CN115621532A - 二次电池及用电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请的实施例公开了一种二次电池及用电装置，其中二次电池在1C条件下的容量为n1Ah，所述二次电池在0％SOC条件下的内阻为R mΩ，n1和R之间满足：30≤n1·R≤90，其中，5≤n1≤500，0.05≤R≤18。根据本申请，其通过限定二次电池的容量与内阻满足：30≤n1·R≤90，以提供了具有特定容量及特定内阻的二次电池，以增加二次电池的正极极片的可逆容量，同时平衡正负极材料锂离子的脱嵌速率，以维持二次电池在工作过程中电化学反应的平衡，提升了二次电池的能量效率，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别涉及一种二次电池及用电装置。
背景技术
随着新能源行业的快速发展，对于有更大容量、更耐用二次电池、具有更为长久续航能力的能量型二次电池的需求十分迫切。活性锂材料作为二次电池的核心部分之一，其在电池循环过程中会不断被消耗而出现衰减，从而导致电池容量以及循环寿命的不断降低。因此，减少或补充在电池循环过程中的活性锂消耗，是提升二次电池的循环寿命的有效途径之一。因此，如何减少或补充在电池衰减过中的活性锂消耗，以提高二次电池的循环寿命成为亟待解决的问题。
申请内容
本申请的实施例提供一种二次电池及用电装置，以提高二次电池的循环寿命。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例公开了如下技术方案：
一方面，本申请提供了一种二次电池，包括：所述二次电池在1C条件下的容量为n1Ah，所述二次电池在0％SOC条件下的内阻为R mΩ，n1和R之间满足：30≤n1·R≤90，其中，5≤n1≤500，0.01≤R≤18。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述二次电池包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极集流体、设置于所述正极集流体上的正极活性材料层、以及从所述正极集流体上延伸出的正极极耳，所述正极活性材料层包含磷酸铁锂；所述负极极片包括负极集流体、设置于所述负极集流体上的负极活性材料层、以及从所述负极集流体上延伸出的负极极耳，所述负极活性材料层包含石墨。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述正极极耳的数量为Nc个，所述负极极耳的数量为Na个，满足：Na>Nc，其中2≤Nc≤100，4≤Na≤102。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na还满足：Na-Nc≥2。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述正极活性材料层的厚度为Hcμm，所述负极活性材料层的厚度为Haμm，满足：Ha≤Hc，其中，30≤Ha≤250，50≤Hc≤400。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha还满足：1.0≤Hc/Ha≤2.0。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述二次电池的设计CB值为0.8～1.1；
其中，设计CB值为单位面积负极极片容量与单位面积正极极片容量的容量比。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，n1、R以及设计CB值之间满足：25≤n1·R/CB≤100。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述二次电池的实际使用CB’值为1.1～1.3。
另一方面，本申请进一步提供了一种用电装置，除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述用电装置包括如上述任一项所述的二次电池，所述二次电池作为所述用电装置的供电电源。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本申请通过限定二次电池的容量与内阻满足：30≤n1·R≤90，以提供了具有特定容量及特定内阻的二次电池，以增加二次电池的正极极片的可逆容量，同时平衡正负极材料锂离子的脱嵌速率，以维持二次电池在工作过程中电化学反应的平衡，提升了二次电池的能量效率，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和有益效果更加清晰明白，以下结合具体实施方式，对本申请进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本申请，并不是为了限定本申请。
随着新能源行业的发展，人们对二次电池提出了更高需求，二次电池，例如电动汽车中的二次电池，需要尽可能的延长其单次续航里程和使用寿命，电动汽车中的二次电池在充放电过程中活性锂的损失是二次电池寿命衰减的主要因素。二次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膜的破裂和生成，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。目前，二次电池均是通过负极进行“补锂”。与此同时，二次电池中正负极的脱嵌锂速率对二次电池的寿命也具有一定的影响，当正负极脱嵌锂速率不匹配时，二次电池在工作过程中就会出现析锂或者容量衰减，其寿命和能量效率就会下降。同时，二次电池的内阻对二次电池的寿命也具有影响，当二次电池的内阻大时，充放电过程中自身热损耗大，使用中温度大，恶化二次电池性能。
为了改善上述问题，本申请提供了具有特定容量及特定内阻的二次电池，以增加二次电池的正极极片的可逆容量，同时平衡正负极材料锂离子的脱嵌速率，以维持二次电池在工作过程中电化学反应的平衡，提升了二次电池的能量效率，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
在本申请的实施例中，本申请提供了一种二次电池，其包括如下所述的正极极片、隔离膜、电解液及负极极片。
在本申请的实施例中，本申请的二次电池的一个特征在于所述二次电池在1C条件下的容量为n1 Ah，所述二次电池在0％SOC条件下的内阻为R mΩ，n1和R之间满足：30≤n1·R≤90，其中所述容量n1表示放电容量。即二次电池的容量n1和内阻R的乘积值可以控制在30～90范围内。比如，二次电池的容量n1和内阻R的乘积值可以为30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90中的一者或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该乘积值的具体数值仅是示例性地给出，只要乘积值在30～90范围内的任意值均在本申请的保护范围内。
可以理解的，二次电池的内阻与二次电池的寿命具有一定关系，当二次电池的内阻大时，二次电池在充放电过程中自身热损耗就大，使用中二次电池的温度上升以更加恶化电池性能。同时，如果只单纯的降低二次电池的内阻，二次电池的体系稳定性变差，整个循环寿命也会变差。
本申请中通过限定二次电池在1C条件下的容量n1与二次电池在0％SOC条件下的内阻R之间的关系满足上述范围，以对容量n1与内阻R之间的关系进行优化，以平衡正负极材料锂离子的脱嵌速率，以维持二次电池在工作过程中电化学反应的平衡，提升了二次电池的能量效率，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
其中，上述的二次电池在1C条件下的容量n1 Ah满足：5≤n1≤500。即二次电池在1C条件下的容量n1可以控制在5Ah～500Ah范围内。比如，二次电池在1C条件下的容量n1可以为5Ah、50Ah、100Ah、150Ah、200Ah、250Ah、300Ah、350Ah、400Ah、450Ah、500Ah中的一者或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该容量n1的具体数值仅是示例性地给出，只要容量n1Ah在5Ah～500Ah范围内的任意值均在本申请的保护范围内。本申请中通过将二次电池在1C条件下的容量n1控制在上述范围，
其中，上述的二次电池在0％SOC条件下的内阻R mΩ满足：0.05≤R≤18。二次电池在0％SOC条件下的内阻R mΩ可以控制在0.05mΩ～18mΩ范围内。比如，二次电池在0％SOC条件下的内阻R mΩ可以为0.05mΩ、0.5mΩ、1mΩ、2mΩ、3mΩh、4mΩ、5mΩ、6mΩ、7mΩ、8mΩ、9mΩ、10mΩ、11mΩ、12mΩ、13mΩh、14mΩ、15mΩ、16mΩ、17mΩ、18mΩ中的一者或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该内阻R mΩ的具体数值仅是示例性地给出，只要内阻R在0.05mΩ～18mΩ范围内的任意值均在本申请的保护范围内。
可以理解的，本申请中通过将二次电池在1C条件下的容量n1控制在上述范围，同时将二次电池在0％SOC条件下的内阻R控制在上述范围，以使得二次电池在1C条件下的容量n1与二次电池在0％SOC条件下的内阻R之间的关系满足：30≤n1·R≤90，以对容量n1与内阻R之间的关系进行优化，以平衡正负极材料锂离子的脱嵌速率，以维持二次电池在工作过程中电化学反应的平衡，提升了二次电池的能量效率，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
在本申请的实施例中，所述正极极片包括，但不限于，正极活性材料层，所述正极活性材料层可以设置一层或多层，多层正极活性材料中的每层可以包含相同或不同的正极活性材料。正极活性材料为任何能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子等金属离子的物质。
所述正极活性材料层包含，但不仅限于，正极活性材料，所述正极活性材料包括，但不限于，磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂和三元材料。上述正极活性材料可单独使用或任意组合使用。
在本申请的实施例中，所述三元材料包括，但不仅限于，镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂。
在本申请的实施例中，所述正极活性材料还可包含掺杂元素，所述掺杂元素可以包含铝、镁、钛、锆、钒、钨中的一种或者多种元素，只要能使正极活性材料结构更稳定即可。
在本申请的实施例中，所述正极活性材料还可包含包覆元素，所述包覆元素可以包含铝、镁、钛、锆、氟、硼中的一种或者多种元素，只要能使正极活性材料结构更稳定即可。
在本申请的实施例中，所述正极极片包括，但不限于，正极导电剂，本申请中的正极导电剂中的种类没有限制，可以使用任何已知的导电材料，只要不损害本申请的效果即可。例如：正极导电剂可包括，但不限于，天然石墨、人造石墨、乙炔黑、炭黑、针状焦、无定形碳、碳纳米管、石墨烯。上述正极导电材料可单独使用或任意组合使用。
在本申请的实施例中，所述正极极片包括，但不限于，正极粘结剂，正极活性物质层的制造中使用的正极粘结剂的种类没有特别限制，只要不损害本申请的效果即可。具体的，只要是在电极制造时使用的液体介质中可溶解或分散的材料即可。
在本申请的实施例中，所述正极极片包括，但不限于，正极集流体，所述正极活性材料层设置于所述正极集流体上，正极集流体的种类没有特别限制，其可为任何已知适于用作正极集流体的材质，只要不损害本申请的效果即可。例如，所述正极集流体可包括，但不仅限于，铝、不锈钢、镍镀层、钛、钽等金属材料；碳布、碳纸等碳材料。在一实施例中，正极集流体为金属材料。在一实施例中，正极集流体为铝箔。
在本申请的实施例中，正极集流体上延伸出正极极耳。
在本申请的实施例中，可以通过裁切正极集流体的方式得到正极极耳。
在本申请的实施例中，本申请的二次电池中的正极极片可使用任何已知方法制备。例如，在正极活性材料中添加导电剂、粘结剂与溶剂等，制成浆料，将该浆料涂布在正极集流体上，干燥后通过压制而形成电极。也可以将正极活性物质进行辊成型制成片状电极，或通过压缩成型制成颗粒电极。
在本申请的实施例中，所述负极极片包括，但不限于，负极活性材料层，负极活性材料层可以是一层或多层，多层负极活性材料中的每层可以包含相同或不同的负极活性材料。在本申请的实施例中，负极活性材料的可充电容量大于正极活性材料的放电容量，以防止在充电期间锂金属无意地析出在负极极片上。
所述负极活性材料层包含，但不限于，负极活性材料，所述负极活性材料包含，但不限于，石墨。
在本申请的实施例中，所述负极活性材料包含，但不限于，人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、无定型碳、碳纤维碳纳米管和中间相炭微球。上述负极活性材料可单独使用或任意组合使用。
在本申请的实施例中，所述负极极片包括，但不限于，负极集流体，所述负极活性材料层设置于所述负极集流体上，负极集流体的种类没有特别限制，其可为任何已知适于用作负极集流体的材质，只要不损害本申请的效果即可。例如，所述负极集流体包括，但不限于，金属箔、金属圆柱、金属带卷、金属板、金属薄膜、金属板网、冲压金属、发泡金属等。在一实施例中，负极集流体为金属箔。在一实施例中，所述负极集流体为铜箔。如本文所使用，术语“铜箔”包含铜合金箔。
在本申请的实施例中，负极集流体上延伸出负极极耳。
在本申请的实施例中，可以通过裁切负极集流体的方式得到负极极耳。
在本申请的实施例中，本申请的二次电池中的负极极片可使用任何已知方法制备。例如，在负极活性材料中添加导电剂、粘结剂、添加剂与溶剂等，制成浆料，将该浆料涂布在负极集流体上，干燥后通过压制而形成电极。也可以将负极活性物质进行辊成型制成片状电极，或通过压缩成型制成颗粒电极。
在本申请的实施例中，所述正极极耳的数量为Nc个，所述负极极耳的数量为Na个，满足：Na>Nc，
其中，所述正极极耳的数量Nc满足：2≤Nc≤100。即所述正极极耳的数量Nc可以控制在2个～100个范围内。比如，所述正极极耳的数量Nc可以为2个、10个、20个、30个、40个、50个、60个、70个、80个、90个、100个中的一者或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该数量Nc的具体数值仅是示例性地给出，只要数量Nc在2个～100个范围内的任意值均在本申请的保护范围内。
其中，所述负极极耳的数量Na满足：4≤Na≤102。即负极极耳的数量Na可以控制在4个～102个范围内。比如，负极极耳的数量Na可以为4个、12个、22个、32个、42个、52个、62个、72个、82个、92个、102个中的一者或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该数量Na的具体数值仅是示例性地给出，只要数量Na在4个～102个范围内的任意值均在本申请的保护范围内。
在本申请的实施例中，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na还满足：Na-Nc≥2。
可以理解的，本申请中通过正极极耳的数量Nc与负极极耳的数量Na之间的关系满足上述范围，以调节正极极耳与负极极耳的数量，控制负极极耳的数量大于正极极耳的数量，从而改善正极的极化，提升正极活性材料的稳定性，从而改善二次电池的循环性能。
在本申请的实施例中，所述正极活性材料层的厚度为Hcμm，所述负极活性材料层的厚度为Haμm，满足：Ha≤Hc，
其中，所述正极活性材料层的厚度Hc满足：30≤Ha≤250。即正极活性材料层的厚度Hcμm可以控制在30μm～250μm范围内。比如，正极活性材料层的厚度Hcμm可以为30μm、50μm、70μm、90μm、110μm、130μm、150μm、170μm、190μm、210μm、230μm、250μm中的一者或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该厚度Hc的具体数值仅是示例性地给出，只要厚度Hcμm在30μm～250μm范围内的任意值均在本申请的保护范围内。在本申请中Hc、Ha指的是活性材料层的总厚度，即为位于集流体两面的活性材料层的厚度之和。本申请中通过将正极活性材料层的厚度Hc控制在上述范围，以对正极活性材料层的厚度进行优化设计，以平衡正负极材料锂离子的脱嵌速率，以维持二次电池在工作过程中电化学反应的平衡，提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
其中，所述负极活性材料层的厚度Haμm满足：50≤Hc≤400。即负极活性材料层的厚度Haμm可以控制在50μm～400μm个范围内。比如，负活性材料层的厚度Ha可以为50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm中的一者或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该厚度Ha的具体数值仅是示例性地给出，只要厚度Ha在50μm～400μm个范围内的任意值均在本申请的保护范围内。本申请中通过将负极活性材料层的厚度Ha控制在上述范围，以对负极活性材料层的厚度进行优化设计，以平衡正负极材料锂离子的脱嵌速率，以维持二次电池在工作过程中电化学反应的平衡，提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
在本申请的实施例中，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha还满足：1.0≤Hc/Ha≤2.0。即正极活性材料层的厚度Hc与负极活性材料层的厚度Ha的比值可以控制在1.0～2.0范围内。比如，正极活性材料层的厚度Hc与负极活性材料层的厚度Ha的比值可以为1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0中的一者或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该比值的具体数值仅是示例性地给出，只要比值在1.0～2.0范围内的任意值均在本申请的保护范围内。
可以理解的，本申请中通过将正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha之间的关系控制在上述范围，以平衡正负极材料锂离子的脱嵌速率，以维持二次电池在工作过程中电化学反应的平衡，提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
在本申请的实施例中，所述二次电池的设计CB值为0.8～1.1；即二次电池的设计CB值可以控制在0.8～1.1范围内。比如，二次电池的设计CB值可以为0.8、0.85、0.9、0.95、1.0、1.05、1.1中的一者或其中任意二者组成的范围。
其中，设计CB值为单位面积负极极片容量与单位面积正极极片容量的容量比。
在本申请的实施例中，计算设计CB值时需保持正负极片的单位面积相等。
在本申请的实施例中，二次电池在工作过程中采用定容的方式进行充电使得正极极片只释放部分锂离子，多余的锂离子作为储备以补充二次电池在工作过程中活力锂的损失。
可以理解的，本申请中通过将二次电池的设计CB值控制在上述范围，以对二次电池的正极极片进行锂离子富余过量设计，使得二次电池的正极极片内存储有大量备用的活力锂，增加二次电池的正极极片的可逆容量，以对二次电池在循环及存储过程中活性锂的损失进行补充，维持整个二次电池体系的工作过程中的电化学反应的平衡，以提升二次电池的循环寿命及存储寿命；同时本申请中通过对二次电池的正极极片进行锂离子富余过量设计，使得二次电池在循环过程中脱锂深度低，二次电池的极化及阻力小，从而提升了二次电池的能量效率。
在本申请的实施例中，所述二次电池的设计CB值的测试方法为：
S1、获取单位面积负极极片容量：将单位面积的负极极片的其中一面的负极活性物质保留，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；
S2、获取单位面积正极极片容量：将单位面积的正极极片的其中一面的正极活性物质保留，与锂片、隔膜、电解液组装成扣式电池，0.1C充电到4.35V，恒压至50μA，0.1C放电至2.0V，所得放电克容量即为单位面积正极极片容量；
S3、依据步骤S1和步骤S2得到的单位面积负极极片容量和单位面积正极极片容量，计算两者的比值即得到设计CB值。
在本申请的实施例中，二次电池在1C条件下的容量n4、二次电池在0％SOC条件下的内阻R以及设计CB值之间满足：25≤n1·R/CB≤100。
可以理解的，本申请中通过限定n4、R及设计CB值之间满足25≤n1·R/CB≤100的关系，以对二次电池在1C条件下的容量n1、二次电池在0％SOC条件下的内阻R以及设计CB值之间的关系进行优化，以此平衡正负极片中的正负极活性材料的锂离子脱嵌速率，以维持整个二次电池体系的工作过程中的电化学反应的平衡，进而提升二次电池的能量效率，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
在本申请的实施例中，所述二次电池的实际使用CB’值为1.1～1.3。即二次电池的实际使用CB’值可以控制在1.1～1.3个范围内。比如，二次电池的实际使用CB’值可以为1.1、1.12、1.14、1.16、1.18、1.2、1.22、1.24、1.26、1.28、1.3中的一者或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该实际使用CB’值的具体数值仅是示例性地给出，只要实际使用CB’值在1.1～1.3范围内的任意值均在本申请的保护范围内。
可以理解的，本申请中通过将二次电池的实际使用CB’值控制在上述范围内，以使得二次电池在实际使用的工作过程中不会产生析锂现象，从而减少甚至避免了二次电池在实际使用的工作过程中对活力锂的消耗，提升了二次电池的寿命。
在本申请的实施例中，本申请的二次电池中的使用的电解液包括电解质和溶解该电解质的溶剂。
本申请中对电解质没有特别限制，可以任意地使用作为电解质公知的物质，只要不损害本申请的效果即可。在二次电池的情况下，通常使用锂盐。在本申请的实施例中，所述电解质包括，但不限于，LiPF6。
同时，本申请中对电解质含量没有特别限制，只要不损害本申请的效果即可。例如可以为0.8mol/L～2.2mol/L。
本申请中对溶剂没有特别限制，可以任意地使用作为溶剂公知的物质，只要不损害本申请的效果即可。
在本申请的实施例中，所述溶剂包括，但不限于，碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸丁烯酯(BC)和甲基乙烯碳酸(MEC)。上述溶剂可单独使用或任意组合使用。
在本申请的实施例中，为了防止短路，在正极与负极之间通常设置有隔离膜。这种情况下，本申请的电解液通常渗入该隔离膜而使用。
本申请中对隔离膜的材料、形状、厚度、孔隙率及平均孔径没有特别限制，只要不损害本申请的效果即可。
另一方面，在本申请的实施例中，本申请还提供了一种用电装置，包括如上述任一项所述的二次电池，所述二次电池作为所述用电装置的供电电源。
其中，所述用电装置包括电动车、储能电池等。
下面以锂离子电池为例并且结合具体的实施例说明锂离子电池的制备，本领域的技术人员将理解，本申请中描述的制备方法仅是实施例，其他任何合适的制备方法均在本申请的范围内。
以下说明根据本申请的锂离子电池的实施例和对比例进行性能评估。
实施例1
一、锂离子电池的制备
1、正极极片的制备
将正极活性材料磷酸铁锂、导电剂为导电炭黑SP、粘结剂为PVDF按照质量比97：0.7：2.3进行混合，之后加入NMP作为溶剂进行混合，搅拌一定时间后获得具有一定流动性的均匀正极浆料；将正极浆料均匀双面涂覆在正极集流体涂炭铝箔上，随后转移至120℃烘箱进行干燥，然后经过辊压、分条、裁片后得到正极极片。
2、负极极片的制备
将负极活性材料石墨、导电剂为导电炭黑SP、增稠剂为CMC、粘结剂为SBR按照质量比96.5：0.5：1.2：1.8进行混合，之后加入去离子水作为溶剂进行混合，搅拌一定时间后获得具有一定流动性的均匀负极浆料；将负极浆料均匀双面涂覆在负极集流体铜箔上，随后转移至110℃烘箱进行干燥，然后经过辊压、分条、裁片得到负极极片。
3、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混合，然后加入1mol/L的LiPF6混合均匀，配制成电解液。
4、隔离膜的制备
以PP膜作为隔离膜。
5、锂离子电池的制备
采用上述步骤制备出的负极极片、正极极片经过干燥后，与隔离膜一起采用卷绕机制备出卷绕电芯，将正极极耳与负极极耳焊接在电芯顶盖上，并将焊接完成的带顶盖电芯放入铝壳中进行封装；经过灌注电解液、化成定容制得锂离子电池。
其中，实施例1中的锂离子电池在1C条件下的容量n4Ah为5Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为18mΩ，n4和R之间满足：n1·R＝90，所述正极极耳的数量Nc为2个，所述负极极耳的数量Na为4个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝2个，所述正极活性材料层的厚度Hcμm为50μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为30μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝1.67，所述二次电池的设计CB值为1.1，n1、R以及设计CB值之间满足：81.8，所述二次电池的实际使用CB’值为1.1。
二、测试方法
1、锂离子电池循环性能的测试方法
在25℃下，将制备得到的锂离子电池以1C倍率恒容充电至标称容量、以1C倍率放电至2.5V，进行循环测试，直至锂离子二次电池的容量衰减至初始容量的80％，记录循环圈数。
2、锂离子电池高温循环性能的测试方法
在25℃下，将制备得到的锂离子电池以1C倍率充电至标称容量、以1C倍率放电至2.5V，获得电池的初始容量。将电池1C倍率满充后，将电池置于60℃的恒温箱中保存，直至锂离子二次电池的容量衰减至初始容量的80％，记录存储的天数。
3、锂离子电池能量效率的测试方法
在25℃下，将制备得到的锂离子电池以1C恒流充电至电池的标称容量，记录为充电能量E1，静置30min，然后以1C恒流放电至电压下限(2.5V)，记录为放电能量E2，计算锂离子电池的能量效率值E2/E1。
实施例2
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为50Ah，在0％SOC条件下的内阻RmΩ为0.6mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝30，所述二次电池的设计CB值为1.07，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝28，所述二次电池的实际使用CB’值为1.12。
实施例3
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为100Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为0.37mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝37，所述二次电池的设计CB值为1.04，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝35.6，所述二次电池的实际使用CB’值为1.14。
实施例4
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为150Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为0.31mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝46.5，所述二次电池的设计CB值为1.01，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝46，所述二次电池的实际使用CB’值为1.16。
实施例5
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为200Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为0.28mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝56，所述二次电池的设计CB值为0.98，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝57.1，所述二次电池的实际使用CB’值为1.18。
实施例6
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为250Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为0.2mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝50，所述二次电池的设计CB值为0.95，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝52.6，所述二次电池的实际使用CB’值为1.2。
实施例7
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为300Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为0.18mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝54，所述二次电池的设计CB值为0.92，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝58.7，所述二次电池的实际使用CB’值为1.22。
实施例8
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为350Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为0.16mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝56，所述二次电池的设计CB值为0.89，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝62.9，所述二次电池的实际使用CB’值为1.24。
实施例9
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为400Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为0.15mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝60，所述二次电池的设计CB值为0.86，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝69.8，所述二次电池的实际使用CB’值为1.26。
实施例10
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为450Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为0.13mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝58.5，所述二次电池的设计CB值为0.83，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝70.5，所述二次电池的实际使用CB’值为1.28。
实施例11
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为500Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为0.12mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝60，所述二次电池的设计CB值为0.8，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝75.0，所述二次电池的实际使用CB’值为1.3。
实施例12
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为30Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为1mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝30，所述二次电池的设计CB值为1.08，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝27.8，所述二次电池的实际使用CB’值为1.116。
实施例13
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为15Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为5mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝75，所述二次电池的设计CB值为1.085，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝69.1，所述二次电池的实际使用CB’值为1.112。
实施例14
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为8Ah，在0％SOC条件下的内阻RmΩ为10mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝80，所述二次电池的设计CB值为1.09，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝73.4，所述二次电池的实际使用CB’值为1.108。
实施例15
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为6Ah，在0％SOC条件下的内阻RmΩ为15mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝90，所述二次电池的设计CB值为1.095，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝82.2，所述二次电池的实际使用CB’值为1.104。
实施例1～15可以通过调整正极活性材料磷酸铁锂的含量来控制锂离子电池的容量n1，通过控制容量和调整正极极片和/或负极极片导电炭黑的含量控制锂离子电池的内阻R，以获得实施例1～15对应的锂离子电池。
实施例16
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极极耳的数量Nc为12个，所述负极极耳的数量Na为14个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝2个，所述二次电池的设计CB值为1.08，所述二次电池的实际使用CB’值为1.11。
实施例17
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极极耳的数量Nc为22个，所述负极极耳的数量Na为26个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝4个，所述二次电池的设计CB值为1.05，所述二次电池的实际使用CB’值为1.13。
实施例18
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极极耳的数量Nc为32个，所述负极极耳的数量Na为38个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝6个，所述二次电池的设计CB值为1.02，所述二次电池的实际使用CB’值为1.15。
实施例19
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极极耳的数量Nc为42个，所述负极极耳的数量Na为46个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝4个，所述二次电池的设计CB值为0.99，所述二次电池的实际使用CB’值为1.17。
实施例20
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极极耳的数量Nc为52个，所述负极极耳的数量Na为58个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝6个，所述二次电池的设计CB值为0.96，所述二次电池的实际使用CB’值为1.19。
实施例21
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极极耳的数量Nc为62个，所述负极极耳的数量Na为64个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝2个，所述二次电池的设计CB值为0.93，所述二次电池的实际使用CB’值为1.21。
实施例22
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极极耳的数量Nc为72个，所述负极极耳的数量Na为74个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝2个，所述二次电池的设计CB值为0.9，所述二次电池的实际使用CB’值为1.23。
实施例23
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极极耳的数量Nc为82个，所述负极极耳的数量Na为86个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝4个，所述二次电池的设计CB值为0.87，所述二次电池的实际使用CB’值为1.25。
实施例24
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极极耳的数量Nc为92个，所述负极极耳的数量Na为94个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝2个，所述二次电池的设计CB值为0.84，所述二次电池的实际使用CB’值为1.27。
实施例25
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极极耳的数量Nc为100个，所述负极极耳的数量Na为102个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝2个，所述二次电池的设计CB值为0.8，所述二次电池的实际使用CB’值为1.3。
实施例26
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极极耳的数量Nc为1个，所述负极极耳的数量Na为2个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝1，所述二次电池的设计CB值为1.14，所述二次电池的实际使用CB’值为1.09。
实施例27
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极极耳的数量Nc为101个，所述负极极耳的数量Na为100个，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na满足：Na-Nc＝-1，所述二次电池的设计CB值为0.78，所述二次电池的实际使用CB’值为1.32。实施例16～27可以通过调整正极极耳与负极极耳的焊接数量来获得对应的锂离子电池。
实施例28
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极活性材料层的厚度Hcμm为70μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为50μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝1.4，所述二次电池的设计CB值为1.085，所述二次电池的实际使用CB’值为1.105。
实施例29
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极活性材料层的厚度Hcμm为80μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为80μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝1.00，所述二次电池的设计CB值为1.055，所述二次电池的实际使用CB’值为1.125。
实施例30
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极活性材料层的厚度Hcμm为120μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为100μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝1.20，所述二次电池的设计CB值为1.025，所述二次电池的实际使用CB’值为1.145。
实施例31
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极活性材料层的厚度Hcμm为150μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为120μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝1.25，所述二次电池的设计CB值为0.995，所述二次电池的实际使用CB’值为1.165。
实施例32
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极活性材料层的厚度Hcμm为190μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为140μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝1.36，所述二次电池的设计CB值为0.965，所述二次电池的实际使用CB’值为1.185。
实施例33
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极活性材料层的厚度Hcμm为235μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为160μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝1.47，所述二次电池的设计CB值为0.935，所述二次电池的实际使用CB’值为1.205。
实施例34
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极活性材料层的厚度Hcμm为360μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为180μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝2.00，所述二次电池的设计CB值为0.905，所述二次电池的实际使用CB’值为1.225。
实施例35
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极活性材料层的厚度Hcμm为350μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为200μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝1.75，所述二次电池的设计CB值为0.875，所述二次电池的实际使用CB’值为1.245。
实施例36
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极活性材料层的厚度Hcμm为370μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为230μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝1.61，所述二次电池的设计CB值为0.845，所述二次电池的实际使用CB’值为1.265。
实施例37
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极活性材料层的厚度Hcμm为400μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为250μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝1.67，所述二次电池的设计CB值为0.8，所述二次电池的实际使用CB’值为1.30。
实施例38
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极活性材料层的厚度Hcμm为70μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为30μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝2.3，所述二次电池的设计CB值为1.16，所述二次电池的实际使用CB’值为1.08。
实施例39
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
所述正极活性材料层的厚度Hcμm为240μm，所述负极活性材料层的厚度Haμm为260μm，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha满足：Hc/Ha＝0.92，所述二次电池的设计CB值为0.77，所述二次电池的实际使用CB’值为1.32。
实施例28～39可以通过调整正极活性材料层与负极活性材料层的涂布厚度来获得对应的锂离子电池。
对比例1
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为4Ah，在0％SOC条件下的内阻RmΩ为28mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝112，所述二次电池的设计CB值为1.12，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝100.0，所述二次电池的实际使用CB’值为1.08。
对比例2
依照实施例1的方法制备锂离子电池，同时按照实施例1中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
锂离子电池在1C条件下的容量n1 Ah为60Ah，在0％SOC条件下的内阻R mΩ为0.03mΩ，n1和R之间满足：n1·R＝18，所述二次电池的设计CB值为0.79，n1、R以及设计CB值之间满足：n1·R/CB＝22.8，所述二次电池的实际使用CB’值为1.31。
三、测试结果
表1实施例1～15的参数及对比例1～2的参数及测试结果
结果分析：本申请采用较低的设计CB值和正常的使用CB值，以使得正极的活性锂富余，以此补充二次电池在工作过程中的活性锂损失；并通过限定二次电池容量、二次电池的内阻，同时限定二次电池容量、内阻与设计CB值之间的关系，以此平衡正负极极片的锂离子脱嵌速率，使整个二次电池体系工作过程中电化学反应平衡达到最佳，从而提升二次电池的能量效率和寿命。相比于对比例，本申请在25℃循环寿命、60℃存储寿命和25℃能量效率均有明显提升。
表2实施例1及实施例16～27的参数及测试结果
结果分析：本发明采用较低的设计CB值和正常的使用CB值，以使得正极的活性锂富余，以此补充二次电池在工作过程中的活性锂损失；并通过限定二次电池的正负极极耳数量及正负极极耳差值，以此平衡正负极极片的锂离子脱嵌速率，使整个二次电池体系工作过程中电化学反应平衡达到更优状态，从而提升二次电池的能量效率和寿命。相比于对比例，本申请在25℃循环寿命、60℃存储寿命和25℃能量效率均有明显提升。
表3实施例1及实施例28～39的参数及测试结果
结果分析：本申请采用较低的设计CB值和正常的实际使用CB’值，以使得正极的活性锂富余，以此补充二次电池在工作过程中的活性锂损失；并通过限定二次电池的正负极极片的厚度及正负极极片的厚度的比值，以此平衡正负极极片的锂离子脱嵌速率，使整个二次电池体系工作过程中电化学反应平衡达到最佳，从而提升二次电池的能量效率和寿命。相比于对比例，本申请在25℃循环寿命、60℃存储寿命和25℃能量效率均有明显提升。
以上步骤所提供的介绍，只是用于帮助理解本申请的方法、结构及核心思想。对于本技术领域内的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也同样属于本申请权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种二次电池，其特征在于，包括：所述二次电池在1C条件下的容量为n1Ah，所述二次电池在0％SOC条件下的内阻为RmΩ，n1和R之间满足：30≤n1·R≤90，其中5≤n1≤500，0.05≤R≤18。
2.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极集流体、设置于所述正极集流体上的正极活性材料层、以及从所述正极集流体上延伸出的正极极耳，所述正极活性材料层包含磷酸铁锂；所述负极极片包括负极集流体、设置于所述负极集流体上的负极活性材料层、以及从所述负极集流体上延伸出的负极极耳，所述负极活性材料层包含石墨。
3.如权利要求2所述的二次电池，其特征在于，所述正极极耳的数量为Nc个，所述负极极耳的数量为Na个，满足：Na>Nc，其中2≤Nc≤100，4≤Na≤102。
4.如权利要求3所述的二次电池，其特征在于，所述正极极耳的数量Nc与所述负极极耳的数量Na还满足：Na-Nc≥2。
5.如权利要求2所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料层的厚度为Hcμm，所述负极活性材料层的厚度为Haμm，满足：Ha≤Hc，其中，30≤Ha≤250，50≤Hc≤400。
6.如权利要求5所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料层的厚度Hc与所述负极活性材料层的厚度Ha还满足：1.0≤Hc/Ha≤2.0。
7.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池的设计CB值为0.8～1.1；
其中，设计CB值为单位面积负极极片容量与单位面积正极极片容量的容量比。
8.如权利要求7所述的二次电池，其特征在于，n1、R以及设计CB值之间满足：25≤n1·R/CB≤100。
9.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池的实际使用CB’值为1.1～1.3。
10.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的二次电池，所述二次电池作为所述用电装置的供电电源。
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