CN219739019U - 二次电池、电池模组和电子装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供二次电池、电池模组和电子装置。二次电池包括若干个第一电池单体和至少一个第二电池单体；各第一电池单体排列形成二次电池的主体部分，第二电池单体插设于主体部分中和/或设于主体部分的外侧；第一电池单体包括含磷酸盐的正极片；第二电池单体包括含镍锰复合氧化物的正极片；其中，n1＞n2，n1为二次电池中所述含磷酸盐的正极片的数量，n2为二次电池中所述含镍锰复合氧化物的正极片的数量。本实用新型的产品将高能量密度正极与磷酸盐正极进行混合叠放，实现了能量密度的提升，以及加热电芯、改善低温性能。
Description
技术领域
本实用新型专利涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种二次电池、电池模组和电子装置。
背景技术
当前磷酸盐正极组成的动力电芯重量能量密度普遍在160-190Wh/kg，更高能量密度的电芯往往依赖正负极材料提升克容量。当前行业内普遍使用负极加硅和正极补锂技术提升磷酸铁锂动力电芯的能量密度，硅的引入会大幅降低磷酸铁锂电芯的循环寿命和动力学优势，导致循环寿命加速恶化，不利于发挥电芯的高循环寿命的优点，严重限制它的应用。
因此如何在保持磷酸盐正极寿命和安全优势条件下，进一步提升磷酸盐正极电芯的能量密度是本领域共同面临的难题。
实用新型内容
为了克服现有技术无法同时兼顾电芯的寿命、安全性和能量密度的缺陷，提供二次电池、电池模组和电子装置。本实用新型的产品将高能量密度正极与磷酸盐正极进行混合叠放，实现了能量密度的提升，以及加热电芯、改善低温性能。
为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：
第一方面，本实用新型提供了一种二次电池，所述二次电池包括若干个第一电池单体和至少一个第二电池单体；各所述第一电池单体排列形成所述二次电池的主体部分，所述第二电池单体插设于所述主体部分中和/或设于所述主体部分的外侧；
所述第一电池单体包括含磷酸盐的正极片；
所述第二电池单体包括含镍锰复合氧化物的正极片；
其中，n1＞n2，n1为所述二次电池中所述含磷酸盐的正极片的数量，n2为所述二次电池中所述含镍锰复合氧化物的正极片的数量。
第二方面，本实用新型提供了一种电池模组，其包括如上所述的二次电池。
第三方面，本实用新型提供了一种电子装置，其包括如上所述的二次电池或如上所述的电池模组。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。
本实用新型所用试剂和原料均市售可得。
本实用新型的积极进步效果在于：
本申请以高能量密度正极取代部分磷酸盐正极极片，并将高能量密度正极设于特定的位置，提升纯相磷酸盐正极体系的能量密度，同时改善纯磷酸盐正极电芯的低温性能，三元阴极会在放电初期工作产热，使得电芯具有自加热功能，提升低温续航能力。
附图说明
图1为实施例1的二次电池的结构示意图。
图2为实施例2的二次电池的结构示意图。
图3为实施例3的二次电池的结构示意图。
图4为实施例4的二次电池的结构示意图。
图5为实施例1-4与对比例的放电克容量保持率图。
图6为实施例1-4与对比例在不同温度和1/3C的电流密度下循环容量保持率图。
附图标记说明：
负极集流体 1
正极集流体 2
第一隔离膜 31
第二隔离膜 32
负极片 4
含磷酸盐的正极片 A
含镍锰复合氧化物的正极片 B。
具体实施方式
在本实用新型第一方面所述的二次电池中：
优选地，所述第一电池单体的数量为3n个，第二电池单体的数量为n个，n为正整数；每3个所述第一电池单体和1个所述第二电池单体依次排列，从而形成一重复单元；前一个所述重复单元的第一电池单体与后一个所述重复单元的第二电池单体贴合连接。
优选地，所述第二电池单体的数量大于等于2个；所述主体部分的两侧贴设有所述第二电池单体，和/或，所述主体部分的中间插设有所述第二电池单体。
本实用新型一些优选实施方案中，所述第二电池单体的数量为2个，所述主体部分的中间插设有2个所述第二电池单体。
本实用新型一些优选实施方案中，所述第二电池单体的数量为4个，所述主体部分的两侧分别贴设有2个连续排列的所述第二电池单体。
本实用新型一些优选实施方案中，所述第二电池单体的数量为4个，所述主体部分的中间插设有2个所述第二电池单体，所述主体部分的两侧分别贴设有1个所述第二电池单体。
优选地，n2/(n1+n2)为10-50％，但不为50％。
优选地，每个所述第一电池单体还包括负极片、第一隔离膜和第二隔离膜，所述负极片、所述第一隔离膜、所述含磷酸盐的正极片和所述第二隔离膜依次卷绕或层叠形成所述第一电池单体。
优选地，每个所述第二电池单体还包括负极片、第一隔离膜和第二隔离膜，所述负极片、所述第一隔离膜、所述含镍锰复合氧化物的正极片和所述第二隔离膜依次卷绕或层叠形成所述第二电池单体。
本实用新型一些优选实施方案中，所述第一隔离膜和所述第二隔离膜的宽度和长度相同。
本实用新型一些优选实施方案中，所述第一隔离膜或所述第二隔离膜的宽度比所述负极片的宽度大1.0-3.0mm。
本实用新型一些优选实施方案中，所述第一隔离膜或所述第二隔离膜的长度比所述负极片的长度大2.5-7.0mm。
本实用新型一些优选实施方案中，所述负极片的宽度比所述含镍锰复合氧化物的正极片或所述含磷酸盐的正极片的宽度大0.7-3.0mm。
本实用新型一些优选实施方案中，所述负极片的长度比所述含镍锰复合氧化物的正极片或所述含磷酸盐的正极片的长度大0.7-5.0mm。
优选地，所述含镍锰复合氧化物的正极片为镍钴铝酸锂(NCA)、镍钴锰酸锂(NCM)和富锂锰基正极片中的一种或者两种，在该含镍锰复合氧化物中，Ni的质量比为60％以上。在0.1C的电流密度下活性物质的放电克容量在180mAh/g以上。
优选地，所述含镍锰复合氧化物的正极片的单面厚度为30-90μm。
优选地，所述含磷酸盐的正极片为磷酸铁锂(LFP)和/或磷酸锰铁锂(LMFP)正极片。在0.1C的电流密度下活性物质的放电克容量在160mAh/g以下。
优选地，所述含磷酸盐的正极片的单面厚度为50-120μm。
优选地，所述含镍锰复合氧化物的正极片和含磷酸盐的正极片的正极集流体均为铝箔，并进行双面涂布，使用同一种浆料，再将正极浆料按照单面20-45mg/cm3面密度均匀涂覆在正极集流体上。其中，所述含镍锰复合氧化物在正极片上的涂布量低于所述磷酸盐在正极片上的涂布量，所述含镍锰复合氧化物的正极片与所述含磷酸盐的正极片的面密度的比值为0.60-0.95。
优选地，所述含磷酸盐的正极片的单面厚度为50-120μm，压密在2.2-2.6g/cm3。
优选地，所述含镍锰复合氧化物的正极片的单面厚度为30-90μm，压密在3.3-3.7g/cm3。
本实用新型一些优选实施方案中，所述负极片的负极集流体为铜箔，并进行双面涂布，且两侧的厚度一致，使用同一种浆料，负极浆料按照25-40mg/cm3面密度均匀涂覆在所述负极集流体上。
本实用新型一些优选实施方案中，所述负极片的单面厚度为50-100μm，压密在1.45-1.8g/cm3之间。
优选地，根据保液量系数，因为电极活性材料使用的减少，适当降低电解液的使用量，使用量可减少3-10％。
本实用新型一些优选实施方案中，按照分切，裁片叠片或者卷绕工艺将正极片、负极片和隔离膜有序制成电芯，在将裸电芯JR入壳，经过过充分烘烤使得水含量在450ppm以下，完成注液，化成，封口，检验等工序制备出方形硬壳、软包和圆柱电池，具有良好的循环性能，能量密度和高安全性。
优选地，所述正极片的导电剂为SP、乙炔黑、纳米金属粉、碳纳米管和石墨稀一种或多种。
优选地，所述正极片的粘合剂为聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶的一种或多种。
本实用新型一些优选实施方案中，所述负极片包括石墨负极材料、硅碳负极材料和硅氧负极材料的一种或者两种。
本实用新型一些优选实施方案中，所述负极片的导电剂为炭黑(SP)、乙炔黑、纳米银粉、碳纳米管和石墨稀的一种或多种。
本实用新型一些优选实施方案中，所述负极片的粘合剂为偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚四氟乙烯、丁苯乳胶(SBR)和丁苯橡胶的一种或多种。
设计容量，叠片层数，正负极片面积都相同的电芯，采用本实用新型的二次电池，减少了正极材料和对应电解液等材料的使用，降低了电芯单元的重量，达到了提升电芯能量密度的目的。与此同时改善了磷酸盐电池的低温性能。
在本实用新型第三方面所述的电子装置中：
优选地，所述电子装置包括电动汽车等。
下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。
实施例1
图1为本实施例的二次电池的结构示意图。本实施例的二次电池为BAAA…BAAA型，其包括n个第二电池单体和3n个第一电池单体，n为正整数；每3个第一电池单体和1个第二电池单体依次排列，从而形成一重复单元；前一个重复单元的第一电池单体与后一个重复单元的第二电池单体贴合连接。每个第二电池单体依次包括等厚涂覆于负极集流体1两侧的负极片4、第一隔离膜31、涂覆于正极集流体2两侧的含镍锰复合氧化物的正极片B和第二隔离膜32卷绕或层积堆叠而成；每个第一电池单体依次包括等厚涂覆于负极集流体1两侧的负极片4、第一隔离膜31、涂覆于正极集流体2两侧的含磷酸盐的正极片A和第二隔离膜32卷绕或层积堆叠而成；其中，含镍锰复合氧化物的正极片B为NCM八系正极片，含磷酸盐的正极片A为LMFP正极片。
n2/(n1+n2)为20％，其中，n1为含磷酸盐的正极片的数量，n2为含镍锰复合氧化物的正极片的数量。经过辊压工艺后，含镍锰复合氧化物的正极片B的单面厚度为60μm；含磷酸盐的正极片A的单面厚度为80μm。第一隔离膜31或第二隔离膜32的宽度比负极片4的宽度大3.0mm；第一隔离膜31或第二隔离膜32的长度比负极片4的长度大3.0mm。负极片4的宽度比含磷酸盐的正极片A或含镍锰复合氧化物的正极片B的宽度大2.0mm；负极片4的长度比含磷酸盐的正极片A或含镍锰复合氧化物的正极片B的长度大3.0mm。
相比仅含有第一电池单体的体系，该二次电池可以提升克比容量8.1％，提升体系能量密度约10％，同时低温性能改善。
实施例2
图2为本实施例的二次电池的结构示意图。本实施例的二次电池为A…ABBA…A型，其包括若干个第一电池单体和两个第二电池单体；各第一电池单体排列形成二次电池的主体部分，主体部分的中部设有两个第二电池单体。每个第二电池单体依次包括等厚涂覆于负极集流体1两侧的负极片4、第一隔离膜31、涂覆于正极集流体2两侧的含镍锰复合氧化物的正极片B和第二隔离膜32卷绕或层积堆叠而成；每个第一电池单体依次包括等厚涂覆于负极集流体1两侧的负极片4、第一隔离膜31、涂覆于正极集流体2两侧的含磷酸盐的正极片A和第二隔离膜32卷绕或层积堆叠而成；其中，含镍锰复合氧化物的正极片B为NCM八系正极片，含磷酸盐的正极片A为LMFP正极片。
n2/(n1+n2)为20％，其中，n1为含磷酸盐的正极片的数量，n2为含镍锰复合氧化物的正极片的数量。经过辊压工艺后，含镍锰复合氧化物的正极片B的单面厚度为50μm；含磷酸盐的正极片A的单面厚度为90μm。第一隔离膜31或第二隔离膜32的宽度比负极片4的宽度大3.0mm；第一隔离膜31或第二隔离膜32的长度比负极片4的长度大3.0mm。负极片4的宽度比含磷酸盐的正极片A或含镍锰复合氧化物的正极片B的宽度大2.0mm；负极片4的长度比含磷酸盐的正极片A或含镍锰复合氧化物的正极片B的长度大3.0mm。
相比仅含有第一电池单体的体系，该二次电池可以提升克比容量5.6％，提升体系能量密度约7.5％，NCM极片位于电芯的两侧，同时低温性能改善。
实施例3
图3为本实施例的二次电池的结构示意图。本实施例的二次电池为BBAA…AABB型，其包括若干个第一电池单体和四个第二电池单体；各第一电池单体排列形成二次电池的主体部分；主体部分的两侧分别设有两个第二电池单体。每个第二电池单体依次包括等厚涂覆于负极集流体1两侧的负极片4、第一隔离膜31、涂覆于正极集流体2两侧的含镍锰复合氧化物的正极片B和第二隔离膜32卷绕或层积堆叠而成；每个第一电池单体依次包括等厚涂覆于负极集流体1两侧的负极片4、第一隔离膜31、涂覆于正极集流体2两侧的含磷酸盐的正极片A和第二隔离膜32卷绕或层积堆叠而成；其中，含镍锰复合氧化物的正极片B为NCM八系正极片，含磷酸盐的正极片A为LMFP正极片。
n2/(n1+n2)为20％，其中，n1为含磷酸盐的正极片的数量，n2为含镍锰复合氧化物的正极片的数量。经过辊压工艺后，含镍锰复合氧化物的正极片B的单面厚度为60μm；含磷酸盐的正极片A的单面厚度为75μm。第一隔离膜31或第二隔离膜32的宽度比负极片4的宽度大3.0mm；第一隔离膜31或第二隔离膜32的长度比负极片4的长度大3.0mm。负极片4的宽度比含磷酸盐的正极片A或含镍锰复合氧化物的正极片B的宽度大2.0mm；负极片4的长度比含磷酸盐的正极片A或含镍锰复合氧化物的正极片B的长度大3.0mm。
相比仅含有第一电池单体的体系，该二次电池可以提升克比容量6.7％，提升体系能量密度约8.5％，NCM极片位于电芯的中间，同时低温性能改善。
实施例4
图4为本实施例的二次电池的结构示意图。本实施例的二次电池为BA…ABBA…AB型，其包括若干个第一电池单体和六个第二电池单体；各第一电池单体排列形成二次电池的主体部分；主体部分的两侧分别设有两个第二电池单体，且主体部分的中部设有两个第二电池单体。每个第二电池单体依次包括等厚涂覆于负极集流体1两侧的负极片4、第一隔离膜31、涂覆于正极集流体2两侧的含镍锰复合氧化物的正极片B和第二隔离膜32卷绕或层积堆叠而成；每个第一电池单体依次包括等厚涂覆于负极集流体1两侧的负极片4、第一隔离膜31、涂覆于正极集流体2两侧的含磷酸盐的正极片A和第二隔离膜32卷绕或层积堆叠而成；其中，含镍锰复合氧化物的正极片B为NCM八系正极片，含磷酸盐的正极片A为LMFP正极片。
n2/(n1+n2)为20％，其中，n1为含磷酸盐的正极片的数量，n2为含镍锰复合氧化物的正极片的数量。经过辊压工艺后，含镍锰复合氧化物的正极片B的单面厚度为90μm；含磷酸盐的正极片A的单面厚度为65μm。第一隔离膜31或第二隔离膜32的宽度比负极片4的宽度大3.0mm；第一隔离膜31或第二隔离膜32的长度比负极片4的长度大3.0mm。负极片4的宽度比含磷酸盐的正极片A或含镍锰复合氧化物的正极片B的宽度大1.5mm；负极片4的长度比含磷酸盐的正极片A或含镍锰复合氧化物的正极片B的长度大2.5mm。
相比仅含有第一电池单体的体系，该二次电池可以提升克比容量9.0％，提升体系能量密度约11％，NCM极片位于电芯的中间和两侧，同时比较明显低温性能改善。
对比例1
本对比例中的二次电池为仅含有第一电池单体的体系，若干个第一电池单体排列形成二次电池的主体部分，每个第一电池单体依次包括等厚涂覆于负极集流体1两侧的负极片4、第一隔离膜31、涂覆于正极集流体2两侧的含磷酸盐的正极片A和第二隔离膜32卷绕或层积堆叠而成；含磷酸盐的正极片A为LMFP正极片。
经过辊压工艺后，含磷酸盐的正极片A的单面厚度为50μm。第一隔离膜31或第二隔离膜32的宽度比负极片4的宽度大3.0mm；第一隔离膜31或第二隔离膜32的长度比负极片4的长度大3.0mm。负极片4的宽度比含磷酸盐的正极片A的宽度大2.0mm；负极片4的长度比含磷酸盐的正极片A的长度大3.0mm。
效果实施例1
在不同倍率下测试实施例1-4和对比例1的放电克容量，不同倍率包括0.2C、0.3C、0.5C和1C的条件。图5为实施例1-4与对比例1的放电克容量保持率图。可见，与对比例1的放电克容量相比，实施例1-4的二次电池的放电克容量均有不同程度的显著提升，其中实施例1、实施例3和实施例4的提升效果最为明显，在0.2C下，放电克容量可超过160mAh/g。
在不同温度下测试实施例1-4和对比例1的循环容量保持率图。图6为实施例1-4与对比例在不同温度和1/3C的电流密度下循环容量保持率图，不同温度包括45℃、25℃、0℃、-10℃和-20℃。可见，与对比例1的循环容量保持率相比，实施例1-4的二次电池的循环容量保持率均有不同程度的提升，其中实施例4的效果最优。
Claims (10)
1.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括若干个第一电池单体和至少一个第二电池单体；各所述第一电池单体排列形成所述二次电池的主体部分，所述第二电池单体插设于所述主体部分中和/或设于所述主体部分的外侧；
所述第一电池单体包括含磷酸盐的正极片；
所述第二电池单体包括含镍锰复合氧化物的正极片；
其中，n1＞n2，n1为所述二次电池中所述含磷酸盐的正极片的数量，n2为所述二次电池中所述含镍锰复合氧化物的正极片的数量。
2.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述第一电池单体的数量为3n个，第二电池单体的数量为n个，n为正整数；
每3个所述第一电池单体和1个所述第二电池单体依次排列，从而形成一重复单元；前一个所述重复单元的第一电池单体与后一个所述重复单元的第二电池单体贴合连接。
3.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述第二电池单体的数量大于等于2个；
所述主体部分的两侧贴设有所述第二电池单体，和/或，所述主体部分的中间插设有所述第二电池单体。
4.如权利要求3所述的二次电池，其特征在于，所述第二电池单体的数量为2个，所述主体部分的中间插设有2个所述第二电池单体；
或，所述第二电池单体的数量为4个，所述主体部分的两侧分别贴设有2个连续排列的所述第二电池单体；
或，所述第二电池单体的数量为4个，所述主体部分的中间插设有2个所述第二电池单体，所述主体部分的两侧分别贴设有1个所述第二电池单体。
5.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，n2/(n1+n2)为10-50％，但不为50％。
6.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，每个所述第一电池单体还包括负极片、第一隔离膜和第二隔离膜，所述负极片、所述第一隔离膜、所述含磷酸盐的正极片和所述第二隔离膜依次卷绕或层叠形成所述第一电池单体；
每个所述第二电池单体还包括负极片、第一隔离膜和第二隔离膜，所述负极片、所述第一隔离膜、所述含镍锰复合氧化物的正极片和所述第二隔离膜依次卷绕或层叠形成所述第二电池单体。
7.如权利要求6所述的二次电池，其特征在于，所述第一隔离膜和所述第二隔离膜的宽度和长度相同；
所述第一隔离膜或所述第二隔离膜的宽度比所述负极片的宽度大1.0-3.0mm；
所述第一隔离膜或所述第二隔离膜的长度比所述负极片的长度大2.5-7.0mm；
所述负极片的宽度比所述含镍锰复合氧化物的正极片或所述含磷酸盐的正极片的宽度大0.7-3.0mm；
所述负极片的长度比所述含镍锰复合氧化物的正极片或所述含磷酸盐的正极片的长度大0.7-5.0mm。
8.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述含镍锰复合氧化物的正极片为镍钴铝酸锂、镍钴锰酸锂和富锂锰基正极片中的一种或者两种；
所述含镍锰复合氧化物的正极片的单面厚度为30-90μm；
所述含镍锰复合氧化物的正极片的压实密度为3.3-3.7g/cm3；
所述含磷酸盐的正极片为磷酸铁锂和/或磷酸锰铁锂正极片；
所述含磷酸盐的正极片的单面厚度为50-120μm；
所述含磷酸盐的正极片的压实密度为2.2-2.6g/cm3；
所述含镍锰复合氧化物在正极片上的涂布量低于所述磷酸盐在正极片上的涂布量；
所述含镍锰复合氧化物的正极片与所述含磷酸盐的正极片的面密度的比值为0.60-0.95。
9.一种电池模组，其特征在于，其包括如权利要求1-8任一项所述的二次电池。
10.一种电子装置，其特征在于，其包括如权利要求1-8任一项所述的二次电池或如权利要求9所述的电池模组。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202320118585.1U CN219739019U (zh) | 2023-01-18 | 2023-01-18 | 二次电池、电池模组和电子装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202320118585.1U CN219739019U (zh) | 2023-01-18 | 2023-01-18 | 二次电池、电池模组和电子装置 |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202320118585.1U Active CN219739019U (zh) | 2023-01-18 | 2023-01-18 | 二次电池、电池模组和电子装置 |
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