二次电池和装置制造方法及图纸

本申请涉及一种二次电池和装置。所述二次电池包括：正极极片、负极极片和电解液；所述负极极片包括负极集流体以及设置在所述负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层的负极活性材料包括硅基材料，基于所述负极活性材料的总质量，所述硅基材料的质量百分含量为X%，所述负极极片的单面面密度为P mg/cm2，所述负极极片的孔隙率为D%；所述电解液包括含氟添加剂，基于所述电解液的质量，所述含氟添加剂的质量百分含量为Y%；其中，0≤0.3Y+0.07X

【技术实现步骤摘要】
二次电池和装置


[0001]本申请涉及储能
，尤其涉及一种二次电池和装置。

技术介绍

[0002]近年来，由石墨负极极片和锂过渡金属氧化物正极极片组成的锂离子二次电池得到了迅速发展，广泛应用于各种便携式电子设备，甚至用于电动汽车和电网级储能。然而该型电池的能量密度不够高，无法满足更多的应用扩展，例如5G通信、机器人技术以及与长续航电动汽车。因此，各种高容量电极材料正受到人们的广泛关注。其中，硅基材料具有较高的理论容量、环境友好、储量丰富和较低的成本，被认为是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一；然而，硅基材料负极极片在锂化/脱锂化过程中体积的剧烈变化（约300%）往往会导致严重的粉化，并且导致负极极片表面固态电解质界面膜（SEI膜）不稳定，进而导致电化学循环可逆性差，严重限制了其商业化。
[0003]因此，目前的二次电池和装置仍有待改进。

技术实现思路

[0004]专利技术人发现，为了缓解或解决上述提及问题中至少一个，通过对电池进行改性，例如通过先进的结构、粘结剂、电解质、预锂化和硅/石墨设计的结合，缓解体积膨胀，可以改善极片膨胀，构建高弹性SEI膜。但这些方案对电池循环性能提升比较有限，或者以牺牲硅基负极极片容量为前提获得较好的循环稳定性，当负极极片中硅含量较高时，硅基材料的体积膨胀收缩较为明显，电极与电解液界面的稳定性差。相比而言，通过优化电解液配方以抑制电解液与负极材料间的持续不利副反应，缓解硅基材料的体积膨胀和颗粒粉化，提升高能量密度硅基负极极片电池的循环寿命和安全性能，更加便捷，高效及成本友好。因此，为了缓解或解决上述提及问题中至少一个，本申请提供了一种二次电池，通过控制二次电池电解液中含氟添加剂含量、负极活性材料中硅基材料的含量、负极极片的单面面密度和负极极片的孔隙率，使得SEI膜更加致密和稳定，有效抑制电解液与负极材料间的持续不利副反应，缓解硅基材料的体积膨胀和颗粒粉化，提升高能量密度硅基负极极片电池的循环寿命和安全性能。并且，电解液中含氟添加剂含量、负极活性材料中硅基材料的含量、负极极片的单面面密度和负极极片的孔隙率之间具有良好的协同效应，一方面，含氟添加剂在负极极片与电解液界面发生还原反应，形成富含LiF与有机锂的SEI膜，保护硅基材料负极极片，提升循环稳定性，进而缓解由于硅基材料在循环过程中颗粒碎裂引起的活性硅与电解液接触产生副反应的问题，并且，在长期循环过程中，电解液中未消耗的含氟添加剂可以继续分解以对SEI膜进行修补，维持循环稳定性；另一方面，含氟添加剂可以增加电解液的浸润性，改善负极极片的单面面密度过高造成的电解液浸润效果越差的问题，进而提升二次电池的首次充放电库伦效率。基于以上改善，本申请的二次电池具有以下优点的至少之一：高库伦效率，优异的循环性能和循环寿命以及安全性能。
[0005]在本申请的一个方面提供了一种二次电池，该二次电池包括：正极极片、负极极片
和电解液；所述负极极片包括负极集流体以及设置在所述负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层的负极活性材料包括硅基材料，基于所述负极活性材料的总质量，所述硅基材料的质量百分含量为X %，所述负极极片的单面面密度为P mg/cm2，所述负极极片的孔隙率为D %；所述电解液包括含氟添加剂，基于所述电解液的质量，所述含氟添加剂的质量百分含量为Y %；其中，0≤0.3Y+0.07X
‑
0.1P
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0.12D≤6；11≤Y≤50。
[0006]本申请的另一方面提供了一种装置，所述装置包括第一方面所述的二次电池。
[0007]本申请的有益效果为：因此，为了缓解或解决上述提及问题中至少一个，本申请提供了一种二次电池，通过控制二次电池电解液中含氟添加剂含量、负极活性材料中硅基材料的含量、负极极片的单面面密度和负极极片的孔隙率，使得SEI膜更加致密和稳定，有效抑制电解液与负极材料间的持续不利副反应，缓解硅基材料的体积膨胀和颗粒粉化，提升高能量密度硅基负极极片电池的循环寿命和安全性能。并且，电解液中含氟添加剂含量、负极活性材料中硅基材料的含量、负极极片的单面面密度和负极极片的孔隙率之间具有良好的协同效应，一方面，含氟添加剂在负极极片与电解液界面发生还原反应，形成富含LiF与有机锂的SEI膜，保护硅基材料负极极片，提升循环稳定性，进而缓解由于硅基材料在循环过程中颗粒碎裂引起的活性硅与电解液接触产生副反应的问题，并且，在长期循环过程中，电解液中未消耗的含氟添加剂可以继续分解以对SEI膜进行修补，维持循环稳定性；另一方面，含氟添加剂可以增加电解液的浸润性，改善负极极片的单面面密度过高造成的电解液浸润效果越差的问题，进而提升二次电池的首次充放电库伦效率；此外，上述协同效应，有效缓解了较高含量的含氟添加剂所造成的后期循环阻抗较大的问题，从而使后期循环阻抗降低，提升循环性能和循环寿命。基于以上改善，本申请的二次电池具有以下优点的至少之一：高库伦效率，优异的循环性能和循环寿命以及安全性能。
具体实施方式
[0008]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在此所描述的有关实施例为说明性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
[0009]术语：为了简明，本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
[0010]在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0011]在本文的描述中，除非另有说明，“以上”、“以下”包含本数。
[0012]除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量（例如，可以按照在本申请的实施例中给出的方法进行测试）。
[0013]术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B（排除C）；A及C（排除B）；B及C（排除本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片和电解液；所述负极极片包括负极集流体以及设置在所述负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层的负极活性材料包括硅基材料，基于所述负极活性材料的总质量，所述硅基材料的质量百分含量为X %，所述负极极片的单面面密度为P mg/cm2，所述负极极片的孔隙率为D %；所述电解液包括含氟添加剂，基于所述电解液的质量，所述含氟添加剂的质量百分含量为Y %；其中，0≤0.3Y+0.07X
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0.1P
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0.12D≤6；11≤Y≤50。2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，2≤0.3Y+0.07X
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0.1P
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0.12D≤5。3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池还满足以下条件中的至少一者：（a）1≤X≤50；（b）15≤Y≤40；（c）7≤P≤20；（d）10≤D≤50。4.根据权利要求3所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池还满足以下条件中的至少一者：（e）12≤X≤40；（f）18≤Y≤30；（g）10≤P≤15；（h）20≤D≤40。5.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，所述含氟添加剂包括：氟代碳酸酯添加剂，所述氟代碳酸酯添加剂包括式I所示的化合物中的至少一种：式I；其中，式I中，R1、R2、R3、R4分别独立地选自氢、氟、取代或未取代的C1
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C6烷基、取代或未取代的C1
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C6烷氧基、取代或未取代的C2
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C6烯基、取代或未取代的C2
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C6炔基、取代或未取代的C3
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C6环烷基或者取代或未取代的C6
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C12芳基，其中，所述取代的取代基各自独立地选自氟，所述R1、R2、R3、R4中含有至少一个氟。6.根据权利要求5所述的二次电池，其特征在于，式I中，所述R1、R2、R3、R4分别独立地选自氟、C1
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C6烷基、氟取代的C1
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊，
申请(专利权)人：蔚来电池科技安徽有限公司，
类型：发明
国别省市：