一种二次电池和电子装置的制作方法

本技术涉及电化学，特别是涉及一种二次电池和电子装置。

背景技术：

1、目前，随着锂离子电池的应用越来越广，对锂离子电池的充放电倍率性能与高低温性能等需求不断提升。随着充放电倍率的提升，受限于锂离子的迁移速度，锂离子电池内部极化不断增大，充放电倍率性能与循环性能严重受阻。

2、目前，一般通过以下手段提升极片动力学：①电解液优化：提升电解液的离子电导，从而提高锂离子传导；②极片层面打孔处理：通过对极片多孔化，提升电解液的浸润性，从而改善锂离子传导；③材料层面包覆：通过在正极活性材料和负极活性材料的表面包覆离子传导优异的材料，提升正极活性材料和负极活性材料界面的离子传导。上述提升极片动力学的手段，需通过对极片进行多孔化处理，或对材料进行表面处理，一方面，工艺困难，成本较高；另一方面，极片多孔化处理也会导致锂离子电池的能量密度的损失。因此，亟需提供一种阻抗较低，同时具有较好的倍率性能和循环性能的锂离子电池。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种二次电池和电子装置，能够降低二次电池的阻抗，同时提高二次电池的倍率性能和循环性能。具体技术方案如下：

2、本技术的第一方面提供了一种二次电池，其包括正极极片、负极极片和电解液，所述正极极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一个表面上的正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料和固态电解质，所述正极活性材料的平均粒径为aμm，所述固态电解质的平均粒径为bμm，16≤a/b≤180，5≤a≤20，0.1≤b≤0.5；所述正极活性材料包括第一元素，所述第一元素包括ni、mn、fe或co中的至少一种；所述固态电解质包括第二元素，所述第二元素包括al、la、ti、zr、ta或p中的至少一种。通过调控正极材料层包括正极活性材料和固态电解质、正极活性材料和固态电解质的平均粒径及其比值、正极活性材料包括第一元素以及第一元素的种类、固态电解质包括第二元素以及第二元素的种类在本技术范围内，能够降低二次电池的阻抗，同时提高二次电池的倍率性能和循环性能。

3、在本技术的一种实施方案中，采用扫描电子显微镜能谱分析仪对所述正极材料层的截面中的所述正极活性材料的颗粒进行线扫描，所述线扫描包含三条直线，所述三条直线相互交叉且两两直线之间的角度为60°，每条直线的长度为20μm至100μm，在任意至少两条直线的线扫谱图中，所述第二元素中任一元素存在y个第二峰，y≥1。线扫谱图满足上述特征，说明固态电解质分布于正极材料层，得到的二次电池具有较低的阻抗、较好的倍率性能和循环性能。

4、在本技术的一种实施方案中，采用扫描电子显微镜能谱分析仪对所述正极材料层的截面中的所述正极活性材料的颗粒进行线扫描，所述线扫描包含三条直线，所述三条直线相互交叉且两两直线之间的角度为60°，每条直线的长度为20μm至100μm，在任意至少两条直线的线扫谱图中，所述第一元素中任一元素存在x个第一峰，所述第二元素中任一元素存在y个第二峰，2≥x-y；所述第一峰的峰谷区域对应所述第二峰的峰顶区域。线扫谱图满足上述特征，说明固态电解质分布于正极活性材料颗粒的表面和/或正极活性材料颗粒之间的间隙，说明正极材料层包括固态电解质，并且固态电解质均匀地分布于正极活性材料颗粒的表面，得到的二次电池具有较低的阻抗、较好的倍率性能和循环性能。

5、在本技术的一种实施方案中，基于所述正极材料层的质量，所述固态电解质的质量百分含量w0为0.2％至3％。通过调控固态电解质的质量百分含量w0在本技术范围内，固态电解质具有合适的质量百分含量，固态电解质能够有效地分布于正极活性材料颗粒的表面，进一步加速锂离子传导，进一步降低二次电池的阻抗、提升二次电池的动力学，从而进一步改善二次电池的循环性能与倍率性能。

6、在本技术的一种实施方案中，所述固态电解质的粒径dv50、dv90、dn10、dv10满足：0.1μm＜dv50≤1μm，1＜dv90/dv50≤10，0.36≤dn10/dv10≤2.17；所述正极活性材料的粒径dv50’、dv90’、dn10’、dv10’满足：5μm＜dv50’≤20μm，16≤dv50’/dv50≤180，20μm＜dv90’≤50μm，0.65≤dn10’/dv10’≤1.35。通过调控dv50、dv90/dv50、dn10/dv10，以及dv50’、dv50’/dv50、dv90’、dn10’/dv10’在本技术范围内，固态电解质具有合适的粒径，同时正极活性材料也具有合适的粒径，且固态电解质的粒径能够与正极活性材料的粒径相匹配，从而固态电解质能够有效地分布于正极活性材料颗粒的表面，进一步加速锂离子传导，进一步降低二次电池的阻抗、提升二次电池的动力学，从而进一步改善二次电池的循环性能与倍率性能。

7、在本技术的一种实施方案中，所述正极极片满足以下特征中的至少一者：(1)0.48≤dv90≤8；(2)0.1≤dn10≤0.26；(3)0.12≤dv10≤0.28；(4)7.2≤dn10’≤10.8；(5)8≤dv10’≤11。

8、在本技术的一种实施方案中，所述正极材料层包括al、la、ti、zr、ta或p中的至少一种，基于所述正极材料层的质量，所述正极材料层满足以下特征中至少一者：

9、(1)所述正极材料层包括al，所述al的质量百分含量w1为36ppm至3000ppm，优选地，w1为36ppm至1800ppm；

10、(2)所述正极材料层包括la，所述la的质量百分含量w2为800ppm至50000ppm，优选地，w2为800ppm至25000ppm；

11、(3)所述正极材料层包括ti，所述ti的质量百分含量w3为400ppm至30000ppm，优选地，w3为400ppm至15000ppm；

12、(4)所述正极材料层包括zr，所述zr的质量百分含量w4为360ppm至25000ppm，优选地，w4为360ppm至12500ppm；

13、(5)所述正极材料层包括ta，所述ta的质量百分含量w5为200ppm至5000ppm，优选地，w5为200ppm至3500ppm；

14、(6)所述正极材料层包括p，所述p的质量百分含量w6为600ppm至12000ppm，优选地，w6为600ppm至8000ppm。

15、在本技术的一种实施方案中，所述固态电解质包括磷酸钛铝锂、锂镧钛氧、锂镧锆氧或锂镧锆钽氧中的至少一种。通过选用上述固态电解质，上述固态电解质具有较高的离子电导率，可以进一步构建正极极片内部的离子传导网络，加速锂离子传导，进一步降低二次电池的阻抗、提升二次电池的动力学，从而进一步改善二次电池的循环性能与倍率性能。

16、在本技术的一种实施方案中，所述磷酸钛铝锂的化学式为li1+x1alx1ti2-x1(po4)3，0≤x1≤0.5；所述锂镧钛氧的化学式为li3x2la2/3-x2tio3，0.1≤x2≤0.3；所述锂镧锆氧的化学式为li7-x3la3zr2-x3o12，0≤x3≤0.6；所述锂镧锆钽氧的化学式为li5+x4la3zrx4ta2-x4o12，0≤x4≤1.4。通过选用上述固态电解质，上述固态电解质具有较高的离子电导率，可以进一步构建正极极片内部的离子传导网络，加速锂离子传导，进一步降低二次电池的阻抗、提升二次电池的动力学，从而进一步改善二次电池的循环性能与倍率性能。

17、在本技术的一种实施方案中，所述正极材料层的涂布重量c为0.01g/cm2至0.05g/cm2，优选地，所述正极材料层的涂布重量c为0.01g/cm2至0.03g/cm2。通过调控正极材料层的涂布重量c在本技术范围内，能够使正极材料层具有合适的涂布重量，从而二次电池在具有较低的阻抗、较好的循环性能和倍率性能的同时还具有较高的能量密度。

18、在本技术的一种实施方案中，所述电解液包括锂盐和非水溶剂，所述锂盐包括第一含氟锂盐和/或第二含氟锂盐，所述第一含氟锂盐包括六氟磷酸锂，所述第二含氟锂盐包括双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂或二氟磷酸锂中的一种，所述非水溶剂包括碳酸亚乙烯酯、碳酸二乙酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯中的至少一种；基于所述锂盐的质量，所述第一含氟锂盐的质量百分含量a1为50％至99％，所述第二含氟锂盐的质量百分含量a2为1％至50％；基于所述电解液的质量，所述锂盐的质量百分含量a为8％至65％，所述非水溶剂的质量百分含量b为35％至92％。通过调控电解液包括锂盐和非水溶剂，锂盐包括第一含氟锂盐和/或第二含氟锂盐，第一含氟锂盐和第二含氟锂盐各自的种类及含量、非水溶剂的种类及含量在本技术范围内，一方面，固态电解质具备固定上述锂盐中的阴离子的作用，可以提升锂离子迁移数，进一步降低二次电池的阻抗、提升二次电池的动力学；另一方面，固态电解质具备催化上述非水溶剂中的双键聚合的作用，固态电解质能够催化上述非水溶剂实现原位聚合，聚合后形成的高分子聚合物覆盖在正极活性材料表面，可进一步降低正极活性材料与电解液的副反应，从而进一步改善二次电池的循环性能和倍率性能。

19、本技术的第二方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案中的二次电池。因此，本技术提供的电子装置具有良好的使用性能。

20、本技术的有益效果：

21、本技术提供了一种二次电池和电子装置，二次电池包括正极极片、负极极片和电解液，正极极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一个表面上的正极材料层，正极材料层包括正极活性材料和固态电解质，正极活性材料的平均粒径为aμm，固态电解质的平均粒径为bμm，16≤a/b≤180，5≤a≤20，0.1≤b≤0.5；正极活性材料包括第一元素，第一元素包括ni、mn、fe或co中的至少一种；固态电解质包括第二元素，第二元素包括al、la、ti、zr、ta或p中的至少一种。通过调控正极材料层包括正极活性材料和固态电解质、正极活性材料和固态电解质的平均粒径及其比值、正极活性材料包括第一元素以及第一元素的种类、固态电解质包括第二元素以及第二元素的种类在本技术范围内，能够降低二次电池的阻抗，同时提高二次电池的倍率性能和循环性能。

22、当然，实施本技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。