【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电化学，特别是涉及一种二次电池和电子装置。
技术介绍
1、锂离子电池以其超高的能量密度、较长的循环寿命和较小的自放电特性在动力汽车、消费电子产品和大规模储能领域大放异彩。传统商业化锂离子电池的负极材料为石墨材料，其容量较低。近些年硅基材料由于具有高比容量、资源储备丰富、合理的锂化平台而被认为是下一代最有前途的负极材料。但是硅基材料在锂化或脱锂过程中存在较大的体积变化，会导致锂离子电池的循环性能较差。
2、研究人员发现可采用硅基材料纳米化的方法来缓解其结构应变，但是，纳米化后硅基材料具有较高的比表面积，会使循环过程中的界面副反应增加，持续生成大量的固态电解质(sei)膜，sei膜中含有碳酸酯锂、c-o/c＝o和c-h等有机或无机组分，在过放过程中，石墨基负极在0％荷电状态(soc)至-10％soc区间内表面的sei膜会降解产气，导致锂离子电池膨胀，影响安全性能。另外，由于硅基材料锂化形成的硅锂合金具有较高的反应活性，较易和电解液反应生成含有上述有机或无机组分的sei膜，并且循环过程中硅基材料表面会持续生成sei膜，因此，使用硅基材料会使锂离子电池的过放产气电压相较于石墨材料更高，过放产气电压过高会使锂离子电池过放时更易产气，降低了锂离子电池的安全性能。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种二次电池和电子装置，以降低二次电池循环过程中的过放产气电压和过放厚度膨胀率，提高二次电池的安全性能。具体技术方案如下：
2、本申请的第一方面提供了一种二次电池
3、在本申请的一种实施方案中，所述二次电池以1c恒流充电至4.5v，0.5c恒流放电至3.0v循环300圈，然后以0.01c放电至3.0v，以10ma放电至1.0v，再以5ma放电至1.0v后，所述二次电池的厚度膨胀率小于15％。二次电池过放后的厚度膨胀率较小，二次电池具有较好的安全性能。
4、在本申请的一种实施方案中，所述二次电池满足以下特征中的至少一者：(1)所述硅碳复合颗粒包括碳载体、单质硅和碳包覆层，所述碳包覆层的平均厚度为2.5nm至12nm；(2)所述碳材料包括石墨、硬碳或软碳中的至少一种，基于所述硅碳复合颗粒和所述碳材料的质量，所述硅碳复合颗粒的质量百分含量为5％至30％，所述碳材料的质量百分含量为70％至95％；(3)所述硅碳复合颗粒的粒径dv50为5μm至12μm。
5、在本申请的一种实施方案中，所述二次电池满足以下特征中的至少一者：(1)所述粘结剂包括聚丙烯酸锂、羧甲基纤维素或聚丙烯酸中的至少一种，基于所述负极材料层的质量，所述粘结剂的质量百分含量为0.4％至2.5％；(2)所述导电剂包括碳纳米管、导电炭黑、碳纤维、鳞片石墨、石墨烯或导电聚合物中的至少一种，基于所述负极材料层的质量，所述导电剂的质量百分含量为0.1％至0.5％。
6、在本申请的一种实施方案中，所述二次电池满足以下特征中的至少一者：(1)所述粘结剂包括聚丙烯酸锂，在所述负极材料层的粉末的红外谱图中，在1550cm-1至1560cm-1处有特征峰；(2)所述粘结剂包括聚丙烯酸锂，所述二次电池放电至3.0v后，基于所述负极材料层的质量，锂元素的质量百分含量为0.2％至3％；(3)所述导电剂包括碳纳米管，所述碳纳米管的管径为2nm至6nm，优选地，所述碳纳米管的管径为3nm至5nm，所述碳纳米管的管长为3000nm至60000nm，优选地，所述碳纳米管的管长为8000nm至20000nm。
7、在本申请的一种实施方案中，所述二次电池在50％荷电状态下，所述负极材料层的压实密度为1.4g/cc至1.5g/cc。二次电池在50％荷电状态下，负极材料层的压实密度在本申请范围内，二次电池的体积能量密度较高，同时硅碳复合颗粒、碳材料、粘结剂和导电剂之间的接触较为紧密，电子传输路径相对较短，电极混合材料的电子电导率较高，电极混合材料表面形成适量的sei膜，能够减少sei膜中的有机物的降解产气，降低二次电池循环过程中的过放厚度膨胀率，提高二次电池的安全性能；并且，电解液浸润性较好，有利于负极活性材料的容量发挥。
8、在本申请的一种实施方案中，所述电解液包括第一化合物，所述第一化合物包括氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯或硫酸乙烯酯中的至少一种，基于所述电解液的质量，所述第一化合物的质量百分含量为3％至8％。通过调控电解液中第一化合物的种类及含量在本申请范围内，上述含氟或含硫的第一化合物的还原电位较高，会优先于溶剂(例如碳酸酯化合物)还原，形成较难分解产气的无机组分氟化锂或硫酸锂，上述无机组分分布在硅碳复合颗粒的碳包覆层的表面，能够增加sei膜中的难分解产气的物质的比例，稳固sei膜的结构，从而进一步降低二次电池循环过程中的过放厚度膨胀率，进一步提高二次电池的安全性能。
9、本申请的第二方面提供了一种前述任一实施方案的二次电池的制备方法，其包括以下步骤：制备所述正极极片、所述负极极片、所述电解液和所述隔膜，组装得到所述二次电池。
10、其中，所述负极极片中的所述硅碳复合颗粒的制备方法包括以下步骤：
11、(1)将碳载体在惰性气氛中以5℃/min至20℃/min的升温速率升温至t1为400℃至480℃后保温，保温时间t1为10min至60min，而后在硅烷混合气中进行沉积，得到中间体；其中，沉积时间t2为2h至30h；所述硅烷混合气由硅烷和惰性气体组成，基于所述硅烷混合气的质量，所述硅烷的质量百分含量为10％至50％，所述惰性气体的质量百分含量为50％至90％；
12、(2)对所述中间体进行碳包覆处理，得到所述硅碳复合颗粒；其中，所述碳包覆处理的方法包括液相法、气相法或气液联用法中的一种，碳源包括煤焦沥青、石油沥青、乙炔、丙烯、天然气、乙烯或环己烷中的至少一种，所述碳包覆处理的温度t2为620℃至810℃，所述碳包覆处理的时间t3为1h至6h。
13、在本申请的一种实施方案中，所述碳包覆处理的方法包括液相法，其包括以下步骤：将所述中间体置于含有碳源的有机溶剂中得到有机溶液，将所述有机溶液挥发，并在所述惰性气氛下进行所述碳包覆处理，得到所述硅碳复合颗粒；其中，所述碳源包括石油沥青或煤焦沥青中的至少一种，所述有机溶剂包括四氢呋喃、正己烷或二甲苯中的至少一种，所述碳包覆处理的温度t2为700℃至810℃，优选地，t2为720℃至810℃，所述碳包覆处理的时间t3为1h本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二次电池，其包括正极极片、负极极片、电解液和隔膜，所述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材料层，所述负极材料层包括负极活性材料、粘结剂和导电剂，所述负极活性材料包括碳材料和硅碳复合颗粒，基于所述负极材料层的质量，硅元素的质量百分含量为4.4％至10.5％，碳元素的质量百分含量为85％至90％，所述负极材料层的粉末电导率为8S/m至15S/m。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池以1C恒流充电至4.5V，0.5C恒流放电至3.0V循环300圈，然后以0.01C放电至3.0V，以10mA放电至1.0V，再以5mA放电至1.0V后，所述二次电池的厚度膨胀率小于15％。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池满足以下特征中的至少一者：
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池满足以下特征中的至少一者：
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池满足以下特征中的至少一者：
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池在50％荷电状态下
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述电解液包括第一化合物，所述第一化合物包括氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯或硫酸乙烯酯中的至少一种，基于所述电解液的质量，所述第一化合物的质量百分含量为3％至8％。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的二次电池的制备方法，其包括以下步骤：制备所述正极极片、所述负极极片、所述电解液和所述隔膜，组装得到所述二次电池；
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述碳包覆处理的方法包括液相法，其包括以下步骤：将所述中间体置于含有碳源的有机溶剂中得到有机溶液，将所述有机溶液挥发，并在所述惰性气氛下进行所述碳包覆处理，得到所述硅碳复合颗粒；其中，所述碳源包括石油沥青或煤焦沥青中的至少一种，所述有机溶剂包括四氢呋喃、正己烷或二甲苯中的至少一种，所述碳包覆处理的温度T2为700℃至810℃，优选地，T2为720℃至810℃，所述碳包覆处理的时间t3为1h至2h。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述碳包覆处理的方法包括气相法，其包括以下步骤：在还原气氛中将所述中间体进行所述碳包覆处理，得到所述硅碳复合颗粒；其中，所述还原气氛包括乙炔、丙烯、天然气、乙烯或环己烷中的至少一种，所述碳包覆处理的温度T2为620℃至700℃，所述碳包覆处理的时间t3为2h至6h。
11.一种电子装置，其包括权利要求1至7中任一项所述的二次电池或者权利要求8至10中任一项所述的制备方法制备的二次电池。
...【技术特征摘要】
1.一种二次电池，其包括正极极片、负极极片、电解液和隔膜，所述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材料层，所述负极材料层包括负极活性材料、粘结剂和导电剂，所述负极活性材料包括碳材料和硅碳复合颗粒，基于所述负极材料层的质量，硅元素的质量百分含量为4.4％至10.5％，碳元素的质量百分含量为85％至90％，所述负极材料层的粉末电导率为8s/m至15s/m。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池以1c恒流充电至4.5v，0.5c恒流放电至3.0v循环300圈，然后以0.01c放电至3.0v，以10ma放电至1.0v，再以5ma放电至1.0v后，所述二次电池的厚度膨胀率小于15％。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池满足以下特征中的至少一者：
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池满足以下特征中的至少一者：
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池满足以下特征中的至少一者：
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池在50％荷电状态下，所述负极材料层的压实密度为1.4g/cc至1.5g/cc。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述电解液包括第一化合物，所述第一化合物包括氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯...
【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，任文臣，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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