负极极片及二次电池制造技术

本发明专利技术提供了一种负极极片及二次电池，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物质的负极膜片。其中，所述负极极片满足：0.05≤Vp/Sp≤0.30，Vp＝负极膜片的厚度T×负极膜片的孔隙率P，Sp＝单位面积负极膜片中负极活性物质的质量M×负极膜片的比表面积BET。本发明专利技术通过匹配单位面积负极膜片中孔道占据体积与单位面积负极膜片中孔道表面积之间的关系，得到了兼具长循环寿命、高能量密度以及快速充电能力特点的二次电池。

Negative plate and secondary battery

The invention provides a negative plate and a secondary battery. The negative plate comprises a negative collector and a negative film disposed on at least one surface of the negative collector and comprising a negative active material. Among them, the negative plate satisfies the following requirements: 0.05 < Vp/Sp < 0.30, Vp = the thickness of the negative film T * the porosity P of the negative film, Sp = the mass of the negative active material in the negative film of unit area M * the specific surface area BET of the negative film. The secondary battery with long cycle life, high energy density and fast charging capability is obtained by matching the relationship between the occupied volume of the channel in the negative diaphragm of unit area and the surface area of the channel in the negative diaphragm of unit area.

【技术实现步骤摘要】
负极极片及二次电池
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种负极极片及二次电池。
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，因而被广泛应用于手机、电脑、家用电器、电动工具等领域。其中，充电时间越来越受到终端消费者的重视，也是限制可充电电池普及的重要因素。从技术原理来说，决定电池充电速度的关键是负极。在负极极片设计中，为了实现电池的高能量密度，通常会提高集流体单位面积上活性物质的涂布重量，但这时电池的充电能力往往不能满足要求；而当为了满足电池的充电能力而降低集流体单位面积上活性物质的涂布重量时，电池的能量密度又不能满足要求。另外，电池在快速充电时存在发热严重的问题，还会影响终端消费者的使用安全性。因此如何在不牺牲能量密度的前提下获得高安全、快速充电能力的电池，是负极极片设计与工程技术的关键所在。
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二次电池，其能使负极极片具有动力学性能优异的特点，同时保证二次电池兼具长循环寿命、高能量密度以及快速充电能力。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物质的负极膜片。所述负极极片满足：0.05≤Vp/Sp≤0.30；Vp＝负极膜片的厚度T×负极膜片的孔隙率P，其中，T的单位为μm；Sp＝单位面积负极膜片中负极活性物质的质量M×负极膜片的比表面积BET，其中，M的单位为mg/cm2，BET的单位为cm2/mg。在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种二次电池，其包括根据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：本专利技术通过匹配单位面积负极膜片中孔道占据体积与单位面积负极膜片中孔道表面积之间的关系，得到了兼具长循环寿命、高能量密度以及快速充电能力特点的二次电池。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二次电池。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物质的负极膜片，所述负极极片满足：0.05≤Vp/Sp≤0.30。Vp＝负极膜片的厚度T×负极膜片的孔隙率P，其中，T的单位为μm。Sp＝单位面积负极膜片中负极活性物质的质量M×负极膜片的比表面积BET，其中，M的单位为mg/cm2，BET的单位为cm2/mg。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)从正极活性物质中脱出的离子(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多孔电极的孔道中，进行离子在孔道内部的液相传导；(2)离子与电子在负极活性物质表面进行电荷交换；(3)离子从负极活性物质表面固相传导至负极活性物质体相内部。其中，离子在负极多孔电极孔道内部的液相传导对实现电池快速充电能力的提升有非常重要的影响，而离子在负极多孔电极孔道内部的液相传导与负极膜片的孔道结构形貌密切相关。专利技术人通过大量的研究发现，电池快速充电能力的提升与单位面积负极膜片(在本专利技术中的单位面积均指1cm2)中孔道占据体积Vp以及单位面积负极膜片中孔道表面积Sp的比值密切相关。其中，Vp越大，越有利于离子在负极多孔电极孔道内部的液相传导，但负极极片的电子导电性能会较差；Sp越大，负极多孔电极内部的孔道结构越曲折，越不利于离子进行液相传导，但负极极片的电子导电性能会较好，因此需要合理调节二者的比值关系。专利技术人进一步研究发现，当单位面积负极膜片中孔道占据体积Vp与单位面积负极膜片中孔道表面积Sp的比值满足0.05≤Vp/Sp≤0.30时，电池能兼具长循环寿命、高能量密度以及快速充电能力。Vp/Sp需要大于等于0.05，此时负极多孔电极的孔道结构比较合理，电池可以实现快速充电，否则电池充电过程中很有可能由于液相极化导致离子直接在负极表面还原析出。同时，Vp/Sp还需要小于等于0.30，否则负极多孔电极的孔道结构过于发达，负极活性物质颗粒与颗粒之间的电子接触恶化，离子与电子在负极活性物质表面电荷交换速率受到较大负面影响，也不利于实现电池快速充电能力的提升。在本专利技术的一些实施方式中，Vp/Sp的下限值可以为0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15，Vp/Sp的上限值可以为0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30。优选地，0.05≤Vp/Sp≤0.20。在本专利技术的负极极片中，优选地，所述负极膜片的厚度T为20μm～100μm；更优选地，所述负极膜片的厚度T为30μm～80μm。负极膜片的厚度落入上述优选范围内时，可以在更好地提升电池快速充电能力的同时保证电池高能量密度优势。在本专利技术的负极极片中，优选地，所述负极膜片的孔隙率P为10％～70％；更优选地，所述负极膜片的孔隙率P为20％～60％。负极膜片的孔隙率落入上述优选范围内时，负极膜片保有电解液的能力更好，还可保证负极活性物质颗粒与颗粒之间具有良好的电解液浸润性，且负极活性物质和电解液之间的界面电荷转移阻抗也更低，电池快速充电能力以及循环寿命能得到进一步提升。在本专利技术的负极极片中，优选地，所述单位面积负极膜片中负极活性物质的质量M为4mg/cm2～15mg/cm2；更优选地，所述单位面积负极膜片中负极活性物质的质量M为6mg/cm2～12mg/cm2。单位面积负极膜片中负极活性物质的质量落入上述优选范围内时，可以在负极多孔电极保持合理孔道结构的同时保证电池高能量密度优势。在本专利技术的负极极片中，优选地，所述负极膜片的比表面积BET为8cm2/mg～36cm2/mg；更优选地，所述负极膜片的比表面积BET为12cm2/mg～30cm2/mg。负极活性物质的比表面积落入上述优选范围内时，可以在负极多孔电极保持合理孔道结构的同时避免负极活性物质与电解液产生较多副反应而影响对电池性能的改善效果。在本专利技术的负极极片中，优选地，所述负极活性物质可选自碳材料、硅基材料、锡基材料、钛酸锂中的一种或几种。其中，所述碳材料可选自石墨、软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球中的一种或几种；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。更优选地，所述负极活性物质可选自碳材料、硅基材料中的一种或几种。专利技术人同时发现，负极极片单位面积的涂布重量CW也会影响离子在负极多孔电极内部的液相传导。当调节CW和Vp/Sp之间的关系并使其进一步满足20≤CW/(Vp/Sp)≤210时，电池可在不牺牲能量密度的同时，获得更高的快速充电能力。其中，CW的单位为mg/cm2。当Vp/Sp较大时，负极极片单位面积的涂布重量CW还可以相应调高，以使电池获得更高的能量密度。但如果CW/(Vp/Sp)>210，相同条件下，负极极片单位面积的涂布重量CW较大，尽管电池的能量密度进一步提升，但是电池的快速充电能力可能出现一定程度本文档来自技高网...

【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物质的负极膜片；其特征在于，所述负极极片满足：0.05≤Vp/Sp≤0.30；Vp＝负极膜片的厚度T×负极膜片的孔隙率P，其中，T的单位为μm；Sp＝单位面积负极膜片中负极活性物质的质量M×负极膜片的比表面积BET，其中，M的单位为mg/cm2，BET的单位为cm2/mg。

【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物质的负极膜片；其特征在于，所述负极极片满足：0.05≤Vp/Sp≤0.30；Vp＝负极膜片的厚度T×负极膜片的孔隙率P，其中，T的单位为μm；Sp＝单位面积负极膜片中负极活性物质的质量M×负极膜片的比表面积BET，其中，M的单位为mg/cm2，BET的单位为cm2/mg。2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极极片满足：0.05≤Vp/Sp≤0.20。3.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极膜片的厚度T为20μm～100μm，优选为30μm～80μm。4.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极膜片的孔隙率P为10％～70％，优选为20％～60％。5.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述单位面积负极膜片中负极活性物质的质量M为4mg/cm2～15mg/cm2，优选为6m...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家政，申玉良，康蒙，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