负极极片及电池制造技术

技术编号:19432713 阅读:128 留言:0更新日期:2018-11-14 12:09
本发明专利技术提供了一种负极极片及电池,所述负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上且包括负极活性材料的负极膜片。所述负极活性材料在3000Kg压力下的粉体压实密度P3k与负极活性材料的平均粒径Dv50之间的关系满足:0.15≤1/Dv50+0.2/P3k≤1。本发明专利技术的电池具有动力学性能优异且大倍率快速充电下循环寿命长的特点。

【技术实现步骤摘要】
负极极片及电池
本专利技术涉及电池领域,尤其涉及一种负极极片及电池。
技术介绍
可充电电池具有重量轻、能量密度高、无污染、无记忆效应、使用寿命长等突出特点,因而被广泛应用于新能源汽车。然而,充电时间较长是限制新能源汽车快速普及的重要因素之一。从技术原理来说,电池快充技术的核心是通过化学体系调和及设计优化来提升离子在正负极间的移动速度。如果负极无法承受大电流充电,在快充时负极会有金属析出,同时在负极表面还会产生大量副产物,影响电池的循环寿命和安全性。因此,快充技术的关键在于负极活性材料以及负极极片的设计。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题,本专利技术的目的在于提供一种负极极片及电池,其具有动力学性能优异且大倍率快速充电下循环寿命长的特点。为了达到上述目的,在本专利技术的第一方面,本专利技术提供了一种负极极片,其包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上且包括负极活性材料的负极膜片。所述负极活性材料在3000Kg压力下的粉体压实密度P3k与负极活性材料的平均粒径Dv50之间的关系满足:0.15≤1/Dv50+0.2/P3k≤1。其中,平均粒径Dv50的单位为μm,粉体压实密度P3k的单位为g/cm3。在本专利技术的第二方面,本专利技术提供了一种电池,其包括本专利技术第一方面所述的负极极片。相对于现有技术,本专利技术至少包括如下所述的有益效果:本专利技术通过合理设计负极活性材料,使得负极活性材料的粉体压实密度与负极活性材料的平均粒径之间满足一定的关系,得到了动力学性能优异且大倍率快速充电下循环寿命长的电池。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的负极极片及电池。首先说明根据本专利技术第一方面的负极极片,其包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上且包括负极活性材料的负极膜片。所述负极活性材料在3000Kg压力下的粉体压实密度P3k与负极活性材料的平均粒径Dv50之间的关系满足:0.15≤1/Dv50+0.2/P3k≤1。其中,平均粒径Dv50的单位为μm,粉体压实密度P3k的单位为g/cm3。在电池充电过程中,对于负极极片来说,需要经过如下的3个电化学过程:(1)从正极活性材料中脱出的活性离子(例如锂离子、钠离子等)进入电解液中,并随着电解液进入负极膜片孔道内部,完成活性离子在孔道内部的液相传导,液相传导包括液相扩散与电迁移;(2)活性离子与电子在负极活性材料表面完成电荷交换;(3)活性离子从负极活性材料表面固相传导至负极活性材料晶体内部。电池的快充能力与负极活性材料颗粒大小和负极膜片的孔道结构关系密切。通常负极活性材料颗粒越大,活性离子在其内部固相传导阻力越大,电池的快充能力越差,负极活性材料颗粒越小,活性离子在其内部固相传导阻力越小,电池的快充能力越好。负极膜片的孔道结构越发达,则活性离子液相传导阻力越小,电池的动力学性能越好,充电速度越快。负极膜片的孔道结构可以用负极活性材料在3000Kg压力下的粉体压实密度来衡量,粉体压实密度越小,则分散至溶剂中制成负极浆料经涂布、干燥、压实等工序后得到的负极膜片的孔道结构越发达,且充放电过程中负极膜片孔道结构的维持能力也越强。在本专利技术的负极极片设计中,将负极活性材料的粉体压实密度P3k与负极活性材料的平均粒径Dv50结合起来考虑,当负极活性材料的粉体压实密度P3k与负极活性材料的平均粒径Dv50之间的关系满足0.15≤1/Dv50+0.2/P3k≤1时,能得到动力学性能优异且大倍率快速充电下循环寿命长的电池。负极活性材料的平均粒径Dv50过小或负极活性材料的粉体压实密度P3k过小导致1/Dv50+0.2/P3k的上限超过1时,电池的综合性能较差。这是由于负极活性材料的平均粒径Dv50过小,负极极片粘接力较小,易掉粉,进而负极极片电子电导受到较大影响,动力学性能不能满足需求,无法承受较快的充电速度;负极活性材料的粉体压实密度P3k过小,负极膜片的孔道结构非常发达,但负极活性材料与电解液接触面较多,导致负极与电解液之间的副反应较多,电池的循环性能受到较大的负面影响,尤其是电池在高温环境下的循环性能很差。负极活性材料的平均粒径Dv50过大或负极活性材料的粉体压实密度P3k过大导致1/Dv50+0.2/P3k的下限低于0.15时,电池的综合性能也较差。这是由于负极活性材料的平均粒径Dv50过大,活性离子在其内部的固相传导困难,电池的动力学性能较差,不能满足电池较快充电速度的使用需求;负极活性材料的粉体压实密度P3k过大,负极膜片的孔道结构不够发达,且循环时孔道结构的维持能力较差,活性离子的液相传导阻力较大,电池的动力学性能较差,无法承受较快的充电速度。优选地,负极活性材料的粉体压实密度P3k与负极活性材料的平均粒径Dv50之间的关系满足0.15≤1/Dv50+0.2/P3k≤0.5。在本专利技术第一方面的负极极片中,优选地,负极活性材料的平均粒径Dv50为1.2μm~25μm,进一步优选地,负极活性材料的平均粒径Dv50为3.5μm~21μm,更进一步优选地,负极活性材料的平均粒径Dv50为5μm~15μm。在本专利技术第一方面的负极极片中,优选地,负极活性材料在3000Kg压力下的粉体压实密度P3k为0.2g/cm3~2.1g/cm3,进一步优选地,负极活性材料在3000Kg压力下的粉体压实密度P3k为0.5g/cm3~1.9g/cm3,更进一步优选地,负极活性材料在3000Kg压力下的粉体压实密度P3k为1.3g/cm3~1.7g/cm3。在本专利技术第一方面的负极极片中,负极活性材料的具体种类并不受到具体的限制,可以根据实际需求进行选择。优选地,负极活性材料可选自石墨、软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料、锡基材料、钛酸锂中的一种或几种。其中,所述石墨可选自人造石墨、天然石墨中的一种或几种。所述硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅合金中的一种或几种。所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物、锡合金中的一种或几种。在本专利技术第一方面的负极极片中,所述负极膜片还包括导电剂、粘结剂,导电剂以及粘结剂的种类和含量不受具体的限制,可根据实际需求进行选择。在本专利技术第一方面的负极极片中,负极集流体的种类也不受具体的限制,可根据实际需求进行选择,优选可使用铜箔。在本专利技术第一方面的负极极片中,负极活性材料的粒径Dv50可使用激光衍射粒度分布测量仪(Mastersizer3000)测量得到。负极活性材料的粉体压实密度P3k可使用电子压力试验机(UTM7305)在3000Kg压力下测试得到。其次说明根据本专利技术第二方面的电池,其包括正极极片、负极极片、电解液以及隔离膜,其中负极极片为根据本专利技术第一方面所述的负极极片。为保证电池的安全性,电池设计时通常会使负极可接受活性离子空位数量大于正极可脱出活性离子数量,但电池的容量过量系数越大,满充电时负极可接受活性离子空位的利用率越低,电池的能量密度会下降。同时,电池的能量密度也与负极活性材料颗粒大小关系密切。通常负极活性材料颗粒越大,负极活性材料表面可供活性离子嵌入的位点越多,负极活性材料克容量越高,电池设计时仅需要较少量的负极活性材料即可达到容量目标,故负极活性材料颗粒越大,越有利于电池能量密度的提升。在本专利技术第二方面的电池中,将负极活性材料的平均粒径Dv50与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极极片,包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上且包括负极活性材料的负极膜片;其特征在于,所述负极活性材料在3000Kg压力下的粉体压实密度P3k与所述负极活性材料的平均粒径Dv50之间的关系满足:0.15≤1/Dv50+0.2/P3k≤1;其中,平均粒径Dv50的单位为μm;粉体压实密度P3k的单位为g/cm3。

【技术特征摘要】
1.一种负极极片,包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上且包括负极活性材料的负极膜片;其特征在于,所述负极活性材料在3000Kg压力下的粉体压实密度P3k与所述负极活性材料的平均粒径Dv50之间的关系满足:0.15≤1/Dv50+0.2/P3k≤1;其中,平均粒径Dv50的单位为μm;粉体压实密度P3k的单位为g/cm3。2.根据权利要求1所述的负极极片,其特征在于,所述负极活性材料在3000Kg压力下的粉体压实密度P3k与所述负极活性材料的平均粒径Dv50之间的关系满足:0.15≤1/Dv50+0.2/P3k≤0.5。3.根据权利要求1所述的负极极片,其特征在于,所述负极活性材料的平均粒径Dv50为1.2μm~25μm,优选为3.5μm~21μm,进一步优选为5μm~15μm。4.根据权利要求1所述的负极极片,其特征在于,所述负极活性材料在3000Kg压力下的粉体压实密度P3k为0.2g/cm3~2.1g/cm3,优选为0.5g/cm3~1.9g/cm3,进一步优选为1.3g/cm3~1.7g/cm3。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员:康蒙彭天权申玉良王家政何立兵
申请(专利权)人:宁德时代新能源科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:福建,35

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