CN117117155A - 负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电装置 - Google Patents

负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电装置，其中负极活性材料包括硅基材料以及包覆于硅基材料表面的聚合物包覆层，聚合物包覆层的平均厚度a≥2nm；聚合物包覆层厚度最大处的厚度为b，厚度最小处的厚度为c，且（b‑c）/a*100%≤20.4%。本申请的负极活性材料能够使二次电池具有较高的首次库伦效率和较好的循环性能。

Description

负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电装置
技术领域
本申请涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电装置。
背景技术
这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
近年来，随着二次电池的应用范围越来越广泛，二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车和电动汽车等多个领域。
由于二次电池取得了极大的发展，因此对其首次库伦效率和循环性能也提出了更高的要求。因此，寻求一种具有较高的首次库伦效率、较好的循环性能的二次电池，是本领域技术人员重点关注的方向之一。
发明内容
本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的之一在于，提供一种负极活性材料，其能够使采用该负极活性材料的二次电池具有较高的首次库伦效率和较好的循环性能。
为了达到上述目的，本申请的第一方面提供了一种负极活性材料，包括硅基材料以及包覆于所述硅基材料表面的聚合物包覆层，所述聚合物包覆层的平均厚度a≥2nm；所述聚合物包覆层厚度最大处的厚度为b，厚度最小处的厚度为c，且（b-c）/a*100%≤20.4%。
上述的负极活性材料通过在硅基材料的表面上设置平均厚度a≥2nm的聚合物包覆层，聚合物包覆层满足（b-c）/a*100%≤20.4%；该聚合物包覆层具有合适的厚度以及良好的厚度均匀性，可起到对硅基材料的良好包覆效果，使负极活性材料在首次嵌锂时形成的天然SEI膜层的厚度更薄、质量更好，从而可提高二次电池的循环稳定性；并且该聚合物包覆层可以起到人工SEI膜的作用，降低锂离子电池的不可逆容量，提高锂离子电池的首次库伦效率；聚合物包覆层还具有良好的机械稳定性，可提高硅负极活性材料的循环存储稳定性，提高二次电池的循环性能。
在任意的实施方式中，（b-c）/a*100%≤14.7%。如此，聚合物包覆层具有更好的均匀性，可以进一步提高二次电池的循环稳定性。
在任意的实施方式中，所述聚合物包覆层的平均厚度为2nm~45nm。如此，可使聚合物包覆层具有较高的锂离子通过性，在提高锂离子电池的首次库伦效率和循环性能的同时，改善电池的动力学。
在任意的实施方式中，所述聚合物包覆层的平均厚度为2nm~30nm。如此，可使聚合物包覆层具有较高的锂离子通过性，降低负极活性材料的界面反应阻力，促进锂离子的整体扩散能力，从而改善电池的动力学。
在任意的实施方式中，所述聚合物包覆层的平均厚度为20nm~30nm。如此可使二次电池同时具有较高的首次库伦效率、循环性能和动力学。
在任意的实施方式中，所述聚合物包覆层的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸乙酯中的一种或多种。上述的聚合物包覆层材料不仅具有良好的机械稳定性，可提高负极活性材料的循环存储稳定性，而且能够起到良好的锂离子传输机制，减轻负极析锂的风险。
在任意的实施方式中，所述负极活性材料还包括碳包覆层，所述碳包覆层位于所述硅基材料和所述聚合物包覆层之间。如此，可缓解包覆层浆料中的溶剂与硅基材料之间的反应。
在任意的实施方式中，所述碳包覆层的平均厚度为2nm~15nm。
在任意的实施方式中，所述负极活性材料中所述硅基材料、所述碳包覆层和所述聚合物包覆层的质量比为（95~98）：（0.5~2）：（0.5~3）。如此，可以在提高二次电池的首次库伦效率、循环性能的同时，使二次电池具有较高的能量密度。
在任意的实施方式中，所述硅基材料包括单质硅、硅氧复合物、硅碳复合物、硅氮复合物和硅合金中的一种或多种。
本申请的第二方面提供了一种本申请第一方面的负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：
将硅基材料、聚合物单体、引发剂与溶剂混合，进行聚合反应，以在所述硅基材料表面形成聚合物包覆层。
本申请通过乳液聚合法在硅基材料表面形成聚合物包覆层，可以使聚合物包覆层的厚度更加均匀，使聚合物包覆层与硅基材料之间的结合强度更高，包覆效果更好；使得负极活性材料在首次嵌锂时形成的天然SEI膜层更薄、膜层质量更好、消耗的活性锂更少。采用该方法制备的负极活性材料的二次电池具有较高的首次库伦效率和较好的循环性能。
在任意的实施方式中，在所述硅基材料表面形成聚合物包覆层之前，所述制备方法还包括在所述硅基材料表面形成碳包覆层的步骤。如此，可以缓解硅基材料与溶剂之间的反应。
本申请的第三方面提供了一种负极极片，包括本申请第一方面的负极活性材料。
本申请的第四方面提供了一种二次电池，包括本申请第三方面的负极极片。如此，该二次电池具有较高的首次库伦效率，并且具有较好的循环性能。
本申请的第五方面提供了一种用电装置，包括本申请第四方面的二次电池。
本申请的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本申请的其他特征、目的和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得明显。
附图说明
为了更好地描述和说明本申请提供的实施例或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的申请、目前描述的实施例或示例以及目前理解的这些申请的最佳模式中的任何一者的范围的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请一实施方式的负极活性材料的局部剖视示意图；
图2为本申请一实施方式的电池单体的示意图；
图3为图2所示的本申请一实施方式的电池单体的分解图；
图4为本申请一实施方式的二次电池用作电源的用电装置的示意图。
附图标记说明：
1、负极活性材料；11、硅基材料；12、聚合物包覆层；5、电池单体；51、壳体；52、电极组件；53、盖板；6、用电装置。
具体实施方式
以下，适当地参照附图详细描述了本申请的负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电装置的实施方式。但是会有省略非必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
本申请所公开的“范围”可以采用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，任一个端值可以独立地被包括或不被包括，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，且如果还列出了最大范围值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，则相当于列出了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。比如，当表述某个参数为选自“2-10”的整数，相当于列出了整数2、3、4、5、6、7、8、9和10。
本申请中涉及“多个”、“多种”等，如无特别限定，指在数量上大于2或等于2。例如，“一种或多种”表示一种或大于等于两种。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例或实施方式中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。在本文中提及的“实施方式”具有类似理解。
本领域技术人员可以理解，在各实施方式或实施例的方法中，各步骤的撰写顺序并不意味着严格的执行顺序而对实施过程构成任何限定，各步骤的详细执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
在本申请中，以“含有”、“包含”、“包括”等词语描述的开放式技术特征或技术方案中，如无其他说明，不排除所列成员之外的额外成员，可视为既提供了由所列成员构成的封闭式特征或方案，还提供了在所列成员之外还包括额外成员的开放式特征或方案。例如，A包括a1、a2和a3，如无其他说明，可以还包括其他成员，也可以不包括额外成员，可视为既提供了“A由a1、a2和a3组成”的特征或方案，还提供了“A不仅包括a1、a2和a3，还包括其他成员”的特征或方案。在本申请中，如无其他说明，A（如B），表示B为A中的一种非限制性示例，可以理解A不限于为B。
在本申请中，“可选地”、“可选的”、“可选”，指可有可无，也即指选自“有”或“无”两种并列方案中的任一种。如果一个技术方案中出现多处“可选”，如无特别说明，且无矛盾之处或相互制约关系，则每项“可选”各自独立。
本申请实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的重量单位。
目前，由于二次电池取得了极大的发展，对二次电池的性能也提出了更高的要求。例如， 要求二次电池具有较高的首次库伦效率，具有较好的循环性能。因此，寻求具有较高的首次库伦效率、较好的循环性能的二次电池，成为本领域技术人员重点关注的方向之一。对此，本申请提供了一种负极活性材料，其通过对负极活性材料的结构进行改进，使得采用该负极活性材料的二次电池具有较高的首次库伦效率、较好的循环性能。
在锂离子电池的负极活性材料中，硅基材料相比于石墨具有更高的容量，可以实现更高的能量密度。然而，硅基材料在电池充放电过程中面临着严重的体积变化，其体积变化率可达300％以上。体积变化产生的巨大机械应力会导致硅颗粒的粉化，进而使活性材料脱离集流体，失去电接触。
另外，硅基材料与电解液的界面不稳定性也是应用痛点，通常导致硅表层破裂、新位点的暴露、SEI（固体电解质界面膜）持续增厚、硅表层刻蚀等，影响电池的循环性能、存储性能及首次库伦效率。具体地，电解液在硅的低工作电位(<0.5V vs Li/Li+)下还原分解，会在导电表面上形成钝化的SEI层，这种自然形成的SEI膜机械稳定性差，易碎、易断裂，并与膨胀的活性物质相接触形成蓬松碎屑。随着循环的进行，SEI膜反复破裂与形成，消耗大量的活性锂离子。此外，高温存储过程中该SEI膜不稳定容易分解，会出现修复生长。上述原因导致硅负极活性材料的高温储存寿命及循环寿命差。并且，SEI膜不断修复增厚，对于电池动力学和快充性能也是不利的。
请参阅图1，在一些实施方式中，本申请的第一方面提供了一种负极活性材料1，该负极活性材料1包括硅基材料11以及包覆于硅基材料11表面的聚合物包覆层12，聚合物包覆层12的平均厚度a≥2nm；聚合物包覆层12厚度最大处Dmax的厚度为b，厚度最小处Dmin的厚度为c，且（b-c）/a*100%≤20.4%。
本申请通过在硅基材料11的表面上设置平均厚度a≥2nm的聚合物包覆层12，且聚合物包覆层12厚度最大处Dmax的厚度b、厚度最小处Dmin的厚度c与平均厚度a之间满足（b-c）/a*100%≤20.4%；该聚合物包覆层12具有合适的厚度以及良好的厚度均匀性，可起到对硅基材料11的良好包覆效果，使负极活性材料1在首次嵌锂时形成的天然SEI膜层的厚度更薄、质量更好，从而可提高二次电池的循环稳定性；并且该聚合物包覆层12可以起到人工SEI膜的作用，降低锂离子电池的不可逆容量，提高锂离子电池的首次库伦效率；聚合物包覆层12还具有良好的机械稳定性，可以极大地提高硅负极活性材料的循环存储稳定性，提高二次电池的循环性能。
需要说明的是，（b-c）/a*100%的物理含义是聚合物包覆层12的厚度均值偏移率，即硅基材料11表面上聚合物包覆层12的厚度上限值（即厚度最大处Dmax）与厚度下限值（即厚度最小处Dmin）之间的差值除以聚合物包覆层12的平均厚度值。该数值能够在一定程度上体现硅基材料11表面上聚合物包覆层12的均匀性程度。
通过透射电镜可以观察硅基材料11表面聚合物包覆层12任意局部位置的厚度。参阅图1，任意局部位置处的聚合物包覆层12的平均厚度可以通过对该位置处聚合物包覆层12的截面图形（即聚合物包覆层12的外侧边界、内侧边界以及两端所围成的图形）进行面积积分，然后除以硅基材料11与聚合物包覆层12交界处（即内侧边界）的长度获得。随机选取10个不同局部位置，按照上述方法测试各个局部位置处包覆层的平均厚度，取平均值即可得到整个包覆层的平均厚度。硅基材料11表面上聚合物包覆层12的厚度最大处Dmax的厚度b、厚度最小处Dmin的厚度c和平均厚度a如图1所示。
可以理解，硅基材料11表面上聚合物包覆层12的平均厚度a可以为但不限于2nm、5nm、8nm、10nm、12nm、14nm、15nm、16nm、18nm、20nm、22nm、24nm、25nm、26nm、28nm、30nm、32nm、34nm、35nm、36nm、38nm、40nm、42nm、44nm、45nm、48 nm、50 nm、52 nm、54 nm、56 nm、58nm、60nm、62 nm、65 nm、68 nm、70 nm。（b-c）/a*100%的值可以为但不限于0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、20%、20.4%。
在其中一些实施方式中，（b-c）/a*100%≤14.7%。将硅基材料11表面上聚合物包覆层12厚度最大处Dmax的厚度b与厚度最小处Dmin的厚度c之差与平均厚度a的比值控制在上述的范围之内，聚合物包覆层12具有更好的均匀性，可以进一步提高二次电池的循环稳定性。
在其中一些实施方式中，聚合物包覆层12的平均厚度为2nm~45nm。将硅基材料11表面的聚合物包覆层12的平均厚度控制在2nm~45nm之内，可使聚合物包覆层具有较高的锂离子通过性，在提高锂离子电池的首次库伦效率和循环性能的同时，改善电池的动力学。
在其中一些实施方式中，聚合物包覆层12的平均厚度为2nm~30nm。将硅基材料11表面的聚合物包覆层12的平均厚度控制在2nm~30nm之内，可使聚合物包覆层12具有较高的锂离子通过性，降低负极活性材料1的界面反应阻力，促进锂离子的整体扩散能力，从而能够改善电池的动力学。
在其中一些实施方式中，聚合物包覆层12的平均厚度为20nm~30nm。当硅基材料11表面上聚合物包覆层12的平均厚度达到20nm~30nm时，可使二次电池同时具有较高的首次库伦效率、循环性能和动力学；当聚合物包覆层12的平均厚度超过30nm时，首次库伦效率增加的幅度明显较小，存在边际效应递减。
在其中一些实施方式中，聚合物包覆层12的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚甲基丙烯酸乙酯（PEMA）中的一种或多种。上述的聚合物包覆层12材料不仅具有良好的机械稳定性，可提高负极活性材料1的循环存储稳定性，而且能够起到良好的锂离子传输机制，减轻负极析锂的风险。
在其中一些实施方式中，负极活性材料1还包括碳包覆层，该碳包覆层位于硅基材料11和聚合物包覆层12之间。通过在硅基材料11和聚合物包覆层12之间设置碳包覆层，可以在一定程度上避免在硅基材料11表面上形成聚合物包覆层12时包覆层浆料中的溶剂（如水）与硅基材料11发生反应。
具体来说，该碳包覆层可以是以甲烷、乙烯、乙炔等碳源气体为原料，通过化学气相沉积方法在硅基材料的表面上沉积形成的不定型碳包覆层。
在其中一些实施方式中，硅基材料11和聚合物包覆层12之间的碳包覆层的平均厚度为2nm~15nm。将碳包覆层的平均厚度控制在上述范围内，可以有效地避免溶剂与硅基材料11发生反应。可以理解，碳包覆层的平均厚度可以为但不限于2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm。
在其中一些实施方式中，负极活性材料1中硅基材料11、碳包覆层和聚合物包覆层12的质量比为（95~98）：（0.5~2）：（0.5~3）。硅基材料11、碳包覆层和聚合物包覆层12的质量比在上述范围内，可以使碳包覆层和聚合物包覆层12具有合适的厚度，在提高二次电池的首次库伦效率、循环性能的同时，使二次电池具有较高的能量密度。
在其中一些实施方式中，硅基材料11包括单质硅、硅氧复合物、硅碳复合物、硅氮复合物和硅合金中的一种或多种。进一步地，硅基材料11可以采用硅氧复合物或硅碳复合物。
在一些实施方式中，本申请的第二方面提供一种本申请第一方面的负极活性材料1的制备方法。该制备方法包括以下步骤：将硅基材料11、聚合物单体、引发剂与溶剂混合，进行聚合反应，以在硅基材料11表面形成聚合物包覆层12。
本申请通过将硅基材料11、聚合物单体、引发剂与溶剂进行混合，通过乳液聚合法在硅基材料11表面形成聚合物包覆层12，可以使聚合物包覆层12的厚度更加均匀，使聚合物包覆层12与硅基材料11之间的结合强度更高，包覆效果更好；使得负极活性材料1在首次嵌锂时形成的天然SEI膜层更薄、膜层质量更好、消耗的活性锂更少；可以提高二次电池的首次库伦效率和循环性能。
以聚合物包覆层12材料采用PMMA为例，负极活性材料1的具体制备方法如下：将硅基材料11分散在聚合物单体甲基丙烯酸甲酯（MMA）中形成分散液，将分散液加入到溶剂去离子水中进行溶解形成混合液，将乳化剂十二烷基磺酸钠（SDS）加入到上述的混合液中，在9000转/分钟~12000转/分钟的转速下乳化10分钟~30分钟，将引发剂过硫酸铵（APS）溶于溶剂后滴加到上述的混合液中，在70℃~90℃下聚合反应2小时~6小时，从而在硅基材料11的表面形成聚合物包覆层12，将具有聚合物包覆层12的硅基材料11进行洗涤并干燥，得到硅基材料11表面具有聚合物包覆层12的负极活性材料1。其他种类的聚合物包覆层12可以通过与上述类似的方法制备得到。
可以理解，通过控制上述制备过程中硅基材料11与聚合物单体的投料质量比，可以实现对聚合物包覆层12的厚度的调控。在一定的投料质量比范围内，当硅基材料11与聚合物单体的投料质量比较小时，硅基材料11表面上形成的聚合物包覆层12的厚度相应较厚；当硅基材料11与聚合物单体的投料质量比较大时，硅基材料11表面上形成的聚合物包覆层12的厚度则相应较薄。
以聚合物包覆层12材料采用PMMA、硅基材料11采用硅氧材料为例，当硅基材料11与聚合物单体MMA的投料质量比为3：8时，硅基材料11表面上形成的聚合物包覆层12的厚度约为30nm；当硅基材料11与聚合物单体MMA的投料质量比为9：16时，硅基材料11表面上形成的聚合物包覆层12的厚度约为20nm；硅基材料11与聚合物单体MMA的投料质量比为9：8时，硅基材料11表面上形成的聚合物包覆层12的厚度约为10nm。硅基材料11与聚合物单体MMA的投料质量比与聚合物包覆层12的厚度之间大致满足以下关系：硅基材料11与聚合物单体MMA的投料质量比为45：4x时，硅基材料11表面上形成的聚合物包覆层12的厚度约为xnm。
在其中一些实施方式中，在硅基材料11表面上形成聚合物包覆层12之前，还包括在硅基材料11表面形成碳包覆层的步骤。在其中一个具体示例中，碳包覆层为不定型碳包覆层。通过乳液聚合法在硅基材料11表面形成聚合物包覆层12时硅基材料11需要与溶剂接触，例如水等部分溶剂会与硅基材料11进行反应导致硅基材料11的损失。对此，本申请通过在硅基材料11表面形成聚合物包覆层12之前，在硅基材料11的表面设置碳包覆层，该碳包覆层可以在一定程度上避免硅基材料11与溶剂发生反应。
在其中一些实施方式中，碳包覆层是以甲烷、乙烯、乙炔等碳源气体作为原料，通过化学气相沉积方法在硅基材料11的表面上沉积形成的不定型碳包覆层。
在其中一些实施方式中，硅基材料11表面的碳包覆层的平均厚度为2nm~15nm。将碳包覆层的平均厚度控制在上述范围内，可以有效地避免溶剂与硅基材料11发生反应。可以理解，碳包覆层的厚度可以通过控制化学气相沉积过程中碳源气体的量、沉积时间等工艺参数进行控制。
本申请的第三方面还提供一种负极极片，该负极极片包括本申请第一方面的负极活性材料1。
本申请的第四方面还提供一种二次电池，该二次电池包括本申请第三方面的负极极片。由此，所述二次电池具有较高的首次库伦效率，并且具有较好的循环性能。
本申请的第五方面还提供一种用电装置，该用电装置包括本申请第四方面的二次电池。
以下适当参照附图对本申请的二次电池和用电装置进行说明。
除非特别说明，否则提及的电池的组件、材料种类或含量同时适用于锂离子二次电池和钠离子二次电池。
本申请的一个实施方式中，提供一种二次电池。
通常情况下，二次电池包括正极极片、负极极片、电解质和隔离膜。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。隔离膜设置在正极极片和负极极片之间，主要起到防止正负极短路的作用，同时可以使离子通过。
正极极片
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的正极膜层。
作为非限制性示例，正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，正极膜层设置在正极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。
在一些实施方式中，所述正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可采用铝箔。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。复合集流体可通过将金属材料形成在高分子材料基材上而获得。所述正极集流体中，该金属材料的非限制性示例可以包括铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等中的一种或多种。所述正极集流体中，该高分子材料基材的非限制性示例可以包括聚丙烯（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）等基材中的一种或多种。
在一些实施方式中，正极活性材料可包含本领域公知的用于电池的正极活性材料。
作为非限制性示例，锂离子二次电池的正极活性材料可包括以下材料中的一种或多种：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、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物及其改性化合物等中的一种或多种。橄榄石结构的含锂磷酸盐的非限制性示例可包括但不限于磷酸铁锂、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂、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多种。锂钴氧化物的非限制性示例可以包括LiCoO2；锂镍氧化物的非限制性示例可以包括LiNiO2；锂锰氧化物的非限制性示例可以包括LiMnO2、LiMn2O4等；锂镍钴锰氧化物的非限制性示例可以包括LiNi1/ 3Co1/3Mn1/3O2（也可以简称为NCM333）、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（也可以简称为NCM523）、LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2（也可以简称为NCM211）、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（也可以简称为NCM622）、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（也可以简称为NCM811）等；锂镍钴铝氧化物的非限制性示例可以包括LiNi0.85Co0.1Al0.05O2。
可以理解地，电池在充放电过程中会伴随锂(Li)的脱嵌及消耗，电池在放电到不同状态时正极极片中Li的含量不同。本申请中关于正极材料的列举中，如无其他说明，Li的含量为材料初始状态。将正极材料应用于电池体系中的正极极片，经过充放电循环，极片所含正极材料中Li的含量通常会发生变化。其中，Li的含量可以采用摩尔含量进行计量，但不限于此。关于“Li的含量为材料初始状态”，材料初始状态指投料于正极浆料之前的状态。可以理解，在所列举正极材料基础上进行适当改性而获得的新材料也在正极材料范畴之内，前述适当改性指针对正极材料可接受的改性方式，非限制性示例如包覆改性。
本申请中关于正极材料的列举中，氧(O)的含量仅为理论状态值，晶格释氧会导致氧的摩尔含量发生变化，实际O的含量会出现浮动。其中，O的含量可以采用摩尔含量进行计量，但不限于此。
作为非限制性示例，钠离子二次电池的正极活性材料可包括以下材料中的一种或多种：钠过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物和普鲁士蓝类化合物中的一种或多种。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作钠离子电池正极活性材料的传统公知的材料。
作为本申请可选的技术方案，钠过渡金属氧化物中，过渡金属可以是Mn、Fe、Ni、Co、Cr、Cu、Ti、Zn、V、Zr及Ce中的一种或多种。钠过渡金属氧化物例如为NaxMO2，其中M为Ti、V、Mn、Co、Ni、Fe、Cr及Cu中的一种或多种，0<x≤1。
作为本申请可选的技术方案，聚阴离子型化合物可以是具有钠离子、过渡金属离子及四面体型(YO4)n-阴离子单元的一类化合物。过渡金属可以是Mn、Fe、Ni、Co、Cr、Cu、Ti、Zn、V、Zr及Ce中的一种或多种；Y可以是P、S及Si中的一种或多种；n表示(YO4)n-的价态。
聚阴离子型化合物还可以是具有钠离子、过渡金属离子、四面体型(YO4)n-阴离子单元及卤素阴离子的一类化合物。过渡金属可以是Mn、Fe、Ni、Co、Cr、Cu、Ti、Zn、V、Zr及Ce中的一种或多种；Y可以是P、S及Si中的一种或多种，n表示(YO4)n-的价态；卤素可以是F、Cl及Br中的一种或多种。
聚阴离子型化合物还可以是具有钠离子、四面体型(YO4)n-阴离子单元、多面体单元(ZOy)m+及可选的卤素阴离子的一类化合物。Y可以是P、S及Si中的一种或多种，n表示(YO4)n-的价态；Z表示过渡金属，可以是Mn、Fe、Ni、Co、Cr、Cu、Ti、Zn、V、Zr及Ce中的一种或多种，m表示(ZOy)m+的价态；卤素可以是F、Cl及Br中的一种或多种。
聚阴离子型化合物例如是NaFePO4、Na3V2(PO4)3（磷酸钒钠，简称NVP）、Na4Fe3(PO4)2(P2O7)、NaM’PO4F(M’为V、Fe、Mn及Ni中的一种或多种)及Na3(VOy)2(PO4)2F3-2y(0≤y≤1)中的一种或多种。
普鲁士蓝类化合物可以是具有钠离子、过渡金属离子及氰根离子(CN-)的一类化合物。过渡金属可以是Mn、Fe、Ni、Co、Cr、Cu、Ti、Zn、V、Zr及Ce中的一种或多种。普鲁士蓝类化合物例如为NaaMebMe’c(CN)6，其中Me及Me’各自独立地为Ni、Cu、Fe、Mn、Co及Zn中的一种或多种，0<a≤2，0<b<1，0<c<1。
所述正极活性材料在正极膜层中的重量比为80重量%~100重量%，基于正极膜层的总重量计。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括粘结剂。作为非限制性示例，所述粘结剂可以包括聚偏氟乙烯（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中的一种或多种。所述粘结剂在正极膜层中的重量比为0重量%~20重量%，基于正极膜层的总重量计。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括导电剂。作为非限制性示例，所述导电剂可以包括超导碳、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多种。所述导电剂在正极膜层中的重量比为0重量%~20重量%，基于正极膜层的总重量计。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备正极极片：将上述用于制备正极极片的组分，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，形成正极浆料，其中所述正极浆料固含量为40wt%~80wt%，室温下的粘度调整到5000mPa·s~25000mPa·s，将正极浆料涂覆在正极集流体的表面，烘干后经过冷轧机冷压后形成正极极片；正极粉末涂布单位面密度为150mg/m2~350mg/m2，正极极片压实密度为3.0g/cm3~3.6g/cm3，可选为3.3g/cm3~3.5g/cm3。
所述压实密度的计算公式为：
压实密度=涂布面密度/（挤压后极片厚度-集流体厚度）。
单位面积正极膜片中正极活性物质的质量M的可使用标准天平称量得到。
所述正极膜片的厚度T可采用万分尺测量得到，例如可使用型号为Mitutoyo293-100、精度为0.1 μm的万分尺测量得到。需要说明的是，本申请所述的正极膜片厚度是指经冷压压实后并用于组装电池的正极极片中的正极膜片的厚度。
负极极片
负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括本申请上述的负极活性材料。
作为非限制性示例，负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极膜层设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。
在其中一些实施方式中，负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用铜箔。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材至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料形成在高分子材料基材上而获得。其中，负极集流体中，该金属材料的非限制性示例可以包括铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等中的一种或多种。所述负极集流体中，该高分子材料基材的非限制性示例可以包括聚丙烯（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）等基材中的一种或多种。
在其中一些实施方式中，负极活性材料采用本申请第一方面的负极活性材料。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括粘结剂。所述粘结剂可以包括丁苯橡胶（SBR）、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）、聚甲基丙烯酸（PMAA）及羧甲基壳聚糖（CMCS）中的一种或多种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括导电剂。导电剂可以包括超导碳、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多种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括其他助剂，例如增稠剂（如羧甲基纤维素钠（CMC-Na））等。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备负极极片：将上述用于制备负极极片的组分，例如负极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他组分分散于溶剂（溶剂的非限制性示例如去离子水）中，形成负极浆料；将负极浆料涂覆在负极集流体的至少一侧表面上，经过干燥、冷压等工序后，即可得到负极极片。负极浆料所涂覆的负极集流体表面可以为负极集流体的单个表面上，也可以为负极集流体的两个表面上。负极浆料的固含量可以为40wt%~60wt%。负极浆料在室温下的粘度可以调整到2000mPa·s~10000mPa·s。涂覆负极浆料时，以干重计（扣除溶剂）的涂布单位面密度可以为75g/m2~220g/m2。负极极片的压实密度可以为1.0g/cm3~1.8g/cm3。
电解质
电解质具有在正极极片和负极极片之间传导离子的作用。本申请对电解质的种类没有特别的限制，可根据需求进行选择。例如，电解质可以是液态的、凝胶态的或全固态的。
在一些实施方式中，电解质采用电解液。电解液包括电解质盐和溶剂。
在一些实施方式中，锂离子二次电池的电解质盐可以包括六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）、高氯酸锂（LiClO4）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）、双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI）、三氟甲磺酸锂（LiTFS）、二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）、二草酸硼酸锂（LiBOB）、二氟磷酸锂（LiPO2F2）、二氟二草酸磷酸锂（LiDFOP）及四氟草酸磷酸锂（LiTFOP）中的一种或多种。
在一些实施方式中，溶剂可以包括氟代碳酸乙烯酯（FEC）、碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙基酯（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）、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）中的一种或多种。
在一些实施方式中，电解液还可选地包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、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、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
在一些实施方式中，电解液中的添加剂可以包括但不限于氟代碳酸乙烯酯（FEC）、二氟碳酸乙烯酯（DFEC）、三氟甲基碳酸乙烯酯（TFPC）等中的一种或多种。
隔离膜
在一些实施方式中，二次电池中还包括隔离膜。本申请对隔离膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。
在一些实施方式中，隔离膜的材质可以包括玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的一种或多种。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜，没有特别限制。在隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同或不同，没有特别限制。
在一些实施方式中，所述隔离膜的厚度为6μm~40μm，可选为12μm~20μm。
在一些实施方式中，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。
在一些实施方式中，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。二次电池的外包装也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，进一步地，塑料的非限制性示例可以包括聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等中的一种或多种。
二次电池中包括至少一个电池单体。二次电池可以包括1个或多个电池单体。
在本申请中，如无其他说明，“电池单体”指能够实现化学能和电能相互转化的基本单元，进一步地，通常而言至少包括正极极片、负极极片和电解质。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活性离子的作用。
本申请对电池单体的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。例如，图2是作为一个示例的方形结构的电池单体5。
在一些实施方式中，参照图3，外包装可包括壳体51和盖板53。其中，壳体51可包括底板和连接于底板上的侧板，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。电极组件52封装于所述容纳腔内。电解液浸润于电极组件52中。电池单体5所含电极组件52的数量可以为一个或多个，本领域技术人员可根据具体实际需求进行选择。
在一些实施方式中，电池单体5可以组装成电池模块，电池模块所含电池单体5的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池模块的应用和容量进行选择。
在电池模块中，多个电池单体5可以是沿电池模块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电池单体5进行固定。
可选地，电池模块还可以包括具有容纳空间的外壳，多个电池单体5容纳于该容纳空间。
在一些实施方式中，上述电池模块还可以组装成电池包，电池包所含电池模块的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池包的应用和容量进行选择。
在电池包中可以包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池模块。电池箱包括上箱体和下箱体，上箱体能够盖设于下箱体，并形成用于容纳电池模块的封闭空间。多个电池模块可以按照任意的方式排布于电池箱中。
另外，本申请还提供一种用电装置，所述用电装置包括本申请提供的二次电池、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。所述用电装置可以包括移动设备（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，但不限于此。
作为所述用电装置，可以根据其使用需求来选择二次电池、电池模块或电池包。
图4是作为一个示例的用电装置6。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置对二次电池的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。
以下为一些实施例。
为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚，以下将结合实施例和附图对本申请进行进一步详细说明。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。
实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
一、实施例
实施例1：
1）正极极片制备
将正极活性材料（三元正极NCM811）、导电剂（导电炭黑Super P）、粘结剂（聚偏氟乙烯，PVDF）按照质量比97：2：1在溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）中混合均匀，得到正极浆料；将正极浆料涂布于正极集流体铝箔上，通过烘干、冷压、分条、裁切等工序，得到正极极片。正极膜层的压实密度为3.5g/cm3。
2）负极极片制备
负极活性材料制备：以C2H2为碳源气体，通过化学气相沉积法在硅氧材料的表面形成碳包覆层；将具有碳包覆层的硅氧材料分散在甲基丙烯酸甲酯（MMA）中形成分散液，将分散液加入到溶剂去离子水中形成混合液，将乳化剂十二烷基磺酸钠（SDS）加入到上述的混合液中搅拌乳化，将引发剂过硫酸铵（APS）溶于溶剂后滴加到上述的混合液中，在70℃~90℃下进行聚合反应，在碳包覆层的表面形成PMMA聚合物包覆层，得到负极活性材料。
其中，负极活性材料以硅氧材料为内核，在硅氧材料表面设有平均厚度为5nm的碳包覆层；在碳包覆层的表面设有平均厚度a为30nm的PMMA聚合物包覆层；硅氧材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为97.2：0.8：2；聚合物包覆层厚度最大处的厚度b、厚度最小处的厚度c之差与聚合物包覆层的平均厚度a之间的比值（b-c）/a*100%为1%。
将上述的负极活性材料、人造石墨、导电碳黑和聚丙烯酸粘结剂按照质量比73.6：18.4:4:4在适量的溶剂去离子水中混合均匀，得到负极浆料；将负极浆料涂布于负极集流体铜箔上，通过烘干、冷压、分条、裁切工序，得到负极极片。负极膜层的压实密度为1.65g/cm3。
3）电解液制备
将碳酸亚乙酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）和碳酸甲乙酯（EMC）按照体积比1：1：1进行混合得到有机溶剂，将充分干燥的LiPF6溶解于上述的有机溶剂中配制成浓度为1mol/L的电解液。
4）隔离膜
采用Celgard2400聚丙烯隔膜作为隔离膜。
5）二次电池制备
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序堆叠并卷绕，得到电极组件；将电极组件置于外包装中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，得到二次电池。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：聚合物包覆层的平均厚度a为2nm，（b-c）/a*100%为1.4%；相应地，负极活性材料中硅氧材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为98：1.5：0.5。
实施例3：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：聚合物包覆层的平均厚度a为11nm，（b-c）/a*100%为1.2%；相应地，负极活性材料中硅氧材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为97.9：0.5：1.6。
实施例4：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：聚合物包覆层的平均厚度a为20nm；相应地，负极活性材料中硅氧材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为97.6：0.8：1.6。
实施例5：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：聚合物包覆层的平均厚度a为25nm；相应地，负极活性材料中硅氧材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为97.4：0.8：1.8。
实施例6：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：聚合物包覆层的平均厚度a为45nm；相应地，负极活性材料中硅氧材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为96.2：0.8：3。
实施例7：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：聚合物包覆层的平均厚度a为59.5nm；相应地，负极活性材料中硅基材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为95.2：0.65：4.15。
实施例8：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：聚合物包覆层的（b-c）/a*100%为8.6%。
实施例9：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：聚合物包覆层的（b-c）/a*100%为14.7%。
实施例10：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：聚合物包覆层的（b-c）/a*100%为20.4%。
实施例11：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：碳包覆层的平均厚度为2nm；相应地，负极活性材料中硅氧材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为97.5：0.5：2。
实施例12：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：碳包覆层的平均厚度为15nm；相应地，负极活性材料中硅氧材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为96.8：1.2：2。
实施例13：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：聚合物包覆层的材料为PEMA；相应地，负极活性材料中硅氧材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为97.0：0.8：2.2。
实施例14：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：聚合物包覆层的材料为PMMA和PEMA按质量比1:1的混合物；负极活性材料中硅氧材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为97.1：0.8：2.1。
实施例15：
本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：硅基材料采用硅碳材料代替硅氧材料；相应地，负极活性材料中硅氧材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为95：2：3。
二、对比例
对比例1：
该对比例与实施例1基本相同，区别仅在于：负极活性材料中不设置聚合物包覆层；相应地，负极活性材料中硅基材料与碳包覆层的质量比为99.18：0.82。
对比例2：
该对比例与实施例1基本相同，区别仅在于：负极活性材料中聚合物包覆层的平均厚度为1nm，（b-c）/a*100%为1.4%；相应地，负极活性材料中硅基材料、碳包覆层和聚合物包覆层的质量比为98.1：1.4：0.5。
对比例3：
该对比例与实施例1基本相同，区别仅在于：负极活性材料中聚合物包覆层的（b-c）/a*100%为30%。
三、测试方法
1）包覆层平均厚度测试
用透射电镜观察包覆层厚度，将材料表层任一局部位置的照片作图，该局部位置处包覆层的平均厚度可以通过对该位置处聚合物包覆层的截面图形（即聚合物包覆层的外侧边界、内侧边界以及两端所围成的图形）进行面积积分，然后除以硅基材料与聚合物包覆层交界处（即聚合物包覆层内侧边界）的长度获得。随机选取10个不同局部位置，按照上述方法测试各个局部位置处包覆层的平均厚度，取平均值得到整个包覆层的平均厚度。
2）首次可逆容量测试
在25℃下，将电池以0.33C恒流充电至4.2V后，0.05C恒压至4.2V，然后以0.33C放电至2.8V。放电容量即为首次可逆容量。
3）首次库伦效率测试
在上述的首次可逆容量测试中可以得到充电容量，首次库伦效率为放电容量与充电容量的比值。
4）充电倍率测试
在25℃下，将电池以0.33C恒流充电至4.2V后，0.05C恒压至4.2V，记录此步容量为C0，然后以0.33C放电至2.8V；以2C恒流充电至4.2V，记录此步容量为C1，则25℃ 2C嵌锂容量保持率=C1/C0*100%。
5）循环性能测试
在25℃下，将电池以0.5C恒流恒压充电至4.2V后，0.05C恒压至4.2V，然后以0.5C放电至2.8V，进行充放电循环，循环100圈。记录循环100圈前后的容量分别为C0和C1，循环容量保持率=C1/C0*100%。
各实施例和对比例的负极活性材料参数如表1所示，二次电池的性能数据如表2所示。
表1
表2
由以上数据可知：
本申请的各实施例的二次电池具有较高的首次库伦效率和较好的循环性能，综合性能优异。本申请的实施例1~7中，聚合物包覆层的厚度不同。将实施例1~6与实施例7对比可知，将聚合物包覆层的平均厚度控制在2nm~45nm范围内，可以更好地提高电池的2C容量保持率，提高电池的动力学。
将实施例1~5与实施例6~7对比可知，将聚合物包覆层的平均厚度控制在2nm~30nm范围内，可以进一步提高电池的2C容量保持率，提高电池的动力学。将实施例1、4、5与实施例2、3、6、7比较可知，将聚合物包覆层的平均厚度控制在20nm~30nm范围内，可使电池同时获得较好的首次库伦效率、循环性能和动力学，综合性能更好。
实施例1、8~10为聚合物包覆层均匀性不同的实施例。比较实施例1、8~10可知，聚合物包覆层的厚度均值偏移率（b-c）/a*100%对电池的循环稳定性有一定影响，（b-c）/a*100%的值越小，电池循环一定圈数时的容量保持率越高，说明其循环稳定性更好。
实施例1、11、12为碳包覆层厚度不同的实施例。比较实施例1、11、12可知，碳包覆层的厚度对电池的倍率性能有一定影响，碳包覆层的厚度相对薄一些，其电池的2C容量保持率会更高，说明其动力学性能更好。
对比例1中不在硅基材料表面设置聚合物包覆层，其电池的首次可逆容量、首次库伦效率、2C容量保持率和循环容量保持率均较低，综合性能较差。对比例2中聚合物包覆层的厚度过薄，其电池的首次可逆容量、首次库伦效率和循环容量保持率均较低。对比例3中聚合物包覆层的厚度均值偏移率（b-c）/a*100%过大，与实施例1相比，其电池的循环容量保持率明显降低。
上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，本文不再赘述。
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 (15)

1.一种负极活性材料，其特征在于，包括硅基材料以及包覆于所述硅基材料表面的聚合物包覆层，所述聚合物包覆层的平均厚度a≥2nm；所述聚合物包覆层厚度最大处的厚度为b，厚度最小处的厚度为c，且（b-c）/a*100%≤20.4%。
2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，（b-c）/a*100%≤14.7%。
3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述聚合物包覆层的平均厚度为2nm~45nm。
4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述聚合物包覆层的平均厚度为2nm~30nm。
5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述聚合物包覆层的平均厚度为20nm~30nm。
6.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述聚合物包覆层的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸乙酯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料还包括碳包覆层，所述碳包覆层位于所述硅基材料和所述聚合物包覆层之间。
8.根据权利要求7所述的负极活性材料，其特征在于，所述碳包覆层的平均厚度为2nm~15nm。
9.根据权利要求7所述的负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料中所述硅基材料、所述碳包覆层和所述聚合物包覆层的质量比为（95~98）：（0.5~2）：（0.5~3）。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的负极活性材料，其特征在于，所述硅基材料包括单质硅、硅氧复合物、硅碳复合物、硅氮复合物和硅合金中的一种或多种。
11.一种如权利要求1~10中任一项所述的负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将硅基材料、聚合物单体、引发剂与溶剂混合，进行聚合反应，以在所述硅基材料表面形成聚合物包覆层。
12.根据权利要求11所述的负极活性材料的制备方法，其特征在于，在所述硅基材料表面形成聚合物包覆层之前，所述制备方法还包括在所述硅基材料表面形成碳包覆层的步骤。
13.一种负极极片，其特征在于，包括权利要求1~10中任一项所述的负极活性材料。
14.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求13所述的负极极片。
15.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求14所述的二次电池。
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