CN112820852B

CN112820852B - 一种负极片和锂离子电池

Info

Publication number: CN112820852B
Application number: CN202011628644.7A
Authority: CN
Inventors: 孙雷明; 张健; 张双虎; 彭冲
Original assignee: Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2040-12-30
Also published as: CN112820852A

Abstract

本发明提供了一种负极片和锂离子电池。本发明第一方面提供了一种负极片，包括集流体、第一活性层、第二活性层，第一活性层设置于集流体的表面，且设置有第一凹槽，第二活性层分为设置于第一凹槽内的第一部分和设置于第一活性层远离集流体表面的第二部分；其中，第一部分上设置有第二凹槽，极耳设置于所述第二凹槽内并与所述集流体电连接，第二活性层的第一部分的厚度小于第一活性层和第二活性层的第二部分的总厚度。本发明提供的负极片，通过降低极耳周围活性层的厚度，有效改善了极耳连接位置的充电风险，在保持高倍率充电的条件下，提高了锂离子电池的循环保持率。

Description

一种负极片和锂离子电池

技术领域

本发明涉及一种负极片和锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域。

背景技术

随着5G时代的不断发展，锂离子电池的地位显得愈发重要，也促使锂离子电池向着能量密度高，快充倍率大的方向不断发展。目前，通过将负极片上极耳的连接位置从边缘调整到侧面中间部分，降低锂离子电池的阻抗，提高锂离子电池的充电速度。

但是，当极耳的位置发生改变后，会使极耳周围电流密度增加，并且随着锂离子电池的循环，会析出锂离子，导致锂离子电池的循环性能变差。因此，如何在保持高倍率充电的情况下，提高锂离子电池的循环性能受到了越来越多的关注。

发明内容

本发明提供一种负极片，用于提高锂离子电池在高倍率充电情况下的循环性能。

本发明第一方面提供了一种负极片，所述负极片包括集流体、第一活性层、第二活性层，所述第一活性层设置于集流体的表面，且设置有第一凹槽，所述第二活性层分为设置于所述第一凹槽内的第一部分和设置于第一活性层远离集流体表面的第二部分；

其中，所述第一部分上设置有第二凹槽，极耳设置于所述第二凹槽内并与所述集流体电连接，第二活性层的第一部分的厚度小于第一活性层和第二活性层的第二部分的总厚度；

所述第二活性层中负极活性物质的平均粒径为10-18μm，石墨化度为86-94％。

进一步地，所述第一凹槽的宽度与所述集流体的宽度相同。

进一步地，所述第二凹槽在所述集流体上竖直投影的中心位于所述第一凹槽内。

进一步地，所述第一凹槽的长度与所述第二凹槽长度的差值小于等于500mm。

进一步地，所述第一活性层中负极活性物质的平均粒径和石墨化度大于第二活性层中负极活性物质的平均粒径和石墨化度。

进一步地，第一活性层中负极活性物质的平均粒径为12-30μm，石墨化度为90-98％。

进一步地，所述第二凹槽在集流体上竖直投影的面积大于集流体上极耳连接区的面积。

进一步地，所述第二凹槽的宽度为所述极耳连接区宽度的1-2倍。

进一步地，所述第二凹槽的长度为所述极耳连接区长度的1-2倍。

本发明第二方面提供了一种锂离子电池，包括上述任一所述的负极片。

本发明的实施，至少具有以下优势：

1、本发明提供了一种负极片，通过降低极耳周围活性层的厚度，有效改善了极耳连接位置的充电风险，在保持高倍率充电的条件下，提高了锂离子电池的循环保持率。

2、本发明提供的锂离子电池在高倍率充电情况下，具备较好的循环性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为本发明一实施例提供的负极片的主视图；

图1b为本发明一实施例提供的负极片的俯视图；

图1c为本发明一实施例提供的负极片的左视图；

图2a为本发明又一实施例提供的负极片的主视图；

图2b为本发明又一实施例提供的负极片的俯视图；

图3为本发明再一实施例提供的负极片的俯视图。

附图标记说明：

1：集流体；

2：第一活性层；

3：第二活性层；

4：极耳。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种负极片，包括集流体、第一活性层以及第二活性层，依据现有的极片设计，第一活性层和第二活性层侧面设置有凹槽，该凹槽连通第二活性层的上表面和集流体的上表面，使得极耳可以设置在该凹槽处并与凹槽处暴露出的集流体电连接，本申请提供的负极片主要降低了极耳周围活性层的厚度来改善极耳连接位置的充电风险，具体地，图1a为本发明一实施例提供的负极片的主视图，图1b为本发明一实施例提供的负极片的俯视图，图1c为本发明一实施例提供的负极片的左视图，如图1a-1c所示，负极片包括集流体1、第一活性层2、第二活性层3和极耳4，其中，第一活性层2设置于集流体1表面，并且第一活性层2上设置有第一凹槽，第二活性层中第一部分设置于该第一凹槽内并与集流体1的表面接触，第二活性层中第二部分设置于第一活性层1远离集流体1的上表面，第二活性层的第一部分的侧面设置有第二凹槽，极耳4设置在第二凹槽内并于集流体1电连接，第二活性层3的第一部分的厚度小于第一活性层和第二活性层的第二部分的总厚度，使得靠近极耳周围的活性层厚度低于远离极耳区域的活性层厚度；其中，本申请对极片厚度的定义与现有技术相同，即负极片中的最长边为极片的长，最短边为极片的高，介于最长边和最短边的边为极片的宽，即图1a中较长边为极片的长，较短边为极片的高，图1b中较短边为极片的宽，长边的值即为极片的长度，高边的值即为极片的厚度，宽边的值即为极片的宽度，并且，第一凹槽和第二凹槽与极片的长度、宽度和厚度方向相同；同时，为了使锂离子电池具备快充性能，第二活性层中的负极活性物质为快充型石墨，即第二活性层中负极活性物质的平均粒径为10-18μm，石墨化度为86-94％。本发明提供的负极片，通过降低极耳周围活性层的厚度，有效改善了极耳连接位置的充电风险，在保持高倍率充电的条件下，提高了锂离子电池的循环保持率。

在图1a-1c所示的极片结构中，由于第一活性层设置有第一凹槽，因此，在涂布第一活性层浆液过程中对第一凹槽所在位置进行空白涂布，但现有的涂布设备和涂布工艺无法直接实现该种涂布方式，因此，为了提高第一活性层的制备效率，可将第一凹槽的宽度变大，使其与集流体的宽度相同，即可使用现有的涂布设备进行跳涂得到设置有第一凹槽的第一活性层。

图2a为本发明又一实施例提供的负极片的主视图，图2b为本发明又一实施例提供的负极片的俯视图，如图2a-2b所示，负极片包括集流体1、第一活性层2、第二活性层3和极耳4，第一活性层1设置有第一凹槽，且第一凹槽的宽度与集流体1的宽度相同，即第一凹槽将第一活性层2和第二活性层3分为左右两个部分。

可以理解的是，以第二凹槽在集流体上竖直投影区域的对角线的交点为中心，所述第二凹槽在所述集流体上竖直投影的中心位于所述第一凹槽内。

继续参考图1b或2b可知，所述第二凹槽在所述集流体上竖直投影的中心位于所述第一凹槽内，为了进一步提高锂离子电池的循环性能，可尽量将第二凹槽设置于第一凹槽的中心，使得极耳两侧活性层的厚度相同。

发明人对第一凹槽和第二凹槽的长度进行研究，经研究发现，随着第一凹槽长度的不断提高，锂离子电池的循环性能会逐渐提高，但当二者的长度差值超过500mm时，循环性能逐渐稳定，因此，所述第一凹槽的长度与所述第二凹槽长度的差值小于等于500mm。

第二凹槽的长度和宽度具体依据极耳来确定，本领域技术人员可依据实际极片设计和需要确定第二凹槽的长度和宽度。

本领域技术人员知晓，快充型石墨的压实密度有限，会导致锂离子电池的能量密度下降，为了兼顾锂离子电池的能量密度和快充性能，第一活性层中负极活性物质选用常规石墨，具体地，所述第一活性层中的负极活性物质的平均粒径和石墨化度大于第二活性层中负极活性物质的平均粒径和石墨化度，例如，当第二活性层中的负极活性物质的平均粒径为10-18μm，石墨化度为86-94％时，第一活性层中负极活性物质的平均粒径为12-30μm，石墨化度为90-98％。

在实际制备过程中，为了便于极耳与集流体的连接，可将第二凹槽在集流体上竖直投影的面积大于集流体上的极耳连接区的面积。

图3为本发明再一实施例提供的负极片的俯视图，如图3所示，第二凹槽在所述集流体上的竖直投影面积大于集流体上极耳连接区的面积。

综上，本发明提供了一种负极片，通过降低极耳周围活性层的厚度，有效改善了极耳连接位置的充电风险，在保持高倍率充电的条件下，提高了锂离子电池的循环保持率。

在本发明提供的负极片结构的基础上，本领域技术人员可结合现有的极片制备方法进行，具体地，首先制备得到第一活性层浆液和第二活性层浆液，其中，选择平均粒径为12-30μm，石墨化度为90-98％的负极活性物质，并搭配导电剂、粘结剂和增稠剂制备得到第一活性层浆液，选择平均粒径为10-18μm，石墨化度为86-94％的负极活性物质制备得到第二活性层浆液；其次，将制备得到的第一活性层浆液涂布在集流体表面，并在第一凹槽所对应的区域进行空白涂布，得到设置有第一凹槽的第一活性层，接着按照常规的极片涂布工艺涂布第二活性层浆液，其中，部分第二活性层浆液在重力的作用下填充第一凹槽，得到第二活性层的第一部分，其余部分的第二活性层浆液得到第二活性层的第二部分，最后，清洗位于第一凹槽内第一部分中部分区域的活性层，得到第二凹槽，并将极耳设置在第二凹槽内与集流体电连接后得到该负极片。

其中，负极活性物质可以包括人造石墨、天然石墨、改性石墨中的至少一种；粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、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、聚六氟丙烯和丁苯橡胶(SBR)中的至少一种；导电剂可以包括导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的至少一种；增稠剂可以包括羧甲基纤维素钠。

本发明第二方面提供了一种锂离子电池，包括上述任一一种负极片。

本发明提供了一种锂离子电池，本领域技术人员在本发明提供的负极片的基础上，结合现有技术搭配正极片、隔膜以及电解液制备得到锂离子电池，但需要注意的是，当负极片使用本发明提供的结构时，其对应的正极片也具有相同的结构，即第一凹槽所在的位置、长度、宽度等均与负极片保持相同。本发明提供的锂离子电池在高倍率充电情况下，具备较好的循环性能。

以下结合具体实施例进行详细阐述：

实施例1

本实施例提供的负极片的主视图如图2a所示，俯视图如图3所示，左视图如图1c所示，其中：

集流体为铜箔，宽度为81mm；

第一凹槽的宽度为81mm，长度为30mm；

第二凹槽的宽度为25mm，长度为10mm。

第一活性层中负极活性物质的平均粒径为18μm，石墨化度为96％；

第二活性层中负极活性物质的平均粒径为15μm，石墨化度为92％。

本实施例提供的负极片的制备方法包括如下步骤：

1、将97质量份的石墨、0.7质量份的炭黑、1.3质量份的丁苯橡胶和1质量份的羧甲基纤维素钠溶于去离子水中，混合均匀得到第一活性层浆液，按照相同的质量比混合得到第二活性层浆液，其中，石墨的平均粒径和石墨化度如前所述；

2、将制备得到的第一活性层浆液跳涂在集流体的表面，得到设置有第一凹槽的第一活性层，涂布第二活性层浆液，得到第二活性层；清洗第一凹槽内第一部分的部分活性层，得到第二凹槽，并将极耳设置在第二凹槽内与集流体电连接得到该负极片。

实施例2

集流体为铜箔，宽度为81mm；

第一凹槽的宽度为81mm，长度为40mm；

第二凹槽的宽度为25mm，长度为10mm；

本实施例提供的负极片的制备方法可参考实施例1。

实施例3

集流体为铜箔，宽度为81mm；

第一凹槽的宽度为81mm，长度为50mm；

第二凹槽的宽度为25mm，长度为10mm。

本实施例提供的负极片的制备方法可参考实施例1。

实施例4

集流体为铜箔，宽度为81mm；

第一凹槽的宽度为81mm，长度为60mm；

第二凹槽的宽度为25mm，长度为10mm；

本实施例提供的负极片的制备方法可参考实施例1。

实施例5

集流体为铜箔，宽度为81mm；

第一凹槽的宽度为81mm，长度为70mm；

第二凹槽的宽度为25mm，长度为10mm；

本实施例提供的负极片的制备方法可参考实施例1。

实施例6

集流体为铜箔，宽度为81mm；

第一凹槽的宽度为81mm，长度为30mm；

第二凹槽的宽度为25mm，长度为10mm。

第二活性层中负极活性物质的平均粒径为15μm，石墨化度为94％。

本实施例提供的负极片的制备方法可参考实施例1。

实施例7

集流体为铜箔，宽度为81mm；

第一凹槽的宽度为81mm，长度为30mm；

第二凹槽的宽度为25mm，长度为10mm。

第二活性层中负极活性物质的平均粒径为15μm，石墨化度为90％。

本实施例提供的负极片的制备方法可参考实施例1。

实施例8

本实施例提供的负极片的主视图如图2a所示，俯视图如图3所示，左视图如1c所示，其中：

集流体为铜箔，宽度为81mm；

第一凹槽的宽度为81mm，长度为30mm；

第二凹槽的宽度为25mm，长度为10mm。

第二活性层中负极活性物质的平均粒径为10μm，石墨化度为90％。

本实施例提供的负极片的制备方法可参考实施例1。

对比例1

本对比例提供的负极片包括集流体、第一活性层和第二活性层，第一活性层和第二活性层侧面中间位置设置有凹槽，其中，

集流体为铜箔，宽度为81mm；

凹槽的宽度为25mm，长度为10mm；

在本发明实施例1-8以及对比例1提供的负极片的基础上，制备得到锂离子电池，并对锂离子电池的循环容量保持率进行测试。

其中，正极片可依据现有技术进行，其结构与相应的负极片结构相同，正极活性物质购自厦门厦钨新能源材料有限公司，负极活性物质购自上海杉杉科技有限公司；隔膜购自东莞市卓高电子科技有限公司，电解液购自深圳新宙邦科技股份有限公司。

锂离子电池的性能测试方法为：

将实施例1-8以及对比例1基础上制备得到的锂离子电池在25℃条件下进行2C/0.7C的充放电循环测试，循环500次后计算其循环保持率(％)，测试结果见表1。

表1实施例1-8以及对比例1提供的锂离子电池的性能测试结果

	25℃循环保持率
		实施例1	85.1％
实施例2	86.1％
		实施例3	86.8％
实施例4	87.3％
		实施例5	88.0％
实施例6	83.0％
		实施例7	86.0％
实施例8	87.2％
		对比例1	82.5％

由表1可知，实施例1-8提供的锂离子电池均具有较好的循环容量保持率；根据实施例1-5提供的数据可知，随着第一凹槽长度的增加，锂离子电池的循环性能会相应提高；根据实施例6-8提供的数据可知，随着第二活性层中负极活性物质石墨化度和平均粒径的提高，锂离子电池的循环保持率会降低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括集流体、第一活性层、第二活性层，所述第一活性层设置于集流体的表面，且设置有第一凹槽，所述第二活性层分为设置于所述第一凹槽内的第一部分和设置于第一活性层远离集流体表面的第二部分；

其中，所述第一部分上设置有第二凹槽，极耳设置于所述第二凹槽内并与所述集流体电连接，第二活性层的第一部分的厚度小于第一活性层和第二活性层的第二部分的总厚度，靠近极耳周围的活性层厚度低于远离极耳区域的活性层厚度；

2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第一凹槽的宽度与所述集流体的宽度相同。

3.根据权利要求1或2所述的负极片，其特征在于，所述第二凹槽在所述集流体上竖直投影的中心位于所述第一凹槽内。

4.根据权利要求3所述的负极片，其特征在于，所述第一凹槽的长度与所述第二凹槽长度的差值小于等于500mm。

5.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第一活性层中负极活性物质的平均粒径和石墨化度大于第二活性层中负极活性物质的平均粒径和石墨化度。

6.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，第一活性层中负极活性物质的平均粒径为12-30μm，石墨化度为90-98％。

7.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第二凹槽在集流体上竖直投影的面积大于集流体上极耳连接区的面积。

8.根据权利要求7所述的负极片，其特征在于，所述第二凹槽的宽度为所述极耳连接区宽度的1-2倍。

9.根据权利要求7所述的负极片，其特征在于，所述第二凹槽的长度为所述极耳连接区长度的1-2倍。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述负极片。