CN117254129A - 二次电池和用电装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种二次电池和用电装置，二次电池包括正极极片、隔离膜和负极极片，正极极片包含正极活性材料，负极极片包含负极活性材料，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501为1μm~6μm，所述负极活性材料的体积平均粒径Dv502为4μm~15μm，所述隔离膜的透气度G为300s/100cc~600s/100cc。本申请提供的二次电池具备相对较高的快充性能、功率性能和存储寿命。

Description

二次电池和用电装置
技术领域
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种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。
以锂离子电池为代表的二次电池具有容量高、寿命长等特性，因此广泛应用于电子设备，例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等。由于锂离子电池取得了极大的发展，因此对其能量密度、功率性能和存储性能等方面也提出了更高的要求。然而，目前的锂离子电池在使用过程中仍存在功率性能和存储寿命等问题。
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，可以提升二次电池的快充性能、功率性能和存储性能。
为了达到上述目的，本申请的第一方面提供了一种二次电池，包括正极极片、隔离膜和负极极片，所述正极极片包含正极活性材料，所述负极极片包含负极活性材料，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501为1μm~6μm，所述负极活性材料的体积平均粒径Dv502为4μm~15μm，所述隔离膜的透气度G为300s/100cc~600s/100cc。
在二次电池中，通过控制正负极活性材料的粒径及隔膜透气度，控制锂离子在正负极以及隔离膜的传输速度，以及锂离子从正极到隔离膜以及负极的传输速度匹配性，另一方面通过控制正负极材料的粒径，来控制电池的副反应程度，从而使得二次电池同时具有良好的快充性能、功率性能和存储寿命。
在一些实施方式中，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501、所述负极活性材料的体积平均粒径Dv502与所述隔离膜的透气度G之间满足关系：0.01≤≤0.2。
在一些实施方式中，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501、所述负极活性材料的体积平均粒径Dv502与所述隔离膜的透气度G之间满足关系：0.04≤≤0.1。
正负极活性材料的体积平均粒径及隔离膜透气度满足上述关系时，锂离子电池具有较优的快充性能、功率性能和存储寿命。
在一些实施方式中，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501为2μm~5μm。
正极活性材料的体积平均粒径在此范围内，能够使得锂离子电池具有较优的功率性能和存储寿命。
在一些实施方式中，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501、DV90和DV10之间满足关系：＜2.5。
在一些实施方式中，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501、DV90和DV10之间满足关系：＜2。
正极活性材料的体积平均粒径Dv501、DV90和DV10之间满足上述关系时，能够使得锂离子电池具有较优的功率性能。
在一些实施方式中，所述负极活性材料的体积平均粒径Dv502为6μm~12μm。
负极活性材料的体积平均粒径Dv502处于上述范围时，使得电池具有较优的快充性能和存储寿命。
在一些实施方式中，所述正极活性材料包括橄榄石结构的含锂磷酸盐及其改性化合物和锂过渡金属氧化物及其改性化合物中的至少一种。
在一些实施方式中，所述负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂中的至少一种。
在一些实施方式中，所述隔离膜的透气度G为400s/100cc~600s/100cc。
隔离膜的透气度G处于上述范围时，使得电池具有较优的功率性能和安全性能。
本申请的第二方面提供一种用电装置，包括本申请的第一方面的二次电池。
本申请的用电装置包括本申请提供的二次电池，因而至少具有与所述二次电池相同的优势。
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。
图1为本申请一实施方式的二次电池的示意图。
图2是本申请一实施方式的电池单体的示意图。
图3是图2所示的本申请一实施方式的电池单体的分解图。
图4是本申请一实施方式的电池模块的示意图。
图5是本申请一实施方式的电池包的示意图。
图6是图5所示的本申请一实施方式的电池包的分解图。
图7是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电池包；2上箱体；3下箱体；4电池模块；5电池单体；10正极极片；11隔离膜；12负极极片；51壳体；52电极组件；53顶盖组件。
具体实施方式
以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的二次电池和用电装置的实施方式。但是会有省略不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”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。
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。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征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。
随着以锂离子电池为代表的二次电池的广泛应用，对二次电池的功率性能、存储性能和能量密度等提出了更高的要求；其中，在电动汽车等动力电池领域，对电池高功率充放电性能的要求更高。然而，目前的二次电池仍然存在功率性能不佳的问题，无法满足电动汽车等领域对电池高功率性能的应用需求。
为解决上述技术问题，本申请提出了一种二次电池，通过对正极极片、隔离膜和负极极片的相关性能进行调节，可提升二次电池的功率性能、快充性能和存储性能，进而可满足对电池高功率的应用需求。以下将对该二次电池进行详细的描述。
二次电池
第一方面，本申请提出了一种二次电池，如图1所示，其包括正极极片10、隔离膜11和负极极片12，所述正极极片10包含正极活性材料，所述负极极片12包含负极活性材料，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501为1μm~6μm，所述负极活性材料的体积平均粒径Dv502为4μm~15μm，所述隔离膜的透气度G为300s/100cc~600s/100cc。例如，Dv501可以为1μm，2μm，3μm，4μm，5μm，6μm或处于以上任何数值所组成的范围内。Dv502可以为4μm，6μm，8μm，10μm，12μm，14μm，15μm或处于以上任何数值所组成的范围内。G可以为300s/100cc，350s/100cc，400s/100cc，450s/100cc，500s/100cc，550s/100cc，600s/100cc。
需要说明的是，本申请所述“隔离膜的透气度”指的是隔离膜允许气体通过的程度，可以通过测量单位截面在单位时间和特定压力下透气量的大小而获得。
需要说明的是，本申请所述“体积平均粒径Dv501或Dv502”指的是所述正极活性材料或负极活性材料在体积基准的粒度分布中，50%的颗粒粒径小于该值。
在二次电池中，负极活性材料的Dv50越小，锂离子嵌入越快，电池的快充性能越好，但副反应越多，电池的存储寿命降低，负极活性材料的Dv50越大，锂离子嵌入越慢，快充性能越差，但存储寿命提升；正极活性材料的Dv50越小，锂离子嵌入越快，电池的功率性能越好，但副反应更多，电池的存储寿命降低，正极活性材料的Dv50越大，电池的存储寿命较好，但电池的功率性能较差。隔膜的透气度影响着锂离子传输速率，透气度越小，锂离子传输速率越大，但透气度太小，会影响电池的安全性能。
另外，在充电过程中，特别是快充过程中，锂离子在正极和负极的脱嵌锂速度以及锂离子在隔膜中的传输速度，需要匹配，如果锂离子在负极没有得到有效嵌入，会出现析锂现象，如果锂离子没有在正极得到有效嵌入，则电池循环寿命受到影响，如此，会限制锂离子电池的快充性能。
本申请一方面通过控制正负极活性材料的粒径及隔膜透气度，控制锂离子在正负极以及隔离膜的传输速度，以及锂离子从正极到隔离膜以及负极的传输速度匹配性，另一方面通过控制正负极材料的粒径，来控制电池的副反应程度，从而使得二次电池同时具有良好的快充性能、功率性能和存储寿命。
可以理解，本申请所述“活性离子”指的是在电池充放电过程中，在正极极片和负极极片之间往返嵌入和脱出的离子，该离子可以包括锂离子。
在一些实施方式中，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501、所述负极活性材料的体积平均粒径Dv502与所述隔离膜的透气度G之间满足关系：0.01≤≤0.2。例如，可满足关系：0.01≤/>≤0.15，0.02≤/>/G≤0.2，0.02≤/>≤0.1，0.02≤/>≤0.08，0.01≤≤0.06，0.01≤/>≤0.04，0.01≤≤0.1，0.01≤/>≤0.08，0.04≤≤0.1，0.04≤/>≤0.15等。
可选地，正极活性材料的体积平均粒径Dv501、负极活性材料的体积平均粒径Dv502与隔离膜的透气度G之间满足关系：0.01≤≤0.15。
可选地，正极活性材料的体积平均粒径Dv501、负极活性材料的体积平均粒径Dv502与隔离膜的透气度G之间满足关系：0.04≤≤0.1。
本申请中，正极活性材料的体积平均粒径Dv501，负极活性材料的体积平均粒径Dv502、DV90和DV10，均可采用本领域公知的方法进行测量。比如基于国家标准GB/T19077-2016进行测试，具体可参考如下测试步骤：可以通过超声等处理将颗粒样品以合适的浓度分散于适宜的液体（例如为去离子水）或气体中，使用Malvern公司仪器型号为Mastersizer-3000的仪器对其进行测试：使样品通过单色光束（通常是激光），当光遇到颗粒后以不同角度散射，由多元探测器测量散射光，存储这些与散射图样有关的数值并用于随后的分析。通过适当的光学模型和数学过程，转换这些量化的散射数据，得到一系列离散的粒径段上的颗粒体积相对于颗粒总体积的百分比，从而得到颗粒粒径体积分布。
正极活性材料的体积平均粒径Dv501、负极活性材料的体积平均粒径Dv502以及隔离膜的透气度G满足上述关系，有利于进一步提升电池的快充性能、功率性能和存储寿命。可能是由于正负极活性材料的粒径以及隔离膜的透气度满足该关系时，能够更好的实现锂离子传输的匹配性，同时缓解了电池中的副反应。
在一些实施方式中，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501为2μm~5μm。例如，Dv501可以为2μm，3μm，4μm，5μm处于以上任何数值所组成的范围内。
正极活性材料的体积平均粒径Dv501处于上述范围时，一方面，有利于缩短活性离子在正极活性材料中进行固相扩散时的扩散路径，降低活性离子的固相扩散阻力，提升活性离子的扩散速率，使其在正极活性材料中快速地完成嵌入及扩散，由此进一步提升电池的功率性能。另一方面，还有利于使正极活性材料的比表面积处于适宜范围，由此减小正极活性材料在电解液中的暴露面积，降低副反应的发生，由此提升电池的存储寿命。
在一些实施方式中，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501、DV90和DV10之间满足关系：＜2.5。例如，可以满足如下关系：＜2，/>≤1.5，≤1.2，0.7≤/>≤2等。
需要说明的是，本申请所述“体积平均粒径DV90”指的是所述正极活性材料在体积基准的粒度分布中，90%的颗粒粒径小于该值。所述“体积平均粒径DV10”指的是所述正极活性材料在体积基准的粒度分布中，10%的颗粒粒径小于该值。
正极活性材料的体积平均粒径Dv501、DV90和DV10之间满足上述关系时，一方面，可使正极活性材料的平均粒径处于相对较小的范围，同时还能使正极活性材料的粒径分布相对更集中且更均匀，如此有利于降低活性离子在其中的扩散阻力，提升活性离子的扩散速率，从而进一步提升电池的功率性能。另一方面，Dv501、DV90和DV10之间满足上述关系时，还有利于降低正极活性材料的制备获取难度，从而降低其制备获取成本。
在一些实施方式中，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501、DV90和DV10之间满足关系：<2。例如，/>可以为0.1，0.5，0.7，1，1.3，1.5，1.7，1.9或处于以上任何数值所组成的范围内。
正极活性材料的体积平均粒径Dv501、DV90和DV10之间满足上述关系时，能够进一步提升锂离子电池的功率性能。
在一些实施方式中，所述负极活性材料的体积平均粒径Dv502为6μm~12μm。例如，Dv502可以为6μm，8μm，10μm，12μm或处于以上任何数值所组成的范围内。
负极活性材料的体积平均粒径Dv502处于上述范围时，一方面，有利于减小活性离子在负极活性材料中进行固相扩散时的传输路径，使活性离子的固相扩散阻力降低，从而提升活性离子的扩散速率，使其在负极活性材料中快速地完成嵌入及传输，由此进一步提升电池的快充性能。另一方面，还有利于使负极活性材料的比表面积处于适宜范围，由此减小负极活性材料在电解液中的暴露面积，降低其与电解液间副反应的发生，由此进一步提升电池的存储寿命。
在一些实施方式中，所述隔离膜的透气度G为350s/100cc~600s/100cc。例如，G可以为350s/100cc，400s/100cc，500s/100cc，600s/100cc或处于以上任何数值所组成的范围内。
在一些实施方式中，所述隔离膜的透气度G为400s/100cc~600s/100cc。例如，G可以为400s/100cc，410s/100cc，450s/100cc，500s/100cc，530s/100cc，550s/100cc，600s/100cc或处于以上任何数值所组成的范围内。
本申请中，隔离膜的透气度可采用本领域公知的方法进行测量。例如，可依据透气度测试GB/T 458-2008，将隔离膜平展，放置在空气压缩筒出气口，旋紧固定，隔离膜固定在工位后，用浮动在液体上的圆筒的自身重力来压缩筒内空气。随着空气通过试样，圆筒便会平稳下落。测量一定体积的空气通过试样所需的时间，并按此计算透气度。其中，空气柱体积为100CC，空气压缩筒出气口的面积为一平方英寸（6.45cm2）；待测隔离膜样品的面积为6cm6cm。
可以理解，本申请所述“隔离膜的透气度G”指的是隔离膜在100CC空气柱体积的压力下的透气度。
隔离膜的透气度G处于上述范围时，一方面，可使活性离子快速穿过，提升其在正、负极间的传输速率，从而提升电池的功率性能及快充性能。另一方面，还可使隔离膜的透过性处于适宜范围，使活性离子快速穿过的同时，还不会发生正、负极间的内部微短路，并且避免正、负极活性材料粒子的通过，从而提升电池的安全性能。
另外，以下适当参照附图对本申请的二次电池、电池模块、电池包和用电装置进行说明。
在一些实施方式中，本申请的二次电池可包括锂离子电池。
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，所述正极膜层包括正极活性材料。
作为示例，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（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）等的基材）上而形成。
在一些实施方式中，正极活性材料可采用本领域公知的用于电池的正极活性材料。作为示例，正极活性材料可包括以下材料中的至少一种：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（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）、锂镍钴铝氧化物（如LiNi0.85Co0.15Al0.05O2）及其改性化合物等中的至少一种。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（也可以简称为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至少一种。
可以理解，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。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括粘结剂。作为示例，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至少一种。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括导电剂。作为示例，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至少一种。
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；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。溶剂的种类可以选自但不限于前述实施方式中的任一种，例如N-甲基吡咯烷酮（NMP）。正极浆料所涂覆的正极集流体表面可以为正极集流体的单个表面上，也可以为正极集流体的两个表面上。正极浆料的固含量可以为40wt%~80wt%。正极浆料在室温下的粘度可以调整到5000~25000mPa·s。涂覆正极浆料时，以干重计（扣除溶剂），正极极片的涂布密度可以为0.15 g/1540.25mm2-0.25g/1540.25mm2。正极极片的压实密度可以为3.0~3.6g/cm3。
在一些实施例中，正极极片的压实密度为3.3 g/cm3~3.5 g/cm3。
在一些实施例中，正极极片的涂布密度为0.17g/1540.25mm2-0.20 g/1540.25mm2。
本申请的正极极片并不排除除了正极膜层之外的其他附加功能层。例如，在一些实施方式中，本申请的正极极片还包括夹在正极集流体和正极膜层之间、设置于正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，本申请的正极极片还包括覆盖在正极膜层表面的保护层。
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，所述负极膜层包括负极活性材料。
作为示例，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。
在一些实施方式中，所述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（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）等的基材）上而形成。
在一些实施方式中，负极活性材料可采用本领域公知的用于电池的负极活性材料。作为示例，负极活性材料可包括以下材料中的至少一种：人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。所述硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物以及锡合金中的至少一种。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池负极活性材料的传统材料。这些负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。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括粘结剂。所述粘结剂可选自丁苯橡胶（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）中的至少一种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括导电剂。导电剂可选自超导碳、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至少一种。
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（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上，经烘干、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2000~10000mPa·s。涂覆负极浆料时，以干重计（扣除溶剂），负极极片的涂布密度可以为0.1g/1540.25mm2-0.2g/1540.25mm2。负极极片的压实密度可以为1.2~1.6 g/cm3。
在一些实施例中，负极极片的压实密度可以为1.0~1.8 g/cm3。
本申请的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，在一些实施方式中，本申请的负极极片还包括夹在负极集流体和负极膜层之间、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包括覆盖在负极膜层表面的保护层。
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。本申请对电解质的种类没有具体的限制，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，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，电解质盐可以是锂盐。作为示例，锂盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂及四氟草酸磷酸锂中的至少一种。
在一些实施方式中，溶剂可选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的至少一种。
在一些实施方式中，所述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。
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，隔离膜的材质可选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔离膜包括单层薄膜，也包括多层复合薄膜，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，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，二次电池的外包装包括硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。二次电池的外包装也包括软包，例如袋式软包。软包的材质包括塑料，作为塑料，可列举出聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等。
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。
本申请对二次电池的形状没有特别的限制，其包括圆柱形、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。
二次电池也可以为电池模块4或电池包1。
电池模块包括至少一个电池单体。电池模块所含电池单体的数量可以为一个或多个，本领域技术人员可根据电池模块的应用和容量选择合适的数量。
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，多个电池单体5包括沿电池模块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电池单体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。
在一些实施方式中，上述电池单体还可以直接组装成电池包，电池包所含电池单体的数量可以根据电池包的应用和容量进行调节。
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能够盖设于下箱体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。
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。所述二次电池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。
图7是作为一个示例的用电装置。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包括手机、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。
实施例
以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。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。
实施例1
1）正极极片的制备
将正极活性材料LiNi0.64Co0.09Mn0.27O2、导电剂导电碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）按质量比98:1:1混合，然后加入N-甲基吡咯烷酮（NMP）作为溶剂，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到固含量为75wt%的正极浆料。将正极浆料均匀涂覆在厚度为13µm的铝箔的一个表面上，90℃条件下烘干，冷压后得到正极极片。其中，正极活性材料的Dv501为3μm，Dv90为5μm，Dv10为1.5μm。
2）负极极片的制备
将负极活性材料石墨、导电剂导电炭黑、羧甲基纤维素（CMC）、粘结剂SBR按照质量比96.8:0.8:1.2:1.2混合，加入去离子水作为溶剂，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到固含量为66wt%的负极浆料。将负极浆料均匀涂覆在铜箔上；将铜箔在室温晾干后转移至120℃烘箱干燥1h，然后过冷压、分切得到负极极片。其中，负极活性材料的Dv502为7μm。
3）隔离膜
选择聚乙烯膜作为隔离膜，使用前根据正极极片和负极极片的尺寸经分切得到合适的尺寸，其中，隔离膜透气度G为300s/100cc。
4）电解液的制备
在含水量小于10ppm的环境下，将非水有机溶剂碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯按照体积比1:1:1进行混合得到电解液溶剂，随后将锂盐LiPF6溶解于混合后的溶剂中，配置成锂盐浓度为1mol/L的电解液。
5）电池的制备
将上述正极极片、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壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，得到锂离子电池。
实施例2~13和对比例1~4
锂离子电池的制备方法与实施例1类似，不同之处在于：调整了制备过程中的相关参数，具体参数详见下表1。
表1
另外，将上述实施例1~13和对比例1~4中得到的锂离子电池进行性能测试。测试结果如下表2所示。
表2
测试部分
（1）快充性能测试
在25℃下，将二次电池以nC（例如n=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5）充电到截止电压为4.25V，以1C放电至截止电压2.5V，如此循环10圈（比如，n=0.1时，即以0.1C满充至截止电压4.25V，再以1C放电至截止电压2.5V，如此进行10圈），再将二次电池以1C满充，然后拆解负极极片观察负极极片表面的析锂情况。若未析锂，则以C再次进行测试，以此递增，直至负极表面析锂为止，以此时的倍率减去0.1C即为二次电池的充电能力，以实施例1的充电能力记为100%，分别按照上述步骤对其他实施例及对比例的电池进行测试并记录充电能力，将其他实施例或对比例的充电能力为与实施例1的充电能力的比值，记录为其他实施例或对比例的快充性能测试数据。
（2）容量保持率测试
在25℃下，将锂离子电池以0.33C满充，满充到截止电压为4.25V，记录此时的充电容量；以10C满放，满放至截止电压2.5V，记录此时的放电容量，则10C放电容量保持率=放电容量/充电容量，分别按照上述步骤对实施例及对比例的电池进行测试并记录其放电容量保持率，将实施例1的容量保持率记录为100%，其他的实施例或对比例的放电容量保持率与实施例1的放电容量保持率的比值，记录为各实施例或对比例的容量保持率测试数据。
（3）存储寿命测试
将锂离子电池充电至97%荷电状态（SOC），在60℃下静置，静置90天；在25℃下，将锂离子电池以0.33C满充到截止电压为4.25V，以0.33C满放至截止电压2.5V，记录此时的放电容量，分别按照上述步骤对实施例及对比例的电池进行测试并记录其放电容量，将实施例1的存储寿命记录为100%，计算其他实施例及对比例的放电容量与目标容量的比值，作为其存储寿命的测试数据。
（4）自放电程度测试
在25℃下，将锂离子电池充电到70%SOC，记录此时的电压为V1，进行存储，存储三个月后测试锂离子电池的电压为V2，将V2/V1即为自放电程度，分别按照上述步骤对其他实施例及对比例的电池进行测试并记录其自放电程度，将实施例1的自放电程度记录为100%，计算其他实施例或对比例的自放电程度与实施例1的自放电程度的比值，作为自放电测试数据。自放电程度用于表征电池的安全性能。
将实施例与对比例1、2、3、4相比可知，正极活性材料的体积平均粒径Dv501、负极活性材料的体积平均粒径Dv502以及隔离膜透气度G控制在特定范围时，电池具有较好的快充性能、功率性能和存储寿命。
对比实施例1~4可知，正极活性材料的体积平均粒径Dv501<2μm时（实施例2），其比表面积较大，正极与电解液间的副反应较多，存储性能不佳（存储寿命较低）；正极活性材料的体积平均粒径Dv501>5μm时（实施例4），锂离子在正极的扩散路径变长，功率性能变差（10C放电容量保持率较低）。
对比各实施例和对比例可知，当正极活性材料Dv501、负极活性材料Dv502以及隔离膜透气度G均控制在特定范围，且三者之间满足在0.04-0.1之间时，锂离子电池具有较优的综合性能，即快充性能、功率性能和存储寿命综合较好。
对比实施例1和5~8可知，负极活性材料的体积平均粒径Dv502<6μm时（实施例5），负极活性材料颗粒比表面积较大，负极需要更多的电解液形成SEI，存储性能不佳（存储寿命较低）；负极活性材料的体积平均粒径Dv502>12μm时（实施例8），锂离子嵌锂或脱锂的路径变长，快充性能变差。
对比实施例1和9~11可知，隔离膜的透气度G<400s/100cc时（实施例1），隔离膜的透气性过高，正极和负极会有微小接触，电芯内部微短路，自放电较大（自放电程度较大）；隔离膜的透气度G≥600s/100cc时（实施例11），隔离膜的孔隙变少，锂离子透过困难，功率性能变差（10C放电容量保持率较低）。
对比实施例12~13可知，当正极活性材料的DV90、DV10和Dv501之间的关系为达到2.5时（实施例12），电芯的功率性能变差（10C放电容量保持率较低），/>的值越小，比如达到0.7时（实施例13），电芯的功率性能越好（10C放电容量保持率较高）。
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 (10)

1.一种二次电池，其特征在于，包括正极极片、隔离膜和负极极片，所述正极极片包含正极活性材料，所述负极极片包含负极活性材料，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501为1μm~6μm，所述负极活性材料的体积平均粒径Dv502为4μm~15μm，所述隔离膜的透气度G为300s/100cc~600s/100cc。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501、所述负极活性材料的体积平均粒径Dv502与所述隔离膜的透气度G之间满足关系：0.01≤≤0.2。
3.根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501、所述负极活性材料的体积平均粒径Dv502与所述隔离膜的透气度G之间满足关系：0.04≤≤0.1。
4.根据权利要求1至3任一项所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501为2μm~5μm。
5.根据权利要求1至3任一项所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501、DV90和DV10之间满足关系：<2.5。
6.根据权利要求1至3任一项所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料的体积平均粒径Dv501、DV90和DV10之间满足关系：<2。
7.根据权利要求1至3任一项所述的二次电池，其特征在于，所述负极活性材料的体积平均粒径Dv502为6μm~12μm。
8.根据权利要求1至3任一项所述的二次电池，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：
（1）所述正极活性材料包括橄榄石结构的含锂磷酸盐及其改性化合物和锂过渡金属氧化物及其改性化合物中的至少一种；
（2）所述负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂中的至少一种。
9.根据权利要求1至3任一项所述的二次电池，其特征在于，所述隔离膜的透气度G为400s/100cc~600s/100cc。
10.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的二次电池。
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