二次电池、其制备方法和含有该二次电池的装置与流程

本技术属于二次电池，具体涉及一种二次电池、其制备方法和含有该二次电池的装置。

背景技术：

1、以锂离子电池为代表的二次电池具有高比能量、长寿命、低成本等优势，因而被广泛应用在新能源行业。例如，随着环境及能源问题的日益突出，对新能源电动车的发展有着迫切的需求，这对二次电池行业带来机遇的同时，也对二次电池提出了更高的要求。

2、如何使二次电池在具有较高的能量密度的前提下，还能兼顾较好的电化学性能及安全性能，是二次电池领域的关键挑战所在。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本技术的第一方面提供一种二次电池，其包括负极极片，所述负极极片包括负极集流体及负极膜片；所述负极膜片包括第一负极膜层和第二负极膜层；所述第一负极膜层设置于所述负极集流体至少一个表面上且包括第一负极活性材料，所述第一负极活性材料包括石墨，且所述第一负极活性材料包括或不包括硅基材料；所述第二负极膜层设置于所述第一负极膜层的表面上且包括第二负极活性材料，所述第二负极活性材料包括人造石墨和硅基材料；所述硅基材料在所述第一负极活性材料中的质量占比记为w1，所述硅基材料在所述第二负极活性材料中的质量占比记为w2，所述负极极片满足：w2≥w1，且w1+w2≤6%；所述硅基材料包括第一硅基材料和第二硅基材料，且所述第一硅基材料的粒径小于所述第二硅基材料的粒径；所述第一硅基材料的粒径为0.05μm ~ 7μm；所述第二硅基材料的粒径为7μm ~ 15μm。

2、本技术的二次电池中，通过使负极极片包括双膜层结构（即靠近负极集流体的第一负极膜层和设置于第一负极膜层上的第二负极膜层），且第一负极膜层和第二负极膜层均包括特定的负极活性材料，能使二次电池在具有较高能量密度的前提下，同时兼顾较好的快速充电能力和循环性能。更可选地，二次电池还具有较高的安全性能。本技术的装置包括所述的二次电池，因而至少具有与所述二次电池相同的优势。

3、在本技术第一方面的任一实施方式中，0%＜w2≤6%，可选地，1%≤w2≤3%。第二负极膜层采用人造石墨搭配适量的硅基材料，能在改善负极膜片的快速嵌锂性能的同时，使电池在循环充放电过程中的体积膨胀较小，且负极界面的副反应较少，由此能进一步改善电池的能量密度和循环性能，从而能使二次电池更好地同时兼顾能量密度、快速充电能力和循环性能。

4、在本技术第一方面的任一实施方式中，0%≤w1≤5%，可选地，0%≤w1≤3%，更可选地，w1=0%。当第一负极膜层采用石墨搭配适量的硅基材料时，虽然可以进一步改善电池的能量密度，但对快速充电能力的改善并不明显，而且会在一定程度上影响电池的循环性能。

5、在本技术第一方面的任一实施方式中，w1+w2≤6%，可选地，w1+w2≤3%。w1+w2在所给范围内，能进一步平衡二次电池的能量密度、快速充电能力和循环性能。

6、在本技术第一方面的任一实施方式中，硅基材料包括第一硅基材料和第二硅基材料，且第一硅基材料的粒径小于第二硅基材料的粒径。粒径相对较小的第一硅基材料和粒径相对较大的第二硅基材料相互配合，能为活性离子的嵌入提供更多的活性位点，并缩短活性离子在颗粒中进行扩散的路径；同时，二者相互配合的硅基材料因体积变化产生的新界面较少，减少电解液在新界面发生反应而造成的固体电解质界面（solid electrolyteinterphase，sei）膜过厚和/或电解液消耗问题，从而能进一步改善二次电池的快速充电能力、循环性能和存储性能。

7、在本技术第一方面的任一实施方式中，第一硅基材料的粒径为0.05μm ~ 7μm。第一硅基材料的粒径在所给范围内，能进一步提高二次电池的快速充电能力。

8、在本技术第一方面的任一实施方式中，第二硅基材料的粒径为7μm ~ 15μm。第二硅基材料的粒径在所给范围内，能进一步提高二次电池的循环性能和存储性能。

9、在本技术第一方面的任一实施方式中，第一负极活性材料包括人造石墨、天然石墨中的一种或几种；可选地，第一负极活性材料包括人造石墨。

10、在本技术第一方面的任一实施方式中，人造石墨在第一负极活性材料中的质量占比≥50%；可选地，人造石墨在第一负极活性材料中的质量占比为60% ~ 100%。人造石墨在第二负极活性材料中的质量占比在所给范围内时，能使电池具有较高的循环性能。

11、在本技术第一方面的任一实施方式中，第一负极活性材料包括一次颗粒，且一次颗粒在第一负极活性材料中的数量占比≥60%，可选为80% ~ 100%。第一负极活性材料中可选以一次颗粒居多，此时电池的容量较高；同时，一次颗粒的占比增大可以使第一负极膜层与集流体之间的粘接性增强，从而进一步改善电池的循环性能。

12、在本技术第一方面的任一实施方式中，第二负极活性材料包括二次颗粒，且二次颗粒在第二负极活性材料中的数量占比≥50%，可选为≥70%。第二负极活性材料中包含一定含量的二次颗粒时，能增加第二负极膜层中的脱嵌活性离子通道，并且进一步减小活性离子还原析出的风险，从而进一步提高电池的快速充电性能和循环性能。

13、在本技术第一方面的任一实施方式中，第一负极活性材料的体积平均粒径dv50大于第二负极活性材料的体积平均粒径dv50。当第一负极活性材料的dv50大于第二负极活性材料的dv50时，有利于优化第一负极膜层和第二负极膜层的孔道结构，从而进一步改善电池的快速充电性能；同时，孔道结构的优化有助于减少电极的局部极化，从而进一步提升电池的循环性能。

14、在本技术第一方面的任一实施方式中，第一负极活性材料的体积平均粒径dv50为12μm ~ 18μm，可选为13μm ~ 17μm。

15、在本技术第一方面的任一实施方式中，第二负极活性材料的体积平均粒径dv50为9μm ~ 15μm，可选为10μm ~ 13μm。

16、在本技术第一方面的任一实施方式中，硅基材料包括硅单质、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮化合物和硅合金中的一种或几种；可选地，硅基材料包括硅氧化合物。

17、在本技术第一方面的任一实施方式中，负极膜片的面密度为8mg/cm2~13mg/cm2，可选为9mg/cm2~12.5mg/cm2。

18、在本技术第一方面的任一实施方式中，负极膜片的压实密度为1.4 g/cm3~ 1.7g/cm3，可选为1.5 g/cm3~ 1.65 g/cm3。负极膜片的压实密度在所给范围内，能使负极极片在具有较高的可逆容量的同时，还具有良好的低循环膨胀性能和动力学性能，从而进一步改善电池的能量密度、快速充电能力和循环性能。

19、在本技术第一方面的任一实施方式中，第二负极膜层的孔隙率大于第一负极膜层的孔隙率。通过孔隙率较大的第二负极膜层与孔隙率较小的第一负极膜层相互配合，能进一步提升电池的快速充电性能和循环性能。

20、在本技术第一方面的任一实施方式中，第一负极膜层与第二负极膜层的面密度比为2:3 ~ 3:2。当第一负极膜层与第二负极膜层的面密度比在所给范围内时，能使二次电池更好地同时兼顾能量密度、快速充电能力和循环性能。

21、在本技术第一方面的任一实施方式中，第一负极膜层与第二负极膜层的厚度比为4:6 ~ 7:3。第一负极膜层与第二负极膜层的厚度比在所给范围内，能使二次电池更好地同时兼顾能量密度、快速充电能力和循环性能。

22、在本技术第一方面的任一实施方式中，二次电池包括正极极片，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上且包括正极活性材料的正极膜层，正极活性材料包括锂过渡金属氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐及其各自改性化合物中的一种或几种。

23、可选地，正极活性材料包括式1所示的锂过渡金属氧化物及其改性化合物中的一种或几种，

24、lianibcocmdoeaf式1，

25、式1中，0.8≤a≤1.2，0.5≤b＜1，0＜c＜1，0＜d＜1，1≤e≤2，0≤f≤1，m选自mn、al、zr、zn、cu、cr、mg、fe、v、ti及b中的一种或几种，a选自n、f、s及cl中的一种或几种。

26、本技术的第二方面提供一种二次电池的制备方法，包括通过如下步骤制备所述二次电池的负极极片：

27、在负极集流体至少一个表面上形成包括第一负极活性材料的第一负极膜层，所述第一负极活性材料包括石墨，且所述第一负极活性材料包括或不包括硅基材料；

28、在所述第一负极膜层的表面上形成包括第二负极活性材料的第二负极膜层，所述第二负极活性材料包括人造石墨和硅基材料；

29、其中，所述硅基材料在所述第一负极活性材料中的质量占比记为w1，所述硅基材料在所述第二负极活性材料中的质量占比记为w2，所述负极极片满足：w2≥w1，且w1+w2≤6%；所述硅基材料包括第一硅基材料和第二硅基材料，且所述第一硅基材料的粒径小于所述第二硅基材料的粒径；所述第一硅基材料的粒径为0.05μm ~ 7μm；所述第二硅基材料的粒径为7μm ~ 15μm。

30、本技术的第三方面提供一种装置，其包括根据本技术第一方面的二次电池或根据本技术第二方面的方法制备的二次电池。