善电池的自放电系数k值与电池循环性能。

在一些实施例中，电解液中还包括：电解质盐与溶剂中的至少一种。电解质盐可以为锂盐，溶剂可以为有机溶剂。

可选地，电解质盐可以包括六氟磷酸锂(LiPF

可选地，溶剂可以选自碳酸酯和羧酸酯中的至少一种，所述碳酸酯选自氟代或未取代的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯中的至少一种，比如，溶剂可以选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)。可选地，羧酸酯可以选自氟代或未取代乙酸丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯、丙酸丙酯(PP)、丙酸乙酯(EP)、丁酸甲酯和正丁酸乙酯中的至少一种。比如，羧酸酯可以选自乙酸正丁酯、正丁酸乙酯中的至少一种。具体的溶剂的种类和含量可以根据实际的需要选择。

在本发明的实施例中，电解液中还包括：第一添加剂，第一添加剂的结构式为：

其中，R

可选地，第一添加剂的含量为电解液质量的0.1-5wt％。例如，第一添加剂的含量可以为电解液质量的0.1wt％、0.2wt％、0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％，第一添加剂的具体含量可以根据实际选择。

在一些实施例中，电解液中还包括：第二添加剂，第二添加剂可以包括氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、丁二腈、己二腈、甘油三腈、1,3,6-己烷三腈、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂中的至少一种，比如，第二添加剂可以包括氟代碳酸乙烯酯与1,3-丙烷磺酸内酯，第二添加剂可以包括二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂，具体的第二添加剂的种类和含量可以根据实际的需要选择。第二添加剂可保护电池正极和负极，改善循环和高温性能等。

可选地，第二添加剂的含量为电解液质量的0-15wt％。比如，第二添加剂的含量可以为电解液质量的0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、12wt％或15wt％。具体的第二添加剂的含量可以根据实际的需要选择。

下面通过一些具体的实施例来对本发明做进一步说明。

实施例及对比例的电池通过以下步骤制备得到：

1)正极片制备

将正极活性材料钴酸锂(LiCoO

2)负极片制备

将负极活性材料人造石墨、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、丁苯橡胶、导电炭黑(SP)和单壁碳纳米管(SWCNTs)按照质量比96:1.5:1.5:0.95:0.05进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极活性浆料；将负极活性浆料均匀涂覆在铜箔的两个表面；将涂覆好的铜箔在室温下晾干，随后转移至80℃烘箱干燥10h，然后经过调节冷压参数、分切得到负极片。

3)电解液的制备

在充满氩气的手套箱中(H

4)电池的制备

将将步骤1)的正极片、步骤2)的负极片和隔膜按照正极片、隔膜和负极片的顺序层叠设置后，再进行卷绕得到电芯,通过不同的正极片和隔膜的宽度得到具有不同隔膜冗宽A的电池，如表1所示。将不同大小的电芯置于外包装铝箔中，不同高度的壳体包裹电芯，壳体的腔室高度为B，具体可以如表1所示；将步骤3)的电解液注入外包装中，保证电池轻微长液，经过真空封装、静置、化成、整形、分选等工序，获得电池。本发明电池充放电范围可以为3.0-4.5V。对实施例和对比例获得的电池分别进行电池循环性能测试和电池自放电k值测试，测试结果可以见表2。

电池性能测试：

(1)25℃循环性能测试

将表1的电池在25℃下按照1C的倍率在充放电截止电压范围内进行充放电循环，测试第1周的放电容量计为x1 mAh，第N圈的放电容量计为y1 mAh；第N周的容量除以第1周的容量，得到第N周的循环容量保持率R1＝y1/x1，记录循环容量保持率R1为80％时电池的循环周数。

(2)电池自放电k值测试

将表1的电池在25℃下按照1C的倍率充电到截止电压，截止电流0.025C，静置5min，测试锂离子电池的开路电压OCV1(单位伏特V)。充满电的电芯/电池在(25±2)℃条件下开路搁置24h，测试电池开路搁置后的电压OCV2，计算锂离子电池自放电系数k值：k＝(OCV1-OCV2)/24。

表1实施例和对比例的电池参数

表2实施例和对比例的电池的性能测试结果

从表2可以看出，对于电芯所在腔室的高度B与隔膜的冗宽A的比值(X表示B/A)不在25≤X≤200范围的对比例1和对比例2，其电池自放电k值(mV/h)分别为0.52和0.21，明显大于正常值0.08，也明显大于同等电解液条件下的实施例1对应的k值0.07。于此同时，对比例1和对比例2的25度循环性能也明显较实施例1的循环性能较差。可见，腔室的高度B与隔膜的冗宽A的比值X超过25-200的范围会明显恶化电池析锂和电池自放电的性能。

通过表2的对比例3可以看出，当腔室的高度B与隔膜的冗宽A的比值X在25-200的范围内时，如果不满足电解液FEC含量C和比值X的关系式C≥X/20+1时，其电池自放电k值(mV/h)也会明显大于正常值0.08，且25度循环明显较同等条件下的实施例1差。可以根据X的大小来适当调整电解液的FEC含量，从而使得电解液能够满足对应电池的成膜需求，从而使得电池的自放电k值处于合理的范围且具有长循环性能。

通过实施例1-3可以看出，当腔室的高度B与隔膜的冗宽A的比值X在区间范围内且固定在100时，不断增加FEC的含量时，其电池25度循环性能先改善后轻微恶化，而K值则轻微改善。说明当比值X在合理范围内时，通过增加FEC来提高电解液成膜性能，FEC含量更高的情况下其成膜组分更充足。但是当电解液成膜组分足够的情况下，进一步提高可能导致锂盐稀释且电解液粘度提高，电池循环性能会开始有所恶化，进一步提高FEC含量则对电池自放电程度影响较轻。

通过实施例1、实施例4、实施例5可以看出，当电解液组分和腔室的高度一致的情况下，如果其满足C≥B/20A+1的关系式，则25度循环性能和k值都较好。而随着电池隔膜冗宽A的增大，其电池25度循环性能一直在提高，自放电k值(mV/h)一直在降低，说明当其他条件一定时，提高隔膜冗宽电池具有更好的防止短路性能，电解液更加充足，从而具有更好的常温循环性能，但是电池整体的能量密度会因此下降。

通过实施例5-7可以看出，当电解液组分和隔膜冗宽一致的情况下。如果其满足C≥B/20A+1的关系式，则25度循环性能和k值都较好。而随着电池腔室的高度B的增大，其电池25度循环性能一直在下降，自放电k值(mV/h)一直在恶化，说明当其他条件一定时，提高电池腔室的高度具有更差的防止短路性能，且电解液更加缺乏从而具有更差的常温循环性能，但是电池整体的能量密度会因此提高。

综上，本发明的电池中，根据隔膜冗宽、壳体的腔室高度来适当调节电解液FEC含量，使其满足关系式C≥B/20A+1，减少电解液不足导致的循环后期副反应显著增加的问题，从而改善电池的k值与电池循环性能等。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。