电极组件、二次电池、电池模块、电池包及用电装置的制作方法

本技术属于电池，具体涉及一种电极组件、二次电池、电池模块、电池包及用电装置。

背景技术：

1、近年来，二次电池被广泛应用于水力、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。随着二次电池的应用及推广，人们对二次电池的能量密度、循环性能和大倍率充电性能的要求越来越高，而负极活性材料作为二次电池的重要组成部分，其性能在一定程度上影响了二次电池的性能。石墨是二次电池最常用的负极活性材料之一，其具有极化小且循环稳定性高的优势，但其理论克容量仅为372mah/g。目前商业石墨的性能几乎开发到了极致，其可逆克容量和能量密度的提升空间都十分有限。同时石墨的层间距较小，其大倍率充电性能也几乎开发到了极致。硬碳作为一种新型负极活性材料，在二次电池充放电过程中能够实现活性离子的快速嵌入和脱出，因此发展前景十分广阔。但是，商业硬碳的压实密度和首次库伦效率较低，对二次电池能量密度的提升有限。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种电极组件、二次电池、电池模块、电池包及用电装置，旨在使二次电池在具有高能量密度的前提下，同时兼具高充电倍率和长循环寿命。

2、本技术第一方面提供一种电极组件，包括负极极片、正极极片以及位于所述负极极片和所述正极极片之间的隔离膜，其中，所述负极极片包括负极集流体以及设置在所述负极集流体至少一个表面上的第一负极膜层和第二负极膜层，所述第一负极膜层位于所述负极集流体和所述第二负极膜层之间并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，所述第二负极膜层包括第二负极活性材料，所述第二负极活性材料包括硬碳；所述隔离膜包括基膜以及至少位于所述基膜与所述负极极片相对一侧的功能涂层，所述功能涂层包括铁电材料。

3、在本技术的电极组件中，将包括石墨的第一负极膜层和包括硬碳的第二负极膜层依次设置在负极集流体表面进行两层组合设计能够弥补石墨和硬碳各自的缺陷，并凸显各自的优势。硬碳的层间距较大，由此能够提供更大的充电倍率；石墨设置在硬碳和负极集流体之间，由此能够弥补硬碳的首次库伦效率。另外，由于活性离子嵌入硬碳微孔结构的电位在0v左右，与活性离子在石墨表面析出电位接近，因此不能充分发挥硬碳微孔结构作为活性离子储存位点的作用，而本技术的发明人惊喜发现，在隔离膜至少靠近第二负极膜层的一侧设置包括铁电材料的功能涂层，能够解决上述问题。铁电材料可以调控活性离子沉积的方式，从而可以将硬碳微孔结构的大容量优势凸显出来，并还可以抑制活性离子在石墨表面持续还原析出，提高二次电池的循环寿命。因此，采用本技术电极组件的二次电池具有长循环寿命且能够进行大倍率充电，同时二次电池还能够具有高输出电压，进而还具有高能量密度。

4、在本技术的任意实施方式中，所述功能涂层的厚度为h1μm，所述第二负极膜层的厚度为h2μm，所述第一负极膜层的厚度为h3μm，并且所述电极组件满足h1/(h2+h3)为0.01至0.15，可选地为0.01至0.08。由此二次电池的综合性能更好，能够在高能量密度下实现大倍率充电。

5、在本技术的任意实施方式中，所述功能涂层的厚度为h1μm，h1为2至10，可选地为4至6。由此二次电池的综合性能更好，能够在高能量密度下实现大倍率充电。

6、在本技术的任意实施方式中，所述第二负极膜层的厚度为h2μm，所述第一负极膜层的厚度为h3μm，并且所述负极极片满足h2/h3为0.10至5，可选地为0.5至4。由此第二负极膜层和第一负极膜层能够发挥更好地协同作用效果。

7、在本技术的任意实施方式中，所述铁电材料的体积平均粒径dv50为d1μm，d1为1以下，可选地为0.05至0.8。由此二次电池的综合性能更好，能够在高能量密度下实现大倍率充电，同时能够降低生产成本。

8、在本技术的任意实施方式中，所述第二负极活性材料的体积平均粒径dv50为d2μm，所述第一负极活性材料的体积平均粒径dv50为d3μm，d2/d3为0.1至1，可选地为0.2至0.8。此时有利于充分发挥第二负极膜层提高二次电池大倍率充电能力以及第一负极膜层提高二次电池首次库伦效率和循环寿命的作用，由此二次电池的综合性能更好，能够在高能量密度下实现大倍率充电。

9、在本技术的任意实施方式中，所述功能涂层中的铁电材料的质量百分含量为w1，基于所述功能涂层的总质量计，w1为70％至95％，可选地为80％至95％。由此二次电池的综合性能更好，能够在高能量密度下实现大倍率充电。

10、在本技术的任意实施方式中，所述功能涂层还包括粘结剂，可选地，所述粘结剂包括选自丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚甲基丙烯酸、羧甲基壳聚糖、含氟丙烯酸酯类树脂、聚四氟乙烯、偏氟乙烯均聚物及其共聚物中的一种或多种的组合。

11、在本技术的任意实施方式中，所述隔离膜还包括设置在所述功能涂层表面的粘结层，可选地，所述粘结层包括选自偏氟乙烯均聚物及其共聚物中的一种或多种的组合。由此可以提高电极组件的卷绕效果，使二次电池具有更长的循环寿命。

12、在本技术的任意实施方式中，所述铁电材料的介电常数为50以上，可选地为50至100000。

13、在本技术的任意实施方式中，所述铁电材料包括选自无机铁电材料、有机铁电材料中的一种或多种的组合，可选地，所述无机铁电材料包括选自钙钛矿结构氧化物、钨青铜型化合物、铋氧化物型层状结构化合物、铌酸锂、钽酸锂、偏铌酸铅和铌酸铅钡锂中的一种或多种的组合；可选地，所述有机铁电材料可以包括选自偏氟乙烯均聚物或共聚物、2,5-二溴-3,6-二羟对苯醌、吩嗪-氯冉酸、克酮酸中的一种或多种的组合。

14、在本技术的任意实施方式中，所述第二负极膜层中的硬碳的质量百分含量为w2，基于所述第二负极膜层的总质量计，w2为68％以上，可选地为90％至98％。由此有利于二次电池具有更高的充电倍率。

15、在本技术的任意实施方式中，所述第一负极膜层中的石墨的质量百分含量为w3，基于所述第一负极膜层的总质量计，w3为78％以上，可选地为90％至98％。由此有利于二次电池具有更高的首次库伦效率和更长的循环寿命。

16、在本技术的任意实施方式中，所述第二负极活性材料的体积平均粒径dv50为d2μm，d2为3至11，可选地为3至7。由此有利于提高二次电池的容量发挥和能量密度。

17、在本技术的任意实施方式中，所述第二负极活性材料的粒径分布指数(dv90-dv10)/dv50为α1，α1为0.6至5，可选地为1至4。由此有利于提升二次电池的大倍率充电能力和充放电效率。

18、在本技术的任意实施方式中，所述第二负极活性材料的比表面积为3m2/g至7m2/g，可选地为4m2/g至6m2/g。由此有利于提升二次电池的大倍率充电能力。

19、在本技术的任意实施方式中，所述第二负极活性材料在20000n下的粉体压实密度为0.9g/cm3至1.3g/cm3，可选地为1g/cm3至1.2g/cm3。由此有利于提升二次电池的能量密度。

20、在本技术的任意实施方式中，所述第二负极活性材料包括一次颗粒、二次颗粒或其组合，可选地，所述第二负极活性材料中一次颗粒的数量占比为90％至100％。由此有利于提升二次电池的大倍率充电能力。

21、在本技术的任意实施方式中，所述第一负极活性材料的体积平均粒径dv50为d3μm，d3为9至18，可选地为11至15。由此有利于二次电池具有高首次库伦效率、高能量密度和长循环寿命。

22、在本技术的任意实施方式中，所述第一负极活性材料的粒径分布指数(dv90-dv10)/dv50为α2，α2为0.2至5，可选地为0.3至4。由此有利于改善二次电池的循环性能。

23、在本技术的任意实施方式中，所述第一负极活性材料的比表面积为0.6m2/g至1.5m2/g，可选地为0.8m2/g至1.4m2/g。由此有利于改善二次电池的循环性能。

24、在本技术的任意实施方式中，所述第一负极活性材料在20000n下的粉体压实密度为1.4g/cm3至1.85g/cm3，可选地为1.6g/cm3至1.75g/cm3。由此有利于提升二次电池的能量密度。

25、在本技术的任意实施方式中，所述第一负极活性材料的石墨化度为91％至95％，可选地为92％至94％。由此有利于提升二次电池的循环性能。

26、在本技术的任意实施方式中，所述第一负极活性材料包括人造石墨、天然石墨或其组合，可选地，所述人造石墨表面具有碳包覆层。由此有利于提升二次电池的循环性能和大倍率充电能力。

27、在本技术的任意实施方式中，所述第一负极活性材料包括一次颗粒、二次颗粒或其组合，可选地，所述第一负极活性材料中二次颗粒的数量占比为90％至100％。由此有利于提升二次电池的循环性能、存储性能和大倍率充电能力。

28、本技术第二方面提供一种二次电池，其包括本技术第一方面的电极组件。

29、本技术第三方面提供一种电池模块，其包括本技术第二方面的二次电池。

30、本技术第四方面提供一种电池包，其包括本技术第二方面的二次电池、第三方面的电池模块中的一种。

31、本技术第五方面提供一种用电装置，其包括本技术第二方面的二次电池、第三方面的电池模块、第四方面的电池包中的至少一种。

32、采用本技术电极组件的二次电池具有长循环寿命且能够进行大倍率充电，同时二次电池还能够具有高输出电压，进而还具有高能量密度。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，因而至少具有与所述二次电池相同的优势。