CN114142038A

CN114142038A - 一种负极片及锂电池

Info

Publication number: CN114142038A
Application number: CN202111432560.0A
Authority: CN
Inventors: 欧长志; 彭冲; 姜方俊
Original assignee: Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-03-04
Anticipated expiration: 2041-11-29
Also published as: CN114142038B

Abstract

本发明提供一种负极片，包括：集流体、第一负极涂片和第二负极涂片，其中，所述第一负极涂片涂覆在所述集流体的第一表面的第一区域，所述第二负极涂片涂覆在所述集流体的第一表面的第二区域，所述集流体的第一表面的第一区域和第二区域相邻；所述第一负极涂片内设有多个核壳件，所述核壳件内设置有阻断剂。本发明实施例通过在第一负极涂片内设有多个核壳件，核壳件内设有阻断剂能够有效的抑制电池中的锂离子在负极片表面析出，阻断锂枝晶的生长，从而提高了电池的循环性能。

Description

一种负极片及锂电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种负极片及锂电池。

背景技术

锂电池具有良好的能量密度和充放电速率，从而被广泛的应用于移动设备领域和新能源汽车领域。目前随着对锂电池能量密度需求的不断提升，相关技术采用大倍率充放电的电芯结构以实现快速提升锂电池能量密度。但在相关技术中，采用大倍率充放电的电芯结构在充放电过程中出现升温快极化大的问题，易发生析锂，从而导致锂电池容量下降和体积膨胀的问题，析锂过多还可能导致锂电池短路的情况出现。

可见，现有技术中存在着锂电池的析锂严重的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种负极片及锂电池，以解决现有技术中存在着锂电池的析锂严重的问题。

为达到上述目的，本发明实施例提供一种负极片，包括：集流体、第一负极涂片和第二负极涂片，其中，

所述第一负极涂片涂覆在所述集流体的第一表面的第一区域，所述第二负极涂片涂覆在所述集流体的第一表面的第二区域，所述集流体的第一表面的第一区域和第二区域相邻；

所述第一负极涂片内设有多个核壳件，所述核壳件内设置有阻断剂。

作为一种可选的实施方式，所述核壳件包括壳体和核心，所述壳体为空心结构，所述核心填充所述壳体内侧；

所述壳体为凝胶材料，所述凝胶材料至少由氧化铝、氧化硅或磷酸铝的一种组成；

所述核心设置有阻断剂。

作为一种可选的实施方式，所述阻断剂至少包括红磷、硫、碘或硒中的一种，所述阻断剂直径为1-5μm。

作为一种可选的实施方式，负极片还包括第三负极涂片，所述第三负极涂片涂覆在所述集流体的第三区域，所述第三区域位于所述第二区域远离所述第一区域的一侧，所述第三区域与所述第二区域相邻；

所述第三负极涂片设有多个所述核壳件。

作为一种可选的实施方式，负极片还包括第四负极涂片和极耳，其中，

所述第三负极涂片涂覆在所述集流体的第二表面，所述集流体的第一表面和第二表面相背；

所述极耳固定在所述集流体的第一表面，且所述极耳位于所述第一负极涂片远离所述第二负极涂片的一侧。

作为一种可选的实施方式，负极片还包括第五负极涂片和极耳，其中，

所述第一负极涂片的表面设有连通所述集流体第一表面的凹槽，所述极耳位于所述凹槽内，且所述极耳与所述集流体第一表面连接固定；

所述第三负极涂片涂覆在所述集流体第一表面的第三区域，所述第三区域位于所述第一区域远离所述第二区域的一侧，所述第三负极涂片和所述第一负极涂片相邻。

作为一种可选的实施方式，所述第一负极涂片或所述第三负极涂片中所述阻断剂的单位面积含量为0.001mg/mm²至0.003mg/mm²。

作为一种可选的实施方式，在单个所述负极片中，所述第一负极涂片和所述第三负极涂片的总面积相对第二负极涂片、第四负极涂片和第五负极涂片的总面积占比为1/30至1/3。

本发明实施例还提供一种锂电池，包括上述负极片。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括上述锂电池。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明实施例通过在第一负极涂片内设有核壳件，而核壳件中设有抑制锂离子析出的阻断剂，从而使锂离子难以负极片表面析出锂枝晶，在有效抑制析锂的同时提高了电池的循环性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例提供的一种负极片的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的核壳件的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种负极片的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种负极片的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种负极片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”所区别的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种负极片的结构示意图，如图1所示，本发明提供一种负极片，包括：集流体10、第一负极涂片20和第二负极涂片30，其中，

第一负极涂片20涂覆在集流体10的第一表面的第一区域，第二负极涂片30涂覆在集流体10的第一表面的第二区域，集流体10的第一表面的第一区域和第二区域相邻；

第一负极涂片20内设有多个核壳件21，核壳件21内设置有阻断剂。

该实施方式中，通过在第一负极涂片20内设有多个核壳件21，利用核壳件21内设置的阻断剂抑制锂离子与负极片的反应，使锂离子难以在负极片表面形成锂枝晶，从而能够防止锂枝晶破坏电池结构造成短路，同时能提高电池的循环性能。

作为一种可选的实施方式，如图2所示，核壳件21包括壳体201和核心202，壳体201为空心结构，核心202填充壳体201内侧；

壳体201为凝胶材料，凝胶材料至少由氧化铝、氧化硅或磷酸铝的一种组成；

核心202内设置有阻断剂。

该实施方式中，阻断剂与锂金属发生反应，从而抑制锂枝晶的生长。壳体201的凝胶介个能够有效组织内部的阻断剂和负极片的其他活性物质反应，提升结构整体的稳定性。

其中，为了保证核壳件21的性能，使壳体201在有效保护核心202不与负极片的其他活性物质发生反应，同时能有效的与锂枝晶反应阻断生长，其壳体201的质量与核心202质量比不超过1/10。

另外，在本发明实施例中，负极片的活性物质包括人造石墨、天然石墨、中间相炭微球、硅碳复合材料、钛酸锂中的至少一种。另外，负极片还包括粘接剂，粘接剂包括包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)或羧甲基纤维素钠(CMC)中的至少一种。负极片还包括导电剂，所述导电剂包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉、碳纤维中的至少一种。通常锂电池扶贫的活性物质的含量为70％-98％。

作为一种可选的实施方式，阻断剂至少包括红磷、硫、碘或硒中的一种，所述阻断剂直径为1-5μm。

该实施方式中，红磷、硫、碘或硒能够和锂金属发生反应，抑制锂枝晶的析出和生长，同时不与锂离子反应，不影响电池的能量密度等性能。

其中，阻断剂过大易与负极片的其他活性物质反应，过小无法有效的抑制锂枝晶的析出和生长。本发明实施例提供阻断剂的直径为1-5μm，能够实现上述要求。

作为一种可选的实施方式，如图3所示，负极片还包括第三负极涂片40，第三负极涂片40涂覆在集流体10的第三区域，第三区域位于第二区域远离第一区域的一侧，第三区域与第二区域相邻；

第三负极涂片40设有多个核壳件21。

该实施方式中，该负极片通常应用于多极耳60卷绕或叠片结构的锂电池中，在第一区域和第三区域涂覆设有核壳件21的涂层，能够有效的抑制边缘锂枝晶的生长，防止锂枝晶刺破电池隔膜造成短路等问题出现。

作为一种可选的实施方式，如图4所示，负极片还包括第四负极涂片50和极耳60，其中，

第四负极涂片50涂覆在集流体10的第二表面，集流体10的第一表面和第二表面相背；

极耳60固定在集流体10的第一表面，且极耳60位于第一负极涂片20远离第二负极涂片30的一侧。

该实施方式中，该负极片通常应用于常规卷绕结构的锂电池中，将第一涂层设在靠近极耳60的一侧，能够有效防止极耳60周围析锂情况的发生，避免锂枝晶的析出和生长。

作为一种可选的实施方式，如图5所示，负极片还包括第五负极涂片70和极耳60，其中，

第一负极涂片20的表面设有连通集流体10第一表面的凹槽，极耳60位于凹槽内，且极耳60与集流体10第一表面连接固定；

第五负极涂片70涂覆在集流体10第一表面的第三区域，第三区域位于第一区域远离第二区域的一侧，第五负极涂片70和第一负极涂片20相邻。

该实施方式中，该负极片通常应用于极耳60中置卷绕结构的锂电池中，能够有效的抑制极耳60周围析锂情况，从而避免锂枝晶析出或生长，提高电池的安全性能。

作为一种可选的实施方式，第一负极涂片20或第三负极涂片40中阻断剂的单位面积含量为0.001mg/mm²至0.003mg/mm²。

该实施方式中，为保证负极片能有效抑制析锂，同时不影响锂电池的其他性能例如能量密度，将第一负极涂片20或第三负极涂片40中阻断剂的单位面积含量设为0.001mg/mm²至0.003mg/mm²能够有效满足需求。

作为一种可选的实施方式，在单个负极片中，第一负极涂片20和第三负极涂片40的总面积相对第二负极涂片30、第四负极涂片50和第五负极涂片70的总面积占比为1/30至1/3。

该实施方式中，涂覆含有核壳件21的涂层占比过大易导致能量密度降低，而占比过小无法达到有效抑制析锂的作用。本发明实施例提供占比范围为1/30至1/3，能够在不影响能量密度的同时有效抑制锂枝晶析出或生长。

本发明实施例通过实验测试核壳件21的相关性能如下：

第一步，在96.9wt％钴酸锂(D50＝10μm)中加入1.8wt％导电炭黑、1.3wt％聚偏氟乙烯(PVDF)，然后用N-甲基吡咯烷酮(NMP)调节成正极活性物质。通过涂布设备把正极活性物质涂覆于集流体10表面，随后烘干、辊压分切和制片得到正极片。

第二步，将负极活性物质人造石墨(D50＝15μm)、导电剂导电炭黑、粘接剂SBR+CMC和核壳件21按(96.0wt％、0.5wt％、1.0wt％+1.0wt％、2.5wt％)的比例混合，然后加入去离子水分散制成适当固含量的负极浆料A，将负极活性物质人造石墨(D50＝15μm)、导电剂导电炭黑、粘接剂SBR+CMC按(96.9wt％、0.5wt％、1.3wt％+1.3wt％)的比例混合，然后加入去离子水分散制成适当固含量的负极浆料B，然后通过涂布设备分别把负极浆料A和B涂布在负极集流体10上，随后烘干、辊压分切和制片得到负极片。负极浆料A的涂覆面积占总涂层面积的1/10，负极浆料B的涂覆面积占总涂层面积的9/10。

第三步，将第一步制得的正极片、第二步制得的负极片与隔膜叠放在一起卷绕制成卷芯，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1：将第二步中的核壳件21设为氧化铝包覆红磷，质量比为1:10，直径为3μm。

实施例2：将第二步中的核壳件21设为氧化硅包覆硫，质量比为1:20，直径为5μm。

实施例3：将第二步中的核壳件21设为凝胶材料包覆碘，质量比为1:15，直径为3.5μm。

实施例4：核壳件21与实施例1相同，负极浆料A的涂覆面积占总涂层面积的1/5，负极浆料B的涂覆面积占总涂层面积的4/5。

实施例5：核壳件21与实施例1相同，核壳件21的质量比提高到5wt％，负极活性物质的质量比降低为93.5wt％。

对比例1：核壳件21与实施例1相同，只涂覆负极浆料B。

对比例2：核壳件21与实施例1相同，只涂覆负极浆料A。

对上述不同实施例或对比例的电池进行性能测试，包括：

快充循环寿命测试：将实施例和对比例的电池在25℃下，以1.5C倍率恒流充电到4.45V，然后在4.45V下恒压充电，截止电流为0.025C，之后再以0.5C倍率恒流放电，截止电压是3V，此为一个充放电循环过程，重复该充放电循环过程，直至电池的容量保持率低于80％或循环次数达到1000次。

析锂情况测试：将实施例和对比例的电池在25℃下，以1.5C倍率恒流充电到4.45V，然后在4.45V下恒压充电，截止电流为0.025C，之后再以0.5C倍率恒流放电，截止电压是3V，此为一个充放电循环过程，重复该充放电循环过程10次，结束后将电池满充，在干燥房的环境中拆解电芯，观察负极表面的析锂情况。析锂程度分为不析锂、轻微析锂、中度析锂和严重析锂。轻微析锂表示负极表面的析锂区域为整体区域的1/10以下，中等析锂表示负极表面的析锂区域为整体区域的1/10～1/3，严重析锂表示负极表面的析锂区域超过整体区域的1/3。

能量密度测试：能量密度计算公式为：能量密度＝电池容量*平均电压/电池厚度。实施例1的能量密度定义为E1，其余实施例与对比例均以E1为基准。

测试结果如下表：

类别	能量密度	快充循环寿命	析锂情况
				实施例1	E1	满足1000T	不析锂
实施例2	1.01E1	满足1000T	不析锂
				实施例3	1.02E1	满足1000T	不析锂
实施例4	0.95E1	满足1000T	不析锂
				实施例5	0.86E1	满足1000T	不析锂
对比例1	1.12E1	590T	严重析锂
				对比例2	0.71E1	满足1000T	不析锂

从表中可知，实施例1、2、3调控了不同的核壳件21组成，均可以与锂金属可以反应生成合金，从而钝化锂金属，阻断锂枝晶的生长，提升电化学装置的安全性能。另外生成的合金(例如，锂磷合金)还可优化负极电解质固态界面(SEI)成分，提升电化学装置的循环性能。此外，这些阻断剂储锂能力强大，少量的阻断剂就可以阻断大量的析锂行为，因此加入少量的阻断剂既可以保证能量密度，又可以提高循环寿命与安全性。

实施例4和5分别调控了包含阻断剂的负极浆料涂覆面积和阻断剂的质量比，显然，增大包含阻断剂的负极浆料涂覆面积可以进一步降低析锂的风险，提高安全性，但由于阻断剂质量含量的增加，负极活性物质质量含量降低，而阻断剂本身不提供容量，因此电芯整体容量会降低，导致电芯能量密度会相应降低。

对比例1与实施例1相比，只涂覆负极浆料B，即不包含阻断剂，这样负极片上较容易析锂的区域，如多极耳60卷绕或叠片结构的负极边缘区域，常规卷绕结构的负极单面区(极耳60附近)以及极耳60中置结构的极耳60附近区域，在循环过程中析锂风险较大。

对比例2与实施例1相比，只涂覆负极浆料A，即负极片上各个位置均包含阻断剂，这样负极片的析锂风险大大降低，安全性与循环寿命提高，但由于阻断剂引入较多，制造成本提高，同时能量密度降低较多，对于当前要求低成本和高能量密度的市场而言不太适用。

本申请实施例还提供一种锂电池，包括上述负极片。

需要说明的是，上述负极片实施例的实现方式同样适应于该锂电池的实施例中，并能达到相同的技术效果，在此不再赘述。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括上述锂电池。

需要说明的是，上述锂电池实施例的实现方式同样适应于该电子设备的实施例中，并能达到相同的技术效果，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明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发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种负极片，其特征在于，包括：集流体、第一负极涂片和第二负极涂片，其中，

2.如权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述核壳件包括壳体和核心，所述壳体为空心结构，所述核心填充所述壳体内侧；

所述壳体为凝胶材料，所述凝胶材料至少由氧化铝、氧化硅或磷酸铝的一种；

所述核心设置有阻断剂。

3.如权利要求1或2所述的负极片，其特征在于，所述阻断剂至少包括红磷、硫、碘或硒中的一种。

4.如权利要求1所述的负极片，其特征在于，还包括第三负极涂片，所述第三负极涂片涂覆在所述集流体的第三区域，所述第三区域位于所述第二区域远离所述第一区域的一侧，所述第三区域与所述第二区域相邻；

所述第三负极涂片设有多个所述核壳件。

5.如权利要求1所述的负极片，其特征在于，还包括第四负极涂片和极耳，其中，

所述第四负极涂片涂覆在所述集流体的第二表面，所述集流体的第一表面和第二表面相背；

6.如权利要求1所述的负极片，其特征在于，还包括第五负极涂片和极耳，其中，

所述第五负极涂片涂覆在所述集流体第一表面的第三区域，所述第三区域位于所述第一区域远离所述第二区域的一侧，所述第五负极涂片和所述第一负极涂片相邻。

7.如权利要求4中任一权利要求所述的负极片，其特征在于，所述第一负极涂片或所述第三负极涂片中所述阻断剂的单位面积含量为0.001mg/mm²至0.003mg/mm²。

8.如权利要求7所述的负极片，其特征在于，在单个所述负极片中，所述第一负极涂片和所述第三负极涂片的总面积相对第二负极涂片、第四负极涂片和第五负极涂片的总面积占比为1/30至1/3。

9.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括如权利要求1-8中任一项所述的负极片。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求9所述的锂电池。