CN117652051A - 二次电池及其制备方法、电池模块、电池包和用电装置 - Google Patents

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CN117652051A CN202280050304.1A CN202280050304A CN117652051A CN 117652051 A CN117652051 A CN 117652051A CN 202280050304 A CN202280050304 A CN 202280050304A CN 117652051 A CN117652051 A CN 117652051A
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王家政
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Abstract

本申请涉及一种二次电池，包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极集流体和在所述正极集流体两个表面上的正极膜层，所述负极极片包括负极集流体和在所述负极集流体两个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括与所述正极膜层相对设置的反应区和不与所述正极膜层相对设置的非反应区，其中，在所述非反应区的表面上设置有阻隔层。本申请还涉及一种制备二次电池的方法、电池模块、电池包和用电装置。

Description

二次电池及其制备方法、电池模块、电池包和用电装置 技术领域
本申请涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种二次电池及其制备方法、电池模块、电池包和用电装置。
背景技术
近年来，随着锂离子电池的应用范围越来越广泛，锂离子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、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。由于锂离子电池取得了极大的发展，因此对其能量密度、循环性能和安全性能等也提出了更高的要求。
目前业内负极极片涂布工艺大多采用连续涂布的方式，即电芯负极极片的尾部和头部没有留白区(空基材)。虽然没有留白区对极片生产工艺以及产能有很大的优势，但是连续涂布的负极极片有很多没有参与直接脱嵌锂的涂敷层存在，这将消耗一定的锂，导致损失部分容量，恶化电芯首效、循环性能和存储性能。因此，现有的锂离子电池在首效、循环性能和存储性能等方面仍有待改进。
发明内容
本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种二次电池，其具有改善的首效、循环性能和存储性能。
为了达到上述目的，本申请提供了一种二次电池及其制备方法、电池模块、电池包和用电装置。
本申请的第一方面提供了一种二次电池，包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极集流体和在所述正极集流体两个表面上的正极膜层，所述负极极片包括负极集流体和在所述负极集流体两个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括与所述正极膜层相对设置的反应 区和不与所述正极膜层相对设置的非反应区，其中，在所述非反应区的表面上设置有阻隔层。
由此，本申请通过在非反应区设置阻隔层，在电芯充放电过程中，由于非反应区被隔离，电解液不能将其浸润，阻断了反应区的锂离子向非反应区扩散的路径，从而提升二次电池的首效、循环性能和存储性能。
在任意实施方式中，所述阻隔层选自不能被电解液浸润的薄膜或涂层；所述薄膜包括聚丙烯、聚乙烯、聚酯纤维和聚氯乙烯中的一种或几种，可选地包括流延聚丙烯、单向拉伸聚丙烯、双向拉伸聚丙烯、聚乙烯、聚酯纤维和聚氯乙烯中的一种或几种，进一步可选地包括聚乙烯；所述涂层包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈以及上述物质的共聚物中的一种或几种。
在任意实施方式中，所述阻隔层的厚度为6μm-40μm，可选地为10μm-20μm。当阻隔层的厚度在所给范围内时，能够保证极片没有大的形变，与电芯完全兼容。
在任意实施方式中，所述薄膜具有粘性，粘结力大于20N/m。当薄膜的粘结力在所给范围内时，能够有效地将薄膜贴敷在非反应区的表面上。
在任意实施方式中，在所述负极极片的所述非反应区靠近所述反应区的一端沿着所述负极极片的宽度方向设置间隔区，并且所述阻隔层自间隔区开始、远离所述反应区设置。当在非反应区靠近反应区的一端设置间隔区时，能够进一步改善二次电池的首效、循环性能和存储性能。
在任意实施方式中，所述间隔区的宽度为5mm-50mm，可选地为10mm-15mm。当间隔区的宽度在所给范围内时，能更好地辅助设置阻隔层，更有效地隔离电解液且不影响极片的加工。
在任意实施方式中，所述间隔区的深度等于所述负极膜层的厚度。当间隔区的深度等于负极膜层的厚度时，会阻止电解液沿着底部的负 极膜层向非反应区浸润，从而阻止反应区的锂离子向非反应区扩散，进而改善二次电池的首效、循环性能和存储性能。
在任意实施方式中，所述间隔区靠近所述反应区的一侧与所述反应区的距离为1mm-10mm，可选地为2mm-4mm。当间隔区靠近反应区的一侧与反应区的距离在所给范围内时，能够进一步改善二次电池的首效和循环性能。
本申请的第二方面还提供一种制备二次电池的方法，包括以下步骤：
(1)制备正极极片；
(2)制备负极极片；
(3)制备隔离膜；
(4)制备电解液；
(5)制备二次电池；
其中，步骤(2)包括在所述负极极片上设置阻隔层的步骤；
所述二次电池包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极集流体和在所述正极集流体两个表面上的正极膜层，所述负极极片包括负极集流体和在所述负极集流体两个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括与所述正极膜层相对设置的反应区和不与所述正极膜层相对设置的非反应区，在所述非反应区的表面上设置有阻隔层。
由此，本申请方法通过简单的工艺在负极极片的非反应区上设置阻隔层，从而隔离非反应区，阻断反应区的锂离子向非反应区扩散，进而提升二次电池的首效、循环性能和存储性能。
在任意实施方式中，所述阻隔层通过涂覆或粘贴工艺设置，可选地，所述阻隔层通过粘贴工艺设置。
本申请的第三方面提供一种电池模块，包括本申请第一方面的二次电池或通过本申请第二方面的方法制备的二次电池。
本申请的第四方面提供一种电池包，包括本申请第三方面的电池模块。
本申请的第五方面提供一种用电装置，包括选自本申请第一方面 的二次电池或通过本申请第二方面的方法制备的二次电池、本申请第三方面的电池模块或本申请第四方面的电池包中的至少一种。
本申请的电池模块、电池包和用电装置包括本申请的二次电池，因而至少具有与所述二次电池相同的优势。
附图说明
图1是本申请一实施方式的二次电池的卷绕型电芯的示意图。
图2是图1所示的本申请一实施方式的二次电池的卷绕型电芯的负极极片的展开示意图。
图3是本申请另一实施方式的二次电池的卷绕型电芯的负极极片的展开示意图。
图4是本申请一实施方式的二次电池的示意图。
图5是图4所示的本申请一实施方式的二次电池的分解图。
图6是本申请一实施方式的电池模块的示意图。
图7是本申请一实施方式的电池包的示意图。
图8是图7所示的本申请一实施方式的电池包的分解图。
图9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；5二次电池；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及其制备方法、电池模块、电池包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，如果列出了最小范围值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。
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，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。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“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。
如果没有特别的说明，在本申请中，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)。
在卷绕或叠片电芯中，由于必须满足负极极片完全覆盖正极极片，所以负极极片必须有一段非反应区不参与与正极极片的直接脱嵌锂。但是在电芯的充电过程中，正极极片的锂离子优先嵌入负极极片的反应区，即与正极极片相对的区域，负极极片反应区的电势逐渐降低，而非反应区一直处于比较高的电势，此时非反应区与负极极片的反应区形成电势差，在电势差的驱动下，反应区的锂离子以缓慢的速度向非反应区扩散嵌入，而嵌入非反应区的锂离子在放电过程中很难再回到正极极片，这就造成了正极极片的不可逆锂损失，最终导致电芯的首效、循环性能和存储性能恶化。
本申请通过在负极极片的非反应区设置阻隔层，在电芯充放电过程中，由于非反应区被隔离，电解液不能将其浸润，阻断了反应区的锂离子向非反应区扩散的路径，从而提升二次电池的首效、循环性能和存储性能。
[二次电池]
本申请的一个实施方式中，本申请提出了一种二次电池，包括正极极片和负极极片，正极极片包括正极集流体和在正极集流体两个表面上的正极膜层，负极极片包括负极集流体和在负极集流体两个表面上的负极膜层，负极膜层包括与正极膜层相对设置的反应区和不与正极膜层相对设置的非反应区，其中，在非反应区的表面上设置有阻隔层。
虽然机理尚不明确，但本申请人意外地发现：本申请通过在负极极片的非反应区上设置阻隔层，在电芯充放电过程中，由于非反应区被隔离，电解液不能将其浸润，阻断了反应区的锂离子向非反应区扩散的路径，降低了正极极片的不可逆锂损失，从而提升二次电池的首效、循环性能和存储性能。
例如，如图1所示，在卷绕型电芯中，正极极片、负极极片和隔离膜采用卷绕工艺制作成电芯。负极极片包括与正极极片相对设置的 反应区和不与正极极片相对设置的非反应区，非反应区包括空卷非反应区和收尾非反应区。
图2为图1所示的卷绕型电芯中的负极极片的展开示意图。如图1和图2所示，负极极片的中部为反应区，一面(A面)的一端为空卷非反应区，另一面(B面)的一端为收尾非反应区，其中在非反应区设置阻隔层。
在一些实施方式中，阻隔层选自不能被电解液浸润的薄膜或涂层；薄膜包括聚丙烯、聚乙烯、聚酯纤维和聚氯乙烯中一种或几种，可选地包括流延聚丙烯、单向拉伸聚丙烯、双向拉伸聚丙烯、聚乙烯、聚酯纤维和聚氯乙烯中的一种或几种，进一步可选地包括聚乙烯；涂层包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈以及上述物质的共聚物中的一种或几种。
由于聚乙烯(PE)薄膜具有无臭、无毒、-90℃至100℃内稳定、耐酸碱、耐有机溶剂、吸水性小、电绝缘性能优良等优点，所以薄膜可选地包括PE薄膜。
在一些实施方式中，聚酯纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯。
在一些实施方式中，阻隔层的厚度为6μm-40μm，可选地为10μm-20μm。
在本申请的实施例中，需要控制阻隔层的厚度。阻隔层太薄容易破损，太厚将导致极片发生形变。当阻隔层的厚度在所给范围内时，能够保证极片没有大的形变，与电芯完全兼容。
在一些实施方式中，薄膜具有粘性，粘结力大于20N/m，可选地大于200N/m，进一步可选地大于400N/m。
在本申请的实施例中，薄膜具有一定的粘性，粘结力太小无法将薄膜与负极极片上的负极膜层紧密贴合，很容易撕裂，薄膜的粘结力大于20N/m，可选地薄膜粘结力大于负极膜层中颗粒与颗粒间的内聚力，能够有效地将薄膜贴敷在非反应区的表面上。只要能隔绝电解 液，单面粘性或双面粘性的薄膜都可以满足本申请，由于双面粘性的薄膜相对单面粘性的薄膜厚度有所增加，这将导致极片发生更大的形变，所以薄膜可选地为单面粘性的薄膜。
在一些实施方式中，在负极极片的非反应区靠近反应区的一端沿着负极极片的宽度方向设置间隔区，并且阻隔层自间隔区开始、远离反应区设置。
通过在负极极片的非反应区靠近反应区的一端设置间隔区，可以阻止注液后电解液向非反应区浸润，从而阻止反应区的锂离子向非反应区扩散，进而进一步改善二次电池的首效、循环性能和存储性能。
图3是本申请另一实施方式的二次电池的卷绕型电芯的负极极片的展开示意图。如图3所示，负极极片的中部为反应区，一面(A面)的一端为空卷非反应区，另一面(B面)的一端为收尾非反应区，其中非反应区靠近反应区的一端沿着负极极片的宽度方向设置间隔区，并且阻隔层自间隔区开始、远离反应区设置。更具体而言，阻隔层设置在间隔区底部表面、间隔区靠近非反应区的侧面以及远离反应区的非反应区上。
在一些实施方式中，间隔区的宽度为5mm-50mm，可选地为10mm-15mm。
间隔区的宽度太宽影响极片的加工性能，尤其是在冷压阶段导致极片压密不均。宽度太窄将影响后期非反应区贴膜工艺，导致贴膜不紧密，电解液会从底部渗透。当间隔区的宽度在所给范围内时，能更好地辅助设置阻隔层，更有效地隔离电解液且不影响极片的加工。
在一些实施方式中，间隔区的深度等于负极膜层的厚度。
如果间隔区的深度小于负极膜层的厚度，即间隔区的底部有负极膜层，那么注液后电解液会沿着底部的负极膜层向非反应区浸润，无法阻止反应区的锂离子向非反应区扩散。因此，间隔区的深度等于负极膜层的厚度，即间隔区的底部为负极极片的集流体。
在一些实施方式中，间隔区靠近反应区的一侧与反应区的距离为1mm-10mm，可选地为2mm-4mm。
如果间隔区靠近反应区的一侧完全贴近反应区的边缘，将影响电芯安全，反应区的边缘有可能在正负极极片轻微错位的情况下发生析锂。如果间隔区靠近反应区的一侧离反应区较远，两者之间的负极膜层还是会消耗锂，将恶化对电芯首效及循环性能的改善效果。因此，当间隔区靠近反应区的一侧与反应区的距离在所给范围内时，能够进一步改善二次电池的首效和循环性能。
本申请的一个实施方式中，提供一种制备二次电池的方法，包括以下步骤：
(1)制备正极极片；
(2)制备负极极片；
(3)制备隔离膜；
(4)制备电解液；
(5)制备二次电池；
其中，步骤(2)包括在负极极片上设置阻隔层的步骤；
二次电池包括正极极片和负极极片，正极极片包括正极集流体和在正极集流体两个表面上的正极膜层，负极极片包括负极集流体和在负极集流体两个表面上的负极膜层，负极膜层包括与正极膜层相对设置的反应区和不与正极膜层相对设置的非反应区，在非反应区的表面上设置有阻隔层。
在一些实施方式中，阻隔层通过涂覆或粘贴工艺设置，可选地，阻隔层通过粘贴工艺设置。
防止电解液浸润的阻隔层非常重要，可以采用涂敷或粘贴两种工艺设置。由于涂敷工艺需要设备搅拌、涂敷、烘烤等环节，流程相对粘贴工艺较为复杂，因此可选地，阻隔层通过粘贴工艺设置。
在一些实施方式中，所述方法还包括在负极极片的非反应区靠近反应区的一端沿着负极极片的宽度方向设置间隔区，间隔区通过水洗、抛光打磨或者间歇涂布的方式设置。
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。
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，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LiCoO 2)、锂镍氧化物(如LiNiO 2)、锂锰氧化物(如LiMnO 2、LiMn 2O 4)、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 1/3O 2(也可以简称为NCM 333)、LiNi 0.5Co 0.2Mn 0.3O 2(也可以简称为NCM 523)、 LiNi 0.5Co 0.25Mn 0.25O 2(也可以简称为NCM 211)、LiNi 0.6Co 0.2Mn 0.2O 2(也可以简称为NCM 622)、LiNi 0.8Co 0.1Mn 0.1O 2(也可以简称为NCM 811))、锂镍钴铝氧化物(如LiNi 0.85Co 0.15Al 0.05O 2)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LiFePO 4(也可以简称为LFP))、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂(如LiMnPO 4)、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。
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。
[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。
[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，溶剂可选自碳酸乙烯酯(碳酸亚乙酯)、碳酸丙烯酯(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、聚丙烯及聚偏氟乙烯中的至少一种。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，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(电芯)。
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，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。
本申请对二次电池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4是作为一个示例的方形结构的二次电池5。
在一些实施方式中，参照图5，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。二次电池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，二次电池可以组装成电池模块，电池模块所含二次电池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。
图6是作为一个示例的电池模块4。参照图6，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。
图7和图8是作为一个示例的电池包1。参照图7和图8，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、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9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。
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
将正极活性材料磷酸铁锂、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比96:2:2进行混合，加入溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在厚度为12μm的正极集流体铝箔的两个表面上，在115℃干燥15min，冷压得到单侧厚度为84μm的正极膜层，分切得到长605mm、膜宽为88mm的正极极片，涂布重量为20mg/cm 2，压实密度为2.4g/cm 3。
(2)负极极片的制备
将负极活性材料人造石墨、导电剂乙炔黑、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在厚度为8μm的负极集流体铜箔的两个表面上，在115℃干燥15min，冷压得到单侧厚度为61μm的负极膜层，分切得到长735mm、膜宽为93mm的负极极片，负极极片的涂布重量为9.4mg/cm 2，压实密度为1.55g/cm 3。负极极片包括将与正极膜层相对设置的反应区和不与正极膜层相对设置的非反应区(即空卷非反应区和收尾非反应区)，在负极极片的非反应区粘贴单面粘性的聚乙烯薄膜作为阻隔层，聚乙烯薄膜的粘结力为470N/m，厚度为20μm。
(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进行混合得到有机溶剂，将充分干燥的锂盐LiPF 6溶解于上述有机溶剂中，锂盐的浓度为1mol/L，混合均匀得到电解液。
(4)隔离膜的制备
选用厚度为12μm的聚乙烯膜作为隔离膜。
(5)二次电池的制备
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、负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯置于外包装壳中，干燥后按4.2g/Ah的注液系数注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得容量为3Ah左右的二次电池。
实施例2-3
二次电池的制备整体上参照实施例1，区别在于，在负极极片的制备中，在负极极片的非反应区粘贴单面粘性的聚乙烯薄膜作为阻隔层，聚乙烯薄膜的粘结力为450N/m，厚度分别为6μm和40μm。
实施例4-6
二次电池的制备整体上参照实施例1，区别在于，在负极极片的制备中，将单面粘性的聚乙烯薄膜分别替换为单面粘性的单向拉伸聚丙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜和聚氯乙烯薄膜。
实施例7
二次电池的制备整体上参照实施例1，区别在于，在负极极片的制备中，在负极极片的非反应区涂覆聚四氟乙烯作为阻隔层，其厚度为20μm。
实施例8
二次电池的制备整体上参照实施例1，区别在于，在负极极片的制备中，在负极极片的非反应区涂覆聚甲基丙烯酸甲酯作为阻隔层，其厚度为20μm。
实施例9
二次电池的制备整体上参照实施例1，区别在于，在负极极片的制备中，在负极极片的非反应区靠近反应区的一端沿着负极极片的宽度方向设置间隔区，间隔区通过抛光打磨的方式去除负极膜层而形成，其宽度为15mm，深度等于负极膜层的厚度，即61μm，靠近反应区的一侧与反应区的距离为4mm，并且阻隔层自间隔区开始、远离所述反应区设置。
实施例10-11
二次电池的制备整体上参照实施例9，区别在于，间隔区的宽度分别为5mm和50mm。
实施例12
二次电池的制备整体上参照实施例9，区别在于，间隔区的深度为20μm，即未完全去除间隔区的负极膜层。
实施例13-17
二次电池的制备整体上参照实施例9，区别在于，间隔区靠近反应区的一侧与反应区的距离分别为0mm、1mm、2mm、10mm和13mm。
对比例1
二次电池的制备整体上参照实施例1，区别在于，在负极极片的制备中，不在非反应区设置阻隔层。
二次电池性能测试
1.二次电池的首效
在45℃下以0.02C倍率充电10h所测得的容量标记为C0，然后在25℃下以0.33C倍率充电至3.65V，3.65V恒压至0.05C所测得的容量标记为C1，最后0.33C放电至2.5V所测得的容量标记为D0，D0/(C0+C1)×100％为二次电池的首周库伦效率(首效)。
2.二次电池的存储性能
在45℃下，将二次电池在100％SOC(荷电状态)下存储，前60天每15天采集一次数据，60天后每30天采集一次数据直至容量衰减至80％，记录存储天数。
3.二次电池的循环性能
在45℃下，将二次电池以1C倍率充电至3.65V、3.65V恒压至0.05C、以1C倍率放电至2.5V，重复以上步骤进行满充满放循环测试，直至二次电池的容量衰减至初始容量的80％，记录循环圈数。
按照上述过程分别测试上述实施例和对比例中得到的二次电池，具体数值参见表1。
由表1可知，上述所有实施例的二次电池的首效、容量为80％时存储天数和容量保持率80％时循环圈数均高于对比例的二次电池。
综合比较实施例1至实施例8，相比于对比例1，通过在负极极片的非反应区设置阻隔层，可以明显改善二次电池的首效、存储性能和循环性能。
综合比较实施例1和实施例9至实施例17，当在负极极片的非反应区靠近反应区的一端设置间隔区时，能够进一步改善二次电池的首效、存储性能和循环性能。
综合比较实施例9和实施例12，当间隔区的深度等于负极膜层的厚度时，能够进一步改善二次电池的首效、存储性能和循环性能。
综合比较实施例9和实施例13至实施例17，当间隔区靠近反应区的一侧与反应区的距离为1mm-10mm，能够进一步改善二次电池的首效、存储性能和循环性能。尽管当间隔区靠近反应区的一侧与反应区的距离为0mm时，二次电池的首效、存储性能和循环性能均良好，但是如果间隔区靠近反应区的一侧完全贴近反应区的边缘，反应区的边缘有可能在正负极极片轻微错位的情况下发生析锂，从而影响电芯安全，因此间隔区靠近反应区的一侧与反应区的距离大于0mm。
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 (13)

  1. 一种二次电池，包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极集流体和在所述正极集流体两个表面上的正极膜层，所述负极极片包括负极集流体和在所述负极集流体两个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括与所述正极膜层相对设置的反应区和不与所述正极膜层相对设置的非反应区，其中，在所述非反应区的表面上设置有阻隔层。
  2. 根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述阻隔层选自不能被电解液浸润的薄膜或涂层；所述薄膜包括聚丙烯、聚乙烯、聚酯纤维和聚氯乙烯中的一种或几种，可选地包括流延聚丙烯、单向拉伸聚丙烯、双向拉伸聚丙烯、聚乙烯、聚酯纤维和聚氯乙烯中的一种或几种，进一步可选地包括聚乙烯；所述涂层包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈以及上述物质的共聚物中的一种或几种。
  3. 根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，所述阻隔层的厚度为6μm-40μm，可选地为10μm-20μm。
  4. 根据权利要求2至3中任一项所述的二次电池，其中，所述薄膜具有粘性，粘结力大于20N/m。
  5. 根据权利要求1至4中任一项所述的二次电池，其中，在所述负极极片的所述非反应区靠近所述反应区的一端沿着所述负极极片的宽度方向设置间隔区，并且所述阻隔层自间隔区开始、远离所述反应区设置。
  6. 根据权利要求5所述的二次电池，其中，所述间隔区的宽度为5mm-50mm，可选地为10mm-15mm。
  7. 根据权利要求5或6所述的二次电池，其中，所述间隔区的深度等于所述负极膜层的厚度。
  8. 根据权利要求5至7中任一项所述的二次电池，其中，所述间隔区靠近所述反应区的一侧与所述反应区的距离为1mm-10mm，可选地为2mm-4mm。
  9. 一种制备二次电池的方法，包括以下步骤：
    (1)制备正极极片；
    (2)制备负极极片；
    (3)制备隔离膜；
    (4)制备电解液；
    (5)制备二次电池；
    其中，步骤(2)包括在所述负极极片上设置阻隔层的步骤；
    所述二次电池包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极集流体和在所述正极集流体两个表面上的正极膜层，所述负极极片包括负极集流体和在所述负极集流体两个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括与所述正极膜层相对设置的反应区和不与所述正极膜层相对设置的非反应区，在所述非反应区的表面上设置有阻隔层。
  10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述阻隔层通过涂覆或粘贴工艺设置，可选地，所述阻隔层通过粘贴工艺设置。
  11. 一种电池模块，其中，包括权利要求1至8中任一项所述的二次电池或通过权利要求9或10所述的方法制备的二次电池。
  12. 一种电池包，其中，包括权利要求11所述的电池模块。
  13. 一种用电装置，其中，包括选自权利要求1至8中任一项所述的二次电池或通过权利要求9或10所述的方法制备的二次电池、权利要求11所述的电池模块或权利要求12所述的电池包中的至少一种。
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