CN112420979B - 用于确定负极极片快充性能的方法和负极极片设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于确定负极极片快充性能的方法和负极极片设计方法。使用本发明的方法，可以快速评估负极极片的充电速度并大大缩短快充电池负极极片的设计周期。

Description

用于确定负极极片快充性能的方法和负极极片设计方法
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种适用于快充电池的负极极片设计方法。
背景技术
相比于传统燃油汽车，电动汽车最大的劣势在于充电时间，通常电动汽车的充电时间为十几个小时，这严重限制了电动汽车的使用。因此电动汽车要取代传统燃油汽车，充电速度是必须要攻克的关键技术之一，这也是影响用户体验非常重要的一个指标。
在一个特定的动力电池体系中，决定其充电速度的关键是负极极片。但是，负极极片快速充电性能受到许多技术参数的影响，而这些技术参数又相互影响、相互制约。因此，为了匹配特定的动力电池体系，电池设计人员往往要花费大量时间调整负极极片的技术参数并进行反复实验验证。这导致了电池设计开发周期、尤其是对快充速度有特殊要求的定制电池的设计开发周期过长。
因此，如何快速设计出适用于快充电池的负极极片是现有技术亟待解决的问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于快充电池的负极极片设计方法，从而可以大大缩短快充电池负极极片的设计周期。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于确定负极极片快充性能的方法，所述方法包括：
根据经验公式A＝CW*(PD-1)*(OI+D50+D90)/(w*100)确定该负极极片的快充性能，其中：
当A≤16时，表示所述负极极片适用于10C及以上的快充电池；
当16＜A≤85时，表示所述负极极片适用于4C-10C的快充电池；
当85＜A≤110时，表示所述负极极片适用于2C-4C的快充电池；
当A＞110时，表示所述负极极片适用于2C以下的快充电池；
并且，所述经验公式中
CW表示负极极片的涂布面密度CW，单位mg/cm2；
PD表示负极极片上涂膜的压实密度，单位g/cm3；
OI表示负极极片的取向指数；
D50表示负极极片的负极活性材料的中位粒径，单位μm；
D90表示负极极片的负极活性材料的90％体积分布粒径，单位μm；
w表示负极极片的负极活性材料中活性碳原子在负极活性材料中的质量百分比；
并且，负极极片的负极活性材料满足w为1％-10％(优选为1.6％-4％)且D50为5μm-15μm(优选为6μm-13μm)。
通过上述方法，可以简单快速地评估负极极片的快充性能，从而节省了时间、简化了电池设计方法。
另一方面，本发明提供了一种用于快充电池的负极极片设计方法，所述方法包括：
一)筛选适合于快充电池的负极活性材料，所述筛选包括：
(1)确定负极活性材料中活性碳原子在负极活性材料中的质量百分比w；
(2)确定负极活性材料的中位粒径D50，单位μm；
(3)确定负极活性材料的90％体积分布粒径D90，单位μm；
(4)选择所述w为1％-10％(优选为1.6％-4％)且所述中位粒径D50为5μm-15μm(优选为6μm-13μm)的负极活性材料；
二)确定负极极片的工艺参数，包括：
(1)将上述筛选出的负极活性材料与可选的助剂分散于溶剂中，形成均匀的负极浆料，然后将负极浆料涂覆于负极集流体上，将涂布后的负极极片干燥后，确定负极极片的涂布面密度CW，单位mg/cm2；
(2)将步骤(1)的负极极片进行冷压处理后，确定负极极片上涂膜的压实密度PD(单位g/cm3)以及负极极片的取向指数OI值；
三)确定负极极片的快充性能，包括：
根据经验公式判断该负极极片适用的快充电池的倍率性能，所述经验公式为A＝CW*(PD-1)*(OI+D50+D90)/(w*100)，
其中：
当A≤16时，表示所述负极极片适用于10C及以上的快充电池；
当16＜A≤85时，表示所述负极极片适用于4C-10C的快充电池；
当85＜A≤110时，表示所述负极极片适用于2C-4C的快充电池；
当A＞110时，表示所述负极极片适用于2C以下的快充电池。
通过上述设计方法，可以大大缩短快充电池的开发周期。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体说明。
定义
在本文中使用时，除非另有说明，“一种”、“这种”、“至少一种”和“一种或多种”以及不使用数量词的情形可互换使用。除本文中另有说明外，本文中单数形式的使用还意在包括复数形式。
在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”不包含本数，“一种或多种”中“多种”的含义是两种或两种以上。
在组合物被描述为包括或包含特定组分的情况下，预计该组合物中并不排除本申请未涉及的可选组分，并且预计该组合物可由所涉及的组分构成或组成，或者在方法被描述为包括或包含特定工艺步骤的情况下，预计该方法中并不排除本申请未涉及的可选工艺步骤，并且预计该方法可由所涉及的工艺步骤构成或组成。
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本申请实施方案。然而，在相同或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。另外，一个或多个优选的实施方案的叙述不意味着其他实施方案是不可用的，并且不旨在将其他实施方案排除在本申请范围外。
在本申请中，负极活性材料的D90是指负极活性材料累计体积百分数达到90％时所对应的粒径，D50指负极活性材料累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，即体积分布中位粒径。D90、D50单位均为μm。例如，可以使用激光衍射粒度分布测量仪(例如MalvernMastersizer 3000)测量出粒径分布，进而得到D90、D50。
在本申请中，负极极片的OI值是指极片中活性材料取向指数，用于表征极片中活性材料材料排列的方向性。取向指数OI值一般可以通过使用X射线粉末衍射仪(例如X'pertPRO)测量得到的X射线衍射谱图进行计算得到，即OI＝C004/C110，其中，C004为004特征衍射峰的峰面积，C110为110特征衍射峰的峰面积。
在本申请中，CW表示负极极片的涂布面密度，即冷压后极片上单位面积的涂膜重量，单位mg/cm2。CW可以按照实施例所述方法进行测量，也可以按照本领域的其它公知方法进行测量。
在本申请中，PD表示负极极片上涂膜的压实密度，即冷压后涂膜的密度，单位g/cm3。PD例如可以根据涂膜的压实密度PD＝负极极片涂布面密度CW/负极膜层厚度计算得到。
在本申请中，w表示负极活性材料中活性碳原子在负极活性材料中的质量百分比。常用负极活性材料石墨是由碳原子组成的。但是，对不同石墨来说，石墨的不同结晶程度(石墨化度)、不同形貌(片状、球形，大颗粒、小颗粒)等均会导致石墨的活性程度不一样；对同一石墨颗粒来说，由于碳原子处在石墨颗粒的不同位置(如表面的碳原子具有未成对电子)，碳原子也会有活性强弱之分(比如表面的碳原子活性大于体内的碳原子活性)。在电池中，负极活性材料中碳原子的活性表现为电荷转移的阻力不同。对于负极活性材料来说，活性碳原子越多，则电化学反应所必须的电荷转移阻力越小；碳原子活性越强，则越有利于快速充电。从化学原理上看，活性碳原子表示失去电子能力强的碳原子，即还原性强的碳原子。本申请中，w被定义为负极极片的负极活性材料中活性碳原子在负极活性材料中的质量百分比。w通常可通过如下方法进行测量：在保护气体气氛中，使负极活性材料与氧化剂CO2在高温下发生氧化反应，然后测量负极活性材料的失重率(负极活性材料因其中的活性碳原子被CO2氧化而表现为失重)而计算得到w。值得注意的是，在制备负极极片时，集流体可以双面涂布也可以单面涂布。当负极集流体双面涂布时，参数OI、CW、PD都是针对某个单面负极膜层测定的。
一方面，本发明提供了一种用于确定负极极片快充性能的方法，所述方法包括：
根据经验公式A＝CW*(PD-1)*(OI+D50+D90)/(w*100)确定该负极极片的快充性能，其中：
当A≤16时，表示所述负极极片适用于10C及以上的快充电池；
当16＜A≤85时，表示所述负极极片适用于4C-10C(即，4C或以上且小于10C)的快充电池；
当85＜A≤110时，表示所述负极极片适用于2C-4C(即，2C或以上且小于4C)的快充电池；
当A＞110时，表示所述负极极片适用于2C以下的快充电池；
并且，所述经验公式中
CW表示负极极片的涂布面密度CW，单位mg/cm2；
PD表示负极极片上涂膜的压实密度，单位g/cm3；
OI表示负极极片的取向指数；
D50表示负极极片的负极活性材料的中位粒径，单位μm；
D90表示负极极片的负极活性材料的90％体积分布粒径，单位μm；
w表示负极极片的负极活性材料中活性碳原子在负极活性材料中的质量百分比。
已经发现，当负极极片的负极活性材料满足w为1％-10％(优选为1.6％-4％)且D50为5μm-15μm(优选为6μm-13μm)时，通过上述经验功能公式可以简单快速地评估负极极片的快充性能，从而节省了时间、简化了电池设计方法。
另一方面，本发明提供了一种用于快充电池的负极极片设计方法，所述方法包括：
一)筛选适合于快充电池的负极活性材料，所述筛选包括：
(1)确定负极活性材料中活性碳原子在负极活性材料中的质量百分比w；
(2)确定负极活性材料的中位粒径D50，单位μm；
(3)确定负极活性材料的90％体积分布粒径D90，单位μm；
(4)选择所述w为1％-10％(优选为1.6％-4％)且所述中位粒径D50为5μm-15μm(优选为6μm-13μm)的负极活性材料；
二)确定负极极片的工艺参数，包括：
(1)将上述筛选出的负极活性材料与可选的助剂分散于溶剂中，
形成均匀的负极浆料，然后将负极浆料涂覆于负极集流体上，将涂布后的负极极片干燥后，确定负极极片的涂布面密度CW，单位mg/cm2；
(2)将步骤(1)的负极极片进行冷压处理后，确定负极极片上涂膜的压实密度PD(单位g/cm3)以及负极极片的取向指数OI值；
三)确定负极极片的快充性能，包括：
根据经验公式判断该负极极片适用的快充电池的倍率性能，所述经验公式为A＝CW*(PD-1)*(OI+D50+D90)/(w*100)，
其中：
当A≤16时，表示所述负极极片适用于10C及以上的快充电池；
当16＜A≤85时，表示所述负极极片适用于4C-10C(即，4C或以上且小于10C)的快充电池；
当85＜A≤110时，表示所述负极极片适用于2C-4C(即，2C或以上且小于4C)的快充电池；
当A＞110时，表示所述负极极片适用于2C以下的快充电池。
本领域技术人员可以理解：在上面的筛选步骤中，D50、D90和W的确定可以按照任意顺序进行；而在确定极片工艺参数的步骤中，则通常需要按照上面给出的顺序进行。
本发明的用于快充电池的负极极片设计方法，还任选地包括步骤：
四)调整负极活性材料的性能参数和/或负极极片的工艺参数，以便调整A值从而使负极极片的倍率性能满足设计要求。显然，可以通过调整CW、PD、OI、D50、D90中的一个或多个来调整经验公式A的值，从而可以使得所得负极极片具有所需的倍率性能(快充性能)。
通过上述设计方法，可以大大缩短快充电池的开发周期。
本申请的设计方法适用于各种含碳负极活性材料。具体地，所述负极极片的负极活性材料通常包括人造石墨、天然石墨中的一种或几种，优选还包括软碳、硬碳、硅基材料中的一种或几种。这些材料都是电池领域的常用负极活性材料，可以通过商业途径获得。在负极活性材料是混合物的实施方式中，石墨材料(人造石墨、天然石墨)占所述负极活性材料的重量百分比通常高于50％，优选地高于60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％。
在一些优选的实施方式中，在步骤一)中选择还满足D90为8μm-23μm，优选为10μm-18μm的负极活性材料。
在一些优选的实施方式中，在步骤一)中选择还满足振实密度TD为0.9-1.2g/cm3，优选为0.95-1.1g/cm3的负极活性材料。
在一些优选的实施方式中，在步骤二)中进一步控制控制负极极片的涂布面密度CW为5mg/cm2-13 mg/cm2，优选地，CW为8mg/cm2-12 mg/cm2，更优选为8.4mg/cm2-11.1mg/cm2。
在一些优选的实施方式中，在步骤二)中进一步控制负极极片上涂膜的压实密度PD为1.4g/cm3-1.65g/cm3，更优选为1.4g/cm3-1.55g/cm3。
在一些优选的实施方式中，在步骤二)中进一步控制负极极片的取向指数OI值为8-30，更优选为12-24。
例如，在一个优选的具体实施方式中，本发明的用于快充电池的负极极片设计方法可以包括以下步骤：
一)筛选出适合做快充电池的负极活性材料，筛选步骤顺序如下：
(1)第一步，确定负极活性材料中活性碳原子在负极活性材料中的质量占比w，选择所述活性碳原子在负极活性材料中的质量占比w为1％-10％，更优选为1.6％-4％的活性材料；
(2)第二步，确定负极活性材料的粒径D50大小，选择所述粒径D50为5μm-15μm，更优选为6μm-13μm的活性材料；
(3)第三步，确定负极活性材料的粒径D90大小，优选地，选择所述粒径D90为8μm-23μm，更优选为10μm-18μm的活性材料；
(4)第四步，确定负极活性材料的振实密度TD大小，优选地，选择振实密度TD为0.9-1.2，更优选为0.95-1.1的负极活性材料；
在上述筛选步骤中，第一步和第二步是快充电池用负极活性材料必须要满足的条件；其余条件可以在第一步和第二步的基础上选择性满足。
二)负极极片的参数设计及性能评估方法，具体步骤如下：
(1)将上述筛选出的负极活性材料与助剂(例如导电剂、粘结剂等)按照一定的质量比分散于溶剂(例如去离子水)中，形成均匀的负极浆料；然后将负极浆料涂覆于负极集流体铜箔上，将涂布后的负极极片进行干燥处理；优选地控制负极极片的涂布面密度CW为5mg/cm2-13mg/cm2，更优选地，CW为8mg/cm2-12mg/cm2，最优选为8.4mg/cm2-11.1mg/cm2；
(2)将步骤(1)的负极极片进行冷压处理，优选地控制负极极片上涂膜的压实密度PD以及负极极片的OI值，得到负极极片；优选地，控制PD为1.4g/cm3-1.65g/cm3，更优选为1.4g/cm3-1.55g/cm3；优选地，控制负极极片的OI值为8-30，更优选为12-24；
(3)根据经验公式判断所设计的负极极片适用的快充电池的倍率性能，所述经验公式为A＝CW*(PD-1)*(OI+D50+D90)/w/100；
当A≤16时，表示所述负极极片适用于10C及以上的快充电池；
当16＜A≤85时，表示所述负极极片适用于4C-10C的快充电池；
当85＜A≤110时，表示所述负极极片适用于2C-4C的快充电池；
当A＞110时，表示所述负极极片适用于2C以下的快充电池；
在上述参数设计方法中，A值是必须要满足的条件；其他参数可以在A符合条件的基础上选择性满足。
在上述设计方法中，当负极活性材料或负极极片的某些参数不在所给优选范围内时，可以通过调节其它参数来弥补上述参数对快充性能的影响。例如：在其它工艺参数都一定的前提下，当负极活性材料的粒径D50偏大时，可通过调节w、CW、PD等来使负极极片达到相同的倍率性能。
传统的负极极片设计步骤包括：根据电芯要求选择负极活性材料→计算并调整极片参数→组建电池→测量电池性能→调整参数→再次组建电池、测量参数。与传统设计步骤相比，本发明的负极极片设计方法因为消除了繁冗耗时的组建电池、测量倍率性能等实验步骤，通过简单的工艺参数组的计算就可以预测电池的快充性能，从而可以大大缩短快充电池的开发周期并显著节约了成本。尤其是针对不同客户的不同性能要求，可以在短时间内即设计出符合要求的合格电池产品，从而大大节约了电池定制化产品的开发成本、提高了针对客户需求的响应速度。
根据本发明设计的负极极片可以适用于各种二次电池。这些二次电池的构造和制备方法本身是公知的。通常，二次电池主要由负极极片、正极极片、隔膜和电解液组成。正负极片浸在电解液中，活性离子以电解液为介质在正负极之间运动，实现电池的充放电。为避免正负极通过电解液发生短路，需要用隔离膜将正负极分隔。二次电池的形态例如可以是方形或圆柱形硬壳外包装(例如铝壳材质)，也可以是软包(例如铝塑膜材质)外包装。
二次电池可为锂离子电池、钠离子电池等。优选地，本发明的设计方法尤其适合于设计锂离子二次电池的负极极片。
当电池为锂离子电池时，电池的正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体表面且包括正极活性物质的正极膜片，正极活性物质可选自磷酸铁锂、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、过渡金属磷酸盐等，但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作锂离子电池正极活性物质的传统公知的材料。这些正极活性物质可以仅单独使用一种，也可以将两种或两种以上组合使用。
在本发明适用的二次电池中，隔膜以及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。
具体地，所述隔离膜可选自聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜以及它们的多层复合膜。
具体地，当电池为锂离子电池时，作为非水电解液，通常使用在有机溶剂中溶解的锂盐溶液。锂盐例如是LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6等无机锂盐、或者LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li2C2F4(SO3)2、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiCnF2n+1SO3(n≥2)等有机锂盐。非水电解液中使用的有机溶剂例如是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯等环状碳酸酯，碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲基乙酯等链状碳酸酯，丙酸甲酯等链状酯，γ-丁内酯等环状酯，二甲氧基乙烷、二乙醚、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚等链状醚，四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃等环状醚，乙腈、丙腈等腈类，或者这些溶剂的混合物。
这些二次电池的制备方法和构造是本领域公知的，不再赘述。
以下结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例
下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
一、用于测试的电池的制备方法
除非另外指明，各实施例的电池均按照下述方法进行制备。
(1)锂离子电池正极极片的制备
将正极活性材料镍钴锰酸锂(NCM523)、导电剂Super-P、粘接剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比96:2:2溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀制成正极浆料，之后将正极浆料均匀涂布在集流体铝箔上，干燥后进行冷压、切边、裁片、分条等，制成锂离子电池的正极极片。
(2)锂离子电池负极极片的制备
将负极活性材料人造石墨、导电剂Super-P、增稠剂CMC、粘接剂丁苯橡胶(SBR)按重量比96：2：1：1溶于溶剂去离子水中混合均匀制成负极浆料，之后将负极浆料均匀涂布在集流体铜箔上，干燥后进行冷压、切边、裁片、分条等，制成锂离子电池的负极极片。
(3)锂离子电池的电解液的制备
在充满氩气的手套箱中，将将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照体积比1:1:1进行混合，作为非水有机溶剂。向非水有机溶剂中加入充分干燥的锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)，锂盐的浓度为1.0mol/L，混合均匀后，即配制成电解液。
(4)隔离膜
以16μm的聚乙烯薄膜(PE)作为隔离膜。
(5)锂离子电池的制备
将上述的正极极片、隔离膜、负极极片按顺序卷绕，使隔离膜处于正负极极片中间，得到裸电芯，将裸电芯置于外包装中，将上述制备的电解液注入到干燥后的电芯中，经过静置、化成、整形等工序，获得锂离子二次电池。
二、负极极片参数和电池性能参数测试方法
各实施例中涉及的各项性能参数均按照下述方法进行测定。
1)负极活性材料的D90、D50：
使用激光衍射粒度分布测量仪(Malvern Mastersizer 3000)，依据粒度分布激光衍射法GB/T19077-2016，测量出粒径分布，得到D90、D50。
2)负极极片的取向指数OI值：
依据X射线衍射分析法通则以及石墨的点阵参数测定方法JIS K 0131-1996、JB/T4220-2011，通过使用X射线粉末衍射仪(X'pert PRO)得到负极极片的X射线衍射谱图，然后根据OI＝C004/C110可以计算负极膜片的OI值，其中，C004为004特征衍射峰的峰面积，C110为110特征衍射峰的峰面积。
3)负极极片的涂布面密度CW：
分别通过标准天平称量负极膜层质量、通过直尺测量负极极片涂布面积，然后可计算负极膜层单位面积质量，即涂布面密度CW(mg/cm2)。
4)负极极片上涂膜的压实密度PD：
首先如上测量负极极片的涂布面密度CW，然后通过万分尺测量负极膜层厚度(至少测量5处，取平均值)，根据涂膜的压实密度＝负极极片涂布面密度CW(mg/cm2)/负极膜层厚度(cm)，计算得出负极膜层压实密度PD(单位mg/cm3)，再换算成g/cm3。
5)负极极片的负极活性材料中活性碳原子在负极活性材料中的质量百分比w：
在保护气体气氛中，以CO2作为氧化剂，使其与负极活性材料中的活性碳原子在高温下发生氧化反应，通过测试负极活性材料的失重率而计算得到负极活性材料中活性碳原子质量与负极活性材料总质量之比。
具体地，在测试时，可向盛有负极活性材料的U型容器内持续通入保护气体和CO2气体，然后将反应容器从室温加热到900℃，使负极活性材料中的活性碳原子与CO2发生反应，升温时的升温速率可小于等于10℃/min。
在测试过程中，保护气体可为惰性气体或N2，保护气体的流量可小于等于20ml/min，CO2气体的流量可小于等于30ml/min。
6)电池倍率性能：
在25℃下，将制备得到的电池以x C满充、以1C满放重复10次后，再将电池以x C满充，然后拆解出负极极片，并观察负极极片表面析锂情况。如果负极表面未析锂，则将充电倍率x C以0.1C为梯度递增再次进行测试，直至负极表面析锂，停止测试，此时的充电倍率(x-0.1)C即为电池的最大充电倍率。
各实施例的负极极片参数和电池性能参数测量结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002177838780000131
由上表可知，各电池倍率性能与A的计算值紧密相关，即经验公式A＝CW*(PD-1)*(OI+D50+D90)/(w*100)确实可以用于预测和表征相应负极极片组装成电池后的倍率性能(即快充性能)。具体地：
当A≤16时，使用该负极极片的电池具有10C或以上的倍率性能(快充性能)；
当16＜A≤85时，使用该负极极片的电池具有4C-10C的倍率性能(快充性能)；
当85＜A≤110时，使用该负极极片的电池具有2C-4C的倍率性能(快充性能)；
当A＞110时，使用该负极极片的电池倍率性能低于2C，即所述负极极片不适用于2C以上的快充电池。
发明人另外选用了其它正极活性材料和负极活性材料组装成电池进行验证，实验结果(未示出)表明：在负极活性材料满足w为1％-10％(优选为1.6％-4％)且D50为5μm-15μm(优选为6μm-13μm)的前提下，上述经验公式与倍率性能之间的关系仍然成立。
因此，本领域技术人员可以根据上述经验公式与倍率性能之间的关系快速地确定(预测)负极极片快充性能或者快速进行负极极片的设计。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种用于确定负极极片快充性能的方法，所述方法包括：
根据经验公式A＝CW*(PD-1)*(OI+D50+D90)/(w*100)确定该负极极片的快充性能，其中：
当A≤16时，表示所述负极极片适用于10C及以上的快充电池；
当16＜A≤85时，表示所述负极极片适用于4C-10C的快充电池；
当85＜A≤110时，表示所述负极极片适用于2C-4C的快充电池；
当A＞110时，表示所述负极极片适用于2C以下的快充电池；
并且，所述经验公式中
CW表示负极极片的涂布面密度CW，单位mg/cm2；
PD表示负极极片上涂膜的压实密度，单位g/cm3；
OI表示负极极片的取向指数；
D50表示负极极片的负极活性材料的中位粒径，单位μm；
D90表示负极极片的负极活性材料的90％体积分布粒径，单位μm；
w表示负极极片的负极活性材料中活性碳原子在负极活性材料中的质量百分比；
并且，负极极片的负极活性材料满足w为1％-10％且D50为5μm-15μm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负极极片的负极活性材料满足w为1.6％-4％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负极极片的负极活性材料满足中位粒径D50为6μm-13μm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，负极极片的负极活性材料包括人造石墨、天然石墨中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述负极活性材料还包括软碳、硬碳、硅基材料中的一种或几种。
6.一种用于快充电池的负极极片设计方法，所述方法包括：
一)筛选适合于快充电池的负极活性材料，所述筛选包括：
(1)确定负极活性材料中活性碳原子在负极活性材料中的质量百分比w；
(2)确定负极活性材料的中位粒径D50，单位μm；
(3)确定负极活性材料的90％体积分布粒径D90，单位μm；
(4)选择所述w为1％-10％且所述中位粒径D50为5μm-15μm的负极活性材料；
二)确定负极极片的工艺参数，包括：
(1)将上述筛选出的负极活性材料与可选的助剂分散于溶剂中，形成均匀的负极浆料，然后将负极浆料涂覆于负极集流体上，将涂布后的负极极片干燥后，确定负极极片的涂布面密度CW，单位mg/cm2；
(2)将步骤(1)的负极极片进行冷压处理后，确定以g/cm3为单位的负极极片上涂膜的压实密度PD以及负极极片的取向指数OI值；
三)确定负极极片的快充性能，包括：
根据经验公式判断该负极极片适用的快充电池的倍率性能，所述经验公式为
A＝CW*(PD-1)*(OI+D50+D90)/(w*100)，
其中：
当A≤16时，表示所述负极极片适用于10C及以上的快充电池；
当16＜A≤85时，表示所述负极极片适用于4C-10C的快充电池；
当85＜A≤110时，表示所述负极极片适用于2C-4C的快充电池；
当A＞110时，表示所述负极极片适用于2C以下的快充电池。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤一)中选择满足w为1.6％-4％的负极活性材料。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤一)中选择满足D50为6μm-13μm的负极活性材料。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述负极极片的负极活性材料包括人造石墨、天然石墨中的一种或几种。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述负极极片的负极活性材料还包括软碳、硬碳、硅基材料中的一种或几种。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤一)中选择还满足D90为8μm-23μm的负极活性材料。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤一)中选择还满足D90为10μm-18μm的负极活性材料。
13.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤二)中进一步控制负极极片的涂布面密度CW为5mg/cm2-13mg/cm2。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在步骤二)中进一步控制负极极片的涂布面密度CW为8mg/cm2-12mg/cm2。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在步骤二)中进一步控制负极极片的涂布面密度CW为8.4mg/cm2-11.1mg/cm2。
16.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤二)中进一步控制负极极片上涂膜的压实密度PD为1.4g/cm3-1.65g/cm3。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在步骤二)中进一步控制负极极片上涂膜的压实密度PD为1.4g/cm3-1.55g/cm3。
18.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤二)中进一步控制负极极片的取向指数OI值为8-30。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在步骤二)中进一步控制负极极片的取向指数OI值为12-24。
20.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
四)调整所述负极活性材料的性能参数和/或所述负极极片的工艺参数，以便调整A值从而使负极极片的倍率性能满足设计要求。
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