CN117080574A - 二次电池及电池包 - Google Patents
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Abstract
本申请的实施例公开了一种二次电池及电池包，其中二次电池包括：壳体，壳体设置有一具有敞口的容纳腔；电极构件，设置于容纳腔中，电极构件包括：第一电极组件及第二电极组件，第一电极组件沿第一方向排布，第二电极组件设置于其中相邻两个第一电极组件之间；顶盖组件，其盖合敞口并连接壳体；以及电解液，容纳于容纳腔内，且电解液浸润电极构件；其中，第一电极组件的AC值为a1，第二电极组件的AC值为a2，满足：a1>a2。根据本申请，其使得第一电极组件的循环寿命及存储寿命与第二电极组件的循环寿命及存储寿命一致，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电池包。
背景技术
目前，新能源汽车在全世界范围内兴起，高比能量、大比功率、长寿命的高性能锂离子动力电池被大量应用于纯电动汽车(BEV)和混合动力汽车(PHEV，HEV)和储能设备(ESS)。纯电动汽车由于对高能量密度及长续航的极致追求，动力电池的容量也随之越来越高。单个动力电池的基本结构为结构件(顶盖，铝壳，外包膜)、电解液和卷芯组(1个卷芯或者多个卷芯并联)。
当个数大于2个的卷芯并排排布于动力电池内部时，不同卷芯所表现出来的电性能和寿命性能会产生较大差别。基于上述情况，动力电池的性能和寿命通常由性能最差和寿命最低的卷芯所决定，从而限制动力电池整体的性能。因此，如何提高动力电池整体的性能成为亟待解决的问题。
发明内容
本申请的实施例提供一种二次电池及电池包，以提高二次电池的整体性能。
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：壳体，所述壳体具有第一方向，且所述壳体设置有一具有敞口的容纳腔；
电极构件，设置于所述容纳腔中，所述电极构件包括：第一电极组件及第二电极组件，所述第一电极组件设置有至少两个，所述第二电极组件设置有至少一个，所述第一电极组件沿所述第一方向排布，所述第二电极组件设置于其中相邻两个第一电极组件之间；
顶盖组件，其盖合所述敞口并连接所述壳体；以及
电解液，容纳于所述容纳腔内，且所述电解液浸润所述电极构件；
其中，所述第一电极组件的AC值为a1，所述第二电极组件的AC值为a2，满足：a1>a2。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第一电极组件的AC值a1与所述第二电极组件的AC值a2之间还满足：1.04≤a1/a2≤1.1。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，还包括：至少一个第三卷芯，所述第三卷芯设于所述第一电极组件和所述第二电极组件之间。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第一电极组件包括依次层叠的第一正极片、第一隔膜和第一负极片，所述第二电极组件包括依次层叠的第二正极片、第二隔膜和第二负极片；
所述第一正极片的面密度为C1 mg/cm2，所述第二正极片的面密度为C2 mg/cm2，满足：C1<C2；
或，所述第一负极片的面密度为C3 mg/cm2，所述第二负极片的面密度为C4 mg/cm2，满足：C3<C4。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第一负极片包括第一基底和涂覆于所述第一基底的第一活性材料，所述第二负极片包括第二基底和涂覆于所述第二基底的第二活性材料；所述第一活性材料的比表面积为S1 m2/g，所述第二活性材料的比表面积为S2 m2/g，满足：S1＞S2。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第一活性材料的粒径为D1um，所述第二活性材料的粒径为D2um，满足：D1<D2。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第一正极片包括第三基底和涂覆于所述第三基底上的第三活性材料，所述第二正极片包括第四基底和涂覆于所述第四基底上的第四活性材料；
所述第一基底的厚度为H1 um，所述第二基底的厚度为H2 um，满足：
H1<H2；或者，
所述第三基底的厚度为H3 um，所述第四基底的厚度为H4 um，满足：
H3<H4。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第三活性材料及所述第四活性材料均包含有镍元素，所述第三活性材料中的镍元素摩尔百分含量为n1，所述第四活性材料中镍元素摩尔百分含量为n2，满足：n1>n2。
除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第四活性材料包含有A元素，所述A元素包含Al、W及Mg中的至少一种。
另一方面，本申请进一步公开了一种电池包，除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述电池包包括固定框体及如上述任一项所述的二次电池，所述二次电池安装于所述固定框体内。
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：本申请中通过限定第一电极组件的AC值大于第二电极组件的AC值，以对二次电池内的多个卷芯进行差异化设计，以提升第一电极组件的防析锂能力，进而提升第一电极组件的循环寿命及存储寿命，以使得第一电极组件的循环寿命及存储寿命与第二电极组件的循环寿命及存储寿命一致，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1是根据本申请实施例提供的一种二次电池的结构视图；
图2是根据本申请实施例提供的另一种二次电池的结构视图；
图3是根据本申请实施例提供的又一种二次电池的结构视图。
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，以下结合附图和具体实施方式，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。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是指两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
目前，当个数大于2个的卷芯并排排布于动力电池内部时，不同卷芯所表现出来的电性能和寿命性能会产生较大差别。基于上述情况，动力电池的性能和寿命通常由性能最差和寿命最低的卷芯所决定，从而限制动力电池整体的性能。例如，动力电池中最外侧的卷芯相比于内侧的卷芯的析锂现象更明显，这导致最外侧的卷芯的循环寿命差，容量保持率低，甚至更容易出现安全风险，最终导致动力电池的循环寿命差，容量保持率低，甚至更容易出现安全风险；在例如，涉及到2C以上的快充工况时，电池的内侧的卷芯温升过高，过高温度条件下的充电工步对电芯寿命性能产生较大影响，从而降低了电池的使用寿命。
基于此，本申请提供了一种二次电池，以对二次电池内的多个卷芯进行差异化设计，以提升第一电极组件121的防析锂能力，以使得第一电极组件与第二电极组件的防析锂能力一致，提升第二电极组件122的散热效率，使得第二电极组件122和第一电极组件121的导热性能一致，以使得第一电极组件121的循环寿命及存储寿命与第二电极组件122的循环寿命及存储寿命一致，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，参照图1至图3，该二次电池100，可包括：壳体110，壳体110具有第一方向X，且壳体110设置有一具有敞口的容纳腔111；电极构件120，设置于容纳腔111中，电极构件120包括：第一电极组件121及第二电极组件122，第一电极组件121设置有至少两个，第二电极组件122设置有至少一个，第一电极组件121沿第一方向X排布，第二电极组件122设置于其中相邻两个第一电极组件121之间；顶盖组件，其盖合敞口并连接壳体；以及电解液，容纳于容纳腔111内，且电解液浸润电极构件120；
其中，第一电极组件121和第二电极组件122中的“第一”和“第二”只是为了能够区分分设于容纳腔111内的不同卷芯，其并不是对卷芯的个数或者顺序的限制。
其中，第一电极组件121和第二电极组件122可以是同侧出极耳，也可以是异侧出极耳。
进一步的，第一电极组件121的AC值为a1，第二电极组件122的AC值为a2，满足：a1>a2。
其中，AC值为卷芯的负极活性材料容量与正极活性材料容量的比值。
可以理解的，本申请中通过限定第一电极组件121的AC值大于第二电极组件122的AC值，以对二次电池内的多个卷芯进行差异化设计，以提升第一电极组件121的防析锂能力，进而提升第一电极组件121的循环寿命及存储寿命，以使得第一电极组件121的循环寿命及存储寿命与第二电极组件122的循环寿命及存储寿命一致，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
进一步的，在一实施例中，第一电极组件121的AC值a1与第二电极组件122的AC值a2之间还满足：1.04≤a1/a2≤1.1。即第一电极组件121的AC值a1与第二电极组件122的AC值a2的比值可以控制在1.04～1.1范围内。比如，第一电极组件121的AC值a1与第二电极组件122的AC值a2的比值可以为1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、1.09、1.1中的一者或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该比值的上述具体数值仅是示例性地给出，只要在1.04～1.1范围内的任意值均在本申请的保护范围内。本申请中通过将第一电极组件121的AC值a1与第二电极组件122的AC值a2的比值可以控制在1.04～1.1范围内，以进一步提升第一电极组件121的防析锂能力，进而提升第一电极组件121的循环寿命及存储寿命，以使得第一电极组件121的循环寿命及存储寿命与第二电极组件122的循环寿命及存储寿命一致，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，参照图3，该二次电池100还包括：至少一个第三卷芯123，第三卷芯123设于第一电极组件121和第二电极组件122之间。
进一步的，第三卷芯123的AC值为a3，满足：a1>a3>a2。
需要理解的是，本申请中二次电池中布置的卷芯不止限于第一电极组件、第二电极组件及第三卷芯，还可包含其他的卷芯，例如：第四卷芯、第五卷芯等，只要二次电池中的沿第一方向X自内朝外排布的不同的卷芯的AC值呈增大之势即可。
在一实施例中，第一电极组件121包括依次层叠的第一正极片、第一隔膜和第一负极片，第二电极组件122包括依次层叠的第二正极片、第二隔膜和第二负极片；
其中，第一正极片和第二正极片、第一隔膜和第二隔膜、第一负极片和第二负极片中的“第一”和“第二”只是为了能够区分不同的正极片、隔膜及负极片，其并不是对正极片、隔膜及负极片的个数或者顺序的限制。
其中，本申请中对第一隔膜和第二隔膜的材料、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。
具体的，在本申请一具体的实施例中，第一正极片的面密度为C1 mg/cm2，第二正极片的面密度为C2 mg/cm2，满足：C1<C2；在本申请另一具体的实施例中，第一负极片的面密度为C3 mg/cm2，第二负极片的面密度为C4 mg/cm2，满足：C3<C4。
其中，正极极片的面密度为正极极片单位面积内正极活性材料的容量；负极极片的面密度为负极极片单位面积内正极活性材料的容量。
可以理解的，本申请中通过第一电极组件中第一正极片的面密度小于第二电极组件中的第二正极片的面密度，第一负极片的面密度小于第二负极片的面密度，以进一步对二次电池内的多个卷芯进行差异化设计，从而进一步提升第一电极组件121的防析锂能力，进而提升第一电极组件121的循环寿命及存储寿命，以使得第一电极组件121的循环寿命及存储寿命与第二电极组件122的循环寿命及存储寿命一致，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
进一步的，第三卷芯123包括依次层叠的第三正极片、第三隔膜和第三负极片，第三正极片的面密度为C5 mg/cm2，满足：C1<C5<C2；第三负极片的面密度为C6 mg/cm2，满足：C1<C6<C2。即第一电极组件121、第三卷芯123及第二电极组件122之间的极片的面密度呈增大之势。
需要指出的是，第一正极片的面密度和第二正极片的面密度、第一负极片的面密度和第二负极片的面密度之间的关系并不仅限于满足上述关系，在本申请的又一实施例中，当需要对二次电池中的不同卷芯的导热性能进行差异化设计时，第一正极片的面密度C1与第二正极片的面密度C2之间还可满足：C1>C2，第一负极片的面密度C3与第二负极片的面密度C4之间还可满足：C3>C4，即对第一电极组件及第二电极组件差异化设计，降低第二电极组件122中极片的面密度，从而降低第二电极组件122的产热内阻，提升第二电极组件122的散热效率，使得第二电极组件122和第一电极组件121的导热性能一致，从而防止二次电池内部的局部卷芯温度过高对电池的寿命性能产生影响，提升二次电池整体的循环寿命及存储寿命。
在本申请的实施例中，第一负极片包括第一基底和涂覆于第一基底的第一活性材料，第二负极片包括第二基底和涂覆于第二基底的第二活性材料；
第一正极片包括第三基底和涂覆于第三基底上的第三活性材料，第二正极片包括第四基底和涂覆于第四基底上的第四活性材料。
其中，第一基底、第二基底、第三基底及第四基底中的“第一”、“第二”、“第三”和“第四”只是为了能够区分不同的基底，其并不是对基底的个数或者顺序的限制。
其中，第一活性材料、第二活性材料、第三活性材料及第四活性材料中的“第一”、“第二”、“第三”和“第四”只是为了能够区分不同的活性材料，其并不是对活性材料的个数或者顺序的限制。
在一实施例中，第一基底及第二基底均为负极集流体，本申请中的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，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。
进一步的，负极集流体上延伸出负极极耳。进一步的，可以通过裁切负极集流体的方式得到负极极耳。
在一实施例中，第一活性材料及第二活性材料均为负极活性材料，在本申请中，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，本申请的二次电池中的第一负极片和第二负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。
在一实施例中，第三基底及第四基底均为正极集流体，在本申请中，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。
进一步的，正极集流体上延伸出正极极耳。进一步的，可以通过裁切正极集流体的方式得到正极极耳。
在一实施例中，第三活性材料及第四活性材料均为正极活性材料，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。三元材料包括，但不仅限于，镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂。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，本申请的二次电池中的第一正极片和第二正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，第一活性材料的比表面积为S1 m2/g，第二活性材料的比表面积为S2 m2/g，满足：S1＞S2。
其中，比表面积是指单位质量负极活性材料所具有的总面积。
本申请中通过限定第一活性材料的比表面积大于第二活性材料的比表面积，以进一步对二次电池内的多个卷芯进行差异化设计，以致于第一电极组件比第二电极组件具有更好的防析锂能力，进而提升第一电极组件121的循环寿命及存储寿命，以使得第一电极组件121的循环寿命及存储寿命与第二电极组件122的循环寿命及存储寿命一致，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
在一实施例中，第三负极片包含第五基底和涂覆于第五基底的第五活性材料。
第五活性材料的比表面积为S3 m2/g，满足：S1＞S3＞S2。即第一电极组件121、第三卷芯123及第二电极组件122之间的负极活性材料的比表面积呈减小之势。
需要理解的是，本申请中二次电池中布置的卷芯不止限于第一电极组件、第二电极组件及第三卷芯，还可包含其他的卷芯，例如：第四卷芯、第五卷芯等，只要二次电池中的沿第一方向X自内朝外排布的不同的卷芯的负极活性材料的比表面积呈增大之势即可。
在一实施例中，第一活性材料的粒径为D1um，第二活性材料的粒径为D2um，满足：D1<D2。
可以理解的，本申请中通过限定第一活性材料的粒径小于第二活动材料的粒径，以进一步对二次电池内的多个卷芯进行差异化设计，以减小第一电极组件中减小锂离子的扩散路径，以致于第一电极组件比第二电极组件具有更好的防析锂能力，进而提升第一电极组件121的循环寿命及存储寿命，以使得第一电极组件121的循环寿命及存储寿命与第二电极组件122的循环寿命及存储寿命一致，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
进一步的，第五活性材料的粒径为D3um，满足：D1<D3<D2。即第一活性材料、第五活性材料及第二活性材料的粒径呈增大之势。
需要理解的是，本申请中二次电池中布置的卷芯不止限于第一电极组件、第二电极组件及第三卷芯，还可包含其他的卷芯，例如：第四卷芯、第五卷芯等，只要二次电池中的沿第一方向X自内朝外排布的不同的卷芯的负极活性材料的粒径呈减小之势即可。
在本申请的实施例中，第一基底的厚度为H1 um，第二基底的厚度为H2 um，满足：H1<H2；
进一步的，第三基底的厚度为H3 um，第四基底的厚度为H4 um，满足：H3<H4。
可以理解的，本申请中通过限定第一电极组件中的第一基底的厚度小于第二电极组件中的第二基底的厚度，第一电极组件中的第三基底的厚度小于第二电极组件中的第四基底的厚度，以对二次电池内的多个卷芯进行差异化设计，以增大第二电极组件的极片的基底厚度，从而降低第二电极组件的内阻，提高第二电极组件的散热效率，提升第二电极组件的导热性能，从而降低二次电池中内侧的卷芯的温度，使得不同的卷芯的温度一致，以致于不同位置的卷芯的寿命性能一致，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
在一实施例中，第三正极片包含第六基底和涂覆于第六基底的第六活性材料。
第五基底的厚度为H5 um，满足：H1<H5<H2，第六基底的厚度为H6 um，满足：H3<H6<H4。即第一电极组件、第三卷芯、第二电极组件中极片的基底呈增大之势。
需要指出的是，本申请中二次电池中布置的卷芯不止限于第一电极组件、第二电极组件及第三卷芯，还可包含其他的卷芯，例如：第四卷芯、第五卷芯等，只要二次电池中的沿第一方向X自内朝外排布的不同的卷芯的极片的基底呈减小之势即可。
在一实施例中，第三活性材料及第四活性材料均包含有镍元素，第三活性材料中的镍元素摩尔百分含量为n1，第四活性材料中镍元素摩尔百分含量为n2，满足：n1>n2。本申请中通过限定第三活性材料的镍元素摩尔百分含量大于第四活性材料中镍元素摩尔百分含量，以使得第二电极组件与第一电极组件相比具有更好的高温稳定性的化学体系，从而进一步提升第二电极组件的导热性能，从而降低二次电池中内侧的卷芯的温度，使得不同的卷芯的温度一致，以致于不同位置的卷芯的寿命性能一致，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，第四活性材料包含有A元素，A元素包含Al、W及Mg中的至少一种。
可以理解的，本申请中通过对第二电极组件中的第四活性材料掺杂A元素，以对第四活性材料进行改性处理，以进一步使得第二电极组件与第一电极组件相比具有更好的高温稳定性的化学体系，从而进一步提升第二电极组件的导热性能，从而降低二次电池中内侧的卷芯的温度，使得不同的卷芯的温度一致，以致于不同位置的卷芯的寿命性能一致，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
在一实施例，本申请还可对第四活性材料进行包覆的改性处理，或者将第四活性材料使用单晶材料。
在本申请的实施例中，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。
另一方面，本申请还提供了一种电池包，包括固定框体及如上述任一项的二次电池，二次电池安装于固定框体内。
另一方面，本申请还提供了一种用电设备，包括如上述所述的电池包，所述电池包作为所述用电设备的供电电源。用电设备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。
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、隔膜的制备
以PP膜作为隔膜。
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，与隔膜一起采用卷绕机制备出多个卷绕的电极组件，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的多个电极组件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中的第一电极组件的AC值a1为1.15，第二电极组件的AC值a2为1.10，第一正极片的面密度C1为10.39mg/cm2，第二正极片的面密度C2为11.69mg/cm2，第一活性材料的比表面积S1为1.05m2/g，第二活性材料的比表面积S2为1.4m2/g，第一活性材料的粒径D1为4um，第二活性材料的粒径D2为6um。
二、测试方法
1、锂离子电池循环性能的测试方法
在25℃下，将锂离子电池静置30min，然后以1C倍率恒流放电，静置10min，然后以1C倍率恒流恒压充电，静置10min，然后进行满充满放循环测试，分别记录首次充放电容量和循环1000圈后的放电容量，计算容量保持率＝n圈循环放电容量/首次放电容量*100％。
2、锂离子电池循环性能的测试方法
在25℃下，采用1C倍率恒流恒压充电到上限电压，静置30min，然后以1C倍率恒流放电到50％SOC，静置30min，然后以3.5C倍率恒流放电10s，然后以1C倍率恒流充电，静置30min，然后进行满充满放循环测试，分别记录初始内阻及循环1000圈后的内阻，计算DCR增长率＝(初始内阻/n圈循环内阻-1)*100％。
3、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。
4、AC值的测试方法：
分别称取相同面积正极片和负极片(如第一正极片、第一负极片)的质量，计算负/正极片质量比、负/正极活性物质克容量之比、负/正极活性物质含量之比的乘积为AC值。
5、面密度的测试方法：
称取单位面积正极片(如第一正极片)和单位面积基底(如第三基底)的质量，减去铝箔的重量，再乘以正极活性物质含量，为正极面密度；
称取单位面积负极片(如第一负极片)和单位面积(如第一基底)的质量，减去铜箔的重量，再乘以负极活性物质含量，为负极面密度。
6、比表面积的测试方法：
分别将正极活性材料或负极活性材料送测BET比表面积测定法，取平均值，得到比表面积。
7、基底厚度的测试方法：
采用游标卡尺，多次测量基底(如第一基底)不同位置处的厚度，并取平均值，得到集流体的厚度。
8、镍元素摩尔百分含量的测试方法：
将正极活性材料送测ICP发射光谱测试，取平均值，确定镍元素摩尔百分含量。
9、粒径的测试方法：
将活性材料(如第一活性材料)送测激光粒度仪，取平均值，确定材料粒径大小。
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：
第一电极组件的AC值a1为1.2。
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：
第一正极片的面密度C1为9.09mg/cm2。
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：
第一活性材料的比表面积S1为0.95m2/g。
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：
第一活性材料的粒径D1为3um。
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：第一电极组件的AC值a1为1.25。
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：
第一正极片的面密度C1为11.69mg/cm2。
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：
第一正极片的面密度C1为12.09mg/cm2。
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：
第一活性材料的比表面积S1为1.4m2/g。
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：
第一活性材料的比表面积S1为1.6m2/g。
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：
第一活性材料的粒径D1为6um。
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：
第一活性材料的粒径D1为8um。
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：
第一电极组件的AC值a1为1.10。
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：
第一电极组件的AC值a1为1.05。
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，其中：
第一正极片的面密度C1为11.69mg/cm2，第二正极片的面密度C2为10.39mg/cm2，第一基底的厚度H1为6um，第二基底的厚度H2为8um，第三基底的厚度H3为12um，第四基底的厚度H4为14um，第三活性材料中的镍元素摩尔百分含量n1为30％，第四活性材料中的镍元素摩尔百分含量n2为20％，第四活性材料包含氧化铝。
实施例14
依照实施例13的方法制备锂离子电池，同时按照实施例6中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
第二正极片的面密度C2为9.09mg/cm2。
实施例15
依照实施例13的方法制备锂离子电池，同时按照实施例6中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
第二基底的厚度H2为10um，第四基底的厚度H4为16um。
实施例16
依照实施例13的方法制备锂离子电池，同时按照实施例6中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
第三活性材料中的镍元素摩尔百分含量n1为40％。
实施例17
依照实施例13的方法制备锂离子电池，同时按照实施例6中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
第四活性材料不包含氧化铝。
实施例18
依照实施例13的方法制备锂离子电池，同时按照实施例6中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
第二正极片的面密度C2为11.69mg/cm2。
实施例19
依照实施例13的方法制备锂离子电池，同时按照实施例6中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
第二正极片的面密度C2为12.09mg/cm2。
实施例20
依照实施例13的方法制备锂离子电池，同时按照实施例6中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
第二基底的厚度H2为6um，第四基底的厚度H4为12um。
实施例21
依照实施例13的方法制备锂离子电池，同时按照实施例6中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
第二基底的厚度H2为4um，第四基底的厚度H4为10um。
实施例22
依照实施例13的方法制备锂离子电池，同时按照实施例6中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
第四活性材料中的镍元素摩尔百分含量n2为30％。
实施例23
依照实施例13的方法制备锂离子电池，同时按照实施例6中的测试方法测试锂离子电池，除以下不同之处：
第四活性材料中的镍元素摩尔百分含量n2为40％。
三、测试结果
表1实施例1～12的参数及对比例1～2的参数及测试结果
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结果分析：本发明通过限定第一电极组件的AC值a1大于第二电极组件的AC值为a2，第一正极片的面密度C1小于第二正极片的面密度C2，第一活性材料的比表面积S1大于第二活性材料的比表面积S2，第一活性材料的粒径为D1小于第二活性材料的粒径D2，可以提升第一电极组件的防析锂能力，进而提升第一电极组件的循环寿命及存储寿命，以使得第一电极组件的循环寿命及存储寿命与第二电极组件的循环寿命及存储寿命一致，最终提升二次电池的循环寿命及存储寿命。
相比于对比例，本申请中二次电池的循环寿命及存储寿命均有明显提升。
表2实施例13～23的参数及测试结果
结果分析：本发明通过限定第一正极片的面密度C1大于第二正极片的面密度C2、第一基底的厚度H1小于第二基底的厚度H2、第三基底的厚度H3小于第四基底的厚度H4、第三活性材料中的镍元素摩尔百分含量n1大于第四活性材料中镍元素摩尔百分含量n2，同时，第四活性材料包含Al、W及Mg中的至少一种，提升第二电极组件122的散热效率，使得第二电极组件和第一电极组件的导热性能一致，从而防止二次电池内部的局部卷芯温度过高对电池的寿命性能产生影响，提升二次电池整体的循环寿命及存储寿命。相比于对比例，本申请中二次电池的循环寿命及存储寿命均有明显提升。
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：
壳体，所述壳体具有第一方向，且所述壳体设置有一具有敞口的容纳腔；
电极构件，设置于所述容纳腔中，所述电极构件包括：第一电极组件及第二电极组件，所述第一电极组件设置有至少两个，所述第二电极组件设置有至少一个，所述第一电极组件沿所述第一方向排布，所述第二电极组件设置于其中相邻两个第一电极组件之间；
顶盖组件，其盖合所述敞口并连接所述壳体；以及
电解液，容纳于所述容纳腔内，且所述电解液浸润所述电极构件；
其中，所述第一电极组件的AC值为a1，所述第二电极组件的AC值为a2，满足：a1>a2。
2.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述第一电极组件的AC值a1与所述第二电极组件的AC值a2之间还满足：1.04≤a1/a2≤1.1。
3.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，还包括：至少一个第三卷芯，所述第三卷芯设于所述第一电极组件和所述第二电极组件之间，所述第三卷芯的AC值为a3，满足a1>a3>a2。
4.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述第一电极组件包括依次层叠的第一正极片、第一隔膜和第一负极片，所述第二电极组件包括依次层叠的第二正极片、第二隔膜和第二负极片；
所述第一正极片的面密度为C1 mg/cm2，所述第二正极片的面密度为C2mg/cm2，满足：C1<C2；
或，所述第一负极片的面密度为C3 mg/cm2，所述第二负极片的面密度为C4mg/cm2，满足：C3<C4。
5.如权利要求4所述的二次电池，其特征在于，所述第一负极片包括第一基底和涂覆于所述第一基底的第一活性材料，所述第二负极片包括第二基底和涂覆于所述第二基底的第二活性材料；所述第一活性材料的比表面积为S1 m2/g，所述第二活性材料的比表面积为S2m2/g，满足：S1＞S2。
6.如权利要求5所述的二次电池，其特征在于，所述第一活性材料的粒径为D1um，所述第二活性材料的粒径为D2um，满足：D1<D2。
7.如权利要求5所述的二次电池，其特征在于，所述第一正极片包括第三基底和涂覆于所述第三基底上的第三活性材料，所述第二正极片包括第四基底和涂覆于所述第四基底上的第四活性材料；
所述第一基底的厚度为H1 um，所述第二基底的厚度为H2 um，满足：H1<H2；或者，
所述第三基底的厚度为H3 um，所述第四基底的厚度为H4 um，满足：H3<H4。
8.如权利要求7所述的二次电池，其特征在于，所述第三活性材料及所述第四活性材料均包含有镍元素，所述第三活性材料中的镍元素摩尔百分含量为n1，所述第四活性材料中镍元素摩尔百分含量为n2，满足：n1>n2。
9.如权利要求7所述的二次电池，其特征在于，所述第四活性材料包含有A元素，所述A元素包含Al、W及Mg中的至少一种。
10.一种电池包，其特征在于，包括固定框体及如权利要求1～9任一项所述的二次电池，所述二次电池安装于所述固定框体内。
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| CN202311071476.XA CN117080574A (zh) | 2023-08-23 | 2023-08-23 | 二次电池及电池包 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN117080574A true CN117080574A (zh) | 2023-11-17 |
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Family Applications (1)
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| CN202311071476.XA Pending CN117080574A (zh) | 2023-08-23 | 2023-08-23 | 二次电池及电池包 |
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-
2023
- 2023-08-23 CN CN202311071476.XA patent/CN117080574A/zh active Pending
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