二次电池、电池模块、电池包和用电装置制造方法及图纸

本申请提供了一种二次电池、电池模块、电池包和用电装置，二次电池包括极片和电解液，其中，所述极片和/或所述电解液中包含负热膨胀材料，所述负热膨胀材料包括在

【技术实现步骤摘要】
二次电池、电池模块、电池包和用电装置


[0001]本申请涉及锂电池
，尤其涉及一种二次电池、电池模块、电池包和用电装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着以锂离子电池为代表的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、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。由于二次电池的应用领域范围较广，使用时的温度范围跨度较大，因此对其在低温下的电化学性能也提出了更高的要求。

技术实现思路

[0003]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、电池模块、电池包和用电装置，可提升二次电池在低温下极片的反弹性，改善二次电池的低温运行工况。
[0004]本申请的第一方面提供了一种二次电池，包括极片和电解液，其中，所述极片和/或所述电解液中包含负热膨胀材料，所述负热膨胀材料包括在
‑
60℃～100℃之间具有负热膨胀系数的金属单质、合金、金属氧化物、金属硫化物、氰化物、氟化物、高分子化合物和金属有机骨架中的至少一种。
[0005]由此，本申请通过向二次电池的极片和/或电解液中加上述的负热膨胀材料，能够使极片在低温下仍然保持较高程度的反弹膨胀性，从而改善电解液在低温环境中的流动性，进而改善极片的析锂情况，提升电芯在低温环境中的运行工况。
[0006]在任意实施方式中，所述负热膨胀材料选自人造中空纤维、锑、铋、镓、硫化镍、青铜、橡胶、锆钨酸盐、氟化钪、氰化锌(Zn(CN)2)、氰化镉(Cd(CN)2)及镓钌氧化物中的至少一种，可选地，所述负热膨胀材料包括镓钌氧化物。
[0007]通过选用上述种类的负热膨胀材料，能够有效调节极片在
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60℃～100℃之间的形变程度，并使形变量保持在较低的范围内(例如10％之内)，从而使电芯在该温度范围内依然能够进行电解液的正常吞吐，提升电解液的流动性，加快活性离子(如锂离子)的传输速率，改善极片的析锂情况，由此提升电芯的运行工况。
[0008]在任意实施方式中，所述极片包括：
[0009]集流体，和
[0010]设置于所述集流体至少一侧的活性物质层，所述活性物质层包含所述负热膨胀材料。
[0011]通过将负热膨胀材料加入到活性物质层中，能够提升极片在低温下的反弹膨胀性，使电芯能够保持一定程度的体积膨胀和收缩，改善电解液在低温环境中的流动性。
[0012]在任意实施方式中，所述极片包括正极极片和/或负极极片，所述活性物质层包括负极活性材料层和/或正极活性材料层，所述负极活性材料层和/或所述正极活性材料层中包含所述负热膨胀材料。
[0013]通过将负热膨胀材料加入到负极活性材料和/或正极活性材料中，能够有效改善负极极片和/或正极极片在低温下的反弹性。
[0014]在任意实施方式中，基于所述负极活性材料层的总质量，所述负热膨胀材料的质量百分含量为0.01％～6％，优选为0.8％～1.85％。
[0015]在任意实施方式中，基于所述正极活性材料层的总质量，所述负热膨胀材料的质量百分含量为0.01％～6％，优选为1％～2.2％。
[0016]通过将负极活性材料层和/或正极活性材料层中负热膨胀材料的质量百分含量控制在合适范围内，能够保证负极极片和/或正极极片在低温下仍然具备优异的反弹性能，从而大幅提升电解液的流动性，并使极片的析锂情况得到明显有效的改善，同时还能够保证极片的完整均一性。
[0017]在任意实施方式中，所述活性物质层包括：
[0018]活性材料层；和
[0019]负热膨胀材料层，设置于所述活性材料层靠近所述集流体的一侧和/或所述活性材料层远离所述集流体的一侧，其中，所述负热膨胀材料层中包含所述负热膨胀材料。
[0020]本申请中，将负热膨胀材料层作为单独的膜层进行设置，有利于通过对膜层厚度的调控而实现对负极极片和/或正极极片低温下反弹程度的调控，由此更有利于对极片的析锂情况进行改善。
[0021]在任意实施方式中，所述负热膨胀材料层的厚度为0.1μm～50μm，优选为5μm～45μm。
[0022]负热膨胀材料层的厚度在合适范围内，有利于使极片在低温下的反弹性得到明显改善，极大提升电解液的流动性，减小电荷及活性离子的转移阻抗，从而有效改善极片的析锂情况。
[0023]在任意实施方式中，基于所述电解液的总质量，所述负热膨胀材料的质量百分含量为0.01％～5％，优选为2％～3.5％。
[0024]电解液中负热膨胀材料的质量百分含量在合适范围内，能够极大提高电解液的凝固点，使电解液在低温环境下依然保持非常好的流动性，从而可以加快活性离子(如锂离子)的传输速率，减小锂离子在垂直于极片及平行于极片方向上的浓度梯度，改善极片的析锂情况。
[0025]本申请的第二方面提供一种电池模块，包括本申请的第一方面的二次电池。
[0026]本申请的第三方面提供一种电池包，包括本申请的第二方面的电池模块。
[0027]本申请的第四方面提供一种用电装置，包括选自本申请的第一方面的二次电池、本申请的第二方面的电池模块或本申请的第三方面的电池包中的至少一种。
[0028]本申请的电池模块、电池包和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。
附图说明
[0029]图1为实施例1的负极极片在
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10℃下的界面析锂测试图。
[0030]图2为对比例1的负极极片在
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10℃下的界面析锂测试图。
[0031]图3为实施例1与对比例1的负极极片反弹性测试结果对比图。
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)。
[0047]专利技术人在研究过程中发现，以锂离子电池为代表的二次电池在充放电过程中，正负极极片都存在一定的体积膨胀，使得电芯也存在一定程度的体积膨胀和收缩，电芯会如同“呼吸”一般，反复的“吸入”和“吐出”电解液，所以不同时刻，电解液在电芯内的浸润情况会实时变化，因此在垂直与极片的方向通常会存在锂离子浓度梯度。
[0048]同时，除了在垂直极片方向存在着锂离子浓度梯度外，在平行于极片的方向，受到电芯结构不均匀的影响，离子阻抗不均匀，从而使的锂离子浓度也存在着一定的不均匀性，同时在充放电过程中由于电极极片体积变化的不一致性，使得电极局部的电解液也存在着变干，再浸润的过程。
[0049]专利技术人还发现，当二次电池处于低温环境下时，由于受外界环境影响，其正负极极片的体积膨胀和收缩会受到一定程度的影响，使得电芯“呼吸”幅度减弱，从而在一定程度上使得电解液的流动性变弱，锂离子浓度梯度在垂直于极片及平行于极片的方向上均增大，由此会加重极片的析锂情况。
[0050]针对上述技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次电池，其特征在于，包括极片和电解液，其中，所述极片和/或所述电解液中包含负热膨胀材料，所述负热膨胀材料包括在
‑
60℃～100℃之间具有负热膨胀系数的金属单质、合金、金属氧化物、金属硫化物、氰化物、氟化物、高分子化合物和金属有机骨架中的至少一种。2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述负热膨胀材料选自人造中空纤维、锑、铋、镓、硫化镍、青铜、橡胶、锆钨酸盐、氟化钪及镓钌氧化物中的至少一种，可选地，所述负热膨胀材料包括镓钌氧化物。3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，所述极片包括：集流体，和设置于所述集流体至少一侧的活性物质层，所述活性物质层包含所述负热膨胀材料。4.根据权利要求3所述的二次电池，其特征在于，所述极片包括正极极片和/或负极极片，所述活性物质层包括负极活性材料层和/或正极活性材料层，所述负极活性材料层和/或所述正极活性材料层中包含所述负热膨胀材料。5.根据权利要求4所述的二次电池，其特征在于，基于所述负极活性材料层的总质量，所述负热膨胀材料的质量百分含量为0.01％～6％，可选为0.8％～1.85％。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文轩，王国宝，曹娇，刘东旭，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：