一种负极极片，其制备方法及电化学装置制造方法及图纸

本申请涉及储能领域，具体讲，涉及一种负极极片，其制备方法及电化学装置。本申请的负极极片包括负极集流体和设置于负极集流体至少一个表面上的、含有负极活性物质的负极膜片，在至少一个负极膜片远离集流体的一侧的表面上设置有多孔无机介电层；多孔无机介电层的厚度为20nm～2000nm，多孔无机介电层中不含有粘结剂。本申请的负极极片可以缓解大电流充电下负极表面析锂、稳定负极界面、减轻负极与电解液副反应，从而提高电芯的循环寿命、降低电芯内短风险并提高电芯高温寿命。芯内短风险并提高电芯高温寿命。芯内短风险并提高电芯高温寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种负极极片，其制备方法及电化学装置
[0001]相关申请
[0002]本申请为2017年12月20日申请的，申请号为CN2017113879716，名称为“一种负极极片，其制备方法及电化学装置”的中国专利申请的分案申请，在此将其全文引入作为参考。


[0003]本申请涉及储能领域，具体讲，涉及一种负极极片，其制备方法及电化学装置。

技术介绍

[0004]锂离子电池因具有工作电压高、能量密度大、无记忆效应、绿色环保等特点，已成为各类消费电子产品、动力产品、能源存储的主力电源，应用于人们生活的方方面面。近年来，随着市场，特别是动力电池市场对电池能量密度和充电效率要求越来越高，高容量的硅负极、以及快充技术发展迅速。
[0005]然而，由于嵌锂反应放热的热量累积以及锂离子在负极扩散能力有限，高密度的锂离子(＞2C时)快速嵌入负极不仅会导致电解液与负极界面副反应加剧，由此引起SEI增厚、电解液分解产气，还会增加析锂风险，最终反映为电芯容量快速衰减和电芯安全性能降低。此外，当高温下存储或者使用电池时，电解液与负极界面副反应加剧，同样会恶化电池产气、加剧电芯不可逆容量损失，导致电池寿命提早结束。对于锂金属电池而言，即使低密度锂离子(例如0.5C时)也足以导致锂金属表面枝晶的形成，增加电池内短路风险。
[0006]因此，不管是锂金属，还是含硅负极或者石墨负极，都需要减少副反应，避免发生析锂。

技术实现思路

[0007]本申请第一方面提出一种负极极片，
[0008]包括负极集流体和设置于所述负极集流体至少一个表面上的、含有负极活性物质的负极膜片，
[0009]在至少一个所述负极膜片远离所述集流体的一侧的表面上设置有多孔无机介电层；所述多孔无机介电层的厚度为20nm～2000nm，所述多孔无机介电层中不含有粘结剂，单位面积所述多孔无机介电层的质量为0.03g/m2～7.0g/m2。从而可稳定负极界面，减轻负极与电解液副反应。
[0010]本申请第二方面提出该负极极片的制备方法，至少包括以下步骤：
[0011]在负极集流体上制备负极膜片；
[0012]在至少一个所述负极膜片远离所述集流体的一侧的表面上采用气相沉积的方法制备多孔无机介电层，所述多孔无机介电层的厚度为20nm～2000nm，所述多孔无机介电层中不含有粘结剂；单位面积所述多孔无机介电层的质量为0.03g/m2～7.0g/m2。
[0013]本申请第三方面还提出含有该负极极片的化学装置。在本申请的一些实施方式
中，所述电化学装置包含正极极片、该负极极片、隔离膜和电解液。
[0014]本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
[0015]本申请的负极极片可以缓解大电流充电下负极表面析锂、稳定负极界面、减轻负极与电解液副反应，从而提高电芯的循环寿命、降低电芯内短风险并提高电芯高温寿命。
附图说明
[0016]图1为本申请实施例中某一具体负极膜片的结构示意图，
[0017]图2为本申请实施例中又一具体负极膜片的结构示意图，
[0018]图3为本申请实施例中又一具体负极膜片的结构示意图，
[0019]图4为本申请实施例中又一具体负极膜片的结构示意图。
[0020]其中：
[0021]1‑
负极集流体；
[0022]2‑
负极膜片；
[0023]3‑
多孔无机介电层；
[0024]31
‑
第一多孔无机层；
[0025]32
‑
第二多孔无机层。
具体实施方式
[0026]下面通过实施例和对比例进一步说明本专利技术，这些实施例只是用于说明本专利技术，本专利技术不限于以下实施例。凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0027]本申请实施例的目的在于提供一种负极极片，其制备方法及电化学装置。
[0028]首先说明根据本申请实施例第一方面的负极极片。
[0029]根据本申请实施例第一方面的负极极片，包括负极集流体和设置于负极集流体至少一个表面上的、含有负极活性物质的负极膜片，在至少一个负极膜片远离所述集流体的一侧的表面上设置有多孔无机介电层；多孔无机介电层的厚度为20nm～2000nm，多孔无机介电层中不含有粘结剂，单位面积多孔无机介电层的质量为0.03g/m2～7.0g/m2。
[0030]其中，单位面积多孔无机介电层的质量的测定方法为差重法：在气相沉积制备无机介电层参数确定之前，先取负极极片调试设备参数。在该极片上裁剪20片50mm
×
50mm方片，用六位数精密天平，准确称量每片质量并求得平均值，作为铜箔方片质量，记为m0；待设备参数确定后，在负极极片上沉积多孔无机介电层，并裁剪沉积了多孔无机介电层的极片20片50mm
×
50mm方片，称量每片质量并求得平均值，记为m1，因此，单位面积多孔无机介电层质量＝(m1
‑
m0)/25cm2。
[0031]本申请实施例的负极极结构的示意图如图1～图3所示。在图1中，负极集流体1的一个表面上设置有负极膜片2，负极膜片2的表面上设置有多孔无机介电层3；在图2和图3中，负极集流体1的两个表面上均设置有负极膜片2，在图2所示的负极极片中，两个负极膜片2的表面上均设置有多孔无机介电层3，在图3所示的负极极片中，仅有一个负极膜片3上设置有多孔无机介电层3。
[0032]本申请实施例中的负极膜片表面上设置有多孔无机介电层，首先，多孔无机介电
层的厚度为20nm～2000nm，其厚度很小，可以在几乎不改变负极极片厚度的前提下，隔绝电解液和负极活性物质，避免在高温以及快速充电情况下，电解液与负极界面发生副反应，起到了人工SEI膜的作用，有效抑制电解液分解产气问题。其次，本申请实施例的多孔无机介电层具有多孔结构，在大电流充放电时，在稳定负极界面的同时也不影响锂离子的嵌入和脱出，因此可以有效缓解大电流充电下负极表面析锂问题。再次，本申请实施例的多孔无机介电层具有介电性，即在外电场作用下具有不导电的性质，从而达到稳定负极界面，减轻负极与电解液副反应的效果。最后，多孔无机介电层中不含有粘结剂，不靠粘结剂与负极膜片粘合，避免了负极膜片表面的多孔无机介电层在循环过程中因粘结剂溶胀失效而导致剥落。
[0033]其中，多孔无机介电层的厚度上限可为2000nm、1990nm、1950nm、1900nm、1850nm、1800nm、1750nm、1720nm、1700nm、1680nm、1650nm、1600nm、1550nm、1500nm、1450nm、1400nm、1350nm、1300nm、1250nm、1200nm、1150nm、1100nm、1050nm、1000nm、990nm、950nm、900nm、850nm、800nm、750nm、720nm、700nm、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，包括负极集流体和设置于所述负极集流体至少一个表面上的、含有负极活性物质的负极膜片，其特征在于，在至少一个所述负极膜片远离所述集流体的一侧的表面上设置有多孔无机介电层；所述多孔无机介电层的厚度为20nm～2000nm，所述多孔无机介电层中不含有粘结剂，单位面积所述多孔无机介电层的质量为0.03g/m2～7.0g/m2；所述多孔无机介电层为多层复合结构，包括至少设置于所述负极膜片表面的第一多孔无机层，以及远离所述负极膜片的第二多孔无机层；所述第二多孔无机层的平均孔径大于等于所述第一多孔无机层的平均孔径；所述第一多孔无机层中含有AlO
X
，所述AlO
X
的质量占所述第一多孔无机层质量的100％。2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第二多孔无机层中含有AlO
X
，所述AlO
X
的质量占所述第二多孔无机层质量的50％～100％，所述第二多孔无机层中还含有Si的氧化物。3.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述多孔无机介电层的厚度为30nm～1000nm，优选为50nm～500nm。4.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述多孔无机介电层为纳米团簇堆积的多孔结构，所述纳米团簇之间孔隙的构成供离子传输的通道，所述孔隙的平均孔径为0.1nm～20nm。5.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述多孔无机介电层的孔隙率为10％～70％，优选为20％～40％。6.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一多孔无机层为连续状设置于所述负极膜片表面。7.根据权利要求6所述的负极极片，其特征在于，所述第二多孔无机层为片状或岛状分布于第一多孔无机层远离所述负极膜片一侧的表面。8.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述多孔无机介电层为采用气相法制备而成，优选的，所述气相法选自原子层沉积法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、热蒸发法中的至少一种。9.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述多孔无机介电层中含有AlO
x
，1.35≤x≤1.54，优选的，x的含量为1.45～1.5；优...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铈汶，黄起森，黄华锋，梁成都，
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：