CN113555526A - 负极片及电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种负极片和电池，其中负极片包括负极集流体，在负极集流体上依次层叠设有第一涂层、第二涂层和第三涂层，第一涂层位于负极集流体的表面。第一涂层包括第一活性材料，第二涂层包括第二活性材料，第三涂层包括第三活性材料，第二活性材料包括硅材料，第三活性材料的OI值小于第一活性材料的OI值。通过在负极集流体表面的第一涂层使用OI值大的第三活性材料，最外层的第三涂层使用OI值小的第三活性材料，可以在兼顾电池能量密度的同时，提高电池的充电性能。综上，本申请实施例提供的负极片可以在兼顾电池能量密度的同时，解决掺硅负极材料的充电性能较差的问题。

Description

负极片及电池
技术领域
本申请涉及负极片及电池应用领域，尤其涉及一种负极片及电池。
背景技术
随着第五代移动通信技术(5th Generation Mobile CommunicationTechnology，简称5G)时代的到来和锂离子电池技术的迅速发展，人们对锂离子电池的能量密度和充电性能都提出了更高的要求。
现有技术中，为了满足对锂离子电池能量密度的要求，通常在负极活性材料中掺硅以提高锂离子电池的能量密度，但是，掺硅负极材料的充电性能较差。
发明内容
本申请实施例提供一种负极片及电池，解决了掺硅电池负极片充电性能较差的问题。
为达到上述目的，第一方面，本申请实施例提供一种负极片，所述负极片包括负极集流体，在所述负极集流体上依次层叠设有第一涂层、第二涂层和第三涂层，所述第一涂层位于所述负极集流体的表面；
所述第一涂层包括第一活性材料，所述第二涂层包括第二活性材料，所述第三涂层包括第三活性材料，所述第二活性材料包括硅材料，所述第一活性材料和所述第三活性材料均包括碳材料，所述第三活性材料的OI值小于所述第一活性材料的OI值；
其中，OI值是指x射线衍射测试数据中的004峰强与110峰强的比值。
可选地，所述第二活性材料还包括硬碳。
可选地，所述硅材料与所述硬碳的质量比的范围为0至1/4。
可选地，所述第二涂层的厚度小于或等于所述第一涂层和所述第三涂层的厚度之和。
可选地，所述第三涂层与所述第一涂层的厚度比的范围为1:9至9:1。
可选地，所述第一涂层的极限压实值大于或等于所述第三涂层的极限压实值。
可选地，所述第二涂层的孔隙率大于所述第三涂层的孔隙率，所述第三涂层的孔隙率大于所述第一涂层的孔隙率。
可选地，所述硅材料包括以下至少一项：
晶体硅、氧化亚硅、晶体硅与碳材料的第一复合材料，以及氧化亚硅与碳材料的第二复合材料。
可选地，所述碳材料包括石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳中的至少一项；
所述第三活性材料包括石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳和有机聚合物化合物碳中的至少一项。
第二方面，本申请实施例提供一种电池，包括如第一方面所述的负极片。
本申请实施例中，负极片包括负极集流体，在负极集流体上依次层叠设有第一涂层、第二涂层和第三涂层，第一涂层位于负极集流体的表面。硅材料具有能量密度的优势，通过在第二涂层使用包括硅材料的第二活性材料，可以提高电池的能量密度。OI值大的第三活性材料压实密度大，也有助于提高电池的能量密度，OI值小的第一活性材料充电性能好。通过在负极集流体表面的第一涂层使用OI值大的第三活性材料，最外层的第三涂层使用OI值小的第三活性材料，可以在兼顾电池能量密度的同时，提高电池的充电性能。综上，本申请实施例提供的负极片可以在兼顾电池能量密度的同时，解决掺硅负极材料的充电性能较差的问题。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例中的技术方案，现对说明书附图作如下说明，显而易见地，下述附图仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据所列附图获得其他附图。
图1是本申请实施例提供的负极片的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本申请中的实施例的基础上，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，都属于本申请保护的范围。
现有技术中，为了满足对锂离子电池能量密度的要求，通常在负极活性材料中掺硅以提高锂离子电池的能量密度，但是，掺硅负极材料的充电性能较差。且掺硅负极材料在脱嵌锂的过程中会发生巨大的体积变化，会导致负极片体积产生较大膨胀，从而导致电池体积产生较大膨胀。
为解决上述至少一项问题，参见图1，本申请实施例提供一种负极片，所述负极片包括负极集流体4，在所述负极集流体4上依次层叠设有第一涂层1、第二涂层2和第三涂层3，所述第一涂层1位于所述负极集流体4的表面；
所述第一涂层1包括第一活性材料，所述第二涂层2包括第二活性材料，所述第三涂层3包括第三活性材料，所述第二活性材料包括硅材料，所述第一活性材料和所述第三活性材料均包括碳材料，所述第三活性材料的OI值小于所述第一活性材料的OI值；
其中，OI值是指x射线衍射测试数据中的004峰强与110峰强的比值。
上述第一活性材料和第三活性材料为可作为负极活性物质的材料，包括碳材料，示例性的，所述第一活性材料包括石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳中的至少一项，所述第三活性材料包括石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳和有机聚合物化合物碳中的至少一项。
上述第二活性材料也为可作为负极活性物质的材料，第二活性材料可以包括石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳中的至少一项，也可以不包括石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳中的至少一项。上述第二活性材料所包括的硅材料也可称为硅基负极材料，示例性的，所述硅材料包括晶体硅、氧化亚硅、晶体硅与碳材料的第一复合材料，以及氧化亚硅与碳材料的第二复合材料中的至少一项。
负极集流体4的材质通常可以采用铜箔，负极集流体4的形状为方形。在负极集流体4上可设极耳5。第一涂层1、第二涂层2和第三涂层3均可沿负极片长度方向涂覆。可以仅在负极集流体4的单面设有第一涂层1、第二涂层2和第三涂层3，也可以在负极集流体4的两面均设有第一涂层1、第二涂层2和第三涂层3。
本申请实施例中，负极片包括负极集流体4，在负极集流体4上依次层叠设有第一涂层1、第二涂层2和第三涂层3，第一涂层1位于负极集流体4的表面。硅材料具有能量密度的优势，通过在第二涂层2使用包括硅材料的第二活性材料，可以提高电池的能量密度。OI值大的第三活性材料压实密度大，也有助于提高电池的能量密度，OI值小的第一活性材料充电性能好。通过在负极集流体4表面的第一涂层1使用OI值大的第三活性材料，最外层的第三涂层3使用OI值小的第三活性材料，可以在兼顾电池能量密度的同时，提高电池的充电性能。综上，本申请实施例提供的负极片可以在兼顾电池能量密度的同时，解决掺硅负极材料的充电性能较差的问题。
此外，硅材料在循环过程中会向其附近的负极活性材料传递充电压力，将含有硅材料的第二涂层2置于第一涂层1和第三涂层3之间，可以使硅材料充分向第一涂层1和第三涂层3传递充电压力，从而抑制负极片的体积膨胀。
可选地，所述第二活性材料还包括硬碳。硬碳本身在电池充放电的过程中膨胀非常小，且硬炭的孔隙率较大，通过在包括硅材料的第二活性材料中掺杂硬碳可以抑制负极片体积产生膨胀。此外，硬碳本身具有较好的快充能力，适合作为硅材料的混合材料。
可选地，所述硅材料与所述硬碳的质量比的范围为0至1/4。硅材料含量越高越有利于提高电池的能量密度，但硅材料含量过高会影响电池的充电性能，经实验，在硅材料与硬炭的质量比满足上述范围时，可以兼顾电池的能量密度和充电性能。
可选地，所述第二涂层2的厚度小于或等于所述第一涂层1和所述第三涂层3的厚度之和。
第一涂层1、第二涂层2和第三涂层3的厚度可以按照实际需要设置。第一涂层1、第二涂层2和第三涂层3的厚度可以均相同，也可以部分相同，或者完全不相同。在硅材料的含量占第一涂层1、第二涂层2和第三涂层3的总含量不变的情况下，第二涂层2的厚度越小，说明第二涂层2中硅含量与硬碳含量的比值越大，会导致电池的循环性能变差。第三涂层3的厚度越大，会降低电池的能量密度，但是可以提高电池的充电性能。第一涂层1的厚度越大，会提高电池的能量密度，但会降低电池的充电性能。综合上述因素进行考虑，所述第三涂层3与所述第一涂层1的厚度比的范围为1:9至9:1。
可选地，所述第一涂层1的极限压实值大于或等于所述第三涂层3的极限压实值。极限压实值小的涂层，快充性能较好，但会导致涂层厚度较厚，进而降低电池的能量密度。极限压实值大的涂层，快充性能较差，但利于提高电池的能量密度。通过使第三涂层3的极限压实值比第一涂层1极限压实值小，可以在兼顾电池能量密度的同时提高电池的充电性能。
进一步地，所述第二涂层2的孔隙率大于所述第三涂层3的孔隙率，所述第三涂层3的孔隙率大于所述第一涂层1的孔隙率。
本申请实施例提供一种电池，包括本申请实施例提供的负极片。本申请实施例提供的负极片的结构和工作原理可以参考上述实施例，在此不再赘述。由于本申请实施例提供的电池包括本申请实施例提供的负极片，因此本申请实施例提供的电池具有本申请实施例提供的负极片的全部有益效果。
综上，本申请实施例的目的在于：克服现有技术的不足，提出一种三明治结构的负极片。示例性的，可通过在第一涂层和第三涂层所在位置涂覆石墨，第二涂层所在位置涂覆硬碳掺混硅的活性材料，有效的缓解硅负极体系膨胀大和充电性能差的问题。
为了实现上述目的，第一涂层为石墨负极浆料S，第三涂层为石墨负极活性物质为负极浆料C，第二涂层为硬碳材料和硅的掺混物浆料Y。
具体的，实施例1包括以下步骤：
(1-1)将负极活性物质c、导电剂、粘接剂、分散剂按(96.9wt％、0.5wt％、1.3wt％、1.3wt％)比例混合，然后加水搅拌分散制成适当固含量的负极浆料C；
(1-2)将负极活性物质(硬碳：硅材料＝9：1)、导电剂、粘接剂、分散剂按(96.5wt％、0.5wt％、1.5wt％、1.5wt％)比例混合，然后加水搅拌分散制成适当固含量的负极浆料Y；
(1-3)将负极活性物质s、导电剂、粘接剂、分散剂按(96.9wt％、0.5wt％、1.3wt％、1.3wt％)比例混合，然后加水搅拌分散制成适当固含量的负极浆料S；
然后通过双层涂布设备把负极浆料S涂覆在负极集流体上，负极浆料Y涂覆在负极浆料S上，负极浆料C涂覆在负极浆料Y上烘干、辊压分切、制片，制备得到复合负极片。该过程中，两种浆料的涂覆结构遵循上文发明点的设计原理，具体的参数如下：三层厚度从上到下比例为3:2:5；
(2)将正极主材和炭黑导电剂以及PVDF以97.2：1.5:1.3的比例调配成正极浆料；极浆料涂布在正极集流体上，烘干、辊压、分切、制片，得到正极极片。
(3)将第一步制得的复合负极片、第二步制得的正极片与隔膜一起卷绕制成卷芯，再用铝塑膜封装制成电芯，然后进行注液、陈化、化成、二次封装等工序，最后对电池的电化学性能进行测试。
实施例2，其他与实施例1相同，第三涂层:第二涂层：第一涂层的厚度比为4:2:4。
对比例1的负极均涂覆浆料Y，其他同实施例1。
经试验，得到如表1所示的结果。
Figure BDA0003172779250000061
表1
由表1可以看出，采用本申请实施例的负极片，可以提高电池的充电性能，且可有效抑制电池体积的膨胀。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括负极集流体，在所述负极集流体上依次层叠设有第一涂层、第二涂层和第三涂层，所述第一涂层位于所述负极集流体的表面；
所述第一涂层包括第一活性材料，所述第二涂层包括第二活性材料，所述第三涂层包括第三活性材料，所述第二活性材料包括硅材料，所述第一活性材料和所述第三活性材料均包括碳材料，所述第三活性材料的OI值小于所述第一活性材料的OI值；
其中，OI值是指x射线衍射测试数据中的004峰强与110峰强的比值。
2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第二活性材料还包括硬碳。
3.根据权利要求2所述的负极片，其特征在于，所述硅材料与所述硬碳的质量比的范围为0至1/4。
4.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第二涂层的厚度小于或等于所述第一涂层和所述第三涂层的厚度之和。
5.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第三涂层与所述第一涂层的厚度比的范围为1:9至9:1。
6.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第一涂层的极限压实值大于或等于所述第三涂层的极限压实值。
7.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第二涂层的孔隙率大于所述第三涂层的孔隙率，所述第三涂层的孔隙率大于所述第一涂层的孔隙率。
8.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述硅材料包括以下至少一项：
晶体硅、氧化亚硅、晶体硅与碳材料的第一复合材料，以及氧化亚硅与碳材料的第二复合材料。
9.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述碳材料包括石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳中的至少一项；
所述第三活性材料包括石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳和有机聚合物化合物碳中的至少一项。
10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的负极片。
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