CN121237961A - 锂二次电池和用电装置 - Google Patents

锂二次电池和用电装置

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Abstract

本申请提供了一种锂二次电池和用电装置。该电池的非水电解液包括第一添加剂、第二添加剂和非水溶剂，所述第一添加剂包括式I所示的环状硫酸酯化合物，所述第二添加剂包括式II所示的异氰酸酯基化合物，所述非水溶剂包括占非水电解液的总质量10％‑50％的碳酸亚乙酯。所述非水电解液具有良好的正负极界面保护能力，减少正负极表面副反应的发生，降低电芯阻抗，可以提升锂二次电池的循环性能和存储性能。

Description

锂二次电池和用电装置
技术领域
本申请涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种锂二次电池和用电装置。
背景技术
锂二次电池因其工作电位高，寿命长，环境友好的特点成为最受欢迎的能量存储系统，现已被广泛应用于纯电动汽车，混合电动汽车，智能电网等领域。随着人们对电池循环寿命的更高需求，开发具有长循环稳定性的锂离子电池体系迫在眉睫。
电解液可以与二次电池的正负极发生副反应，破坏正负极片的结构和劣化电芯阻抗，进而影响二次电池的循环寿命。通常，可以在电解液中加入成膜添加剂，以保护二次电池的正负极。但是，现有成膜添加剂大部分在电芯化成阶段在负极还原形成固体电解质界面膜(SEI)，只有极少量添加剂在正极处参与形正极电解质界面膜(CEI)，导致正极界面保护不足而负极界面保护过度，最终影响电池的循环性能和储存性能。
因此，有必要提供一种可以提高锂离子电池正负极界面保护的电解液。
发明内容
本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种锂二次电池，该二次电池具有稳定的正负极表面和较低的电芯阻抗，循环性能和存储性能显著提升。
本申请的第一方面提供一种锂二次电池，包括非水电解液，所述非水电解液包括第一添加剂、第二添加剂和非水溶剂，
所述第一添加剂包括式I所示的环状硫酸酯化合物，
R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢、卤素、氰基、取代或非取代的C1-C3烷基、取代或非取代的C1-C3烷氧基、取代或非取代的5-6元饱和环状硫酸酯基；
所述第二添加剂包括式II所示的异氰酸酯基化合物，
R5选自被0个、1个、2个、3个或4个选自卤素、甲基、乙基的取代基取代的亚苯基、取代或非取代的2至3环稠环亚芳烃基、包括饱和或不饱和基团的C1-C8亚烷基、取代或非取代的5至6元亚脂环基、C1-C3亚烷基连二苯基；
所述非水溶剂包括碳酸亚乙酯，基于非水电解液的总质量计，所述碳酸亚乙酯的质量含量大于等于10％且小于等于50％。
本申请提供的电解液中，所述环状硫酸酯化合物可以与正极活性材料表面的残碱发生反应，并参与正极CEI膜的形成。此外，所述环状硫酸酯化合物还可以参与SEI膜的形成，减少非水电解液与负极极片的副反应。所述异氰酸酯基化合物中异氰酸酯基团具有强亲电性，优先与电解液中的水或酸进行反应，从而减少环状硫酸酯化合物与电解液的副反应，使其更多地参与界面成膜反应。同时，所述异氰酸酯基化合物也参与到SEI膜的初期形成与稳定化过程中，提高负极材料的稳定性。碳酸亚乙酯容易在电极表面发生脱氢氧化而产气产水，这些分解产物可以与环状硫酸酯化合物和异氰酸酯基化合物发生反应，消耗第一添加剂和第二添加剂，从而影响二者在正负极的成膜效果。降低碳酸亚乙酯的含量有助于减少第一添加剂和第二添加剂的副反应，使其更多地参与界面成膜，从而提升锂二次电池的正负极界面保护。
在一些实施方式中，所述R1和R2中的一者选自氢、甲基、乙基、氟、三氟甲基、氰基或另一者选自氢；或者，R1和R2均选自甲基；所述R3和R4中的一者选自氢、甲基、乙基、正丙基、氟、乙氧基或另一者选自氢；R5选自亚甲基、亚己烷基、5至6元亚脂环基、 其中，R51、R52、R53、R54每次出现的时候各自独立地选自氢、卤素、甲基、乙基。
在任意的实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述碳酸亚乙酯的质量含量为15％-40％，有助于进一步减少环状硫酸酯化合物和异氰酸酯基化合物在电解液中的副反应，更多地参与界面成膜。
在任意的实施方式中，所述环状硫酸酯化合物包括
中的至少一种。
所述环状硫酸酯化合物与正极表面残碱相互作用，环状硫酸酯化合物中的一个硫酸酯环(或单环)发生开环反应，单环开环产物在化成过程中参与CEI成膜并改善膜组分。环状硫酸酯化合物中的硫酸酯基团与正极活性材料表面的氧原子发生亲核反应，原位修饰正极颗粒表面，提高CEI膜的稳定性；同时，环状硫酸酯化合物还可以参与负极SEI的形成，减少非水电解液与负极极片表面的还原副反应和溶剂共嵌入对负极结构稳定性的破坏。所述环状硫酸酯化合物有助于提高正负极稳定性，并减少电芯阻抗，从而改善锂二次电池的循环性能和存储性能。
在任意的实施方式中，所述异氰酸酯基化合物包括
中的至少一种。
所述异氰酸酯基化合物中的异氰酸酯基团可与电解液中微量的水和酸反应，减少第一添加剂和某些锂盐(如LiPF6)与水反应生成的副产物对正极界面膜的破坏和第一添加剂的非目的消耗，促进正极形成良好的CEI膜。另外，所述异氰酸酯基化合物在二次电池负极形成薄而均匀的SEI膜，改善成膜组分，提高负极材料稳定性的同时有效减少活性锂的消耗，进而改善电池的存储性能。
在任意的实施方式中，所述非水电解液包括以下组中的一者：
(1)所述第一添加剂包括编号为C1-1、C1-2、C1-3、C1-4、C1-5、C1-6、C1-7、C1-8、C1-9、C1-10、C1-11、C1-12、C1-13、C1-14、C1-15、C1-16的环状硫酸酯化合物中的至少一种；第二添加剂包括编号为C2-17的异氰酸酯基化合物；
(2)所述第一添加剂包括编号为C1-16的环状硫酸酯化合物；第二添加剂包括编号为C2-1、C2-2、C2-3、C2-4、C2-5、C2-6、C2-7、C2-8、C2-9、C2-10、C2-11、C2-12、C2-13、C2-14、C2-15、C2-16、C2-17、C2-18的异氰酸酯基化合物中的至少一种。
通过第一添加剂和第二添加剂的搭配使用，可减少第一添加剂的消耗，在不过多使用添加剂的情况下使二次电池的正极和负极均形成稳定均匀的界面膜，改善正负极界面保护，提升锂二次电池的循环性能和存储性能。
在任意的实施方式中，所述非水电解液满足以下条件中至少之一者：
(1)基于非水电解液的总质量计，所述第一添加剂的质量含量为0.05％-20％；
(2)基于非水电解液的总质量计，所述第二添加剂的质量含量为0.01％-20％；
(3)所述第一添加剂和所述第二添加剂的质量比为0.02-50。
在任意的实施方式中，所述非水电解液满足以下条件中至少之一者：
(1)基于非水电解液的总质量计，所述第一添加剂的质量含量为0.05％-8％；
(2)基于非水电解液的总质量计，所述第二添加剂的质量含量为0.1％-8％；
(3)所述第一添加剂和所述第二添加剂的质量比为0.2-8；
(4)基于非水电解液的总质量计，所述碳酸亚乙酯的质量含量为15％-25％。
非水电解液中第一添加剂和第二添加剂的质量含量在合适的范围内，有助于正负极均形成厚度适宜的SEI膜和CEI膜，减少正负极副反应的同时不过多增加电芯阻抗。
第一添加剂和第二添加剂的质量比在合适的范围内，可以促进二者的协同作用，在第二添加剂帮助减少第一添加剂副反应，使其更多地参与正极成膜反应，同时第二添加剂仍可以形成优良的负极SEI膜，使正负极均具有良好的界面保护，还可以兼顾适中的电芯内阻，不恶化正负极界面。
碳酸亚乙酯的质量含量在合适的范围内有助于减少其在正极表面发生脱氢反应的程度，减缓脱氢氧化副反应，增强非水电解液的耐氧化能力，减少质子对负极的破坏作用，从而延长电池寿命；还有助于减少二次电池的产气，改善二次电池的电学性能和安全性能。
在任意的实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述非水电解液的含水量为10ppm-100ppm。
在任意的实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述非水电解液的含水量为10ppm-50ppm。
第一添加剂和第二添加剂可以发生水解反应，产生的水解产物成膜效果较差，其溶解于非水电解液中可以影响正极的成膜效果。非水电解液中含水量在合适的范围内，可以减少第一添加剂和第二添加剂的水解，提高正负极界面保护。
在任意实施方式中，所述锂二次电池包括正极极片，所述正极极片的含水量50ppm-150ppm，可选为50ppm-100ppm。
控制正极极片的含水量在合适的范围内可以减少因极片中水分进入非水电解液中引起的第一添加剂和第二添加剂副反应，有助于改善二次电池正负极的成膜效果。
在任意实施方式中，所述正极极片包括正极活性材料，所述正极活性材料的BET比表面积小于等于1.5m2/g，可选为0.5m2/g-1m2/g。
控制正极活性材料的BET比表面积在合适的范围内有助于提高第一添加剂和正极活性材料表面残碱发生反应的程度，促进第一添加剂在正极的界面反应。同时，正极活性材料表面具有足够的活性位点使锂离子可以嵌入和脱出，有利于改善二次电池的循环性能。
在任意的实施方式中，所述正极极片包括正极活性材料，所述正极活性材料包括LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2，其中，x+y+z≤1，0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5；M包括Ti、Al、Zr、Mg、Zn、Ba、Mo、B中的至少一种，有助于改善二次电池的容量和能量密度。
在任意的实施方式中，所述锂二次电池包括负极极片，所述负极极片包括负极活性材料，其中，所述负极活性材料的BET比表面积为0.5m2/g-2.0m2/g。在任意的实施方式中，所述负极活性材料的BET比表面积为0.8m2/g-1.5m2/g。
在任意的实施方式中，所述负极活性材料的Dv50为5μm-30μm。在任意的实施方式中，所述负极活性材料的Dv50为7μm-25μm。
负极活性材料的BET比表面积在合适的范围内可以提升负极活性材料对锂离子的接受能力，减少锂离子在负极表面的沉积；还有助于控制负极的界面反应，减缓负极副反应产物的积累和阻抗增加。负极活性材料的Dv50在合适的范围内可以使负极具有良好的反应速率，减少SEI膜的反复破坏和活性锂的消耗，改善二次电池的动力学性能、容量和循环寿命。
本申请的第三方面提供一种用电装置，包括本申请第二方面的锂二次电池。本申请提供的二次电池具有改善的循环性能和存储性能，相应地，本申请提供的用电装置也具有较好的性能。
附图说明
图1是本申请一实施方式的二次电池的示意图；
图2是图1所示的本申请一实施方式的二次电池的分解图；
图3是本申请一实施方式的电池模块的示意图；
图4是本申请一实施方式的电池包的示意图；
图5是图4所示的本申请一实施方式的电池包的分解图；
图6是本申请一实施方式的二次电池用作电源的用电装置的示意图。
附图标记：
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。
具体实施方式
以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的二次电池及其制备方法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，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述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，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(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，所述“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)。
现有的正极材料中，高镍正极材料被认为是最具发展潜力的锂二次电池正极材料。但在充放电循环过程中，由于高镍正极材料中的活性Ni4+具有较强的氧化性，会加剧电解液在界面处的氧化分解，这不仅会消耗电解液，导致电导率下降，产生的分解产物还会积累到电极表面，增加界面电阻，进一步阻碍电荷传输；更严重的是，持续的电解液分解会形成不稳定的界面膜，导致界面膜反复生长和破裂，消耗活性锂，导致电池循环容量衰减，影响电池使用寿命。通常在电解液中加入成膜添加剂以提供电极界面保护，但这些添加剂大部分在电芯化成阶段在负极还原形成固体电解质界面膜(SEI)，只有极少量添加剂在正极处参与形成正极电解质界面膜(CEI)，导致正极界面保护不足。同时，作为电解液中的溶剂成分，碳酸亚乙酯具有优异的离子电导率和成膜性，但其在氧化过程中产生的质子氢会进攻溶剂中的锂盐从而破坏SEI膜，影响负极界面的保护。因此，现有电解液存在正负极界面保护不足的问题，从而影响电池的循环性能和存储性能。
本申请提供了一种锂二次电池，包括正极极片、负极极片、非水电解液和隔离膜。在电池充放电过程中，活性离子在正极极片和负极极片之间往返嵌入和脱出。电解液在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。隔离膜设置在正极极片和负极极片之间，主要起到防止正负极短路的作用，同时可以使离子通过。
[非水电解液]
本申请提供的锂二次电池中，所述非水电解液包括第一添加剂、第二添加剂和非水溶剂，所述第一添加剂包括式I所示的环状硫酸酯化合物，
R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢、卤素、氰基、取代或非取代的C1-C3烷基、取代或非取代的C1-C3烷氧基、取代或非取代的5-6元饱和环状硫酸酯基；
所述第二添加剂包括式II所示的异氰酸酯基化合物，
R5选自被0个、1个、2个、3个或4个选自卤素、甲基、乙基的取代基取代的亚苯基、取代或非取代的2-3环稠环亚芳烃基、包括饱和或不饱和基团的C1-C8亚烷基、取代或非取代的5-6元亚脂环基、C1-C3亚烷基连二苯基；
所述非水溶剂包括碳酸亚乙酯，基于非水电解液的总质量计，所述碳酸亚乙酯的质量含量大于等于10％且小于等于50％。
在本文中，术语“卤素”是指元素周期表中第VIIA族的元素，包括氟、氯、溴、碘。
术语“C1-C3烷基”是指包含1-3个碳原子的仅由碳原子和氢原子组成的饱和烃基，例如甲基、乙基、丙基。
术语“C1-C3烷氧基”是指与C1-C3烷基连接的氧基。
术语“5-6元饱和环状硫酸酯基”是指含有-OSO2O-基团的5-6元饱和环内酯，作为示例，可以为
术语“2至3环稠环亚芳烃基”是指含有2至3个苯环且苯环间通过共用两个相邻的原子稠合而成的具有两个取代基连接位点的亚芳香烃基，示例性的包括
术语“C1-C8亚烷基”是指含有1-8个碳原子的直链或支链的仅由碳原子和氢原子组成的饱和亚烃基，示例性包括亚甲基、亚己基。同理，术语“C1-C3亚烷基”是指含有1-3个碳原子的直链或支链的仅由碳原子和氢原子组成的饱和亚烃基。
在本文中，术语“5至6元亚脂环基”是指包含5-6个碳原子的脂环烃分子中去掉两个氢原子后得到的二价基团的总称，可为亚环烷基、亚环烯基等，示例性包括亚环戊烯基、亚环己烯基、亚环庚烯基等，但不限于此。
术语“C1-C3亚烷基连二苯基”是指两个苯基通过包含1-3个碳原子的亚烷基连接后形成的基团，示例性地包括
电解液中的环状硫酸酯化合物可以优先与正极活性材料表面的残碱发生反应，形成单环开环产物，在正极颗粒表面起到原位修饰的作用并参与正极CEI膜的形成。随着正极表面环状硫酸酯化合物浓度的降低，非水电解液中剩余的环状硫酸酯化合物在反应驱动下向正极表面处富集，从而起到在电芯化成前定向锚定在正极的作用。单环开环产物中的有机质有助于提高CEI膜与正极表面的结合，环状硫酸酯化合物中的硫酸酯基团中的氧硫键有助于提高CEI膜的韧性，使正极形成良好的CEI膜。此外，所述环状硫酸酯化合物还可以参与SEI膜的形成，减少非水电解液对负极极片表面的还原副反应和溶剂共嵌入对负极结构稳定性的破坏，提高负极材料的稳定性。
异氰酸酯基化合物中的异氰酸酯基团具有强亲电性，易与含氧官能团(如-COOH、-OH等)发生反应(例如：水、酸)。这种反应倾向使异氰酸酯基化合物优先于环状硫酸酯化合物与电解液中的水和酸反应，既可以减少所述环状硫酸酯化合物与水反应生成的副产物对正负极界面膜的破坏，又可以使所述环状硫酸酯化合物更多地参与界面反应以更好的形成界面膜。另外，异氰酸酯基化合物可以在电极表面能够快速成膜，尤其是在负极表面锂离子嵌入过程中，异氰酸酯可以参与到SEI膜的初期形成与稳定化过程中，提高负极材料的稳定性。
非水溶剂碳酸亚乙酯具有较高的介电常数(ε)，这意味着它能够在电场作用下有效地极化，从而提高电解液的离子电导率，这可以促进锂离子在正负极之间的快速迁移，确保电池具有良好的充放电速率性能。但其容易在电极表面发生氧化分解，产生诸如碳酸锂(Li2CO3)、氟化锂(LiF)、碳酸亚乙酯(ECO)等副产物。这些分解产物如果不能有效融入原有的SEI膜结构，或者其生成速率超过了SEI膜自我修复的速度，可以导致SEI膜的局部破裂或不均匀增厚，从而破坏SEI膜的稳定性和完整性。此外，非水溶剂碳酸亚乙酯的羟基(-OH)还易与所述异氰酸酯基化合物中的异氰酸酯基团发生加成反应，消耗第二添加剂，从而影响第一添加剂、第二添加剂在正负极的成膜效果。通过控制碳酸亚乙酯的含量，可以减少其对正负极界面膜的破坏，从而改善锂二次电池的循环性能和存储性能。
通过环状硫酸酯化合物、异氰酸酯基化合物和碳酸亚乙酯的复配，有助于减少环状硫酸酯化合物和异氰酸酯基化合物的副反应，以及碳酸亚乙酯脱氢氧化分解，减少对正负极界面的破坏和提高正负极界面保护，降低电芯内阻，提升锂二次电池的循环性能和存储性能。
在一些实施方式中，所述R1和R2中的一者选自氢、甲基、乙基、氟、三氟甲基、氰基或另一者选自氢。
在一些实施方式中，R1和R2均选自甲基。
在一些实施方式中，所述R3和R4中的一者选自氢、甲基、乙基、正丙基、氟、乙氧基或另一者选自氢。
在一些实施方式中，所述环状硫酸酯化合物包括
中的至少一种。
所述环状酯类化合物可以优先与正极活性材料表面的残碱发生反应，形成单环开环产物，在正极颗粒表面起到原位修饰的作用，并参与正极CEI膜的形成。随着正极表面环状硫酸酯化合物浓度的降低，非水电解液中剩余的环状硫酸酯化合物在反应驱动下向正极表面处富集，从而起到在电芯化成前定向锚定在正极的作用。单环开环产物中的有机质有助于提高CEI膜与正极表面的结合，环状酯类化合物中的硫酸酯基团中的氧硫键有助于提高CEI膜的韧性，使正极形成良好的CEI膜。此外，所述环状酯类化合物还可以参与SEI膜的形成，减少非水电解液对负极极片表面的还原副反应和溶剂共嵌入对负极结构稳定性的破坏。所述环状酯类化合物有助于提高正负极材料的稳定性，并改善电池的循环性能和存储性能。
在一些实施方式中，所述环状硫酸酯化合物包括C1-12、C1-13、C1-14、C1-15、C1-16中的至少一种。
在一些实施方式中，所述环状硫酸酯化合物包括C1-12、C1-13、C1-14、C1-16中的至少一种。
上述环状硫酸酯化合物中含有3个或4个硫酸酯基团，多环状结构可以进一步改善正负极界面膜组分，提高CEI膜和SEI膜的稳定性，从而降低活性锂的消耗，提升电池的循环性能和存储性能。另外，所述数量的硫酸酯基团使CEI膜和SEI膜的厚度适中，避免由于界面膜过厚增加界面阻抗，劣化电芯性能。
在一些实施方式中，所述环状硫酸酯化合物包括或选自C1-16。该环状硫酸酯化合物具有合适数量的硫酸酯基团且无烷基、卤素原子等增加非水电解液耐氧化性的取代基，有助于CEI膜和SEI膜的形成。
在一些实施方式中，R5选自亚甲基、亚己烷基、5至6元亚脂环基、
其中，R51、R52、R53、R54每次出现的时候各自独立地选自氢、卤素、甲基、乙基；表示化学基团的连接位点。
在一些实施方式中，第二添加剂中，R51、R52、R53、R54每次出现的时候各自独立地选自氢、氟、甲基、乙基。
在一些实施方式中，R5选自R51、R52、R53为氢，R54为乙基。
在一些实施方式中，R5选自其中，(1)R52、R53为氢，R51、R54为甲基；(2)R51、R52为甲基，R53、R54为氢；(3)R51、R52、R53、R54均为氢、氟或甲基；或者(4)R51、R53为氢，R52、R54为甲基。
在一些实施方式中，R5选自其中，(1)R51、R52、R53、R54均为氢；(2)R51为甲基，R52、R53、R54为氢；(3)R52为甲基，R51、R53、R54为氢。
在一些实施方式中，R5选自R51、R52、R53、R54均为氢
在一些实施方式中，所述异氰酸酯基化合物包括
中的至少一种。
在一些实施方式中，所述异氰酸酯基化合物包括或选自C2-17。
在电池循环过程中，SEI膜可能会受到一定程度的破损或溶解。异氰酸酯基化合物可以在电位波动或局部过热等条件下继续与电解液组分反应，补充或修复受损的SEI膜，增强其稳定性和完整性，减少副反应的发生。异氰酸酯基化合物参与形成的薄而均匀的SEI膜通常具有较好的电绝缘性、离子导电性和机械稳定性。这样的SEI膜能够有效阻挡电子穿越，允许锂离子顺利通过，同时抵抗电池在充放电过程中因体积变化引起的应力，延长电池的循环寿命。此外，优化的SEI膜还可以减少锂离子在嵌入/脱出过程中的能量损失和活性锂的消耗，提高电池的充放电效率。同时异氰酸酯基化合物可优先于环状硫酸酯化合物与电解液中微量的水和酸反应，减少第一添加剂与水反应生成的副产物对正极界面膜的破坏，提高非水电解液的稳定性，提高电池的存储性能。
在一些实施方式中，所述非水电解液中添加剂的组合包括以下组的一种：所述第一添加剂包括编号为C1-1、C1-2、C1-3、C1-4、C1-5、C1-6、C1-7、C1-8、C1-9、C1-10、C1-11、C1-12、C1-13、C1-14、C1-15、C1-16的环状硫酸酯化合物中的至少一种；第二添加剂包括编号为C2-1、C2-2、C2-3、C2-4、C2-5、C2-6、C2-7、C2-8、C2-9、C2-10、C2-11、C2-12、C2-13、C2-14、C2-15、C2-16、C2-17、C2-18的异氰酸酯基化合物。
在一些实施方式中，所述非水电解液中添加剂的组合包括以下组的一种：所述第一添加剂包括编号为C1-1、C1-2、C1-3、C1-4、C1-5、C1-6、C1-7、C1-8、C1-9、C1-10、C1-11、C1-12、C1-13、C1-14、C1-15、C1-16的环状硫酸酯化合物中的至少一种；第二添加剂包括编号为C2-17的异氰酸酯基化合物。
在一些实施方式中，所述非水电解液中添加剂的组合包括以下组的一种：所述第一添加剂包括编号为C1-16的环状硫酸酯化合物；第二添加剂包括编号为C2-1、C2-2、C2-3、C2-4、C2-5、C2-6、C2-7、C2-8、C2-9、C2-10、C2-11、C2-12、C2-13、C2-14、C2-15、C2-16、C2-17、C2-18的异氰酸酯基化合物中的至少一种。
第一添加剂和第二添加剂的搭配使用，第二添加剂优先与电解液中的水、酸反应，减少第一添加剂的副反应，使更多的第一添加剂参与电极界面成膜反应，形成稳定的CEI膜和SEI膜，减少副反应的发生，从而提升电池的循环性能和存储性能。
在一些实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述碳酸亚乙酯的质量含量为15％-50％、15％-40％、15％-35％、15％-30％、15％-25％、15％-20％、20％-25％。
在一些实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述碳酸亚乙酯的质量含量包括5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％，或为由上述任意两个数值组成的范围或该范围中的任意数值。
非水电解液中碳酸亚乙酯的含量过低可以导致电解液的电导率过低，锂离子迁移性能降低而影响二次电池的动力学性能和循环性能。非水电解液中碳酸亚乙酯的含量过大时，其脱氢氧化分解可以对负极SEI膜和电池性能造成损害；同时也会增加第一、第二添加剂的消耗，影响第一、第二添加剂的成膜反应。因此，控制非水电解液中碳酸亚乙酯的含量在合适的范围内，可兼顾电解液的离子电导率以及正极CEI膜和负极SEI膜的形成，减少正负极的副反应，改善锂二次电池的循环性能。
在一些实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述第一添加剂的质量含量为0.05％-20％。在一些实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述第一添加剂的质量含量为0.05％-15％、0.05％-8％、0.2％-15％、0.2％-8％、1％-20％、1％-15％、1％-8％、5％-20％、7％-18％。
在一些实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述第一添加剂的质量含量为0.05％、0.2％、0.5％、1％、3％、5％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％，或为由上述任意两个数值组成的范围或该范围中任意的数值。
非水电解液中第一添加剂的质量含量过低不利于正极CEI膜的形成，造成正极界面保护不足，对电池性能的改善效果不明显；第一添加剂的质量含量过高可以导致正极界面保护过度和阻抗增加，不利于电池性能的改善。因此，控制非水电解液中第一添加剂的质量含量在合适的范围内，可以在锚定正极形成良好的CEI膜的同时，在负极形成良好的SEI膜，该CEI膜和SEI膜的厚度适中，在提高正负极界面保护的同时兼顾适中的电芯内阻，从而提升锂二次电池的循环性能和存储性能。
在一些实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述第二添加剂的质量含量为0.01％-20％。在一些实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述第二添加剂的质量含量为0.5％-20％、0.5％-15％、0.5％-1％、0.1％-20％、0.1％-8％、1.0％-20％、1.0％-15％、0.5％-8％。
在一些实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述第二添加剂的质量含量为0.01％、0.1％、0.5％、1％、3％、5％、7％、9％、10％、12％、14％、16％、18％、20％，或为由上述任意两个数值组成的范围或该范围中任意的数值。
非水电解液中第二添加剂的质量含量过低可以导致其与水和酸反应的不充分，进而导致第一添加剂的水解，影响后续第一添加剂的成膜效果，造成正负极界面保护不足，副反应增多，对电池性能的改善效果不明显；非水电解液中第二添加剂的质量含量过高可以导致形成的SEI膜太厚，使电池整体阻抗增加，导致电芯寿命性能较差，影响电池存储性能。
在一些实施方式中，所述电解液包括：基于非水电解液的总质量计，第一添加剂包括质量含量为0.2％-1％的编号为C1-1、C1-2、C1-3、C1-4、C1-5、C1-6、C1-7、C1-8、C1-9、C1-10、C1-11、C1-12、C1-13、C1-14、C1-15、C1-16的环状硫酸酯化合物中的至少一种；第二添加剂包括质量含量为0.5％-1.5％的编号为C2-17的异氰酸酯基化合物；以及质量含量为15％-50％的碳酸亚乙酯。
在一些实施方式中，所述电解液包括：基于非水电解液的总质量计，第一添加剂包括质量含量为0.2％-1％的编号为C1-16的环状硫酸酯化合物；第二添加剂包括质量含量为0.1％-8％的编号为C2-1、C2-2、C2-3、C2-4、C2-5、C2-6、C2-7、C2-8、C2-9、C2-10、C2-11、C2-12、C2-13、C2-14、C2-15、C2-16、C2-17、C2-18的异氰酸酯基化合物中的至少一种；以及质量含量为15％-50％的碳酸亚乙酯。
在一些实施方式中，所述电解液包括：基于非水电解液的总质量计，第一添加剂包括质量含量为0.2％-1％的编号为C1-16的环状硫酸酯化合物；第二添加剂包括质量含量为0.1％-8％的编号为C2-17的异氰酸酯基化合物；以及质量含量为15％-40％的碳酸亚乙酯。
在一些实施方式中，所述第一添加剂和所述第二添加剂的质量比为0.02-50。在一些实施方式中，所述第一添加剂和所述第二添加剂的质量比为0.2-8、0.2-10、0.2-20、0.4-30、0.4-40。
在一些实施方式中，所述第一添加剂和所述第二添加剂的质量比为0.02、0.2、0.5、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50，或为由上述任意两个数值组成的范围或该范围中任意的数值。
第一添加剂和第二添加剂的质量比在合适的范围内，可以使第二添加剂优先与水和酸反应，减少第一添加剂与水和酸的副反应，促进更多的第一添加剂参与正负极的成膜反应。同时，第二添加剂仍可以形成优良的负极SEI膜，使二次电池中正负极均具有良好的界面保护和电池阻抗，进而改善二次电池的循环性能和存储性能。
在一些实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述非水电解液的含水量为10ppm-100ppm。在一些实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述非水电解液的含水量为10ppm-50ppm。
在一些实施方式中，基于非水电解液的总质量计，所述非水电解液的含水量为10ppm、20ppm、40ppm、60ppm、80ppm、100ppm，或为由上述任意两个数值组成的范围或该范围中任意的数值。
在本文中，非水电解液的含水量为本领域公知定义，可以采用本领域公知的仪器及方法进行测定，例如：参照GB/T 19282-2014中规定的水分测定的方法获得。例如，将非水电解液置入全自动水分测定仪测定瓶中待其完全溶解并搅拌均匀后，测定其水分。
非水电解液中水分含量过高可以导致大量第一添加剂与水反应，生成的副产物溶于电解液中导致第一添加剂的成膜效果变差，从而影响电池的循环性能和存储性能。非水电解液中含水量在合适的范围内，可以减少第一添加剂和第二添加剂的水解消耗，提高正负极界面保护。
在一些实施方式中，所述电解液包括电解质盐和其他溶剂。
在一些实施方式中，电解质盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂及四氟草酸磷酸锂中的至少一种。
在一些实施方式中，溶剂可选自碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、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、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的至少一种。
在一些实施方式中，所述电解液还可选地包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
[正极极片]
正极极片包括正极集流体和位于正极集流体至少一侧的正极材料层。所述正极材料层包括正极活性材料。
作为示例，正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，正极材料层设置在正极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。
在一些实施方式中，正极活性材料本领域公知的用于电池的正极活性材料。作为示例，正极活性材料可包括以下材料中的至少一种：磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物以及上述化合物添加其他过渡金属或非过渡金属得到的化合物。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正极活性材料的传统材料。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。
在一些实施方式中，所述正极活性材料包括LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2，其中，x+y+z≤1，0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5；M包括Ti、Al、Zr、Mg、Zn、Ba、Mo、B中的至少一种。所述正极活性材料有助于改善二次电池的容量和能量密度。
在一些实施方式中，正极集流体，可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材如聚丙烯(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)、聚乙烯(PE)等的基材上而形成。
在一些实施方式中，正极极片还包括导电剂，所述导电剂可以包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，正极极片还包括粘结剂，所述粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(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-六氟丙烯共聚物及含氟丙烯酸酯树脂中的至少一种。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备正极极片：将上述实施方式中的正极活性材料、上述实施方式中的添加剂、粘结剂、导电剂和任意其他组分分散于溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮)中，形成正极浆料；将正极浆料涂覆在正极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到正极极片。
在一些实施方式中，所述正极极片的含水量为50ppm-150ppm。在一些实施方式中，所述正极极片的含水量为50ppm-145ppm、50ppm-120ppm、50ppm-100ppm、50ppm-80ppm。
在一些实施方式中，所述正极极片的含水量为50ppm、60ppm、70ppm、80ppm、90ppm、100ppm、110ppm、120ppm、130ppm、140ppm、150ppm、，或为由上述任意两个数值组成的范围或该范围中任意的数值。
在本文中，正极极片的含水量为本领域公知定义，可以采用本领域公知的仪器及方法进行测定，例如可以参照如下方法测试得到：将装有样品的西林瓶放入固体水含量分析仪设备自动进样系统，测试时对装有样品的西林瓶加热(常规加热温度170℃，视样品耐热温度调整)并通入干燥的气体，将西林瓶内气体吹扫到滴定杯中进行吸收滴定，并将结果折算成固体样品水含量。
正极极片水分过高，极片中的水分会进入电解液中，导致电解液中第一添加剂直接水解，进而影响正负极的成膜效果。因此，控制正极极片的含水量在合适的范围内，可以减少第一添加剂和第二添加剂的水解，促进第一添加剂和第二添加剂在正负极形成稳定的界面膜，从而提升电池的循环性能和存储性能。
在一些实施方式中，所述正极极片中正极活性材料的BET比表面积小于等于1.5m2/g，可选为0.5m2/g-1m2/g。在一些实施方式中，所述正极极片的活性比表面积为0.1m2/g-1.5m2/g、0.4m2/g-1.5m2/g、0.3m2/g-0.9m2/g、0.4m2/g-0.9m2/g。
在一些实施方式中，所述正极极片中正极活性材料的BET比表面积为0.2m2/g、0.4m2/g、0.6m2/g、0.8m2/g、1m2/g、1.2m2/g、1.3m2/g、1.5m2/g，或为由上述任意两个数值组成的范围或该范围中任意的数值。
在本文中，正极活性材料的BET比表面积为本领域公知定义，可以采用本领域公知的仪器及方法进行测定，例如可以参照GB/T 19587-2004气体吸附BET法，将样品加热脱气后，在恒低温度下，测定不同吸附压力下气体在固体表面的吸附量，基于BET多层吸附理论及其公式求得试样单分子层吸附量，从而计算出单位质量固体样品的比表面积。
正极活性材料的BET比表面积过小可以使电池极化增大，影响电池存储性能。正极极片的活性比表面积过大可以使正极极片和非水电解液的接触面积过大，活性反应位点增加，提高非水电解液中的碳酸亚乙酯氧化脱氢的概率，使其产生的质子氢进攻溶剂中的锂盐从而破坏SEI膜，影响电池的循环性能。因此，控制正极极片的活性比表面积在合适的范围内，可以减少对SEI膜的破坏，兼顾电池的容量、循环性能和动力学性能。
[负极极片]
在一些实施方式中，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，所述负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用铜箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基材至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(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)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
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、锡基材料和钛酸锂等。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。
在一些实施方式中，所述负极活性材料的BET比表面积为0.5m2/g-2.0m2/g。在一些实施方式中，所述负极活性材料的BET比表面积为0.7m2/g-2.0m2/g、0.8m2/g-1.5m2/g、0.8m2/g-2.0m2/g、1.0m2/g-1.8m2/g、0.5m2/g-1.5m2/g。
在一些实施方式中，所述负极活性材料的BET比表面积为0.5m2/g、0.8m2/g、1.0m2/g、1.2m2/g、1.4m2/g、1.6m2/g、1.8m2/g、2.0m2/g，或为由上述任意两个数值组成的范围或该范围中的任意数值。
在本文中，负极活性材料的BET比表面积为本领域公知定义，可以采用本领域公知的仪器及方法进行测定，例如可以参照GB/T 19587-2004气体吸附BET法，将样品加热脱气后，在恒低温度下，测定不同吸附压力下气体在固体表面的吸附量，基于BET多层吸附理论及其公式求得试样单分子层吸附量，从而计算出单位质量固体样品的比表面积。
负极活性材料的BET比表面积可以影响负极活性材料的反应位点数量。负极活性材料的BET比表面积过小，可以影响锂离子的嵌入和脱出速度，负极活性材料对锂离子的接受能力差，导致锂离子在负极表面沉积，电池的内阻增大；负极活性材料的BET比表面积过大，可以导致负极活性材料与电解液的接触面积过大，界面反应加剧，可以导致副产物在界面积累，增大负极阻抗。因此，控制负极活性材料的BET比表面积在合适的范围，可以减少活性锂离子的消耗，提升电池的循环性能和动力学性能，并兼顾良好的电池电阻。
在一些实施方式中，所述负极活性材料的DV50为5μm-30μm。
在一些实施方式中，所述负极活性材料的DV50为5μm-28μm。在一些实施方式中，所述负极活性材料的DV50为7μm-25μm、5μm-25μm、7μm-28μm、10μm-25μm、12μm-25μm。
在一些实施方式中，所述负极活性材料的DV50为5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm，或为由上述任意两个数值组成的范围或该范围中的任意数值。
在本文中，负极活性材料的DV50是指累计体积分布百分数达到50％时所对应的粒径，可以采用本领域公知的仪器及方法进行测定，例如，参照GB/T19077-2016激光粒度仪衍射法，取一洁净烧杯，加入适量待测样品，滴加表面活性剂后添加分散剂，充分分散后，采用激光粒度仪测定颗粒的粒度分布特征。
负极活性材料的DV50可以影响负极活性材料的反应位点数量。负极活性材料的DV50过小可以导致负极活性材料的比表面积过大，与电解液的接触面积过大，可以导致电池负极侧副反应加剧，从而导致SEI膜的反复破坏，造成锂耗增加；负极活性材料的DV50过大不仅可以导致反应位点数量过少，电化学反应动力学减慢，还可以导致负极活性材料在涂布制备极片时易形成不均匀的表面，可以导致由于颗粒堆积不均而导致压实密度不一致，进而影响电极的电导率和电池的能量密度。因此，控制负极活性材料的DV50在合适的范围，可以减少SEI膜的反复破坏和活性锂的消耗，提升电池的容量、循环寿命和动力学性能。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括粘结剂。所述粘结剂可选自丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)及羧甲基壳聚糖(CMCS)中的至少一种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括导电剂。导电剂可选自超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括其他助剂，例如增稠剂(如羧甲基纤维素钠(CMC-Na))等。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备负极极片：将上述用于制备负极极片的组分，例如负极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他组分分散于溶剂(例如去离子水)中，形成负极浆料；将负极浆料涂覆在负极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到负极极片。
[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，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。例如，图1是作为一个示例的方形结构的二次电池5。
在一些实施方式中，参照图2，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能够盖设于开口，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封装于容纳腔内。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，本领域技术人员可根据具体实际需求进行选择。
在一些实施方式中，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一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池模块的应用和容量进行选择。
图4是作为一个示例的电池模块3。参照图3，在电池模块3中，多个二次电池5可以是沿电池模块3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。
在一些实施方式中，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为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池包的应用和容量进行选择。
图4和图5是作为一个示例的电池包1。参照图4和图5，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能够盖设于下箱体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。
另外，本申请还提供一种用电装置，用电装置包括本申请提供的二次电池、电池模块、或电池包中的至少一种。二次电池、电池模块、或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。用电装置可以包括移动设备(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，但不限于此。
作为用电装置，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。该用电装置为纯电动车、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二次电池的高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化，可以采用二次电池作为电源。
实施例
以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
化合物及其缩写代号：
一、测试方法
1、电解液含水量
电解液中的含水量可以参照GB/T 19282-2014中规定的方法获得。
2、极片含水量
将装入极片检测样品的西林瓶放入设备自动进样系统固体水含量分析仪(型号：874；瑞士万通)，测试时对西林瓶加热并通入干燥的气体，将西林瓶内气体吹扫到滴定杯中进行吸收滴定，测得的水分含量与检测样品质量的比值即为极片含水量。
3、BET比表面积
参照GB/T 19587-2004气体吸附BET法，将样品加热脱气后，在恒低温度(液氮环境)下，测定不同吸附压力下气体在固体表面的吸附量，基于BET多层吸附理论及其公式求得试样单分子层吸附量，从而计算出单位质量检测样品的比表面积。
4、粒度测试
参照GB/T19077-2016激光粒度仪衍射法测定样品的粒度分布特征。
5、电池性能测试
(1)电池常温循环性能测试
在25℃的恒温环境下，将锂离子电池以0.5C恒流充电至电压为4.4V，之后以4.4V恒压充电至电流≤0.05C，然后将电池以0.5C恒流放电至电压为2.5V，此为一个充放电过程，此时的放电容量记为电池首次循环的放电容量。如此反复进行充电和放电循环，计算电池循环到容量保持率为80％时对应的循环圈数。
(2)电池高温满充存储性能测试
在25℃的恒温环境下，将电池0.33C充电至4.4V，再以0.33C放电至2.5V，测试放电容量D1；将电池放置在60℃的恒温环境中存储，每隔30天取出进行测试，每次测试时将电池冷却至25℃，先将电池0.33C充电至4.4V，再以0.33C放电至2.5V，测试放电容量。计算存储容量保持率衰减到80％的存储天数。
二、制备方法
实施例1
1)正极极片的制备
将正极活性材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(BET比表面积0.61m2/g)、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏二氟乙烯按质量比为98:1:1溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮中，充分搅拌混合均匀后制备成正极膜层浆料，将正极膜层浆料涂覆在正极集流体铝箔上，之后经过烘干、冷压、分切，得到正极极片。正极极片上单侧铝箔上正极活性材料的负载量为0.016g/cm2。含水量为60.0ppm。
2)负极极片的制备
将负极活性材料石墨(BET比表面积1.03m2/g，Dv50为15.2μm)、导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶、增稠剂羧甲基纤维素钠按照重量比为96:1:2:1的重量比在去离子水中充分搅拌混合均匀得到负极浆料，将负极浆料后涂覆于铜箔上，之后经过烘干、冷压、分切，得到负极极片。单侧铜箔上负极活性材料石墨的负载量为0.012g/cm2。
3)隔离膜
以聚丙烯膜作为隔离膜。
4)电解液的制备
在充满氩气的手套箱中(水含量<0.1ppm，氧气含量<0.1ppm)，将锂盐LiPF6、第一添加剂(C1-1)、第二添加剂(C2-17)加入到非水溶剂碳酸亚乙酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)中，混合均匀后，得到含水量为20.3ppm的电解液。基于电解液的总质量计，第一添加剂的质量含量为0.5wt％、第二添加剂的质量含量为1wt％及非水溶剂碳酸亚乙酯(EC)的质量含量为20wt％、碳酸甲乙酯(EMC)的质量含量为66wt％、LiPF6的质量含量为12.5wt％。
5)电池的制备
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，经卷绕后得到电芯，将电芯装入外包装中，加入上述电解液，经封装、静置、化成、老化等工序后，得到锂二次电池。
实施例2-44
实施例2-44的制备方法与实施例1类似，并适应性调整EMC在电解液中的质量含量，具体制备参数见表1。
对比例1
与实施例1相比，电解液中不加入第一添加剂和第二添加剂。
对比例2
与实施例40相比，第二添加剂在电解液中的质量含量为25wt％。
对比例3
与实施例44相比，碳酸亚乙酯在非水电解液中的质量含量为55wt％。
实施例1-44和对比例1-3的制备参数和性能测试结果如下：
由实施例1-41和对比例1-3可知，环状硫酸酯化合物和异氰酸酯基化合物的复配，同时控制碳酸亚乙酯在非水电解液的质量含量小于等于50％，可以有效改善正负极的界面保护，显著提高二次电池的循环性能和存储性能，使二次电池在25℃下循环容量保持率至80％的循环圈数不低于2100圈，60℃下存储容量保持率至80％的存储天数不低于350天。
由实施例1-16和实施例17-32可知，环状硫酸酯化合物C1-1至C1-16分别与异氰酸酯基化合物C2-17复配，或者环状硫酸酯化合物C1-16与异氰酸酯基化合物C2-1至C2-18分别复配，均有利于提高二次电池的循环性能和存储性能。
由实施例34-36可知，环状硫酸酯化合物的质量含量在0.05wt％至20wt％的范围内，二次电池具有优良的循环性能和存储性能。相较对比例1而言，正负极界面保护显著改善。
由实施例37-40和对比例2可知，异氰酸酯基化合物的质量含量在0.01wt％至20％的范围内，二次电池的循环性能和存储性能明显提高。
由实施例41-44和对比例3可知，EC在非水电解液的质量含量在15％-50％的范围内，可以很好地兼顾二次电池的循环性能和存储性能。
实施例45-47
实施例45-47与实施例16的制备方法类似，在电解液制备过程中，向非水电解液中加入微量水分别调整含水量为10.4ppm、49.9ppm、99.8ppm。
实施例45-47的二次电池的性能测试结果如下：
上述结果表明，第一添加剂C1-16(0.5wt％)、第二添加剂C2-17(1wt％)以及碳酸亚乙酯(20wt％)的复配组合，在非水电解液中含水量为10ppm至100ppm条件下，可以很好地为电池提供界面保护，提高循环圈数和存储天数，改善电池的循环性能和存储性能。
实施例48-50
实施例45-47与实施例16的制备方法类似，通过调整正极极片干燥参数，调整正极极片的含水量分别为50ppm、100ppm、150ppm。
实施例45-47的电池制备和性能测试结果如下：
上述结果表明，第一添加剂C1-16(0.5wt％)、第二添加剂C2-17(1wt％)以及碳酸亚乙酯(20wt％)的复配组合，在正极极片含水量为50ppm-150ppm的范围内，二次电池可以兼顾优良的循环性能和存储性能。
实施例51-53
实施例51-53与实施例16的制备方法类似，其中正极活性材料的BET比表面积分别为0.52m2/g、0.97m2/g、1.48m2/g。电池制备和性能测试结果如下：
上述结果表明，正极活性材料在0.5m2/g-1.5m2/g的范围内，活性材料颗粒具有足够的活性位点，有利于改善二次电池的循环性能，并同时兼具优良的存储性能。
实施例54-57
实施例54-57与实施例16的制备方法类似，但是调整了负极活性材料的BET比表面积和Dv50。
电池制备和性能测试结果如下：
上述结果表明，负极活性材料的比表面积在0.5m2/g-2.0m2/g范围内，Dv50在5μm-30μm的范围内，二次电池具有优良的循环性能和存储性能。
需要说明的是，本申请不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例，在本申请的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含在本申请的技术范围内。此外，在不脱离本申请主旨的范围内，对实施方式施加本领域技术人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其它方式也包含在本申请的范围内。

Claims (15)

1.一种锂二次电池，其特征在于，包括非水电解液，所述非水电解液包括第一添加剂、第二添加剂和非水溶剂，
所述第一添加剂包括式I所示的环状硫酸酯化合物，
R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢、卤素、氰基、取代或非取代的C1-C3烷基、取代或非取代的C1-C3烷氧基、取代或非取代的5-6元饱和环状硫酸酯基；
所述第二添加剂包括式II所示的异氰酸酯基化合物，
O＝C＝N—R5-N＝C＝O 式II
R5选自被0个、1个、2个、3个或4个选自卤素、甲基、乙基的取代基取代的亚苯基、取代或非取代的2至3环稠环亚芳烃基、包括饱和或不饱和基团的C1-C8亚烷基、取代或非取代的5至6元亚脂环基、C1-C3亚烷基连二苯基；
所述非水溶剂包括碳酸亚乙酯，基于非水电解液的总质量计，所述碳酸亚乙酯的质量含量大于等于10％且小于等于50％。
2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述R1和R2中的一者选自氢、甲基、乙基、氟、三氟甲基、氰基或另一者选自氢；或者，R1和R2均选自甲基；
所述R3和R4中的一者选自氢、甲基、乙基、正丙基、氟、乙氧基或另一者选自氢；
R5选自亚甲基、亚己烷基、5至6元亚脂环基、 其中，R51、R52、R53、R54每次出现的时候各自独立地选自氢、卤素、甲基、乙基。
3.根据权利要求1或2所述的锂二次电池，其特征在于，基于非水电解液的总质量计，所述碳酸亚乙酯的质量含量为15％-40％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的锂二次电池，其特征在于，所述环状硫酸酯化合物包括 中的至少一种；
所述异氰酸酯基化合物包括 中的至少一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的锂二次电池，其特征在于，所述非水电解液包括以下组中的一者：
(1)所述第一添加剂包括编号为C1-1、C1-2、C1-3、C1-4、C1-5、C1-6、C1-7、C1-8、C1-9、C1-10、C1-11、C1-12、C1-13、C1-14、C1-15、C1-16的环状硫酸酯化合物中的至少一种；第二添加剂包括编号为C2-17的异氰酸酯基化合物；
(2)所述第一添加剂包括编号为C1-16的环状硫酸酯化合物；第二添加剂包括编号为C2-1、C2-2、C2-3、C2-4、C2-5、C2-6、C2-7、C2-8、C2-9、C2-10、C2-11、C2-12、C2-13、C2-14、C2-15、C2-16、C2-17、C2-18的异氰酸酯基化合物中的至少一种。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的锂二次电池，其特征在于，所述非水电解液满足以下条件中至少之一者：
(1)基于非水电解液的总质量计，所述第一添加剂的质量含量为0.05％-20％；
(2)基于非水电解液的总质量计，所述第二添加剂的质量含量为0.01％-20％；
(3)所述第一添加剂和所述第二添加剂的质量比为0.02-50。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的锂二次电池，其特征在于，所述非水电解液满足以下条件中至少之一者：
(1)基于非水电解液的总质量计，所述第一添加剂的质量含量为0.05％-8％；
(2)基于非水电解液的总质量计，所述第二添加剂的质量含量为0.1％-8％；
(3)所述第一添加剂和所述第二添加剂的质量比为0.2-8；
(4)基于非水电解液的总质量计，所述碳酸亚乙酯的质量含量为15％-25％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的锂二次电池，其特征在于，基于非水电解液的总质量计，所述非水电解液的含水量为10ppm-100ppm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的锂二次电池，其特征在于，基于非水电解液的总质量计，所述非水电解液的含水量为10ppm-50ppm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的锂二次电池，其特征在于，包括正极极片，所述正极极片的含水量为50ppm-150ppm，可选为50ppm-100ppm。
11.根据权利要求9中所述锂二次电池，其特征在于，所述正极极片包括正极活性材料，所述正极活性材料的BET比表面积小于等于1.5m2/g，可选为0.5m2/g-1.0m2/g。
12.根据权利要求10或11所述的锂二次电池，其特征在于，包括负极极片，所述负极极片包括负极活性材料，其中，
所述负极活性材料的BET比表面积为0.5m2/g-2.0m2/g；和/或
所述负极活性材料的Dv50为5μm-30μm。
13.根据权利要求12所述的锂二次电池，其特征在于，
所述负极活性材料的BET比表面积为0.8m2/g-1.5m2/g；和/或
所述负极活性材料的Dv50为7μm-25μm。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的锂二次电池，其特征在于，所述正极极片包括正极活性材料，所述正极活性材料包括LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2，其中，x+y+z≤1，0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5；M包括Ti、Al、Zr、Mg、Zn、Ba、Mo、B中的至少一种。
15.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求1至14中任一项所述的锂二次电池。
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