本技術(shù)涉及電化學(xué),特別是涉及一種二次電池和電子裝置。
背景技術(shù):
1、電動(dòng)汽車和便攜式電子設(shè)備的近年來得到了極大的發(fā)展,而二次電池(如鋰離子電池)的能量密度是制約其發(fā)展的最大瓶頸之一,市場(chǎng)期待鋰離子電池的能量密度能夠匹配上市場(chǎng)的需求。在電池充放電過程中,電極材料會(huì)經(jīng)歷體積變化,集流體的支撐作用有助于防止電極材料的脫落和變形,維持電池的結(jié)構(gòu)完整性。但是集流體不發(fā)揮容量,集流體的設(shè)計(jì)需要考慮輕量化,以減少電池的重量和體積,提高能量密度。
2、減薄集流體雖然能夠有效減輕電池的重量,提高能量密度,但這一過程仍然存在一些缺點(diǎn)。首先集流體越薄,其機(jī)械強(qiáng)度和韌性通常會(huì)降低,這可能導(dǎo)致在電池制造、組裝和使用過程中更容易發(fā)生變形、斷裂或損壞,影響電池的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和壽命。其次,制備超薄集流體需要更精密的制造工藝,如精密軋制,這可能增加制造成本和工藝復(fù)雜性,同時(shí)對(duì)設(shè)備和工藝控制的要求更高。另外,超薄集流體的材料成本和制造成本可能比常規(guī)厚度的集流體更高,尤其是在大規(guī)模生產(chǎn)中,這可能影響電池的整體成本和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本技術(shù)的目的在于提供一種二次電池和電子裝置,需要說明的是,本技術(shù)的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
中,以鋰離子電池作為二次電池的例子來解釋本技術(shù),但是本技術(shù)的二次電池并不僅限于鋰離子電池。具體技術(shù)方案如下:
2、本技術(shù)的第一方面提供了一種二次電池,二次電池包括正極極片和負(fù)極極片,正極極片包括正極復(fù)合集流體和設(shè)置于正極復(fù)合集流體至少一個(gè)表面上的正極材料層,正極材料層包括正極活性材料,正極復(fù)合集流體包括第一聚合物層和設(shè)置于第一聚合物層兩個(gè)表面上的第一金屬層和第二金屬層;正極復(fù)合集流體還包括多個(gè)第一通孔,第一通孔貫穿第一聚合物層、第一金屬層和第二金屬層,至少一個(gè)第一通孔中填充有第一填充物,所述第一填充物包括正極活性材料。在正極復(fù)合集流體上設(shè)置多個(gè)第一通孔,可以在不過度降低正極復(fù)合集流體的厚度的情況下,進(jìn)一步降低集流體質(zhì)量,減少金屬用量,提高二次電池能量密度,第一通孔的設(shè)置也可以容納一定的電解液,提高二次電池的循環(huán)性能;在至少一個(gè)正第一通孔中填充正極活性物質(zhì),不僅可以補(bǔ)充二次電池在化成時(shí)造成的容量損失,提高二次電池的容量,還可以提高集流體的強(qiáng)度,同時(shí)有助于正極復(fù)合集流體兩邊活性物質(zhì)的電子導(dǎo)通。
3、在本技術(shù)的一種實(shí)施方案中,負(fù)極極片包括負(fù)極復(fù)合集流體和設(shè)置于負(fù)極復(fù)合集流體至少一個(gè)表面上的負(fù)極材料層,負(fù)極材料層包括負(fù)極活性材料,負(fù)極復(fù)合集流體包括第二聚合物層和設(shè)置于第二聚合物層兩個(gè)表面上的第三金屬層和第四金屬層;負(fù)極復(fù)合集流體還包括第二通孔,第二通孔貫穿第二聚合物層、第三金屬層和第四金屬層,至少一個(gè)第二通孔中填充有第二填充物,第二填充物包含負(fù)極補(bǔ)鋰材料和導(dǎo)電劑。在負(fù)極復(fù)合集流體上設(shè)置多個(gè)第二通孔,可以在不過度降低負(fù)極復(fù)合集流體的厚度的情況下,進(jìn)一步降低集流體質(zhì)量,減少金屬用量,提高二次電池能量密度,第二通孔的設(shè)置也可以容納一定的電解液,提高二次電池的循環(huán)性能;在至少一個(gè)第二通孔中填充負(fù)極補(bǔ)鋰材料和導(dǎo)電劑,可以在二次電池化成時(shí)進(jìn)行補(bǔ)鋰,提高二次電池的首效,同時(shí)導(dǎo)電劑的加入可以有助于負(fù)極復(fù)合集流體兩邊負(fù)極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)通。
4、在本技術(shù)的一種實(shí)施方案中,第一通孔和第二通孔的孔徑分別為1mm至5mm,第一通孔和第二通孔的孔間距分別為1mm至10mm,所述孔間距為相鄰的兩個(gè)第一通孔或相鄰的兩個(gè)第二通孔的邊緣之間的最短距離。當(dāng)?shù)谝煌缀偷诙椎目讖健⒌谝煌缀偷诙椎目组g距在上述范圍內(nèi)時(shí),可以兼顧正極復(fù)合集流體和負(fù)極復(fù)合集流體的強(qiáng)度和成本,同時(shí)有利于第一填充物和第二填充物的在第一通孔和第二通孔中的填充。同時(shí)當(dāng)?shù)诙椎目讖胶屯椎目组g距在上述范圍內(nèi)時(shí),可以增加負(fù)極補(bǔ)鋰材料與負(fù)極活性物質(zhì)的有效接觸,搭配合適的孔間距,可以增加負(fù)極補(bǔ)鋰材料與負(fù)極活性物質(zhì)的接觸點(diǎn),使預(yù)鋰化反應(yīng)更均勻,同時(shí)提高負(fù)極補(bǔ)鋰材料的利用率,降低死鋰的產(chǎn)生,從而提升了二次電池的安全性能。
5、在本技術(shù)的一種實(shí)施方案中,正極復(fù)合集流體的厚度為6μm至20μm,負(fù)極復(fù)合集流體的厚度為4μm至12μm。當(dāng)正極復(fù)合集流體的厚度和負(fù)極復(fù)合集流體的厚度在上述范圍內(nèi)時(shí),可以提高二次電池的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度,還能改善二次電池的熱導(dǎo)性能和提升二次電池的能量密度。
6、在本技術(shù)的一種實(shí)施方案中,第一金屬層的厚度和第二金屬層的厚度分別為0.5μm至3μm,第三金屬層的厚度和第四金屬層的厚度分別為0.5μm至2μm。當(dāng)?shù)谝唤饘賹?、第二金屬層、第三金屬層和第四金屬層的厚度分別在上述范圍內(nèi)時(shí),可以提高二次電池的導(dǎo)電性、熱導(dǎo)性能和能量密度,改善二次電池在充放電過程中的變形和應(yīng)力集中,延長(zhǎng)電池的使用壽命。
7、在本技術(shù)的一種實(shí)施方案中,第一金屬層和第二金屬層各自獨(dú)立地選自鋁、鎳、鈦或不銹鋼中的至少一種;第三金屬層和第四金屬層各自獨(dú)立地選自銅、鎳、鈦或不銹鋼中的至少一種。當(dāng)?shù)谝唤饘賹雍偷诙饘賹舆x自上述金屬時(shí),可以有效降低二次電池內(nèi)阻,提升電流傳輸效率,進(jìn)而改善二次電池的高倍率性能和能量效率。當(dāng)?shù)谌饘賹雍偷谒慕饘賹舆x自上述金屬時(shí),可以有效降低二次電池內(nèi)阻,提升電流傳輸效率,進(jìn)而改善二次電池的高倍率性能和能量效率,同時(shí)導(dǎo)熱性能良好的金屬層(如銅)可以有效散熱,防止二次電池在高負(fù)荷或快充快放情況下的過熱現(xiàn)象,提升二次電池的安全性能。
8、在本技術(shù)的一種實(shí)施方案中,第一聚合物層和第二聚合物層各自獨(dú)立地選自聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚碳酸酯中的至少一種。當(dāng)?shù)谝痪酆衔飳雍偷诙酆衔飳痈髯元?dú)立地選自上述材料時(shí),可以提升二次電池的機(jī)械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及能量密度。
9、在本技術(shù)的一種實(shí)施方案中,負(fù)極補(bǔ)鋰材料包括鋰粉、硅化鋰粉或氫氧化鋰中的至少一種;基于負(fù)極極片的質(zhì)量,負(fù)極補(bǔ)鋰材料的質(zhì)量百分含量為0.5%至10%。當(dāng)負(fù)極補(bǔ)鋰材料的質(zhì)量百分含量在上述范圍內(nèi)時(shí),負(fù)極可以提供額外的鋰源,補(bǔ)償鋰離子的不可逆損失,從而提升二次電池的初始容量和首次庫倫效率,還能減緩二次電池的容量衰減,從而延長(zhǎng)二次電池的循環(huán)壽命。
10、在本技術(shù)的一種實(shí)施方案中,第一聚合物層和第二聚合物層各自獨(dú)立地包括導(dǎo)液孔,導(dǎo)液孔位于垂直于通孔的平面上且與通孔連接,導(dǎo)液孔分別貫穿第一聚合物層和第二聚合物層,通孔連接相鄰的兩個(gè)導(dǎo)液孔,與通孔連接的兩個(gè)導(dǎo)液孔軸線的夾角為60°至120°,位于第一聚合物層上的導(dǎo)液孔的孔徑為3μm至9μm,位于第二聚合物層上的導(dǎo)液孔的孔徑為3μm至5μm。當(dāng)與通孔連接的兩個(gè)導(dǎo)液孔軸線的夾角、位于第一聚合物上導(dǎo)液孔的孔徑和位于第二聚合物上導(dǎo)液孔的孔徑分別在上述范圍內(nèi)時(shí),能夠改善二次電池補(bǔ)充電解液的能力和循環(huán)界面,提升了的二次電池循環(huán)壽命。
11、本技術(shù)的第二方面提供了一種電子裝置,電子裝置包括前述任一實(shí)施方案中的二次電池。
12、本技術(shù)的有益效果:
13、本技術(shù)的第一方面提供了一種二次電池,二次電池包括正極極片和負(fù)極極片,正極極片包括正極復(fù)合集流體和設(shè)置于正極復(fù)合集流體至少一個(gè)表面上的正極材料層,正極材料層包括正極活性材料,正極復(fù)合集流體包括第一聚合物層和設(shè)置于第一聚合物層兩個(gè)表面上的第一金屬層和第二金屬層;正極復(fù)合集流體還包括多個(gè)第一通孔,第一通孔貫穿第一聚合物層、第一金屬層和第二金屬層,至少一個(gè)第一通孔中填充有第一填充物,第一填充物包括正極活性材料。本技術(shù)的復(fù)合集流體結(jié)構(gòu)相比于傳統(tǒng)金屬集流體,減少了集流體金屬用量,降低材料成本的同時(shí)提升了能量密度,第一通孔可以存儲(chǔ)電解液,可以提高二次電池的循環(huán)性能,同時(shí)第一通孔中填充的正極活性物質(zhì)可以彌補(bǔ)化成造成的容量損失,提升能力密度;聚合物層的引入能夠增加電極的機(jī)械強(qiáng)度,減少了二次電池在反復(fù)充放電過程中因膨脹和收縮而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損壞,緩解了析鋰問題,在提高了二次電池的容量的同時(shí)提升了二次電池的安全性能和循環(huán)性能。
14、當(dāng)然,實(shí)施本技術(shù)的任一產(chǎn)品或方法并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。