一种电池及用电装置的制作方法

本发明涉及电池，具体涉及一种电池及用电装置。

背景技术：

1、硅基负极凭借超高理论比容量，是高能量密度锂离子电池的核心候选负极材料，但硅材料充放电过程中巨大的体积膨胀会持续破坏电极/电解液界面，引发电解液大量分解、活性材料粉化脱落，严重制约电池循环与存储寿命。为此，业内围绕适配硅基负极的全硅电解液开展大量研发工作，相关开发在溶剂、添加剂分子结构设计层面已取得阶段性进展。

2、在电解液溶剂研发方向，现有研究主要聚焦高稳定性、宽电化学窗口新型溶剂体系，典型如各类功能化离子液体，依靠特殊分子结构拓宽电解液耐受电压区间，缓解溶剂在高电位、高应变电极表面的氧化还原分解行为。在添加剂开发领域，现有技术多选用各类成膜型添加剂，利用添加剂优先分解的特性在电极表面构筑固体电解质界面膜，通过物理隔离方式减少电解液与硅负极活性位点直接接触，以此削弱界面不可逆副反应。

3、尽管现有全硅电解液的溶剂、添加剂分子设计方案能够在一定程度上改善硅负极界面状态，但该类电解液体系仍存在难以突破的关键技术缺陷。其一，电解液整体长期电化学稳定性不足，在硅负极反复体积形变带来的界面应力冲击下，界面膜极易开裂、剥落，电解液会持续与新鲜电极表面发生副反应，造成电池容量快速衰减、内阻不断抬升；其二，现有溶剂与添加剂组分之间缺少定量协同匹配设计，单一调控溶剂或添加剂含量难以兼顾正极晶格稳定与正负极界面长效防护，长循环、高温存储工况下副反应持续加剧；其三，现有高稳定离子液体溶剂、特种功能性成膜添加剂合成路线复杂、原料价格高昂，规模化量产成本偏高，配套的电解液调配、纯化制备工艺尚不成熟，难以实现工业化大批量应用。因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题。

技术实现思路

1、针对全硅电池电解液体系长期电化学稳定性差、循环过程界面副反应严重、电池容量衰减快的问题，本发明提供了一种电池及用电装置。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、本发明一方面提供了一种电池，包括：

4、正极片，所述正极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质，所述正极活性物质掺杂和/或包覆有铝元素；所述正极活性物质层中铝元素的质量含量为x %，所述x的取值范围为0.1-1；

5、负极片，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体两侧的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括纯硅颗粒；

6、电解液，所述电解液包括共溶剂和添加剂；所述共溶剂包括环状羰基类化合物，所述添加剂包括异氰酸酯类硅烷化合物，以所述电解液的总质量记为100%，所述共溶剂占所述电解液的质量百分含量记为a %，所述a的取值范围为2-20；所述添加剂占所述电解液的质量百分含量记为b %，所述b的取值范围为0.5-2；

7、所述a值、所述b值、所述x值满足以下条件：

8、0.03≤x/(a+b)≤0.035。

9、可选地，所述a的取值范围为5-10。

10、可选地，所述b的取值范围为0.8-1。

11、可选地，所述环状羰基类化合物包括环戊酮、1,4-丁内酯、碳酸乙烯酯、3-环戊烯-1-酮、碳酸亚乙烯酯中的一种或多种。

12、可选地，所述异氰酸酯类硅烷化合物的化学式为：si（or1）3-(r2)3-nco；

13、其中，r1、r2各自独立的选自c1-c6烷基中的一种。

14、可选地，所述异氰酸酯类硅烷化合物包括3-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

15、可选地，所述电解液还包括锂盐，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、三草酸磷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂中的一种或多种。

16、可选地，所述电解液还包括溶剂，所述溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ-丁内酯、δ－戊内酯中的一种或多种。

17、可选地，所述纯硅颗粒沉积在所述负极集流体表面形成所述负极活性物质层。

18、本发明另一方面提供了一种用电装置，包括上述所述的电池。

19、根据本发明提供的电池，通过协同调控正极活性物质中铝的含量与电解液中共溶剂与添加剂的含量，并限定其比值满足0.03≤x/(a+b)≤0.035，实现正极本体结构稳定改性与电解液界面成膜保护的精准匹配协同。正极中适量掺杂/包覆的铝元素能够稳定正极晶格，抑制充放电过程中正极相变、晶格畸变与活性物质粉化脱落，从电极源头减少界面副反应诱因；电解液体系内异氰酸酯类硅烷共溶剂与环状羰基类添加剂复配，可在正负极表面协同构筑兼具高离子电导率、高机械强度与优异柔韧性的复合sei/cei膜，阻隔电极与电解液直接接触、缓冲电极体积膨胀、降低电解液持续分解损耗。通过限定x与a+b的比例区间，使正极铝改性带来的结构稳定能力和电解液双组分的界面防护能力形成动态平衡：既不会出现铝含量偏低、正极结构易劣化，无法匹配电解液成膜保护效果的问题；也不会出现电解液功能性成膜组分不足、界面膜防护失效，难以适配高铝改性正极界面特性的缺陷。三者参数相互适配、增益叠加，有效降低电池整体界面阻抗，减少不可逆容量损失，大幅提升电池长循环容量保持率，同时抑制高温存储过程中的产气、容量衰减现象，同步优化电池循环寿命与高温存储性能。

1.一种电池，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述a的取值范围为5-10。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述b的取值范围为0.8-1。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述环状羰基类化合物包括环戊酮、1,4-丁内酯、碳酸乙烯酯、3-环戊烯-1-酮、碳酸亚乙烯酯中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述异氰酸酯类硅烷化合物的化学式为：si（or1）3-(r2)3-nco；

6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述异氰酸酯类硅烷化合物包括3-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电解液还包括锂盐，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、三草酸磷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电解液还包括溶剂，所述溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ-丁内酯、δ－戊内酯中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述纯硅颗粒沉积在所述负极集流体表面形成所述负极活性物质层。

10.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求1~9中任意一项所述的电池。