一种负极极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种负极极片及其制备方法和应用，所述负极极片包括负极集流体、第二活性物质层和设置于所述负极集流体和第二活性物质层之间的第一活性物质层，所述第一活性物质层的活性物质包括第一石墨与软碳和/或硬碳的混合物，所述第二活性物质层的活性物质包括第二石墨和Li

【技术实现步骤摘要】
一种负极极片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种负极极片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、环境友好、可制造加工性能强，目前被广泛应用在手机、笔记本电脑、电动汽车以及储能领域。随着动力电池市场越来越大，为了追求更高续航、更快充电速度，对锂离子电池的能量密度和倍率性能提出更大挑战。
[0003]目前市场上提升锂离子电池能量密度和倍率性能的方法主要依赖于电池材料和电极设计，如提升正负极材料克容量和压实密度来提升电芯能量密度，但此方法技术壁垒较大，难以产业化，且随着负极材料克容量提升，所支持的充电倍率会逐渐降低，无法达到能量密度与快充性能兼顾；如采用高面密度电极工艺，极片的浸润性受到较大影响，同时锂离子迁移距离增大，迁移通道减少，大幅度降低充电倍率。
[0004]CN113380983A公开了一种高压实负极极片及其制备方法及包含该极片的锂离子电池，所述高压实负极片包括负极涂层、负极集流体；所述负极涂层包括负极活性物质、添加剂、导电剂、悬浮剂、粘结剂，所述添加剂为高压实添加剂。
[0005]CN113299918A公开了一种负极极片及包括该负极极片的锂离子电池，其将分散助剂直接添加在负极极片中，操作方便，改善电解液的浸润的同时可以提高电池的倍率充放电性能。
[0006]上述方案通过添加添加剂来改善负极极片的压实密度和浸润性，所述极片的倍率性能和能量密度均会受到影响，限制其在实际中的应用。

技术实现思路
<br/>[0007]本专利技术的目的在于提供一种负极极片及其制备方法和应用，所述负极极片为双层结构，具备良好的浸润性，同时满足高能量密度和快充要求。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种负极极片，所述负极极片包括负极集流体、第二活性物质层和设置于所述负极集流体和第二活性物质层之间的第一活性物质层，所述第一活性物质层的活性物质包括第一石墨与软碳和/或硬碳的混合物，所述第二活性物质层的活性物质包括第二石墨和Li
x
Si
y
O
z
，其中，x为1～4(1、2、3或4等)，y为0.1～2(例如：0.1、0.5、1、1.5或2等)，z为3～5(3、3.5、4、4.5或5等)。
[0010]本专利技术所述负极极片采取双层结构设计，第一活性物质层为内层，该层材料为小粒径石墨与软碳或硬碳混合物，锂离子嵌入时，小粒径石墨具有较短的迁移距离，可有效降低锂离子固相扩散阻抗，降低阳极极化，同时掺混的软碳和硬碳为无定形碳，锂离子嵌入通道较多，有效降低锂离子嵌入时界面阻抗，同样可达到降低阳极极化的作用，提升倍率性能，第二活性物质层为外层，该层材料为大石墨与锂硅氧复合氧化物混合材料，Li
x
Si
y
O
z
为预锂化SiO，在长期循环过程中，随着锂离子消耗，阳极与阴极间会出现电位差，此时
Li
x
Si
y
O
z
会逐渐释放锂离子，用来补充损失的锂离子，提升电池长期循环寿命，提供较高的能量密度。
[0011]优选地，所述第一石墨的中值粒径D50为5～15μm，例如：5μm、8μm、10μm、12μm或15μm等。
[0012]优选地，所述软碳和/或硬碳的中值粒径D50为6～10μm，例如：6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等。
[0013]优选地，所述第一石墨与软碳和/或硬碳的质量比为(70～87):(13～30)，例如：70:30、75:25、80:20、82:18或87:13等。
[0014]本专利技术所述负极极片的内层采用小粒径石墨与软碳或硬碳混合，提升与集流体间的导电性能，同时缩短锂离子嵌入距离，加快了锂离子嵌入速度，降低电芯内阻。
[0015]优选地，所述第二石墨的中值粒径D50为15～25μm，例如：15μm、18μm、20μm、22μm或25μm等。
[0016]优选地，所述Li
x
Si
y
O
z
为纳米材料。
[0017]优选地，所述第二石墨和Li
x
Si
y
O
z
的质量比为(87～95):(5～13)，例如：87：13、88:12、90:10、92:8或95:5等。
[0018]本专利技术所述负极极片的外层采用大粒径石墨与Li
x
Si
y
O
z
纳米材料混合，大粒径石墨提升极片压实密度，同时保障外层石墨冷压后仍具有较高的孔隙率，保证锂离子顺利进入极片内部，Li
x
Si
y
O
z
纳米材料通过预锂化SiO，提升电芯能量密度。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述负极极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0020](1)将第一石墨、软碳和/或硬碳、导电剂和粘结剂与第一溶剂混合得到第一浆料，将第二石墨、Li
x
Si
y
O
z
、导电剂和粘结剂与第二溶剂混合得到第二浆料；
[0021](2)将第一浆料涂覆在负极集流体表面，将第二浆料涂覆在所述第一浆料表面，经过冷压处理制得所述负极极片。
[0022]优选地，步骤(1)所述导电剂包括导电炭黑、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合。
[0023]优选地，所述粘结剂包括羧甲基纤维素钠和/或丁苯橡胶，优选为羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶。
[0024]优选地，所述第一溶剂包括去离子水。
[0025]优选地，所述油系溶剂包括二甲基亚砜、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或N
‑
甲基吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合。
[0026]优选地，第一石墨与软碳和/或硬碳的混合物、导电剂、羧甲基纤维素钠、和丁苯橡胶的质量比为(94～97):(1.0～2.0):(1.2～1.8):(1.5～2.5)，例如：94:1.8:1.7：2.5、95:1.5:1.5:2、96:1.8:1.5:1.7或96:1:1.2:1.8等。
[0027]优选地，第二石墨和Li
x
Si
y
O
z
的混合物、导电剂羧甲基纤维素钠、和丁苯橡胶的质量比为(94～96):(0.5～1.7):(1.0～3.2):(1.2～2.8)，例如：94:1.8:1.7：2.5、95:1.5:1.5:2、96:1.8:1.5:1.7或96:1:1.2:1.8等。
[0028]优选地，步骤(1)所述第一浆料的固含量为55～60％，例如：55％、56％、57％、58％、59％或60％等。
[0029]优选地，所述第一浆料的粘度为30本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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、第二活性物质层和设置于所述负极集流体和第二活性物质层之间的第一活性物质层，所述第一活性物质层的活性物质包括第一石墨与软碳和/或硬碳的混合物，所述第二活性物质层的活性物质包括第二石墨和Li
x
Si
y
O
z
，其中，x为1～4，y为0.1～2，z为3～5。2.如权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一石墨的中值粒径D50为5～15μm；优选地，所述软碳和/或硬碳的中值粒径D50为6～10μm。3.如权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述第一石墨与软碳和/或硬碳的质量比为(70～87):(13～30)。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的负极极片，其特征在于，所述第二石墨的中值粒径D50为15～25μm；优选地，所述Li
x
Si
y
O
z
为纳米材料。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的负极极片，其特征在于，所述第二石墨和Li
x
Si
y
O
z
的质量比为(87～95):(5～13)。6.一种如权利要求1
‑
5任一项所述负极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将第一石墨、软碳和/或硬碳、导电剂和粘结剂与第一溶剂混合得到第一浆料，将第二石墨、Li
x
Si
y
O
z
、导电剂和粘结剂与第二溶剂混合得到第二浆料；(2)将第一浆料涂覆在负极集流体表面，将第二浆料涂覆在所述第一浆料表面，经过冷压处理制得所述负极极片。7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱智渊，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：