二次电池及其制备方法和用电装置制造方法及图纸

本申请提供了一种二次电池及其制备方法和用电装置。该二次电池包括正极极片和负极极片，负极极片包括负极活性材料层，负极活性材料层包含负极活性物质，负极活性物质包含硅基材料；在同一个充放电循环过程中，负极极片在二次电池在充电与放电时的体积比记为R≤1.5，正极极片在二次电池在充电与放电时的体积比Y≤0.98。该二次电池包括含硅负极极片，其具有降低的负极极片体积膨胀和电芯体积膨胀，可抑制硅膨胀对电池循环寿命的损害。制硅膨胀对电池循环寿命的损害。制硅膨胀对电池循环寿命的损害。

【技术实现步骤摘要】
二次电池及其制备方法和用电装置


[0001]本申请涉及二次电池
，特别涉及二次电池及其制备方法和用电装置。

技术介绍

[0002]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。
[0003]随着智能手机、平板电脑、智能穿戴、电动工具和电动汽车等各类电子产品的发展，对于二次电池性能的要求越来越高。硅基材料具有的低成本、高比容量等优势，因此是一种备受青睐的负极材料。然而，硅基负极存在严重的体积膨胀问题，容易导致电池循环性能的显著恶化，严重影响电池寿命。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本申请提供了一种二次电池及其制备方法和用电装置。该二次电池包括含硅负极极片，其具有降低的负极极片体积膨胀和电芯体积膨胀，可抑制硅膨胀对电池循环寿命的损害。
[0005]第一方面，本申请提供了一种二次电池，所述二次电池包括正极极片和负极极片，所述负极极片包括负极活性材料层，所述负极活性材料层包含负极活性物质，所述负极活性物质包含硅基材料；在同一个充放电循环过程中，所述负极极片在所述二次电池在充电与放电时的体积比记为R，R≤1.5，所述正极极片在所述二次电池在充电与放电时的体积比记为Y，Y≤0.98。
[0006]对二次电池进行充放电时，由于活性离子的脱嵌行为、晶粒间距变化等因素会导致极片的收缩或膨胀。二次电池充电时，负极极片处发生活性离子的嵌入而导致极片膨胀，而正极极片处则发生活性离子的脱出而导致极片收缩；二次电池放电时，负极极片处发生活性离子的脱出而导致极片回缩，而正极极片处则发生活性离子的可逆嵌入而导致极片体积再次增大。在同一个充放电循环过程中，负极极片在二次电池充电与放电时的体积比R可反映出负极极片的可逆膨胀程度，有必要将R值维持在150%以内，也即R≤1.5。如果R值太大，容易导致粘结剂无法承受膨胀收缩过程的较大应力，还容易因极片体积膨胀使负极活性物质的电接触变差，进而导致负极极片中的导电网络遭受破坏，甚至可能导致负极极片结构在电池循环过程中坍塌而导致电芯的过早失效。在前述的充放电循环过程中，正极极片在二次电池充电与放电时的体积比Y可反映出正极极片的可逆收缩程度，不超过0.98的Y值有利于使电芯在整体上抵抗含硅负极极片的膨胀。本申请提供的上述二次电池通过正极极片和含硅负极极片的收缩
‑
膨胀匹配设计，既可显著降低负极极片的体积膨胀，特别是负极极片的可逆膨胀，可改善负极极片的稳定性，有利于促进负极极片中活性物质之间的物理粘接、电子传输、电解液浸润等功能的发挥，还可降低含硅电芯的膨胀，从而抑制硅膨胀对电池循环性能及电池循环寿命的恶化。
[0007]在一些实施方式中，所述硅基材料在所述负极活性物质中的重量占比记为X，所述
二次电池满足如下特征中的一项或多项：R为1.1～1.5；Y为0.9～0.98；X≥3%；和0.8≤R/(1.05
·
X+(1
‑
X)
·
1.4) ≤1.2。
[0008]在一些实施方式中，所述二次电池满足如下特征中的一项或多项：R为1.1～1.4；Y为0.95～0.98；X为3%～40%；和0.8≤R/(1.05
·
X+(1
‑
X)
·
1.4) ≤1.1。
[0009]在一些实施方式中，所述二次电池满足如下特征中的一项或多项：R为1.15～1.4；X为15%～25%；和0.85≤R/(1.05
·
X+(1
‑
X)
·
1.4) ≤1.05。
[0010]在协调控制正极极片与含硅负极极片的收缩
‑
膨胀关系的基材上，可以进一步将负极极片在二次电池充电与放电时的体积比R控制在一定范围内，从而更有利于将负极极片的膨胀控制在一定范围，从而更好地提高负极极片的稳定性，更有利于降低电芯膨胀，降低含硅负极体系中的体积膨胀对电池循环性能和电池循环寿命的不利影响。
[0011]在协调控制正极极片与含硅负极极片的收缩
‑
膨胀关系的基材上，可以进一步将正极极片在二次电池充电与放电时的体积比Y控制在一定范围内，从而更有利于整体上抑制电芯膨胀，改善电池循环性能，延长电池循环寿命。还可以通过联合调控R和Y，更精细地调控正极极片和含硅负极极片的收缩
‑
膨胀的匹配，更好地抑制硅膨胀对电池循环性能及电池循环寿命的恶化。
[0012]硅具有高于石墨约10倍的容量，因而，提高负极极片中的硅含量有利于实现更高的能量密度，然而，含硅负极在充电过程中的体积膨胀较大，容易降低负极极片的稳定性，导致较大的电芯膨胀，不利于电池循环性能的发挥，以致影响电池寿命。通过将硅基材料在负极活性物质中的重量占比X（也称为硅含量）控制在一定的含量范围内，有利于在改善能量密度的情况下更好地抑制负极极片及电芯的膨胀，从而有利于避免负极极片中的粘结剂无法承受膨胀收缩过程的较大应力，还有利于减少或避免负极极片中的导电网络因极片体积膨胀而遭受破坏，有利于避免负极极片结构在电池循环过程中坍塌，进而可以较好地减少硅膨胀对电池循环性能及电池循环寿命的恶化。
[0013]通过R/(1.05
·
X+(1
‑
X)
·
1.4)关系式协同调节负极极片的体积膨胀与硅含量，更有利于在提高能量密度的同时抑制负极极片及相应电芯的体积膨胀，使具有含硅负极的二次电池兼具高能量密度和长循环寿命。
[0014]在一些实施方式中，在所述同一个充放电循环过程中，所述负极极片和所述正极极片在充电时的总体积相对于在放电时的总体积的比值Ra为1.03～1.20。
[0015]在一些实施方式中，Ra为1.06～1.15。
[0016]在同一个充放电循环过程中，负极极片和正极极片在充电时的总体积相对于在放电时的总体积的比值Ra可反映出在充电和放电时的电芯体积差异程度。通过控制Ra在上述
的范围内，可以从整体上控制电芯的体积膨胀变化，从而可以尽量减少电芯在连续循环过程中的体积变化，更有利于电芯稳定性及电池循环寿命的延长。
[0017]在一些实施方式中，在所述同一个充放电循环过程中，所述负极极片与所述正极极片在所述二次电池充电或放电时的体积比R
N/P
为0.7～1.6。
[0018]在同一个充放电循环过程中，负极极片与正极极片在二次电池充电或放电时的体积比R
N/P
，也可以反映在充电和放电时的电芯体积差异程度。通过控制R
N/P
在上述的范围内，可以从整体上控制电芯的体积膨胀变化，从而可以尽量减少电芯在连续循环过程中的体积变化，更有利于电芯稳定性及电池循环寿命的延长。
[0019]在一些实施方式中，在所述同一个充放电循环过程中，所述二次电池满足如下特征中的一项或多项：所述负极极片与所述正极极片在所述二次电池充电时的体积比R1
N/P
为1.0～1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括正极极片和负极极片，所述负极极片包括负极活性材料层，所述负极活性材料层包含负极活性物质，所述负极活性物质包含硅基材料；在同一个充放电循环过程中，所述负极极片在所述二次电池在充电与放电时的体积比记为R，R≤1.5，所述正极极片在所述二次电池在充电与放电时的体积比记为Y，Y≤0.98。2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述硅基材料在所述负极活性物质中的重量占比记为X，所述二次电池满足如下特征中的一项或多项：R为1.1～1.5；Y为0.9～0.98；X≥3%；和0.8≤R/(1.05
·
X+(1
‑
X)
·
1.4) ≤1.2。3.根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池满足如下特征中的一项或多项：R为1.1～1.4；Y为0.95～0.98；X为3%～40%；和0.8≤R/(1.05
·
X+(1
‑
X)
·
1.4) ≤1.1。4.根据权利要求3所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池满足如下特征中的一项或多项：R为1.15～1.4；X为15%～25%；和0.85≤R/(1.05
·
X+(1
‑
X)
·
1.4) ≤1.05。5.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，在所述同一个充放电循环过程中，所述负极极片和所述正极极片在充电时的总体积相对于在放电时的总体积的比值Ra为1.03～1.20。6.根据权利要求5所述的二次电池，其特征在于，Ra为1.06～1.15。7.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，在所述同一个充放电循环过程中，所述负极极片与所述正极极片在所述二次电池充电或放电时的体积比R
N/P
为0.7～1.6。8.根据权利要求7所述的二次电池，其特征在于，在所述同一个充放电循环过程中，所述二次电池满足如下特征中的一项或多项：所述负极极片与所述正极极片在所述二次电池充电时的体积比R1
N/P
为1.0～1.6；所述负极极片与所述正极极片在所述二次电池放电时的体积比R2
N/P
为0.7～1.4；所述负极极片在所述二次电池充电时的厚度为120μm～190μm；所述负极极片在所述二次电池放电时的厚度为80μm～180μm；所述正极极片在所述二次电池充电时的厚度为100μm～130μm；所述正极极片在所述二次电池放电时的厚度为110μm～135μm；所述负极极片与所述正极极片在所述二次电池充电时的总厚度为230μm～310μm；所述负极极片与所述正极极片在所述二次电池放电时的总厚度为190μm～300μm。9.根据权利要求8所述的二次电池，其特征在于，在所述同一个充放电循环过程中，所
述二次电池满足如下特征中的一项或多项：R1
N/P
为1.0～1.55；R2
N/P
为0.8～1.35；所述负极极片在所述二次电池充电时的厚度为130μm～190μm；所述负极极片在所述二次电池放电时的厚度为100μm～180μm；所述正极极片在所述二次电池充电时的厚度为120μm～130μm；所述正极极片在所述二次电池放电时的厚度为120μm～135μm；所述负极极片与所述正极极片在所述二次电池充电时的总厚度为250μm～310μm；所述负极极片与所述正极极片在所述二次电池放电时的总厚度为230μm～300μm。10.根据权利要求9所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池满足如下特征中的一项或多项：R1
N/P
为1.0～1.35；R2
N/P
为0.8～1.0。11.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，在所述同一个充放电循环过程中，充放电循环温度为25～30℃；充放电倍率为0.33～0.5C。12.根据权利要求1～11中任一项所述的二次电池，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，金海族，陈宁，史东洋，刘智，邓亚茜，程志鹏，李白清，
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：