CN113745468B - 一种锂离子电池和电子装置 - Google Patents

一种锂离子电池和电子装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113745468B
CN113745468B CN202111051218.6A CN202111051218A CN113745468B CN 113745468 B CN113745468 B CN 113745468B CN 202111051218 A CN202111051218 A CN 202111051218A CN 113745468 B CN113745468 B CN 113745468B
Authority
CN
China
Prior art keywords
active layer
negative electrode
lithium ion
ion battery
electrode active
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111051218.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113745468A (zh
Inventor
韦世超
彭冲
李俊义
陈博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Original Assignee
Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd filed Critical Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority to CN202311478564.1A priority Critical patent/CN117410447A/zh
Priority to CN202111051218.6A priority patent/CN113745468B/zh
Publication of CN113745468A publication Critical patent/CN113745468A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113745468B publication Critical patent/CN113745468B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明提供一种锂离子电池和电子装置。本发明第一方面提供一种锂离子电池，包括负极集流体和设置在负极集流体至少一个功能表面的负极活性层，负极活性层包括第一负极活性层，第一负极活性层包括硅材料和碳材料；在第一负极活性层厚度方向上，硅材料以N个线性排列分布于第一负极活性层中，每个线性排列中硅材料的平均颗粒数为1.5‑5.5个，在50μm*50μm的区域内，硅材料的颗粒数为5‑50个；当锂离子电池经45℃，1C/0.5C循环50T后，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的含量不低于40％。本发明提供的锂离子电池具有优异的循环性能。

Description

一种锂离子电池和电子装置
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池和电子装置，涉及锂离子电池技术领域。
背景技术
如今锂离子电池已成为主流电子产品的储能装置，随着人们对电子产品续航和充电能力要求的不断提高，对锂离子电池的能量密度也提出了更高的要求。硅材料具有较高的比容量，通过使用硅材料和碳材料混合作为负极活性物质提高锂离子电池的能量密度已经成为行业趋势。
然而，硅材料的导电性能远低于碳材料，同时硅材料在锂离子电池充放电过程中易膨胀，导致硅材料脱离导电体系，导致硅材料表面的电子通路被破坏，进一步降低了锂离子电池的循环性能。因此，如何防止硅材料表面的电子通路被破坏，提升锂离子电池的循环性能受到了越来越多的关注。
发明内容
本发明提供一种锂离子电池，用于防止硅材料表面的电子通路被破坏，提升锂离子电池的循环性能。
本发明第一方面提供一种锂离子电池，包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一个功能表面的负极活性层，所述负极活性层包括第一负极活性层，所述第一负极活性层包括硅材料和碳材料；
其中，在所述第一负极活性层厚度方向上，所述硅材料以N个线性排列分布于所述第一负极活性层中，且每个线性排列中硅材料的平均颗粒数为1.5-5.5个；在50μm*50μm的区域内，所述硅材料的颗粒数为5-50个；
当所述锂离子电池经45℃，1C/0.5C循环50T后，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的含量不低于40％。
本发明提供了一种锂离子电池，其包括负极片，负极片包括负极集流体和设置在负极集流体至少一个功能表面的负极活性层，可以理解的是，负极集流体为薄片状，其功能表面是指负极集流体中两个相对的面积较大的表面，用于实现对负极活性层的负载，具体是指负极集流体长度和宽度方向组成的上、下两个表面，负极活性层设置在负极集流体的至少一个功能表面上，负极活性层包括第一负极活性层，即第一负极活性层设置在负极集流体的至少一个功能表面，例如，图1为本发明一实施例提供的负极片的结构示意图，如图1所示，该负极片包括负极集流体100和第一负极活性层201，第一负极活性层201设置在负极集流体100的两个功能表面，可以理解的是，第一负极活性层201可以仅设置在负极集流体100的一个功能表面，即上表面或下表面，具体设置方式根据实际生产需要进行。
第一负极活性层201包括硅材料和碳材料，本发明通过限定硅材料的颗粒数以及距离硅材料表面10nm区域内C元素的含量，防止了硅材料与导电网络脱落以及硅材料表面电子通路被破坏，提高了锂离子电池的循环性能；具体地，图2为本发明一实施例提供的负极片的截面SEM图，图3为本发明又一实施例提供的负极片的截面SEM图，如图2-3所示，在第一负极活性层厚度方向上，即负极集流体至隔膜的方向(即图2箭头所指的方向)上做N条直线，统计N条直线上硅材料的总颗粒数，总颗粒数/N即为平均颗粒数，平均颗粒数为1.5-5.5个，在一种具体实施方式中，可在第一负极活性层厚度方向上等距取10条直线，每条直线之间的距离为10μm，通过电镜扫描观察得到每条直线上硅材料的颗粒数，将十条直线上硅材料的颗粒数相加后除以十即得到每个线性排列中硅材料的平均颗粒数；沿着负极集流体的长度和厚度方向组成的平面中，在50μm*50μm的区域内，硅材料的颗粒数为5-50个，在一种具体实施方式中，在第一负极活性层长度和厚度组成的剖面中，以50μm*50μm的大小对剖面进行取样，统计落在该区域内的硅材料的颗粒数，可以理解的是，当取样区域不同时，硅材料的颗粒数可以不同，但均应在上述范围内；此外，当第一负极活性层厚度小于50μm时，本领域技术人员可采用不同大小对第一负极活性层进行取样，并进行等比例换算即可；同时，由于C元素可有效保证硅材料表面的电子通路，因此，硅材料周围应尽可能多的包括C元素，但是C元素含量波动范围较大，为了保证C元素含量测试的稳定性，本发明对经过45℃，1C/0.5C循环50T后的锂离子电池中硅材料表面10nm区域内的C元素含量进行测定，具体地，当锂离子电池经45℃，1C/0.5C循环50T后，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的含量不低于40％。本发明提供的锂离子电池，使在第一负极活性层厚度方向上，硅材料以N个线性排列分布于所述第一负极活性层中，且每个线性排列中硅材料的平均颗粒数为1.5-5.5个，在50μm*50μm的区域内，所述硅材料的颗粒数为5-50个；并且使所述锂离子电池经45℃，1C/0.5C循环50T后，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的含量不低于40％，可有效防止硅材料与导电网络脱落以及硅材料表面电子通路被破坏，提高锂离子电池的循环性能。
为了进一步提高锂离子电池的循环性能，可以降低负极片表层硅材料的含量，以进一步降低硅材料体积膨胀对导电通道的影响，具体地，所述负极活性层还包括第二负极活性层，所述第二负极活性层设置在所述第一负极活性层远离所述负极集流体的表面，且所述第一负极活性层中硅材料的颗粒数大于所述第二负极活性层中硅材料的颗粒数。
图4为本发明又一实施例提供的负极片的结构示意图，如图4所示，负极片包括负极集流体100、第一负极活性层201以及第二负极活性层202，第一负极活性层201设置在负极集流体100的上表面，第二负极活性层202设置在第一负极活性层201远离负极集流体100的上表面，即第一负极活性层201和第二负极活性层依次层叠设置在负极集流体100的上表面，且第一负极活性层201中硅材料的颗粒数大于第二负极活性层202中硅材料的颗粒数。
当负极活性层包括第二负极活性层时，由于硅材料的颗粒数不同，在制备过程中需分别制备第一负极活性层浆液和第二负极活性层浆液，并依次或同步涂布在负极集流体表面，为了进一步提高锂离子电池的循环性能，简化负极片制备工艺，所述第二负极活性层包括碳材料，即第二负极活性层中不包括硅材料。
为了在提高锂离子电池循环性能的基础上进一步兼顾其能量密度，所述碳材料的D50碳、所述硅材料的D50硅、所述碳材料的质量m1、所述硅材料的质量m2，所述负极活性层的厚度H之间满足关系式1：
D50碳、D50硅以及H的单位相同，m1与m2的单位相同；
通过限定碳材料和硅材料的粒径、质量比和负极活性层厚度的关系以兼顾锂离子电池的能量密度，为了便于说明，本发明将碳材料和硅材料的粒径、质量比和负极活性层厚度根据式1所示的公式计算得到的数值定义为M值，M值可以反应出负极活性层内硅材料的颗粒数与碳材料的颗粒数的比值，具体地，D50碳和D50硅分别是指碳材料和硅材料中累积分布达到50％时对应的粒径值，二者的单位相同，例如可以是μm，粒径可通过激光粒度仪测量得到；碳材料和硅材料的质量比是指负极活性层中碳材料的质量和硅材料的质量的比值，二者的单位相同，例如克；负极活性层的厚度H是指位于负极集流体一个功能表面上的负极活性层的厚度，其单位与D50单位相同。
当负极活性层仅包括第一负极活性层时，将碳材料的D50、硅材料的D50、碳材料和硅材料的质量以及第一负极活性层的厚度代入式1所示的公式中进行计算；当负极活性层包括第一负极活性层和第二负极活性层时，在式1所示的公式中，当第一负极活性层和第二负极活性层中碳材料的D50相同时，则直接以该D50代入式1中计算，当第一负极活性层和第二负极活性层中碳材料的D50不同时，则以D50均值(计算公式为D50A*A％+D50B*B％，A％和B％为两款不同碳材料在负极活性层中所占的比例)代入式1中进行计算，负极活性层的厚度H为负极集流体一个功能表面上第一负极活性层和第二负极活性层的总厚度，碳材料的质量m1和硅材料的质量m2分别为第一负极活性层和第二负极活性层中碳材料的总质量和硅材料的总质量。
本发明所使用的硅材料和碳材料为本领域常规材料，例如，硅材料为硅、硅氧、硅碳中的一种或多种，碳材料可以为石墨，硅材料的颗粒数可以通过控制硅材料的质量分数、粒径、负极活性层的厚度实现，具体地，所述硅材料的质量为所述碳材料和硅材料总质量的1％-16％。
可以理解的是，当硅材料或碳材料粒径过大时，会导致单位面积内硅材料的颗粒数降低，因此，所述硅材料的D50为5-8μm，所述碳材料的D50为10-18μm。
负极活性层的厚度不仅会影响硅材料的颗粒数，也会影响锂离子电池的能量密度，当负极活性层过厚时，硅材料在负极活性层中分散较为稀疏，不利于锂离子电池能量密度的提高和负极片的制备，当负极活性层较薄时，硅材料的分布过于紧密，负极片膨胀较为严重，显著恶化负极片电子通路，因此，为了进一步兼顾锂离子电池的能量密度和保证电子通道，所述负极活性层的总厚度为40-80μm，可以理解的是，当负极活性层仅包括第一负极活性层时，第一负极活性层的厚度为40-80μm，当负极活性层包括第一负极活性层和第二负极活性层时，第一负极活性层和第二负极活性层的总厚度为40-80μm，需要注意的是，此处的厚度均为负极集流体一个功能表面负极活性层的厚度，对于负极集流体另一个功能表面负极活性层的厚度也在上述范围内，但两个功能表面的负极活性层厚度可以相同或不同。
发明人研究发现，硅材料表面10nm区域内的C元素大多由导电剂提供，并且，硅材料表面的C元素的含量会随着导电剂含量的提升而提升，因此，可以通过调节导电剂的含量实现硅材料表面的C元素的含量，具体地，所述第一负极活性层包括导电剂，且所述导电剂的质量为第一负极活性层总质量的0.5％-2.5％。
此外，由于硅材料的导电性较差，因此，应适当的提升第一负极活性层的导电性，介于本领域常规导电剂中碳管的导电性能远远大于碳黑的导电性能，因此，在导电剂含量一定的情况下，包含硅材料的负极活性层中导电剂可选用碳管，且随着硅材料含量的增多，碳管的含量也需相应提高。
但是，碳管的较碳黑更难分散均匀，同时过多的碳管添加量可能会导致电池有鼓气风险，因此本发明采用碳管和碳黑混合的方式，即所述导电剂包括碳黑和碳管，且所述碳黑与所述碳管的质量比为(10:1)-(1：1)。
需要说明的是，本发明对导电剂的限定仅适用于负极活性物质包括硅材料的情况，对于不包括硅材料的负极活性层中，导电剂的种类和含量并不进行限定，例如，当负极活性层包括第一负极活性层和第二负极活性层时，为了进一步降低第一负极活性层与第二负极活性层的导电性能差异，所述第一负极活性层中碳管的含量必须大于第二负极活性层中碳管的含量。例如，当第二负极活性层包括碳材料时，导电剂可以为碳管或碳黑，但第一负极活性层中必须包括碳管，且第一负极活性层中碳管的含量应大于第二负极活性层中碳管的含量。
第一负极活性层中除负极活性物质和导电剂外、还包括粘结剂和分散剂，经发明人研究发现，PAA类(聚丙烯酸类)粘结剂有助于缓解硅材料的体积膨胀，防止电子通道恶化，因此，第一负极活性层可优选PAA类化合物作为粘结剂，并且，当负极活性层包括第一负极活性层和第二负极活性层时，由于第一负极活性层中硅材料的含量大于第二负极活性层中硅材料的含量，相应的，所述第一负极活性层中PAA类粘结剂的含量大于所述第二负极活性层中PAA类粘结剂的含量。
所述PAA类粘结剂的分子量为100万-200万，其中包括-CH3、-CH2、-CH＝、-O-R、-CHO、-Li、-Na中的一种或多种。
当第二负极活性层中负极活性物质为碳材料时，粘结剂可以为本领域常规粘结剂，例如，粘结剂为SBR。
负极片的制备可根据本领域常规技术手段进行，首先，将负极活性物质、导电剂、粘结剂和分散剂混合并制备得到负极活性层浆液，随后再将制备得到的负极活性层浆液，涂布在负极集流体至少一个功能表面，得到负极片，综合负极活性层对各组分含量的要求，第一负极活性层中负极活性物质的质量百分数为95％-97.5％，导电剂的质量百分数为0.5％-2.5％，粘结剂的质量百分数为1.5％-2.5％，分散剂的质量百分数为0.5％-1.5％；第二负极活性层中负极活性物质的质量百分数为95％-98％，导电剂的质量百分数为0％-2％，粘结剂的质量百分数为1.0％-2％，分散剂的质量分数为1.0％-2％。
在上述负极片的基础上，根据本领域常规技术手段搭配正极片和隔膜制备得到锂离子电池。本发明提供的锂离子电池，通过限定硅材料的颗粒数以及距离硅材料表面10nm区域内C元素的含量，防止了硅材料与导电网络脱落以及硅材料表面电子通路被破坏，提高了锂离子电池的循环性能。
本发明第二方面提供一种电子装置，包括本发明第一方面提供的锂离子电池。本发明不限定电子装置的种类，具体可以包括但不限于手机、笔记本电脑、电动汽车、电动自行车、数码照相机等。
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1为本发明一实施例提供的负极片的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的负极片的截面SEM图；
图3为本发明又一实施例提供的负极片的截面SEM图；
图4为本发明又一实施例提供的负极片的结构示意图；
图5为本发明实施例1提供的锂离子电池经循环后硅材料表面10nm区域内的ED图谱分析。
附图标记说明：
100-负极集流体；
201-第一负极活性层；
202-第二负极活性层。
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。
实施例1
本实施例提供的锂离子电池包括正极片、负极片和隔膜，其中：
负极片包括负极集流体铜箔和第一负极活性层，第一负极活性层包括96.5质量份的负极活性物质、1.5质量份的导电剂、1.0质量份的PAA粘结剂以及1.0质量份的分散剂CMC；
负极活性物质包括石墨和SiO1.2，石墨和SiO1.2的质量比为84:16；
石墨的D10为5μm，D50为12μm，D90为28μm；
SiO1.2的D10为0.5μm，D50为6.5μm，D90为11μm；
导电剂包括碳管和碳黑，且碳管和碳黑的质量比为1:1；
铜箔的厚度为6μm，第一负极活性层的厚度为60μm。
本实施例提供的负极片的制备方法包括如下步骤：
将石墨、SiO1.2、导电碳管、导电炭黑、PAA粘结剂和分散剂CMC分散于去离子水中，制备得到负极活性层浆液，随后均匀涂布在铜箔表面得到负极活性层，得到负极片。
正极片包括正极集流体铝箔和正极活性层，正极活性层包括97.6质量份的钴酸锂、1.3质量份的导电剂以及1.1质量份的粘结剂PVDF，导电剂包括导电炭黑和导电碳管，且导电炭黑和导电碳管的质量比为4:1。
隔膜为旭化成5+2+2油系隔膜。
按照上述方法制备两个相同的锂离子电池，并将其中一个进行拆解，通过氩离子研磨仪CP制备得到平整的第一负极活性层截面，并采用电子扫描显微镜对第一负极活性层中SiO1.2的颗粒数进行统计，具体地，以铜箔为起点，沿垂直于铜箔的方向至隔膜做直线，一共取等距十条线，距离为10μm，统计直线上SiO1.2的颗粒数，取平均值；以50μm*50μm的正方形对第一负极活性层取样，一共取十个正方形区域，并统计区域内SiO1.2的颗粒数，取平均值；经统计，SiO1.2在第一负极活性层厚度方向上的平均颗粒数为5.5个，每50μm*50μm的区域内的平均颗粒数为50个；将另一个锂离子电池在45℃，1C/0.5C条件下进行充放电测试，循环50T后对C元素含量进行检测，图5为本发明实施例1提供的锂离子电池经循环后硅材料表面10nm区域内的ED图谱分析，图5中列出了距离硅材料表面10nm区域内两个点的C元素含量分别为40.3％和41.2％，经统计，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的含量均不低于40％，且其平均值为40.7％；
将负极活性层中各参数代入式1中进行计算，计算得到的M值为3.63。
实施例2
本实施例提供的锂离子电池及其制备方法可参考实施例1，区别在于，第一负极活性层包括石墨和SiO1.2，石墨和SiO1.2的质量比为92：8；
采用与实施例1相同的方法进行统计测试，结果表明，本实施例提供的第一负极活性层中SiO1.2在第一负极活性层厚度方向上的平均颗粒数为3.5个，且每50μm*50μm的区域内的平均颗粒数为25个，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的平均含量为44.8％。
本实施例计算得到的M值为2.11。
实施例3
本实施例提供的锂离子电池及其制备方法可参考实施例1，区别在于，第一负极活性层包括石墨和SiO1.2，石墨和SiO1.2的质量比为98：2；
采用与实施例1相同的方法进行统计测试，结果表明，本实施例提供的第一负极活性层中SiO1.2在第一负极活性层厚度方向上的平均颗粒数为1.5个，且每50μm*50μm的区域内的平均颗粒数为5个，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的平均含量为48.5％。
本实施例计算得到的M值为0.60。
实施例4
本实施例提供的锂离子电池及其制备方法可参考实施例2，区别在于，第一负极活性层包括95.5质量份的负极活性物质、2.5质量份的导电剂、1.0质量份的PAA粘结剂以及1.0质量份的分散剂CMC；
采用与实施例1相同的方法进行统计测试，结果表明，本实施例提供的第一负极活性层中SiO1.2在第一负极活性层厚度方向上的平均颗粒数为3.5个，且每50μm*50μm的区域内的平均颗粒数为25个，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的平均含量为55％。
实施例5
本实施例提供的锂离子电池及其制备方法可参考实施例2，区别在于，第一负极活性层包括97.5质量份的负极活性物质、0.5质量份的导电剂、1.0质量份的PAA粘结剂以及1.0质量份的分散剂CMC；
采用与实施例1相同的方法进行统计测试，结果表明，本实施例提供的第一负极活性层中SiO1.2在第一负极活性层厚度方向上的平均颗粒数为3.5个，每50μm*50μm的区域内的平均颗粒数为25个，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的平均含量为40％。
实施例6
本实施例提供的锂离子电池包括负极集流体铜箔以及依次层叠设置在铜箔表面的第一负极活性层和第二负极活性层，其中，
第一负极活性层包括95.5质量份的负极活性物质、2.5质量份的导电剂、1质量份的PAA粘结剂以及1质量份的分散剂CMC；
负极活性物质包括石墨和SiO1.2，石墨和SiO1.2的质量比为84:16；
石墨的D10为5μm，D50为12μm，D90为28μm；
SiO1.2的D10为0.5μm，D50为6.5μm，D90为11μm；
导电剂包括碳管和碳黑，且碳管和碳黑的质量比为1:1；
铜箔的厚度为6μm，第一负极活性层的厚度为30μm，第二负极活性层的厚度为30μm；
第二负极活性层包括97.5质量份的石墨(与第一负极活性层中石墨相同)、0.5质量份的导电碳黑、1质量份的粘结剂SBR和1质量份的分散剂CMC。
本实施例提供的负极片的制备方法包括如下步骤：
将石墨、SiO1.2、导电碳管、导电炭黑、PAA粘结剂和分散剂CMC分散于去离子水中，制备得到第一负极活性层浆液，将石墨、导电炭黑、粘结剂SBR和分散剂CMC分散于去离子水中，制备得到第二负极活性层浆液，随后将第一负极活性层浆液和第二负极活性层浆液依次均匀涂布在铜箔表面，得到负极片。
采用与实施例1相同的方法进行统计测试，结果表明，本实施例提供的第一负极活性层中SiO1.2在第一负极活性层厚度方向上的平均颗粒数为3.5个，每50μm*50μm的区域内的平均颗粒数为25个，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的平均含量为50.2％。
本实施例计算得到的M值为2.11。
对比例1
本对比例提供的锂离子电池及其制备方法可参考实施例1，区别在于，负极片包括负极集流体铜箔和负极活性层，负极活性层包括97.5质量份的石墨、0.5质量份的导电碳黑、1质量份的SBR粘结剂以及1质量份的分散剂CMC，负极活性层的厚度为60μm。
对比例2
本对比例提供的锂离子电池及其制备方法可参考实施例1，区别在于，第一负极活性层包括石墨和SiO1.2，石墨和SiO1.2的质量比为4:1；
采用与实施例1相同的方法进行统计测试，结果表明，本对比例提供的第一负极活性层中SiO1.2在第一负极活性层厚度方向上的平均颗粒数为6.5个，且每50μm*50μm的区域内的平均颗粒数为68个，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的平均含量为31％。
本对比例计算得到的M值为4.25。
对比例3
本对比例提供的锂离子电池及其制备方法可参考实施例2，区别在于，第一负极活性层包括98质量份的负极活性物质、1质量份的PAA粘结剂以及1质量份的分散剂CMC；
采用与实施例1相同的方法进行循环测试，测试结果表明，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的平均含量为22％。
本发明进一步对实施例1-6以及对比例1-3提供的锂离子电池的循环性能和能量密度进行测试，测试结果见表1：
能量密度的测试方法包括：在25℃下，对锂离子电池采用0.2C充电，0.5C放电，0.025C截止的充放电制度进行容量测定；锂离子电池的平台电压为0.2C倍率放电下的平台电压。
能量密度(ED)采用以下公式计算：ED(Wh/L)＝容量*平台电压/(长度*宽度*厚度)。
25℃循环容量保持率测试和循环膨胀率测试方法包括：25℃下，将锂离子电池以2C充电，0.5C放电，0.025C截止的循环制度进行循环500T；容量保持率＝放电容量(每一圈)/初始容量；循环膨胀率＝(循环后厚度-初始厚度)/初始厚度。
45℃循环容量保持率和循环膨胀率测试方法包括：45℃下，将锂离子电池以1C充电，0.5C放电，0.025C截止的循环制度进行循环300T；容量保持率＝放电容量(每一圈)/初始容量；循环膨胀率＝(循环后厚度-初始厚度)/初始厚度。
表1实施例1-6以及对比例1-3提供的锂离子电池的能量密度和循环性能测试结果
根据对比例1-2提供的数据可知，当负极片中包括硅材料时，锂离子电池的能量密度提高，锂离子电池膨胀率增加，更易脱离导电网络，导致锂离子电池的循环性能变差；根据实施例1-6与对比例2提供的数据相比可知，锂离子电池的能量密度略有降低，但循环容量保持率显著提高，膨胀率显著降低，具有较好的循环性能；根据实施例1-6提供的数据可知，实施例6提供的负极片的性能优于实施例1-5，因此，双层结构的负极片有助于进一步提高锂离子电池的能量密度和循环性能；根据实施例1-5和对比例3提供的数据可知，对比例3不含导电剂，在锂离子电池循环过程中，硅材料表面的碳材料含量低于40％，导致锂离子电池的循环恶化严重；根据实施例1-3提供的数据可知，碳材料的D50碳、硅材料的D50硅、碳材料的质量m1、硅材料的质量m2，负极活性层的厚度H根据式1计算得到的数值M与硅材料的颗粒数对锂离子电池性能的影响呈现相同的规律，在实际生产过程中，需控制硅材料的颗粒数和M值在一定范围内。
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 (13)

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一个功能表面的负极活性层，所述负极活性层包括第一负极活性层，所述第一负极活性层包括硅材料和碳材料：
其中，在所述第一负极活性层厚度方向上，所述硅材料以N个线性排列分布于所述第一负极活性层中，且每个线性排列中硅材料的平均颗粒数为1.5-5.5个，在50μm*50μm的区域内，所述硅材料的颗粒数为5-50个；
当所述锂离子电池经45℃，1C/0.5C循环50T后，距离所述硅材料表面10nm的区域内，C元素的含量不低于40％；
所述负极活性层还包括第二负极活性层，所述第二负极活性层设置在所述第一负极活性层远离所述负极集流体的表面，且所述第一负极活性层中硅材料的颗粒数大于所述第二负极活性层中硅材料的颗粒数。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述第二负极活性层包括碳材料。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池，其特征在于，所述硅材料的质量为所述碳材料和硅材料总质量的1％-16％。
4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池，其特征在于，所述硅材料的D50为5-8μm，所述碳材料的D50为10-18μm。
5.根据权利要求1或2所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极活性层的总厚度为40-80μm。
6.根据权利要求1或2所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一负极活性层包括导电剂，且所述导电剂的质量为第一负极活性层总质量的0.5％-2.5％。
7.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一负极活性层包括导电剂，且所述导电剂的质量为第一负极活性层总质量的0.5％-2.5％。
8.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一负极活性层包括导电剂，且所述导电剂的质量为第一负极活性层总质量的0.5％-2.5％。
9.根据权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一负极活性层包括导电剂，且所述导电剂的质量为第一负极活性层总质量的0.5％-2.5％。
10.根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述导电剂包括碳黑和碳管，且所述碳黑与所述碳管的质量比为(10：1)-(1：1)。
11.根据权利要求7-9任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述导电剂包括碳黑和碳管，且所述碳黑与所述碳管的质量比为(10：1)-(1：1)。
12.根据权利要求1、2、7-10任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一负极活性层包括PAA类粘结剂。
13.一种电子装置，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的锂离子电池。
CN202111051218.6A 2021-09-08 2021-09-08 一种锂离子电池和电子装置 Active CN113745468B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311478564.1A CN117410447A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种锂离子电池和电子装置
CN202111051218.6A CN113745468B (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种锂离子电池和电子装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111051218.6A CN113745468B (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种锂离子电池和电子装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311478564.1A Division CN117410447A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种锂离子电池和电子装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113745468A CN113745468A (zh) 2021-12-03
CN113745468B true CN113745468B (zh) 2023-09-26

Family

ID=78737163

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111051218.6A Active CN113745468B (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种锂离子电池和电子装置
CN202311478564.1A Pending CN117410447A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种锂离子电池和电子装置

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311478564.1A Pending CN117410447A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种锂离子电池和电子装置

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN113745468B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117133861A (zh) * 2023-10-27 2023-11-28 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片、电池单体和用电装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008270154A (ja) * 2007-01-30 2008-11-06 Sony Corp 負極およびその製造方法、ならびに電池およびその製造方法
CN107710467A (zh) * 2015-07-02 2018-02-16 昭和电工株式会社 锂离子电池用负极材料和其用途
CN108336342A (zh) * 2018-02-28 2018-07-27 宁波富理电池材料科技有限公司 Si/SiOx/C复合负极材料、其制备方法及锂离子电池
CN108666529A (zh) * 2018-04-19 2018-10-16 深圳市优特利电源有限公司 电池负极片及其制备方法和锂离子电池
CN108807849A (zh) * 2018-05-16 2018-11-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片及含有它的二次电池
CN111640913A (zh) * 2019-03-01 2020-09-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极片及二次电池
CN112635712A (zh) * 2020-12-17 2021-04-09 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片和锂离子电池
WO2021101188A1 (ko) * 2019-11-18 2021-05-27 주식회사 엘지에너지솔루션 음극 및 이를 포함하는 이차전지
CN113299877A (zh) * 2019-12-11 2021-08-24 宁德新能源科技有限公司 负极和包含所述负极的电化学装置及电子装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007114168A1 (ja) * 2006-03-30 2007-10-11 Sanyo Electric Co., Ltd. リチウム二次電池及びその製造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008270154A (ja) * 2007-01-30 2008-11-06 Sony Corp 負極およびその製造方法、ならびに電池およびその製造方法
CN107710467A (zh) * 2015-07-02 2018-02-16 昭和电工株式会社 锂离子电池用负极材料和其用途
CN108336342A (zh) * 2018-02-28 2018-07-27 宁波富理电池材料科技有限公司 Si/SiOx/C复合负极材料、其制备方法及锂离子电池
CN108666529A (zh) * 2018-04-19 2018-10-16 深圳市优特利电源有限公司 电池负极片及其制备方法和锂离子电池
CN108807849A (zh) * 2018-05-16 2018-11-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片及含有它的二次电池
CN111640913A (zh) * 2019-03-01 2020-09-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极片及二次电池
WO2021101188A1 (ko) * 2019-11-18 2021-05-27 주식회사 엘지에너지솔루션 음극 및 이를 포함하는 이차전지
CN113299877A (zh) * 2019-12-11 2021-08-24 宁德新能源科技有限公司 负极和包含所述负极的电化学装置及电子装置
CN112635712A (zh) * 2020-12-17 2021-04-09 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片和锂离子电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN113745468A (zh) 2021-12-03
CN117410447A (zh) 2024-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3526844B1 (en) Cathode slurry for lithium ion battery
US10727489B2 (en) Anode slurry for lithium ion battery
US11387485B2 (en) All-solid-state lithium ion secondary battery
JP4745463B2 (ja) リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子、及び同物質膜、並びにリチウム二次電池
KR101715329B1 (ko) 실리콘 플레이크 제조 방법, 실리콘-함유 음극 및 그 제조 방법
US10431810B2 (en) Method for making lithium ion battery electrode
JP2003297353A (ja) 二次電池用負極およびそれを用いた二次電池ならびに二次電池用負極の製造方法
CN113745468B (zh) 一种锂离子电池和电子装置
CN113745645B (zh) 一种硅负极体系的锂离子电池
WO2022174598A1 (zh) 硅碳复合负极材料及其制备方法、锂离子电池
CN113451581A (zh) 一种负极片及包括该负极片的锂离子电池
EP3965189A1 (en) Negative electrode material, negative electrode plate, electrochemical device and electronic device
KR102176590B1 (ko) 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법 및 리튬 이차전지
EP4170753A1 (en) Negative electrode material and preparation method therefor, and lithium ion battery
WO2012086186A1 (ja) 非水電解質二次電池用正極および非水電解質二次電池
CN113745467B (zh) 一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置
CN113745453B (zh) 一种负极片和锂离子电池
JP2020087597A (ja) 電極
CN107104235B (zh) 用于锂离子电池负极材料的石墨烯纳米铜复合材料的制备方法
JP2020009754A (ja) 電池の負極における使用のための活物質粉末及びそのような活物質粉末を含む電池
CN113964326B (zh) 一种改性无钴正极极片及其制备方法和应用
EP4345952A1 (en) Positive electrode and battery
CN118039899A (zh) 一种复合负极极片及其制备方法、锂离子电池
EP4012803A1 (en) Negative electrode material, electrochemical device comprising same, and electronic device
CN111933896A (zh) 一种用于制备锂离子电池阴极的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant