二次电池和用电装置的制作方法

专利检索2025-07-12  11


本技术涉及电池领域,具体涉及一种二次电池和用电装置。


背景技术:

1、二次电池具有容量高、寿命长等特性,因此广泛应用于电子设备,例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等。

2、随着电池应用范围越来越广泛,对二次电池性能的要求也逐渐严苛。但是目前的二次电池难以兼顾快充性能和安全性能。


技术实现思路

1、本技术是鉴于上述课题而进行的,其目的在于,提供一种二次电池和用电装置。

2、本技术的第一方面提供了一种二次电池,所述二次电池包括正极极片和负极极片;正极极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体至少一个表面上的正极膜层,所述正极膜层包括正极活性物质;负极极片包括负极集流体和设置于所述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物质,1.1≤b/a≤1.3,b/a表示所述二次电池的负极容量过量系数,无量纲;65≤t≤105,t表示所述负极膜层的厚度,单位为μm;8≤d≤14,d表示所述负极活性物质的体积平均粒径dv50,单位为μm。

3、由此,二次电池满足上述条件时,负极活性物质具有足够的嵌入活性离子例如锂离子的空位余量,避免因负极极片表面极化造成的过电势使得对锂电位低于锂金属的析锂电位而发生析锂等问题,二次电池在大倍率充电的情况下能够保证其安全性能。

4、在一些实施方式中,1.18≤b/a≤1.30。b/a值在上述范围时,负极活性物质接收活性离子的空位相对较多,在负极活性物质表面不易析锂。

5、在一些实施方式中,1.20≤b/a≤1.30。b/a值在上述范围时,负极活性物质接收活性离子的空位相对较多,在负极活性物质表面不易析锂。

6、在一些实施方式中,1.20≤b/a≤1.28。b/a值在上述范围时,负极活性物质接收活性离子的空位相对较多,在负极活性物质表面不易析锂。

7、在一些实施方式中,69.5≤t≤102。负极膜层的厚度在上述范围内,活性离子在固相传导过程中的迁移路径相对较短,有利于二次电池的快速充电。

8、在一些实施方式中,69.5≤t≤90。负极膜层的厚度在上述范围内,活性离子在固相传导过程中的迁移路径相对较短,有利于二次电池的快速充电。

9、在一些实施方式中,69.5≤t≤80。负极膜层的厚度在上述范围内,活性离子在固相传导过程中的迁移路径相对较短,有利于二次电池的快速充电。

10、在一些实施方式中,8≤d≤12。负极活性物质的体积平均粒径dv50在上述范围内,负极活性物质的结构相对稳定,在活性离子固相传导的过程,活性离子在负极活性物质内部的迁移路径相对较短,有利于活性离子的快速传输,二次电池的动力学性能相对较好,有利于改善二次电池的快充性能。

11、在一些实施方式中,8≤d≤10。负极活性物质的体积平均粒径dv50在上述范围内,有利于活性离子的快速传输,二次电池的动力学性能相对较好,有利于改善二次电池的快充性能。

12、在一些实施方式中,所述二次电池满足:0.15≤(1000*(b/a))/((t*d)*(n2/4))≤0.50;可选地,0.15≤(1000*(b/a))/((t*d)*(n2/4))≤0.40;可选地,0.20≤(1000*(b/a))/((t*d)*(n2/4))≤0.35。

13、在一些实施方式中,所述二次电池在充电过程中具有至少一个时刻t0的充电电流i0大于或等于n倍标称容量,其中,2.8≤n;可选地,4≤n≤8;进一步可选地,4≤n≤6或者6≤n≤8。

14、在一些实施方式中,所述二次电池在10%荷电状态~70%荷电状态充电过程中的平均充电电流iτ大于或等于n倍标称容量,其中,2.5≤n;可选地,4≤n≤8;进一步可选地,4≤n≤6或者6≤n≤8;可选地,所述二次电池在20%荷电状态~60%荷电状态充电过程中的平均充电电流iτ大于或等于n倍标称容量。

15、在一些实施方式中,所述负极膜层包括:含有第一负极活性物质的第一膜层,其设置于所述负极集流体的表面上;以及含有第二负极活性物质的第二膜层,其设置于所述第一膜层和所述负极集流体之间,所述第一负极活性物质和所述第二负极活性物质各自独立地包括人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂中的一种或多种。

16、在一些实施方式中,所述第一负极活性物质和所述第二负极活性物质包括相异的材质。

17、在一些实施方式中,所述第一负极活性物质包括人造石墨;所述第二负极活性物质包括人造石墨和天然石墨。

18、由此,第一膜层远离负极集流体设置或者说更靠外设置,在负极极片成膜的过程中,第一负极活性物质直接和辊压设备等接触,其需要更优异的耐压性能,故可以选取耐压性能更好的人造石墨等,降低第一负极活性物质在形成膜层的过程中被压碎破裂的风险,提高第一膜层的结构稳定性。第二负极活性物质间接和辊压设备等接触,其可以拥有相对次之的耐压性能,但是为了提高二次电池的快充性能,可以选取更有利于活性离子迁移的负极活性物质,例如人造石墨和天然石墨等。

19、在一些实施方式中,所述二次电池满足:0<t2*d2-t1*d1≤2000,其中,t1表示所述第一膜层的厚度,单位为μm;t2表示所述第二膜层的厚度,单位为μm;d1表示所述第一负极活性物质的体积平均粒径dv50,单位为μm;d2表示所述第二负极活性物质的体积平均粒径dv50,单位为μm。

20、在二次电池满足t2*d2≥t1*d1时,能够降低因为负极极片表面产生极化造成的过电势使得对锂电位低于锂金属的的析锂电位而发生析锂等问题,更好地改善二次电池的安全性能。

21、在一些实施方式中,所述二次电池满足条件(i)至条件(iv)中的至少一者:(i)10≤t1≤110;(ii)5≤d1≤20;(iii)10≤t2≤110;(iv)2≤d2≤15。

22、在一些实施方式中,所述二次电池还满足:v>v2;v表示负极膜层的oi值,v2表示第二膜层的oi值;可选地,0.1≤v≤25;可选地,0.1≤v2≤5。二次电池满足上述关系式时,能够兼顾改善二次电池的循环性能、快充性能和安全性能。

23、在一些实施方式中,所述正极活性物质的分子式为lixayniacobmncm(1-a-b-c)yz,0≤x≤2.1,0≤y≤2.1,0.9≤x+y≤2.1,0≤a≤1,0≤b≤1,0≤c≤1,0.1≤a+b+c≤1,1.8≤z≤3.5;a包括na、k、mg中的一种或几种;m包括b、mg、al、si、p、s、ca、sc、ti、v、cr、fe、cu、zn、sr、y、zr、nb、mo、cd、sn、sb、te、ba、ta、w、yb、la、ce中的一种或几种;y包括o、f中的一种或几种。

24、由此,本技术在三元材料体系中,随着镍含量的增加,有助于提高材料的容量;在三元材料体系中满足0.15≤(1000*(b/a))/((t*d)*(n2/4))≤0.50时,能够兼顾二次电池的快充性能和安全性能。

25、本技术的第二方面还提供了一种用电装置,包括如本技术第一方面任一实施方式的二次电池。


技术特征:

1.一种二次电池,包括:

2.根据权利要求1所述的二次电池,其中,1.18≤b/a≤1.30。

3.根据权利要求2所述的二次电池,其中,1.20≤b/a≤1.30。

4.根据权利要求2或3所述的二次电池,其中,1.20≤b/a≤1.28。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的二次电池,其中,69.5≤t≤102。

6.根据权利要求5所述的二次电池,其中,69.5≤t≤90。

7.根据权利要求5或6所述的二次电池,其中,69.5≤t≤80。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的二次电池,其中,8≤d≤12。

9.根据权利要求8所述的二次电池,其中,8≤d≤10。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的二次电池,其中,所述负极膜层包括:

11.根据权利要求10所述的二次电池,其中,所述第一负极活性物质和所述第二负极活性物质包括相异的材质。

12.根据权利要求11所述的二次电池,其中,所述第一负极活性物质包括人造石墨;所述第二负极活性物质包括人造石墨和天然石墨。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的二次电池,所述二次电池满足:0≤t2*d2-t1*d1≤2000,

14.根据权利要求13所述的二次电池,其中,所述二次电池满足条件(i)至条件(iv)中的至少一者:

15.根据权利要求10至14中任一项所述的二次电池,其中,所述二次电池还满足:v>v2;v表示所述负极膜层的oi值,v2表示所述第二膜层的oi值。

16.根据权利要求15所述的二次电池,其中,

17.根据权利要求1至16中任一项所述的二次电池,其中,

18.一种用电装置,包括根据权利要求1至17中任一项所述的二次电池。


技术总结
本申请提供了一种二次电池和用电装置。所述二次电池包括正极极片和负极极片;正极极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体至少一个表面上的正极膜层,所述正极膜层包括正极活性物质;负极极片包括负极集流体和设置于所述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物质,1.1≤B/A≤1.3,B/A表示所述二次电池的负极容量过量系数,无量纲;65≤T≤105,T表示所述负极膜层的厚度,单位为μm;8≤D≤14,D表示所述负极活性物质的体积平均粒径Dv50,单位为μm。二次电池在大倍率充电的情况下能够保证其安全性能。

技术研发人员:范国凌,杜鑫鑫,唐代春
受保护的技术使用者:宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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