二次电池制造技术

本发明专利技术提供了一种二次电池，所述二次电池包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，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且包括负极活性物质的负极膜片。所述二次电池同时满足：3.9≤G×3.5+2.8/CB≤6.2以及1.23≤0.55/VOI+CB×1.2≤2.80。本发明专利技术的电池具有能量密度高、动力学性能优异的特点，且本发明专利技术的电池在大倍率快速充电下还能兼具循环寿命长的特点。

【技术实现步骤摘要】
二次电池
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种二次电池。
技术介绍
以锂离子电池为代表的可充电电池具有重量轻、能量密度高、无污染、无记忆效应、使用寿命长等突出特点，目前被广泛应用于新能源汽车。然而，充电时间较长是限制新能源汽车快速普及的重要因素之一。从技术原理来说，电池快充技术的核心是通过化学体系调和及设计优化来提升锂离子在正负极间的移动速度。如果负极无法承受大电流充电，在快充时负极会有锂金属析出，同时在负极表面还会产生大量副产物，影响电池的循环寿命和安全性。因此，快充技术的关键在于负极活性物质以及负极极片的设计。目前行业内研发的快充型电池使用的负极活性物质主要以钛酸锂和无定形碳为主，其虽然倍率性能较好，但选用这两种负极活性物质制成电池后的能量密度较低，无法满足当前的使用需求。因此如何在不牺牲能量密度的前提下获得快速充电的能力，是电池设计的关键所在。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种二次电池，其具有能量密度高、动力学性能优异的特点，且在大倍率快速充电下还能兼具循环寿命长的特点。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种二次电池，其包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，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且包括负极活性物质的负极膜片。所述负极活性物质包括石墨，且所述二次电池同时满足：3.9≤G×3.5+2.8/CB≤6.2以及1.23≤0.55/VOI+CB×1.2≤2.80；其中，G为负极活性物质的石墨化度，CB为电池的容量过量系数，VOI为负极膜片的OI值。相对于现有技术，本专利技术至少包括如下所述的有益效果：本专利技术的负极活性物质包括石墨，且通过匹配负极活性物质的石墨化度G、负极膜片的OI值与电池的容量过量系数CB之间的关系，得到了兼具能量密度高、循环寿命长以及动力学性能优异特点的电池。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的二次电池。根据本专利技术的二次电池包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，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且包括负极活性物质的负极膜片。所述负极活性物质包括石墨，且所述二次电池同时满足：3.9≤G×3.5+2.8/CB≤6.2以及1.23≤0.55/VOI+CB×1.2≤2.80；其中，G为负极活性物质的石墨化度，CB为电池的容量过量系数，即为相同面积下负极容量与正极容量之比，VOI为负极膜片的OI值。通常，在电池充电过程中，对于负极极片来说需要经过如下的3个电化学过程：(1)从正极活性物质中脱出的活性离子(例如锂离子、钠离子等)进入电解液中，并随着电解液进入负极膜片孔道内部，完成活性离子在孔道内部的液相传导，液相传导包括液相扩散与电迁移；(2)活性离子与电子在负极活性物质表面完成电荷交换；(3)活性离子从负极活性物质表面固相传导至负极活性物质晶体内部。电池的能量密度与负极活性物质的石墨化度和电池设计时的容量过量系数关系密切。通常，负极活性物质的石墨化度越高，负极活性物质的晶体结构越接近理想石墨的完整层状结构，晶体中层错和位错等缺陷越少，克容量越高，电池设计时仅需要较少量负极活性物质就能达到预期容量目标，故负极活性物质的石墨化度越高，越有利于电池能量密度的提升。为保证电池的安全性，电池设计时通常会使负极可接受活性离子空位数量大于正极可脱出活性离子数量，但电池设计的容量过量系数越大，满充电时负极可接受活性离子空位的利用率越低，电池的能量密度会下降。电池的动力学性能与负极膜片层中的活性反应位点和电池设计时的容量过量系数关系密切。通常，负极膜片层中的活性反应位点越多，充电时活性离子与电子在负极活性物质表面的电荷交换速度越快，电池的动力学性能越好，越能承受较大倍率的充电速度。负极膜片层的活性反应位点可用负极膜片的OI值VOI表征，通常负极膜片的OI值越小，负极膜片中可供活性离子脱嵌的端面越多，负极膜片层中的活性反应位点也越多。电池设计时的容量过量系数越低，满充电时负极将处于越高的SOC状态，大倍率充电时因极化引起的负极电位越低，越容易导致活性离子在负极还原析出，故电池的容量过量系数越小，电池的动力学性能越差，越不利于大倍率快速充电。在本专利技术的电池设计中，当负极活性物质的石墨化度G与电池的容量过量系数CB之间的关系满足3.9≤G×3.5+2.8/CB≤6.2，且负极膜片的OI值VOI与电池的容量过量系数CB之间的关系满足1.23≤0.55/VOI+CB×1.2≤2.80时，电池可同时兼具能量密度高、动力学性能优异以及大倍率快速充电下循环寿命长的特点。负极活性物质的石墨化度G过大或电池的容量过量系数CB过小，导致G×3.5+2.8/CB的上限值>6.2时，对电池的性能起不到很好的改善效果。这是由于，负极活性物质的石墨化度G过大，颗粒偏向于扁平形，负极膜片的孔道结构过于致密，不利于电解液浸润，活性离子在负极膜片孔道内部液相传导阻力较大，电池动力学性能较差，不利于快速充电；电池的容量过量系数CB过小，满充电时负极可接受活性离子空位不足，易导致活性离子在负极还原析出，存在较高的安全隐患。负极活性物质的石墨化度G过小或电池的容量过量系数CB过大，导致G×3.5+2.8/CB的下限值<3.9时，对电池的性能也起不到很好的改善效果。这是由于，负极活性物质的石墨化度G过小，晶体结构偏向于无定形结构，缺陷较多，进而克容量较低，不利于高能量密度电池设计；电池的容量过量系数CB过大，满充电时负极可接受活性离子空位的利用率较低，电池能量密度也会下降。优选地，负极活性物质的石墨化度G与电池的容量过量系数CB之间的关系满足4.2≤G×3.5+2.8/CB≤6.0。负极膜片的OI值VOI过小或电池的容量过量系数CB过大，导致0.55/VOI+CB×1.2的上限值>2.80时，电池的综合性能较差。这是由于，负极膜片的OI值VOI过小，负极活性物质趋向于杂乱排布，负极极片中可供活性离子脱嵌的有效端面较多，但负极极片粘接力差，易掉粉，导致循环过程中负极极片易打皱致使反应界面变差，电池容易循环跳水；电池的容量过量系数CB过大，负极活性物质含量较多，负极膜片较厚，活性离子在负极膜片孔道内部液相传导阻力较大，反而不利于快速充电，严重时会导致活性离子在负极还原析出，且满充电时负极可接受活性离子空位的利用率较低，还会造成电池能量密度下降。如果负极膜片的OI值VOI过大或电池的容量过量系数CB过小，导致0.55/VOI+CB×1.2的下限值<1.23时，电池的综合性能也较差。这是由于，负极膜片的OI值VOI过大，负极活性物质趋向于平行负极集流体排布，负极膜片中可供活性离子脱嵌的有效端面较少，负极膜片层中的活性反应位点较少，活性离子与电子在负极活性物质表面的电荷交换速度受到影响，电池的动力学性能较差，无法满足电池快速充电的设计需求；电池的容量过量系数CB过小，满充电时负极处于过高的SOC状态，大倍率充电时因极化引起的负极电位较低，易导致活性离子在负极还原析出，存在较高的安全隐患。优选地，负极膜片的OI值VOI与电池的容量过量系数CB之间的关系满足1.25≤0.55/VOI+CB×1.2≤2.32。需要说明的是，负极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，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且包括负极活性物质的负极膜片；其特征在于，所述负极活性物质包括石墨，且所述二次电池同时满足：3.9≤G×3.5+2.8/CB≤6.2以及1.23≤0.55/VOI+CB×1.2≤2.80；其中，G为负极活性物质的石墨化度，CB为电池的容量过量系数，VOI为负极膜片的OI值。

【技术特征摘要】
1.一种二次电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，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且包括负极活性物质的负极膜片；其特征在于，所述负极活性物质包括石墨，且所述二次电池同时满足：3.9≤G×3.5+2.8/CB≤6.2以及1.23≤0.55/VOI+CB×1.2≤2.80；其中，G为负极活性物质的石墨化度，CB为电池的容量过量系数，VOI为负极膜片的OI值。2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池满足：4.2≤G×3.5+2.8/CB≤6.0及1.25≤0.55/VOI+CB×1.2≤2.32。3.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述负极活性物质的石墨化度G为70％～99％，优选为75％～98％。4.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述电池的容量过量系数CB为1.01～2.2，优选为1.03～1.8。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：康蒙，彭天权，申玉良，王家政，何立兵，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35