二次电池、其制备方法及含有该二次电池的电池模块、电池包和装置与流程

本技术属于二次电池，具体涉及一种二次电池及其制备方法与含有该二次电池的电池模块、电池包和装置。

背景技术：

1、二次电池依靠活性离子在正极和负极之间往复脱嵌来进行充电和放电，其具有能量密度高、循环寿命长，以及无污染、无记忆效应等突出特点。因此，二次电池作为清洁能源，已由电子产品逐渐普及到电动汽车等大型装置领域，以适应环境和能源的可持续发展战略。

2、然而，与传统的燃油车能快速及时的加油相比，电动汽车一般是以较小的倍率充电，这常常需要较长的充电时间，因此给消费者造成了续航里程的焦虑，限制了电动汽车的快速普及。因此，为了提高电动汽车的市场竞争力，有必要提供一种能具有良好的快速充电性能二次电池。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种二次电池、其制备方法及含有该二次电池的电池模块、电池包和装置，旨在使所述电池在具有较高能量密度的前提下，同时兼具较好的快速充电性能和循环性能。

2、为了实现上述发明目的，本技术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层，所述负极膜层包括第一负极膜层和第二负极膜层，所述第二负极膜层位于所述负极集流体和所述第一负极膜层之间；所述第一负极膜层包括第一负极活性材料；所述第一负极活性材料包括第一石墨，所述第一石墨为人造石墨，且所述第一负极活性材料的体积粒径分布dv99≤23 μm。

3、本技术的二次电池通过采用多膜层结构的负极极片，并且使位于上层的第一负极膜层包含第一负极活性材料，且满足第一负极活性材料包括第一石墨，所述第一石墨为人造石墨，且第一负极活性材料的dv99≤23 μm，由此在电池的高soc（state of charge，荷电状态）态，负极极片也能具有良好的电化学反应界面和较高的活性离子固相扩散速度，实现电池在高soc态进行大倍率充电，从而显著提升快速充电能力。

4、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料满足17μm ≤ dv99 ≤ 23 μm；可选的，18μm ≤ dv99 ≤ 21 μm。第一负极活性材料的dv99在适当范围内，能使二次电池在具有较高能量密度的同时，还兼顾由于固相传导阻抗降低带来的快速充电能力及循环性能改善。

5、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料满足8μm ≤ dv50 ≤ 13 μm；可选的，9μm ≤ dv50 ≤ 12 μm。第一负极活性材料的dv50在适当范围内，缩短了活性离子的迁移扩散路径，能进一步提升电池的快速充电能力及循环性能。

6、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料的粒度一致性uniformity为0.28 ~0.4，可选的为0.30 ~ 0.36。第一负极活性材料的粒度一致性uniformity在上述范围内，活性粒子得以合理搭配，改善加工性能，能进一步提高电池的快速充电能力和循环性能，还能提升电池的能量密度。

7、在本技术任意实施方式中，第一石墨中包括二次颗粒。可选的，二次颗粒在第一石墨中的数量占比≥50%。可选的，二次颗粒在第一石墨中的数量占比为80% ~ 100%。第一负极活性材料中包含较多的二次颗粒时，活性粒子各向同性提高，缩短了活性离子嵌入的路径，能进一步提高电池的快速充电能力，兼顾提升循环性能。

8、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料的粒度比表面积为0.45 m2/g ~0.65m2/g，可选的为0.5 m2/g ~ 0.63 m2/g。第一负极活性材料的粒度比表面积在适当范围内，能进一步提升电池的快速充电性能、循环性能及存储性能。

9、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料满足：0.6 ≤ (dv90-dv10)/dv50 ≤1.8；可选的，0.8 ≤ (dv90-dv10)/dv50 ≤ 1.4。第一负极活性材料的 (dv90-dv10)/dv50适当，便于在膜层中形成通畅的孔道结构分布，有利于活性离子的快速传输，降低了液相传导阻抗，因此可进一步改善电池的快速充电能力和循环性能。

10、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料的体积粒径分布dv10为5μm ~ 9 μm，可选的为6μm ~ 8 μm。第一负极活性材料的dv10在适当范围内，能减少对活性离子的不可逆消耗，并且提高单位体积内活性物质的质量，有利于提高电池的能量密度、循环性能和高温存储性能。

11、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料的体积粒径分布dv90为14μm ~ 21μm，可选的为16μm ~ 18μm。第一负极活性材料的dv90在适当范围内，能进一步提高电池的快速充电能力和循环性能。

12、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料的粉体oi值为2.0 ~ 4.0，可选的为2.3 ~ 3.6。第一负极活性材料的粉体oi值在适当范围内，能使其具有较多的活性离子快速嵌入通道，从而进一步提升电池的快速充电能力。并且，负极活性材料的粉体oi值在适当范围内，还能减小负极极片在充电过程中的膨胀效应，能进一步提升电池的循环性能。

13、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料的振实密度为0.85 g/cm3~ 1.4 g/cm3，可选地为0.9 g/cm3~ 1.2 g/cm3。第一负极活性材料的振实密度在所给范围内，有利于颗粒间保持较好的接触，且可获得更好的粒子间空隙结构，保证了通畅的活性离子传输通道，能使电池获得较高的快速充电能力和能量密度。

14、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料在2kn压力下的粉体压实密度为1.55 g/cm3~ 1.70 g/cm3，可选地为1.58 g/cm3~ 1.68 g/cm3。第一负极活性材料的在2kn压力下的粉体压实密度在所给范围内，能使负极膜层具有较高的压实密度，从而可提升电池的能量密度。

15、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料的比表面积（ssa）为0.8 m2/g ~1.3 m2/g，可选的为0.9 m2/g ~ 1.2 m2/g。第一负极活性材料的比表面积（ssa）在适当范围内，提高了电解液的浸润及活性离子的液相传输，有利于电池获得较高的快速充电能力和循环性能。

16、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料的克容量为345 mah/g ~ 360 mah/g，可选的为350 mah/g ~ 358 mah/g。第一负极活性材料的克容量在上述范围内，能提高电池的能量密度及快速充电能力。

17、在本技术任意实施方式中，第一石墨的至少一部分表面具有无定形碳包覆层。第一石墨表面形成可富集活性离子的碳层，降低了电荷转移阻抗。采用该第一石墨能进一步提升电池的循环性能和快速充电能力。

18、在本技术任意实施方式中，第一石墨在第一负极活性材料中的质量占比≥80%。可选的，第一石墨在第一负极活性材料中的质量占比为90% ~ 100%。第一负极膜层中包含较多的第一石墨，能更有效地提升电池的快速充电能力。

19、在本技术任意实施方式中，第二负极膜层包括第二负极活性材料，第二负极活性材料包括第二石墨，第二石墨包括人造石墨、天然石墨中的一种或几种。

20、在本技术任意实施方式中，第二石墨中人造石墨的质量占比≥50%。可选的，第二石墨中人造石墨的质量占比为60% ~ 100%。第二负极活性材料包含较多的人造石墨，能提升电池的能量密度，且可改善电池的循环性能和高温存储性能。

21、在本技术任意实施方式中，第二负极活性材料的体积粒径分布dv99大于第一负极活性材料的体积粒径分布dv99。可选的，第二负极活性材料的体积粒径分布dv99与第一负极活性材料的体积粒径分布dv99之比为2.0 ~ 2.6，进一步可选的为2.1 ~ 2.4。第二负极活性材料与第一负极活性材料满足上述条件，能在改善电池的能量密度、循环性能和存储性能的同时，还使电池兼具较高的快速充电能力。

22、在本技术任意实施方式中，第二负极活性材料的体积平均粒径dv50为15μm ~ 21μm，可选的为16.5μm ~ 20μm。第二负极活性材料的dv50在上述范围内，缩短了活性离子的扩散路径，同时使第二负极活性材料具有较高的克容量，能使电池具有较高的快速充电能力、能量密度和循环性能。

23、在本技术任意实施方式中，第二石墨中包括一次颗粒。可选的，一次颗粒在第二石墨中的数量占比≥50%；可选的，一次颗粒在第二石墨中的数量占比为60% ~ 100%。第二石墨满足上述条件，使得材料具有较高的各向异性，保证石墨的结构稳定性及提高负极膜层的压实密度，从而能提升电池的能量密度、高温存储性能和循环性能。

24、在本技术任意实施方式中，第二负极活性材料的粒度一致性uniformity为0.3 ~0.55，可选的为0.4 ~ 0.5。第二负极活性材料的粒度一致性uniformity在上述范围内，能进一步提高电池的循环性能和能量密度。

25、在本技术任意实施方式中，第二负极活性材料的粒度比表面积为0.35 m2/g ~0.55m2/g，可选的为0.38 m2/g ~ 0.50 m2/g。第二负极活性材料的粒度比表面积在适当范围内时，减少了对活性离子的不可逆消耗，能进一步提升电池的循环性能和存储性能。

26、在本技术任意实施方式中，第二负极活性材料满足：0.9 ≤ (dv90-dv10)/dv50 ≤1.6；可选的，1.0 ≤ (dv90-dv10)/dv50 ≤ 1.4。第二负极活性材料的(dv90-dv10)/dv50在上述范围内，使得粒子间保持合理的孔道结构，能提升电池的快速充电性能及体积能量密度。

27、在本技术任意实施方式中，第二负极活性材料的体积粒径分布dv10为5μm ~ 14 μm，可选的为7μm ~ 12 μm。第二负极活性材料的dv10在上述范围内，能提升电池的循环性能和存储性能。

28、在本技术任意实施方式中，第二负极活性材料的体积粒径分布dv90为24μm ~ 38μm，可选的为26μm ~ 33μm。第二负极活性材料的dv90在上述范围内，能提高电池的循环性能和快速充电能力，还可进一步提升电池的能量密度。

29、在本技术任意实施方式中，第二负极活性材料的粉体oi值≤14，可选的为6 ~ 11。第二负极活性材料的oi值在上述范围内，有助于缩短活性离子的嵌入路径，减小电池在充电过程中的膨胀，使电池具有较高的快速充电能力、循环性能和能量密度。

30、在本技术任意实施方式中，第二负极活性材料的振实密度为0.8 g/cm3~ 1.2 g/cm3，可选地为0.9 g/cm3~ 1.1 g/cm3。第二负极活性材料的振实密度在所给范围内，使得活性粒子间保持优异的孔隙结构，能提高电池的快速充电能力和能量密度。

31、在本技术任意实施方式中，第二负极活性材料在2kn压力下的粉体压实密度为1.70 g/cm3~ 1.85 g/cm3，可选地为1.75 g/cm3~ 1.82 g/cm3。第二负极活性材料在2kn压力下的粉体压实密度在适当范围内，提高了负极膜层的压实密度，能提升电池的能量密度。

32、在本技术任意实施方式中，第二负极活性材料的比表面积（ssa）为1.0 m2/g ~2.0 m2/g，可选的为1.3 m2/g ~ 1.8 m2/g。第二负极活性材料的比表面积（ssa）在适当范围内，有利于电池获得较高的存储性能和循环性能。

33、在本技术任意实施方式中，第二负极活性材料的克容量为353 mah/g ~ 370 mah/g，可选的为359 mah/g ~ 367 mah/g。第二负极活性材料的克容量在上述范围内，能提高电池的能量密度，还能提高电池的循环性能。

34、在本技术任意实施方式中，负极膜层的面密度为0.117 mg/mm2~ 0.130 mg/mm2，可选的为0.120 mg/mm2~ 0.127 mg/mm2。负极膜层的面密度在上述范围内，可以进一步改善电池的能量密度和快速充电能力。

35、在本技术任意实施方式中，负极膜层的压实密度为1.65 g/cm3~ 1.75 g/cm3，可选的为1.66 g/cm3~ 1.70 g/cm3。负极膜层的压实密度在所给范围内，能进一步改善电池的能量密度、快速充电能力和循环性能。

36、在本技术任意实施方式中，第二负极膜层与第一负极膜层的厚度比为0.7:1 ~2.3:1，可选的为0.7:1 ~ 1.0:1，再可选的为1.1:1 ~ 2.3:1。使第二负极膜层和第一负极膜层的厚度比在适当范围内，能进一步改善电池的快速充电能力或能量密度。

37、在本技术任意实施方式中，第一负极活性材料或第二负极活性材料中还包括硅基材料、锡基材料、软碳、硬碳、钛酸锂中的一种或几种。

38、在本技术任意实施方式中，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。可选的，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，

39、lianibcocmdoeaf式1，

40、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。

41、本技术第二方面提供一种二次电池的制备方法，其至少包括如下步骤：在负极集流体的至少一侧形成第二负极膜层，所述第二负极膜层包括第二负极活性材料；在所述第二负极膜层的表面上形成第一负极膜层，所述第一负极膜层包括第一负极活性材料；其中，所述第一负极活性材料包括第一石墨，所述第一石墨为人造石墨，且所述第一负极活性材料的体积粒径分布dv99 ≤ 23 μm。

42、本技术第三方面提供一种电池模块，其包括本技术的二次电池。

43、本技术第四方面提供一种电池包，其包括本技术的二次电池或电池模块。

44、本技术第五方面提供一种装置，其包括本技术的二次电池、电池模块、或电池包中的至少一种。

45、本技术的电池模块、电池包和装置包括本技术提供的二次电池，因而至少具有与所述二次电池相同的优势。