CN109616614B

CN109616614B - 负极极片和使用其的电化学装置和电子装置

Info

Publication number: CN109616614B
Application number: CN201811534070.XA
Authority: CN
Inventors: 孙语蔚
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-12-11
Anticipated expiration: 2038-12-14
Also published as: EP3667784A1; US20200194796A1; CN109616614A; US11063262B2

Abstract

本申请涉及负极极片和使用其的电化学装置和电子装置。具体而言，本申请提供一种负极极片，包括基材、活性物质层和在所述基材和所述活性物质层之间的碳涂层，其中所述碳涂层的X射线衍射图谱包括004衍射线图形和110衍射线图形，由所述004衍射线图形得到的单位晶胞长度的c轴长度C004与由所述110衍射线图形得到的单位晶胞长度的a轴长度C110的比值C004/C110为所述碳涂层的OI值，且所述OI值大于约15。本申请的负极极片具有较少的褶皱与弯曲，从而改善了电芯的变形问题。

Description

负极极片和使用其的电化学装置和电子装置

技术领域

本申请涉及储能领域，具体涉及负极极片和使用其的电化学装置和电子装置，特别是锂离子电池。

背景技术

随着照相机、数码摄像机、移动电话和笔记本电脑等电子设备的广泛应用，人们对电化学装置(例如，锂离子电池)的性能要求越来越高。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，已被广泛应用于各个领域。传统的锂离子电池通常使用硅材料作为负极集流体并使用石墨材料作为负极活性物质。然而，在锂离子电池的使用过程中，使用传统的硅材料与石墨材料会遇到许多问题，例如负极极片容易出现褶皱并且电芯容易发生变形等。

有鉴于此，确有必要提供一种改进的负极极片和使用其的电化学装置和电子装置。

发明内容

本申请实施例通过提供一种负极极片和使用其的电化学装置和电子装置以在至少某种程度上解决至少一种存在于相关领域中的问题。

在一个实施例中，本申请提供了一种负极极片，包括基材、活性物质层和在所述基材和所述活性物质层之间的碳涂层，其中所述碳涂层的X射线衍射图谱包括004衍射线图形和110衍射线图形，由所述004衍射线图形得到的单位晶胞长度的c轴长度C004与由所述110衍射线图形得到的单位晶胞长度的a轴长度C110的比值C004/C110为所述碳涂层的OI值，且所述OI值大于约15。

根据本申请的一些实施例，所述述基材具有大于约400MPa的拉伸强度和小于约2％的延展率。

根据本申请的一些实施例，所述碳涂层选自天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳或其组合。

根据本申请的一些实施例，所述基材选自铜、镍、铜合金、镍合金或其组合。

根据本申请的一些实施例，所述活性物质层为硅活性物质层。

根据本申请的一些实施例，所述硅活性物质层包含不小于约0.1重量％的硅。

在另一个实施例中，本申请提供一种电化学装置，包括：正极极片和根据本申请的实施例的负极极片。

在另一个实施例中，本申请提供一种电子装置，其包括根据本申请的实施例的电化学装置。

本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。

附图说明

在下文中将简要地说明为了描述本申请实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本申请的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本申请中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。

图1展示了根据现有技术的负极极片的示意图。

图2展示了根据本申请实施例的负极极片的示意图。

图3展示了在负极极片具有1.8g/cc的压实密度下，锂离子电池循环终止时具有不同OI值的石墨的X/Y和Z延展率。

图4展示了根据本申请的一个实施例的负极极片的扫描式电子显微镜(SEM)截面图。

图5展示了根据本申请的一个实施例的负极极片的上层的X射线衍射图谱(XRD)和粒径分布。

图6展示了根据本申请的一个实施例的负极极片的下层的XRD和粒径分布。

图7展示了锂离子电池循环后具有不同X/Y延展率的负极极片。

具体实施方式

本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。

如本申请中所使用，术语“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。另外，有时在本申请中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。

一、负极极片

目前，硅材料已被广泛用作负极极片的活性材料以提高锂离子电池的能量。通常将硅材料与石墨混合制成硅混合物，经搅拌形成负极浆料，然后将负极浆料涂布在基材(即，负极集流体)(如图1中101所示)上以形成一层硅混合物活性物质层(如图1中102所示)。然而，硅材料在锂离子电池的循环过程中容易发生剧烈的体积膨胀，尤其是在X/Y方向(即，水平方向)上发生膨胀。这种负极活性物质层的X/Y方向膨胀容易传导至基材，导致负极极片出现褶皱和弯曲，从而使电芯结构产生变形。

为了克服以上问题，如图2所示，本申请提供一种负极极片，其包括基材201、活性物质层202和在所述基材和所述活性物质层之间的碳涂层203，其中所述碳涂层的X射线衍射图谱包括004衍射线图形和110衍射线图形，由所述004衍射线图形得到的单位晶胞长度的c轴长度C004与由所述110衍射线图形得到的单位晶胞长度的a轴长度C110的比值C004/C110为所述碳涂层的OI值，且所述OI值大于约15。

本申请发明人发现OI值可反映出碳涂层的取向性，OI值越大，碳涂层的各向异性越大。在锂离子电池的循环过程中，具有高OI值的碳涂层倾向于发生层与层之间的膨胀，即在Z方向(垂直方向)上的膨胀，而不容易发生X/Y方向上的膨胀。将这种具有高OI值的碳涂层应用于基材与活性物质层(例如，硅活性物质层)之间，使碳涂层与活性物质层嵌合在一起，不仅保证了两个层之间的粘结力，还使得碳涂层具有一定的滑移能力。这种构造使得硅活性物质层的X/Y膨胀无法传导至基材。由于基材在锂离子电池的循环过程中受到的X/Y膨胀力减小，因此基材的X/Y延展率减小，由此改善了负极极片的褶皱与弯曲问题，并改善了电芯的变形问题。

传统的负极极片使用的基材通常具有较低的拉伸强度或较大的延伸率，因此，传统基材通常在X/Y方向上具有较大的延展率，通常大于约0.5％。较大的X/Y方向延展率容易使负极极片产生褶皱且电芯发生变形。

为了解决这一问题，本申请的一些实施例中进一步使用高强度基材替换传统基材，使得基材在锂离子电池的循环过程中只发生极小的延展，从而改善负极极片的褶皱和电芯变形等问题。

根据本申请的一些实施例，所述基材具有大于约400MPa的拉伸强度。根据本申请的又一些实施例，所述基材具有小于约2％的延伸率。

根据本申请的一些实施例，所述碳涂层的OI值大于约13。

根据本申请的一些实施例，所述硅活性物质包括，但不限于纯硅，硅碳化合物，硅氧化合物，硅合金，硅包覆物，或其组合。

二、正极极片

可用于本申请的实施例中正极的材料、构成和其制造方法包括任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，正极为美国专利申请US9812739B中记载的正极，其以全文引用的方式并入本申请中。

在一些实施例中，正极包括集流体和位于该集流体上的正极活性材料层。正极活性材料包括可逆地嵌入和脱嵌锂离子的至少一种锂化插层化合物。在一些实施例中，正极活性材料包括复合氧化物。在一些实施例中，该复合氧化物含有锂以及从钴、锰和镍中选择的至少一种元素。

在一些实施例中，正极活性材料包括，但不限于：

Li_aA_1-bX_bD₂(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5)、

Li_aE_1-bX_bO_2-cD_c(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)、

Li_aE_2-bX_bD₄(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5)、

Li_aE_2-bX_bO_4-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)、

Li_aNi_1-b-cCo_bX_cD_α(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)、

Li_aNi_1-b-cCo_bX_cO_2-αT_α(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)、

Li_aNi_1-b-cCo_bX_cO_2-αT₂(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)、

Li_aNi_1-b-cMn_bX_cD_α(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)、

Li_aNi_1-b-cMn_bX_cO_2-αT_α(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)、

Li_aNi_1-b-cMn_bX_cO_2-αT₂(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)、

Li_aNi_bE_cG_dO₂(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)、

Li_aNi_bCo_cMn_dG_eO₂(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)、

Li_aNiG_bO₂(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)、

Li_aCoG_bO₂(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)、

Li_aMnG_bO₂(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)、

Li_aMn₂G_bO₄(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)、

QO₂、QS₂、LiQS₂、V₂O₅、LiV₂O₅、LiIO₂、LiNiVO₄、Li_(3-f)J₂(PO₄)₃(0≤f≤2)、Li_(3-f)Fe₂(PO₄)₃(0≤f≤2)或LiFePO₄，

其中，A选自于Ni、Co、Mn和它们的任意组合；X选自于Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素和它们的任意组合；D选自于O、F、S、P和它们的任意组合；E选自于Co、Mn和它们的任意组合；T选自于F、S、P和它们的任意组合；G选自于Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V和它们的任意组合；Q选自于Ti、Mo、Mn和它们的任意组合；I选自于Cr、V、Fe、Sc、Y和它们的任意组合；并且J选自于由V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu和它们的任意组合。

在一些实施例中，正极活性材料选自钴酸锂(LiCoO₂)、锂镍钴锰(NCM)三元材料、磷酸亚铁锂(LiFePO₄)、锰酸锂(LiMn₂O₄)或它们的任意组合。

在一些实施例中，正极活性材料可以在其表面上具有涂层，或者可以与具有涂层的另一化合物混合。该涂层可以包括从涂覆元素的氧化物、涂覆元素的氢氧化物、涂覆元素的羟基氧化物、涂覆元素的碳酸氧盐和涂覆元素的羟基碳酸盐中选择的至少一种涂覆元素化合物。用于涂层的化合物可以是非晶的或结晶的。

在一些实施例中，在涂层中含有的涂覆元素可以包括Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr或它们的任意组合。可以通过任何方法来施加涂层，只要该方法不对正极活性材料的性能产生不利影响即可。例如，该方法可以包括对本领域公知的任何涂覆方法，例如喷涂、浸渍等。

正极活性材料层还包括粘合剂，并且可选地包括导电材料。粘合剂提高正极活性材料颗粒彼此间的结合，并且还提高正极活性材料与集流体的结合。

在一些实施例中，粘合剂包括，但不限于：聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。

在一些实施例中，导电材料包括，但不限于：基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物和它们的混合物。在一些实施例中，基于碳的材料选自天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维或其任意组合。在一些实施例中，基于金属的材料选自金属粉、金属纤维、铜、镍、铝、银。在一些实施例中，导电聚合物为聚亚苯基衍生物。

在一些实施例中，集流体可以是铝，但不限于此。

正极可以通过本领域公知的制备方法制备。例如，正极可以通过如下方法获得：在溶剂中将活性材料、导电材料和粘合剂混合，以制备活性材料组合物，并将该活性材料组合物涂覆在集流体上。在一些实施例中，溶剂可以包括N-甲基吡咯烷酮等，但不限于此。

三、电解液

可用于本申请实施例的电解液可以为现有技术中已知的电解液。可用于本申请实施例的电解液中的电解质包括、但不限于：无机锂盐，例如LiClO₄、LiAsF₆、LiPF₆、LiBF₄、LiSbF₆、LiSO₃F、LiN(FSO₂)₂等；含氟有机锂盐，例如LiCF₃SO₃、LiN(FSO₂)(CF₃SO₂)、LiN(CF₃SO₂)₂、LiN(C₂F₅SO₂)₂、环状1,3-六氟丙烷二磺酰亚胺锂、环状1,2-四氟乙烷二磺酰亚胺锂、LiN(CF₃SO₂)(C₄F₉SO₂)、LiC(CF₃SO₂)₃、LiPF₄(CF₃)₂、LiPF₄(C₂F₅)₂、LiPF₄(CF₃SO₂)₂、LiPF₄(C₂F₅SO₂)₂、LiBF₂(CF₃)₂、LiBF2(C2F5)2、LiBF₂(CF₃SO₂)₂、LiBF₂(C₂F₅SO₂)₂；含二羧酸配合物锂盐，例如双(草酸根合)硼酸锂、二氟草酸根合硼酸锂、三(草酸根合)磷酸锂、二氟双(草酸根合)磷酸锂、四氟(草酸根合)磷酸锂等。另外，上述电解质可以单独使用一种，也可以同时使用两种或两种以上。例如，在一些实施例中，电解质包括LiPF₆和LiBF₄的组合。在一些实施例中，电解质包括LiPF₆或LiBF₄等无机锂盐与LiCF₃SO₃、LiN(CF₃SO₂)₂、LiN(C₂F₅SO₂)₂等含氟有机锂盐的组合。在一些实施例中，电解质的浓度在约0.8-约3mol/L的范围内，例如约0.8-约2.5mol/L的范围内、约0.8-约2mol/L的范围内、约1-约2mol/L的范围内、又例如为约1mol/L、约1.15mol/L、约1.2mol/L、约1.5mol/L、约2mol/L或约2.5mol/L。

四、隔离膜

在一些实施例中，正极极片与负极极片之间设有隔离膜以防止短路。可用于本申请的实施例中使用的隔离膜的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔离膜包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。

例如，隔离膜可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。具体的，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。

基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。

无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或几种的组合。粘结剂选自聚偏氟乙烯、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几种的组合。

聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料选自聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。

五、电化学装置

本申请的电化学装置包括发生电化学反应的任何装置，它的具体实例包括所有种类的一次电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池或电容。特别地，该电化学装置是锂二次电池，包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。在一些实施例中，本申请的电化学装置包括具有能够吸留、放出金属离子的正极活性物质的正极极片；根据本申请的实施例的负极极片；电解液；和置于正极极片和负极极片之间的隔离膜。

六、电子装置

本申请的电化学装置的用途没有特别限定，其可用于现有技术中已知的任何电子装置。在一个实施例中，本申请的电化学装置可用于，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。

下面以锂离子电池为例并且结合具体的实施例说明锂离子电池的制备，本领域的技术人员将理解，本申请中描述的制备方法仅是实例，其他任何合适的制备方法均在本申请的范围内。

实施例

以下说明根据本申请的锂离子电池的实施例和对比例进行性能评估。

一、锂离子电池的制备

1、负极极片的制备

将石墨、导电剂(导电碳黑,Super P)和粘结剂(羧甲基纤维素钠，CMC)按照97％:1％:2％的质量比混合，制得石墨浆料。将制得的石墨浆料涂布在负极集流体上，制成石墨涂层。在石墨涂层上涂布硅混合物，制成负极膜片。将制得的负极膜片冷压使其具有1.8g/cc的压实密度，得到负极极片。

2、正极极片的制备

将钴酸锂、导电炭黑和聚偏二氟乙烯按照97％:1％:1％的质量比混合，制得正极浆料。将制得的正极浆料涂布在正极集流体铝箔上，制成正极膜片。将制得的正极膜片冷压使其具有4.15g/cc的压实密度，得到正极极片。

3、电解液的制备

在干燥氩气环境下，在EC、PC和DEC(重量比1：1：1)混合而成的溶剂中，加入LiPF₆混合均匀，其中LiPF₆的浓度为1.15mol/L，得到电解液。

4、隔离膜的制备

以PE多孔聚合物薄膜作为隔离膜。

5、锂离子电池的制备

将负极极片和正极极片极分别裁成需要的宽度与长度、焊接极耳、卷绕，形成裸电芯。将裸电芯封装、烘烤、注液，然后常温静置24小时，随后在60℃下静置12小时。经过化成、容量等工序制得锂离子电池。

二、测试方法

1、OI值的测试方法

按照中华人民共和国机械行业标准JB/T 4220-2011《人造石墨的点阵参数测定方法》测试负极极片中的碳涂层的X射线衍射图谱中的004衍射线图形和110衍射线图形。试验条件如下：X射线采用CuK_α辐射，CuK_α辐射由滤波片或单色器除去。X射线管的工作电压为(30-35)kV，工作电流为(15-20)mA。计数器的扫描速度为1/4^(°)/min。在记录004衍射线图形时，衍射角2θ的扫描范围为53°-57°。在记录110衍射线图形时，衍射角2θ的扫描范围为75°-79°。由004衍射线图形得到的单位晶胞长度的c轴长度记为C004。由所述110衍射线图形得到的单位晶胞长度的a轴长度记为C110。通过下式计算OI值：

OI值＝C004/C110

2、负极极片的延展率的测试方法

分别测量锂离子电池循环前和循环后的负极极片的基材的宽度。通过下式计算基材在循环终止时的延展率：

基材的X/Y延展率＝循环后基材宽度/循环前基材宽度-1

基材的Z延展率＝循环后基材厚度/循环前基材厚度-1

3、石墨层的延展率的测试方法

分别测量锂离子电池循环前和循环后的石墨层的宽度。通过下式计算石墨层在循环终止时的延展率：

石墨层的X/Y延展率＝循环后石墨层宽度/循环前石墨层宽度-1

石墨层的Z延展率＝循环后石墨层厚度/循环前石墨层厚度-1

4、拉伸强度的测试方法

按照中华人民共和国国家标准GB/T 5230-1995《电解铜箔》测试负极极片的基材的拉伸强度。试验条件如下：取一定长度的试样，测量试样截面积为S₀；试验机以50mm/min的速度对试样进行拉伸，直至拉断；由测力度盘或拉伸曲线上读出最大负荷F_b；按下式计算拉伸强度σ_b：

σ_b＝F_b/S₀

5、延伸率的测试方法

按照中华人民共和国国家标准GB/T 5230-1995《电解铜箔》测试负极极片的基材的延伸率。试验条件如下：取一定长度的试样，在试样上划出两条标记，两标线之间的距离记为L₀；试验机以50mm/min的速度对试样进行拉伸，直至拉断；测量拉断后两标线之间的距离，记为L₁；按下式计算伸长率δ：

δ＝[(L1-L0)/L0]×100％

三、测试结果

表1和图3展示了不同石墨材料在循环前和循环后的OI值以及使用该材料的石墨层的X/Y和Z延展率。

表1

	循环前的OI值	循环后的OI值	X/Y延展率	Z延展率
					石墨1	19.3	13.2	0.20％	35.80％
石墨2	18.55	11.1	0.22％	35.50％
					石墨3	16.55	10.9	0.22％	35.30％
石墨4	15.2	10.4	0.23％	35.10％
					石墨5	13.53	9.8	0.25％	35.10％
石墨6	12.1	8.6	0.28％	35.00％
					石墨7	10.6	7.2	0.30％	34.80％
石墨8	8.0	5.6	0.34％	34.70％
					石墨9	7.0	4.7	0.45％	34.60％
石墨10	5.9	3.9	0.70％	34.20％

结果表明，石墨层的X/Y延展率随着石墨材料在循环前和循环后的OI值的升高而降低，石墨层的Z延展率随着石墨材料在循环前和循环后的OI值的升高而升高。

表2展示了各种基材的拉伸强度和延伸率，其中当传统基材(即，电解铜箔)具有大于400MPa的拉伸强度时，其延伸率通常较大(>2％)。本申请使用的高强度基材(即，压延铜箔)不仅具有高拉伸强度(大于400MPa)，同时具有低延伸率(<2％)。

表2

根据以下表3中各实施例和对比例的设置制备负极极片，其中硅混合物1、2和3由含有17重量％硅的硅碳与石墨混合而成，所形成的混合物具有3.5重量％硅。硅混合物1、2和3具有不同的颗粒度，其中硅混合物1的粒径分布为：Dv10 3.5μm、Dv50 8.1μm、Dv90 25.4μm和Dv99 51.0μm；硅混合物2的粒径分布为：Dv10 4.7μm、Dv50 12.1μm、Dv90 28.9μm和Dv99 46.4μm；硅混合物3的粒径分布为：Dv10 3.7μm、Dv50 7.9μm、Dv90 16.2μm和Dv9923.8μm。采用上述负极极片制备锂离子电池，并测试锂离子电池循环终止时的负极极片的X/Y和Z延展率。结果如表3所示。

表3

结果表明，石墨层可成功地应用于各种硅混合物层与各种基材之间。以实施例S46为例，图4展示了所得到的负极极片，其包括基材401、石墨层402和硅混合物层403。刮取该负极极片的上层(即，硅混合物层403)进行XRD和粒径测试，结果如图5所示。刮取该负极极片的下层(即，石墨层402)进行XRD和粒径测试，结果如图6所示。

表3中的数据还表明，在硅混合物与基材之间使用OI值大于15的石墨层(即，石墨1和3)可显著降低负极极片的X/Y延展率，即，X/Y延展率小于0.5％。在使用OI值大于15的石墨层的基础上，将传统基材(即，基材1和2)替换为高强度基材(即，基材6)可进一步降低负极极片的X/Y延展率，即，X/Y延展率小于0.4％。

图7展示了对比例D5、实施例S24、实施例S21和实施例S36的锂离子电池循环后负极极片。结果表明，如图7中D5和S24所示，在硅混合物与基材之间不使用石墨或者使用OI值小于15的石墨时，负极极片出现褶皱并发生变形。如图7中S21所示，在硅混合物与基材之间使用OI值大于15的石墨层时，褶皱和变形现象得以显著改善。如图7中S36所示，将S21中的基材替换为高强度基材后，褶皱和变形现象得以进一步改善。

整个说明书中对“实施例”、“部分实施例”、“一个实施例”、“另一举例”、“举例”、“具体举例”或“部分举例”的引用，其所代表的意思是在本申请中的至少一个实施例或举例包含了该实施例或举例中所描述的特定特征、结构、材料或特性。因此，在整个说明书中的各处所出现的描述，例如：“在一些实施例中”、“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在另一个举例中”，“在一个举例中”、“在特定举例中”或“举例“，其不必然是引用本申请中的相同的实施例或示例。此外，本文中的特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例或举例中结合。

尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims

1.一种负极极片，包括基材、活性物质层和在所述基材和所述活性物质层之间的碳涂层，其中所述碳涂层的X射线衍射图谱包括004衍射线图形和110衍射线图形，由所述004衍射线图形得到的单位晶胞长度的c轴长度C004与由所述110衍射线图形得到的单位晶胞长度的a轴长度C110的比值C004/C110为所述碳涂层的OI值，且所述OI值大于15，且其中所述活性物质层为硅活性物质层。

2.根据权利要求1所述的负极极片，其中所述基材具有大于400MPa的拉伸强度和小于2％的延伸率。

3.根据权利要求1所述的负极极片，其中所述碳涂层选自天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳或其组合。

4.根据权利要求2所述的负极极片，其中所述基材选自铜、镍、铜合金、镍合金或其组合。

5.根据权利要求1所述的负极极片，其中所述硅活性物质层包含不小于0.1重量％的硅。

6.一种电化学装置，包括：

正极极片；和

根据权利要求1-5中任一权利要求所述的负极极片。

7.根据权利要求6所述的电化学装置，所述电化学装置为锂离子电池。

8.一种电子装置，其包括根据权利要求6或7所述的电化学装置。