一种二次电池及其制备方法、用电设备与流程

本申请涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种二次电池及其制备方法、用电设备。

背景技术：

1、随着“双碳”政策的提出，新型能源技术受到越来越多的关注，如风能、光能、潮汐能、氢能等。新型能源相对于传统能源，具有不稳定的特点，因此一般会通过配套储能电池的方式来储存电能，实现能源的稳定供应。储能电池应用最多则是锂离子电池，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、快充性能好、低温性能好等优点。另一方面，随着新能源汽车的普及，动力电池用锂离子二次电池也具有广泛的应用场景。

2、锂离子二次电池使用的最优温度约在25~35℃，在低于零度甚至更低的-20℃以下，续航寿命大打折扣。在低温下，锂离子电池的界面电荷转移阻抗和扩散阻抗显著增加，电池的极化也明显增加，因此较容易达到截止电压，导致能量密度的下降。目前一般可通过材料层级包覆或降低粒度、极片层级改善配方或降低面密度、电芯层级提升温升或提高电池温度等方式来改善锂离子电池的低温性能，但是改善效果仍不明显。如何显著提升锂离子电池的低温能力，成为目前研究的重点之一。

技术实现思路

1、本申请提供了一种二次电池及其制备方法、用电设备，其能够改善锂离子电池的低温性能。

2、本申请的实施例是这样实现的：

3、在第一方面，本申请示例提供了一种二次电池，其包括正极极片和负极极片，正极极片包括正极活性材料，负极极片包括负极活性材料，正极活性材料和负极活性材料中均掺杂有氟元素。

4、在上述技术方案中，氟元素为强吸电子元素，在正极活性材料和负极活性材料中均掺杂有氟元素，有助于改善活性材料表面和内部的电荷分布，在氟元素周围形成较强的电负性，远离氟元素位置具有较强的电正性，从而在活性材料内部和表面形成电荷网络。低温时，该种电荷网络可以降低锂离子及其电子在活性材料表面和内部的界面电荷转移阻抗和固相扩散阻抗，从而提升低温放电容量和放电能量。同时氟元素与锂离子具有较好的亲和性，有助于改善电解液对活性材料的浸润性，提升锂离子传输效果，改善锂离子电池的低温性能。

5、在一些实施例中，上述r1为正极活性材料的氟容比，r2为负极活性材料的氟容比，r1和r2满足0.1≤r1/r2≤10。其中，r1=m1/c1，r2=m2/c2，m1为正极活性材料中氟元素占正极活性材料的质量比，m2为负极活性材料中氟元素占负极活性材料的质量比，c1为正极活性材料的可逆克容量，c1的单位为ah/g，c2为负极活性材料的可逆克容量，c2的单位为ah/g。

6、在上述示例中，氟元素掺杂主要为改善嵌锂效果，通过使正极活性材料的氟容比和负极活性材料的氟容比满足0.1≤r1/r2≤10，能够使得正负极锂离子嵌入与脱出能力相匹配，避免锂离子在局部聚集，从而改善二次电池的低温放电容量保持率和能量保持率，以及改善二次电池的析锂，提高二次电池的安全性。

7、在一些实施例中，上述r1为正极活性材料的氟容比，r1满足0.01g/ah≤r1≤0.5g/ah；

8、其中，r1=m1/c1，m1为正极活性材料中氟元素占正极活性材料的质量比，c1为正极活性材料的可逆克容量，c1的单位为ah/g。

9、在上述示例中，氟元素掺杂主要为改善嵌锂效果，通过使正极活性材料的氟容比满足0.01g/ah≤r1≤0.5g/ah，氟元素掺杂量能够与嵌锂量相匹配（氟元素质量比/克容量），既能够保证正极活性材料的嵌锂能力，也能够使得氟元素在正极活性材料内部和表面形成电荷网络，从而有效改善正极活性材料表面和内部的界面电荷转移阻抗和固相扩散阻抗，及其改善电解液对正极活性材料的浸润性，进而改善锂离子电池的低温性能。

10、在一些实施例中，上述r2为负极活性材料的氟容比，r2满足0.01g/ah≤r2≤0.5g/ah；

11、其中，r2=m2/c2，m2为负极活性材料中氟元素占负极活性材料的质量比，c2为正极活性材料的可逆克容量，c2的单位为ah/g。

12、在上述示例中，氟元素掺杂主要为改善嵌锂效果，通过使负极活性材料的氟容比满足0.01g/ah≤r2≤0.5g/ah，氟元素掺杂量能够与嵌锂量相匹配（氟元素质量比/克容量），既能够保证负极活性材料的嵌锂能力，也能够使得氟元素在负极活性材料内部和表面形成电荷网络，从而有效改善负极活性材料表面和内部的界面电荷转移阻抗和固相扩散阻抗，及其改善电解液对负极活性材料的浸润性，进而改善锂离子电池的低温性能。

13、在一些实施例中，c1为正极活性材料的可逆克容量，c1满足0.1ah/g≤c1≤0.25ah/g。

14、在一些实施例中，c2为负极活性材料的可逆克容量，c2满足0.2ah/g≤c2≤0.8ah/g。

15、在一些实施例中，m1为正极活性材料中氟元素占正极活性材料的质量比，m1满足0.1%≤m1≤10%。

16、在一些实施例中，上述m2为负极活性材料中氟元素占负极活性材料的质量比，m2满足0.1%≤m2≤10%。

17、在一些实施例中，正极活性材料包括磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、镍钴锰铝四元材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂和镍锰酸锂中的任意一种或多种。

18、在一些实施例中，负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、硅、硅氧和硅碳中的任意一种或多种。

19、在第二方面，本申请示例提供了一种上述二次电池的制备方法，其包括：分别制备正极活性材料和负极活性材料。

20、其中，正极活性材料通过以下方法制得：将正极活性物质和含氟前驱体混合，然后在惰性气体的气氛中以及300℃~700℃的温度下烧结2h~10h；

21、负极活性材料通过以下方法制得：将负极活性物质和含氟前驱体混合，然后在惰性气体的气氛中以及300℃~700℃的温度下烧结2h~10h。

22、在上述技术方案中，本申请的二次电池的制备方法有利于制得结构稳定，且低温性能较好的二次电池。

23、在一些实施例中，上述含氟前驱体包括聚四氟乙烯。

24、在第三方面，本申请示例提供了一种用电设备，其包括上述的二次电池，二次电池用于提供电能。

25、与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：

26、氟元素为强吸电子元素，在正极活性材料和负极活性材料中均掺杂有氟元素，有助于改善活性材料表面和内部的电荷分布，在氟元素周围形成较强的电负性，远离氟元素位置具有较强的电正性，从而在活性材料内部和表面形成电荷网络。低温时，该种电荷网络可以降低锂离子及其电子在活性材料表面和内部的界面电荷转移阻抗和固相扩散阻抗，从而提升低温放电容量和放电能量。同时氟元素与锂离子具有较好的亲和性，有助于改善电解液对活性材料的浸润性，提升锂离子传输效果，改善锂离子电池的低温性能。

技术特征：

1.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极活性材料，所述负极极片包括负极活性材料，所述正极活性材料和所述负极活性材料中均掺杂有氟元素。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，r1为所述正极活性材料的氟容比，r2为所述负极活性材料的氟容比，r1和r2满足0.1≤r1/r2≤10；

3.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，r1为所述正极活性材料的氟容比，r1满足0.01g/ah≤r1≤0.5g/ah；

4.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，r2为所述负极活性材料的氟容比，r2满足0.01g/ah≤r2≤0.5g/ah；

5.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，c1为所述正极活性材料的可逆克容量，c1满足0.1ah/g≤c1≤0.25ah/g。

6.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，c2为所述负极活性材料的可逆克容量，c2满足0.2ah/g≤c2≤0.8ah/g。

7.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，m1为所述正极活性材料中氟元素占所述正极活性材料的质量比，m1满足0.1%≤m1≤10%。

8.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，m2为所述负极活性材料中氟元素占所述负极活性材料的质量比，m2满足0.1%≤m2≤10%。

9.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述正极活性材料包括磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、镍钴锰铝四元材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂和镍锰酸锂中的任意一种或多种。

10.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、硅、硅氧和硅碳中的任意一种或多种。

11.一种如权利要求1~10中任一项所述的二次电池的制备方法，其特征在于，所述二次电池的制备方法包括：分别制备所述正极活性材料和所述负极活性材料；

12.根据权利要求11所述的二次电池的制备方法，其特征在于，所述含氟前驱体包括聚四氟乙烯。

13.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括权利要求1~10中任一项所述的二次电池，所述二次电池用于提供电能。

技术总结本申请提供一种二次电池及其制备方法、用电设备，属于锂离子电池技术领域。二次电池包括正极极片和负极极片，正极极片包括正极活性材料，负极极片包括负极活性材料，在正极活性材料和负极活性材料中均掺杂有氟元素，有助于改善活性材料表面和内部的电荷分布，在氟元素周围形成较强的电负性，远离氟元素位置具有较强的电正性，从而在活性材料内部和表面形成电荷网络。低温时，该种电荷网络可以降低锂离子及其电子在活性材料表面和内部的界面电荷转移阻抗和固相扩散阻抗，从而提升低温放电容量和放电能量。同时氟元素与锂离子具有较好的亲和性，有助于改善电解液对活性材料的浸润性，提升锂离子传输效果，改善锂离子电池的低温性能。技术研发人员：宋博涵,刘永兴,孙焕丽,孙化雨,许立超,周馨悦,汪诗涵受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29