CN112786949A - 二次电池及含有该二次电池的电池模组、电池包、装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种二次电池及含有该二次电池的电池模组、电池包、装置。具体地，该二次电池包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，其特征在于：所述电池满足下式I：2≤|(AF/AE‑1)/(CE/CF‑1)|≤7(式I)其中CF代表：将所述正极活性材料制备成扣式电池，以0.05C倍率充电至100％SOC后测试得到的晶胞体积；CE代表：将所述正极活性材料制备成扣式电池，以0.05C倍率放电至0％SOC后测试得到的晶胞体积；AF代表：将所述硅基材料制备成单颗粒电池，将单颗粒电池以0.5C倍率充电至100％SOC后测试得到的负极活性材料颗粒体积；AE代表：将所述硅基材料制备成单颗粒电池，将单颗粒电池以0.5C倍率放电至0％SOC后测试得到的负极活性材料颗粒体积。

Description

二次电池及含有该二次电池的电池模组、电池包、装置
技术领域
本申请属于电化学技术领域，更具体地，本申请涉及一种二次电池。
背景技术
二次电池作为新型高电压、高能量密度的可充电电池，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，是新能源电池发展的一大趋势。
目前，使用克容量较高的硅基材料作为负极活性材料在提升二次电池的能量密度方面具有极大的优势。但是，硅基材料在充放电过程中负极活性材料存在较大的体积膨胀收缩问题，这容易造成极片结构损坏，尤其是满充出现最大膨胀的时候，从而恶化电池的循环性能。
鉴于此，确有必要提供一种二次电池，其可以同时兼顾较高的能量密度和较好的循环性能。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本申请第一方面提供一种二次电池，旨在使二次电池在具有较高能量密度的前提下，同时兼顾较好的循环性能。
为了达到上述目的，本申请第一方面提供的二次电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，所述正极极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体至少一个表面上且含有正极活性材料的正极膜层，所述负极极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体至少一个表面上且含有负极活性材料的负极膜层，
所述正极材料包括锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物中的一种或几种；
所述负极材料包括硅基材料；
其特征在于所述电池满足下式I：
2≤|(AF/AE-1)/(CE/CF-1)|≤7(式I)
其中
CF代表：将所述正极活性材料制备成扣式电池，以0.05C倍率充电至100％SOC后测试得到的晶胞体积；
CE代表：将所述正极活性材料制备成扣式电池，以0.05C倍率放电至0％SOC后测试得到的晶胞体积；
AF代表：将所述硅基材料制备成单颗粒电池，将单颗粒电池以0.5C倍率充电至100％SOC后测试得到的负极活性材料颗粒体积；并且
AE代表：将所述硅基材料制备成单颗粒电池，将单颗粒电池以0.5C倍率放电至0％SOC后测试得到的负极活性材料颗粒体积。
本申请的第二方面提供一种电池模块，其包括本申请第一方面所述的二次电池。
本申请的第三方面提供一种电池包，其包括本申请第二方面所述的电池模块。
本申请的第四方面提供一种装置，其包括本申请第一方面所述的二次电池。
相对于现有技术，本申请至少包括如下有益效果：
本申请的二次电池，通过合理匹配正负极活性材料，使其在电池循环使用过程中不会出现过大的内部应力，电池内部膨胀力不会激增，且正负极极片的界面完整性得到大幅改善，进一步还可以保持良好的电解液浸润性，避免由于界面接触阻抗增加而引起的阻碍锂离子在正负极间的穿梭而造成电池的动力学性能及循环性能变差。
附图说明
图1是二次电池的一实施方式的示意图。
图2是电池模块的一实施方式的示意图。
图3是电池包的一实施方式的示意图。
图4是图3的分解图。
图5是二次电池用作电源的装置的一实施方式的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1 电池包
2 上箱体
3 下箱体
4 电池模块
5 二次电池
本申请的一个或多个实施方案的细节在以下的说明书中阐明。根据说明书和权利要求，本申请其它特征、目的和优点将变得清楚。
定义
描述本申请的内容时，不使用数量词时(尤其在权利要求书的内容中)应解释为涵盖单数和复数，除非另有说明或者与上下文明显矛盾。
在组合物被描述为包括或包含特定组分的情况下，预计该组合物中并不排除本申请未涉及的可选组分，并且预计该组合物可由所涉及的组分构成或组成，或者在方法被描述为包括或包含特定工艺步骤的情况下，预计该方法中并不排除本申请未涉及的可选工艺步骤，并且预计该方法可由所涉及的工艺步骤构成或组成。
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本文的描述中，|(AF/AE-1)/(CE/CF-1)|表示(AF/AE-1)/(CE/CF-1)的绝对值。
在本文的描述中，“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本申请实施方案。然而，在相同或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。另外，一个或多个优选的实施方案的叙述不意味着其他实施方案是不可用的，并且不旨在将其他实施方案排除在本申请范围外。
在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或几种”中“几种”的含义是两种或两种以上。
具体实施方式
下面详细说明根据本申请的二次电池。
本申请的二次电池，其包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，所述正极极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体至少一个表面上且含有正极活性材料的正极膜层，所述负极极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体至少一个表面上且含有负极活性材料的负极膜层，
所述正极材料包括锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物中的一种或几种；
所述负极材料包括硅基材料；
其特征在于所述二次电池满足下式I：
2≤|(AF/AE-1)/(CE/CF-1)|≤7 (式I)
其中
CF代表：将所述正极活性材料制备成扣式电池，以0.05C倍率充电至100％SOC后测试得到的晶胞体积；
CE代表：将所述正极活性材料制备成扣式电池，以0.05C倍率放电至0％SOC后测试得到的晶胞体积；
AF代表：将所述硅基材料制备成单颗粒电池，将单颗粒电池以0.5C倍率充电至100％SOC后测试得到的负极活性材料颗粒体积；并且
AE代表：将所述硅基材料制备成单颗粒电池，将单颗粒电池以0.5C倍率放电至0％SOC后测试得到的负极活性材料颗粒体积。
在二次电池的充放电过程中，一般会发生如下电化学过程：充电时，加在电池两极的电势迫使正极的活性化合物释放出活性离子，嵌入分子呈片层结构排列的负极活性材料中。放电时，活性离子则从负极活性材料中析出，重新和正极活性化合物结合。
如上所述，二次电池(诸如锂离子二次电池)在以上充放电过程中会发生明显的活性离子脱嵌，因而会存在明显的极片厚度膨胀收缩，也就是所谓的“呼吸效应”，特别是在负极极片内部含有体积膨胀比较大的硅基材料时，该现象更加明显。
发明人通过大量研究发现，当选用的正、负极活性材料满足上述特定的条件时，电池在充放电过程中，正极极片的体积能够以匹配负极极片体积变化的方式进行变化，这很好地控制了电芯整体的体积变化，在很大程度上缓解了“呼吸效应”的不利影响，从而有效改善了电池的循环性能。
当式I的数值过大时，比如大于7，此时负极极片的膨胀效应显著强于正极收缩效应，电池会发生较大的膨胀，这会导致电芯内部的电解液被挤出，恶化电池的循环性能，同时极易造成正、负极极片内活性材料颗粒的压裂现象，在材料层级造成性能恶化；两者叠加极易造成电芯直流内阻(DCR)大幅度增加和循环跳水现象。特别严重时，比如析锂条件下，还可能引发电池热失控，存在安全隐患。
当式I的数值过小时，比如小于2，此时负极膨胀效应显著弱于正极收缩效应，此时可能会造成正、负极极片之间接触界面变差，出现一些电解液断桥区域，降低了有效反应面积，容易造成析锂；此外，由于在充电开始时负极活性材料表面锂离子浓度较高，随着充电的进行，锂离子逐渐在整个负极活性材料颗粒内部慢慢扩散，如果正极收缩比较显著，初期的时候对负极的束缚较小，而此时负极活性材料颗粒的应力集中在表面，如果没有外力束缚，就会造成表面层破裂粉碎，使活性物质损失，同时也会消耗大量电解液用于新的成膜反应。
因此，|(AF/AE-1)/(CE/CF-1)|过大或者过小都会造成电池性能恶化，影响电池使用寿命。优选地，2≤|(AF/AE-1)/(CE/CF-1)|≤4
需要说明的是，本申请的“扣式电池”制备过程可参考国家标准或行业规范。例如可将正极活性物质与行业内惯用的粘结剂和导电剂制备成电极片，然后以金属小圆片(例如锂片或钠片等)为对电极制备成扣式电池。
具体地，所述“扣式电池”可以通过如下步骤制备：将所选用的正极活性材料与Super P、PVDF按一定质量比(可以为92:3:5)混合后，溶于溶剂NMP中制成浆料，之后涂布在铝箔上，烘干除去溶剂、裁片、压制后制成圆形电极片，之后以圆形小锂片为对电极在手套箱中组装成扣式电池，其中电解质盐可以为LiPF6，浓度可以为1mol/L，有机溶剂可以为碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯体积比1:1的混合物。
需要说明的是，本申请的“单颗粒电池”制备过程可以通过如下步骤制备：在显微镜下，挑选一个完整颗粒，用两个金属Li电极夹持固定后，浸入电解液中(其中电解质盐可以为LiPF6，浓度可以为1mol/L，有机溶剂可以为碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯体积比1:1的混合物)，进行充放电测试。
本申请的二次电池中，优选地，所述正极活性材料选自LiaNibCocMdM’eOfAg或表面至少一部分设置有包覆层的LiaNibCocMdM’eOfAg中的一种或几种，其中，0.8≤a≤1.2，0.8≤b＜1，0＜c＜1，0＜d＜1，0≤e≤0.1，1≤f≤2，0≤g≤1，M选自Mn、Al中的一种或几种，M’选自Zr、Al、Zn、Cu、Cr、Mg、Fe、V、Ti、B中的一种或几种，A选自N、F、S、Cl中的一种或几种。本申请的二次电池中，优选地，所述正极活性材料中的至少一部分包括单晶颗粒。单晶颗粒的正极活性材料可以提高正极膜层整体的压实密度和延展性，同时降低正极活性材料与电解液之间的接触面积，减少界面副反应的发生，降低产气量，能进一步改善电池的循环性能。
本申请的二次电池中，优选地，所述正极活性材料的CF满足：0.096nm3≤CF≤0.098nm3，更优选为CF＝0.097nm3。
本申请的二次电池中，优选地，所述正极活性材料的1.038<CE/CF<1.04。
本申请的二次电池中，优选地，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv50为5μm-12μm，更优选为6μm-10μm。平均粒径太小，正极活性材料的比表面积往往较大，氧化活性变高，表面副反应会增多，由于电解液分解而造成的产气问题突出；而平均粒径太大，锂离子在大粒径颗粒中扩散路径较长，且扩散需要克服的阻力越大，嵌入过程引起的正极活性材料晶体变形与体积膨胀不断积累，使得嵌入过程逐渐变得难以进行。且正极活性材料的粒径落入上述优选范围内时，正极极片的均一性更高，既可以避免粒径太小与电解液产生较多的副反应而影响锂离子电池的性能，又可以避免粒径太大阻碍锂离子在颗粒内部传输而影响锂离子电池的性能。
本申请的二次电池中，优选地，所述正极单面膜层的厚度T正满足：46um≤T正≤56；更优选地，48.5≤T正≤53.5。厚度过大放电功率性能变差，电池功率下降，或过小活性物质占比下降，电芯能量密度降低。
本申请的二次电池中，优选地，所述正极膜层的压实密度PD正满足：3.0≤PD正≤3.55；更优选地，3.4≤PD正≤3.5将压实密度控制在此范围内，可保证正极活性材料颗粒的完整性，并且保持颗粒之间良好的电接触。
本申请的二次电池中，所述正极集流体的种类不受具体的限制，可根据实际需求进行选择，例如，所述正极集流体可为铝箔、镍箔或高分子导电膜，优选地，所述正极集流体为铝箔。
本申请的二次电池中，所述正极膜层还包括导电剂以及粘结剂，导电剂以及粘结剂的种类和含量不受具体的限制，可根据实际需求进行选择。
本申请的二次电池中，优选地，所述硅基材料选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮化合物、硅合金中的一种或几种，更优选地，所述硅基材料选自硅氧化合物，例如SiOx，其中0＜X＜2。
本申请的二次电池中，优选地，所述硅基材料的AF/AE满足如下关系：1.05<AF/AE<1.30，更优选为1.08<AF/AE<1.27。
本申请的二次电池中，优选地，所述硅基材料的AE满足：700um3≤AE≤1100um3，更优选为800um3≤AE≤1000um3。
本申请的二次电池中，优选地，所述硅基材料在所述负极活性材料中的质量占比≤40％，更优选为15％-30％。
本申请的二次电池中，所述负极活性材料还包括碳材料。所述碳材料选自石墨、软碳、硬碳中的一种或几种；优选地，所述碳材料选自石墨，所述石墨选自人造石墨、天然石墨中的一种或几种。
本申请的二次电池中，优选地，所述负极活性材料的体积平均粒径Dv50为10μm-23μm，更优选为12μm-16μm。平均粒径太小，可能是由于硅基材料的含量较多，负极活性材料颗粒与颗粒之间的结合力较弱，负极膜片与负极集流体之间的粘接力变小，在电池循环使用过程中易发生负极脱膜现象而导致容量衰减；而平均粒径太大，锂离子在大粒径颗粒中扩散路径较长，使得嵌入过程较为缓慢。
本申请的二次电池中，优选地，所述负极单面膜层的厚度T负满足：66um≤T负≤86um；更优选地，68.5≤T负≤83.5。负极膜片过厚充电极化变大，析锂窗口变窄性能变差，且在电池充放电过程中容易造成活性材料脱落和分层，影响电池的循环性能，对于厚电极，材料颗粒小锂离子迁移路径更短，充电性能更有，同时充放电过程中单颗粒体积变化量较小，极片结构易于维持，反之充电性能会恶化，极片结构容易被破坏；负极膜片过薄，会影响电池的能量密度。
本申请的二次电池中，优选地，所述负极膜层的压实密度PD负满足：1.5≤PD负≤1.8；更优选地，1.6≤PD负≤1.7将压实密度控制在此范围内，可保证负极活性材料颗粒的完整性，并且保持颗粒之间良好的电接触。
本申请的二次电池中，所述负极集流体的种类不受具体的限制，可根据实际需求进行选择，例如所述负极集流体可为铜箔、涂碳铜箔或高分子导电膜，优选地，所述负极集流体为铜箔。
本申请的二次电池中，所述负极膜层还包括导电剂以及粘结剂，导电剂以及粘结剂的种类和含量不受具体的限制，可根据实际需求进行选择。
本申请的二次电池中，所述正极膜层可以设置在正极集流体的一个表面上，也可以同时设置在正极集流体的两个表面上；所述负极膜层可以设置在负极集流体的一个表面上，也可以同时设置在负极集流体的两个表面上。需要说明的是，当上述正、负极膜片同时设置在集流体两个表面上时，本申请所给的各正、负极膜片参数范围均指其中任一面的参数范围(例如厚度、压实密度等)。且本申请所述的正、负极膜片的厚度均指经冷压压实后并用于组装电池的正、负极极片中的厚度。
本申请的二次电池中，所述隔离膜的种类不受到具体的限制，可以是现有电池中使用的任何隔离膜材料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯以及它们的多层复合膜，但不仅限于这些。
本申请的二次电池中，所述电解液包括锂盐以及有机溶剂，其中锂盐和有机溶剂的具体种类及组成均不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择。优选地，锂盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂中的一种或几种，有机溶剂可包括环状碳酸酯、链状碳酸酯、羧酸酯中的一种或几种。所述电解液中还可含有功能添加剂，例如碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯等。
本申请涉及的各种参数具有本领域公知的通用含义，可以按本领域公知的方法进行测量。例如，可以按照在本申请的实施例中给出的方法进行测试。
可以采用本领域公知的方法制备二次电池。作为示例，将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序卷绕(或叠片)，使隔离膜处于正极极片与负极极片之间起到隔离的作用，得到电芯；将电芯置于外包装中，注入电解液并封口，得到二次电池。
本申请的二次电池中，外包装可以是硬壳(例如铝壳)，也可以是软包(例如袋式)。
本申请第二方面提供一种电池模块，其包括本申请第一方面所述的任意一种或几种二次电池。所述电池模块中的二次电池的数量可以根据电池模块的应用和容量进行调节。
在一些实施例中，请参照图2，在电池模块4中，多个二次电池5可以是沿电池模块4的长度方向依次排列设置。当然，也可以按照其他任意的方式进行排布。进一步可以通过紧固件将该多个二次电池5进行固定。
可选地，电池模块4还可以包括具有容纳空间的壳体，多个二次电池5容纳于该容纳空间。
本申请第三方面提供一种电池包，其包括本申请第一方面所述的任意一种或几种电池模块。也就是，该电池包包括本申请第一方面所述的任意一种或几种二次电池。
所述电池包中电池模块的数量可以根据电池包的应用和容量进行调节。
在一些实施例中，请参照图3和图4，在电池包1中可以包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池模块4。电池箱包括上箱体2和下箱体3，上箱体2能够盖设于下箱体3，并形成用于容纳电池模块4的封闭空间。多个电池模块4可以按照任意的方式排布于电池箱中。
本申请第四方面提供一种装置，其包括本申请第一方面所述的任意一种或几种二次电池。所述二次电池可以用作所述装置的电源。优选地，所述装置可以但不限于是移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能系统等。
例如，图5示出了一种包含本申请的二次电池的装置，该装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等，本申请的二次电池为该装置供电。
实施例
为了使本申请的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例进一步详细描述本申请。但是，应当理解的是，本申请的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限制本申请，且本申请的实施例并不局限于说明书中给出的实施例。实施例中未注明具体实验条件或操作条件的按常规条件制作，或按材料供应商推荐的条件制作。
一、用于测试的电池的制备
实施例1-10和对比例1-2的电池均按照下述方法进行制备：
A)正极极片的制备：
将正极活性材料(详见表1)、导电剂(Super P)、粘结剂(PVDF)等按96:2:2比例进行混合，加入溶剂(NMP)，在真空搅拌机作用下搅拌至体系成均一透明状，获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔上；将涂覆有正极浆料的正极集流体在室温晾干后转移至烘箱干燥，然后经过冷压、分切等工序得到正极极片。
B)负极膜层的制备：
将负极活性材料(详见表1)、导电剂(Super P)、CMC(羧甲基纤维素)、粘接剂(丁苯橡胶)按质量比94.5：1.5：1.5：2.5进行混合，与溶剂(去离子水)在真空搅拌机作用下混合均匀制备成负极浆料，将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上，将涂覆有负极浆料的负极集流体在室温晾干后转移至烘箱干燥，然后经过冷压、分切等工序得到负极极片。
C)电解液的制备：
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照体积比1:1:1进行混合，加入氟代碳酸乙烯酯(FEC)，然后将LiPF6均匀溶解在上述溶液中得到电解液，其中LiPF6的浓度为1mol/L，FEC在电解液中的质量占比为6％。
D)隔离膜：选用聚乙烯薄膜。
E)电池的组装：
将上述正极膜层、隔离膜、负极膜层按顺序叠好，使隔离膜处于正、负极膜层之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯置于外包装中，注入上述制备好的电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得锂离子二次电池。
实施例2-11和对比例1-2的制备过程与实施例1相似，不同之处详见表1。
二、正、负极活性材料参数测试及正、负极膜层参数测试
在本申请的二次电池中，正、负极活性材料及正负极膜层的各参数可按如下方法进行测试，也可按照本领域其它公知的方法进行测试，得到的测试结果均在误差范围内：
(1)正极活性材料的晶胞体积
按照前述方法制备扣式电池，将制得的扣式电池以0.05C倍率充电至100％SOC，在手套箱拆解，取出极片，进行XRD测试，计算得到的晶胞体积，记为CF；将另一组制得的扣式电池以0.05C倍率放电至0％SOC，在手套箱拆解，取出极片，进行XRD测试，计算得到的晶胞体积，记为CE。
(2)硅基材料的颗粒体积
按照前述方法制备单颗粒电池，然后原位用显微镜分别拍摄充电状态和放电状态若干颗粒的图片，根据图片分别计算在充电状态和放电状态下的体积。分别测试20Ea单颗粒电池，对充放电体积膨胀率取平均值处理。
(3)正、负极活性材料的体积平均粒径Dv50
正、负极活性材料的平均粒径Dv50可通过使用激光衍射粒度分布测量仪(例如Mastersizer 3000)测量出粒径分布，Dv50表示负极活性材料颗粒的体积分布中50％所对应的粒径，即体积分布平均粒径。
(4)正、负极单面膜片层的压实密度
正、负极单面膜片层的压实密度PD＝m/V，m表示膜片层的重量，V表示膜片层的体积，m可使用精度为0.01g以上的电子天平称量得到，膜片层的表面积与膜片层厚度的乘积即为膜片层的体积V，其中膜片层厚度可使用精度为0.5μm的螺旋千分尺测量得到。
三、电池性能测试
将上述实施例1-11与对比例1-2按照下列方法测试各项性能。
循环性能测试
在25℃下，以0.7C倍率恒流充电至电压为4.35V，之后以4.35V恒压充电至电流为0.05C，然后以1C倍率恒定电流放电至电压为3.0V，此为一个充放电循环过程，反复300次这种充放电循环过程。
300次循环后的容量保持率＝第300次循环后的放电容量/第一次循环后的放电容量×100％。
上述测试结果详见表1。
Figure BDA0002262390850000131
从表1的测试结果可以看出：
实施例1-10和对比例1-2考察了以高镍正极活性材料作为正极活性材料，硅基材料和石墨材料的混合物作为负极活性材料时，|(AF/AE-1)/(CE/CF-1)|对于电池性能的影响。从这些实施例1-11和对比例1-2的数据可知：当2≤|(AF/AE-1)/(CE/CF-1)|≤7时，电池具有良好的循环性能。当|(AF/AE-1)/(CE/CF-1)|>7或|(AF/AE-1)/(CE/CF-1)|<2时，如对比例1、2所示，电池出现直流阻挡大幅增加，循环性能显著下降。因此，为了保证电池的电池性能，特别是电池直流阻抗和循环性能，必须确保2≤|(AF/AE-1)/(CE/CF-1)|≤7，性能最佳。
根据上述说明书的揭示和教导，本申请所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本申请并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本申请的一些修改和变更也应当落入本申请的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本申请构成任何限制。

Claims (13)

1.一种二次电池，其包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，所述正极极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体至少一个表面上且含有正极活性材料的正极膜层，所述负极极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体至少一个表面上且含有负极活性材料的负极膜层，其特征在于：
所述正极活性材料包括锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物中的一种或几种；
所述负极活性材料包括硅基材料；
所述二次电池满足下式I：
2≤|(AF/AE-1)/(CE/CF-1)|≤7(式I)
其中
CF代表：将所述正极活性材料制备成扣式电池，以0.05C倍率充电至100％SOC后测试得到的晶胞体积；
CE代表：将所述正极活性材料制备成扣式电池，以0.05C倍率放电至0％SOC后测试得到的晶胞体积；
AF代表：将所述硅基材料制备成单颗粒电池，将单颗粒电池以0.5C倍率充电至100％SOC后测试得到的负极活性材料颗粒体积；
AE代表：将所述硅基材料制备成单颗粒电池，将单颗粒电池以0.5C倍率放电至0％SOC后测试得到的负极活性材料颗粒体积。
2.如权利要求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材料中的质量百分比≤40％，优选为15％-30％。
3.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料包括LiaNibCocMdM’eOfAg和至少一部分表面设置有包覆层的LiaNibCocMdM’eOfAg中的一种或几种，其中，0.8≤a≤1.2，0.8≤b<1，0<c<1，0<d<1，0≤e≤0.1，1≤f≤2，0≤g≤1，M选自Mn和Al中的一种或几种，M’选自Zr、Al、Zn、Cu、Cr、Mg、Fe、V、Ti和B中的一种或几种，A选自N、F、S和Cl中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料满足：1.0≤CE/CF≤1.05；优选为1.038≤CE/CF≤1.04。
5.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述负极活性材料满足：1.05≤AF/AE≤1.30；优选为1.08≤AF/AE≤1.27。
6.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述负极活性材料还包括碳材料，所述碳材料包括人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳中的一种或几种；优选地，所述负极活性材料还包括人造石墨和天然石墨中的一种或几种。
7.如权利要求6所述的二次电池，其特征在于，所述负极活性材料的平均粒径Dv50满足：1.05≤Dv50≤1.30。
8.如权利要求1-6任一项所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料中至少一部分为单晶颗粒。
9.如权利要求1-6任一项所述的二次电池，其特征在于，所述正极单面膜层的厚度Tc满足：46um≤Tc≤56；更优选地，48.5≤Tc≤53.5；和/或，所述负极单面膜层的厚度Ta满足66um≤Ta≤86um；更优选地，68.5≤Ta≤83.5。
10.如权利要求1-6任一项所述的二次电池，其特征在于，所述正极膜层的压实密度PD正满足：3.0≤PD正≤3.55；更优选地，3.4≤PD正≤3.5；和/或，所述负极膜层的压实密度PD负满足：1.5≤PD负≤1.8；更优选地，1.6≤PD负≤1.7。
11.一种电池模块，其特征在于，包括根据权利要求1-10任一项所述的二次电池。
12.一种电池包，其特征在于，包括根据权利要求11所述的电池模块。
13.一种装置，其特征在于，包括根据权利要求1-10任一项所述的二次电池，所述二次电池用作所述装置的电源；优选地，所述装置包括移动设备、电动车辆、电气列车、卫星、船舶及储能系统。
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