CN111129503A - 一种负极极片以及二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种负极极片，包括负极集流体和形成于负极集流体上的多层活性物质层；所述多层活性物质层至少包括第一活性物质层和第二活性物质层；第一活性物质层包含第一负极活性物质，第二活性物质层包含第二负极活性物质；第一活性物质层负极活性物质的克容量与其厚度的比值为3.5～10.0。第二活性物质层负极活性物质的克容量与其厚度的比值为6.5～23.0。使用本发明负极极片的电池可以同时具有很高的能量密度和良好的循环寿命。

Description

一种负极极片以及二次电池
技术领域
本申请涉及二次电池技术领域，具体地涉及一种负极极片以及使用该负极极片的二次电池。
背景技术
二次电池由于具有能量密度高、工作电压高和使用寿命长以及低自放电的优点，近年来已经得到广泛的应用。此外，随着电动汽车的日益普及，对二次电池的需求也出现爆发式增长。但同时有几个问题仍困扰着广大消费者：安全性、成本及续航里程。
其中续航里程的提升主要依靠电芯能量密度的提升，通常解决该问题有两种途径：1)将极片涂厚，使得单位面积活性物质容量增加，从而提升能量密度。2)选用高克容量活性物质，使得相同的极片厚度电芯能量密度可以更高。但以上两种方案均存在问题。例如涂布厚度增加后，电池极化严重，影响电芯的循环寿命。克容量(负极石墨材料)增加后，负极石墨材料的脱嵌锂能力变差，若充电倍率较大，正极脱出的锂离子来不及嵌入到负极材料中，将导致金属锂在极片表面析出，引发副反应和产生大量副产物，从而导致循环跳水甚至引发安全问题。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明提供了一种负极极片及二次电池，所述二次电池同时具有高能量密度、长循环寿命和快速充电性能。
为了实现本发明的目的，本发明一方面提供了一种负极极片，所述负极极片包括负极集流体、设置在负极集流体的至少一个表面上的第一活性物质层以及设置在第一活性物质层上的第二活性物质层；
其中第一活性物质层包含第一负极活性物质，第二活性物质层包含第二负极活性物质；
在所述负极极片中，满足以下关系：3.5≤A/B≤10.0；且6.5≤C/D≤23.0，其中，
A为第一负极活性物质的克容量，
B为第一活性物质层的厚度，
C为第二负极活性物质的克容量，
D为第二活性物质层的厚度。
本发明的另一方面提供了一种二次电池，包括本发明一方面的负极极片。
相对于现有技术，本发明至少包括如下所述的有益效果：
本发明的负极极片包括双活性物质层结构，且在设计时调节各活性物质层的厚度与活性物质层中活性物质的克容量，得到了兼顾高能量密度、长循环寿命和快速充电性能的二次电池。
具体实施方式
下面详细说明根据本发明的负极极片及二次电池。
首先说明本发明一方面提供的负极极片，所述负极极片包括负极集流体、设置在负极集流体的至少一个表面上的第一活性物质层以及设置在第一活性物质层上的第二活性物质层；
其中第一活性物质层包含第一负极活性物质，第二活性物质层包含第二负极活性物质；
在所述负极极片中，满足以下关系：3.5≤A/B≤10.0，且6.5≤C/D≤23.0，其中，
A为第一负极活性物质的克容量，
B为第一活性物质层的厚度，
C为第二负极活性物质的克容量，
D为第二活性物质层的厚度。
优选地，在本发明的负极极片中，6.5≤A/B≤8.5。
优选地，在本发明的负极极片中，8.0≤C/D≤11.0。
本发明的发明人发现，在相同原料相同工艺下，负极活性物质的克容量越大，负极活性物质越接近理想石墨的完整层状结构，有序化程度越高，晶体结构中缺陷越少，副反应越少，电池达到预期容量时所需要的负极活性物质越少，故负极活性物质的克容量越高，越有利于电池能量密度的提升。但是当负极活性物质的克容量过大时，石墨材料层间距过小，活性离子在材料内部的固相扩散阻力较大，活性离子进出负极活性物质越困难，不利于电池的大倍率充电能力。
本发明的发明人还发现，当负极极片活性物质层的厚度越小时，越有利于负电解液的浸润，活性离子在极片中的液相传导速度越快。电池在长期循环过程中，电池极化增加不明显，副反应少，从而避免锂枝晶在负极表面的形成引起安全问题。但是膜片厚度过小，对电芯制作工艺要求较高，极片容易出现颗粒划痕导致外观不良，另外电芯厚度过小，极片单位面积容量偏低，对电池的能量密度影响较大。
如果仅是从克容量和极片活性物质层的厚度各自优化的角度出发，对实现兼顾高能量密度、长循环寿命和快速充电性能的二次电池存在很大的局限性。
本发明的发明人通过大量研究，将负极极片设计成双层结构，通过调整活性物质层的厚度与负极活性物质的克容量的比值，使得负极极片同时满足以下关系：3.5≤A/B≤10.0，且6.5≤C/D≤23.0，可以使电池可兼具高能量密度，长循环寿命以及快速充电的特点。
在本发明设计的负极极片中，第一活性物质层中的第一负极活性物质具有高克容量，在相同厚度的情况下，一方面可以提供更高的容量，使得单位面积容量增加。另一方面，负极活性物质的克容量越高，达到相同单位面积容量所需活性物质质量越小，电芯能量密度越高。如果A/B小于3.5，表明第一活性物质的克容量偏低或第一活性活性物质层的厚度过大。此时在相同单面面积容量的情况下材料表面活性位点增多，外加活性物质层的厚度增加活性离子液相传输路径延长，阻力增加，导致极化增加，副反应增加，进而影响电芯长循环寿命。如果A/B大于10.0时，表明第一活性物质的克容量偏高，活性物质层的厚度过小。克容量越高，负极活性物质的层间距越小，活性离子的固相扩散受阻，影响电池快速充电能力。此外，极片厚度太小，对电芯制作工艺要求较高，极片容易出现颗粒划痕导致外观不良，从而影响电芯性能。
在本发明设计的负极极片中，第二活性物质层中的第二负极活性物质具有较低的克容量，对应的负极活性物质层间距越大，活性离子的固相传导速度越容易，在大倍率充电中，活性离子更容易得到还原，从而避免枝晶在负极表面的形成。如果C/D小于6.5时，表明第二活性活性物质层的厚度过大，活性物质的克容量太低。此时活性物质有序化程度太低，活性物质晶体中缺陷增加，表面活性增强，在循环过程中SEI膜会不断破坏、修复，在这个过程中将消耗更多活性锂，造成电池容量衰减。此外，极片厚度过大，使得活性离子传输路径过长，影响电池快速充电能力。如果C/D大于23.0时，表明第二活性物质的克容量过高，第二活性活性物质层的厚度太小。克容量过高，材料晶面间距越小，使得活性离子进出活性物质阻力增加，也容易增加材料体积膨胀率，影响电池快速充电能力和材料结构稳定性。
在本发明的一些实施方式中，A/B的下限值可以为5.5、6.0、6.5、7.0；A/B的上限值可以为7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0。
在本发明的一些实施方式中，C/D的下限值可以为6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、10.0；C/D的上限值可以为11.0、12.0、13.0、14.0、15.0、18.0、20.0、23.0。
优选地，在本发明的负极极片中，第一负极活性物质的克容量A大于第二负极活性物质的克容量C；更优选地，在所述负极极片中，0.70≤C/A≤0.98。当第二负极活性物质相对于第一负极活性物质具有更小的克容量时，活性物质层间距更大，有利于活性离子的快速嵌入和脱出，从而提升电池的快速充电性能；同时第一活性物质的克容量较高，可以使电池在达到相同能量密度的前提下，具有更薄的活性物质层厚度，其更有利于活性离子的扩散，从而进一步提升电池的循环寿命。
优选地，在本发明的负极极片中，第一活性物质层的厚度B大于或等于第二活性物质层的厚度D；更优选地，在所述负极极片中，0.2≤D/B≤1.0。在电池循环过程中，若第二活性物质层的厚度相对较薄，可以使活性离子能够在较短的时间内通过第二活性物质层嵌入到第一活性物质层，避免活性离子在极片表面堆积而发生析锂，从而可以进一步提升电池的快速充电性能。
优选地，在本发明的负极极片中，C/D≥A/B。第二活性物质的克容量相对较高或第二活性物质涂层的厚度相对较小，使得活性离子从正极脱出后能够快速通过第二活性活性物质层到达第一活性物质层，从而避免活性离子在极片表面的堆积，形成枝晶，导致安全问题。
优选地，在本发明的负极极片中，所述第一负极活性物质的克容量A满足以下关系：355mAh/g≤A≤380mAh/g，更优选360mAh/g≤A≤375mAh/g。
优选地，在本发明的负极极片中，所述第一活性物质层的厚度B满足以下关系：35μm≤B≤105μm，更优选40μm≤B≤60μm。
优选地，在本发明的负极极片中，所述第二负极活性物质的克容量C满足以下关系：250mAh/g≤A≤350mAh/g，更优选300mAh/g≤A≤345mAh/g。
优选地，在本发明的负极极片中，所述第二活性物质层的厚度D满足以下关系：15μm≤D≤55μm，更优选20μm≤D≤40μm。
优选地，在本发明的负极极片中，所述第一负极活性物质和所述第二负极活性物质分别选自人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或几种。
优选地，在本发明的负极极片中，所述第一负极活性物质的石墨化度大于所述第二负极活性物质的石墨化度。
第一活性物质的石墨化度越高，活性物质有序化程度越高，晶体中层错和位错等缺陷较少，表面活性低，在循环过程中容易形成稳定致密的SEI膜，有利于循环性能的提升。第二活性物质石墨化度越低，材料晶面间距越大，有利于活性离子在活性物质内的进出，减小阻力，避免活性离子在极片表面堆积，影响电池快速充电能力。因而保证第一负极活性物质的石墨化度大于第二负极活性物质的石墨化度，可以既满足电芯能量密度需求又能够保证电芯的快速充电能力。
本发明另一方面提供了一种二次电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液，其中所述负极极片为本发明一方面所提供的负极极片。
在本发明另一方面的二次电池中，正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上且包括正极活性物质的正极膜片。
在本发明另一方面的二次电池中，正极活性物质的种类不受到具体限制，可以是现有电池中可被用作二次电池正极活性物质的传统公知的材料，例如可选自锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐等。这些正极活性物质可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。优选地，正极活性物质选自LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM333)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)、LiNi0.85Co0.15Al0.05O2、LiFePO4(LFP)、LiMnPO4中的一种或几种。
在本发明另一方面的二次电池中，所述隔离膜的种类并不受到具体的限制，可以是现有电池中使用的任何隔离膜材料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯以及它们的多层复合膜，但不仅限于这些。
在本发明另一方面的二次电池中，所述电解液包括电解质盐以及有机溶剂，其中电解质盐和有机溶剂的具体种类及组成均不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择。所述电解液还可包括添加剂，添加剂种类没有特别的限制，可以为负极成膜添加剂，也可为正极成膜添加剂，也可以为能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温性能的添加剂、改善电池低温性能的添加剂等。
具体实施方式
下面以锂离子电池为例，通过具体的实施例和对比例进一步说明本发明，这些实施例只是用于说明本发明，本发明不限于以下实施例。凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
全电池的性能评估
实施例和对比例的电池均按照下述方法进行制备。
正极极片：将活性物质LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NCM811)、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按重量比96.8∶2.2∶1在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于铝箔上烘干、冷压，得到正极极片。
负极极片：将第一负极活性物质(详见表1)、Super P、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶(SBR)乳液按照96.2∶0.8∶1.2∶1.8的重量比例混合，制得第一负极活性物质浆料，涂布于集流体(铜箔)的两个个表面上得到第一活性物质层；将第二负极活性物质(详见表1)、SuperP、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶(SBR)乳液按照96.2∶0.8∶1.2∶1.8的重量比例混合，制得第二负极活性物质浆料，涂布于第一活性物质层上得到第二活性物质层。然后冷压、裁切制成负极极片。
隔离膜：以PE多孔聚合薄膜作为隔离膜。
电解液：将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照体积比3∶6∶1进行混合，接着将充分干燥的锂盐LiPF6按照1mol/L的比例溶解于混合有机溶剂中，配制成电解液。
全电池制备：将上述正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正负极中间起到隔离的作用，并卷绕得到裸电池。将裸电池置于外包装壳中，将上述制备好的电解液注入到干燥后的裸电池中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得锂离子二次电池。
实施例2～13和对比例1～6的电池均按照与实施例1类似的方法进行制备，具体区别示于表1中。表1示出了实施例1～13以及对比例1～6的参数。
表1
Figure BDA0001848636600000071
Figure BDA0001848636600000081
表中，A－第一负极活性物质的克容量；B－第一活性物质厚度；C－第二负极活性物质的克容量；D－第二活性物质层的厚度。
电池性能测试
(一)循环性能测试：
各实施例和对比例的全电池循环性能测试按照如下方法进行：
在25℃的环境中，进行第一次充电和放电，在1.0C(即1小时内完全放掉理论容量的电流值)的充电电流下进行恒流和恒压充电，直到上限电压为4.2V，然后在1.0C的放电电流下进行恒流放电，直到最终电压为2.8V，记录首次循环的放电容量；而后进行持续充放电循环。
循环容量保持率＝(第n次循环的放电容量/首次循环的放电容量)×100
(二)析锂倍率测试
在25℃的环境中，进行充放电测试，在1.0C(即1小时内完全放掉理论容量的电流值)的放电电流下进行恒流放电，直到电压为2.8V。然后在1.0C的充电电流下恒流充电至电压为4.2V，继续恒压充电至电流为0.05C，此时电池为满充状态。将满充的电池静置5min后，在1.0C的放电电流下恒流放电至2.8V，此时的放电容量为电池的1.0C下的实际容量，记为C0。然后再将电池在xC0恒流充电至4.2V，再恒压充电至电流为0.05C0，静置5min，拆解电池观察界面析锂情况，调整充电倍率，直至出现析锂，确定析锂倍率。
(三)循环膨胀率测试：
在45℃的环境中，进行第一次充电和放电，在1.0C(即1小时内完全放掉理论容量的电流值)的充电电流下进行恒流和恒压充电，直到上限电压为4.2V，然后在1.0C的放电电流下进行恒流放电，直到最终电压为2.8V，记录首次循环的放电容量；然后进行持续充放电循环至600次，取下电池，停止测试。
在25℃的环境中，进行充电测试，在1.0C(即1h内完全放掉理论容量的电流值)的充电电流下恒流充电至电压为4.2V，继续恒压充电至电流为0.05C，此时电池为满充状态。将电芯拆解取出负极极片，记录负极极片的厚度H600。
600次循环膨胀率＝[(H600-H0)/(H1-H0)-1]×100％。
其中：H0为铜箔厚度，H1为循环1次测试极片厚度
按照上述方法，测量各实施例和对比例电池的循环、析锂倍率及600次循环膨胀率性能。
各实施例和对比例的测试结果详见表2。表2示出了实施例1～13以及对比例1～6的性能测试结果。
表2
Figure BDA0001848636600000091
表中，A－第一负极活性物质的克容量；B－第一活性物质层的厚度；C－第二负极活性物质的克容量；D－第二活性物质层的厚度。
在实施例1～13中，通过合理调节各活性物质层的厚度和各层活性物质的克容量之间比值，使得3.5≤A/B≤10.0，8.0≤C/D≤23.0时，电池可兼具长循环寿命、大倍率充电以及低膨胀的特点。
与实施例1～13相比，在对比例1～6中，电池均未同时处在A/B和C/D所给范围内，电池无法同时兼具长循环寿命、高能量密度以及大倍率充电的特点。
在对比例1～2中，A/B在所给范围内，C/D不在所给范围内，电池的循环、析锂和膨胀性能恶化。对比例1中第一负极活性物质层的厚度不在给定的35μm～105μm的范围内，极片厚度过小，容易造成颗粒划痕，导致活性物质的克容量在所给规格范围内时对极片的外观影响较大，从而影响电池循环性能。此外，如果第一活性物质层的厚度过小，电池能量密度受到影响。对比例2中第一负极活性物质层的厚度不在给定的35～105μm的范围内；如果极片厚度过大，使得极片电解液浸润困难，导致活性离子传输阻力增加，电池极化增加，导致电池局部电流分布不均，引起析锂从而影响电池循环寿命和析锂性能。
在对比例3～4中，A/B不在所给范围内，C/D在所给范围内，电池的循环、析锂和膨胀性能明显受到影响。对比例3中第二负极活性物质的克容量不在选定的250mAh/g～350mAh/g的范围内，活性物质的克容量偏低，导致极片厚度在所给规格范围内时电芯能量密度太低，此外活性物质有序化程度太低，活性物质晶体中缺陷增加，表面活性增强，在循环过程中SEI膜会不断破坏、修复，造成电池容量衰减，导致极片厚度在所给规格范围内时影响电池循环寿命。对比例4中第二负极活性物质的克容量不在选定的250mAh/g～350mAh/g的范围内，活性物质的克容量过高，活性物质层间距较小，影响活性离子固相传输，导致极片厚度在所给规格范围内时影响电池析锂和膨胀性能。
在对比例5～6中，虽然活性物质的克容量和活性物质层的厚度均在所给定的范围内，但A/B和C/D均不在所给范围内，因而电池的循环、析锂和膨胀性能受到影响。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (12)

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、设置在所述负极集流体的至少一个表面上的第一活性物质层以及设置在第一活性物质层上的第二活性物质层；
其中所述第一活性物质层包含第一负极活性物质，所述第二活性物质层包含第二负极活性物质；
在所述负极极片中，满足以下关系：3.5≤A/B≤10.0，且6.5≤C/D≤23.0；其中，
A为第一负极活性物质的克容量，
B为第一活性物质层的厚度，
C为第二负极活性物质的克容量，
D为第二活性物质层的厚度。
2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，6.5≤A/B≤8.5。
3.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，8.0≤C/D≤11.0。
4.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，A＞C。
5.根据权利要求4所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，0.70≤C/A≤0.98。
6.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，B≥D。
7.根据权利要求6所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，0.2≤D/B≤1.0。
8.根据权利要求1至7任一项所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，C/D≥A/B。
9.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，在所述负极极片中，355mAh/g≤A≤380mAh/g，优选360mAh/g≤A≤375mAh/g；
和/或，35μm≤B≤105μm，优选40μm≤B≤60μm；
和/或，250mAh/g≤C≤350mAh/g，优选300mAh/g≤C≤345mAh/g；
和/或，15μm≤D≤55μm，优选20μm≤D≤40μm。
10.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一负极活性物质和所述第二负极活性物质分别选自人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或几种。
11.根据权利要求10所述的负极极片，其特征在于，所述第一负极活性物质的石墨化度大于第二负极活性物质的石墨化度。
12.一种二次电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液，其特征在于，所述负极极片为权利要求1至11任一项所述的负极极片。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111490253A (zh) * 2019-01-29 2020-08-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种负极极片及其锂离子二次电池
CN111987286A (zh) * 2020-09-14 2020-11-24 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及包含该负极片的锂离子电池
CN112018327A (zh) * 2020-09-21 2020-12-01 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及制备方法、电池
CN113871616A (zh) * 2021-09-28 2021-12-31 东莞维科电池有限公司 一种负极极片及其制备方法、锂离子电池
WO2023082157A1 (zh) * 2021-11-11 2023-05-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种二次电池和用电装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117558918A (zh) * 2024-01-12 2024-02-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池、用电装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070092797A1 (en) * 2005-10-25 2007-04-26 Sony Corporation Anode, battery, and methods of manufacturing them
CN103250279A (zh) * 2010-12-06 2013-08-14 丰田自动车株式会社 锂离子二次电池和锂离子二次电池的制造方法
CN103633293A (zh) * 2013-11-08 2014-03-12 鲍添增 以硬碳软碳为活性材料的锂离子电池负极极片及锂离子电池
JP2014120404A (ja) * 2012-12-18 2014-06-30 Mitsubishi Motors Corp 二次電池
CN104321912A (zh) * 2013-05-23 2015-01-28 株式会社Lg化学 包括多层活性物质层的锂二次电池
CN108666525A (zh) * 2017-04-01 2018-10-16 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种负极极片，其制备方法及二次电池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008059999A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Sony Corp 負極およびそれを用いた非水電解質二次電池
KR101300107B1 (ko) * 2010-10-19 2013-08-30 주식회사 엘지화학 이차전지용 음극, 그 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지
CN105470460B (zh) * 2015-03-12 2019-02-01 万向一二三股份公司 一种锂离子电池负极片及其制作方法
TWI663128B (zh) * 2018-03-27 2019-06-21 國立清華大學 二次電池用電極材料及二次電池
US20220293924A1 (en) * 2021-03-15 2022-09-15 Nanode Battery Technologies Ltd. Tin Alloy Sheets as Negative Electrodes for Non-Aqueous Li and Na-ion Batteries

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070092797A1 (en) * 2005-10-25 2007-04-26 Sony Corporation Anode, battery, and methods of manufacturing them
CN103250279A (zh) * 2010-12-06 2013-08-14 丰田自动车株式会社 锂离子二次电池和锂离子二次电池的制造方法
JP2014120404A (ja) * 2012-12-18 2014-06-30 Mitsubishi Motors Corp 二次電池
CN104321912A (zh) * 2013-05-23 2015-01-28 株式会社Lg化学 包括多层活性物质层的锂二次电池
CN103633293A (zh) * 2013-11-08 2014-03-12 鲍添增 以硬碳软碳为活性材料的锂离子电池负极极片及锂离子电池
CN108666525A (zh) * 2017-04-01 2018-10-16 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种负极极片，其制备方法及二次电池

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111490253A (zh) * 2019-01-29 2020-08-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种负极极片及其锂离子二次电池
CN111490253B (zh) * 2019-01-29 2021-12-10 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种负极极片及其锂离子二次电池
CN111987286A (zh) * 2020-09-14 2020-11-24 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及包含该负极片的锂离子电池
CN112018327A (zh) * 2020-09-21 2020-12-01 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及制备方法、电池
CN113871616A (zh) * 2021-09-28 2021-12-31 东莞维科电池有限公司 一种负极极片及其制备方法、锂离子电池
WO2023082157A1 (zh) * 2021-11-11 2023-05-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种二次电池和用电装置

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