CN115566255B - 一种二次电池及用电设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种二次电池及用电设备。本申请的二次电池包括：正极极片，正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体上的正极活性材料层；负极极片，负极极片包括负极集流体和设置于负极集流体上的负极活性材料层；所述二次电池满足：0.5≤(σ1/σ2)/CB≤9.4。本申请通过限定面密度和CB值的关系，平衡正负极片脱嵌锂速率，防止二次电池在工作过程中析锂或者电池容量下降，提高二次电池寿命。

Description

一种二次电池及用电设备
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种二次电池及用电设备。
背景技术
锂离子电池在储能领域优势巨大，但在实际应用中仍存在一些问题，以磷酸铁锂电池为例，磷酸铁锂单体电池的使用寿命为4000-6000次，很难满足对寿命要求较高的储能项目20-30年使用寿命(循环次数超过10000次)的要求，活性锂损失是储能锂离子电池寿命衰减的主要因素。在电池循环脱嵌锂过程中，由于石墨的膨胀收缩、正极过渡金属溶出等原因，造成SEI的破裂和生成，SEI膜面积和厚度增加，消耗电池体系有限的活性锂，最终导致电池使用寿命缩短。如何减少和补充电池衰减过程中的活性锂消耗，是提升磷酸铁锂电池寿命的关键问题。
为了解决此类问题，常见的方式是对负极进行“补锂”，根据补锂方法的不同可以分为物理补锂和电化学补锂。但是物理补锂容易造成后续的循环电池析锂，导致电池短路，具有安全隐患；电化学补锂可以弥补物理补锂的缺点，但目前的方法成效较小或工艺繁琐或成本高，不适合实际生产推广。此外，研究人员还通过筛选具有特殊化性能指标的石墨负极，如小比表面积、缩窄粒径分布、表面包覆改性等，选择常温和高温下浸润性能好的电解液，同时采用合适的电池配方设计缓解循环过程中石墨体积的膨胀与收缩，减少石墨的比表面积，减少SEI破坏和生成时的活性锂消耗，尽可能延长磷酸铁锂电池的使用寿命。
因此需开发一种二次电池，具有超长的循环寿命和优异的电化学性能，易于加工制造，且具有更低的使用成本。
发明内容
本申请的目的在于提供一种二次电池，通过限定面密度和CB值的关系，平衡正负极片脱嵌锂速率，防止二次电池在工作过程中析锂或者电池容量下降，提高二次电池寿命。
本申请实施例提供一种二次电池，包括：正极极片，所述正极极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体上的正极活性材料层；负极极片，所述负极极片包括负极集流体和设置于所述负极集流体上的负极活性材料层；所述二次电池满足：0.5≤(σ1/σ2)/CB≤9.4；
其中，σ1为所述正极活性材料层的面密度，单位为g/m2；
σ2为所述负极活性材料层的面密度，单位为g/m2；
CB为单位面积所述负极极片容量与单位面积所述正极极片容量的比值。
在一些实施例中，140≤σ1/CB≤750。
在一些实施例中，75≤σ2/CB≤360。
在一些实施例中，0.8≤CB≤1.1。
在一些实施例中，所述正极活性材料层的面密度σ1满足：150g/m2≤σ1≤600g/m2。
在一些实施例中，所述负极活性材料层的面密度σ2满足：80g/m2≤σ2≤290g/m2。
在一些实施例中，所述二次电池满足：5≤σ1/a≤20；其中，a为所述正极活性材料层的孔隙率，单位为％。
在一些实施例中，28％≤a≤32％。
在一些实施例中，所述二次电池满足：2.5≤σ2/b≤9.1；其中，b为所述负极活性材料层的孔隙率，单位为％。
在一些实施例中，30％≤b≤38％。
在一些实施例中，1.0≤(σ1/σ2)/CB≤6.0。
在一些实施例中，2.0≤(σ1/σ2)/CB≤3.0。
在一些实施例中，所述正极极片的正极活性材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂中的一种或多种。
在一些实施例中，所述负极极片的负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、无定型碳、碳纳米管和中间相炭微球中的一种或多种。
相应的，本申请实施例还提供一种用电设备，包括所述的二次电池。所述二次电池作为所述用电设备的供电电源。
本申请的有益效果在于：与现有技术相比，本申请的二次电池，包括正极极片，正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体上的正极活性材料层；负极极片，负极极片包括负极集流体和设置于负极集流体上的负极活性材料层；二次电池满足：0.5≤(σ1/σ2)/CB≤9.4。本申请在保证正极富余设计的前提下，平衡正负极片脱嵌锂速率，防止二次电池在工作过程中析锂或者低容，提高二次电池寿命。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。另外，在本申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。本申请的各种实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。
本申请实施例提供一种二次电池。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
为了解决现有技术中，二次电池使用寿命低的问题，本申请提供了一种二次电池，其中，二次电池类型包括软包电池、圆柱电池、铝壳电池等。
在本申请的实施例中，二次电池包括正极极片，正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体上的正极活性材料层；负极极片，负极极片包括负极集流体和设置于负极集流体上的负极活性材料层，二次电池满足：0.5≤(σ1/σ2)/CB≤9.4；σ1为正极活性材料层的面密度，单位为g/m2；σ2为负极活性材料层的面密度，单位为g/m2；CB为单位面积负极极片容量与单位面积正极极片容量的比值。
当正负极材料克容量一定时，正负极活性材料面密度越大，正负极极片的可逆容量越高，因此σ1/σ2与二次电池的设计CB值相关，与此同时，正负极片脱嵌锂速率与正负极片活性物质层面密度存在一定关系，极片涂布面密度越大，体系极化越大，脱嵌锂阻力越大，速率相对较慢。
本申请通过限定(σ1/σ2)/CB比值，保证正极富余设计，有足够的锂补充二次电池工作过程中的活性锂损失。同时，平衡正负极片脱嵌锂速率，防止二次电池在工作过程中析锂或者低容，从而提升二次电池循环寿命。当(σ1/σ2)/CB＜0.5时，负极相对涂布重量过大，脱嵌锂速率变慢，二次电池体系析锂风险增加，副反应增加，寿命衰减加速；当(σ1/σ2)/CB＞9.4，正极极片相对涂布重量过大，正极极化增加，脱嵌锂速率变慢，大倍率下充电过程中锂离子脱离不充分，二次电池出现低容，能量密度降低。
在一些实施例中，1.0≤(σ1/σ2)/CB≤6.0。
在一些实施例中，2.0≤(σ1/σ2)/CB≤3.0。
本申请中通过进一步优化正负极面密度与CB的搭配，在确保提升二次电池循环寿命的基础上，提升二次电池的能量效率和能量密度。
在一些实施例中，(σ1/σ2)/CB的取值为：0.5、0.8、1.0、1.1、1.3、1.5、1.7、2.0、1.3、1.5、1.7、2.0、2.2、2.5、2.83.0、3.3、3.5、3.8、4.0、4.3、4.5、4.8、5.0、5.3、5.5、5.8、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、8.7、9.0、9.4中的任意值或任意两值之间的范围值。
在一些实施例中，计算CB值时，正极极片和负极极片的单位面积相等。
在一些实施例中，单位面积负极极片容量为单位面积负极极片的充电容量。
在一些实施例中，单位面积正极极片容量为单位面积正极极片的放电克容量。
在一些实施例中，CB值通过以下测试方法获得：
单位面积负极极片容量：将单位面积负极极片保留一面活性物质，与锂片、隔膜、电解液组装成扣式电池，0.1C放电至0.005V，0.05mA放电至0.005V，0.02mA放电至0.005V，0.1C充电至2V，所得充电容量即为单位面积负极极片容量。
单位面积正极极片容量：将单位面积正极极片保留一面活性物质，与锂片、隔膜、电解液组装成扣式电池，0.1C充电到3.7V，恒压至50μA，0.1C放电至2.0V，所得放电容量即为单位面积正极极片容量。
在一些实施例中，140≤σ1/CB≤750。
本申请的二次电池进一步限定了σ1/CB的范围，可以达到在保证加工性能的基础上，提升二次电池的能量密度。
在一些实施例中，σ1/CB的取值为：140、150、180、200、230、250、270、290、300、320、330、340、350、370、380、390、400、420、430、450、470、480、500、520、530、540、550、560、580、600、630、650、680、700、750中的任意值或任意两值之间的范围值。
在一些实施例中，75≤σ2/CB≤360。
在一些实施例中，σ2/CB的取值为75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295、300、305、310、315、320、325、330、335、340、345、350、355、360中的任意值或任意两值之间的范围值。
本申请的二次电池进一步限定了σ2/CB的范围，可以达到在保证加工性能的基础上，提升二次电池的能量密度。
在一些实施例中，CB值的范围为：0.8≤CB≤1.1。
本申请通过正极极片富余设计，增加了电池正极极片的可逆容量，电池工作过程中通过充电测试控制采用定容的方式使正极极片只释放部分锂离子，多余锂离子作为储备用以补充二次电池工作过程中的活性锂损失，使得活性锂始终处于合适范围内，提高了存储容量恢复率和能量效率。
在一些实施例中，CB值为：0.8、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99、1.0、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、1.09、1.1中的任意值或任意两值之间的范围值。
面密度测试方法：取一定面积S m2的正极或负极极片，称取其重量为m1g，刮掉极片两面的正极或负极活性层，称取箔材的重量为m2g，则面密度为(m1-m2)/S g/m2。
在一些实施例中，正极活性材料层的面密度σ1满足：150g/m2≤σ1≤600g/m2。
在一些实施例中，σ1(单位为g/m2)的取值为：150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700中的任意值或任意两值之间的范围值。
在一些实施例中，负极活性材料层的面密度σ2满足：80g/m2≤σ2≤290g/m2。
在一些实施例中，σ2(单位为g/m2)的取值为：80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290中的任意值或任意两值之间的范围值。
本申请在确保正极极片加工性能的基础上，进一步通过限定正极活性材料层以及负极活性材料层的面密度，提升二次电池能量密度，同时匹配正负极脱嵌锂速率，提升循环寿命。
在一些实施例中，二次电池满足：5≤σ1/a≤20；其中，a为正极活性材料层的孔隙率，单位为％。
正极极片的脱嵌锂速率与其面密度成负相关，与其极片孔隙率成正相关。本申请通过限定σ1/a控制正极极片的脱嵌锂速率，与负极极片的脱嵌锂速率达到一定的平衡，防止二次电池在工作过程中脱嵌锂速率不平衡而析锂，确保循环寿命的提升。
在一些实施例中，σ1/a的取值为：5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9、14.0、14.1、14.2、14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8、14.9、15.0、15.1、15.2、15.3、15.4、15.5、15.6、15.7、15.8、15.9、16.0、16.1、16.2、16.3、16.4、16.5、16.6、16.7、16.8、16.9、17.0、17.1、17.2、17.3、17.4、17.5、17.6、17.7、17.8、17.9、18.0、18.1、18.2、18.3、18.4、18.5、18.6、18.7、18.8、18.9、19.0、19.1、19.2、19.3、19.4、19.5、19.6、19.7、19.8、19.9、20.0中的任意值或任意两值之间的范围值。
在一些实施例中，28％≤a≤32％。
正极极片的脱嵌锂速率与其极片孔隙率成正相关，本申请进一步限定正极极片孔隙率a控制正极极片的脱嵌锂速率，与负极极片的脱嵌锂速率达到一定的平衡，防止二次电池在工作过程中脱嵌锂速率不平衡而析锂，确保循环寿命的提升。
在一些实施例中，a(单位为％)的取值为：28.0、28.1、28.2、28.3、28.4、28.5、28.6、28.7、28.8、28.9、29.0、29.1、29.2、29.3、29.4、29.5、29.6、29.7、29.8、29.9、30.0、30.1、30.2、30.3、30.4、30.5、30.6、30.7、30.8、30.9、31.0、31.1、31.2、31.3、31.4、31.5、31.6、31.7、31.8、31.9、32.0中的任意值或任意两值之间的范围值。
在一些实施例，2.5≤σ2/b≤9.1，其中，b为负极活性材料层的孔隙率，单位为％。
负极极片的脱嵌锂速率与其面密度成负相关，与其极片孔隙率成正相关，限定σ2/b主要是为了控制负极极片的脱嵌锂速率，与正极极片的脱嵌锂速率达到一定的平衡，防止二次电池在工作过程中脱嵌锂速率不平衡而析锂，确保循环寿命的提升。
在一些实施例中，σ2/b的取值为：2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1中的任意值或任意两值之间的范围值。
在一些实施例中，30％≤b≤38％。
本申请负极极片的脱嵌锂速率与其极片孔隙率成正相关，本申请通过限定负极极片孔隙率b控制负极极片的脱嵌锂速率，与正极极片的脱嵌锂速率达到一定的平衡，防止二次电池在工作过程中脱嵌锂速率不平衡而析锂，确保循环寿命的提升。
在一些实施例中，b(单位为％)的取值为：30.0、30.1、30.2、30.3、30.4、30.5、30.6、30.7、30.8、30.9、31.0、31.1、31.2、31.3、31.4、31.5、31.6、31.7、31.8、31.9、32.0、32.1、32.2、32.3、32.4、32.5、32.6、32.7、32.8、32.9、33.0、33.1、33.2、33.3、33.4、33.5、33.6、33.7、33.8、33.9、34.0、34.1、34.2、34.3、34.4、34.5、34.6、34.7、34.8、34.9、35.0、35.1、35.2、35.3、35.4、35.5、35.6、35.7、35.8、35.9、36.0、36.1、36.2、36.3、36.4、36.5、36.6、36.7、36.8、36.9、37.0、37.1、37.2、37.3、37.4、37.5、37.6、37.7、37.8、37.9、38.0中的任意值或任意两值之间的范围值。
本申请中，面密度以及孔隙率均可以通过现有的测试方法测定。
在一些实施例中，正极活性材料层的面密度通过以下方法测定：测试特定面积(S1，单位为m2)正极极片的重量(g)，减掉正极集流体的重量(g)，得到正极活性材料层的涂覆重量(g)，除以正极极片的面积S1，得到正极活性材料层的面密度σ1(单位为g/m2)。
在一些实施例中，负极活性材料层的面密度通过以下方法测定：测试特定面积(S2，单位为m2)负极极片的重量(g)，减掉负极集流体的重量(g)，得到负极活性材料层的涂覆重量(g)，除以负极极片的面积S2，得到负极活性材料层的面密度σ2(单位为g/m2)。
在一些实施例中，正极活性材料层的孔隙率以及负极活性材料层的孔隙率通过压汞法测得。
正极极片
在一些实施例中，正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体上的正极活性材料。
在一些实施例中，正极活性材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、镍酸锂或锰酸锂中的一种或多种。
在一些实施例中，正极活性材料为磷酸铁锂、钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂，制备方法为现有技术，可以列举的制备方法有：高温固相法、碳热还原法、喷雾干燥法、模板法或者是水热合成法。
在具体实施时，正极活性材料磷酸铁锂可以用以下方法制备：将锂源(Li2CO3)、铁源(FePO4)、碳源混合后在300～500℃条件下预处理，随后在600～850℃烧结，制备磷酸铁锂，作为正极活性材料。
在一些实施例中，正极活性材料为钴酸锂，制备方法为现有技术，可以列举的方法有：高温固相法，溶胶凝胶法等。
在具体实施时，正极活性材料钴酸锂可以通过以下方法制备：将锂源(Li2CO3)、钴源(Co3O4)、乙醇混合研磨、在300℃进行预处理，随后在600℃烧结，在800℃进行固相反应，得到钴酸锂。
在一些实施例中，正极极片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。在一些实施例中，导电剂可以包括导电炭黑、碳纳米管、石墨烯等，粘结剂可以包括聚偏氟乙烯。
在一些实施例中，正极极片的制备包括：将上述的正极活性材料或上述方法制得的正极活性材料、导电剂、粘结剂按一定的比例分散于溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀，将所得的浆料涂布于铝箔上，辊压、分条和裁片等工序制成正极极片。通过改变辊压参数，也可以控制正极极片的相应性质和参数。只要能够控制本申请的正极活性材料层满足上述特征即可。
负极极片
在一些实施例中，负极极片包括负极集流体和覆盖在负极集流体上的负极活性材料、粘结剂和导电剂。负极活性材料、粘结剂和导电剂的种类和含量并不受特别的限制，可根据实际需求进行选择。在一些实施例中，负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、无定型碳、碳纳米管和中间相炭微球中的一种或多种。
电解液
在一些实施例中，电解液的主要成分包括锂盐、有机溶剂以及添加剂。其中锂盐和有机溶剂的种类和组成并不受特别的限制，可根据实际需求进行选择。其中，锂盐可以包括六氟磷酸锂以及双氟磺酰亚胺锂等，溶剂可以包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯以及丙酸丙酯等，添加剂可以包括二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂以及丁二腈等。
隔离膜
在一些实施例中，隔离膜的种类并不受特别的限制，可根据实际需求进行选择。隔离膜可以为聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚偏氟乙烯、氨纶膜、芳纶膜或者是经过涂层改性后的多层复合膜。
在一些实施例中，二次电池的制备包括：将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正、负极极片之间起到隔离的作用，再卷绕成方形的裸电芯后，装入电池壳体中，然后在65～95℃下烘烤除水后，注入电解液、封口，经静置、热冷压、化成、夹具、分容等工序后，得到二次电池。
在一些实施例中，二次电池的制备包括：
(1)将磷酸铁锂、正极导电剂、正极粘结剂和正极溶剂混合制成正极浆料，将正极浆料涂布于正极集流体表面，得到正极极片；
(2)将石墨、负极分散剂、负极导电剂、负极粘结剂和负极溶剂混合制成负极浆料，将负极浆料涂布于负极集流体表面，得到负极极片；
(3)在锂离子电池制备过程中，将本申请制备的正极极片，负极极片、隔膜和其他电池零部件进行组装，经过整形、烘烤、封装、注液、化成、分容等工序，得到长寿命磷酸铁锂锂离子电池，电池类型包括软包、圆柱、铝壳等；其中电池的设计CB值满足0.8≤CB≤1.1，即电池的负极极片可逆容量/电池的正极极片可逆容量在0.8～1.10之间，且满足：0.5≤(σ1/σ2)/CB≤9.4。
本申请进一步提供一种用电设备，包括上述的二次电池。
在一些实施例中，本申请的用电设备为，但不限于备用电源、电机、电动汽车、电动摩托车、助力自行车、自行车、电动工具、家庭用大型蓄电池等。
本申请先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
实施例1
正极极片制备方法：将的磷酸铁锂、导电炭黑(SP)、PVDF按照质量比为97：0.7：2.3进行混合，之后加入NMP中充分混合，混合均匀后双面涂布于(12+1+1)μm的涂炭铝箔之上，然后对极片进行烘干、辊压、分条和裁片，得到正极极片；
负极极片制备方法：将石墨、导电炭黑(SP)、CMC、SBR按照质量比96.3：0.7：1.1：1.9混合后，加入水中充分混合，混合均匀后双面涂布于6μm的铜箔之上，然后对极片进行烘干、辊压、分条和裁片，得到负极极片；
隔膜：聚乙烯膜；
电解液：将有机溶剂碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯按照1：1：1体积比混合。在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将干燥充分后的六氟磷酸锂溶解于上述有机溶剂中，含量为1mol/L，混合均匀，获得电解液。
在锂离子电池制备过程中，将本申请制备的正极极片，负极极片、隔膜和其他电池零部件进行组装，经过整形、烘烤、封装、注液、化成、分容等工序，得到长寿命磷酸铁锂锂离子电池，电池类型为方壳电池。
实施例2-14以及对比例1-2均按照实施例1的方法制备，不同之处在于，调整活性材料的涂布量以及极片的活性材料层的厚度，调整得到所需的设计CB值以及面密度，制备的电池参数如表1所示。
电池的性能测试
循环容量保持率：二次电池的标称容量为C1，在一定温度(25℃)条件下1C/1C循环对应的圈数，得到放电容量C2，容量保持率＝C2/C1×100％。
能量效率：锂离子电池放电时输出的能量与此前充电时输入的能量之比的百分数。
能量效率测试方法：
(1)二次电池已1C恒流充电至电池的标称容量，记充电能量为E1；
(2)静置30min；
(3)1C恒流放电至电压下限(2.5V)，记放电能量为E2；
(4)二次电池能量效率值为E2/E1；
存储容量恢复率测试方法：
(1)常温，二次电池以1C恒流充到电池标称容量为X1Ah；
(2)将二次电池转移至60℃烘箱中存储400天；
(3)常温，将二次电池以1C放电至2.5V；
(4)静置30min；
(5)常温，将二次电池以1C恒流恒压充至3.65V，截至电流为0.05C；
(6)静置30min；
(7)常温，将二次电池以1C恒流放电至2.5V，记放电容量为X2Ah；(8)二次电池的容量恢复率为X2/X1。
表1实施例1-14以及对比例1-2制备的二次电池的性能参数
表2实施例1-14以及对比例1-2的测试结果
由表1和表2可知，本申请通过限定正负极面密度和设计CB值的关系，并对正负极极片孔隙率及与其各自面密度加以限定，保证正极富余设计，有足够的锂补充二次电池工作过程中的活性锂损失，并平衡正负极片脱嵌锂速率，防止二次电池在工作过程中析锂或者低容，因此，二次电池的循环、存储寿命和能量效率较明显提升。
实施例1-7，正负极极片孔隙率a％和b％分别为30％和32％保持不变，但随着(σ1/σ2)/CB和σ1/a的增加以及σ2/b的降低，二次电池25℃1C/1C循环6000圈容量保持率、60℃存储容量恢复率和25℃1C/1C能量效率均呈现先增加后降低的趋势，主要原因是(σ1/σ2)/CB增加，设计CB值随着减小，正极的富余设计量越足，可供补充二次电池工作过程中的活性锂越多，因此有利于循环、存储寿命提升；但是，(σ1/σ2)/CB增加，正极的面密度σ1也会随之增加或负极的面密度σ2也会随之减小，导致正极的动力学变差或负极的动力学变好，正负极极片的脱嵌锂速率不匹配，所以当(σ1/σ2)/CB增加到一定程度后，二次电池的循环、存储寿命和能量效率开始下降。
实施例8-实施例14，当电芯设计CB值、σ1、σ2、(σ1/σ2)/CB不变时，随着a、b的增加，σ1/a和σ2/b的降低，二次电池25℃1C/1C循环6000圈容量保持率、60℃存储容量恢复率和25℃1C/1C能量效率均呈现先增加后降低的趋势，主要原因是a、b增加，正负极极片孔隙率增加，二次电池正负极极片动力学变好，因此有利于循环、存储寿命和能量效率的提升。但是，但正负极极片的孔隙率越来越大时，正负极极片的脱嵌锂速率会变得不匹配，导致二次电池在工作过程中可能析锂，因此当a、b增加到一定程度时，二次电池的循环、存储寿命和能量效率开始下降。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例所提供的一种二次电池和用电设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种二次电池，其特征在于，包括：正极极片，所述正极极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体上的正极活性材料层；负极极片，所述负极极片包括负极集流体和设置于所述负极集流体上的负极活性材料层；
所述二次电池满足：0.5≤(σ1/σ2)/CB≤9.4，且0.8≤CB＜1.1；所述正极活性材料层的面密度σ1满足：300≤σ1≤600；其中，σ1为所述正极活性材料层的面密度，单位为g/m2；σ2为所述负极活性材料层的面密度，单位为g/m2；CB为单位面积所述负极极片容量与单位面积所述正极极片容量的比值；
28%≤a≤32%，其中，a为所述正极活性材料层的孔隙率，单位为%；
30%≤b≤38%，其中，b为所述负极活性材料层的孔隙率，单位为%。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，140≤σ1/CB≤750。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，75≤σ2/CB≤360。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述负极活性材料层的面密度σ2满足：80 ≤σ2≤290。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述负极活性材料层的面密度σ2满足：110 ≤σ2≤290。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池满足：5≤σ1/a≤20。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池满足：
2≤σ2/b≤9。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，1.0≤(σ1/σ2)/CB≤6.0；或
2.0≤(σ1/σ2)/CB≤3.0。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述正极极片的正极活性材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂中的一种或多种；和/或
所述负极极片的负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、无定型碳、碳纳米管和中间相炭微球中的一种或多种。
10.用电设备，其特征在于，包括权利要求1~9任一项中所述的二次电池。
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