一种负极极片以及二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种负极极片，包括负极集流体和形成于负极集流体上的多层活性物质层；所述多层活性物质层至少包括第一活性物质层和第二活性物质层；第一活性物质层包含第一负极活性物质，第二活性物质层包含第二负极活性物质；第一活性物质层的厚度与第一负极活性物质的平均粒径的比值为2.0～4.0。第二活性物质层的厚度与第二负极活性物质的平均粒径的比值为2.2～5.0。使用本发明专利技术负极极片的电池可以同时具有良好的循环寿命和快速充电性能。

A negative electrode and secondary battery

【技术实现步骤摘要】
一种负极极片以及二次电池
本申请涉及二次电池
，具体地涉及一种负极极片以及使用该负极极片的二次电池。
技术介绍
可充电电池由于具有能量密度高、工作电压高和使用寿命长以及低自放电的优点，近年来已经得到广泛的应用。但随着电动汽车的日益普及，对于可充电电池的能量密度及快速充电性能提出了更高要求。如何让电池兼顾高能量密度及快速充电的能力，仍是行业内面临的重要问题之一。因此，需要不断付出努力来解决这一问题。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种负极极片及二次电池，所述二次电池同时具有高能量密度、长循环寿命和快速充电性能。为了实现本专利技术的目的，本专利技术一方面提供了一种负极极片，所述负极极片包括负极集流体、设置在负极集流体的至少一个表面上的第一活性物质层以及设置在第一活性物质层上的第二活性物质层；其中第一活性物质层包含第一负极活性物质，第二活性物质层包含第二负极活性物质；在所述负极极片中，满足以下关系：2.0≤B/A≤4.0，且2.2≤D/C≤5.0，其中，A为第一负极活性物质的平均粒径，B为第一活性物质层的厚度，C为第二负极活性物质的平均粒径，D为第二活性物质层的厚度。本专利技术的另一方面提供了一种二次电池，包括本专利技术一方面的负极极片。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：本专利技术的负极极片包括双活性物质层结构，且在设计时调节各活性物质层的厚度与活性物质层中活性物质的粒径，得到了兼顾高能量密度、长循环寿命和快速充电性能的二次电池。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。首先说明本专利技术一方面提供的负极极片，所述负极极片包括负极集流体、设置在负极集流体的至少一个表面上的第一活性物质层以及设置在第一活性物质层上的第二活性物质层；其中第一活性物质层包含第一负极活性物质，第二活性物质层包含第二负极活性物质；在所述负极极片中，满足以下关系：2.0≤B/A≤4.0，且2.2≤D/C≤5.0，其中，A为第一负极活性物质的平均粒径，B为第一活性物质层的厚度，C为第二负极活性物质的平均粒径，D为第二活性物质层的厚度。优选地，在本专利技术的负极极片中，2.5≤B/A≤3.5。优选地，在本专利技术的负极极片中，2.8≤D/C≤4.5。本专利技术的专利技术人发现，在相同原料相同工艺下，负极活性物质的粒径越大，克容量越高，电池达到预期容量时所需要的负极活性物质越少，电池的能量密度越高。但是当负极活性物质的粒径过大时，活性离子的固相扩散路径越长，阻力越大，将影响电池快速充电性能。相反，当负极活性物质的粒径越小时，活性离子的固相扩散路径越短，阻力越小，有利于提升电池的快速充电性能。但过小的粒径不仅克容量偏低，电芯能量密度受到一定的影响。同时负极浆料难于分散、搅拌，制成的负极极片活性物质颗粒与集流体之间的粘接力、负极活性物质颗粒与颗粒之间的粘接力均较差，将影响电池的能量密度和循环寿命。本专利技术的专利技术人还发现，当负极活性物质层的厚度越小时，越有利于负电解液的浸润，活性离子在极片中的液相传导速度越快。电池在长期循环过程中，电池极化增加不明显，副反应少，从而避免锂枝晶在负极表面的形成引起安全问题。但是膜片厚度过小，对电池的能量密度影响较大。相反，当负极活性物质层的厚度越大时，使用相同负极活性物质，电池的能量密度越高。但是在电池循环过程中，过厚的膜片使得电解液浸润困难，导致活性离子传输阻力增加，电池极化增加，导致电池局部电流分布不均，引起析锂，导致电池容量衰减加快，影响电池循环寿命。如果仅是从负极活性物质的粒径和极片活性物质层的厚度各自优化的角度出发，对实现兼顾高能量密度、长循环寿命和快速充电性能的二次电池存在很大的局限性。本专利技术的专利技术人通过大量研究，将负极极片设计成双层结构，通过调整活性物质层的厚度与负极活性物质的粒径比值，使得负极极片同时满足以下关系：2.0≤B/A≤4.0，且2.2≤D/C≤5.0，可以使电池可兼具长循环寿命、高能量密度以及快速充电的特点。在本专利技术设计的负极极片中，第一活性物质层中的第一负极活性物质具有较大的粒径，在相同厚度的情况下，一方面可以提供更高的容量，使得单位面积容量增加。另一方面，负极活性物质的粒径越大，在厚度相同的情况下，活性物质层中活性物质的堆积层数更少，活性物质的表面发生电荷交换时副反应较少，表面形成的SEI层更加稳定致密，有利于提升电池的循环性能。如果B/A小于2.0时，表明第一活性物质的平均粒径太大，活性物质层的厚度太小，即活性物质的堆积层数过少，活性离子在负极活性物质内部的固相扩散路径较长，内阻增加，影响电池的快速充电能力。此外活性物质层的厚度太小，极片容易出现颗粒划痕导致外观不良。如果B/A大于4.0时，表明第一活性物质的平均粒径太小，活性物质层的厚度太大，即活性物质的堆积层数过多，使得活性离子液相传输路径过长，影响电池快速充电能力。在本专利技术设计的负极极片中，第二活性物质层中的第二负极活性物质具有较小的粒径，在相同厚度的情况下，小粒径活性物质更多，一方面可以在冷压后快速反弹，增加表层极片的孔隙率，有利于电解液的浸润和活性离子的液相传输。另一方面，活性离子在小粒径活性物质颗粒内部的扩散路径缩短，从而减小活性离子的固相扩散阻力，有利于活性离子的快速嵌入和脱出，从而可以提升电池的快速充电性能。如果D/C小于2.2时，表明第二活性物质的平均粒径太大，活性物质层的厚度太小，材料颗粒可能大于活性物质层的厚度，容易出现大颗粒及拉丝等极片加工中存在的问题。当D/C大于5.0时，表明第二活性物质层的厚度大，第二活性物质的粒径过小。过小的粒径导致浆料搅拌存在一定的困难，影响极片外观和粘结力，从而影响电芯的循环性能。此外，第二活性物质层的厚度较大，将导致活性离子的传输路径过长，影响电池快速充电能力。在本专利技术的一些实施方式中，B/A的下限值可以为2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7；B/A的上限值可以为2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0。在本专利技术的一些实施方式中，D/C的下限值可以为2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0；D/C的上限值可以为3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0。优选地，在本专利技术的负极极片中，第一负极活性物质的平均粒径A大于或等于第二负极活性物质的平均粒径C；更优选地，在所述负极极片中，0.4≤C/A≤1.0。当第二负极活性物质相对于第一负极活性物质具有更小的粒径时，有利于活性离子的快速嵌入和脱出，从而提升电池的快速充电性能；同时第一活性物质的粒径较大，可以使电池在达到相同能量密度的前提下，具有更薄的活性物质层的厚度，其更有利于活性离子的扩散，避免极化和析锂的产生，进而减少副反应的发生，从而进一步提升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括：/n负极集流体、设置在所述负极集流体的至少一个表面上的第一活性物质层以及设置在第一活性物质层上的第二活性物质层；/n其中所述第一活性物质层包含第一负极活性物质，所述第二活性物质层包含第二负极活性物质；/n在所述负极极片中，满足以下关系：2.0≤B/A≤4.0，且2.2≤D/C≤5.0，其中，/nA为第一负极活性物质的平均粒径，/nB为第一活性物质层的厚度，/nC为第二负极活性物质的平均粒径，/nD为第二活性物质层的厚度。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括：
负极集流体、设置在所述负极集流体的至少一个表面上的第一活性物质层以及设置在第一活性物质层上的第二活性物质层；
其中所述第一活性物质层包含第一负极活性物质，所述第二活性物质层包含第二负极活性物质；
在所述负极极片中，满足以下关系：2.0≤B/A≤4.0，且2.2≤D/C≤5.0，其中，
A为第一负极活性物质的平均粒径，
B为第一活性物质层的厚度，
C为第二负极活性物质的平均粒径，
D为第二活性物质层的厚度。


2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，2.5≤B/A≤3.5。


3.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，2.8≤D/C≤4.5。


4.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，A≥C。


5.根据权利要求4所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，0.4≤C/A≤1.0。


6.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，B≥D。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建军，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