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；第一活性物质层负极活性物质的克容量与其厚度的比值为3.5～10.0。第二活性物质层负极活性物质的克容量与其厚度的比值为6.5～23.0。使用本发明专利技术负极极片的电池可以同时具有很高的能量密度和良好的循环寿命。

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
二次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。此外，随着电动汽车的日益普及，对二次电池的需求也出现爆发式增长。但同时有几个问题仍困扰着广大消费者：安全性、成本及续航里程。其中续航里程的提升主要依靠电芯能量密度的提升，通常解决该问题有两种途径：1)将极片涂厚，使得单位面积活性物质容量增加，从而提升能量密度。2)选用高克容量活性物质，使得相同的极片厚度电芯能量密度可以更高。但以上两种方案均存在问题。例如涂布厚度增加后，电池极化严重，影响电芯的循环寿命。克容量(负极石墨材料)增加后，负极石墨材料的脱嵌锂能力变差，若充电倍率较大，正极脱出的锂离子来不及嵌入到负极材料中，将导致金属锂在极片表面析出，引发副反应和产生大量副产物，从而导致循环跳水甚至引发安全问题。
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：3.5≤A/B≤10.0；且6.5≤C/D≤23.0，其中，A为第一负极活性物质的克容量，B为第一活性物质层的厚度，C为第二负极活性物质的克容量，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克容量，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：3.5≤A/B≤10.0，且6.5≤C/D≤23.0，其中，A为第一负极活性物质的克容量，B为第一活性物质层的厚度，C为第二负极活性物质的克容量，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，6.5≤A/B≤8.5。优选地，在本专利技术的负极极片中，8.0≤C/D≤11.0。本专利技术的专利技术人发现，在相同原料相同工艺下，负极活性物质的克容量越大，负极活性物质越接近理想石墨的完整层状结构，有序化程度越高，晶体结构中缺陷越少，副反应越少，电池达到预期容量时所需要的负极活性物质越少，故负极活性物质的克容量越高，越有利于电池能量密度的提升。但是当负极活性物质的克容量过大时，石墨材料层间距过小，活性离子在材料内部的固相扩散阻力较大，活性离子进出负极活性物质越困难，不利于电池的大倍率充电能力。本专利技术的专利技术人还发现，当负极极片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，对电芯制作工艺要求较高，极片容易出现颗粒划痕导致外观不良，另外电芯厚度过小，极片单位面积容量偏低，对电池的能量密度影响较大。如果仅是从克容量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克容量的比值，使得负极极片同时满足以下关系：3.5≤A/B≤10.0，且6.5≤C/D≤23.0，可以使电池可兼具高能量密度，长循环寿命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高克容量，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，负极活性物质的克容量越高，达到相同单位面积容量所需活性物质质量越小，电芯能量密度越高。如果A/B小于3.5，表明第一活性物质的克容量偏低或第一活性活性物质层的厚度过大。此时在相同单面面积容量的情况下材料表面活性位点增多，外加活性物质层的厚度增加活性离子液相传输路径延长，阻力增加，导致极化增加，副反应增加，进而影响电芯长循环寿命。如果A/B大于10.0时，表明第一活性物质的克容量偏高，活性物质层的厚度过小。克容量越高，负极活性物质的层间距越小，活性离子的固相扩散受阻，影响电池快速充电能力。此外，极片厚度太小，对电芯制作工艺要求较高，极片容易出现颗粒划痕导致外观不良，从而影响电芯性能。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低的克容量，对应的负极活性物质层间距越大，活性离子的固相传导速度越容易，在大倍率充电中，活性离子更容易得到还原，从而避免枝晶在负极表面的形成。如果C/D小于6.5时，表明第二活性活性物质层的厚度过大，活性物质的克容量太低。此时活性物质有序化程度太低，活性物质晶体中缺陷增加，表面活性增强，在循环过程中SEI膜会不断破坏、修复，在这个过程中将消耗更多活性锂，造成电池容量衰减。此外，极片厚度过大，使得活性离子传输路径过长，影响电池快速充电能力。如果C/D大于23.0时，表明第二活性物质的克容量过高，第二活性活性物质层的厚度太小。克容量过高，材料晶面间距越小，使得活性离子进出活性物质阻力增加，也容易增加材料体积膨胀率，影响电池快速充电能力和材料结构稳定性。在本专利技术的一些实施方式中，A/B的下限值可以为5.5、6.0、6.5、7.0；A/B的上限值可以为7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0。在本专利技术的一些实施方式中，C/D的下限值可以为6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、10.0；C/D的上限值可以为11.0、12.0、13.0、14.0、15.0、18.0、20.0、23.0。优选地，在本专利技术的负极极片中，第一负极活性物质的克容量A大于第二负极活性物质的克容量C；更优选地，在所述负极极片中，0.70≤C/A≤0.98。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克容量时，活性物质层间距更大，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克容量较高，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厚度，其更有利于活性离子的扩散，从而进一步提升电池的循环寿命本文档来自技高网...

【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：3.5≤A/B≤10.0，且6.5≤C/D≤23.0；其中，/nA为第一负极活性物质的克容量，/nB为第一活性物质层的厚度，/nC为第二负极活性物质的克容量，/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：3.5≤A/B≤10.0，且6.5≤C/D≤23.0；其中，
A为第一负极活性物质的克容量，
B为第一活性物质层的厚度，
C为第二负极活性物质的克容量，
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，6.5≤A/B≤8.5。


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，8.0≤C/D≤11.0。


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，0.70≤C/A≤0.98。


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。


7.根据权...

【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