二次电池制造技术

本发明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，所述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。所述二次电池还满足：2.90≤α≤5.10、0.08≤β≤0.55。其中，α＝8×P+1.2×A，P表示负极膜片的孔隙率，A表示电池容量过量系数；β＝D50/H，D50表示负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，H表示负极膜片的厚度，D50和H的单位均为μm。本发明专利技术通过匹配负极膜片的孔隙率、电池容量过量系数、负极活性物质颗粒大小以及负极膜片厚度之间的关系，可以使二次电池在不牺牲能量密度的同时，获得快速充电能力和长循环寿命。

【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，目前被广泛应用于手机、电脑、家用电器、电动工具等领域。其中，充电时间越来越受到终端消费者的重视，也是限制可充电电池普及的重要因素。从技术原理来说，电池快速充电技术的核心是通过化学体系调和及设计优化来提升活性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，在电池快速充电时活性离子会在负极表面直接还原析出而不是嵌入负极活性物质中，同时在电池快速充电时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。因此如何实现在不牺牲电池能量密度的前提下获得快速充电能力，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，其能使二次电池在不牺牲能量密度的同时，获得快速充电能力和长循环寿命。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，所述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。所述二次电池还满足：2.90≤α≤5.10、0.08≤β≤0.55。其中，α＝8×P+1.2×A，P表示负极膜片的孔隙率，A表示电池容量过量系数；β＝D50/H，D50表示负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，H表示负极膜片的厚度，D50和H的单位均为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：本专利技术通过匹配负极膜片的孔隙率、电池容量过量系数、负极活性物质颗粒大小以及负极膜片厚度之间的关系，可以使二次电池在不牺牲能量密度的同时，获得快速充电能力和长循环寿命。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，所述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。所述二次电池还满足：2.90≤α≤5.10、0.08≤β≤0.55。其中，α＝8×P+1.2×A，P表示负极膜片的孔隙率，A表示电池容量过量系数；β＝D50/H，D50表示负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，H表示负极膜片的厚度，D50和H的单位均为μm。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多孔电极的孔道中，进行活性离子在孔道内部的液相传导；(2)活性离子与电子在负极活性物质表面进行电荷交换；(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体相内部。其中，电池快速充电能力以及循环性能均与负极膜片的孔隙率P相关，负极膜片的孔隙率P会影响活性离子在负极多孔电极孔道内部的液相传导能力。通常，负极膜片的孔隙率P越大，负极多孔电极孔道结构越发达，负极极片的电解液浸润性越好，活性离子在负极多孔电极孔道内部液相传导速度越高，在电池快速充电时，活性离子更容易嵌入负极活性物质中，同时还可以避免活性离子直接在负极表面还原析出而长出枝晶，由此电池反复充放电过程中不可逆容量损失较小，电池的循环寿命可更长。但是随着负极膜片的孔隙率P增加，电池的能量密度损失会越来越严重。电池快速充电能力还与电池容量过量系数A相关，A表示相同面积的正负膜片正对时，负极膜片的电容量与正极膜片的电容量之比，即电池容量过量系数A＝负极膜片的电容量/正极膜片的电容量。通常，正极脱出的活性离子一部分会在负极表面形成SEI膜，剩余的活性离子将嵌入负极活性物质中，不同的电池容量过量系数会使电池满充时负极极片处于不同的SOC态。一般而言，电池容量过量系数A越大，电池满充时，负极极片的SOC态越低，负极极片的体积膨胀和副反应越少，越有助于提升电池快速充电能力以及循环寿命。但同时，电池容量过量系数A越大，意味着负极膜片的电容量越大或是正极膜片的电容量越小，即负极可能存在过多的活性物质不能得到有效利用或者正极的能量密度较低，因此会造成电池的能量密度损失增加。电池快速充电能力还与负极极片的电解液浸润速度息息相关。对于负极极片来说，电解液浸润过程是由负极极片外部慢慢向内部进行液相传导的过程，因此除了负极膜片的孔隙率外，负极多孔电极孔道结构的排布和具体形貌也会影响电池快速充电能力、循环寿命以及能量密度。专利技术人通过大量研究还发现，负极活性物质颗粒大小与负极膜片厚度的比值可以反映负极多孔电极孔道结构的曲折度。其中，负极多孔电极孔道结构的曲折度越小，电解液和活性离子从负极极片外部向内部进行液相传导的路径越短，负极极片的电解液浸润速度越快，在电池快速充电过程中负极活性物质表面的极化越小，负极极片的动力学性能越好，电池快速充电能力的提升也越明显。但是负极多孔电极孔道结构的曲折度小到一定程度，活性离子在负极活性物质体相内部固相传导阻力增加，电池快速充电能力将下降，同时这种过低的曲折度设计也会导致电池能量密度出现明显降低。专利技术人进一步研究发现，当满足2.90≤α＝8×P+1.2×A≤5.10、0.08≤β＝D50/H≤0.55时，负极极片的电解液浸润性以及电解液浸润速度均较优，活性离子在负极活性物质体相内部固相传导速率与活性离子在负极多孔电极内部液相传导速率均较优，二次电池可在不牺牲能量密度的同时，获得快速充电能力以及长循环寿命。其中，β可以表示负极多孔电极孔道结构特征，β值越大，表示负极多孔电极孔道结构的曲折度越小。当α(即8×P+1.2×A)大于5.10时，负极膜片的孔隙率相对较大、电池容量过量系数相对较大，此时负极极片的电解液浸润性很好，活性离子在负极多孔电极孔道内部液相传导速度也很快，负极极片可具有良好的动力学性能，电池快速充电能力也很好，但是电池难以兼具高能量密度优势，不能满足当前对电池长续航时间的使用需求。当α(即8×P+1.2×A)小于2.90时，负极膜片的孔隙率相对较小、电池容量过量系数相对较小，此时负极极片的电解液浸润性较差，活性离子在负极多孔电极孔道内部液相传导阻力增加，且电池快速充电过程中负极将处于较高的SOC态，负极极片的体积膨胀和副反应均增加，不能满足当前对电池快速充电能力以及循环寿命的使用需求。在本专利技术的一些实施方式中，α(即8×P+1.2×A)的下限值可以为2.90、3.00、3.10、3.20、3.30、3.40、3.50、3.60、3.70、3.80、3.90、4.00，α的上限值可以为3.80、3.90、4.00、4.10、4.20、4.30、4.40、4.50、4.60、4.70、4.80、4.90、5.00、5.10。优选地，3.70≤α＝8×P+1.2×A≤4.70。在本专利技术的一些实施方式中，β(即D50/H)的下限值可以为0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18，β的上限值可以为0.16、0.18、0.20、0.22、0.24、0.26、0.28、0.30、0.32、0.34、0.36、0.38、0.40、0.42、0.44、0.46、0.48、0.50、0.52、0.55。优选地，0.12≤β＝D50/H≤0.48。在本本文档来自技高网...

【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，所述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，所述二次电池满足：2.90≤α≤5.10、0.08≤β≤0.55；其中，α＝8×P+1.2×A，P表示负极膜片的孔隙率，A表示电池容量过量系数；β＝D50/H，D50表示负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，H表示负极膜片的厚度，D50和H的单位均为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，所述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，所述二次电池满足：2.90≤α≤5.10、0.08≤β≤0.55；其中，α＝8×P+1.2×A，P表示负极膜片的孔隙率，A表示电池容量过量系数；β＝D50/H，D50表示负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，H表示负极膜片的厚度，D50和H的单位均为μm。2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，3.70≤α≤4.70。3.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，0.12≤β≤0.48。4.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述负极膜片的孔隙率P为20％～55％，优选为25％～40％。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：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