CN115832175A

CN115832175A - 二次电池、电池模组、电池包以及用电装置

Info

Publication number: CN115832175A
Application number: CN202111217706.XA
Authority: CN
Inventors: 林晨辉; 何建福; 刘倩; 叶永煌; 李全国
Original assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Current assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2023-03-21

Abstract

本申请涉及二次电池、电池模组、电池包以及用电装置。所述二次电池包括正极极片，其中，所述正极极片包括正极集流体、分布在所述正极集流体一面上的第一正极活性物质层、以及分布在所述正极集流体另一面上的第二正极活性物质层；其中，所述第一正极活性物质层包含第一正极活性物质，所述第一正极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量为Cap1，所述第二正极活性物质层包含第二正极活性物质和第三正极活性物质，所述第二正极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量为Cap2，所述第三正极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量为Cap3，且满足以下关系：(1)(Cap2+Cap3)/Cap1＝C1，(2)1<C1≤1.5，且(3)0.02mAh/mm²≤Cap1≤0.045mAh/mm²。

Description

二次电池、电池模组、电池包以及用电装置

技术领域

本申请涉及一种二次电池，具体涉及二次电池，例如，锂离子电池，以及包含该二次电池的电池模组、电池包以及用电装置。

背景技术

随着新能源汽车及储能业务发展，市场对电池的使用寿命要求越来越高，目前改善电池寿命的方法主要从材料改进入手。目前，可以通过电池正极材料前驱体由内核到外核梯度掺杂的技术来提高材料稳定性，以提升电池寿命。还可以通过碳素材料表面包覆掺杂由氮元素的无定形碳包覆层，保护内核，提高材料及电池寿命。现有技术存在需要增加额外的材料制备工艺的问题，因此对正极极片的改进仍为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本申请通过在正极极片两侧的差异化容量设计，在容量大的极片一侧预存一部分活性离子(例如，锂离子)，并使其在使用过程缓慢释放来补充活性离子消耗带来的衰减，延长电池使用寿命。

根据本申请的第一方面，提供一种二次电池，所述二次电池包括正极极片，其中，所述正极极片包括正极集流体、分布在所述正极集流体一面上的第一正极活性物质层、以及分布在所述正极集流体另一面上的第二正极活性物质层；

其中，所述第一正极活性物质层包含第一正极活性物质，所述第一正极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量为Cap1，

所述第二正极活性物质层包含第二正极活性物质和第三正极活性物质，所述第二正极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量为Cap2，所述第三正极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量为Cap3，且满足以下关系：

(1)(Cap2+Cap3)/Cap1＝C1，

(2)1<C1≤1.5，且

(3)0.02mAh/mm²≤Cap1≤0.045mAh/mm²。

在本申请的实施方式中，1.1≤C1≤1.35或1.15≤C1≤1.25。

在本申请的实施方式中，Cap3/Cap2＝C2，且满足：0<C2≤0.5、0.1≤C2≤0.4或0.2≤C2≤0.3。

在本申请的实施方式中，所述二次电池包括负极极片，所述负极极片包括负极集流体、分布在所述负极集流体一面上且与第一正极活性物质层相对的第一负极活性物质层以及分布在所述负极集流体另一面上的第二负极活性物质层；

其中，所述第一负极活性物质层包含第一负极活性物质，所述第一负极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量为CapC，

所述第二负极活性物质层包含第二负极活性物质，所述第二负极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量为CapD，且满足以下关系：

(1)CapD/CapC＝C3，且

(2)1≤C3≤C1。

在本申请的实施方式中，1≤C3≤1.15或1≤C3≤1.05。

根据本申请的第二方面，提供一种电池模组，其中包括本申请所述的二次电池。

根据本申请的第三方面，提供一种电池包，其中包括本申请所述的二次电池或电池模组。

根据本申请的第四方面，提供一种用电装置，其中包括本申请所述的二次电池、电池模组或电池包，所述二次电池或所述电池模组或所述电池包用作所述用电装置的电源或所述用电装置的能量存储单元。

与现有技术相比，通过正极单侧极片掺混两种活性物质增加容量，使得电池充电后该侧正极有多余活性离子残留，并在后续老化过程缓慢释放，补充过程活性离子损耗，延长电池使用寿命。同时，本申请在现有制造工艺上无需增加额外的材料制备工艺，不会带来制造成本的提高。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

图1是本申请实施例1、3、4、7和对比例1的电池循环寿命曲线。

图2是本申请二次电池的一实施方式的示意图。

图3是图2所示二次电池的分解图。

图4是本申请电池模块的一实施方式的示意图。

图5是本申请电池包的一实施方式的示意图。

图6是图5所示电池包的分解图。

图7是使用本申请的二次电池用作电源的装置的一实施方式的示意图。

附图标记说明：

1、电池包

2、上箱体

3、下箱体

4、电池模块

5、二次电池

51、壳体

52、电极组件

53、盖板

具体实施方式

下面结合附图详细描述本申请，本申请的特点将在以下的具体描述中得到进一步的显现。

本文所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。

在本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。在本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

在本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。

在本文的描述中，除非另有说明，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；或A和B都为真(或存在)。

在本申请中，所述第一正极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量Cap1、所述第二正极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量Cap2以及所述第三正极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量Cap3满足以下关系：(1)(Cap2+Cap3)/Cap1＝C1，(2)1<C1≤1.5，且(3)0.02mAh/mm²≤Cap1≤0.045mAh/mm²。由此，本申请所述二次电池的正极两侧单位面积所涂覆的活性物质容量相互不同。容量小的一侧(A面、Cap1)可以涂覆第一活性物质(或称为第一正极活性物质)，而容量大的一侧(B面、Cap2+Cap3)可以涂覆第二活性物质(或称为第二正极活性物质)和第三活性物质(或称为第三正极活性物质)。在本申请实施方式中，第一活性物质与第二活性物质可以相同或不同。所述第二活性物质与第三活性物质不同。在充电过程中，容量大的一侧(Cap2+Cap3)可以存留多余的活性物质(例如，活性锂)。随着二次电池的老化，活性物质会被消耗。在低SOC状态下，容量小的一侧阴极(正极)对应的阳极(负极)电位抬升，两侧阳极电位差使得容量大的一侧阴极对应阳极的活性物质缓慢脱嵌进入电解液，扩散后嵌入容量小的一侧阴极对应的阳极，以降低电位差，从而达到补充老化过程中损耗的活性物质(例如，活性锂)，由此延长电池使用寿命。

在本申请的一个实施方式中，C1(即，(Cap2+Cap3)/Cap1)可以在以下所列数值中任意两个作为端值而构成的数值范围之内：1.00、1.05、1.1、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40、1.45、1.50。需要特别强调的是，虽然将上述数值并列地列出，但是并不意味着上述任意两个数值作为端点组成的数值范围都可以得到相当或相近的性能。这一点同样适用于下文提及的数值范围。关于本申请优选的实施方式，仅仅基于下文中的具体讨论以及具体实验数据来进行选择。在本申请可选的实施方式中，1.1≤C1≤1.35或1.15≤C1≤1.25。

在本申请中，通过控制正极极片上容量大的一侧所包含第二活性物质与第三活性物质的比例，使得二次电池充电至上限电压时，正极两侧的充电容量一致。这一方面可以避免容量大的一侧对应负极产生活性物质析出(例如，出线析锂现象)，另一方面还可以调控物性物质(例如，锂)释放速率。在本申请中，正极极片上容量大的一侧包含第二活性物质(或称为第二正极活性物质)和第三活性物质(或称为第三正极活性物质)，其中，所述第二正极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量Cap2以及所述第三正极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量Cap3满足Cap3/Cap2＝C2，且0<C2≤0.5。在本申请的一个实施方式中，C2(即，Cap3/Cap2)可以在以下所列数值中任意两个作为端值而构成的数值范围之内：0.05、0.1、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50。在本申请可选的实施方式中，0.1≤C2≤0.4或0.2≤C2≤0.3。

在本申请中，容量大一侧的正极极片对应的负极极片的容量可以控制在较小范围内。这可以降低二次电池的重量，还可以提高二次电池的能量密度。在本申请的实施方式中，所述负极极片包括负极集流体、分布在负极集流体一面上且与第一正极活性物质层(A面)相对的第一负极活性物质层(C面)以及分布在负极集流体另一面上且与第二正极活性物质层(B面)相对的第二负极活性物质层(D面)；第一负极活性物质层包含第一负极活性物质，所述第一负极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量为CapC，第二负极活性物质层包含第二负极活性物质，所述第二负极活性物质的单位涂覆面积活性物质容量为CapD，且满足以下关系：(1)CapD/CapC＝C3，且(2)1≤C3≤C1。在本申请的一个实施方式中，C3(即，CapD/CapC)可以在以下所列数值中任意一个作为下限值与上述作为上限值的C1而构成的数值范围之内：1.00、1.05、1.1、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40、1.45，前提是满足C3≤C1。。在本申请可选的实施方式中，1≤C3≤1.15或1≤C3≤1.05。

在下文中，主要基于二次电池，特别是基于锂离子二次电池来对本申请的正极极片两侧差异化容量设计所带来的性能改善之处进行表征，但是此处需要特别强调，本申请的正极极片两侧差异化容量设计可以用于任意包括碳基电极的用电装置，并使得该用电装置从中获益。

二次电池

在本申请的一个实施方式中，提供了一种二次电池，该二次电池可以是锂离子二次电池、钾离子二次电池、钠离子二次电池、锂硫电池等，特别优选是锂离子二次电池。本申请的二次电池包括正极(极片)、负极(极片)、隔离膜、电解质/液等。在电池充放电过程中，活性离子在正极极片和负极极片之间往返嵌入和脱出。电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。

[正极极片]

本申请的二次电池中，正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面且包括正极活性材料的正极膜层(或称为正极活性物质层)。例如，正极集流体具有在自身厚度方向相背的两个表面，正极膜层设置于正极集流体的两个相背表面中的任意一者或两者上。本申请的二次电池中，所述正极集流体可以是金属箔片或复合集流体，例如所述金属箔片可以是铝箔，而所述复合集流体可包括高分子材料基层和形成于该高分子材料基层至少一个表面上的金属层。所述复合集流体可通过将金属材料(铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯PP、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚苯乙烯PS、聚乙烯PE及其共聚物等的基材)上而形成。

在本申请中，所述二次电池的第一正极活性物质层和第二正极活性物质层的压实密度进行控制，可以减小离子传输路径，以提高二次电池的循环寿命，同时又不会因为压实密度过高而导致活性物质的颗粒破碎，出现比表面积(BET)增大的情况，导致出线副反应而在一定程度上恶化二次电池的循环寿命。通常，第一正极活性物质层和第二正极活性物质层的压实密度可以为2.0-3.6g/cm³。在本申请的一个实施方式中，所述第一正极活性物质层和第二正极活性物质层的压实密度可以在以下所列数值中任意两个作为端值而构成的数值范围之内：2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5。在本申请可选的实施方式中，所述第一正极活性物质层和第二正极活性物质层的压实密度可以为2.3-3.5g/cm³。

在本申请的二次电池中，所述正极活性材料(物质)可采用本领域公知的用于二次电池的正极活性材料。例如，该正极活性材料可包括以下的一种或多种：橄榄石结构的含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作二次电池正极活性材料的传统材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。其中，锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物(如LiCoO₂)、锂镍氧化物(如LiNiO₂)、锂锰氧化物(如LiMnO₂、LiMn₂O₄)、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物(如LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂(NCM333)、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)、LiNi_0.5Co_0.25Mn_0.25O₂(NCM211)、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811))、锂镍钴铝氧化物(如LiNi_0.85Co_0.15Al_0.05O₂)及其改性化合物等中的一种或几种。橄榄石结构的含锂磷酸盐的示例可包括但不限于磷酸铁锂(如LiFePO₄(LFP))、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂(如LiMnPO₄)、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料中的一种或几种。在本申请的实施方式中，所述第二正极活性物质和第三正极活性物质相同或不同，选自磷酸铁锂(LFP)、锰酸锂(LMO)、镍钴锰酸锂(NCM)、钴酸锂(LCO)、镍钴铝酸锂(NCA)以及包含活性钠离子的氧化物、聚阴离子材料或普鲁士蓝类材料。

在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括粘结剂。可用于正极膜层的粘结剂的非限制性例子可以包括以下的一种或多种：聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物及含氟丙烯酸酯树脂。在本申请的实施方式中，所述第一正极活性物质层和/或第二正极活性物质层中各自独立的含有选自聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚酰亚胺和它们组合的粘结剂。

在一些实施方式中，正极膜层还可任选地包含导电剂。用于正极膜层的导电剂的例子可以包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的一种或几种。在本申请的实施方式中，所述第一正极活性物质层和/或第二正极活性物质层中各自独立的含有石墨、炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管和上述物质组合的导电剂。

在本申请的一个实施方式中，可以通过以下方式制备正极：将上述用于制备正极的组分，例如正极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他的组分分散于溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮)中，形成均匀的正极浆料；将正极浆料涂覆在正极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到正极极片。

[负极极片]

本申请的二次电池中包括负极极片，所述负极极片包括负极集流体以及设置在所述负极集流体至少一个表面上的负极膜层(或称为负极活性物质层)，在本申请的实施方式中，所述第一负极活性物质和第二负极活性物质相同或不同，各自独立地含有天然石墨、人造石墨、石墨烯、碳纳米管、软碳、硬碳和它们两种或多种的组合。

在本申请的实施方式中，所述第一负极活性物质层和第二负极活性物质层的压实密度可以为0.5-2.0g/cm³。在本申请的一个实施方式中，所述第一负极活性物质层和第二负极活性物质层的压实密度可以在以下所列数值中任意两个作为端值而构成的数值范围之内：0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0。在本申请可选的实施方式中，所述第一正极活性物质层和第二正极活性物质层的压实密度可以为1.0-1.8g/cm³。

在本申请的一个实施方式中，负极膜层除了包括本申请上述的负极活性材料外，还可以包括一定量的其它常用负极活性材料，例如，天然石墨、其它人造石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料、钛酸锂中的一种或几种。所述硅基材料可选自单质硅、硅氧化物、硅碳复合物中的一种或几种。所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物、锡合金中的一种或几种。

本申请的二次电池中，所述负极膜片包含负极活性材料以及可选的粘结剂、可选的导电剂和其他可选助剂，通常是由负极浆料涂布干燥而成的。负极浆料涂通常是将负极活性材料以及可选的导电剂和粘结剂等分散于溶剂中并搅拌均匀而形成的。溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮(NMP)或去离子水。

作为示例，导电剂可包括超导碳、炭黑(例如乙炔黑、科琴黑)、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中一种或几种。

作为示例，粘结剂可包括丁苯橡胶(SBR)、水溶性不饱和树脂SR-1B、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)和羧甲基壳聚糖(CMCS)中的一种或几种。作为示例，粘结剂可包括丁苯橡胶(SBR)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)及羧甲基壳聚糖(CMCS)中的一种或几种。其他可选助剂例如是增稠剂(如羧甲基纤维素钠CMC-Na)、PTC热敏电阻材料等。

另外，本申请的二次电池中，负极极片并不排除除了负极膜层之外的其他附加功能层。例如在某些实施方式中，本申请的负极极片还可包括夹在负极集流体和第一负极膜层之间、设置于负极集流体表面的导电底涂层(例如由导电剂和粘结剂组成)。在另外一些实施方式中，本申请的负极极片还可包括覆盖在第二负极膜层表面的覆盖保护层。

本申请的二次电池中，所述负极集流体可以是金属箔片或复合集流体，例如金属箔片可以是铜箔、银箔、铁箔、或者上述金属的合金构成的箔片。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层，可通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基层(如聚丙烯PP、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚苯乙烯PS、聚乙烯PE及其共聚物等材料制成的基层)上而形成。

[电解质]

电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。电解质可以选自固态电解质及液态电解质(即电解液)中的至少一种。在一些实施方式中，所述电解质采用电解液。所述电解液包括电解质盐和溶剂。在一些实施方式中，电解质盐可选自LiPF₆(六氟磷酸锂)、LiBF₄(四氟硼酸锂)、LiClO₄(高氯酸锂)、LiAsF₆(六氟砷酸锂)、LiFSI(双氟磺酰亚胺锂)、LiTFSI(双三氟甲磺酰亚胺锂)、LiTFS(三氟甲磺酸锂)、LiDFOB(二氟草酸硼酸锂)、LiBOB(二草酸硼酸锂)、LiPO₂F₂(二氟磷酸锂)、LiDFOP(二氟二草酸磷酸锂)及LiTFOP(四氟草酸磷酸锂)中的一种或几种。在本申请的一个实施方式中，溶剂可选自以下的一种或多种：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸亚丁酯(BC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)、1,4-丁内酯(GBL)、环丁砜(SF)、二甲砜(MSM)、甲乙砜(EMS)及二乙砜(ESE)。在本申请的一个实施方式中，以所述电解液的总重量为基准计，所述溶剂的含量为60-99重量％，例如65-95重量％，或者70-90重量％，或者75-89重量％，或者80-85重量％。在本申请的一个实施方式中，以所述电解液的总重量为基准计，所述电解质的含量为1-40重量％，例如5-35重量％，或者10-30重量％，或者11-25重量％，或者15-20重量％。

在本申请的一个实施方式中，所述电解液中还可任选地包含添加剂。例如添加剂可以包括以下的一种或多种：负极成膜添加剂、正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温性能的添加剂、改善电池低温性能的添加剂等。

[隔离膜]

在本申请的一个实施方式中，所述二次电池还包括隔离膜，隔离膜将二次电池的阳极侧与阴极侧隔开，对体系内不同种类、尺寸和电荷的物质提供选择性透过或阻隔，例如隔离膜可以对电子绝缘，将二次电池的正负极活性物质物理隔离，防止内部发生短路并形成一定方向的电场，同时使得电池中的离子能够穿过隔离膜在正负极之间移动。在本申请的一个实施方式中，用来制备隔离膜的材料可包括玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的一种或几种。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜。隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同或不同。在本申请的实施方式中，所述隔离膜选自聚烯烃类隔离膜、聚酯隔离膜、聚酰亚胺隔离膜、聚酰胺隔离膜和纤维素隔离膜。

在本申请的一个实施方式中，上述正极极片、负极极片和隔离膜可通过卷绕工艺或叠片工艺制成电极组件/裸电芯。

在本申请的一个实施方式中，二次电池可包括外包装，该外包装可用于封装上述电极组件及电解质。在一些实施方式中，二次电池的外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。在另一些实施方式中，所述二次电池的外包装可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等中的一种或几种。

本申请二次电池的形状可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。图2是作为一个示例的方形结构的二次电池5。图3显示了图2的二次电池5的分解图，所述外包装可包括壳体51和盖板53，壳体51可包括底板和连接于底板上的侧板，所述底板和侧板围合形成容纳腔。壳体51具有与容纳腔连通的开口，盖板53能够盖设于所述开口，以封闭所述容纳腔。正极极片、负极极片和隔离膜可经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件52，该电极组件封装于所述容纳腔中，所述电解液浸润于电极组件52中。二次电池5所含电极组件52的数量可以为一个或多个。

在本申请的一个实施方式中，可以将若干个二次电池组装在一起以构成电池模块，电池模块中包含两个或更多个二次电池，具体数量取决于电池模块的应用和单个电池模块的参数。

图4是作为一个示例的电池模块4。参照图4，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外壳，多个二次电池5容纳于该容纳空间。

在本申请的一个实施方式中，可以将两个或更多个上述电池模块组装成电池包，电池包所含电池模块的数量取决于电池包的应用和单个电池模块的参数。电池包可以包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池模块，该电池箱包括上箱体和下箱体，上箱体能够盖在下箱体上并与之良好匹配，形成用于容纳电池模块的封闭空间。两个或更多个电池模块可以按照所需的方式排布于该电池箱中。

图5和图6是作为一个示例的电池包1。参照图5和图6，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用于盖设下箱体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。

用电装置

在本申请的一个实施方式中，本申请的用电装置包括本申请的二次电池、电池模块、或电池包中的至少一种，所述二次电池、电池模块、或电池包可以用作所述用电装置的电源，也可以用作所述用电装置的能量存储单元。所述用电装置包括但不限于移动数字装置(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。

图7是作为一个示例的装置。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。为了满足该装置对高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。

作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化，可以采用二次电池作为电源。

在下文中，基于具体的实施例表征了按照本申请实施方式制造的二次电池对电化学装置性能的影响，但是需要特别指出的是，本申请的保护范围由权利要求书限定，而不仅限于以上的具体实施方式。

实施例

除非另外说明本发明使用的原料均为分析纯，水均为去离子水。

实施例1

正极片的制备

将磷酸铁锂(LiFePO₄或LFP)、导电碳黑(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)以96:2.5:1.5的重量比与N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合，搅拌均匀得到涂布正极片的浆料，搅拌过程中可以通过NMP调节粘度。然后，将所述浆料以一定宽度均匀涂布在13μm厚的正极集流体(铝箔)的A面，确保正极极片A面的单位面积容量为0.036mAh/mm²。

将磷酸铁锂(LiFePO₄)、镍钴锰酸锂(LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂或NCM622)、导电碳黑(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)以78:18:2.5:1.5的重量比与N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合，搅拌均匀得到涂布正极片的浆料均匀涂布在铝箔B面，控制B面单位面积容量为A面的1.05倍(即，C1＝1.05)，且B面中NMC622和LFP的容量比为0.25(即，C2＝0.25)。所述正极极片经冷压、切片(即对极片进行裁减、切割成所需要大小的尺寸)制得正极极片。

负极片的制备

将人造石墨、导电碳黑(Super-P)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)以97:0.5:1:1.5的重量比与水混合，搅拌均匀得到涂布负极片的浆料，搅拌过程中可以通过水调节粘度。然后，将浆料以一定宽度涂布在6μm厚的负极集流体(铜箔)的两面，确保两面单位面积容量相同，经过冷压、切片制得负极极片。

锂离子二次电池的制备

采用7μm聚乙烯(PE)作为隔离膜。将所述正极极片、隔离膜和负极极片卷绕成电芯，经过极耳焊接、包装铝壳封装、注液、封装化成和抽气成型制得锂离子二次电池，电芯宽度148mm，厚度28mm，高度98mm，容量为40Ah。其中，电解液为1M LiPF6碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的溶液(体积比1:2)。

实施例2-8

除了控制B面的单位面积容量分别为A面的1.1倍、1.15倍、1.2倍、1.25倍、1.3倍、1.35倍和1.4倍(即，C1分别为1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35和1.4)以外，按照实施例1的方式制备实施例2-8的锂离子二次电池。

对比例1

除了在正极极片的A和B面涂覆相同容量(即，C1＝1)的LFP以外，按照实施例1的方式制备对比例1的锂离子二次电池。

对比例2-3

除了控制B面的单位面积容量分别为A面的1.6倍和0.9倍(即，C1分别为1.6和0.9)以外，按照实施例1的方式制备对比例2-3的锂离子二次电池。

实施例9-14

除了控制实施例9-14的B面中NMC622和LFP的容量比分别为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5(即，C2分别为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5，等价的NMC622和LFP重量比分别为4:92、7:89、14:82、21:75、28:68、35:61)以外，按照实施例4的方式制备实施例9-14的锂离子二次电池。

实施例15-18

除了正极极片B面和A面对应的负极极片D面和C面的容量比分别为1.05、1.1、1.15和1.2(即，C3分别为1.05、1.1、1.15和1.2)以外，按照实施例4的方式制备实施例15-18的锂离子二次电池。

对比例4

除了正极极片B面和A面对应的负极极片D面和C面的容量比为1.3(即，C3为1.3)以外，按照实施例4的方式制备对比例4的锂离子二次电池。

对比例5

除了控制对比例5的B面中NMC622和LFP的容量比为0.6(即，C2为0.6，等价的NMC622和LFP重量比分别为42:54)以外，按照实施例4的方式制备对比例5的锂离子二次电池。

极片容量测试

将正极极片或负极极片分别裁成小圆片，在手套箱中组装成纽扣电池，其中，电极采用锂金属，隔膜为Celgard C2400，电解液为1.3M LiPF6 EC和DMC(体积比1:2)的溶液。组装好的纽扣电池用蓝电测试仪进行容量测试。

能量密度的测试

在0.1C的倍率下对电芯进行恒流充电至额定电压4.0V并恒压30分钟，而后在0.1C的倍率恒流放电至2.5V，记录恒流放电时释放的能量，除以电芯整体的质量即得电芯能量密度。

循环性能测试

将制作好的硬壳电芯/二次电池置于新威机上。在25℃的温度下，以0.5C的倍率恒流充电至额定电压，静置5分钟后以0.5C的倍率下恒流放电至截止电压，记录放电容量，再静置5分钟。如此循环1500次，循环性能＝第1500次循环容量/第1次循环容量×100％。

表1：实施例1-8和对比例1-3制得的二次电池的循环性能

如表1和图1所示，在实施例1-8中，随着正极AB面容量比的增大，多余的正极使得电芯能量密度降低，但循环容量保持率增加。循环1500圈后能量密度先增加后降低，C1为1.2时最大，但相比对比例1都有所提升。

在对比例2中，正极AB面容量比为1.6，电芯能量密度最低，且由于B面容量过大造成循环后所对应负极出现析锂现象，导致循环容量保持率有所恶化。

在对比例3中，由于正极B面容量小于A面，无法起到本申请所需的补锂效果，循环容量保持率变差。

表2：实施例9-18和对比例4-5制得的二次电池的循环性能

如表2所示，在实施例4和实施例9-11中，随着B面的NCM622占比增加，极片厚度减薄，电芯能量密度增加，循环容量保持率变化不大。

在实施例12-14和对比例5中，B面的NCM622占比继续增加，由于充电后期电位抬升过快，A面提前达到充电截至电压，容量无法发挥，电芯能量密度开始降低，同时过多的NCM622参与循环，导致二次电池的循环容量保持率也开始恶化。

在实施例15-18和对比例4中，负极极片的D面(阳极)容量增加，厚度增加，能量密度降低同时过多阳极消耗更多锂，导致循环容量保持率也降低。

需要说明的是，本申请不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例，在本申请的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含在本申请的技术范围内。此外，在不脱离本申请主旨的范围内，对实施方式施加本领域技术人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其它方式也包含在本申请的范围内。

Claims

1.一种二次电池，所述二次电池包括正极极片，其中，所述正极极片包括正极集流体、分布在所述正极集流体一面上的第一正极活性物质层、以及分布在所述正极集流体另一面上的第二正极活性物质层；

(1)(Cap2+Cap3)/Cap1＝C1，

(2)1<C1≤1.5，且

(3)0.02mAh/mm²≤Cap1≤0.045mAh/mm²。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，1.1≤C1≤1.35。

3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，1.15≤C1≤1.25。

4.根据权利要求1-3任一项所述的二次电池，其中，Cap3/Cap2＝C2，且满足：0<C2≤0.5。

5.根据权利要求1-4任一项所述的二次电池，其中，0.1≤C2≤0.4。

6.根据权利要求1-5任一项所述的二次电池，其中，0.2≤C2≤0.3。

7.根据权利要求1-6任一项所述的二次电池，其中，所述二次电池包括负极极片，所述负极极片包括负极集流体、分布在所述负极集流体一面上且与第一正极活性物质层相对的第一负极活性物质层以及分布在所述负极集流体另一面上的第二负极活性物质层；

(1)CapD/CapC＝C3，且

(2)1≤C3≤C1。

8.根据权利要求7所述的二次电池，其中，1≤C3≤1.15。

9.根据权利要求8所述的二次电池，其中，1≤C3≤1.05。

10.一种电池模组，其中，包括根据权利要求1-9中任一项所述的二次电池。

11.一种电池包，其中，包括根据权利要求1-9中任一项所述的二次电池或根据权利要求10所述的电池模组。

12.一种用电装置，其中，包括根据权利要求1-9中任一项所述的二次电池、或根据权利要求10所述的电池模组、或根据权利要求11所述的电池包，所述二次电池或所述电池模组或所述电池包用作所述用电装置的电源或所述用电装置的能量存储单元。