一种负极片和电池制造技术

本发明专利技术提供一种负极片和电池。本发明专利技术第一方面提供一种负极片，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体表面的负极活性层，所述负极活性层包括第一负极活性层和第二负极活性层；所述第一负极活性层包括碳基负极活性材料，所述第二负极活性层包括碳基负极活性材料和硅基负极活性材料，所述第一负极活性层的孔隙率小于所述第二负极活性层的孔隙率，所述第二负极活性层的孔隙率为30％

【技术实现步骤摘要】
一种负极片和电池


[0001]本专利技术涉及一种负极片和电池，涉及二次电池


技术介绍

[0002]电池通过正极活性材料和负极活性材料之间的化学反应为电池提供容量，在此过程中，正、负极活性材料的体积会发生变化，不同类型的活性材料所发生的体积变化也不相同。对于高能量密度(≥300Wh/kg)和极速快充(15min，80％的充电容量)的电池来说，负极活性材料常常选用高比容量电极材料，而这类材料在充电过程中，具有较高的体积膨胀率，宏观上表现为极片变形，导致极片中活性材料层与集流体分离，增加电池界面阻抗，加速电池容量衰减。
[0003]通常，电池采用石墨作为负极活性材料，但是石墨的理论电容量仅有372mAh/g，不能满足电池对高能量密度的需求，理论上，一般纯硅材料能够提供4200mAh/g的理论电容量，比石墨高约11倍，被视为可以取代石墨的负极活性材料；但是根据实际测定的结果，纯硅材料在充电过后，仅能得到约1600mAh/g的电容量，与理论值相去甚远；并且，纯硅材料会发生剧烈的体积膨胀(400％)，导致极板崩裂与电池失效，因此，商业化的硅基负极材料主要采用硅碳或者硅氧复合材料，但仍然面临体积膨胀大，循环寿命短的问题。
[0004]因此，如何提供一种包括硅基负极活性材料的负极片，降低负极片的膨胀率，提高电池的能量密度和容量保持率受到了越来越多的关注。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种负极片和电池，用于降低负极片的膨胀率，提高电池的能量密度和容量保持率。
[0006]本专利技术第一方面提供一种负极片，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体表面的负极活性层，所述负极活性层包括第一负极活性层和第二负极活性层，所述第一负极活性层和第二负极活性层依次层叠设置在所述负极集流体表面；
[0007]所述第一负极活性层包括碳基负极活性材料，所述第二负极活性层包括碳基负极活性材料和硅基负极活性材料，所述第一负极活性层的孔隙率小于所述第二负极活性层的孔隙率，所述第二负极活性层的孔隙率为30％
‑
36％、孔径为2
‑
15μm。
[0008]本专利技术提供一种负极片，如图1所示，包括负极集流体100和设置在负极集流体100表面的负极活性层，负极活性层包括第一负极活性层201和第二负极活性层202，第一负极活性层201和第二负极活性层202依次层叠设置在负极集流体100表面，即第一负极活性层201设置在负极集流体100的表面，第二负极活性层202设置在第一负极活性层201远离负极集流体100的表面，图1示出了负极集流体100一个表面负极活性层的设置情况，对于负极集流体100另一表面的结构可与其相同或不同，具体根据实际需要进行设置即可；图2为本专利技术一实施例提供的负极片的电镜图片，如图2所示，第一负极活性层201包括碳基负极活性材料(例如，石墨)，但不包括硅基负极活性材料，第二负极活性层202包括碳基负极活性材
料和硅基负极活性材料，第一负极活性层201的孔隙率小于第二负极活性层202的孔隙率，第二负极活性层202的孔隙率为30％
‑
36％、孔径为2
‑
15μm，孔隙率是指第一/第二负极活性层中孔隙的体积与第一/第二负极活性层体积的比例，孔径是指第一/第二负极活性层中孔隙的直径，可以通过电镜观察并计算得到。本专利技术采用高克容量的硅基负极活性材料，可以减少负极活性材料的使用量，提高电池的能量密度；同时，第二负极活性层的高孔隙率可有效吸收硅基负极活性材料充电过程中的体积膨胀，降低负极片的膨胀率，提高电池的容量保持率；此外，对于锂离子电池来说，将硅基负极活性材料放在负极片表层，即第二负极活性层中，由于其具有倍率性能高的特点，可以加快锂离子在充电过程中在负极表面的嵌入速率，提高负极表面的电极电位，降低析锂风险，扩大负极的析锂窗口。
[0009]在一种具体实施方式中，所述负极集流体100包括铜、不锈钢、铝、镍、钛中的一种或多种，进一步地，所述负极集流体100包括铜，可以是铜箔、铜网或泡沫铜等常见集流体材料。
[0010]第一负极活性层包括碳基负极活性材料、粘接剂、分散剂以及导电剂，其中，碳基负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、混合石墨、中间相炭微球中的一种或多种；粘接剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯
‑
六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或多种；分散剂包括羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的一种或多种；导电剂包括炭黑、天然石墨、人造石墨、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管、铜、镍、铝、银、金中的一种或多种。
[0011]第一负极活性层中，碳基负极活性材料、粘接剂、分散剂以及导电剂的质量比为(96.1
‑
97)：(0.6
‑
1.5)：(1
‑
1.4)：(0.4
‑
1)，第一负极活性层通过如下方法制备得到：将碳基负极活性材料、粘接剂、分散剂以及导电剂按照上述比例溶于溶剂中，并通过搅拌设备搅拌均匀，抽真空(真空度≤
‑
85kPa)去除气泡后得到第一负极活性层浆料，第一负极活性层浆料的固含量为30％
‑
70％，进一步地，第一负极活性层浆料的固含量为35
‑
45％，随后将搅拌均匀的第一负极活性层浆料涂覆在负极集流体100表面，得到第一负极活性层201。
[0012]所述第二负极活性层202包括碳基负极活性材料、硅基负极活性材料、粘接剂、分散剂以及导电剂，其中，碳基负极活性材料与第一负极活性层201相同，硅基负极活性材料包括SiO
x
和/或SiO
x
/C，SiOx包括Si、SiO、SiO2中的一种或多种，C包括有机碳、无机碳、石墨、石墨烯中的一种或多种；由于硅基负极活性材料体积膨胀较为严重，需选择粘接强度大的粘接剂，具体的，粘接剂包括糠醛树脂、聚氯乙烯、葡萄糖、蔗糖、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯腈、沥青、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚吡咯、聚苯胺、麦芽糖、柠檬酸、环氧树脂或酚醛树脂中的一种或多种；导电剂包括无机导电剂或有机导电剂，无机导电剂包括炭黑、天然石墨、人造石墨、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、铜、镍、铝、银、金中的一种或多种，有机导电剂包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及聚乙炔中的一种或多种；分散剂与第一负极活性层中的分散剂相同。
[0013]在硅基负极活性材料循环过程中，由于体积效应，会造成活性层导电网络的破坏，为了进一步缓解硅基负极活性材料的膨胀，第二负极活性层中导电剂包括单壁碳纳米管，单壁碳纳米管可有效解决因导电网络破坏造成的循环性能差的问题，具体地，单壁碳纳米管中无机杂质含量≤5wt％，比表面积为300
‑
1400m2/g，进一步地，比表面积为600
‑
1350m2/
g，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体表面的负极活性层，所述负极活性层包括第一负极活性层和第二负极活性层，所述第一负极活性层和第二负极活性层依次层叠设置在所述负极集流体表面；所述第一负极活性层包括碳基负极活性材料，所述第二负极活性层包括碳基负极活性材料和硅基负极活性材料，所述第一负极活性层的孔隙率小于所述第二负极活性层的孔隙率，所述第二负极活性层的孔隙率为30％
‑
36％、孔径为2
‑
15μm。2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性层的孔隙率为P1，所述第二负极活性层的孔隙率为P2，P1/P2*100％＝20％
‑
65％。3.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第二负极活性层包括碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸铵中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第二负极活性层包括亲油基和亲水基，亲油基包括脂肪族烃基、脂环族烃基、芳香族烃基、带杂原子的脂肪族烃基中的一种或多种；亲水基包括羧酸基、磺酸基、硫酸基、膦酸基、氨基、腈基、硫醇基、卤基、醚基中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张双虎，王迪，吕远轰，李彦，钟泽，谢继春，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：