本技術(shù)屬于電化學(xué)，具體涉及一種二次電池以及電子裝置。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)前的含硅負(fù)極鋰離子電池領(lǐng)域，存在一系列制約其性能提升的關(guān)鍵問題。在負(fù)極循環(huán)過程中，硅粉化現(xiàn)象的出現(xiàn)、電解液的不斷消耗，以及負(fù)極動力學(xué)不足導(dǎo)致的析鋰等狀況，使得電池容量保持率極易在后期出現(xiàn)急劇下降的情況，循環(huán)壽命也始終難以得到有效提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)實(shí)施例提供一種二次電池以及電子裝置，其在具備優(yōu)異動力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，同時顯著提升了循環(huán)穩(wěn)定性能和鋰離子電池的析鋰安全性，實(shí)現(xiàn)了電池綜合性能的協(xié)同優(yōu)化。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種二次電池，其包括正極極片、負(fù)極極片和電解液，負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置于負(fù)極集流體至少一個表面上的負(fù)極材料層，負(fù)極材料層包括負(fù)極活性材料和固體電解質(zhì)；

3、其中，固體電解質(zhì)包含鑭元素，基于負(fù)極材料層的質(zhì)量，鑭元素的質(zhì)量占比為0.042％至4％；

4、固體電解質(zhì)表面有單分子包覆層，單分子包覆層包括硅烷偶聯(lián)劑和鹵素對位芳香酸的至少一種；

5、固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率大于或等于2×10-4s/cm；固體電解質(zhì)的電子電導(dǎo)率小于或等于1×10-8s/cm。

6、基于本技術(shù)實(shí)施例的二次電池，負(fù)極材料層中特定含量的含鑭固體電解質(zhì)能夠顯著改善負(fù)極極片的動力學(xué)性能，提高離子電導(dǎo)率，從而有效提升電池的循環(huán)性能。此外，固體電解質(zhì)表面包覆的硅烷偶聯(lián)劑或鹵素對位芳香酸單分子層，能夠減少生產(chǎn)過程中含鑭固體電解質(zhì)與空氣中水和二氧化碳接觸反應(yīng)，一方面抑制固體電解質(zhì)表面發(fā)生的鋰氫交換副反應(yīng)，保持其高離子電導(dǎo)率，使其在長時間循環(huán)過程中持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)揮離子導(dǎo)通作用；另一方面在電池循環(huán)過程中，能夠減少其內(nèi)部殘留的質(zhì)子(h)向電芯內(nèi)部擴(kuò)散，從而避免電芯性能惡化。同時，該包覆層還能延緩固體電解質(zhì)催化能力的衰退，維持其定向催化電解液中特定組分(如亞硫酸酯類化合物、氟代碳酸乙烯酯等)分解形成富含無機(jī)物sei膜的反應(yīng)水平，從而維持負(fù)極sei膜的穩(wěn)定性，抑制循環(huán)過程中電解液的消耗，顯著改善二次電池的循環(huán)容量保持率。最終，通過優(yōu)化負(fù)極動力學(xué)性能和sei膜的穩(wěn)定性，顯著提升了鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性和析鋰安全性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了電池綜合性能的協(xié)同優(yōu)化。

7、在一些實(shí)施方式中，硅烷偶聯(lián)劑包括乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、巰基丙基三甲氧基硅烷中的至少一種。本技術(shù)通過選用上述硅烷偶聯(lián)劑，可以進(jìn)一步減少極片制備過程中固體電解質(zhì)與空氣中水和二氧化碳的接觸，從而能夠更好的抑制固體電解質(zhì)表面發(fā)生的鋰氫交換副反應(yīng)，從而保持電解質(zhì)的高離子電導(dǎo)率，使其能在長時間循環(huán)過程中持續(xù)穩(wěn)定地起到離子導(dǎo)通的作用，從而改善二次電池的循環(huán)容量保持率。

8、在一些實(shí)施方式中，鹵素對位芳香酸包括下式化合物中的至少一種：

9、

10、其中，x為f元素、cl元素、br元素中的一種，a為-sh、-cooh、-so3h、-po3h2中的一種。

11、本技術(shù)通過選用特定鹵素取代的芳香酸作為功能材料，主要基于以下協(xié)同作用機(jī)制：首先，利用鹵族元素的疏水特性及其酸性官能團(tuán)(如-sh、-cooh、-so3h、-po3h2)共同作用，既能通過疏水效應(yīng)隔絕環(huán)境濕度，又能夠通過化學(xué)鍵錨定在固體電解質(zhì)，有效防止其在空氣中發(fā)生鋰-氫交換反應(yīng)，維持固體電解質(zhì)的導(dǎo)鋰能力和催化活性。且，鹵族元素還能夠參與sei成膜，形成高導(dǎo)鋰且穩(wěn)定的lix型sei組分，增強(qiáng)sei膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，延緩其在循環(huán)過程中的硅基活性材料表面sei的破裂和再生，從而有效抑制電解液的持續(xù)分解和消耗，顯著提升電池的循環(huán)穩(wěn)定性以及析鋰安全性。其次，固體電解質(zhì)在進(jìn)入電芯后，由于電解液是有機(jī)體系，與芳香環(huán)親和性高，因此，電解液能夠穿過包覆層，從而在循環(huán)的過程中，固體電解質(zhì)能夠發(fā)揮其催化電解液組分分解的能力，且能夠與循環(huán)過程中電解液產(chǎn)生的氫氟酸反應(yīng)，防止其對sei、cei和陰極材料結(jié)構(gòu)的破壞，改善電芯循環(huán)性能進(jìn)一步維持固體電解質(zhì)的高離子電導(dǎo)率和催化活性。

12、在一些實(shí)施方式中，包覆層為單分子包覆層，單分子包覆層的厚度為0.5nm至3nm。

13、本技術(shù)通過將單分子包覆層的厚度調(diào)控在這一合適的范圍內(nèi)，能夠平衡固體電解質(zhì)的保護(hù)效果與離子傳輸效率，既能在一定程度上減少鋰氫交換副反應(yīng)發(fā)生，又不會對鋰離子傳輸形成較大阻礙，確保離子通路順暢，從而改善二次電池的循環(huán)容量保持率。

14、在一些實(shí)施方式中，基于負(fù)極材料層的質(zhì)量，固體電解質(zhì)的質(zhì)量占比為0.1％至8％，優(yōu)選為0.2％至3％。本技術(shù)通過調(diào)控固體電解質(zhì)的質(zhì)量在合適的范圍，能夠提升負(fù)極極片動力學(xué)，兼顧負(fù)極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而改善二次電池的循環(huán)容量保持率。

15、在一些實(shí)施方式中，固體電解質(zhì)的粒徑為dv90、dv50和dv10滿足：2/5dv90≤dv50≤3/2dv10、320nm≤dv90≤1860nm、93nm≤dv10≤500nm。本技術(shù)通過調(diào)控固體電解質(zhì)的粒徑dv90、dv50和dv10在上述合適的范圍，能夠提升負(fù)極極片動力學(xué)，兼顧負(fù)極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而改善二次電池的循環(huán)容量保持率。

16、在一些實(shí)施方式中，負(fù)極活性材料為石墨、硬碳、硅單質(zhì)、硅碳材料、硅氧材料及其改性材料中的至少一種。

17、在一些實(shí)施方式中，負(fù)極活性材料為硅碳材料，其中，基于負(fù)極材料層的質(zhì)量，硅元素的質(zhì)量占比為5％至20％。本技術(shù)通過選擇硅碳材料為負(fù)極活性材料，且將硅元素的質(zhì)量占比調(diào)控在上述范圍內(nèi)，能夠使二次電池在長時間循環(huán)過程中持續(xù)穩(wěn)定地起到離子導(dǎo)通的作用，從而可以緩解硅碳負(fù)極活性材料在循環(huán)過程中出現(xiàn)的電芯跳水問題，從而改善二次電池的循環(huán)容量保持率。

18、在一些實(shí)施方式中，二次電池循環(huán)300圈至350圈后，將二次電池放電至3.0v以下進(jìn)行拆解，分離出負(fù)極極片。對負(fù)極極片x射線光電子能譜分析，在距離負(fù)極極片表面80nm處的測試結(jié)果包括磷元素的兩個特征峰，分別為a峰和b峰；a峰的峰位在135.1a.u至140ev范圍內(nèi)，峰強(qiáng)為ia；b峰的峰位在130ev至134.9ev范圍內(nèi)，峰強(qiáng)為ib；滿足0.2≤ia/ib≤1。發(fā)明人推測在本技術(shù)中b峰為lipoxfy，a峰為pf5，負(fù)極極片表面sei中存在上述兩個特征峰，且峰強(qiáng)比滿足上述范圍，表明固體電解質(zhì)中的la元素有效催化電解液分解，促使sei層中同時生成導(dǎo)鋰性優(yōu)異的lipoxfy(b峰)和增強(qiáng)機(jī)械穩(wěn)定性的pf5(a峰)，本技術(shù)通過精準(zhǔn)調(diào)控兩者比例，既維持了sei的高離子電導(dǎo)率(b峰主導(dǎo))又提升了界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(a峰輔助)，而未采用本技術(shù)固體電解質(zhì)的負(fù)極極片則無法同時產(chǎn)生這兩個特征峰或a峰強(qiáng)度不足，這直接驗證了本技術(shù)在優(yōu)化界面動力學(xué)和延長電池循環(huán)壽命方面的具有獨(dú)特優(yōu)勢。

19、在一些實(shí)施方式中，電解液還包括亞硫酸酯類化合物，基于電解液的質(zhì)量，亞硫酸酯類化合物的質(zhì)量占比為0.5％至3％。本技術(shù)在電解液中添加0.5％-3％的亞硫酸酯類化合物，該組分在固體電解質(zhì)的催化作用下在sei外層形成富含有機(jī)硫化物的柔性界面層，從而有效減少了循環(huán)過程中sei的破裂。

20、在一些實(shí)施方式中，電解液中還包括第一物質(zhì)，第一物質(zhì)包括氟代碳酸乙烯酯和碳酸亞乙烯酯的至少一者，基于電解液的質(zhì)量，第一物質(zhì)的質(zhì)量占比為7％至25％。本技術(shù)通過引入氟代碳酸乙烯酯和碳酸亞乙烯酯的至少一者，這些物質(zhì)在固體電解質(zhì)的催化作用下分解，并在電極界面形成富含lif、li2o和聚合物的復(fù)合sei膜。該sei膜通過lif和li2o提供高離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度以及柔韌性，從而有效適應(yīng)電極材料在循環(huán)過程中的體積變化，顯著提升界面穩(wěn)定性和電池循環(huán)性能。

21、在一些實(shí)施方式中，二次電池循環(huán)300圈至350圈后，將二次電池放電至3.0v以下進(jìn)行拆解，分離出負(fù)極極片。對負(fù)極極片進(jìn)行x射線進(jìn)行光電子能譜分析，基于負(fù)極極片表面的元素總摩爾量，其中，f元素的摩爾占比為8.5％至18.5％，p元素摩爾占比為1.5％至6％，s元素摩爾占比為0.8％至2.9％；在xps測試中所選的元素包括b元素、c元素、f元素、la元素、li元素、n元素、o元素、p元素、s元素、si元素、ti元素。本技術(shù)提供的負(fù)極極片在上述測試條件下，測試得到的各元素含量滿足上述范圍，其表征了本技術(shù)實(shí)施例的固體電解質(zhì)的化學(xué)組成，當(dāng)固體電解質(zhì)中的氟元素、磷元素滿足上述范圍時，能夠提升負(fù)極極片動力學(xué)，兼顧負(fù)極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而改善二次電池的循環(huán)容量保持率。

22、在一些實(shí)施方式中，二次電池循環(huán)300圈至350圈后，將二次電池放電至3.0v以下進(jìn)行拆解，分離出負(fù)極極片。對負(fù)極極片x射線光電子能譜分析，基于距離負(fù)極極片表面80nm處的元素總摩爾量，其中，f元素的摩爾占比為12％至23％，p元素摩爾占比為2.2％至4％；在xps測試中所選的元素包括b元素、c元素、f元素、la元素、li元素、n元素、o元素、p元素、s元素、si元素、ti元素。本技術(shù)提供的負(fù)極極片在上述測試條件下，測試得到的各元素含量滿足上述范圍，其表征了本技術(shù)提供的固體電解質(zhì)的化學(xué)組成，當(dāng)固體電解質(zhì)中的氟元素、磷元素滿足上述范圍時，能夠提升負(fù)極極片動力學(xué)，兼顧負(fù)極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而改善二次電池的循環(huán)容量保持率。

23、第二方面，本技術(shù)提供一種電子裝置，包括本技術(shù)第一方面任一項實(shí)施例提供的二次電池。本技術(shù)提供的電子裝置在具備優(yōu)異動力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，同時顯著提升了循環(huán)穩(wěn)定性能和鋰離子電池的析鋰安全性，實(shí)現(xiàn)了電子裝置綜合性能的協(xié)同優(yōu)化。