二次电池及用电装置制造方法及图纸

一种二次电池，包括包括负极极片，其中，所述负极极片包括负极集流体及负极膜层，所述负极膜层具有靠近所述负极集流体的第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面，所述负极膜层的厚度记为H，从所述负极膜层的第一表面至0.3H的厚度范围内的区域记为所述负极膜层的第一区域，从所述负极膜层的第二表面至0.3H的厚度范围内的区域记为所述负极膜层的第二区域，所述第一区域包括第一活性材料，所述第二区域包括第二活性材料，所述第一活性材料包括硅氧基材料，所述第二活性材料包括硅碳复合材料。复合材料。复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次电池及用电装置


[0001]本申请涉及电池
，尤其涉及一二次电池及用电装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着二次电池的应用范围越来越广泛，二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。
[0003]硅基材料被认为是一种具有前景的负极活性材料，但由于其在使用过程中存在体积膨胀的问题，会影响电池的循环性能。

技术实现思路

[0004]鉴于上述课题，本申请提供一种新型负极极片、二次电池及用电装置，下面分别描述。
[0005]在第一方面，本申请提供一种二次电池，包括负极极片，其中，所述负极极片包括负极集流体及负极膜层，所述负极膜层具有靠近所述负极集流体的第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面，所述负极膜层的厚度记为H，从所述负极膜层的第一表面至0.3H的厚度范围内的区域记为所述负极膜层的第一区域，从所述负极膜层的第二表面至0.3H的厚度范围内的区域记为所述负极膜层的第二区域，
[0006]所述第一区域包括第一活性材料，所述第二区域包括第二活性材料；
[0007]所述第一活性材料包括硅氧基材料，所述第二活性材料包括硅碳复合材料。
[0008]与硅碳复合材料相比，硅氧基材料具有较高的能量密度。与硅氧基材料相比，硅碳复合材料具有较好的结构稳定性、较好的电解液界面性能，以及较好的循环性能。当负极膜层的第一区域含有硅氧基材料，第二区域含有硅碳复合材料时，能够充分发挥两种材料各自的优势，同时互补二者各自的不足，使得二次电池循环性能和快充性能可以得到更大提升。不受理论限制，位于第一区域的硅氧基材料有利于提高极片的压密密度，位于第二区域的硅碳复合材料可以跟电解液充分接触，在长循环过程中保持良好的结构稳定性，改善电池的循环性能。
[0009]在一些实施方案中，所述硅氧基材料在所述第一活性材料中的质量占比记为A1，所述硅碳复合材料在所述第二活性材料中的质量占比记为A2，则A2/A1≤2，可选地，0.2≤A2/A1≤0.8。在上述范围内，硅氧基材料和硅碳复合材料表现出进一步增强的协同效果。基于此方案，二次电池表现出进一步提高的循环性能和/或快充性能。
[0010]在一些实施方案中，所述硅氧基材料在所述第一活性材料中的质量占比小于等于30wt％，可选为10wt％
‑
25wt％；和/或，所述硅碳复合材料在所述第二活性材料中的质量占比小于等于25wt％，可选为5wt％
‑
20wt％。在上述范围内，硅氧基材料和硅碳复合材料表现出进一步增强的协同效果。在上述范围内，硅氧基材料和硅碳复合材料表现出进一步增强的协同效果。基于此方案，二次电池表现出进一步提高的循环性能和/或快充性能。
[0011]在一些实施方案中，所述硅碳复合材料的体积平均粒径Dv50大于所述硅氧基材料的体积平均粒径Dv50。通过使硅碳复合材料的体积平均粒径Dv50大于所述硅氧基材料的体积平均粒径Dv50，可以使负极膜层的第二区域和第一区域具有良好的压实密度差，由此负极膜层在厚度方向上的孔隙率与离子浓度分布的匹配性更好，有利于提升负极膜层对电解液的浸润和保持特性，有利于离子传输，进而能够使二次电池具有更好的循环性能和/或快充性能。
[0012]在一些实施方案中，所述硅碳复合材料在3
×
104N压力下测试的粉体压实密度小于所述硅氧基材料在3
×
104N压力下测试的粉体压实密度。通过使硅碳复合材料的压实密度大于硅氧基材料的压实密度，可以使可以使负极膜层的第二区域和第一区域具有良好的孔隙结构，由此可与离子在负极膜层厚度方向上浓度分布更好地匹配，提升负极膜层对电解液的浸润和保持特性，更有利于离子传输，进而能够使二次电池具有更好的循环性能和/或快充性能。
[0013]在一些实施方案中，所述硅碳复合材料的振实密度小于所述硅氧基材料的振实密度。通过使硅碳复合材料的振实密度小于所述硅氧基材料的振实密度，可以优化负极膜层厚度方向上的孔隙结构，提升负极膜层对电解液的浸润和保持特性，更有利于离子传输，进而能够使二次电池具有更好的循环性能和/或快充性能。
[0014]在一些实施方案中，所述硅碳复合材料的比表面积大于所述硅氧基材料的比表面积。通过使硅碳复合材料的比表面积大于所述硅氧基材料的比表面积，有利于离子快速迁移到负极极片的第一区域，同时减少副反应，由此能够使二次电池具有更好的循环性能和/或快充性能。
[0015]在一些实施方案中，所述硅碳复合材料在16MPa压强下测试的粉体电阻率大于所述硅氧基材料在16MPa压强下测试的粉体电阻率。通过使硅碳复合材料的粉体电阻率大于硅氧基材料，有利于提升负极膜层的电子电导性，从而有利于进一步提升二次电池的快充性能。
[0016]在一些实施方案中，所述硅碳复合材料包括碳基体和设置在碳基体中的硅基材料。基于此方案，二次电池表现出进一步提高的循环性能。
[0017]在一些实施方案中，所述硅碳复合材料的首次库伦效率为≥90wt％，可选为91wt％
‑
94wt％。基于此方案，二次电池表现出进一步提高的首次库伦效率。
[0018]在一些实施方案中，所述硅碳复合材料的体积粒径Dv50为3μm
‑
15μm，可选为5μm
‑
12μm。上述粒径范围利于提升材料的离子和电子的传输性能，从而能够进一步提升二次电池的快充性能；另外还可以降低材料的比表面积，减少副反应，从而还能够进一步提升二次电池的循环性能。
[0019]在一些实施方案中，所述硅碳复合材料的体积粒径Dv90为≤60μm，可选为20μm
‑
40μm。材料的体积分布粒径Dv90在上述范围内时，颗粒的一致性较好，有利于提升离子和电子的传输性能，从而能够进一步提升二次电池的快充性能。
[0020]在一些实施方案中，所述硅碳复合材料的粒度分布(Dv90
‑
Dv10)/Dv50为1.0
‑
3.0，可选为1.0
‑
2.0。材料的(Dv90
‑
Dv10)/Dv50在上述范围内时，颗粒堆积性能较好，有利于提升负极膜层的压实密度，从而能够进一步提升二次电池的能量密度；另外，还有利于负极膜层具有合适的孔隙结构，从而能够进一步提升二次电池的快充性能。
[0021]在一些实施方案中，所述硅碳复合材料的BET比表面积为小于等于20m2/g，可选为1m2/g
‑
10m2/g。材料的比表面积在上述范围内时，有利于减少副反应，从而能使二次电池具有更好的循环性能。
[0022]在一些实施方案中，所述硅碳复合材料在16MPa压力下的粉末电阻率≤300Ω
·
cm，可选为≤50Ω
·
cm。基于此方案，有利于提升负极膜层的电子电导性，从而有利于进一步提升二次电池的快充性能。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种二次电池，包括负极极片，其中，所述负极极片包括负极集流体及负极膜层，所述负极膜层具有靠近所述负极集流体的第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面，所述负极膜层的厚度记为H，从所述负极膜层的第一表面至0.3H的厚度范围内的区域记为所述负极膜层的第一区域，从所述负极膜层的第二表面至0.3H的厚度范围内的区域记为所述负极膜层的第二区域，所述第一区域包括第一活性材料，所述第二区域包括第二活性材料，所述第一活性材料包括硅氧基材料，所述第二活性材料包括硅碳复合材料。2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述硅氧基材料在所述第一活性材料中的质量占比记为A1，所述硅碳复合材料在所述第二活性材料中的质量占比记为A2，则A2/A1≤2，可选地，0.2≤A2/A1≤0.8。3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，所述硅氧基材料在所述第一活性材料中的质量占比小于等于30wt％，可选为10wt％
‑
25wt％；和/或，所述硅碳复合材料在所述第二活性材料中的质量占比小于等于25wt％，可选为5wt％
‑
20wt％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的二次电池，其中，所述二次电池满足下述(1)
‑
(5)中的至少一个：(1)所述硅碳复合材料的体积平均粒径Dv50大于所述硅氧基材料的体积平均粒径Dv50；(2)所述硅碳复合材料在3
×
104N压力下测试的粉体压实密度小于所述硅氧基材料在3
×
104N压力下测试的粉体压实密度；(3)所述硅碳复合材料的振实密度小于所述硅氧基材料的振实密度；(4)所述硅碳复合材料的比表面积大于所述硅氧基材料的比表面积；(5)所述硅碳复合材料在16MPa压强下测试的粉体电阻率大于所述硅氧基材料在16MPa压强下测试的粉体电阻率。5.根据权利要求1
‑
6任一项所述的二次电池，其中，所述硅碳复合材料包括碳基体和设置在碳基体中的硅基材料。6.根据权利要求1
‑
8任一项所述的二次电池，其中，所述硅碳复合材料满足下述(1)
‑
(7)中的至少一个：(1)所述硅碳复合材料的首次库伦效率为≥90wt％，可选为91wt％
‑
94wt％；(2)所述硅碳复合材料的体积粒径Dv50为3μm
‑
15μm，可选为5μm
‑
12μm；(3)所述硅碳复合材料的体积粒径Dv90为≤60μm，可选为20μm
‑
40μm；(4)所述硅碳复合材料的粒度分布(Dv90
‑
Dv10)/Dv50为1.0
‑
3.0，可选为1.0
‑
2.0；(5)所述硅碳复合材料的BET比表面积小于等于20m2/g，可选为1m2/g
‑
10m2/g；(6)所述硅碳复合材料在16MPa压力下的粉末电阻率为≤300Ω
·
cm，可选为≤50Ω
·
cm；(7)所述硅碳复合材料振实密度为0.8g/cm3‑
1.0g/cm3，可选为0.9g/cm3‑
1.0g/cm3；(8)所述硅碳复合材料中硅元素的含量大于等于30wt％，可选为40wt％
‑
60wt％；(9)所述硅碳复合材料中碳元素的含量大于等于40wt％，可选为45wt％
‑
60wt％；(10)所述硅碳复合材料中氧元素的含量小于等于10wt％，可选为1wt％
‑
5wt％。7.根据权利要求1
‑
9任一项所述的二次电池，其中，所述硅氧基材料包括含有碱金属或
含有碱土金属的硅酸盐。8.根据权利要求1
‑
10任一项所述的二次电池，其中，所述硅氧基材料包括含有碱金属的硅酸盐，且所述硅氧基材料满足：在XRD衍射图谱中，所述含有碱金属的硅酸盐对应的衍射峰的半峰宽为0.5
°‑
2.0
°
；和/或，所述含有碱金属的硅酸盐对应的所述硅酸盐的晶粒尺寸为4nm
‑
17nm。9.根据权利要求1
‑
10任一项所述的二次电池，其中，所述硅氧基材料包括含有碱土金属的硅酸盐，且所述硅氧基材料满足：在XRD衍射图谱中，所述含有碱土金属的硅酸盐对应的衍射峰的半峰宽为0.3
°‑
0.6
°
；和/或，所述含有碱土金属的硅酸盐对应的所述硅酸盐的晶粒尺寸为12nm
‑
20nm。10.根据权利要求1
‑
12任一项所述的二次电池，其中，所述硅氧基材料满足下述(1)
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：吕子建，王家政，邓静娴，
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：