本发明专利技术公开了一种二次电池、其制备方法及用电装置，涉及电池技术领域。通过限定磷酸铁锂电池的体积能量密度、磷酸铁锂材料的D90粒度、正极极片的面密度以及正极集流体、负极集流体和隔离膜的厚度满足电芯设计的特定关系，能显著地提高磷酸铁锂电池的体积能量密度，并使电池同时兼顾较好的循环寿命。使电池同时兼顾较好的循环寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种二次电池、其制备方法及用电装置
[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种二次电池、其制备方法及用电装置。
技术介绍
[0002]以磷酸铁锂为正极材料的锂电池，具有较低的成本、良好的安全可靠性、超长的循环寿命、无贵重金属离子且绿色环保等优点，目前已经得到广泛的应用。但是，在能量密度方面，磷酸铁锂正极材料因为材料本身的理论容量较低（约170mAh/g），对应的工作电压也较低（约3.4V），其材料真密度也仅有3.6g/cm3，以上三点短板导致其电池的体积能量密度相对不高，通常在420Wh/L以下。
[0003]由于磷酸铁锂电池正极活性物质的材料克容量相对固定，需要提升其能量密度，一般可以提升负极材料的容量，比如在传统正极为磷酸铁锂，负极为石墨的锂电池内，在负极添加部分高容量的硅负极或者硅氧负极。但是由于硅负极或者硅氧负极材料本身的首次效率较石墨低，且材料成本较人造石墨也偏高，所以带来综合电池的成本会有一定的升高。此外，Si负极的引入也会大大降低电池本身的循环寿命，使得磷酸铁锂电池失去较好的成本优势和循环寿命的特点。因此，通过在负极内添加高能量密度的活性材料硅或者硅氧负极并不是一个完全正向作用的技术方案。
[0004]目前，在能量密度需求较高的领域，如动力电池领域，以磷酸铁锂为正极的锂电池仍然存在一定的应用瓶颈。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种二次电池、其制备方法及用电装置，旨在使二次电池具备高能量密度的同时兼顾较好的循环寿命。
[0007]本专利技术是这样实现的：第一方面，本专利技术提供包括正极极片、负极极片和隔离膜；正极极片包括正极集流体和涂覆于正极集流体至少一侧表面的正极活性涂层；正极活性涂层包括磷酸铁锂；负极极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体至少一侧表面的负极活性涂层；负极活性涂层包括石墨；二次电池的性能参数Z=，且9≤Z≤13；其中，V
E.D.
表示二次电池的体积能量密度，单位为Wh/L；D
90
表示磷酸铁锂累计粒度分布数达到90%时所对应的粒径，单位为μm；C.W.表示位于正极集流体一侧表面的正极活性涂层的面密度，单位为mg/cm2；T1表示正极集流体的厚度，单位为μm；
T2表示负极集流体的厚度，单位为μm；T3表示隔离膜的厚度，单位为μm。
[0008]在可选的实施方式中，性能参数Z满足：10≤Z≤12；优选地，10.5≤Z≤11.5；更优选地，10.76≤Z≤11.39。
[0009]在可选的实施方式中，C.W.的取值范围为22mg/cm2≤C.W.≤60mg/cm2；优选地，正极活性涂层进一步包括导电剂、粘结剂和分散剂；磷酸铁锂在正极活性涂层中的质量占比为92%
‑
99%。
[0010]在可选的实施方式中，正极集流体的厚度T1的取值范围为6μm
‑
20μm；优选地，正极集流体为铝箔，铝箔的厚度为6μm
‑
15μm；优选地，正极集流体包括第一基材和碳层，第一基材为铝箔，碳层位于第一基材的表面，碳层的厚度为0.2μm
‑
3μm。
[0011]在可选的实施方式中，负极集流体的厚度T2的取值范围为4μm
‑
12μm；优选地，负极集流体为铜箔或复合铜箔；优选地，负极集流体的厚度为4μm
‑
10μm。
[0012]在可选的实施方式中，V
E.D.
的取值范围为420Wh/L
‑
550Wh/L。
[0013]在可选的实施方式中，D
90
的取值范围为5μm
‑
10μm。
[0014]在可选的实施方式中，隔离膜的厚度T3的取值范围为5μm
‑
26μm；优选地，隔离膜包括第二基材和改性涂层，改性涂层附着于第二基材的表面；其中，第二基材选自聚丙烯（polypropylene，PP）和聚乙烯（polyethylene，PE）中的至少一种，改性涂层包括陶瓷材料；更优选地，第二基材的厚度为5μm
‑
20μm，改性涂层厚度为1μm
‑
6μm。
[0015]第二方面，本专利技术提供一种二次电池的制备方法，包括：根据前述实施方式中任一项二次电池的参数条件进行制备，并使二次电池的性能参数Z满足取值要求。
[0016]第三方面，本专利技术提供一种用电装置，包括前述实施方式中任一项二次电池。
[0017]本专利技术具有以下有益效果：通过限定磷酸铁锂电池的体积能量密度、磷酸铁锂的D90粒度、正极活性涂层的面密度以及正极集流体、负极集流体和隔离膜的厚度满足特定关系，能显著地提高电池的体积能量密度，并使电池同时兼顾较高的能量密度以及较好的循环性能。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0019]本专利技术实施例提供一种二次电池，包括正极极片、负极极片和隔离膜，利用隔离膜防止正负电极相接触导致内部短路。专利技术人通过限定正极极片、负极极片和隔离膜的相关参数满足特定关系式，使二次电池具备高能量密度的同时兼顾较好的循环寿命。
[0020]具体地，正极极片包括正极集流体和涂覆于正极集流体至少一侧表面的正极活性
涂层；正极活性涂层包括磷酸铁锂；负极极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体至少一侧表面的负极活性涂层；负极活性涂层包括石墨。本专利技术实施例所提供的特定关系式是针对正极活性材料为磷酸铁锂，负极活性材料为石墨材料的情况。
[0021]二次电池的性能参数Z=；式中，V
E.D.
表示二次电池的体积能量密度，单位为Wh/L；D
90
表示磷酸铁锂累计粒度分布数达到90%时所对应的粒径，单位为μm；C.W.表示位于所述正极集流体一侧表面的所述正极活性涂层的面密度，单位为mg/cm2；T1表示正极集流体的厚度，单位为μm；T2表示负极集流体的厚度，单位为μm；T3表示隔离膜的厚度，单位为μm。
[0022]二次电池的性能参数Z满足：9≤Z≤13，具体可以为9、10、11、12、13等，也可以为以上相邻取值之间的任意值。Z的取值在上述范围内为宜，能够使二次电池具备高能量密度的同时兼顾较好的循环寿命。
[0023]在一些实施例中，性能参数Z满足：10≤Z≤12；优选地，10.5≤Z≤11.5；更优选地，10.76≤Z≤11.39。通过对Z的取值进一步优选，能够进一步改善二次电池的综合性能。
[0024]下面针对二次电池的性能参数Z的关系式中的各参数进行逐个说明：
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二次电池的体积能量密度V
E.D
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二次电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片和隔离膜；所述正极极片包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体至少一侧表面的正极活性涂层；所述正极活性涂层包括磷酸铁锂；所述负极极片包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体至少一侧表面的负极活性涂层；所述负极活性涂层包括石墨；所述二次电池的性能参数Z=，且9≤Z≤13；其中，V
E.D.
表示二次电池的体积能量密度，单位为Wh/L；D
90
表示磷酸铁锂累计粒度分布数达到90%时所对应的粒径，单位为μm；C.W.表示位于所述正极集流体一侧表面的所述正极活性涂层的面密度，单位为mg/cm2；T1表示正极集流体的厚度，单位为μm；T2表示负极集流体的厚度，单位为μm；T3表示隔离膜的厚度，单位为μm。2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，性能参数Z满足：10≤Z≤12。3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，C.W.的取值范围为22mg/cm2≤C.W.≤60mg/cm2；所述正极活性涂层进一步包括导电剂、粘结剂和分散剂；所述磷酸铁锂在所述正极活性涂层中的质量占比为92%
‑
99%。4.根据权利要求3所述的二次电池，其特征在于，正极集流体的厚度T1的取值范围为6μm
‑
20μm；所述正极集流体为铝箔，铝箔的厚度为6μm
‑
15μm；或，所述正极集流体包括第一基材和碳...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹恋，黄海宁，
申请(专利权)人：兰钧新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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