CN111029527A - 负极和包含所述负极的电化学装置及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及负极及包含所述负极的电化学装置及电子装置。所述负极包括：负极集流体、第一负极活性材料层以及第二负极活性材料层。所述第一负极活性材料层单面设置在所述负极集流体的第一部分，且所述第二负极活性材料层双面设置在所述负极集流体的不同于所述第一部分的第二部分，其中所述第一负极活性材料层与所述第二负极活性材料层在所述负极集流体上的单位面积重量的比值为0.47至0.52，且所述第一负极活性材料层与所述第二负极活性材料层的压实密度的比值为0.9至1.1。通过采用上述负极能够从负极结构方向改善电化学装置的极化和析锂，从而提升电化学装置的循环性能和安全性能。

Description

负极和包含所述负极的电化学装置及电子装置
技术领域
本申请涉及储能技术领域，尤其涉及负极以及包括所述负极的电化学装置及电子装置。
背景技术
随着移动电子技术的高速发展，人们使用诸如手机、平板、笔记本电脑、无人机等的移动电子装置的频率和体验要求越来越高。因此，为电子装置提供能源的电化学装置(例如，锂离子电池)需要表现出更高的能量密度、更大的倍率、更高的安全性以及在反复充放电过程后更小的容量衰减。
锂离子电池在循环过程中由于负极的极化导致锂金属的析出，是损害锂离子电池的循环性能的其中一个主要原因。有鉴于此，需要降低负极在电池循环过程中的极化，而对负极结构作进一步的研究及优化是其中一个可行的解决方案。
发明内容
本申请提供一种负极和包含所述负极的电化学装置及电子装置以试图在至少某种程度上解决至少一个存在于相关领域中的问题。
根据本申请的一个方面，本申请提供了一种负极，所述负极包括：负极集流体、第一负极活性材料层以及第二负极活性材料层。所述第一负极活性材料层单面设置在所述负极集流体的第一部分，且所述第二负极活性材料层双面设置在所述负极集流体的不同于所述第一部分的第二部分，其中所述第一负极活性材料层与所述第二负极活性材料层在所述负极集流体上的单位面积重量的比值K为约0.47至0.52，且所述第一负极活性材料层与所述第二负极活性材料层的压实密度的比值R为约0.9至1.1。
根据本申请的另一个方面，本申请提供了一种电化学装置，其包括：正极、隔离膜以及上述负极。
根据本申请的另一个方面，本申请提供了一种电子装置，所述电子装置包含上述的电化学装置。
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为本申请实施例的负极的结构示意图。
图2为硅基材料与石墨的混合而成的负极活性材料冷压前后的示意图。
图3为本申请实施例4与对比例2的循环容量曲线图。
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。在本申请说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质”及“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％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％(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％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。
在本说明书中，除非经特别指定或限定之外，相对性的用词例如：“中央的”、“纵向的”、“侧向的”、“前方的”、“后方的”、“右方的”、“左方的”、“内部的”、“外部的”、“较低的”、“较高的”、“水平的”、“垂直的”、“高于”、“低于”、“上方的”、“下方的”、“顶部的”、“底部的”以及其衍生性的用词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)应该解释成引用在讨论中所描述或在附图中所描示的方向。这些相对性的用词仅用于描述上的方便，且并不要求将本申请以特定的方向建构或操作。
另外，有时在本文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。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。
在现有技术中，为了追求最佳的能量密度，以及制备工艺上的稳定及简便，对卷绕式的电极组件会采用在极片的中间部分双面设置活性材料并在极片的端部单面设置活性材料的设计。参考图1，由于制备工艺上的限制，现有技术中的锂离子电池的锂金属往往会在负极活性材料的单面设置的区域102A以及双面设置的区域与其相邻的区域(占整个负极活性材料层涂布区域10％面积的区域)103A析出(下文中，术语“析锂”为锂金属的析出)。
同时，替换具有更高克容量的负极活性材料也是提高能量密度的一个办法，其中硅具有高的理论克容量(4200mAh/g)，在锂离子电池中的应用有着广阔的前景。但硅基材料在充放电循环过程中，由于导电性差，锂离子嵌入和脱出时容易在负极表面聚集造成析锂。同时，由于硅基材料的受热膨胀率高，当采用中间部分双面设置活性材料并在负极的端部单面设置活性材料的负极设计时，更容易导致单面设置的区域与双面设置的区域的交界处受热变形，进而加剧析锂。析锂代表锂离子电池中锂离子的损失，造成电池容量损失，并加速循环衰减，使得锂离子电池的循环性能降低。另外，析锂可能会造成正极的锂离子过量脱出以补充损失的锂离子，进而破坏正极结构。
本申请通过调控单双面活性材料层的设置重量以及冷压过程中单双面活性材料层的压实密度比例，从负极结构方向改善极化和析锂，提升锂离子电池的循环性和安全性。
图1为本申请实施例的负极的结构示意图。
根据本申请的一个方面，本申请提供了一种负极10，其包括：负极集流体101、第一负极活性材料层102及第二负极活性材料层103，所述第一负极活性材料层102单面设置在所述负极集流体10的第一部分；以及第二负极活性材料层103，所述第二负极活性材料层103双面设置在所述负极集流体10的不同于所述第一部分的第二部分，其中所述第一负极活性材料层102与所述第二负极活性材料层103在所述负极集流体10上的单位面积重量的比值K为约0.47至约0.52，且所述第一负极活性材料层102与所述第二负极活性材料层103的压实密度的比值R为约0.9至约1.1。
在另一些实施例中，所述第一负极活性材料层102与所述第二负极活性材料层103在所述负极集流体10上的单位面积重量的比值为约0.5，且所述第一负极活性材料层与所述第二负极活性材料层的压实密度的比值为约0.97至约1.0。
在循环过程中，当负极活性材料层在负极集流体上的单位面积重量不一致，会造成具有不同单位面积重量的活性材料层分布的电流密度不均匀，负极电流密度不均匀时，会造成锂离子的滞留情况不一样，电流密度大则锂离子传输受限的情况下更容易在表面滞留，造成析锂。当第一负极活性材料层102与所述第二负极活性材料层103在所述负极集流体10上的单位面积重量越一致时，能够保持负极的电流密度分布，进而降低析锂的状况。
在本文中，术语“压实密度”为单位面积集流体上的活性材料的重量除以冷压后活性材料层在集流体表面垂直方向上的总厚度。
图2为硅基材料与石墨的混合而成的负极活性材料冷压前后的示意图。
如图2所示，硅基材料与石墨的混合而成的负极活性材料在冷压前通过X射线衍法测定后110晶面衍射峰的强度C110较高，代表冷压前的负极活性材料的晶体结构排列呈110晶面。而在冷压后，随著压实密度越来越高则负极活性材料通过X射线衍法测定后004晶面衍射峰的强度C004也随著增加，代表随著压实密度的提高负极活性材料的晶体结构排列也会逐渐倾向于004晶面。当负极活性材料的晶体结构排列呈004晶面时，锂离子嵌入与脱出的阻力较大。因此，负极活性物质层的压实密度越高，就越容易析锂。
当第一负极活性材料层102与所述第二负极活性材料层103的压实密度越一致时，其在负极活性材料的单面设置的区域102A以及双面设置的区域与其相邻的区域103A处的析锂状况则越平均。因此，不容易造成负极活性材料的单面设置的区域102A或是双面设置的区域与其相邻的区域103A任何单一处大量的析锂，进而降低析锂的状况，并提升电化学装置的循环性能。
在一些实施例中，所述第一负极活性材料层与所述第二负极活性材料层的压实密度各自独立的为约1.3g/cm3至约2.0g/cm3。
在一些实施例中，所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层各自独立地包含硅基材料及石墨，其中所述硅基材料选自由氧化硅、硅碳及其组合所组成的群组。在一些实施例中，氧化硅为通式SiOx所代表，其中0.5≤x≤1.6。
在一些实施例中，所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层中所述硅基材料的重量以所述硅基材料及所述石墨的总重量计为大于或等于约5％且小于约100％。在另一些实施例中，所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层中所述硅基材料的重量为约10％至约40％。在另一些实施例中，所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层中所述硅基材料的重量为约15％。
由于所述第一负极活性材料层与所述第二负极活性材料层的负极活性材料包含所述硅基材料和所述石墨。其中，所述硅基材料的Dv99较小，一般小于约20μm，但是石墨的Dv99较大，一般可达到约30μm以上，极片压实的厚度至少要比单颗颗粒的粒径要大，不然颗粒会被压碎，导致循环衰减加速。
在一些实施例中，所述第一负极活性材料层与所述第二负极活性材料层的单层厚度各自独立的为约40μm至约60μm。在一些实施例中，所述第二负极活性材料层的总厚度为约80μm至约120μm。
在一些实施例中，所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层的颗粒度Dv50为约8.0μm至约20μm。在另一些实施例中，所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层的颗粒度Dv50大致为，例如，约8.0μm、约9.0μm、约10.0μm、约12.0μm、约14.0μm、约16.0μm、约18.0μm、约20.0μm或这些数值中任意两者组成的范围。
在一些实施例中，所述硅基材料的型态包括晶态、非晶态或其组合。
在一些实施例中，所述硅基材料的颗粒度Dv50为约4.0μm至约10μm。在另一些实施例中，所述硅基材料的颗粒度Dv50大致为，例如，约4.0μm、约5.0μm、约6.0μm、约7.0μm、约8.0μm、约9.0μm、约10.0μm或这些数值中任意两者组成的范围。
在一些实施例中，所述硅基材料进一步包含碳包覆层。
在一些实施例中，所述硅基材料在拉曼光谱(Jobin Yvon LabRAM HR光谱仪，波长；532nm，测试范围：50cm-1～2000cm-1)中，在约500cm-1±10cm-1的波数上的峰高度与在约1350cm-1±10cm-1的波数上的峰高度的比值大于0。其中，在约500cm-1处的波数上表现出的是硅的拉曼特征峰，在约1350cm-1处的波数上是硅表面包覆层碳的特征峰。
在一些实施例中，所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层各自独立地包含粘结剂及导电剂，其中所述粘结剂包括选自由聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾及其组合所组成的群组，且所述导电剂包括选自由导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨烯及其组成所组成的群组。
应理解，本领域技术人员可以根据实际需要选择添加本领域任何常规的粘结剂或导电剂，而不受期限制。
在一些实施例中，以所述第一负极活性材料层的总重量计，所述第一负极活性材料层中的所述硅基材料及所述石墨的总重量为约94％至约96％，所述粘结剂的重量为约2.8％至约4.0％，且所述导电剂的重量为约0.4％至约1.6％。
在一些实施例中，以所述第二负极活性材料层的总重量计，所述第二负极活性材料层中的所述硅基材料及所述石墨的总重量为约94％至约96％，所述粘结剂的重量为约2.8％至约4.0％，且所述导电剂的重量为约0.4％至约1.6％。
在一些实施例中，本申请负极的制备方法包括以下步骤：
取一定量的硅基材料与石墨，将其与粘结剂、导电剂按固定重量比混合后，融入去离子水中搅拌均匀。搅拌后，通过筛选得到混合浆料。其中，混合浆料的粘度为约2500mPa.S至约4000mPa.S之间，固含量为约35％至约50％。
将混合浆料分别涂布于铜箔集流体上，其中单面涂布的部分的单位面积重量为约65g/m2至约130g/m2，双面涂布的部分的单位面积重量为约130g/m2至约260g/m2，并进行烘干。烘干后，进行冷压处理，以得到第一负极活性材料层与第二负极活性材料层其中第二负极活性材料层的压实密度为约1.3g/cm3至约2.0g/cm3，第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的压实密度比例R为约0.9至约1.1，，随后通过裁切程序后得到负极。
应理解，本申请实施例中的负极的制备方法中的各步骤，在不违背本申请的精神下，可以根据具体需要选择或替换本领域的其他的常规处理方法，而不受其限制。
根据本申请的另一个方面，本申请的一些实施例还提供了包括本申请负极的电化学装置。在一些实施例中，所述电化学装置为锂离子电池。所述锂离子电池包括：上述实施例中的负极、隔离膜以及正极，隔离膜设置于正极与负极之间。
在一些实施例中，所述正极集流体可以为铝箔或镍箔，所述负极集流体可为铜箔或镍箔，然而，可以采用本领域常用的其他正极集流体及负极集流体，而不受其限制。
在一些实施例中，正极包括能够吸收和释放锂(Li)的正极材料(下文中，有时称为“能够吸收/释放锂Li的正极材料”)。能够吸收/释放锂(Li)的正极材料的实例可以包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂和富锂锰基材料中的一种或多种。
在上述正极材料中，钴酸锂的化学式可以为LiyCoaM1bO2-c，其中，M1表示选自镍(Ni)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)、钇(Y)、镧(La)、锆(Zr)和硅(Si)中的至少一种，y、a、b和c值分别在以下范围内：0.8≤y≤1.2、0.8≤a≤1、0≤b≤0.2、-0.1≤c≤0.2；
在上述正极材料中，镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂的化学式可以为LizNidM2eO2-f，其中，M2表示选自钴(Co)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)、锆(Zr)和硅(Si)中的至少一种，z、d、e和f值分别在以下范围内：0.8≤z≤1.2、0.3≤d≤0.98、0.02≤e≤0.7、-0.1≤f≤0.2；
在上述正极材料中，锰酸锂的化学式为LiuMn2-gM3gO4-h，其中M3表示选自钴(Co)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)和钨(W)中的至少一种，z、g和h值分别在以下范围内：0.8≤u≤1.2、0≤g<1.0和-0.2≤h≤0.2。
在一些实施例中，所述正极能够进一步包含粘结剂及导电剂中的至少一种。应理解，本领域技术人员可以根据实际需要选择本领域常规的粘结剂及导电剂，而不受其限制。
在一些实施例中，隔离膜包括，但不限于，选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和芳纶中的至少一种。举例来说，聚乙烯包括选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯中的至少一种组分。尤其是聚乙烯和聚丙烯，它们对防止短路具有良好的作用，并可以通过关断效应改善电池的稳定性。
本申请的锂离子电池还包括电解质，所述电解质可以是凝胶电解质、固态电解质和电解液中的一种或多种，电解液包括锂盐和非水溶剂。
在一些实施例中，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiSiF6、LiBOB和二氟硼酸锂中的一种或多种。举例来说，锂盐选用LiPF6，因为它可以给出高的离子导电率并改善循环特性。
所述非水溶剂可为碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、其它有机溶剂或它们的组合。
上述碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物、氟代碳酸酯化合物或其组合。
上述其它有机溶剂的实例为二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯、和磷酸酯及其组合。
在一些实施例中，非水溶剂选自由碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚丙酯、醋酸甲酯、丙酸乙酯、氟代碳酸乙烯酯及其组合所组成的群组。
应理解，本申请实施例中的负极、正极、隔离膜以及锂离子电池的制备方法，在不违背本申请的精神下，可以根据具体需要选择本领域任何合适的常规方法，而不受其限制。在制造电化学装置的方法的一个实施方案中，所述锂离子电池的制备方法包括：将上述实施例中的负极、隔离膜及正极按顺序卷绕、折叠或堆叠成电极组件，将所述电极组件装入例如铝塑膜中，并注入电解液，随后进行真空封装、静置、化成、整形等工序，以获得锂离子电池。
虽然上面以锂离子电池进行了举例说明，但是本领域技术人员在阅读本申请之后，能够想到由本申请的负极可以用于其他合适的电化学装置。这样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。
本申请的一些实施例进一步提供了一种电子装置，所述电子装置包含本申请实施例中的电化学装置。
本申请实施例的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，所述电子装置可以包括，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。
具体实施例
下面列举了一些具体实施例和对比例并分别对其负极进行单位重量及压实密度测试并对其电化学装置(锂离子电池)进行循环性能测试及析锂测试以更好地对本申请的技术方案进行说明。
一、测试方法
激光粒度分析：
激光粒度测试是根据不同大小的颗粒能使激光产生不同强度散射的原理来测试粒度分布的。表征颗粒粒度特性的主要指标有Dn10、Dv10、Dv50、Dv90、Dv99等等，其中，Dv50被称为颗粒度，表示样品在体积基准的粒度分布中，从小粒度算起、体积累积达到总体积50％时的粒度。本申请实施例及对比例采用Mastersizer 3000激光粒度分布测试仪分析样品的颗粒的粒度：将负极活性材料的样品分散在100mL的分散剂(去离子水)中，使遮光度达到8～12％。随后在超声强度为40KHz及180w下对样品进行超声处理5分钟。待超声处理后，将对样品进行激光粒度分布分析，得到粒度分布数据。
单位重量及压实密度测试：
从待测负极上的第一负极活性材料层与第二负极活性材料层沿负极集流体表面分别取得面积为1540.25mm2的小圆片的活性材料样品。在去除负极集流体后，记录其负极活性材料的重量。每组取12处不同位置的活性材料样品，并计算第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的单位面积重量。
量测负极上的第一负极活性材料层与第二负极活性材料层在集流体表面垂直方向上的总厚度(去除集流体厚度)。每组取12处不同位置的活性材料样品，并计算第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的压实密度。压实密度＝负极活性材料的重量/在集流体表面垂直方向上的总厚度。
循环性能测试：
将以下实施例及对比例的锂离子电池置于25℃±2℃的恒温箱中静置2小时，以0.5C恒流充电至4.45V，然后以4.45V恒压充电至0.02C并静置15分钟；再以0.5C恒流放电至3.0V，此为一次充放电循环过程，记录锂离子电池首次循环的放电容量；而后按上述方法重复进行充放电循环过程，并记录每次充放电循环过程的放电容量，随后将其与首次循环的放电容量比较得到循环容量曲线。
每组取4块锂离子电池，计算锂离子电池的容量保持率的平均值。锂离子电池的循环保持率＝第400次循环的放电容量(mAh)/首次循环后的放电容量(mAh)×100％。
析锂测试：
将以下实施例及对比例的锂离子电池置于25℃±2℃的恒温箱中静置2小时，以0.5C恒流放电至3.00V。静置5分钟后，以0.7C恒流充电至4.45V，然后以4.45V恒压充电至0.02C。此为一次析锂测试循环，重复10次上述析锂测试循环后，将锂离子电池以0.5C恒流放电至3.00V，后拆解锂离子电池并计算析锂面积(呈灰色)占负极活性材料层的面积的比值S。根据满充负极析锂面积(呈灰色)与负极活性材料层的面积的比值S来判断析锂的程度：小于3％为轻微析锂、3％至5％为析锂、大于5％为严重析锂。
二、制备方法
正极的制备
将钴酸锂(LiCoO2)、导电炭黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比96.7：1.7：1.6的比例溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，形成正极浆料。采用铝箔作为正极集流体，将正极浆料涂覆于正极集流体上，经过干燥、冷压、裁切程序后得到正极。
电解液的制备
在含水量小于10ppm的环境下，将六氟磷酸锂、氟代碳酸乙烯酯(FEC)与非水有机溶剂(碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸二乙酯(DEC)＝1；1；1，重量比)配制成氟代碳酸乙烯酯的重量浓度为10wt％且六氟磷酸锂浓度为1mol/L的电解液。
锂离子电池的制备
采用以聚乙烯(PE)多孔聚合薄膜作为隔离膜。将上述正极、隔离膜与以下实施例与对比例的负极的依顺序堆叠，使隔离膜处于正极与负极中间起到隔离的作用，然后卷绕成电极组件。随后将该电极组件装入铝塑膜包装袋中，并在80℃下脱去水分后，获得干电极组件。随后将上述电解液注入干电极组件中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，即完成以下各实施例和对比例的锂离子电池的制备。
实施例1
将400克的SiOx(0.5≤x≤1.6)、2400克的人造石墨和35克的导电碳黑加入到搅拌器中，在公转速度为20圈/分钟下搅拌120分钟。随后，将95克的聚丙烯酸加入到搅拌中的混合物内，在公转速度为20圈/分钟及自转转速为1200圈/分钟下搅拌60分钟，再加入去离子水搅拌120分钟，得到混合浆料。将混合浆料用170目双层筛网过滤，即得到负极浆料。
采用铜箔作为负极集流体，将所述负极浆料涂布于负极集流体上，其中单面涂布的部分的单位面积重量为76.6g/m2，双面涂布的部分的单位面积重量为153.2g/m2，两者的涂布重量比K为0.5并进行烘干。烘干后，进行冷压处理，以得到第一负极活性材料层与第二负极活性材料层，其中第二负极活性材料层的压实密度为1.78g/cm3，第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的压实密度比例R为0.9，随后通过裁切程序后得到负极。
实施例2
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例2中第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的压实密度比例R为0.95。
实施例3
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例3中第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的压实密度比例R为0.97。
实施例4
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例4中第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的压实密度比例R为1.0。
实施例5
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例5中第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的压实密度比例R为1.1。
实施例6
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例6中单面涂布的部分的单位面积重量为76.6g/m2，两者单位面积上的涂布重量比K为0.47。
实施例7
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例7中单面涂布的部分的单位面积重量为76.6g/m2，两者单位面积上的涂布重量比K为0.52。
实施例8
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是实施例8中采用的硅基材料为400克的硅碳(SiC)。
对比例1
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是对比例1中第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的压实密度比例R为0.85。
对比例2
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是对比例2中第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的压实密度比例R为1.5。
对比例3
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是对比例3中单面涂布的部分的单位面积重量为76.6g/m2，两者单位面积上的涂布重量比K为0.4。
对比例4
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是对比例4中单面涂布的部分的单位面积重量为76.6g/m2，两者单位面积上的涂布重量比K为0.55。
对比例5
与对比例1的制备方式相同，不同的地方是对比例5中采用的硅基材料为400克的硅碳(SiC)。
对比例6
与实施例1的制备方式相同，不同的地方是对比例6中采用的硅基材料为400克的硅碳(SiC)，且第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的压实密度比例R为1.2。
对以上实施例及对比例的负极，并对其进行单位重量及压实密度测试。随后对锂离子电池进行循环性能测试以及存储膨胀率测试，并记录其测试结果。
实施例1-8及对比例1-6的负极的统计数值及通过单位重量及压实密度测试、循环性能测试及析锂测试的结果如下表1所示。
表1
Figure BDA0002313164480000131
如表1所示，本申请实施例相较于其对应对比例能够有效的降低负极上的析锂现象，同时提升锂离子电池的循环容量保持率。
通过比较实施例1-5和8与对比例1、2、5和6可知，第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的压实密度比值R越接近1，则越能够降低负极的析锂情况。其中，当第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的单位面积重量比值K为0.5时，由于极片涂布重量均匀，第一负极活性材料层与第二负极活性材料层之间的电流密度相同，此时R值＜1时表明第一负极活性材料层区域的压实密度较低，锂离子更容易在第一负极活性材料层区域嵌入和脱出，所以第一负极活性材料层区域不存在析锂。当R＞1时表明第一负极活性材料层区域的压实密度较大，锂离子脱嵌阻力更大，更容易在第一负极活性材料层区域析锂。
图3为本申请实施例4与对比例2的循环容量曲线图。
如图3所示，实施例4中的新鲜的负极的第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的压实密度比值R为1。经过400圈循环后，其由于其压实密度一致，不容易产生膨胀变形其R值并没有太多的变化。因此，实施例4的锂离子电池能够在循环过程中一直保持极高的容量保持率。相对的，对比例2的负极的压实密度比值R为1.5，在经过400圈循环后，原先不一致的压实密度会导致负极上第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的硅基材料含量不同，进而导致其膨胀率不一致，加剧压实密度的变化。因此，对比例2的锂离子电池的容量保持率会急速的下降。
通过比较实施例4、6和7与对比例3和4可知，第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的单位面积重量比值K越接近0.5则越能够降低负极的析锂情况。当K＜0.5时，表明第一负极活性材料层区域的负极活性材料较少，导致循环过程中第一负极活性材料层区域的电流密度大，更容易析锂；当K＞0.5时，表明第一负极活性材料层区域的负极活性材料较多，导致循环过程中第一负极活性材料层区域的电流密度小，不易析锂。
通过上述实施例及对比例的比较，可以清楚的理解本申请的负极通过控制第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的单位面积重量比值K与压实密度比值R，能够有效的降低析锂的程度，从而提高其锂离子电池的循环性能。
整个说明书中对“一些实施例”、“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 (11)

1.一种负极，其包括：
负极集流体；
第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层单面设置在所述负极集流体的第一部分；以及
第二负极活性材料层，所述第二负极活性材料层双面设置在所述负极集流体的不同于所述第一部分的第二部分，
其中所述第一负极活性材料层与所述第二负极活性材料层在所述负极集流体上的单位面积重量的比值为0.47至0.52，且所述第一负极活性材料层与所述第二负极活性材料层的压实密度的比值为0.9至1.1。
2.根据权利要求1所述的负极，其中所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层各自独立地包含硅基材料及石墨，其中所述硅基材料选自由氧化硅、硅碳及其组合所组成的群组。
3.根据权利要求2所述的负极，其中所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层中所述硅基材料的重量以所述硅基材料及所述石墨的总重量计为大于或等于5％且小于100％。
4.根据权利要求2所述的负极，其中所述硅基材料的型态包括晶态、非晶态或其组合，其中所述第一负极活性材料层的颗粒度Dv50为8.0μm至20μm，且所述第二负极活性材料层的颗粒度Dv50为8.0μm至20μm。
5.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的负极，其中所述硅基材料在拉曼光谱中，在500cm-1±10cm-1的波数上的峰高度与在1350cm-1±10cm-1的波数上的峰高度的比值大于0。
6.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的负极，其中所述硅基材料进一步包含碳包覆层。
7.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的负极，其中所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层各自独立地包含粘结剂及导电剂，其中所述粘结剂包括选自由聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾及其组合所组成的群组，且所述导电剂包括选自由导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨烯及其组成所组成的群组。
8.根据权利要求7所述的负极，其中，以所述第一负极活性材料层的总重量计，所述第一负极活性材料层中的所述硅基材料及所述石墨的总重量为94％～96％，所述粘结剂的重量为2.8％至4.0％，且所述导电剂的重量为0.4％至1.6％；以及
以所述第二负极活性材料层的总重量计，所述第二负极活性材料层中的所述硅基材料及所述石墨的总重量为94％～96％，所述粘结剂的重量为2.8％至4.0％，且所述导电剂的重量为0.4％至1.6％。
9.根据权利要求1所述的负极，其中所述第一负极活性材料层的厚度为40μm至60μm，且所述第二负极活性材料层的单层厚度为40μm至60μm。
10.一种电化学装置，其包括：
正极；
隔离膜；以及
根据权利要求1至9中任一项所述的负极。
11.一种电子装置，其包含权利要求10所述的电化学装置。
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