二次电池和用电装置的制作方法

专利2026-06-30  11


本申请涉及二次电池,尤其涉及一种二次电池和用电装置。


背景技术:

1、这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息,而不必然构成现有技术。

2、近年来,随着二次电池的应用范围越来越广泛,二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统,以及电动工具、电动自行车、电动摩托车和电动汽车等多个领域。

3、由于二次电池取得了极大的发展,对二次电池的循环性能和能量密度也提出了更高的要求。因此,寻求一种同时具有较好的循环性能和较高的能量密度的二次电池,是本领域技术人员重点关注的方向之一。


技术实现思路

1、本申请是鉴于上述课题而进行的,其目的之一在于,提供一种二次电池,其具有较低的膨胀力、较好的循环性能和较高的能量密度。

2、为了达到上述目的,本申请的第一方面提供了一种二次电池,包括负极极片和正极极片;

3、所述负极极片包括负极膜层,所述负极膜层中含有负极活性材料,所述负极活性材料包括石墨化度>93%的人造石墨;

4、所述正极极片包括正极膜层,所述正极膜层中包括形貌为单晶颗粒的正极活性材料;以所述正极活性材料的化学式中镍元素、钴元素和锰元素的总摩尔数为1计,所述正极活性材料的化学式中镍元素的摩尔数为a,a为0.6~1;

5、所述负极膜层的面密度为σ1,所述正极膜层的面密度为σ2,且σ1/σ2为0.35~0.75。

6、上述的二次电池中正极膜层中采用单晶颗粒的高镍正极活性材料,其具有较高的充放电克容量,能够有效提升电池的能量密度;并且,高镍正极活性材料在高soc(state ofcharge)段会发生晶格收缩,能够抵消部分由于负极活性材料产生的膨胀力,提高电池的循环性能;负极采用石墨化度>93%的人造石墨,其具有非常高的充放电克容量,与高镍正极活性材料配合,可大大提高电池的能量密度。通过上述单晶颗粒的高镍正极活性材料与高石墨化度的人造石墨在适当的正负极膜层面密度比例下相互配合,该二次电池具有较低的膨胀力、较好的循环性能和较高的能量密度。

7、在任意的实施方式中,0.85≤a≤0.95。如此,该单晶颗粒的正极活性材料具有更高的充放电克容量,能够进一步提高电池的能量密度,并进一步提高电池的循环性能。

8、在任意的实施方式中,0.9≤a≤0.95。如此,能够更进一步地提高电池的能量密度和循环性能。

9、在任意的实施方式中,基于所述正极活性材料的总质量,所述单晶颗粒的质量分数≥80%;可选地,所述单晶颗粒的质量分数为100%。如此,可使正极极片具有较高的充放电克容量,使电池具有较高的能量密度。

10、在任意的实施方式中,所述单晶颗粒的所述正极活性材料的体积平均粒径dv50为1μm~5μm。如此,能够有效地提高电池的循环寿命。

11、在任意的实施方式中,所述正极膜层中还含有形貌为多晶颗粒的所述正极活性材料,多晶颗粒的所述正极活性材料的体积平均粒径dv50为5μm~15μm。如此,通过单晶颗粒的正极活性材料与多晶颗粒的正极活性材料相配合,可以提升正极膜层的压实密度,从而进一步提高电池的能量密度。

12、在任意的实施方式中,基于所述正极活性材料的总质量,多晶颗粒的所述正极活性材料的质量分数≤80%。如此,可使二次电池同时具有较高的能量密度和较好的循环性能。

13、在任意的实施方式中,所述正极膜层的面密度σ2>13mg/cm2。如此,正极膜层较高的面密度,可使正极极片具有较大的压实密度,可提高电池的能量密度。

14、在任意的实施方式中,所述负极活性材料还包括硅基材料;基于所述负极活性材料的总质量,所述硅基材料的质量分数为1%~15%。如此,可以在提高电池能量密度的同时,避免负极膨胀过大而影响循环性能。使电池兼具较好的循环性能和更高的能量密度。

15、在任意的实施方式中,所述硅基材料包括硅氧材料,所述硅氧材料的通式为sioy,其中0.5<y<1.5。如此,硅氧材料的体积膨胀较小,有利于提高电池的循环性能。

16、在任意的实施方式中,所述硅基材料包括预锂化硅氧颗粒,所述预锂化硅氧颗粒中包括单晶硅,所述单晶硅的直径为0.5nm~50nm;基于所述预锂化硅氧颗粒的体积,所述预锂化硅氧颗粒中所述单晶硅的体积占比为20%~40%。如此,能够提高负极的首次库伦效率,减少电池充放电前期的锂损失,提高电池容量。

17、在任意的实施方式中,所述二次电池还包括电解液,所述电解液的质量与所述二次电池的容量的比值为1.5g/ah~1.9g/ah。如此,二次电池采用较低的电解液量,可以进一步提高二次电池的能量密度。

18、在任意的实施方式中,所述二次电池为叠片电池。如此,二次电池更不容易出现极片断裂的情况,相比于卷绕结构的二次电池能够在更大的膨胀力条件下正常工作,电池的循环性能更好。

19、本申请的第二方面提供了一种用电装置,所述用电装置包括本申请第一方面的二次电池。

20、本申请的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本申请的其他特征、目的和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得明显。



技术特征:

1.一种二次电池,其特征在于,包括负极极片和正极极片;

2.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,0.9≤a≤0.95。

3.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,基于所述正极活性材料的总质量,所述单晶颗粒的质量分数≥80%。

4.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,基于所述正极活性材料的总质量,所述单晶颗粒的质量分数为100%。

5.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,所述单晶颗粒的体积平均粒径dv50为1μm~5μm。

6.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,所述正极活性材料还包括形貌为多晶颗粒的正极活性材料,所述多晶颗粒的体积平均粒径dv50为5μm~15μm。

7.根据权利要求6所述的二次电池,其特征在于,基于所述正极活性材料的总质量,所述多晶颗粒的质量分数≤80%。

8.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,所述正极膜层的面密度σ2>13mg/cm2。

9.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,所述负极活性材料还包括硅基材料;基于所述负极活性材料的总质量,所述硅基材料的质量分数为1%~15%。

10.根据权利要求9所述的二次电池,其特征在于,所述硅基材料包括硅氧材料,所述硅氧材料的通式为sioy,其中0.5<y<1.5。

11.根据权利要求9所述的二次电池,其特征在于,所述硅基材料包括预锂化硅氧颗粒,所述预锂化硅氧颗粒中包括单晶硅。

12.根据权利要求11所述的二次电池,其特征在于,所述二次电池满足以下(1)~(2)中的至少一项:

13.根据权利要求1~12中任一项所述的二次电池,其特征在于,所述二次电池还包括电解液,所述电解液的质量与所述二次电池的容量的比值为1.5g/ah~1.9g/ah。

14.根据权利要求1~12中任一项所述的二次电池,其特征在于,所述二次电池为叠片电池。

15.一种用电装置,其特征在于,包括权利要求1~14中任一项所述的二次电池。


技术总结
本申请提供一种二次电池和用电装置,二次电池包括负极极片和正极极片;负极极片包括负极膜层,负极膜层包括石墨化度>93%的人造石墨;正极极片包括正极膜层,正极膜层中包括形貌为单晶颗粒的正极活性材料;以正极活性材料的化学式中镍元素、钴元素和锰元素的总摩尔数为1计,正极活性材料的化学式中镍元素的摩尔数为a,a为0.6~1;负极膜层的面密度为σ1,正极膜层的面密度为σ2,且σ1/σ2为0.35~0.75。该二次电池具有较低的膨胀力、较好的循环性能和较高的能量密度。

技术研发人员:吴凯,张鑫,靳超,叶永煌,郑仕兵,吴子睿,严观福生,代志鹏,钟铭
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:2024/6/26
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