一种锂离子二次电池和电子装置的制作方法

本申请涉及电化学，特别是涉及一种锂离子二次电池和电子装置。

背景技术：

1、锂离子二次电池，例如锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、重量轻等特性，故广泛应用于手机、笔记本电脑、相机等电子产品。在提升锂离子电池的电化学性能的同时，其安全性能也不容忽视。随着对电子产品性能要求的提高，对锂离子电池的性能要求也逐步提升。

2、研究发现，锂离子电池内活性离子(如锂离子)在正极活性物质和负极活性物质之间迁移是充放电的核心过程。目前，现有的锂离子电池内的活性离子均为单一种类的活性离子(如锂离子)，使得目前的锂离子电池的综合性能都发挥到了极致，难以得到再次提升。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种锂离子二次电池和电子装置，以改善锂离子二次电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能。

2、本申请的第一方面提供了一种锂离子二次电池，其包括正极极片、负极极片和电解液，负极极片包括负极集流体和设置于负极集流体至少一个表面上的负极材料层，负极材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括硬碳；锂离子二次电池的荷电状态为50％时，负极活性材料包括碳元素和m元素，m元素包括钠元素或钾元素中的至少一种，基于负极活性材料的质量，m元素的质量百分含量为0.05％至2％；电解液包括钠盐或钾盐中的至少一种。锂离子二次电池包括上述结构，提高锂离子二次电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能。

3、在本申请的一种实施方案中，电解液包括锂盐，锂盐包括六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、全氟丁基磺酸锂、高氯酸锂、铝酸锂、四氯铝酸锂、双氟磺酰亚胺锂、氯化锂或氟化锂中的至少一种，基于电解液的质量，锂盐的质量百分含量为1％至16％。电解液中锂盐的材料和质量百分含量在本申请范围内，进一步改善锂离子二次电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能。

4、在本申请的一种实施方案中，锂离子二次电池满足以下条件中的至少一者：(1)钠盐包括六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、六氟砷酸钠、双草酸硼酸钠、三氟甲基磺酸钠或高氯酸钠中的至少一种，基于电解液的质量，钠盐的质量百分含量为1.5％至17％；(2)钾盐包括六氟磷酸钾、高氯酸钾或双氟磺酰亚胺钾中的至少一种，基于电解液的质量，钾盐的质量百分含量为1.7％至19％。通过选用上述钠盐并调控钠盐的质量百分含量、选用上述钾盐材料并调控钾盐的质量百分含量在本申请范围内，进一步提升锂离子二次电池的能量密度、循环性能以及首次库伦效率。

5、在本申请的一种实施方案中，电解液中包括锂离子和m离子，锂离子的物质的量n(li+)与m离子的物质的量n(m+)之间满足：0.1％≤n(m+)/[n(m+)+n(li+)]≤30％。通过调控m离子的含量在本申请范围内，进一步改善锂离子二次电池的首次库伦效率和循环性能。

6、在本申请的一种实施方案中，负极活性材料的颗粒的横截面包括中心区域和表面区域，中心区域为颗粒的最大外接圆的圆心至颗粒内部500nm的区域，表面区域为颗粒表面至颗粒内部10nm的区域，基于负极活性材料的质量，中心区域的m元素的质量百分含量为a，表面区域的m元素的质量百分含量为b，满足0＜a/b＜1。通过调控a/b在本申请范围内，进一步改善锂离子二次电池的循环性能和首次库伦效率。

7、在本申请的一种实施方案中，锂离子二次电池满足以下条件中的至少一者：(1)0.04％≤a≤1.5％；(2)0.05％≤b≤2.1％。满足上述特征的锂离子二次电池，进一步改善锂离子二次电池的循环性能。

8、在本申请的一种实施方案中，以锂金属为对电极和负极极片组装成半电池，在充放电曲线中，电压在0v至0.3v时所述负极活性材料的克容量为c1 mah/g，电压在0.3v至1.5v时所述负极活性材料的克容量为c2 mah/g，c1和c2满足：0.5≤c1/c2≤3.3。通过调控c1/c2在本申请范围内，进而提升锂离子二次电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能。

9、在本申请的一种实施方案中，负极活性材料具有孔结构，采用气体吸附测试，其满足以下条件中的至少一者：(1)基于负极活性材料的孔的总体积，70％至100％的孔的孔径为0.4nm至2nm；(2)孔结构的孔体积≤0.2cm3/g。满足上述特征的锂离子二次电池，进一步改善锂离子二次电池的首次库伦效率、循环性能和能量密度。

10、在本申请的一种实施方案中，锂离子二次电池满足以下条件中的至少一者：(1)负极活性材料的dv50为1μm至15μm；(2)负极活性材料包括氢元素，基于负极活性材料的质量，氢元素的质量百分含量与碳元素的质量百分含量的比值为0.02至0.2；(3)在负极活性材料的x射线衍射图谱中，在20°至30°之间仅有一个衍射峰，衍射峰的半峰宽为3°至10°。满足上述特征的锂离子二次电池，有利于改善锂离子二次电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能。

11、本申请的第二方面提供了一种电子装置，其包括本申请第一方面所述的锂离子二次电池。本申请的电子装置满足上述特征，能够使二次电池具有较好的首次库伦效率、能量密度和循环性能。

12、本申请实施例的有益效果：

13、本申请提供了一种锂离子二次电池和电子装置，锂离子二次电池包括正极极片、负极极片和电解液，负极极片包括负极集流体和设置于负极集流体至少一个表面上的负极材料层，负极材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括硬碳；锂离子二次电池的荷电状态为50％时，负极极片中的负极活性材料包括碳元素和m元素，m元素包括钠元素或钾元素中的至少一种，基于负极活性材料的质量，m元素的质量百分含量为0.05％至2％；电解液包括钠盐或钾盐中的至少一种。通过设置多种活性离子并搭配负极极片中的硬碳，有利于发挥多离子储能与硬碳之间的协同作用，从而提高了锂离子二次电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能。

14、当然，实施本申请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。

技术特征：

1.一种锂离子二次电池，其包括正极极片、负极极片和电解液，所述负极极片包括负极集流体和设置于所述负极集流体至少一个表面上的负极材料层，所述负极材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括硬碳；

2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述电解液包括锂盐，所述锂盐包括六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、全氟丁基磺酸锂、高氯酸锂、铝酸锂、四氯铝酸锂、双氟磺酰亚胺锂、氯化锂或氟化锂中的至少一种，基于所述电解液的质量，所述锂盐的质量百分含量为1％至16％。

3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述锂离子二次电池满足以下条件中的至少一者：

4.根据权利要求1至3中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述电解液中包括锂离子和m离子，所述锂离子的物质的量n(li+)与m离子的物质的量n(m+)之间满足：0.1％≤n(m+)/[n(m+)+n(li+)]≤30％。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述负极活性材料的颗粒的横截面包括中心区域和表面区域，所述中心区域为所述颗粒的最大外接圆的圆心至所述颗粒内部500nm的区域，所述表面区域为所述颗粒表面至所述颗粒内部10nm的区域，基于所述负极活性材料的质量，所述中心区域的m元素的质量百分含量为a，所述表面区域的m元素的质量百分含量为b，满足0＜a/b＜1。

6.根据权利要求5所述的锂离子二次电池，其中，所述锂离子二次电池满足以下条件中的至少一者：

7.根据权利要求1至3中任一项所述的锂离子二次电池，其中，以锂金属为对电极和所述负极极片组装成半电池，在充放电曲线中，电压在0v至0.3v时所述负极活性材料的克容量为c1 mah/g，电压在0.3v至1.5v时所述负极活性材料的克容量为c2 mah/g，c1和c2满足：0.5≤c1/c2≤3.3。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述负极活性材料具有孔结构，采用气体吸附测试，其满足以下条件中的至少一者：

9.根据权利要求1至3中任一项所述的锂离子二次电池，其中，所述锂离子二次电池满足以下条件中的至少一者：

10.一种电子装置，其包括权利要求1至9中任一项所述的锂离子二次电池。

技术总结本申请提供了一种锂离子二次电池和电子装置，锂离子二次电池包括正极极片、负极极片和电解液，负极极片包括负极集流体和设置于负极集流体至少一个表面上的负极材料层，负极材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括硬碳；锂离子二次电池的荷电状态为50％时，负极极片中的负极活性材料包括碳元素和M元素，M元素包括钠元素或钾元素中的至少一种，基于负极活性材料的质量，M元素的质量百分含量为0.05％至2％；电解液包括钠盐或钾盐中的至少一种。通过设置多种活性离子并搭配负极极片中的硬碳，有利于发挥多离子储能与硬碳之间的协同作用，从而提高了锂离子二次电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能。技术研发人员：易政,谢远森受保护的技术使用者：宁德新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2