【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電池，具體涉及一種鋰離子二次電池。
技術介紹
1、隨著新能源電力汽車的快速發展，鋰離子電池作為動力輸出系統，其性能發揮尤為重要。目前，高能量密度和快速充電能力成為行業的研究熱點。
2、能量密度和充電倍率是衡量鋰離子電池性能的重要指標，能量密度可以分為質量能量密度(weightenergydensity，wed，單位：wh/kg)和體積能量密度(volumeenergydensity，ved，單位：wh/l)。充電倍率(chargerate)則用于衡量鋰離子電池充電速度的快慢，規定鋰離子電池充滿電時所用時間(以小時來計算)的倒數為電池的充電倍率(單位為c)，即充滿電時所需時間越短，則鋰離子電池充電倍率越大。而現有技術中存在能量密度和充電倍率不能兼顧的問題。
3、因此，專利技術一種能夠兼顧高能量密度和較高充電倍率的電池是十分重要的。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服現有技術所存在的高能量密度和高充電倍率不能兼顧的問題，提供一種鋰離子二次電池(以下簡稱為電池)。本專利技術從正極片和負極片的結構設計入手，使正極片至少一側表面具有凸部，并且在負極片厚度方向上層疊設置不同的負極活性物質層，并調控負極片中活性物質以及孔隙的排布規律，使二者相適配，協同提升電池的能量密度和充電倍率，對于實現電池兼具高能量密度和快充性能具有重要意義。
2、衡量鋰離子電池快充能力的標準是在規定的充電時間使電池充滿電，然后拆解電池觀察負極片的表面狀態，負極表面為
3、現有技術中，鋰離子電池在較高能量密度下表現出倍率性能差的問題，本專利技術的專利技術人發現，正極片至少一側表面設置凸部(該凸部可通過壓花處理實現)。該設計在對正極活性物質沒有質量損失的前提下，有利于電解液的充分浸潤，形成較好的離子傳輸路徑，從而在保證了能量密度的同時改善了電池的倍率性能。然而在研究過程中，專利技術人發現盡管在正極片至少一側表面設置凸部有益于提高鋰離子電池的倍率性能，但改善效果有限。
4、因此，本專利技術的專利技術人進行了大量研究發現，上述設計對倍率性能改善有限的原因在于，能量密度和倍率性能的提升不僅限于正極片，當負極片對鋰離子的接收能力以及導電能力與正極片不匹配時，即使正極片具有很好的容量發揮以及導電性能，對電池整體能量密度和倍率性能的改善也有限。
5、在此基礎上，本專利技術的專利技術人進行了大量有針對性的研究，發現，在對正極片結構進行特殊設置(即，使正極片至少一側表面具有凸部)的同時，對負極片中活性物質以及孔隙的排布規律進行調控，能夠使電池兼顧高能量密度和充電倍率。其原因可能在于：電池在充電時，負極片遠離負極集流體的部位電位較低，金屬鋰容易析出(鋰的還原電位為0v，li+/livs石墨)，而靠近負極集流體的部位電位較高，金屬鋰不容易析出。金屬鋰的析出會導致死鋰增多，不利于電池能量密度的提升；并且鋰的析出會造成鋰離子傳輸通道的堵塞，也不利于充電倍率的提升。因此，為了避免負極片由于電位過低而出現析鋰，本專利技術結合負極片的電位規律，對負極片的結構進行了改進，通過在負極片厚度方向上層疊設置不同的負極活性物質層，并通過調控負極片的吸液系數y，由此使得負極片上的負極活性物質的粒徑和負極片的面孔隙率沿厚度方向具有一定的分布規律，有效提高了電解液對負極片的浸潤效果，提升了離子導通，使得所制備的電池兼具高能量密度和良好的快充性能。
6、基于此，本專利技術的專利技術人提出了以下方案：
7、一種鋰離子二次電池，所述鋰離子二次電池包括正極片和負極片；所述負極片包括負極集流體和位于所述負極集流體至少一側表面的負極活性物質層，所述負極活性物質層包括負極活性物質；所述負極活性物質層包括在所述負極片厚度方向上層疊設置的第一負極活性物質層和第二負極活性物質層，所述第一負極活性物質層背離所述負極集流體，所述第二負極活性物質層靠近所述負極集流體；所述負極片的吸液系數y與所述負極活性物質層中任意一點到所述負極集流體表面的垂直距離x滿足：y＝ex+m-n，其中，所述吸液系數y為與所述負極集流體表面的垂直距離為x且平行于所述負極集流體的所述負極活性物質層的截面的面孔隙率與所述截面上所述負極活性物質的平均粒徑的比值，e為自然常數，m為4-10，n為50-4000；所述正極片至少一側表面具有凸部。
8、相較于現有技術，本專利技術至少具有以下有益效果：
9、第一，對正極片采用壓花設計，使其至少一側表面具有凸部，不僅有利于電解液的充分浸潤，形成了較好的離子傳輸路徑，且不會對正極活性物質產生損耗而使其能量密度降低，從而在保證較高能量密度的同時，改善了電池的倍率性能；
10、第二，在負極片上沿厚度方向層疊設置不同的負極活性物質層，并將負極片中負極活性物質層在厚度方向上的截面的面孔隙率與該截面上負極活性物質的平均粒徑的比值定義為負極片的吸液系數，通過吸液系數來調控負極片中活性物質以及孔隙的排布規律，使遠離負極集流體的區域具有較好的快充性能，而靠近負極集流體的區域具備高能量密度；該設計不僅能夠避免遠離負極集流體的區域由于電位過低而析鋰，還能夠提升電池的能量密度和快充性能；
11、第三，本專利技術的正極片和負極片具有較好的適配性，缺少其中之一都會導致電池的容量發揮不完全，以及正負極的離子導通能力不匹配，從而影響電池整體的能量密度和倍率性能。
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1.一種鋰離子二次電池，其特征在于，所述鋰離子二次電池包括負極片和正極片；
2.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其中，M為4.5-6，N為100-340；優選地，M為4.9-5.8，N為122-329；
3.根據權利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其中，所述凸部的高度為0.01mm-0.25mm，所述凸部的間距為0mm-0.3mm，所述凸部在所述正極片表面的正投影的直徑為0.01mm-0.5mm；優選地，所述凸部的高度為0.05mm-0.15mm，所述凸部的間距為0.1mm-0.2mm，所述凸部在所述正極片表面的正投影的直徑為0.2mm-0.4mm；
4.根據權利要求3所述的鋰離子二次電池，其中，所述正極片包括正極活性物質，所述正極活性物質包括第一顆粒和第二顆粒，所述第一顆粒的平均粒徑大于所述第二顆粒的平均粒徑；
5.根據權利要求4所述的鋰離子二次電池，其中，所述正極活性物質包含元素C、Ti、V和Mn中的至少一種；
6.根據權利要求5所述的鋰離子二次電池，其中，元素C在所述正極活性物質中的質量含量為0.1％-10％，
7.根據權利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其中，所述第一負極活性物質層與所述第二負極活性物質層的厚度比為1：(0.65-19)；
8.根據權利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其中，所述第一負極活性物質層的004晶面的強度I1004與110晶面的強度I1110的比值I1004/I1110為1-5，所述第二負極活性物質層的004晶面的強度I2004與110晶面的強度I2110的比值I2004/I2110為5-15；
9.根據權利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其中，所述第一負極活性物質層包括第一負極活性物質，所述第一負極活性物質的粒徑Dv110和Dv190的比值為P1，所述第二負極活性物質層包括第二負極活性物質，所述第二負極活性物質的粒徑Dv210和Dv290的比值為P2；所述正極片包括正極活性物質，所述正極活性物質的粒徑Dv310和Dv390的比值為P3；P1、P2和P3滿足P1≥3P3＞P2。
10.根據權利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其中，所述正極片的集流體包括金屬層和在所述金屬層兩側表面的涂炭層，所述金屬層包括鋁箔，所述涂炭層的在所述金屬層一側的厚度為0.5μm-1.5μm；
...【技術特征摘要】
1.一種鋰離子二次電池，其特征在于，所述鋰離子二次電池包括負極片和正極片；
2.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其中，m為4.5-6，n為100-340；優選地，m為4.9-5.8，n為122-329；
3.根據權利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其中，所述凸部的高度為0.01mm-0.25mm，所述凸部的間距為0mm-0.3mm，所述凸部在所述正極片表面的正投影的直徑為0.01mm-0.5mm；優選地，所述凸部的高度為0.05mm-0.15mm，所述凸部的間距為0.1mm-0.2mm，所述凸部在所述正極片表面的正投影的直徑為0.2mm-0.4mm；
4.根據權利要求3所述的鋰離子二次電池，其中，所述正極片包括正極活性物質，所述正極活性物質包括第一顆粒和第二顆粒，所述第一顆粒的平均粒徑大于所述第二顆粒的平均粒徑；
5.根據權利要求4所述的鋰離子二次電池，其中，所述正極活性物質包含元素c、ti、v和mn中的至少一種；
6.根據權利要求5所述的鋰離子二次電池，其中，元素c在所述正極活性物質中的質量含量為0.1％-10％，優選為1％-2％；
7.根...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉盼，
申請(專利權)人：浙江冠宇電池有限公司，
類型：發明
國別省市：
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