二次电池及其制备方法、电池模块、电池包和用电装置与流程

本技术涉及二次电池，尤其涉及一种二次电池及其制备方法、电池模块、电池包和用电装置。

背景技术：

1、近年来，随着二次电池在各类电子产品和新能源汽车等产业的应用及推广，其能量密度受到越来越多的关注。由此，也对二次电池的能量密度提出了更高的要求。

技术实现思路

1、为了达到上述目的，本技术提供了一种二次电池及其制备方法、电池模块、电池包和用电装置，能够使得该二次电池、电池模块、电池包和用电装置兼具高能量密度和高安全性能。

2、本技术第一方面提供一种二次电池，该二次电池包括正极极片和负极极片。该负极极片包括负极集流体、位于所述负极集流体至少一个表面的负极膜层以及位于所述负极膜层表面的惰性涂层，其中，所述惰性涂层的电导率小于所述负极膜层的电导率；所述二次电池满足：nc/pc<1，可选地，0.3≤nc/pc<1，其中，nc表示负极充电容量，单位为mah；pc表示正极充电容量，单位为mah。

3、本技术的二次电池，在负极膜层表面包括惰性涂层，能够显著降低锂金属在负极极片表面析出的风险。具体地，惰性涂层具有较低的电导率，其几乎不导电，li+难以在惰性涂层的表面沉积。相对于惰性涂层，负极膜层的具有更高的电导率。因此，过量的li+能够被诱导至惰性涂层的表面之下，均匀地沉积于负极膜层表面、负极膜层的孔隙或者负极膜层与集流体之间的孔隙中，从而与负极活性材料形成锂金属复合材料。由此，能够使得锂金属沉积于惰性涂层与负极集流体之间，从而在提升负极极片的能量密度的同时，降低锂金属在负极极片表面析出的风险，进而提高二次电池的库伦效率、安全性能和能量密度。

4、在本技术第一方面的任意实施方式中，所述负极膜层包括：负极活性材料，所述负极活性材料包括碳负极材料、硅基负极材料、金属氧化物类材料中的至少一者，可选地，所述负极活性材料包括石墨或者石墨与氧化亚硅的混合物，更可选地，基于所述负极活性材料的总质量，所述石墨的质量百分含量为70％～95％，所述氧化亚硅的质量百分含量为5％～30％。具有上述组成的负极活性材料具有较低的析锂过电位，从而允许负极膜层具有低析锂过电位。由此，过量的li+能够顺利地沉积于惰性涂层的表面之下。因此，本技术的二次电池不易产生锂枝晶，并且能够具有高能量密度。

5、在本技术第一方面的任意实施方式中，单面负极膜层的涂布重量为3g/cm2～13g/cm2，可选为4g/cm2～10g/cm2。单面负极膜层的涂布重量在上述合适的范围内，有利于控制nc/pc的值的本技术范围内，从而允许本技术的二次电池具备高能量密度。

6、在本技术第一方面的任意实施方式中，单面负极膜层的压实密度为0.8g/cm3～1.8g/cm3，可选为1.2g/cm3～1.7g/cm3。单面负极膜层的压实密度在上述合适的范围内，负极膜层能够具有更大的可容纳锂金属的空间。此外，单面负极膜层的压实密度在上述合适的范围内，在锂金属复合负极中，锂离子还可以具有合适的传输路径，便于嵌入和脱出。由此，能够在允许本技术的二次电池具备高能量密度的同时，提升二次电池的安全性能和循环性能。

7、在本技术第一方面的任意实施方式中，惰性涂层包括第一组份以及可选的第二组份，所述第一组份包括聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素类化合物、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚乙烯醇中的至少一者；所述第二组份包括氧化铝、siox中的至少一者，其中，0＜x＜2。惰性涂层包括第一组份以及可选的第二组份，不仅能够具有低电导率，而且能够具有高析锂过电位。由此，能够进一步降低li+在负极极片表面析出而形成锂枝晶的风险，从而降低了锂枝晶刺穿隔离膜的风险、提高了二次电池的安全性能。

8、在本技术第一方面的任意实施方式中，惰性涂层包括所述第一组份和所述第二组份，可选地，所述第一组份包括羧甲基纤维素类化合物、丁苯橡胶中的至少一者，所述第二组份包括氧化铝，更可选地，所述第一组份与所述第二组份的质量比为1：8～1:10。惰性涂层中包括上述第一组份和第二组份，不仅能够具有低电导率、高析锂过电位，而且能够具有高耐穿刺强度。因此，当负极膜层表面沉积有少量锂金属时，锂金属不易刺穿惰性涂层，从而降低了锂金属暴露于负极极片表面，并进一步形成锂枝晶的风险。由此，本技术的二次电池能够兼具高能量密度和高安全性能。

9、在本技术第一方面的任意实施方式中，惰性涂层的析锂过电位大于负极膜层的析锂过电位，可选地，惰性涂层的析锂过电位大于等于0.3v，其中，析锂过电位表示以li/li+的平衡电位为参比电位所确定的电位。惰性涂层的析锂过电位高于负极膜层的析锂过电位，尤其是，惰性涂层的析锂过电位大于等于0.3v时，能够使得惰性涂层与负极膜层之间具有析锂过电位差值。在该析锂过电位差值的存在下，锂离子更难以在惰性涂层表面沉积，且更容易在负极膜层表面、负极膜层的孔隙或者负极膜层与集流体之间的孔隙中沉积，从而能够诱导过量的li+沉积于负极膜层表面、负极膜层的孔隙或者负极膜层与集流体之间的孔隙中，进而与负极活性材料形成锂金属复合材料。由此，能够使得锂金属沉积于惰性涂层与负极集流体之间，从而避免锂金属在负极极片表面析出，进而提高二次电池的库伦效率、安全性能和能量密度。

10、在本技术第一方面的任意实施方式中，惰性涂层以微米计的厚度值l满足：0.2≤l≤15。惰性涂层的厚度在上述合适的范围内，能够降低负极膜层表面析出的锂金属刺穿惰性涂层的风险，从而进一步提升二次电池的安全性能。

11、在本技术第一方面的任意实施方式中，二次电池满足：16.5≤k≤18，其中，k＝l+16*(nc/pc)，l表示惰性涂层以微米计的厚度值，nc表示负极充电容量，单位为mah；pc表示正极充电容量，单位为mah。惰性涂层的厚度与nc/pc满足上述数量关系，能够在降低负极膜层表面析出的锂金属刺穿惰性涂层的风险的同时，减少惰性涂层过厚导致的能量密度降低，从而进一步提升负极极片的能量密度。由此，能够允许本技术的二次电池具备高能量密度。

12、本技术第二方面提供一种用于制备本技术的二次电池的方法，包括以下步骤s10～s40。

13、s10，按照预设的nc/pc值提供正极极片以及初始负极极片，所述初始负极极片包括负极集流体以及位于所述负极集流体至少一个表面的负极膜层，其中，nc表示负极充电容量，单位为mah；pc表示正极充电容量，单位为mah。

14、s20，提供惰性涂层浆料，包括将用于形成所述惰性涂层的组份与溶剂混合均匀，从而得到所述惰性涂层浆料。

15、s30，制备负极极片，包括将所述惰性涂层浆料涂布于所述负极膜层表面，经干燥后形成所述惰性涂层，从而得到所述负极极片，其中，所述惰性涂层的电导率小于所述负极膜层的电导率。

16、s40，将所述正极极片、隔离膜与所述负极极片组装后，经封装、注入电解液后得到所述二次电池，其中，所述二次电池满足：nc/pc<1，可选地，0.3≤nc/pc<1。

17、本技术的方法，按照预设的nc/pc值提供正极极片以及初始负极极片，能够使得二次电池中，正极能够脱出的li+的量远大于负极活性材料所能够嵌入的li+的量；在负极膜层表面形成惰性涂层，惰性涂层的电导率小于负极膜层的电导率，能够将正极脱出的过量的li+诱导至惰性涂层的表面之下，沉积于负极膜层表面、负极膜层的孔隙或者负极膜层与集流体之间的孔隙中，从而与负极活性材料形成锂金属复合材料。由此，能够使得锂金属沉积于惰性涂层与负极集流体之间，从而在提升负极极片的能量密度的同时，降低锂金属在负极极片表面析出的风险，进而提高二次电池的库伦效率、安全性能和能量密度。

18、在本技术第二方面的任意实施方式中，步骤s20中，用于形成惰性涂层的组份包括第一组份以及可选的第二组份。所述第一组份包括聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素类化合物、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚乙烯醇中的至少一者；所述第二组份包括氧化铝、siox中的至少一者，其中，0＜x＜2。用于形成惰性涂层的组份包括第一组份以及可选的第二组份，惰性涂层不仅能够具有低电导率，而且能够具有高析锂过电位。由此，能够降低li+在负极极片表面析出而形成锂枝晶的风险，从而降低了锂枝晶刺穿隔离膜的风险、提高了二次电池的安全性能。

19、在本技术第二方面的任意实施方式中，步骤s20中，用于形成惰性涂层的组份包括所述第一组份和所述第二组份，可选地，所述第一组份选自羧甲基纤维素类化合物、丁苯橡胶中的至少一者，所述第二组份包括氧化铝，更可选地，所述第一组份与所述第二组份的质量比为1:8～1:10。用于形成惰性涂层的组份中包括上述第一组份和第二组份，惰性涂层不仅能够具有低电导率、高析锂过电位，而且能够具有高耐穿刺强度。因此，当负极膜层表面沉积有少量锂金属时，锂金属不易刺穿惰性涂层，从而降低了锂金属暴露于负极极片表面，并进一步形成锂枝晶的风险。由此，本技术的二次电池能够兼具高能量密度和高安全性能。

20、在本技术第二方面的任意实施方式中，步骤s30中，所述惰性涂层的析锂过电位大于负极膜层的析锂过电位，可选地，惰性涂层的析锂过电位大于等于0.3v，其中，析锂过电位表示以li/li+的平衡电位为参比电位所确定的电位。

21、惰性涂层的析锂过电位高于负极膜层的析锂过电位，尤其是，惰性涂层的析锂过电位大于等于0.3v时，能够使得惰性涂层与负极膜层之间具有析锂过电位差值。在该析锂过电位差值的存在下，锂离子更难以在惰性涂层表面沉积，且更容易在负极膜层表面、负极膜层的孔隙或者负极膜层与集流体之间的孔隙中沉积，从而能够诱导过量的li+沉积于负极膜层表面、负极膜层的孔隙或者负极膜层与集流体之间的孔隙中，进而与负极活性材料形成锂金属复合材料。由此，能够使得锂金属沉积于惰性涂层与负极集流体之间，从而避免锂金属在负极极片表面析出，进而提高二次电池的库伦效率、安全性能和能量密度。

22、在本技术第二方面的任意实施方式中，步骤s30中，惰性涂层以微米计的厚度值l满足：0.2≤l≤15。惰性涂层的厚度在上述合适的范围内，能够降低负极膜层表面析出的锂金属刺穿惰性涂层的风险，从而进一步提升二次电池的安全性能。

23、在本技术第二方面的任意实施方式中，二次电池满足：16.5≤k≤18，其中，k＝l+16*(nc/pc)，l表示惰性涂层以微米计的厚度值，nc表示负极充电容量，单位为mah；pc表示正极充电容量，单位为mah。随着nc/pc的减小，负极析出的锂金属的量逐渐增多，负极膜层表面析出的锂金属也可能随之增多。惰性涂层的厚度与nc/pc满足上述数量关系，能够在降低负极膜层表面析出的锂金属刺穿惰性涂层的风险的同时，减少惰性涂层过厚导致的能量密度降低，从而进一步提升负极极片的能量密度。由此，能够允许本技术的二次电池具备高能量密度。

24、本技术第三方面提供一种电池模块，其包括本技术第一方面的二次电池，或者根据本技术第二方面的方法制备的二次电池。

25、本技术第四方面提供一种电池包，其包括本技术第三方面的电池模块。

26、本技术第五方面提供一种用电装置，其包括本技术第一方面的二次电池、根据本技术第二方面的方法制备的二次电池、本技术第三方面的电池模块或本技术第四方面的电池包中的至少一种。

27、本技术的电池模块、电池包和用电装置包括本技术提供的二次电池，因而至少具有与本技术的二次电池相同的优势。