CN112397682B - 一种补锂的负极极片及其锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池技术领域，更具体地涉及一种补锂处理的负极极片及其锂离子电池。本发明提供的补锂的负极极片，包括负极集流体与设置在负极集流体至少一个表面上包含负极活性物质的负极活性物质层，在所述负极活性物质层远离集流体的表面设置补锂层，所述补锂层包括补锂区与间隙区，所述补锂区与间隙区依次相互连接，所述补锂区与间隙区满足：3.3×10‑3≤A/(A+B)＜0.98，其中，A为补锂区宽度，B为间隙区宽度，所述A和B均为沿补锂区与间隙区连接的延伸方向的测量值。本技术方案提供的负极极片有效改善极片发热问题，补锂区与间隙区形成的通道可以使得锂离子电池在注液后，电解液更加有效地浸润负极极片，提高电池能量密度，同时还能提升电池循环寿命和动力学性能。

Description

一种补锂的负极极片及其锂离子电池
技术领域
本发明属于电池技术领域，更具体地涉及一种补锂处理的负极极片及其锂离子电池。
背景技术
随着新能源汽车的普及，大家对其动力电池的要求也越来越高，比如要求电池既要拥有高能量密度、长循环寿命和稳定的性能，同时还要有快速充电的能力。
目前通常通过优化正负极材料的性能用于改善锂离子电池循环性能及提高其能量密度。负极是锂离子电池的重要组成部分，通过提高负极的循环稳定性及能量密度可以有效地提高锂离子电池的电化学性能。在工业生产中，为了提高锂离子电池的能量密度，通常选用不同的正负极材料进行搭配，以获得更加匹配的能量密度并发挥最优的电池性能，当然也可以采用补锂的方式提高整个锂离子电池体系中的锂含量。但补锂技术的工艺和技术往往会导致大量反应热的产生，进而影响锂离子电池的循环寿命、能量密度和动力学性能。因此，如何实现有效补锂且避免大量反应热影响锂离子电池性能对于锂离子电池综合性能的提升至关重要。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明提供一种补锂的负极极片及其锂离子电池，所述补锂的负极极片能有效改善极片发热问题，提高电池能量密度，同时还能提升电池循环寿命和动力学性能。
为达到上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种补锂的负极极片，包括负极集流体与设置在负极集流体至少一个表面上包含负极活性物质的负极活性物质层，其特征在于，在所述负极活性物质层远离集流体的表面设置补锂层，所述补锂层包括补锂区与间隙区，所述补锂区与间隙区依次相互连接，所述补锂区与间隙区满足：
3.3×10-3≤A/(A+B)＜0.98
其中，A为补锂区宽度，B为间隙区宽度，所述A和B均为沿补锂区与间隙区连接的延伸方向的测量值。
在本发明的第二方面，本发明提供了一种锂离子电池，包括正极、负极、电解液及隔离膜，所述负极包括本发明第一方面所述的负极极片。
相比于现有技术，上述技术方案至少具有以下有益效果：
本发明通过在负极极片表面设置条纹状的补锂层，实现锂离子电池能量密度的提升，且通过补锂区与间隙区依次相互连接，使得补锂过程中产生的大量热可以通过补锂区与间隙区形成的空气流通通道快速地扩散，缓解负极极片发热问题。同时，补锂区与间隙区形成的通道可以使得锂离子电池注液后，电解液更加有效地浸润负极极片，从而进一步提升锂离子电池的电化学性能。
附图说明
图1为本发明具体实施方式所述补锂的电池极片外观俯视示意图；
图2为本发明具体实施方式所述补锂的电池极片外观截面示意图；
图3为本发明具体实施方式所述补锂的电池极片外观局部放大图；
图4为本发明具体实施方式所述电池极片经过补锂处理的锂离子电芯化成后的极片补锂外观。
具体实施方式
下面详细说明本发明补锂的负极极片及其锂离子电池。
首先说明本发明第一方面所述的负极极片。本发明第一方面提供了一种负极极片，包括负极集流体与设置在负极集流体至少一个表面上包含负极活性物质的负极活性物质层，其特征在于，在所述负极活性物质层远离集流体的表面设置补锂层，所述补锂层包括补锂区与间隙区，所述补锂区与间隙区依次相互连接，所述补锂区与间隙区满足：
3.3×10-3≤A/(A+B)＜0.98
其中，A为补锂区宽度，B间隙区宽度，所述A和B均为沿补锂区与间隙区连接的延伸方向的测量值。
补锂区的宽度与间隙区的宽度影响补锂反应热的扩散，进而进一步影响锂离子电池的电化学性能。发明人发现通过在补锂层设置依次连接的补锂区与间隙区可以有效地形成空气流通通道，所述空气流通通道可以通过空气的流动快速地带走补锂过程中的热量，缓解补锂过程中极片发热的问题。同时在锂离子电池注入电解液后，所述的补锂区与间隙区依次连接的结构可以使得电解液对负极极片的浸润性能提高，从而进一步提升锂离子电池的循环性能、容量和安全性能。发明人研究发现：补锂区宽度A与间隙区宽度B需要满足一定的关系才能使得所述负极极片的安全性能与电化学性能效果较好，这是因为通过合理的调节补锂区宽度与间隙区宽度可以获得比较合适的空气流通通道，因为对于负极极片而言，补锂区所提供的锂源嵌入负极极片中会产生大量的热，而空气流通通道的宽度取决于间隙区宽度，因此需要合理调控补锂区宽度与间隙区宽度从而提高负极极片的散热能力及电解液对负极极片的浸润性。
本发明产生的过程中，发明人对补锂区的宽度影响做了深入的研究，发明人发现，补锂区宽度影响负极极片的补锂效果，为保证负极极片能够更加有效地补锂，通常需要合理设计补锂区的宽度和厚度。补锂区厚度即为补锂层在极片的竖直方向上的测量值，补锂区厚度不宜过大，否则会影响锂离子电池的体积能量密度，因此需要合理设计补锂区的宽度。在补锂量及补锂区厚度一定的情况下，补锂区的宽度与补锂区的压密一定程度上为负相关的关系，因此为了使得补锂区的锂离子更好地嵌入负极极片中，需要通过设计合适的补锂区宽度，从而获得合适的补锂区密度，从而利于锂离子嵌入负极极片中，达到更好的补锂效果。
优选地，所述补锂区宽度A的范围为10μm≤A≤5000μm，进一步优选地，所述补锂区宽度A的范围为50μm≤A≤3500μm。
本发明产生的过程中发明人对间隙区宽度的影响也做了深入研究，发现相同补锂区宽度与相同补锂区厚度条件下，需要合理设计间隙区宽度B，间隙区宽度B过小(<10μm)，虽然也可以一定程度上提供散热通道，但可能无法提供足够面积空气通道带走活性物质与补锂层产生的反应热，从而对于极片收卷温度的缓解作用不够优良。另外，若间隙区域宽度B过大(＞3000μm)，虽然可以提供足够大的散热通道，使得补锂过程中产生的热量快速分散，但由于间隙区宽度B过大，导致补锂区的区域变小，从而使得补锂量下降，可能导致补锂区的锂源扩散至间隙区的效率大大降低，最终影响电池性能。因此，需要提供一定的通道，使得空气能够快速流通，从而将负极活性物质层与补锂层反应产生的热量带走，降低极片收卷温度，同时能够保证补锂层在活性物质表面扩散，提高负极极片的补锂效率。
优选地，所述间隙区宽度B为10μm≤B≤3000μm，进一步优选地，所述间隙区的宽度为20μm≤B≤1500μm。
将补锂区沿负极极片长度延伸方向的交界中点连接，得到补锂区中位线。所述补锂区中位线与极片宽度方向的夹角为θ，θ角的值影响锂离子电池的性能。这是因为θ角取值不同，对应的空气流通通道的距离不同，从而影响负极极片补锂后散热，由于θ角取值越大，则对应的空气流通通道越长，从而使得热量扩散路径增长，进一步影响负极极片散热效果。
优选地，所述夹角θ满足：0°≤θ≤75°，进一步优选地，所述夹角θ满足：0°≤θ≤45°。
所述补锂区边缘的距离极差L与补锂区宽度A的比值影响补锂后的负极极片的散热性能。值得说明的是，这里所说的补锂区边缘的距离极差L是边缘界限最近点与距离边缘界限最远点的距离(详请参阅附图3)。所述边缘界限是指相连接的补锂区与间隙区形成的边界与负极极片长度方向边界形成的交点的连线。补锂区边缘的距离极差L与补锂区宽度A的比值越小，则补锂区边缘对空气流通的影响越小，理想的情况是补锂区边缘的距离极差L为0。但在实际的生产工艺中，目前比较难以做到，因此，发明人做了大量的研究，希望能够获得L/A合适的范围值，从而使得锂离子电池的散热性能及电化学性能达到最佳。
优选地，所述补锂区边缘的距离极差L与补锂区宽度A的比值满足：0＜L/A≤0.8，进一步优选地，所述补锂区边缘的距离极差L与补锂区宽度A的比值满足：0＜L/A≤0.5。
补锂区厚度与负极活性物质的重量影响负极极片补锂后的最终性能，这是因为补锂量的多少要与负极活性物质重量匹配，补锂量过大会造成一定的浪费。发明人通过大量研究发现，在补锂区压密保持在合适范围内时，补锂区厚度与负极活性物质的量设计在一定的范围内，可以使得补锂效果更好，且不影响最终的散热问题，需注意本文中C/M的单位为1540.25μm/mg/mm2，本发明中所有C/M的单位均为1540.25μm/mg/mm2。
优选地，C为补锂区厚度，M为负极活性物质重量，所述补锂区厚度C/负极活性物质重量M的比值满足：0.02≤C/M≤0.18，进一步优选地，所述补锂区厚度C/负极活性物质重量M的比值满足：0.06≤C/M≤0.13。
补锂层的成分会影响锂离子电池的性能，负极极片补锂后表面会形成复杂的组成，这些复杂的组成会影响电解液中锂离子向负极极片的扩散，所以补锂后表面形成的组分种类及含量对于最终锂离子电池的电性能影响较大。
优选地，所述补锂区选自单质锂、氧化锂、氮化锂、氟化锂、氢氧化锂、、锂硅合金中的一种或几种。
负极活性物质的种类对于负极极片补锂后电解液中锂离子的扩散有一定影响，因此，本发明期望筛选出能提高电解液锂离子在负极极片扩散性能的负极活性物质种类。
优选地，所述负极活性物质包含Si基材料、Sn基材料、Si/C、Sn/C、Si的卤化物、Sn的卤化物、Si合金、Sn合金中的一种或几种。
其次说明本发明第二方面提供的锂离子电池，本发明第二方面提供了一种锂离子电池，包括正极、负极、电解液及隔离膜，所述负极包括本发明第一方面所述的负极极片。
包括补锂层的负极极片在注液化成后，所述补锂区的厚度会发生较大的变化，这是因为补锂区与电解液发生反应形成了SEI膜(Solid Electrolyte Interphase，固体电解质界面膜，简称SEI膜)。化成后的负极极片补锂区的厚度影响锂离子电池的性能，因为化成后的补锂区会影响电解液中的锂离子向负极极片的扩散。
优选地，所述锂离子电池化成后补锂区厚度为C1，所述锂离子电池化成后的补锂区厚度C1的范围为0.01≤C1≤10μm，进一步优选地，所述锂离子电池化成后补锂区厚度C1的范围为0.05≤C1≤5μm。
在本发明第二方面的锂离子电池中，正极极片包括正极集流体，以及正极膜片，所述正极膜片位于正极集流体上且包括正极活性物质、正极粘结剂以及正极导电剂。正极集流体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，所述正极集流体可为铝箔、镍箔或高分子导电膜，优选地，所述正极集流体为铝箔。
正极活性材料选自但不限于以下物质的一种或几种：锂过渡金属复合氧化物，包含锂铁磷化物、锂铁锰磷化物、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、锂镍钴铝氧化物以及这些锂过渡金属氧化物添加其他过渡金属或非过渡金属得到的化合物。
在本发明第二方面的锂离子电池中，还包括隔离膜，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。
本发明第二方面的锂离子电池还包括电解液，电解液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。
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
实施例1-17和对比例1的电池均按照下述方法进行制备。
(1)正极极片的制备
将正极活性物质LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、导电剂导电碳、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比96:2:2进行混合，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得具有一定黏度的锂离子电池正极浆料；将所述正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔的两个表面上，85℃下烘干后冷压，再进行切边，裁片，分条，分条后在真空条件下及温度为85℃下烘干4小时，焊接极耳，做成锂电池正极极片。
(2)负极极片的制备
实施例1-17的负极极片制备方法为：将氧化亚硅和人造石墨按照质量比3：7混合得到负极活性物质，然后将负极活性物质、负极粘接剂丁苯橡胶(SBR)、负极导电剂导电碳黑SuperP按质量比92:3:5与溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合均匀制成负极浆料，之后按照130mg/1540mm2的涂覆重量将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的正反两面上，经过85℃烤箱烘干后制备成初始负极片。
对比例1负极极片的制备方法为：将氧化亚硅和人造石墨按照质量比3：7混合得到负极活性物质，然后将负极活性物质、负极粘接剂丁苯橡胶、负极导电剂导电碳黑Super P按质量比92:3:5与溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合均匀制成负极浆料，之后按照130mg/1540mm2的涂覆重量将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的正反两面上，经过85℃烤箱烘干后制备成初始负极片。
(3)隔膜的制备
多孔基材隔膜材料选用16um厚度的聚乙烯微孔薄膜。
(4)电解液的制备
将六氟磷酸锂溶解于碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯组成的混合溶剂中，三组分体积比为1:2:1，得到所需电解液。
(5)负极极片补锂处理
根据表1中所示的补锂参数对实施例1-17和对比例1-2按照上述方法制得的负极极片通过同步轧制和或异步轧制的方法进行补锂处理。选择两个直径不同或者两个线速度不同的轧辊，即最终保证两个线速度不对称的轧辊，可定义为快轧辊和慢轧辊，厚锂带经过两次轧制，得到超薄锂箔，快轧辊速度为：5-100m/min，慢轧辊速度为1-50m/min，两轧辊之间的轧制力为1-10T；再将超薄锂箔黏附在负极极片表面，完成负极极片补锂处理。
(6)锂离子电池的制备
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、负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯置于外包装壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得锂离子电池。
(7)电芯化成的方法
将制作完成的锂离子电池以1C电流倍率充电至4.2V电压，以1C电流倍率放电至3.0V，如上述电芯容量为70Ah，所述1C电流倍率就是用72Ah的电流对电芯进行充放电。
接下来说明极片温度、化成界面和电芯循环性能测试方法。
(1)极片温度测试采用下列方法：
用6英寸卷筒收卷1000m，在收卷500m处插入感温线测试极片温度，直接读取数据，测温仪器为：测温仪SKF TKDT 10。
(2)化成界面测试采用下列方法：
电芯化成方法为：将制作完成的锂离子电池以1C电流倍率充电至4.2V电压，以1C电流倍率放电至3.0V，如上述电芯容量为70Ah，所述1C电流倍率就是用72Ah的电流对电芯进行充放电。
化成即对注液后的电芯进行首次充放电。锂离子电池的充放电设备为：新威移动电源成品专用测试仪(6V4A)，化成后拆下电芯观察极片界面即为化成界面，化成界面中如果残留锂箔金属，则化成界面判定NG；如果无残留金属光泽的锂箔金属，则界面判定为OK。
(3)电芯循环性能测试采用下列方法：
即以新威移动电源成品专用测试仪(6V4A)重复进行充放电，直至容量衰减率达到80％，如上述电芯容量为70Ah，重复对电芯进行充放电，当电芯容量衰减至56Ah时，停止测试，记录重复充放电的次数，即为电芯的循环性能数据。
表1：实施例1-17和对比例1提供的极片补锂参数和电芯测试结果
Figure BDA0002165078910000101
由表1实验数据可以知道，通过对比例1-2、实施例1-5可得，在相同补锂区条纹夹角θ、相同L/A和相同C/M条件下，补锂区宽度A和间隙区宽度B共同影响最终的极片收卷温度，补锂区宽度A和间隙区宽度B需要满足3.3×10-3≤A/(A+B)＜0.98，如果A/(A+B)小于3.3×10-3时(对比例1)，界面化成效果不好且循环性能较差。如果A/(A+B)大于0.98(对比例2)时，则极片发热温度过高，容易引发安全事故。因此通过合理设置补锂区宽度A与间隙区宽度B的值，使得满足3.3×10-3≤A/(A+B)＜0.98。
通过对实施例3、实施例6-10中补锂区宽度A和间隙区宽度B之间关系式A/(A+B)满足一定规格，且满足相同L/A、相同C/M条件下，如果补锂区夹角θ过大(实施例10)，极片温度较大且界面化成不够理想。
通过实施例3，实施例11-13，发明人发现在补锂区宽度A和间隙区宽度B之间关系式A/(A+B)满足一定规格，相同补锂区条纹夹角θ，相同C/M条件下，如果L/A过大(实施例13)，则界面化成效果与循环性能不够理想。
由实施例3，实施例14-17在补锂区宽度A和间隙区宽度B之间关系式A/(A+B)满足一定规格，且满足相同补锂区条纹夹角θ、相同L/条件下，如果C/M(实施例14)过小，极片升温较高；如果C/M过大(实施例17)，锂层较为疏松，补锂效果不够理想，循环性能不够理想。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (16)

1.一种负极极片，包括负极集流体与设置在负极集流体至少一个表面上包含负极活性物质的负极活性物质层，其特征在于，在所述负极活性物质层远离集流体的表面设置补锂层，所述补锂层包括补锂区与间隙区，所述补锂区与间隙区依次相互连接，所述补锂区与间隙区满足：
3.3×10-3≤A/(A+B)＜0.98
其中，A为补锂区宽度，B为间隙区宽度，所述A和B均为沿补锂区与间隙区连接的延伸方向的测量值。
2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述补锂区宽度A的范围为10μm≤A≤5000μm。
3.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于，所述补锂区宽度A的范围为50μm≤A≤3500μm。
4.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述间隙区宽度B为10μm≤B≤3000μm。
5.根据权利要求4所述的负极极片，其特征在于，所述间隙区宽度B为20μm≤B≤1500μm。
6.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述补锂区的中位线与极片宽度方向的夹角为θ，所述夹角θ的大小满足：0°≤θ≤75°。
7.根据权利要求6所述的负极极片，其特征在于，所述补锂区的中位线与极片宽度方向的夹角θ为0°≤θ≤45°。
8.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述补锂区的边缘距离极差L与补锂区宽度A的比值满足：0＜L/A≤0.8。
9.根据权利要求8所述的负极极片，其特征在于，所述补锂区的边缘距离极差L与补锂区宽度A的比值为：0＜L/A≤0.5。
10.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于：所述补锂区厚度C与负极活性物质重量M的比值满足：0.02≤C/M≤0.18，其中，C为补锂区厚度，M为负极活性物质重量。
11.根据权利要求10所述的负极极片，其特征在于：所述补锂区厚度C与负极活性物质重量M的比值为：0.06≤C/M≤0.13。
12.根据权利要求1-11任一项所述的负极极片，其特征在于，所述补锂区成分选自单质锂、氧化锂、氮化锂、氟化锂、氢氧化锂、锂硅合金中的一种或几种。
13.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极活性物质包含Si基材料、Sn基材料、Si/C、Sn/C、Si的卤化物、Sn的卤化物、Si合金、Sn合金中的一种或几种。
14.一种锂离子电池，包括正极、负极、电解液及隔离膜，其特征在于：所述负极包括权利要求1-13任一项所述的负极极片。
15.根据权利要求14所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池化成后补锂区厚度为C1，所述C1的范围为0.05μm≤C1≤10μm。
16.根据权利要求15所述的锂离子电池，其特征在于，所述C1的范围为0.1μm≤C1≤5μm。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115149106B (zh) 2021-08-27 2023-06-06 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池预锂化方法及锂离子电池
CN113782725B (zh) * 2021-09-09 2022-08-16 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和电子设备
WO2023241165A1 (zh) * 2022-06-17 2023-12-21 珠海冠宇电池股份有限公司 一种极片及电池
CN114975855A (zh) * 2022-06-17 2022-08-30 珠海冠宇电池股份有限公司 一种极片及电池
WO2023241164A1 (zh) * 2022-06-17 2023-12-21 珠海冠宇电池股份有限公司 一种极片及电池
CN114843441B (zh) * 2022-07-01 2022-10-18 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及其制备方法和电子装置
CN115241519A (zh) * 2022-08-09 2022-10-25 江苏正力新能电池技术有限公司 锂离子电池
WO2024040435A1 (zh) * 2022-08-23 2024-02-29 宁德新能源科技有限公司 二次电池、电子装置及二次电池的制备方法
CN115832606A (zh) * 2022-11-23 2023-03-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 隔离膜、锂离子电池、电池模块、电池包及用电装置
CN117117183A (zh) * 2023-01-03 2023-11-24 荣耀终端有限公司 一种负极极片及锂离子电池
CN116314596B (zh) * 2023-05-23 2023-08-08 珠海冠宇动力电池有限公司 一种电池和电子设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008243828A (ja) * 2008-06-02 2008-10-09 Sony Corp 負極および二次電池の製造方法
CN108878775A (zh) * 2018-06-29 2018-11-23 桑顿新能源科技有限公司 一种安全补锂复合负极极片及其制备方法
CN109786662A (zh) * 2019-01-18 2019-05-21 湖北锂诺新能源科技有限公司 一种锂离子电池负极补锂极片及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150000118A1 (en) * 2013-06-26 2015-01-01 Xin Zhao Method for manufacturing graphene-incorporated rechargeable li-ion battery
CN206992216U (zh) * 2017-04-07 2018-02-09 深圳市优特利电源有限公司 柔性电极和柔性电芯
CN108847474B (zh) * 2018-06-26 2021-06-08 桑顿新能源科技有限公司 一种预补锂的微织构化负极片及其制备方法
CN109004234A (zh) * 2018-07-24 2018-12-14 安普瑞斯（无锡）有限公司 一种锂离子二次电池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008243828A (ja) * 2008-06-02 2008-10-09 Sony Corp 負極および二次電池の製造方法
CN108878775A (zh) * 2018-06-29 2018-11-23 桑顿新能源科技有限公司 一种安全补锂复合负极极片及其制备方法
CN109786662A (zh) * 2019-01-18 2019-05-21 湖北锂诺新能源科技有限公司 一种锂离子电池负极补锂极片及其制备方法

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