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，正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料的正极膜片，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材料的负极膜片，所述负极活性材料包括石墨，且所述正极活性材料的平均粒径D50与所述负极膜片的厚度Hn之间的关系满足：6≤0.06Hn×(4‑1/D50)≤31。本发明专利技术的电池兼具动力学性能优异以及循环寿命长的特点。

【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
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，因而被广泛应用于新能源汽车。可充电电池是通过锂离子等活性离子在正负极活性材料之间嵌入和脱出完成充电和放电过程，其中正负极活性材料和正负极极片的设计将直接影响电池的性能。具体而言，正负极活性材料和正负极极片设计合理与否将影响电池的快充速度、能量密度、循环和存储等性能。目前极片设计领域普遍存在的问题是仅关注极片(例如正极极片或负极极片)的某一个参数，如单位面积涂布重量、压实密度等，但通常某个参数的改进对电池性能的提升并不明显。
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，该电池兼具动力学性能优异以及循环寿命长的特点。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，正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料的正极膜片，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材料的负极膜片，所述负极活性材料包括石墨，且所述正极活性材料的平均粒径D50与所述负极膜片的厚度Hn之间的关系满足：6≤0.06Hn×(4-1/D50)≤31。其中，正极活性材料的平均粒径D50的单位为μm，负极膜片的厚度Hn的单位为μm。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：本专利技术通过合理匹配正负极活性材料与正负极极片参数之间的关系，使活性离子从正极活性材料脱出的速度与活性离子嵌入负极活性材料的速度匹配，从而得到兼具动力学性能优异以及循环寿命长特点的电池。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的二次电池。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，正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料的正极膜片，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材料的负极膜片，所述负极活性材料包括石墨，且所述正极活性材料的平均粒径D50与所述负极膜片的厚度Hn之间的关系满足：6≤0.06Hn×(4-1/D50)≤31。其中，正极活性材料的平均粒径D50的单位为μm，负极膜片的厚度Hn的单位为μm。电池的充放电过程实际是活性离子(例如锂离子、钠离子等)在正负极活性材料之间来回穿梭的过程，正负极极片各自的性能发挥以及二者之间的合理匹配是电池设计的重要环节。正极活性材料的平均粒径与活性离子的脱出速度以及正极极片动力学性能相关，通常正极活性材料的平均粒径越小，活性离子的脱出速度越快，正极极片动力学性能越好。负极膜片的厚度与活性离子的嵌入速度以及负极极化大小相关，因此负极膜片的厚度大小会影响负极极片的动力学性能以及循环性能。电池充电过程中，活性离子从正极活性材料脱出并嵌入到负极活性材料中，该过程中活性离子从正极活性材料脱出的速度以及活性离子嵌入负极活性材料的速度之间的匹配十分重要。若活性离子从正极活性材料快速脱出但负极活性材料欠缺快速嵌入的能力，电池的动力学性能以及循环性能都将很差。在本专利技术的电池设计中，将正极活性材料的平均粒径D50与负极膜片的厚度Hn综合考虑，当二者之间的关系满足6≤0.06Hn×(4-1/D50)≤31时，电池可兼具动力学性能优异以及循环寿命长的特点。正极活性材料的平均粒径D50偏小或负极膜片的厚度Hn偏小，导致0.06Hn×(4-1/D50)的下限值小于6时，电池加工以及制备工艺困难且电池能量密度很低。正极活性材料的平均粒径D50偏大或负极膜片的厚度Hn偏大，导致0.06Hn×(4-1/D50)的上限值大于31时，较厚的负极膜片影响了活性离子的嵌入，导致活性离子易在负极发生还原反应而析出，影响电池的动力学性能以及循环性能。优选地，正极活性材料的平均粒径D50与负极膜片的厚度Hn之间的关系满足：8≤0.06Hn×(4-1/D50)≤20。此外，负极膜片内部孔道结构的形貌也会影响负极极片的动力学性能，其中负极膜片内部孔道结构越发达，负极多孔电极保有电解液的能力就越强，即负极膜片孔道中电解液越充足。随着电池充放电过程进行，负极活性材料反复膨胀和收缩，该过程伴随电解液在负极多孔电极中不断回流和被挤出，负极膜片孔道中电解液越充足，回流和挤出使越容易，电池充放电过程中极化越小，越有利于电池充电速度的提升。负极膜片内部孔道结构的形貌特征可通过负极膜片的压实密度来表征，负极膜片的压实密度越高，负极膜片内部孔道结构越致密，越不利于电解液浸润，活性离子在负极膜片孔道内部的液相传导阻力越大，负极极片的动力学性能越差。负极膜片的取向性也会影响负极极片的动力学性能，通常活性离子穿过负极膜片表面的SEI膜进入负极膜片内部时会受到内部活性离子嵌入通道取向性的影响，其中负极膜片的各向同性越强，其内部的活性离子嵌入通道越多，活性离子的嵌入更加容易，负极极片以及电池的动力学性能越好。负极膜片整体活性离子嵌入通道的取向性可通过负极膜片的OI值来表征，通常负极膜片的OI值越大，负极膜片中的活性材料颗粒越趋向于平行集流体排布，从而导致负极膜片中活性离子嵌入通道越少，负极极片以及电池的动力学性能越差。在本专利技术的电池设计中，将负极膜片的压实密度PD和负极膜片的OI值VOI综合考虑，当二者之间的关系满足0.2≤(PD+0.13×VOI)/9.2≤1.3时，电池的动力学性能以及循环性能得到进一步改善，可承受更大的充电速度。其中，负极膜片的压实密度PD的单位为g/cm3。负极膜片的压实密度PD偏大或负极膜片的OI值VOI偏大，导致(PD+0.13×VOI)/9.2的上限值大于1.3时，负极膜片中活性离子嵌入通道较少，负极膜片中的活性材料颗粒趋向于平行集流体排布，从而导致电池的动力学性能较差，且负极膜片偏大的压实密度使得负极膜片内部孔道结构比较致密，不利于电解液浸润，活性离子在负极膜片孔道内部的液相传导阻力变大，进而影响电池整体动力学性能以及循环性能的提升。负极膜片的压实密度PD偏小或负极膜片的OI值VOI偏小，导致(PD+0.13×VOI)/9.2的下限值小于0.2时，负极膜片中的活性材料颗粒倾向于混乱排布，负极膜片中活性离子嵌入通道较多，负极膜片内部孔道结构非常发达，负极极片的动力学性能较好，但此时负极极片的电子电导会受影响，活性离子与电子的电荷交换速度较慢，负极极片还存在掉粉及打皱等风险，进而也会影响电池整体动力学性能以及循环性能的提升。优选地，负极膜片的压实密度PD和负极膜片的OI值VOI二者之间的关系满足：0.3≤(PD+0.13×VOI)/9.2≤0.8。在本专利技术的二次电池中，正极活性材料的平均粒径D50优选为0.5μm～15μm，进一步优选为3μm～9μm。在本专利技术的二次电池中，负极膜片设置在负极集流体的一个或两个表面上。负极膜片的厚度Hn优选为25μm～150μm，进一步优选为35μm～125μm。这里负极膜片的厚度Hn是指位于负极集流体一个表面上的负极膜片的厚度。在本专利技术的二次电池中，负极膜片的压实密度PD优选为0.8g/cm3～2.0g/cm3，进一步优选为1.0g/cm3～1.6g/cm3。在本专利技术的二次电池中，负极膜片的OI值VO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，正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料的正极膜片，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材料的负极膜片；其特征在于，所述负极活性材料包括石墨，且所述正极活性材料的平均粒径D50与所述负极膜片的厚度Hn之间的关系满足：6≤0.06Hn×(4‑1/D50)≤31；其中，正极活性材料的平均粒径D50的单位为μm；负极膜片的厚度Hn的单位为μm。

【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，正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料的正极膜片，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材料的负极膜片；其特征在于，所述负极活性材料包括石墨，且所述正极活性材料的平均粒径D50与所述负极膜片的厚度Hn之间的关系满足：6≤0.06Hn×(4-1/D50)≤31；其中，正极活性材料的平均粒径D50的单位为μm；负极膜片的厚度Hn的单位为μm。2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，8≤0.06Hn×(4-1/D50)≤20。3.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料的平均粒径D50为0.5μm～15μm，优选为3μm～9μm。4.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述负极膜片的厚度Hn为25μm～150μm，优选为35μm～125μm。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭天权，申玉良，康蒙，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