本发明涉及锂离子电池，具体为一种锂离子电池及应用其的用电装置。
背景技术：
1、与铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池相比，锂离子电池因其能量密度大、工作电压高、寿命长、绿色环保等特点，锂离子电池广泛应用于水电、火电、风电、太阳能电站等储能电力系统，邮电通讯、电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、特种装备、特种航天等领域。随着电子产品的广泛使用，行业对锂离子电池的循环性能提出了更高的要求。
2、目前，磷酸锰铁锂是一种应用前景十分广阔的锂离子二次电池。并且磷酸铁锂具有能量密度高、原料资源丰富、成本低、环境友好、安全性高等优点。但是在较高温度或高电压下，磷酸锰铁锂在电芯循环过程中会发生john-teller效应，导致三价锰畸变成二价锰，使得锰离子在电解液中的溶解量增大，锰离子容易迁移至负极侧并在负极表面还原沉积，破坏sei膜，加速副反应，致使大量活性锂被消耗，影响电池循环容量，且磷酸锰铁锂中锰离子的溶解会造成正极结构破坏，还会导致高的界面阻抗和电池容量衰减，影响电池循环稳定性。
3、电解液作为锂离子电池的重要组成部分，成为影响锂离子电池电性能最重要的因素之一。基于现有锂离子电池的上述缺陷，有必要优化电解液，通过减少锰离子在电解液中的游离量，抑制负极锰沉积，防止负极出现大量锰金属沉积。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种锂离子电池及应用其的用电装置，以提升锂离子电池的循环容量保持率和高温存储性能，改善电池输出特性。
2、根据本发明的一个方面，提供一种锂离子电池包括正极、负极和电解液，正极的活性物质包括磷酸锰铁锂，电解液包括噻吩类添加剂，噻吩类添加剂的化学结构满足式i：r1～r4中的至少一个基团包括氨基、噻吩基、吡啶基、乙酰基、酰胺基、酯基中的至少一种，以电解液总质量为基准，噻吩类添加剂的含量为0.08～2.80wt％。例如，噻吩类添加剂的含量为0.08wt％、0.10wt％、0.25wt％、0.5wt％、0.75wt％、1.0wt％、1.25wt％、1.5wt％、1.75wt％、2.0wt％、2.50wt％、2.80wt％等。
3、本发明通过向电解液中引入满足上述要求的噻吩类添加剂，能够改善正极和负极的循环稳定性。噻吩类添加剂同时包括噻吩环结构和上述含孤对电子数的氮、硫和/或氧元素的特定基团，且上述特定基团与噻吩环直连，由此，利用噻吩类添加剂中含孤对电子数的元素与正极材料溶出的锰离子进行络合，能够有效减少电解液中锰离子的含量，从而减少锰离子与电解液之间发生的副反应，还能够防止锰离子迁移到负极表面，减少锰离子对负极sei膜的造成的损坏，抑制锰离子在负极被还原为锰金属，减少锰金属在负极的沉积量，抑制锰离子的溶出，提升锂离子在正极中的扩散，降低电池极化，还可以减少锰离子在电解液中的游离量，从而防止负极出现大量锰金属沉积，由此达到同时提升正极和负极在电池循环过程中的稳定性，提升该锂离子电池的循环容量保持率的目的。另一方面，在上述含量范围内的噻吩类添加剂能够促进负极表面sei膜的生成，并提升sei膜的结构稳定性，从而降低界面阻抗，提升电池循环性能，延缓负极的老化，延长应用该电解液的电池的循环寿命。特别地，在经过高温储存后，正极材料中的锰元素更容易发生歧化反应，以锰离子的形式溶解到电解液中；而本发明提供的电解液还具有较好的耐热性能，在高温环境下噻吩类添加剂仍能与锰离子形成稳定性好的络合物，噻吩类添加剂所形成的sei膜仍具有较好的力学性能，改善电池的高温循环和高温存储性能，提升容量保持率。
4、优选地，噻吩类添加剂的含孤对电子的元素的数量不低于2个。
5、优选地，r1～r4可独立地选自氢原子、甲基、乙基、环戊烷基、环己烷基、苯基、氨基、噻吩基、吡啶基、乙酰基、羧酰胺基、酯基中的至少一种；和/或，r1与r2、r2与r3或r3与r4分别独立成环，环为4～6元环，4～6元环包括环烃和/或杂环，杂环为含o、s或n的杂环，环烃为环烷烃、环烯烃、苯中的至少一种。
6、优选地，噻吩类添加剂的化学结构包括环戊烷并噻吩、四氢苯并噻吩、苯并噻吩中的至少一种。
7、优选地，噻吩类添加剂的含孤对电子的元素的数量不高于4个。上述噻吩类添加剂与锰离子具有更高的反应活性，且得到的络合物具有更高的化学稳定性，有效减少锰离子在电解液中的游离量。
8、优选地，噻吩类添加剂的含孤对电子的元素的数量为4个。
9、优选地，按照摩尔比计算，在噻吩类添加剂中，氮元素：硫元素：氧元素＝2：1：1。经过长期的实验与验证，发现当噻吩类添加剂中氮元素、硫元素和氧元素的摩尔比满足上述比例时，噻吩类添加剂与锰离子形成的络合物中配位键的键能较大，络合物的稳定性更高，有助于减少负极锰沉积含量，避免锰离子破坏负极sei膜，进而减少活性锂的消耗，提升应用该电解液的电池的循环稳定性。特别地，采用上述噻吩类添加剂与酯类添加剂搭配还可以有效抑制负极活性材料的体积膨胀，有效减缓电池老化。
10、优选地，噻吩类添加剂包括2-氨基-5,6-二氢-环戊烷并噻吩-3-羰酰胺。
11、优选地，在电解液中，噻吩类添加剂与酯类添加剂的质量比为0.08～2.80：1.0～3.5。在电池充放电过程中负极活性材料容易发生体积变化，常规的负极sei膜会随着负极活性材料的体积变化而破裂，造成电池容量的下降。当噻吩类添加剂与酯类添加剂的质量比落入上述范围时，能够促进负极表面形成富含阴离子衍生的无机膜和致密且稳定的有机聚合sei膜，该sei膜具有优异的柔韧性、机械性能和较低的界面阻抗，能够适应负极活性材料的体积变化，有效隔绝负极与电解液的直接接触，减少电解液与锂离子的消耗和副反应，有效提升电池容量。
12、优选地，电解液还包括酯类添加剂，酯类添加剂包括碳酸亚乙烯酯(vc)、亚硫酸乙烯酯(es)、硫酸乙烯酯(dtd)、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-ps)、丙烯磺酸内酯(pst)中的至少一种。本发明通过向电解液中引入酯类添加剂，在电池循环过程中，酯类添加剂搭配上述噻吩类添加剂，可以使电池形成的sei膜具有良好的柔韧性和机械强度，从而减少sei膜发生破损、皲裂的可能性，并且能够有效抑制负极材料的体积膨胀率，有效提升电池的循环性能。
13、优选地，在电解液中，噻吩类添加剂与酯类添加剂的质量比为0.08～2.80：1.0～3.5。例如，噻吩类添加剂与酯类添加剂的质量比为0.08:3.5、0.20:3.0、0.5:2.5、1.0:2.0、1.5:1.5、2.0:1.25、2.8:1.0。通过调控噻吩类添加剂与酯类添加剂在电解液中的质量比，能够进一步提升电池形成的sei膜的结构稳定性，减少sei膜的破损，减少因电解液与电极产生进一步接触而被消耗的电解液损耗量。
14、优选地，以电解液总质量为基准，噻吩类添加剂的含量为0.10～1.80wt％。当噻吩类添加剂在电解液的添加量在上述区间范围内时，制得的锂离子电池具有优秀的高温存储性和循环性能，在经历高温储存后和经历1200次循环充放实验后，仍能维持优秀的电池可使用容量。
15、优选地，以电解液总质量为基准，酯类添加剂的含量为1.00～3.50wt％。例如，酯类添加剂的含量为1.00wt％、1.50wt％、2.00wt％、2.50wt％、3.00wt％、3.50wt％。向电解液中引入上述含量范围的酯类添加剂，能够提升电解液的成膜性能，降低界面阻抗，提升电池循环性能。
16、优选地，酯类添加剂包括硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的至少一种。当选用该酯类添加剂与上述噻吩类添加剂搭配使用时，能促进电解液在电极表面形成致密柔韧且低阻抗的sei膜，既能形成紧密结构层又不增加电池阻抗，抑制电解液在电极的共嵌和还原分解，改善锂离子电池的循环性能。
17、优选地，酯类添加剂包括碳酸亚乙烯酯，以电解液总质量为基准，碳酸亚乙烯酯的含量为2.50wt％。
18、优选地，电解液还包括锂盐，以电解液总质量为基准，锂盐的含量为10.50～13.00wt％。例如，锂盐的含量为10.50wt％、11.00wt％、11.50wt％、12.00wt％、12.50wt％、13.00wt％。
19、优选地，锂盐包括六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂，六氟磷酸锂与双氟磺酰亚胺锂的质量比为10.5～12：0.5～2。通过六氟磷酸锂(lipf6)和双氟磺酰亚胺锂(lifsi)的搭配使用，可以提升电解液的电导率，提升锂离子的传输效率，从而改善电池输出特性、延长电池使用寿命。
20、优选地，电解液还包括有机溶剂，有机溶剂包括碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)中的至少一种。上述有机溶剂与噻吩类添加剂的、酯类添加剂的相容性佳，能够减少电池循环过程中的副反应，提升电池循环容量保持率。
21、优选地，有机溶剂包括碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)中的至少三种。
22、优选地，电解液还包括有机溶剂，有机溶剂包括碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)和碳酸甲乙酯(emc)。
23、优选地，按照质量比计算，碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯＝2～3：4～4.5：1.5～2。采用上述质量比的有机溶剂的电解液可以改善应用其的电池在经过高温储存后的电池循环特性和循环容量保持率。
24、优选地，负极的活性物质包括天然石墨、人造石墨、硅碳中的至少一种。
25、优选地，负极的活性物质包括人造石墨。
26、优选地，锂离子电池还包括置于正极与负极之间的隔膜，隔膜包括聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯中的至少一种。
27、优选地，隔膜包括聚丙烯。
28、根据本发明的另一个方面，提供一种用电装置，包括上述锂离子电池。
1.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极、负极和电解液，所述正极的活性物质包括磷酸锰铁锂，所述电解液包括噻吩类添加剂，所述噻吩类添加剂的化学结构满足式i：所述r1～r4中的至少一个基团包括氨基、噻吩基、吡啶基、乙酰基、酰胺基、酯基中的至少一种，以电解液总质量为基准，所述噻吩类添加剂的含量为0.08～2.80wt％。
2.如权利要求1所述锂离子电池，其特征在于，在所述噻吩类添加剂的化学结构中，满足：
3.如权利要求1所述锂离子电池，其特征在于，所述噻吩类添加剂的含孤对电子的元素的数量不高于4个。
4.如权利要求3所述锂离子电池，其特征在于，按照摩尔比计算，在所述噻吩类添加剂中，氮元素：硫元素：氧元素＝2：1：1。
5.如权利要求1所述锂离子电池，其特征在于，所述电解液还包括酯类添加剂，所述酯类添加剂包括碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、丙烯磺酸内酯中的至少一种。
6.如权利要求5所述锂离子电池，其特征在于，在所述电解液中，所述噻吩类添加剂与所述酯类添加剂的质量比为0.08～2.80：1.0～3.5。
7.如权利要求5所述锂离子电池，其特征在于，所述酯类添加剂包括硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的至少一种。
8.如权利要求1所述锂离子电池，其特征在于，所述电解液还包括锂盐，以电解液总质量为基准，所述锂盐的含量为10.50～13.00wt％。
9.如权利要求8所述锂离子电池，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂，所述六氟磷酸锂与所述双氟磺酰亚胺锂的质量比为10.5～12：0.5～2。
10.一种用电装置，包括如权利要求1～9任一项所述锂离子电池。
