锂离子电池和用电装置的制作方法

本申请涉及锂离子电池，具体涉及一种锂离子电池和用电装置。

背景技术：

1、目前，随着锂离子电池在新能源汽车、储能系统以及便携式电子设备中的广泛应用，对其电池的结构小型化、能量密度以及热安全性能等要求持续提升。其中，在部分极端场景下，也需要锂离子电池具有较高的电池容量和较好的倍率性能，从而保证工作的顺利进行。

2、锂离子电池- 20℃及以下的低温环境中，但电解液在低温下粘度急剧升高、离子电导率骤降，导致电池内阻大幅攀升，放电容量显著衰减；在45℃及以上的高温环境中，但电解液在高温下与正负极的副反应加剧，固体电解质界面膜、正极-电解液界面膜持续生长增厚，造成电池循环寿命急剧缩短。

3、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、在研发本公开实施例的过程中，进一步发现，相关技术中通过改善低温或高温性能，比如采用低粘度溶剂组分，降低电解液整体粘度、提升低温离子电导率，改善低温倍率放电性能，但低粘度溶剂通常高温稳定性不足，会加剧高温下电解液分解与界面副反应，使得高温循环性能下降；又比如，通过大量添加成膜添加剂可在电极表面构建稳定界面层，抑制高温副反应、延长循环寿命，但过量成膜组分在低温下会形成高阻抗的厚界面膜，进一步增大电池低温界面阻抗，恶化低温放电表现。

2、为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

3、本公开实施例提供一种锂离子电池和用电装置，能同步提升锂离子电池的低温倍率性能与高温循环性能。

4、在一些实施例中，所述锂离子电池，包括负极极片和电解质，负极极片，包括负极集流体以及设置于负极集流体表面的负极活性物质层，负极活性物质层中的负极活性材料包括人造石墨材料和硬碳；其中，负极活性物质层在厚度方向上具有孔隙率梯度且满足以下关系式：

5、3.5≤(εs-εi)/p≤5.5；

6、其中，εs为负极极片的表层孔隙率，单位为%，εi为负极极片的底层孔隙率，单位为%，p为负极极片的压实密度，单位为g/cm3；

7、电解质，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，其中，有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、氟代碳酸乙烯酯和氢氟醚，锂盐包括六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂，添加剂包括碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯和三(三甲基硅基)硼酸酯。

8、在一些实施例中，人造石墨材料和硬碳的质量比为85：15至95：5。

9、在一些实施例中，负极极片的表层孔隙率为28%至35%，负极极片的底层孔隙率为20%至28%。

10、在一些实施例中，负极极片的表层为负极极片表面至负极活性物质层1/3厚度处，负极极片的底层为负极活性物质层2/3厚度处至集流体与负极活性物质层的界面处。

11、在一些实施例中，负极极片的压实密度为1.60g/cm3至1.75g/cm3。

12、在一些实施例中，碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、氟代碳酸乙烯酯和氢氟醚的体积比为10:50:20:20至20:60:10:10。

13、在一些实施例中，六氟磷酸锂的浓度为0.6mol/l至1.0mol/l，双氟磺酰亚胺锂的浓度为0.2mol/l至0.5mol/l。

14、在一些实施例中，碳酸亚乙烯酯占电解质总质量的0.5%至2.0%，硫酸乙烯酯占电解质总质量的0.5%至2.5%，三(三甲基硅基)硼酸酯占电解质总质量的0.3%至1.5%。

15、在一些实施例中，通过依次进行的三个充电阶段对锂离子电池进行化成，其中，三个阶段的环境温度逐阶段升高、充电倍率逐阶段增大。

16、在一些实施例中，在锂离子电池进行化成过程中，包括以下三个充电阶段：

17、第一阶段：在第一温度环境下，以第一充电倍率恒流充电预设时长；

18、第二阶段：在第二温度环境下，以第二充电倍率恒流充电至第一预设电压；

19、第三阶段：在第三温度环境下，以第三充电倍率恒流充电至第二预设电压后切换为恒压充电，直至充电电流降至截止电流，完成化成。

20、在一些实施例中，在第一阶段中，第一温度- 10℃至5℃，第一充电倍率为0.03c至0.08c，预设时长为1.5h至3h；在第二阶段中，第二温度为20℃至30℃，第二充电倍率为0.1c至0.2c，第一预设电压为3.4v至3.6v；在第三阶段中，第三温度为40℃至50℃，第三充电倍率为0.2c至0.3c，第二预设电压为4.15v至4.25v ，截止电流为0.02c至0.05c。

21、在一些实施例中，所述用电装置，包括如前述实施例中所述的锂离子电池。

22、本公开实施例提供的锂离子电池和用电装置，可以实现以下技术效果：

23、负极活性物质层采用表层孔隙率高、底层孔隙率低的梯度分布设计，这样，对高低温性能实现双向适配，并且同时将孔隙率梯度与压实密度的比值控制在3.5至5.5范围内，可精准调控梯度幅度，既保证表层具备足够的电解质浸润空间与传质能力，又避免梯度过大导致底层离子传输受阻、或梯度过小无法发挥梯度调控作用，实现极片结构在低温传质效率与高温结构稳定性之间的最优平衡。

24、此外，在电解质中，碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、氟代碳酸乙烯酯和氢氟醚配置的有机溶剂，能拓宽电解质低温工作区间，又可参与界面膜构建，显著提升界面膜的高温抗氧化、抗还原稳定性。采用六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂可大幅提升电解质低温电导率，其分解产物还可参与界面膜改性；碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、三 (三甲基硅基) 硼酸酯协同成膜，可在正负极表面形成薄而致密、阻抗低且结构稳定的界面膜。

25、以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，人造石墨材料和硬碳的质量比为85：15至95：5。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，负极极片的表层孔隙率为28%至35%，负极极片的底层孔隙率为20%至28%，负极极片的压实密度为1.60g/cm3至1.75g/cm3。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，负极极片的表层为负极极片表面至负极活性物质层1/3厚度处，负极极片的底层为负极活性物质层2/3厚度处至集流体与负极活性物质层的界面处。

5.根据权利要求1至4任一项所述的锂离子电池，其特征在于，碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、氟代碳酸乙烯酯和氢氟醚的体积比为10:50:20:20至20:60:10:10。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，六氟磷酸锂的浓度为0.6mol/l至1.0mol/l，双氟磺酰亚胺锂的浓度为0.2mol/l至0.5mol/l。

7.根据权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，碳酸亚乙烯酯占电解质总质量的0.5%至2.0%，硫酸乙烯酯占电解质总质量的0.5%至2.5%，三(三甲基硅基)硼酸酯占电解质总质量的0.3%至1.5%。

8.根据权利要求1至4任一项所述的锂离子电池，其特征在于，通过依次进行的三个充电阶段对锂离子电池进行化成，其中，三个阶段的环境温度逐阶段升高、充电倍率逐阶段增大。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，在锂离子电池进行化成过程中，包括以下三个充电阶段：

10.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的锂离子电池。