CN117013050A - 二次电池和用电装置 - Google Patents

二次电池和用电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN117013050A
CN117013050A CN202311053584.4A CN202311053584A CN117013050A CN 117013050 A CN117013050 A CN 117013050A CN 202311053584 A CN202311053584 A CN 202311053584A CN 117013050 A CN117013050 A CN 117013050A
Authority
CN
China
Prior art keywords
active material
secondary battery
negative electrode
electrode active
positive electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311053584.4A
Other languages
English (en)
Inventor
刘宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen Xinneng'an Technology Co ltd
Original Assignee
Xiamen Xinneng'an Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen Xinneng'an Technology Co ltd filed Critical Xiamen Xinneng'an Technology Co ltd
Priority to CN202311053584.4A priority Critical patent/CN117013050A/zh
Publication of CN117013050A publication Critical patent/CN117013050A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本申请提供了一种二次电池和用电装置，二次电池包括正极极片和负极极片，正极极片包括正极活性材料层，正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料包括磷酸铁锰锂，负极极片包括负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料和粘结剂，粘结剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酸锂或聚丙烯酸钠中的至少一种，基于负极活性材料层的质量，粘结剂的质量百分含量为a，0.1％≤a≤5％。通过调控正极活性材料的种类、负极活性材料层中的粘结剂种类及含量在本申请范围内，能够改善二次电池在高温和高SOC下的产气。

Description

二次电池和用电装置
技术领域
本申请涉及电化学技术领域，特别是涉及一种二次电池和用电装置。
背景技术
磷酸铁锰锂(LFMP)体系是新兴的锂离子电池体系，相较于传统的磷酸铁锂(LFP)体系具有更高的能量密度，目前受到了密切关注。LFMP体系具有更高的能量密度主要是由于存在Mn2+/Mn3+的相变反应。
但是，在充放电过程中，LFMP存在Mn2+/Mn3+的转变，结构稳定性较差，易发生晶格畸变，晶相结构易被破坏。尤其是在高温(例如温度高于45℃)和高荷电状态(SOC，例如高于50％SOC)条件下，当电解液中含水量较高，电解液分解产生的HF会促进LFMP中Mn元素以Mn2+或Mn3+的形式溶解到电解液中，通过电场驱动，Mn2+或Mn3+会游离并沉积到负极固体电解质界面(SEI)膜表面，破坏SEI膜，催化SEI膜中的有机成分发生分解，造成锂离子电池产气。
发明内容
本申请的目的在于提供一种二次电池和用电装置，以改善二次电池在高温和高SOC下的产气。
需要说明的是，本申请的发明内容中，以锂离子电池的例子来解释本申请，但是本申请的二次电池并不仅限于锂离子电池。具体技术方案如下：
本申请的第一方面提供了一种二次电池，其包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括磷酸铁锰锂，所述负极极片包括负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料和粘结剂，所述粘结剂包括聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸锂(PAA-Li)或聚丙烯酸钠(PAA-Na)中的至少一种，基于所述负极活性材料层的质量，所述粘结剂的质量百分含量为a，0.1％≤a≤5％。通过调控二次电池中正极活性材料的种类、负极活性材料层中的粘结剂种类及含量在本申请范围内，能够改善二次电池在高温和高SOC下的产气。
在本申请的一种实施方案中，所述粘结剂在所述负极活性材料的至少部分表面形成包覆层，所述包覆层的厚度为50nm至5000nm。优选地，包覆层的厚度为100nm至4000nm。通过调控粘结剂在负极活性材料的至少部分表面形成包覆层并且包覆层的厚度在本申请范围内，能够减少SEI膜与电解液的接触面积，减少副反应，改善二次电池在高温和高SOC下的产气，同时使二次电池具有较好的倍率性能和低温性能。
在本申请的一种实施方案中，所述磷酸铁锰锂的化学式为LiMnnFe1-nPO4，其中，0.5≤n＜1，0.5％≤a≤5％。当磷酸铁锰锂中的锰含量较高时，会有较多的锰离子沉积到SEI膜表面，通过调控a的值在本申请范围内，使粘结剂的质量百分含量相对较高，能够在负极活性材料表面形成充分的包覆层，较好地缓解了SEI膜中有机成分的分解，改善二次电池的产气。
在本申请的一种实施方案中，所述磷酸铁锰锂的化学式为LiMnnFe1-nPO4，其中，0＜n＜0.5，0.1％≤a＜0.5％。通过调控n、a的值在本申请范围内，磷酸铁锰锂中的锰含量较低的同时粘结剂的质量百分含量也相对较低，使负极活性材料表面能够形成充分且厚度适中的包覆层，有效缓解二次电池的产气，同时还能够使二次电池具有相对较高的能量密度。
在本申请的一种实施方案中，所述负极活性材料的比表面积为B m2/g，0.2≤B≤50。通过调控B的值在本申请范围内，能够使负极活性材料具有合适的比表面积，使其被充分包覆，还可以使负极浆料分散均匀，获得较好的包覆效果，从而缓解二次电池的产气，同时还能够使二次电池具有相对较高的能量密度。
在本申请的一种实施方案中，所述二次电池满足以下特征中的一者：(1)25＜B≤50，4.5％＜a≤5％；(2)15≤B≤25，2.5％≤a≤4.5％；(3)0.2≤B＜15，0.1％≤a＜2.5％。
在本申请的一种实施方案中，所述粘结剂的数均分子量为C，2000≤C≤200000。通过调控C的值在本申请范围内，可以使负极活性材料表面的包覆层具有合适的厚度，有利于锂离子迁移，使二次电池具有较低的内阻。
在本申请的一种实施方案中，所述负极活性材料的粒径Dv50为Dμm，0.5≤D≤50。通过调控D的值在本申请范围内，能够使负极活性材料具有合适的颗粒度，使负极浆料分散均匀，还可以使粘结剂趋向于分布在负极活性材料表面，使粘结剂在负极活性材料表面形成有效的包覆层，从而缓解二次电池的产气，同时还能够使二次电池具有相对较高的能量密度。
在本申请的一种实施方案中，所述二次电池满足以下特征中的一者：(1)0.5≤D＜5，2000≤C＜5000；(2)5≤D≤30，5000≤C≤100000；(3)30＜D≤50，100000＜C≤200000。
在本申请的一种实施方案中，所述负极活性材料层还包括导电剂，基于所述负极活性材料层的质量，所述负极活性材料的质量百分含量为b，90％≤b≤99.2％，所述导电剂的质量百分含量为c，0.5％≤c≤5％。通过调控负极活性材料层中的负极活性材料以及导电剂的质量百分含量在本申请范围内，能够在改善二次电池产气的同时使二次电池具有较高的能量密度。
在本申请的一种实施方案中，所述二次电池满足以下特征中的至少一者：(1)所述负极活性材料包括天然石墨、人造石墨、硬碳、硅或硅基复合材料中的至少一种；(2)所述正极活性材料还包括磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂或钴酸锂中的至少一种。
本申请的第二方面提供了一种用电装置，其包括前述任一实施方案中的二次电池。因此，本申请提供的用电装置具有良好的使用性能。
本申请的有益效果：
本申请实施例提供了一种二次电池和用电装置，二次电池包括正极极片和负极极片，正极极片包括正极活性材料层，正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料包括磷酸铁锰锂，负极极片包括负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料和粘结剂，粘结剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酸锂或聚丙烯酸钠中的至少一种，基于负极活性材料层的质量，粘结剂的质量百分含量为a，0.1％≤a≤5％。通过调控正极活性材料的种类、负极活性材料层中的粘结剂种类及含量在本申请范围内，能够改善二次电池在高温和高SOC下的产气。
当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本申请实施例1-1中的负极极片的扫描电镜图；
图2为本申请对比例1中的负极极片的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，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。本领域技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的具体实施方式中，以锂离子电池的例子来解释本申请，但是本申请的二次电池并不仅限于锂离子电池。
本申请提供了一种二次电池，其包括正极极片和负极极片，正极极片包括正极活性材料层，正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料包括磷酸铁锰锂，负极极片包括负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料和粘结剂，粘结剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酸锂或聚丙烯酸钠中的至少一种。基于负极活性材料层的质量，粘结剂的质量百分含量为a，0.1％≤a≤5％。示例性地，粘结剂的质量百分含量a可以为0.1％、0.3％、0.5％、0.7％、0.9％、1.1％、1.3％、1.5％、1.7％、1.9％、2.1％、2.3％、2.5％、2.7％、2.9％、3.1％、3.3％、3.5％、3.7％、3.9％、4.1％、4.3％、4.5％、4.7％、4.9％、5％或为上述任意两个数值组成的范围。
发明人研究发现，当正极活性材料包括LFMP，同时在负极极片中使用上述物质作为粘结剂，由于粘结剂的分子链中具有较多含氧基团(-COOH)，能够与负极活性材料表面形成氢键作用，可以附着在负极活性材料颗粒表面，在负极活性材料表面以面状分布，从而在负极活性材料表面建立一层物理屏障，减少负极活性材料与电解液的接触面积，减少活性锂与电解液的接触面积，进而改善高温高SOC下由于LFMP中过渡金属溶出、迁移、沉积并嵌入负极SEI膜中，破坏负极SEI膜有机层所造成的二次电池产气。优选地，当使用聚丙烯酸锂作为粘结剂时，能够在改善二次电池产气的同时使二次电池具有较低的内阻。当粘结剂的质量百分含量过高时(例如高于5％)，会增加负极活性材料表面的包覆层厚度，使锂离子的迁移动力学降低，会导致二次电池的内阻增大；当粘结剂的质量百分含量过低时(例如低于0.1％)，粘结剂无法有效地附着在负极活性材料颗粒表面并在负极活性材料颗粒表面面状分布，无法有效改善二次电池产气。从而，当正极活性材料包括LFMP，同时在负极极片中使用上述物质作为粘结剂，并且粘结剂的质量百分含量在上述范围内时，能够改善二次电池在高温和高SOC下的产气。
在本申请的一种实施方案中，粘结剂在负极活性材料的至少部分表面形成包覆层，包覆层的厚度为50nm至5000nm。优选地，包覆层的厚度为100nm至4000nm。示例性地，包覆层的厚度可以为50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800nm、850nm、900nm、950nm、1000nm、1500nm、2000nm、2500nm、3000nm、3500nm、4000nm、4500nm、5000nm或为上述任意两个数值组成的范围。包覆层以面状分布在负极活性材料表面，具体地，负极活性材料可以是部分表面存在由粘结剂形成的包覆层，也可以是全部表面存在由粘结剂形成的包覆层。通过调控粘结剂在负极活性材料的至少部分表面形成包覆层并且包覆层的厚度在本申请范围内，能够减少SEI膜与电解液的接触面积，减少副反应，改善二次电池在高温和高SOC下的产气，同时使二次电池具有较好的倍率性能和低温性能。
在本申请的一种实施方案中，磷酸铁锰锂的化学式为LiMnnFe1-nPO4，其中，0.5≤n＜1，0.5％≤a≤5％。示例性地，n可以为0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或为上述任意两个数值组成的范围，a可以为0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4％、4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％、5％或为上述任意两个数值组成的范围。当磷酸铁锰锂中的锰含量较高时，会有较多的锰离子沉积到SEI膜表面，通过调控a的值在本申请范围内，使粘结剂的质量百分含量相对较高，能够在负极活性材料表面形成充分的包覆层，较好地缓解了SEI膜中有机成分的分解，改善二次电池的产气。
在本申请的一种实施方案中，磷酸铁锰锂的化学式为LiMnnFe1-nPO4，其中，0＜n＜0.5，0.1％≤a＜0.5％。示例性地，n可以为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45或为上述任意两个数值组成的范围，a可以为0.1％、0.12％、0.14％、0.16％、0.18％、0.2％、0.22％、0.24％、0.26％、0.28％、0.3％、0.32％、0.34％、0.36％、0.38％、0.4％、0.42％、0.44％、0.46％、0.48％或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控n、a的值在本申请范围内，磷酸铁锰锂中的锰含量较低的同时粘结剂的质量百分含量也相对较低，使负极活性材料表面能够形成充分且厚度适中的包覆层，有效缓解二次电池的产气，同时还能够使二次电池具有相对较高的能量密度。
在本申请的一种实施方案中，负极活性材料的比表面积为B m2/g，0.2≤B≤50。示例性地，B可以为0.2、0.4、0.6、0.8、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控B的值在本申请范围内，能够使负极活性材料具有合适的比表面积，使其被充分包覆，还可以使负极浆料分散均匀，获得较好的包覆效果，从而缓解二次电池的产气，同时还能够使二次电池具有相对较高的能量密度。
在本申请的一种实施方案中，25＜B≤50，4.5％＜a≤5％。示例性地，B可以为26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50或为上述任意两个数值组成的范围，a可以为4.6％、4.7％、4.8％、4.9％、5％或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控B、a的值在上述范围内，负极活性材料的比表面积相对较大的同时粘结剂的质量百分含量也相对较高，包覆层能够有效且充分地分布在负极活性材料表面，从而有效缓解二次电池的产气。
在本申请的一种实施方案中，15≤B≤25，2.5％≤a≤4.5％。示例性地，B可以为15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25或为上述任意两个数值组成的范围，a可以为2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4％、4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控B、a的值在上述范围内，能够使负极活性材料的比表面积与粘结剂的质量百分含量相匹配，使包覆层在负极活性材料表面有效分布、厚度适中，包覆效果较好，改善二次电池产气。
在本申请的一种实施方案中，0.2≤B＜15，0.1％≤a＜2.5％。示例性地，B可以为0.2、0.4、0.6、0.8、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或为上述任意两个数值组成的范围，a可以为0.1％、0.3％、0.5％、0.7％、0.9％、1.1％、1.3％、1.5％、1.7％、1.9％、2.1％、2.3％、2.4％或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控B、a的值在上述范围内，负极活性材料的比表面积相对较小的同时粘结剂的质量百分含量也相对较低，使包覆层对负极活性材料包覆效果较好，改善二次电池产气，同时还能够使二次电池具有较高的能量密度，二次电池的综合性能较好。
在本申请的一种实施方案中，粘结剂的数均分子量为C，2000≤C≤200000。示例性地，C可以为2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000、100000、110000、120000、130000、140000、150000、160000、170000、180000、190000、200000或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控C的值在本申请范围内，可以使负极活性材料表面的包覆层具有合适的厚度，有利于锂离子迁移，使二次电池具有较低的内阻。
在本申请的一种实施方案中，负极活性材料的粒径Dv50为Dμm，0.5≤D≤50。示例性地，D可以为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控D的值在本申请范围内，能够使负极活性材料具有合适的颗粒度，使负极浆料分散均匀，还可以使粘结剂趋向于分布在负极活性材料表面，使粘结剂在负极活性材料表面形成有效的包覆层，从而缓解二次电池的产气，同时还能够使二次电池具有相对较高的能量密度。
本申请中，Dv50是指在材料的体积基准的粒度分布中，从小粒径测起、达到体积累积50％的粒径。
在本申请的一种实施方案中，0.5≤D＜5，2000≤C＜5000。示例性地，D可以为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、4.5或为上述任意两个数值组成的范围，C可以为2000、2500、3000、3500、4000、4500或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控D、C的值在上述范围内，负极活性材料的粒径相对较小的同时粘结剂的数均分子量也相对较低，有利于粘结剂分散在负极活性材料的表面，趋向于在负极活性材料表面形成有效且完整的包覆层。
在本申请的一种实施方案中，5≤D≤30，5000≤C≤100000。示例性地，D可以为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30或为上述任意两个数值组成的范围，C可以为5000、6000、7000、8000、9000、10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000、100000或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控D、C的值在上述范围内，负极活性材料的粒径与粘结剂的数均分子量相匹配，有利于粘结剂分散在负极活性材料的表面，进一步提高包覆效果。
在本申请的一种实施方案中，30＜D≤50，100000＜C≤200000。示例性地，D可以为31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50或为上述任意两个数值组成的范围，C可以为110000、120000、130000、140000、150000、160000、170000、180000、190000、200000或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控D、C的值在上述范围内，负极活性材料的粒径相对较大的同时粘结剂的数均分子量也相对较高，负极活性材料的粒径较大，颗粒间隙同时增大，使用数均分子量相对较大的粘结剂能够使粘结剂分布在负极活性材料的表面，从而实现对负极活性材料的充分包覆。
在本申请的一种实施方案中，负极活性材料层还包括导电剂，基于负极活性材料层的质量，负极活性材料的质量百分含量为b，90％≤b≤99.2％，导电剂的质量百分含量为c，0.5％≤c≤5％。通过调控负极活性材料层中的负极活性材料以及导电剂的质量百分含量在本申请范围内，能够在改善二次电池产气的同时使二次电池具有较高的能量密度。
在本申请的一种实施方案中，负极活性材料包括天然石墨、人造石墨、硬碳、硅或硅基复合材料中的至少一种。
在本申请的一种实施方案中，正极活性材料还包括磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂或钴酸锂中的至少一种。
在本申请中，负极活性材料层还可以包括其他粘结剂。本申请对其他粘结剂没有特别限制，例如，其他粘结剂可以包括聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物(丁苯橡胶)、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾、羟甲基纤维素钠或羟甲基纤维素钾中的至少一种。当负极活性材料层还包括其他粘结剂时，可以降低二次电池的生产成本。本申请对其他粘结剂的质量百分含量没有特别限制，只要能实现本申请目的即可，例如，基于负极活性材料层的质量，其他粘结剂的质量百分含量可以为0.1％至5％。在本申请中，负极活性材料层中的粘结剂与其他粘结剂的质量百分含量之和可以为0.2％至8％。
本申请对粘结剂聚丙烯酸的制备方法没有特别限制，示例性地，聚丙烯酸的制备方法可以包括但不限于以下步骤：将丙烯酸单体与去离子水混合配成丙烯酸单体水溶液，加入引发剂和转移剂升温进行反应，反应完成后，过滤并用甲醇洗涤得到的聚合物胶体，使用造粒机对聚合物胶体进行造粒，真空干燥后，得到聚丙烯酸颗粒。本申请对上述反应温度没有特别限制，例如，反应温度可以为80℃至100℃。本申请对转移剂没有特别限制，例如，转移剂可以为亚硫酸氢钠、异丙醇、次磷酸钠或甲酸钠中的至少一种。本申请对引发剂没有特别限制，例如，引发剂可以为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾中的至少一种。本申请对丙烯酸单体、转移剂、引发剂的质量比没有特别限制，例如，丙烯酸单体、转移剂、引发剂的质量比可以为(7至9):(0.1至0.3):(0.05至0.2)。本申请对丙烯酸单体水溶液的质量分数没有特别限制，例如，丙烯酸单体水溶液的质量分数可以为40％至60％。
本申请对粘结剂聚丙烯酸锂的制备方法没有特别限制，示例性地，聚丙烯酸锂的制备方法可以包括但不限于以下步骤：将丙烯酸单体与去离子水混合配成丙烯酸单体水溶液，加入引发剂和转移剂，加入LiOH的去离子水溶液，调节溶液pH值，升温进行反应，反应完成后，过滤并用甲醇洗涤得到的聚合物胶体，聚合物胶体经造粒机造粒、真空干燥后得到聚丙烯酸锂颗粒。本申请对上述反应温度没有特别限制，例如，反应温度可以为60℃至90℃。本申请对转移剂没有特别限制，例如，转移剂可以为上述转移剂中的至少一种。本申请对引发剂没有特别限制，例如，引发剂可以为上述引发剂中的至少一种。本申请对丙烯酸单体与去离子水的体积比没有特别限制，例如，丙烯酸单体与去离子水的体积比可以为(0.8至1.2):(0.8至1.2)。本申请对引发剂的加入量没有特别限制，例如，引发剂的加入量可以为丙烯酸单体水溶液质量的0.5％至2％。本申请对转移剂的加入量没有特别限制，例如，转移剂的加入量可以为丙烯酸单体水溶液质量的1％至3％。本申请对LiOH的去离子水溶液的质量分数没有特别限制，例如，LiOH的去离子水溶液的质量分数可以为4％至10％。
本申请对粘结剂聚丙烯酸钠的制备方法没有特别限制，示例性地，聚丙烯酸钠的制备方法可以包括但不限于以下步骤：将丙烯酸单体与去离子水混合配成丙烯酸单体水溶液，加入引发剂和转移剂，加入NaOH的去离子水溶液，调节溶液pH值，升温进行反应，反应完成后，过滤并用甲醇洗涤得到的聚合物胶体，聚合物胶体经造粒机造粒，真空干燥后得到聚丙烯酸钠颗粒。本申请对上述反应温度没有特别限制，例如，反应温度可以为60℃至90℃。本申请对转移剂没有特别限制，例如，转移剂可以为上述转移剂中的至少一种。本申请对引发剂没有特别限制，例如，引发剂可以为上述引发剂中的至少一种。本申请对丙烯酸单体与去离子水的体积比没有特别限制，例如，丙烯酸单体与去离子水的体积比可以为(0.8至1.2):(0.8至1.2)。本申请对引发剂的加入量没有特别限制，例如，引发剂的加入量可以为丙烯酸单体水溶液质量的0.5％至2％。本申请对转移剂的加入量没有特别限制，例如，转移剂的加入量可以为丙烯酸单体水溶液质量的1％至3％。本申请对NaOH的去离子水溶液的质量分数没有特别限制，例如，NaOH的去离子水溶液的质量分数可以为4％至10％。
本申请对调控负极活性材料的粒径Dv50和比表面积的方法没有特别限制，只要能实现本申请目的即可，例如，可以通过机械破碎来调控负极活性材料的粒径Dv50和比表面积。示例性地，机械破碎的方式可以为球磨等。通常情况下，延长球磨时间，Dv50减小，比表面积增大；缩短球磨时间，Dv50增大，比表面积减小。
本申请对调控粘结剂的数均分子量的方法没有特别限制，只要能实现本申请目的即可，例如，可以通过调控丙烯酸单体水溶液与转移剂的质量比来调控粘结剂的数均分子量。通常情况下，增大丙烯酸单体水溶液与转移剂的质量比，粘结剂的数均分子量减小；减小丙烯酸单体水溶液与转移剂的质量比，粘结剂的数均分子量增大。
本申请对调控包覆层的厚度的方法没有特别限制，只要能实现本申请目的即可，例如，可以通过调控负极活性材料的粒径来调控包覆层的厚度，通常情况下，当粘结剂的质量百分含量不变时，增大负极活性材料的粒径，包覆层的厚度减小；减小负极活性材料的粒径，包覆层的厚度增加。
在本申请中，正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体至少一个表面上的正极活性材料层。上述“设置于正极集流体至少一个表面上的正极活性材料层”是指正极活性材料层可以设置于正极集流体沿自身厚度方向上的一个表面上，也可以设置于正极集流体沿自身厚度方向上的两个表面上。需要说明，这里的“表面”可以是正极集流体表面的全部区域，也可以是正极集流体表面的部分区域，本申请没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。本申请对正极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以包含铝箔、铝合金箔或复合集流体(例如铝碳复合集流体)等。正极活性材料层还包括正极导电剂和正极粘结剂，本申请对正极导电剂和正极粘结剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，正极粘结剂可以包括聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物(丁苯橡胶)、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾、羟甲基纤维素钠或羟甲基纤维素钾中的至少一种，正极导电剂可以包括乙炔黑、导电炭黑(Super P)、碳纳米管(CNTs)、碳纤维、鳞片石墨、科琴黑或石墨烯等中的至少一种。本申请对正极活性材料层中正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂的质量比没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能够实现本申请目的即可。本申请对正极集流体的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，正极集流体的厚度为6μm至20μm。本申请对正极活性材料层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，正极集流体一个表面的正极活性材料层的厚度为30μm至450μm。本申请对正极极片的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，正极极片的厚度为66μm至920μm。
任选地，正极极片还可以包含导电层，导电层位于正极集流体和正极活性材料层之间。本申请对导电层的组成没有特别限制，可以是本领域常用的导电层。
在本申请中，负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上的负极活性材料层。上述“设置于负极集流体至少一个表面上的负极活性材料层”是指负极活性材料层可以设置于负极集流体沿自身厚度方向上的一个表面上，也可以设置于负极集流体沿自身厚度方向上的两个表面上。需要说明，这里的“表面”可以是负极集流体表面的全部区域，也可以是负极集流体表面的部分区域，本申请没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。本申请对负极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以包含铜箔、铜合金箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或复合集流体(例如碳铜复合集流体、镍铜复合集流体、钛铜复合集流体等)等。负极活性材料层还包括导电剂，本申请对导电剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，导电剂可以包括乙炔黑、导电炭黑(Super P)、碳纳米管(CNTs)、碳纤维、鳞片石墨、科琴黑或石墨烯等中的至少一种。本申请对负极集流体的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，负极集流体的厚度为3μm至20μm。本申请对负极活性材料层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，负极集流体一个表面的负极活性材料层的厚度为30μm至400μm。本申请对负极极片的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，负极极片的厚度为63μm至820μm。
任选地，负极极片还可以包含导电层，导电层位于负极集流体和负极活性材料层之间。本申请对导电层的组成没有特别限制，可以是本领域常用的导电层。
本申请的二次电池还包括电解液，电解液包括锂盐和非水溶剂。锂盐可以包括本领域常用的各种锂盐，例如LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、Li2SiF6、双草酸硼酸锂(LiBOB)或二氟硼酸锂中的至少一种。本申请对锂盐在电解液中的浓度没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可。本申请对非水溶剂没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如可以包括但不限于碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物或其它有机溶剂中的至少一种。上述碳酸酯化合物可以包括但不限于链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物或氟代碳酸酯化合物中的至少一种。上述链状碳酸酯化合物可以包括但不限于碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)或碳酸甲乙酯(MEC)中的至少一种。上述环状碳酸酯可以包括但不限于碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)或碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)中的至少一种。氟代碳酸酯化合物可以包括但不限于氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸1,2-二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯或碳酸三氟甲基亚乙酯中的至少一种。上述羧酸酯化合物可以包括但不限于甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯或己内酯中的至少一种。上述醚化合物可以包括但不限于二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、1-乙氧基-1-甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃或四氢呋喃中的至少一种。上述其它有机溶剂可以包括但不限于二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯或磷酸三辛酯中的至少一种。
在本申请中，二次电池还包括隔离膜，用以分隔正极极片和负极极片，防止二次电池内部短路，允许电解质离子自由通过，且不影响电化学充放电过程的进行。本申请对隔离膜没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，隔离膜的材料可以包括但不限于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)为主的聚烯烃(PO)类、聚酯(例如，聚对苯二甲酸二乙酯(PET)膜)、纤维素、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、氨纶或芳纶中的至少一种；隔离膜的类型可以包括织造膜、非织造膜、微孔膜、复合膜、碾压膜或纺丝膜中的至少一种。
例如，隔离膜可以包括基材层和表面处理层。基材层可以为具有多孔结构的无纺布或复合膜，基材层的材料可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。任选地，可以使用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。任选地，基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。例如，无机物层包括无机颗粒和隔离膜用粘结剂，本申请对上述无机颗粒没有特别限制，例如可以包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。本申请对上述隔离膜用粘结剂没有特别限制，例如可以是聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物(丁苯橡胶)、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾、羟甲基纤维素钠或羟甲基纤维素钾中的至少一种。聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料包括聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚或聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
本申请的二次电池还包括包装袋，用于容纳正极极片、隔离膜、负极极片和电解液，以及二次电池中本领域已知的其它部件，本申请对上述其它部件不做限定。本申请对包装袋没有特别限制，可以为本领域公知的包装袋，只要能够实现本申请目的即可。
本申请的二次电池没有特别限定，其可以包括发生电化学反应的任何装置。在一些实施例中，二次电池可以包括但不限于锂金属二次电池、锂离子二次电池(锂离子电池)、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池等。
本申请的二次电池的制备过程为本领域技术人员所熟知的，本申请没有特别的限制，例如，可以包括但不限于以下步骤：将正极极片、隔离膜和负极极片按顺序堆叠，并根据需要将其卷绕、折叠等操作得到卷绕结构的电极组件，将电极组件放入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到二次电池；或者，将正极极片、隔离膜和负极极片按顺序堆叠，然后用胶带将整个叠片结构的四个角固定好得到叠片结构的电极组件，将电极组件置入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到二次电池。此外，也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于包装袋中，从而防止二次电池内部的压力上升、过充放电。
本申请的第二方面提供了一种用电装置，其包括前述任一实施方案中的二次电池。从而，本申请提供的用电装置具有良好的使用性能。本申请对用电装置的种类没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何用电装置。在一些实施例中，用电装置可以包括但不限于笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
实施例
以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。另外，只要无特别说明，“份”、“％”为质量基准。
测试方法和设备：
包覆层厚度的测试：
对负极极片进行离子切割，同时表面进行喷金处理，然后采用扫描电子显微镜(SEM)观察并量取负极活性材料表面的包覆层厚度，被包覆层包覆后的负极活性材料颗粒的最远两点的距离减去负极活性材料颗粒的直径，再除以2，即为包覆层厚度。
比表面积的测试：
按照国家标准《气体吸附BET法测定固态物质比表面积》(GB/T 19587-2017)，使用比表面积分析仪(型号为TristarⅡ3020M)，通过氮吸附法对样品进行比表面积测试。
数均分子量的测试：
采用凝胶渗透色谱测定试样的数均分子量，其中以磷酸盐缓冲液作为流动相，流速为1mL/min，试样浓度为2.5g/L，测试时进样体积为100μL。
粒径的测试：
按照国家标准《粒度分布激光衍射法》(GB/T19077-2016)，使用激光粒度仪(型号为MS3000)测试样品的粒径Dv50。
负极活性材料层中各组分含量的测试：
将完全放电后的锂离子电池拆解后取出负极极片，将负极极片完全浸泡在碳酸二甲酯(DMC)溶液中，浸泡8h后换用新的DMC浸泡过夜(约14h)，将负极极片取出放入烧杯中，放到真空干燥箱中烘干过夜(约14h)，烘干后使用刀片将负极活性材料层刮下，取刮下的负极活性材料层的粉末0.2g置于进样坩埚内，调节气流比，进行裂解气质测试。其中，氮气压力控制为0.5MPa。
设备参数：气相色谱质谱联用仪：Agilent 7890B/5977B；检测器：质量选择检测器(MSD)；进样器：裂解器EGA/PY-3030D；柱箱温度：40℃至320℃；裂解器温度：40℃至1000℃；色谱柱：DB-1701/HP-5ms(30m*250μm*0.25μm)。
厚度膨胀率和内阻的测试：
采用交流阻抗仪测试锂离子电池的内阻，测试频率为1KHz，测试时间为5s，测试内阻时锂离子电池的温度为25℃。
取制备好的锂离子电池测试其内阻记为初始内阻R0 mΩ，将上述锂离子电池在室温(25℃)下以恒定电流1.5C充电至4.3V，4.3V下恒压充电至0.05C，记录初始厚度L0；再放入60℃烘箱中静置60天，取出锂离子电池并测试此时厚度为L1，测试此时的内阻为R1 mΩ。
加热状态厚度膨胀率＝(L1-L0)/L0×100％。
实施例1-1
<粘结剂的制备>
将引发剂过硫酸铵与去离子水混合，得到引发剂过硫酸铵水溶液(质量分数为0.0014％)，置于聚合反应器上的滴液漏斗中；将丙烯酸(AA)单体与去离子水混合，得到丙烯酸单体水溶液(质量分数为50％)，置于聚合反应器上的另一滴液漏斗中；当聚合反应器中的水温达到反应所需要的温度85℃后，滴加丙烯酸单体水溶液和引发剂过硫酸铵水溶液至聚合反应器中，然后添加转移剂亚硫酸氢钠水溶液(将转移剂亚硫酸氢钠与去离子水混合得到，质量分数为0.002％)，在85℃反应温度下反应5h，反应完成后，过滤并用甲醇洗涤得到的聚合物胶体，使用造粒机对聚合物胶体进行造粒，真空干燥后，得到聚丙烯酸颗粒。其中，聚丙烯酸颗粒的粒径Dv50为3μm。其中，丙烯酸单体、亚硫酸氢钠、过硫酸铵的质量比为8:0.2:0.1。
<负极极片的制备>
将负极活性材料人造石墨、导电炭黑(Super P)、聚丙烯酸按照重量比97.3:1.5:1.2进行混合，加入去离子水(H2O)作为溶剂，调配成为固含量为70wt％的浆料，并搅拌均匀得到负极浆料。将负极浆料均匀涂覆于厚度为10μm的负极集流体铜箔的一个表面上，负极极片上负极活性材料层的涂布重量为95g/m2，110℃条件下烘干，得到单面涂布负极活性材料层的负极极片。然后在铜箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂布负极活性材料层的负极极片。完成涂布后，将负极极片进行冷压，压实密度为1.7g/cm3。再经裁片、焊接极耳，得到规格为78mm×875mm的负极极片待用。其中，负极活性材料人造石墨通过调整球磨时间使其Dv50为10μm，比表面积为1.6m2/g。
<正极极片的制备>
将正极活性材料磷酸铁锰锂(LiMn0.7Fe0.3PO4)、导电炭黑(Super P)、聚偏二氟乙烯(PVDF)按照重量比97.5:1.0:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为75wt％的浆料，并搅拌均匀得到正极浆料。将正极浆料均匀涂覆于厚度为10μm的正极集流体铝箔的一个表面上，正极极片上正极活性材料层的涂布重量为180g/m2，90℃条件下烘干，得到单面涂布正极活性材料层的正极极片。然后在铝箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂布正极活性材料层的正极极片。完成涂布后，将正极极片进行冷压，压实密度为4.1g/cm3。再经裁片、焊接极耳，得到规格为74mm×867mm的正极极片待用。
<电解液的制备>
在干燥氩气气氛中，首先将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC:EMC:DEC＝30:50:20混合得到有机溶剂，然后向有机溶剂中加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，得到电解液。其中，LiPF6的浓度为1.15mol/L，余量为有机溶剂。
<隔离膜的制备>
采用厚度为17μm的多孔聚乙烯薄膜(Celgard公司提供)。
<锂离子电池的制备>
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片之间起到隔离作用，然后卷绕得到电极组件；将电极组件置于外包装箔中，然后注入上述制备好的电解液，经化成(0.02C恒流充电到3.3V，再以0.1C恒流充电到3.6V)、脱气、切边等工序，得到锂离子电池。
实施例1-2至实施例1-15
除了在<正极极片的制备>和<负极极片的制备>中按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
实施例1-16至实施例1-32
除了在<负极极片的制备>中，通过调整球磨时间从而如表1调整负极活性材料的比表面积以及按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
实施例1-33至实施例1-34
除了在<负极极片的制备>中按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
实施例2-1至实施例2-18
除了在<负极极片的制备>中，通过调整球磨时间使负极活性材料的粒径Dv50如表2所示，以及在<粘结剂的制备>中通过调整丙烯酸单体水溶液与转移剂的质量比使粘结剂的数均分子量如表2所示以外，其余与实施例1-1相同。
实施例3-1至实施例3-2
除了在<负极极片的制备>中按照表3调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
实施例3-3
除了按照以下方法制备粘结剂以外，其余与实施例1-1相同。
<粘结剂的制备>
将丙烯酸单体与去离子水混合配成丙烯酸单体水溶液(丙烯酸单体与去离子水的体积比为1:1)，加入引发剂过硫酸铵(加入量为丙烯酸单体水溶液质量的1％)和转移剂亚硫酸氢钠(加入量为丙烯酸单体水溶液质量的2.5％)，加入LiOH的去离子水溶液(质量分数为5％)，调节溶液pH值为9，进行反应，80℃反应2.5h，反应完成后，过滤并用甲醇洗涤得到的聚合物胶体，使用造粒机对聚合物胶体进行造粒，真空干燥后，得到聚丙烯酸锂颗粒。其中，聚丙烯酸锂颗粒的粒径Dv50为3μm。
实施例3-4
除了按照以下方法制备粘结剂以外，其余与实施例1-1相同。
<粘结剂的制备>
将丙烯酸单体与去离子水混合配成丙烯酸单体水溶液(丙烯酸单体与去离子水的体积比为1:1)，加入引发剂过硫酸铵(加入量为丙烯酸单体水溶液质量的1％)和转移剂亚硫酸氢钠(加入量为丙烯酸单体水溶液质量的2.5％)，加入NaOH的去离子水溶液(质量分数为5％)，调节溶液pH值为9，进行反应，80℃反应2.5h，反应完成后，过滤并用甲醇洗涤得到的聚合物胶体，使用造粒机对聚合物胶体进行造粒，真空干燥后，得到聚丙烯酸钠颗粒。其中，聚丙烯酸钠颗粒的粒径Dv50为3μm。
对比例1至对比例3
除了在<负极极片的制备>中按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
各实施例和对比例的制备参数和电性能参数如表1至表3所示。
表1
/>
由实施例1-1至实施例1-34和对比例1至对比例3可以看出，当二次电池中正极活性材料的种类、负极活性材料层中的粘结剂种类及含量在本申请范围内，锂离子电池的加热状态厚度膨胀率较低，从而说明锂离子电池在高温和高SOC下的产气得到有效改善。
包覆层的厚度通常也会影响锂离子电池的产气。由实施例1-1、实施例1-12至实施例1-15、实施例1-33、实施例1-34可以看出，当包覆层的厚度在本申请范围内，锂离子电池的加热状态厚度膨胀率较低，R0和R1较小，从而说明锂离子电池在高温和高SOC下的产气得到进一步改善，具有较好的综合性能。由实施例1-1、实施例1-12至实施例1-15可以看出，粘结剂添加量不变，当负极活性材料粒径减小，包覆层厚度增大，包覆效果提升，锂离子电池在高温和高SOC下的产气得到进一步改善，但是同时会影响锂离子电池内阻，导致锂离子电池内阻相对较大。
磷酸铁锰锂中的锰含量与粘结剂的质量百分含量a的关系通常也会影响锂离子电池的产气。由实施例1-1至实施例1-11可以看出，当磷酸铁锰锂中的锰含量与粘结剂的质量百分含量a的关系在本申请范围内，锂离子电池的加热状态厚度膨胀率较低，R0和R1较小，从而说明锂离子电池在高温和高SOC下的产气得到进一步改善。
负极活性材料的比表面积B与粘结剂的质量百分含量a的关系通常也会影响锂离子电池的产气。由实施例1-16至实施例1-32可以看出，当负极活性材料的比表面积B与粘结剂的质量百分含量a的关系在本申请范围内，锂离子电池的加热状态厚度膨胀率较低，R0和R1较小，从而说明锂离子电池在高温和高SOC下的产气得到进一步改善。
由图1可以看出，实施例1-1的负极极片中，粘结剂在负极极片表面形成均匀的包覆层，包覆层在负极活性材料表面以面状分布。
由图2可以看出，对比例1的负极极片中，粘结剂在负极极片表面并未形成包覆层，并且粘结剂在负极极片的表面为点状分布。
表2
粘结剂的数均分子量C与负极活性材料的粒径Dv50的关系通常也会影响锂离子电池的产气。由实施例1-1、实施例2-1至实施例2-18可以看出，当粘结剂的数均分子量C与负极活性材料的粒径Dv50的关系在本申请范围内，锂离子电池的加热状态厚度膨胀率较低，R0和R1较小，从而说明锂离子电池在高温和高SOC下的产气得到进一步改善。
表3
粘结剂的种类通常也会影响锂离子电池的内阻。由实施例1-1、实施例3-3、实施例3-4可以看出，当粘结剂选用PAA-Li时，锂离子电池在具有较低的加热状态厚度膨胀率的同时，还具有较低的内阻，说明能够在改善锂离子电池产气的同时使锂离子电池具有较低的内阻。
负极活性材料的质量百分含量b通常也会影响锂离子电池的电性能。由实施例1-1、实施例3-1、实施例3-2可以看出，当负极活性材料的质量百分含量b在本申请范围内，锂离子电池在具有较低的加热状态厚度膨胀率的同时，还具有较低的内阻，说明能够在改善锂离子电池产气的同时使锂离子电池具有较低的内阻，并且还能够使锂离子电池具有较高的能量密度。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种二次电池，其包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括磷酸铁锰锂，所述负极极片包括负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料和粘结剂，所述粘结剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酸锂或聚丙烯酸钠中的至少一种，基于所述负极活性材料层的质量，所述粘结剂的质量百分含量为a，0.1％≤a≤5％。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述粘结剂在所述负极活性材料的至少部分表面形成包覆层，所述包覆层的厚度为50nm至5000nm。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述磷酸铁锰锂的化学式为LiMnnFe1-nPO4，其中，0.5≤n＜1，0.5％≤a≤5％。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述磷酸铁锰锂的化学式为LiMnnFe1-nPO4，其中，0＜n＜0.5，0.1％≤a＜0.5％。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述负极活性材料的比表面积为B m2/g，0.2≤B≤50。
6.根据权利要求5所述的二次电池，其中，所述二次电池满足以下特征中的一者：
(1)25＜B≤50，4.5％＜a≤5％；
(2)15≤B≤25，2.5％≤a≤4.5％；
(3)0.2≤B＜15，0.1％≤a＜2.5％。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述粘结剂的数均分子量为C，2000≤C≤200000。
8.根据权利要求7所述的二次电池，其中，所述负极活性材料的粒径Dv50为Dμm，0.5≤D≤50。
9.根据权利要求8所述的二次电池，其中，所述二次电池满足以下特征中的一者：
(1)0.5≤D＜5，2000≤C＜5000；
(2)5≤D≤30，5000≤C≤100000；
(3)30＜D≤50，100000＜C≤200000。
10.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述负极活性材料层还包括导电剂，基于所述负极活性材料层的质量，所述负极活性材料的质量百分含量为b，90％≤b≤99.2％，所述导电剂的质量百分含量为c，0.5％≤c≤5％。
11.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池满足以下特征中的至少一者：
(1)所述负极活性材料包括天然石墨、人造石墨、硬碳、硅或硅基复合材料中的至少一种；
(2)所述正极活性材料还包括磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂或钴酸锂中的至少一种。
12.一种用电装置，其包括权利要求1至11中任一项所述的二次电池。
CN202311053584.4A 2023-08-21 2023-08-21 二次电池和用电装置 Pending CN117013050A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311053584.4A CN117013050A (zh) 2023-08-21 2023-08-21 二次电池和用电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311053584.4A CN117013050A (zh) 2023-08-21 2023-08-21 二次电池和用电装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117013050A true CN117013050A (zh) 2023-11-07

Family

ID=88563598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311053584.4A Pending CN117013050A (zh) 2023-08-21 2023-08-21 二次电池和用电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117013050A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112563491B (zh) 负极材料及包含该负极材料的负极及电化学装置
CN111029543B (zh) 负极材料及包含其的电化学装置和电子装置
CN113839012B (zh) 一种正极活性材料及包含其的电化学装置
WO2022198660A1 (zh) 一种正极补锂材料、包含该材料的正极极片和电化学装置
CN116097471A (zh) 一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置
CN116053434A (zh) 一种负极材料、二次电池和电子装置
CN117497827A (zh) 一种二次电池及用电装置
CN114144919A (zh) 一种正极极片、包含该正极极片的电化学装置和电子装置
CN116741941A (zh) 一种电极组件、电化学装置及用电装置
CN114188504B (zh) 一种电化学装置和电子装置
CN114097112A (zh) 一种正极补锂材料、包含该材料的正极极片和电化学装置
CN117013050A (zh) 二次电池和用电装置
CN115280567A (zh) 电化学装置和电子装置
CN115621534B (zh) 一种电化学装置和电子装置
CN116053461B (zh) 电化学装置和包括其的电子装置
CN113921908B (zh) 一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置
CN116435600B (zh) 二次电池和装置
CN114094188B (zh) 一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置
CN117810549A (zh) 一种二次电池及包含其的电子装置
CN117712491A (zh) 一种二次电池和电子装置
US20240079635A1 (en) Electrochemical Apparatus and Electronic Apparatus Containing Same
CN117480657A (zh) 一种二次电池和电子装置
CN117712492A (zh) 一种二次电池和电子装置
CN116666560A (zh) 一种负极极片、二次电池和电子装置
CN117480634A (zh) 一种负极极片、电化学装置和电子装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination