一种负极极片和锂离子电池制造技术

本申请涉及一种负极极片，包括负极集流体和设置于所述负极集流体上的负极膜层，所述负极膜层包含至少两层负极活性物质层,至少两层所述负极活性物质层按所述负极活性物质层的锂离子动力学性能递减的顺序由内至外依次设置于所述负极集流体上；具体涉及负极活性材料为石墨/硬炭和/或硅材料复合材料的负极膜层；通过将石墨与硬炭和/或硅材料复合，并形成由外至内锂离子动力学性能依次增大的多层梯度，具有同时提高充电能力和增加能量密度的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种负极极片和锂离子电池
本申请涉及锂离子电池
，具体涉及一种负极极片和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池作为一种高效移动式能源凭借其高电压、高比能量、长循环寿命的优势已经广泛应用于电话、笔记本电脑、数码相机等电子产品中。尤其随着近年来智能手机的快速普及，人们对于储能的锂离子电池的充电速率要求越来越高。但是目前锂离子电池中使用的负极石墨材料层间距只有0.33nm，锂离子嵌入脱出能力有限，锂离子扩散系数约10-15cm2/s，因而限制了锂离子电池的快速充电能力。鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种负极极片和含有该负极极片的锂离子电池，通过将石墨与硬炭和/或硅材料复合，并形成由外至内动力学性能依次增大的多层梯度，具有同时提高充电能力和增加能量密度的效果。本申请涉及的一种负极极片，包括负极集流体和设置于所述负极集流体上的负极膜层，所述负极膜层包含至少两层负极活性物质层,其特征在于，至少两层所述负极活性物质层按所述负极活性物质层的锂离子动力学性能递减的顺序由内至外依次设置于所述负极集流体上。优选的，所述负极膜层的表面设有补锂层。优选的，所述补锂层为锂粉或锂片。优选的，所述负极活性物质层中含有负极活性材料，所述负极活性材料为石墨与锂离子动力学性能增强剂的混合物；所述锂离子动力学性能增强剂选自硬炭、硅材料中的至少一种。优选的，所述硅材料为Si合金、SiOx、硅/碳复合材料中的至少一种，其中0.5<x<2；所述硬炭为炭黑、或者由含碳前驱体经热分解制得的碳材料中的至少一种；优选的，所述含碳前驱体选自酚醛树脂、环氧树脂、蜜胺树脂、聚糠醇、聚苯、聚丙烯腈、聚氯乙稀、聚偏氟乙稀、聚苯硫醚、聚萘和纤维素材料。优选的，所述锂离子动力学性能增强剂占所述负极活性材料总质量的5％～40％。优选的，在最内层的负极活性物质层中，所述锂离子动力学性能增强剂占所述负极活性材料总质量的10％～40％；在最外层的负极活性物质层中，所述锂离子动力学性能增强剂占所述负极活性材料总质量比为5％～20％。本申请还涉及一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、间隔设置于所述正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液，所述负极极片为前任一所述的负极极片。优选的，所述正极极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体上的正极膜层；所述正极膜层的表面设有补锂层。优选的，所述补锂层为锂粉或锂片。本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：石墨与硬炭和/或硅材料的复合电极能够将各组分材料的优势互补。动力学性能良好的硬炭和/或硅材料的加入，提高了石墨复合电极的充电能力。同时，多层梯度结构的负极极片的内层动力学性能比外层好，进一步提高负极的充电能力。在提高充电能力的同时，引入的硬炭和/或硅材料也提高了电池的能量密度。补锂层补充了负极极片中硬炭和/或硅材料在首次充放电过程中消耗的不可逆锂，尤其提高了电极的首次充放电效率。附图说明图1为本申请实施例1和实施例2的裸电芯的截面示意图；图2为本申请实施例3和实施例4的裸电芯的截面示意图；图3为本申请对比例1的裸电芯的截面示意图；图4为本申请对比例2和对比例3的裸电芯的截面示意图。附图标记：1，正极极片；4，负极极片；11，正极集流体；41，负极集流体；12，正极膜；42，负极双层膜；2，隔膜；421，负极膜外层；3，补锂层；422，负极膜内层。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例及附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术提供的技术方案及所给出的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。文中所述“上”、“下”均以附图中的电极极片的放置状态为参照。本申请涉及的一种负极极片，包括负极集流体和设置于所述负极集流体上的负极膜层，所述负极膜层包含至少两层负极活性物质层；至少两层所述负极活性物质层按所述负极活性物质层的锂离子动力学性能递减的顺序由内至外依次设置于所述负极集流体上。较佳的，至少两层所述负极活性物质层按所述负极活性物质层中锂离子动力学性能增强剂含量递减的顺序由内至外依次设置于所述负极集流体上。通过以上设计，使得负极活性物质层形成锂离子动力学性能的梯度结构，且内层动力学性能比外层好，有利于提高电极的充电能力。对于锂离子电池负极而言，本申请中的锂离子动力学是指锂离子脱出或嵌入负极的速度。优选的，负极膜层包含两层负极活性物质层。负极活性物质层中除了负极活性材料外，一般还含有导电剂和粘结剂；粘结剂包括丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏氟乙稀(PVDF)，聚乙烯醇(PVA)等，并优选丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素(CMC)合用；优选的，两者的比例为CMC：SBR为1：0.6～1.5；粘结剂在负极活性物质层中的质量百分比为1～10％。由于石墨、硬炭等本身也可作为导电剂，所以本申请的负极膜层内可以不另外添加导电剂。作为本申请的一种改进，所述负极膜层的表面设有补锂层。补锂层为锂粉或锂片。补锂层补充了负极极片中硬炭和/或硅材料在首次充放电过程中消耗的不可逆锂，尤其提高了电极的首次充放电效率。作为本申请的一种改进，所述负极活性物质层中含有负极活性材料，所述负极活性材料为石墨与锂离子动力学性能增强剂的混合物；所述锂离子动力学性能增强剂选自硬炭、硅材料中的至少一种。即本申请的负极活性材料优选为石墨-硬炭混合材料、石墨-硅材料组合材料、或石墨-硬炭-硅材料组合材料。锂离子电池中，负极石墨材料层间距只有0.33nm，锂离子嵌入脱出能力有限，锂离子扩散系数约10-15cm2/s；硬炭的层间距为0.37～0.39nm，其锂离子扩散系数为10-13～10-14cm2/s；硅材料的锂离子扩散系数约10-12cm2/s；石墨与硬炭和/或硅材料的复合电极取得各组分材料的优势互补，动力学性能良好的硬炭和/或硅材料的加入，提高了石墨电极的充电能力。同时，多层梯度结构的负极内层动力学性能比外层好，进一步提高电极的充电能力。在提高充电能力的同时，引入的硬炭或硅材料也提高了电池的能量密度。作为本申请的一种改进，硅材料为Si合金、SiOx、硅/碳复合材料中的至少一种，其中0.5<x<2。硅/碳复合材料指通过特定复合方式形成的复合物。主要分为三大类：包覆型(硅外包裹碳层)，嵌入型(硅均匀分散于碳载体中)，分子接触型(含有硅、碳元素的有机物前驱体经处理后形成的分子接触的高度分散体系)。以上硅材料相比纯硅，有助缓解硅的体积效应，提高材料的循环性能。作为本申请的一种改进，所述硬炭为炭黑、或者由含碳前驱体经热分解制得的碳材料。通常热分解的温度在1000℃左右。作为本申请的一种改进，所述含碳前驱体选自酚醛树脂、环氧树脂、蜜胺树脂、聚糠醇、聚苯、聚丙烯腈、聚氯乙稀、聚偏氟乙稀、聚苯硫醚、聚萘、纤维素等。作为本申请的一种改进，所述锂离子动力学性能增强剂占所述负极活性材料总质量的5％～40％；其余为石墨，相应的，石墨占负极活性材料总质量的60％～95％。对比石墨与硬炭或硅材料的添加比例，存在两个极端情形：石墨含量100％时，动力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极极片，包括负极集流体和设置于所述负极集流体上的负极膜层，所述负极膜层包含至少两层负极活性物质层,其特征在于，至少两层所述负极活性物质层按所述负极活性物质层的锂离子动力学性能递减的顺序由内至外依次设置于所述负极集流体上。

【技术特征摘要】
1.一种负极极片，包括负极集流体和设置于所述负极集流体上的负极膜层，所述负极膜层包含至少两层负极活性物质层,其特征在于，至少两层所述负极活性物质层按所述负极活性物质层的锂离子动力学性能递减的顺序由内至外依次设置于所述负极集流体上；所述负极活性物质层中含有负极活性材料，所述负极活性材料为石墨与锂离子动力学性能增强剂的混合物；所述锂离子动力学性能增强剂选自硬炭、硅材料中的至少一种；所述锂离子动力学性能增强剂占所述负极活性材料总质量的5％～40％。2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极膜层的表面设有补锂层。3.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于，所述补锂层为锂粉或锂片。4.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述硅材料为Si合金、SiOx、硅/碳复合材料中的至少一种，其中0.5<x<2；所述硬炭为炭黑、或者由含碳前...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛少军，吴六二，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35