【技術實現步驟摘要】
本申請涉及電化學，特別是涉及一種二次電池和電子裝置。
技術介紹
1、鋰離子電池以其超高的能量密度、較長的循環壽命和較小的自放電特性在動力汽車、消費電子產品和大規模儲能領域大放異彩。傳統商業化鋰離子電池的負極材料為石墨材料，其容量較低。近些年硅基材料由于具有高比容量、資源儲備豐富、合理的鋰化平臺而被認為是下一代最有前途的負極材料。但是硅基材料在鋰化或脫鋰過程中存在較大的體積變化，會導致鋰離子電池的循環性能較差。
2、研究人員發現可采用硅基材料納米化的方法來緩解其結構應變，但是，納米化后硅基材料具有較高的比表面積，會使循環過程中的界面副反應增加，持續生成大量的固態電解質(sei)膜，sei膜中含有碳酸酯鋰、c-o/c＝o和c-h等有機或無機組分，在過放過程中，石墨基負極在0％荷電狀態(soc)至-10％soc區間內表面的sei膜會降解產氣，導致鋰離子電池膨脹，影響安全性能。另外，由于硅基材料鋰化形成的硅鋰合金具有較高的反應活性，較易和電解液反應生成含有上述有機或無機組分的sei膜，并且循環過程中硅基材料表面會持續生成sei膜，因此，使用硅基材料會使鋰離子電池的過放產氣電壓相較于石墨材料更高，過放產氣電壓過高會使鋰離子電池過放時更易產氣，降低了鋰離子電池的安全性能。
技術實現思路
1、本申請的目的在于提供一種二次電池和電子裝置，以降低二次電池循環過程中的過放產氣電壓和過放厚度膨脹率，提高二次電池的安全性能。具體技術方案如下：
2、本申請的第一方面提供了一種二次電池
3、在本申請的一種實施方案中，所述二次電池以1c恒流充電至4.5v，0.5c恒流放電至3.0v循環300圈，然后以0.01c放電至3.0v，以10ma放電至1.0v，再以5ma放電至1.0v后，所述二次電池的厚度膨脹率小于15％。二次電池過放后的厚度膨脹率較小，二次電池具有較好的安全性能。
4、在本申請的一種實施方案中，所述二次電池滿足以下特征中的至少一者：(1)所述硅碳復合顆粒包括碳載體、單質硅和碳包覆層，所述碳包覆層的平均厚度為2.5nm至12nm；(2)所述碳材料包括石墨、硬碳或軟碳中的至少一種，基于所述硅碳復合顆粒和所述碳材料的質量，所述硅碳復合顆粒的質量百分含量為5％至30％，所述碳材料的質量百分含量為70％至95％；(3)所述硅碳復合顆粒的粒徑dv50為5μm至12μm。
5、在本申請的一種實施方案中，所述二次電池滿足以下特征中的至少一者：(1)所述粘結劑包括聚丙烯酸鋰、羧甲基纖維素或聚丙烯酸中的至少一種，基于所述負極材料層的質量，所述粘結劑的質量百分含量為0.4％至2.5％；(2)所述導電劑包括碳納米管、導電炭黑、碳纖維、鱗片石墨、石墨烯或導電聚合物中的至少一種，基于所述負極材料層的質量，所述導電劑的質量百分含量為0.1％至0.5％。
6、在本申請的一種實施方案中，所述二次電池滿足以下特征中的至少一者：(1)所述粘結劑包括聚丙烯酸鋰，在所述負極材料層的粉末的紅外譜圖中，在1550cm-1至1560cm-1處有特征峰；(2)所述粘結劑包括聚丙烯酸鋰，所述二次電池放電至3.0v后，基于所述負極材料層的質量，鋰元素的質量百分含量為0.2％至3％；(3)所述導電劑包括碳納米管，所述碳納米管的管徑為2nm至6nm，優選地，所述碳納米管的管徑為3nm至5nm，所述碳納米管的管長為3000nm至60000nm，優選地，所述碳納米管的管長為8000nm至20000nm。
7、在本申請的一種實施方案中，所述二次電池在50％荷電狀態下，所述負極材料層的壓實密度為1.4g/cc至1.5g/cc。二次電池在50％荷電狀態下，負極材料層的壓實密度在本申請范圍內，二次電池的體積能量密度較高，同時硅碳復合顆粒、碳材料、粘結劑和導電劑之間的接觸較為緊密，電子傳輸路徑相對較短，電極混合材料的電子電導率較高，電極混合材料表面形成適量的sei膜，能夠減少sei膜中的有機物的降解產氣，降低二次電池循環過程中的過放厚度膨脹率，提高二次電池的安全性能；并且，電解液浸潤性較好，有利于負極活性材料的容量發揮。
8、在本申請的一種實施方案中，所述電解液包括第一化合物，所述第一化合物包括氟代碳酸乙烯酯、雙氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸內酯或硫酸乙烯酯中的至少一種，基于所述電解液的質量，所述第一化合物的質量百分含量為3％至8％。通過調控電解液中第一化合物的種類及含量在本申請范圍內，上述含氟或含硫的第一化合物的還原電位較高，會優先于溶劑(例如碳酸酯化合物)還原，形成較難分解產氣的無機組分氟化鋰或硫酸鋰，上述無機組分分布在硅碳復合顆粒的碳包覆層的表面，能夠增加sei膜中的難分解產氣的物質的比例，穩固sei膜的結構，從而進一步降低二次電池循環過程中的過放厚度膨脹率，進一步提高二次電池的安全性能。
9、本申請的第二方面提供了一種前述任一實施方案的二次電池的制備方法，其包括以下步驟：制備所述正極極片、所述負極極片、所述電解液和所述隔膜，組裝得到所述二次電池。
10、其中，所述負極極片中的所述硅碳復合顆粒的制備方法包括以下步驟：
11、(1)將碳載體在惰性氣氛中以5℃/min至20℃/min的升溫速率升溫至t1為400℃至480℃后保溫，保溫時間t1為10min至60min，而后在硅烷混合氣中進行沉積，得到中間體；其中，沉積時間t2為2h至30h；所述硅烷混合氣由硅烷和惰性氣體組成，基于所述硅烷混合氣的質量，所述硅烷的質量百分含量為10％至50％，所述惰性氣體的質量百分含量為50％至90％；
12、(2)對所述中間體進行碳包覆處理，得到所述硅碳復合顆粒；其中，所述碳包覆處理的方法包括液相法、氣相法或氣液聯用法中的一種，碳源包括煤焦瀝青、石油瀝青、乙炔、丙烯、天然氣、乙烯或環己烷中的至少一種，所述碳包覆處理的溫度t2為620℃至810℃，所述碳包覆處理的時間t3為1h至6h。
13、在本申請的一種實施方案中，所述碳包覆處理的方法包括液相法，其包括以下步驟：將所述中間體置于含有碳源的有機溶劑中得到有機溶液，將所述有機溶液揮發，并在所述惰性氣氛下進行所述碳包覆處理，得到所述硅碳復合顆粒；其中，所述碳源包括石油瀝青或煤焦瀝青中的至少一種，所述有機溶劑包括四氫呋喃、正己烷或二甲苯中的至少一種，所述碳包覆處理的溫度t2為700℃至810℃，優選地，t2為720℃至810℃，所述碳包覆處理的時間t3為1h本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種二次電池，其包括正極極片、負極極片、電解液和隔膜，所述負極極片包括負極集流體以及設置在負極集流體至少一個表面上的負極材料層，所述負極材料層包括負極活性材料、粘結劑和導電劑，所述負極活性材料包括碳材料和硅碳復合顆粒，基于所述負極材料層的質量，硅元素的質量百分含量為4.4％至10.5％，碳元素的質量百分含量為85％至90％，所述負極材料層的粉末電導率為8S/m至15S/m。
2.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述二次電池以1C恒流充電至4.5V，0.5C恒流放電至3.0V循環300圈，然后以0.01C放電至3.0V，以10mA放電至1.0V，再以5mA放電至1.0V后，所述二次電池的厚度膨脹率小于15％。
3.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述二次電池滿足以下特征中的至少一者：
4.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述二次電池滿足以下特征中的至少一者：
5.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述二次電池滿足以下特征中的至少一者：
6.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述二次電池在50％荷電狀態下
7.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述電解液包括第一化合物，所述第一化合物包括氟代碳酸乙烯酯、雙氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸內酯或硫酸乙烯酯中的至少一種，基于所述電解液的質量，所述第一化合物的質量百分含量為3％至8％。
8.一種權利要求1至7中任一項所述的二次電池的制備方法，其包括以下步驟：制備所述正極極片、所述負極極片、所述電解液和所述隔膜，組裝得到所述二次電池；
9.根據權利要求8所述的制備方法，其中，所述碳包覆處理的方法包括液相法，其包括以下步驟：將所述中間體置于含有碳源的有機溶劑中得到有機溶液，將所述有機溶液揮發，并在所述惰性氣氛下進行所述碳包覆處理，得到所述硅碳復合顆粒；其中，所述碳源包括石油瀝青或煤焦瀝青中的至少一種，所述有機溶劑包括四氫呋喃、正己烷或二甲苯中的至少一種，所述碳包覆處理的溫度T2為700℃至810℃，優選地，T2為720℃至810℃，所述碳包覆處理的時間t3為1h至2h。
10.根據權利要求8所述的制備方法，其中，所述碳包覆處理的方法包括氣相法，其包括以下步驟：在還原氣氛中將所述中間體進行所述碳包覆處理，得到所述硅碳復合顆粒；其中，所述還原氣氛包括乙炔、丙烯、天然氣、乙烯或環己烷中的至少一種，所述碳包覆處理的溫度T2為620℃至700℃，所述碳包覆處理的時間t3為2h至6h。
11.一種電子裝置，其包括權利要求1至7中任一項所述的二次電池或者權利要求8至10中任一項所述的制備方法制備的二次電池。
...【技術特征摘要】
1.一種二次電池，其包括正極極片、負極極片、電解液和隔膜，所述負極極片包括負極集流體以及設置在負極集流體至少一個表面上的負極材料層，所述負極材料層包括負極活性材料、粘結劑和導電劑，所述負極活性材料包括碳材料和硅碳復合顆粒，基于所述負極材料層的質量，硅元素的質量百分含量為4.4％至10.5％，碳元素的質量百分含量為85％至90％，所述負極材料層的粉末電導率為8s/m至15s/m。
2.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述二次電池以1c恒流充電至4.5v，0.5c恒流放電至3.0v循環300圈，然后以0.01c放電至3.0v，以10ma放電至1.0v，再以5ma放電至1.0v后，所述二次電池的厚度膨脹率小于15％。
3.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述二次電池滿足以下特征中的至少一者：
4.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述二次電池滿足以下特征中的至少一者：
5.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述二次電池滿足以下特征中的至少一者：
6.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述二次電池在50％荷電狀態下，所述負極材料層的壓實密度為1.4g/cc至1.5g/cc。
7.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述電解液包括第一化合物，所述第一化合物包括氟代碳酸乙烯酯、雙氟代碳酸乙烯酯...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李陽，任文臣，
申請(專利權)人：寧德新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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