CN114552144B - 一种负极，二次电池，以及负极的制备方法 - Google Patents

一种负极，二次电池，以及负极的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114552144B
CN114552144B CN202210093473.5A CN202210093473A CN114552144B CN 114552144 B CN114552144 B CN 114552144B CN 202210093473 A CN202210093473 A CN 202210093473A CN 114552144 B CN114552144 B CN 114552144B
Authority
CN
China
Prior art keywords
active material
negative electrode
current collector
material layer
anode
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
CN202210093473.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114552144A (zh
Inventor
黄飞
孙文彬
姚猛
高桥勉
车勇
戴翔
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.)
Beijing Enli Power Technology Co ltd
Original Assignee
Beijing Enli Power Technology 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 Beijing Enli Power Technology Co ltd filed Critical Beijing Enli Power Technology Co ltd
Priority to CN202210093473.5A priority Critical patent/CN114552144B/zh
Publication of CN114552144A publication Critical patent/CN114552144A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114552144B publication Critical patent/CN114552144B/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
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/571—Methods or arrangements for affording protection against corrosion; Selection of materials therefor
    • 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
    • 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
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明涉及一种负极，二次电池，以及负极的制备方法，属于电池领域，所述负极包含集电体以及含有负极活性物质的活性物质层。其中，集电体的一部分埋入活性物质层内，使得所述集电体与活性物质层连接，该连接方式在保证电极汇流效果的基础上，极大减小了金属活性物质与集电体在非水电解液中的电偶腐蚀界面。

Description

一种负极，二次电池，以及负极的制备方法
技术领域
本发明涉及电池领域，特别是涉及一种负极，二次电池，以及负极的制备方法。
背景技术
电池应用过程中不断面临更高的能量密度需求，传统锂离子电池在使用碳负极或硅负极情况下，能量密度已逼近理论极限。金属负极普遍具有高的理论克容量，搭配原有体系正极可以极大增加活性物质在整个电池体系中的重量占比，从而提高电池的能量密度。锂金属电极理论克容量3860mAh/g，远高于碳负极和硅负极的理论克容量，搭配高镍正极材料可使电池体系轻松突破400Wh/Kg。但在采用金属负极的电池体系中，集电体和金属活性物质在非水电解液中存在电偶腐蚀界面，该界面的存在造成金属负极的过快失效腐蚀，电池自放电严重，同时该界面的存在会引起接触位置金属活性物质在电池充放电过程中枝晶的产生，枝晶一方面易造成电池微短路，另一方面部分界面断裂的枝晶会失活，引起金属电极的粉化，造成电池循环性能的快速衰降。因此，减小上述集电体和金属活性物质在非水电解液中存在的电偶腐蚀界面是目前追求的目标，对此，本发明提供了一种可减小电偶腐蚀界面的金属负极，二次电池，以及负极的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种负极，二次电池，以及负极的制备方法，使用较小集电体与金属负极连接，该连接方式在保证电极汇流效果基础上，减小电偶腐蚀界面。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种二次电池的负极，所述负极包括：集电体以及含有负极活性物质的活性物质层；
所述集电体的一部分埋设于所述活性物质层内部，定义该部分为接触部位，定义所述集电体的另一部分为非接触部位，所述集电体的另一部分为未埋设于所述活性物质层内部的部分。
一种二次电池，所述二次电池包含上述负极、正极以及非水电解液或固体电解质。
一种负极的制备方法，所述方法包括：
准备集电体和活性物质层；
将所述集电体的一部分埋设于所述活性物质层中。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的负极包括集电体以及含有负极活性物质的活性物质层，所述集电体的一部分埋设于所述活性物质层内部，进而使得所述集电体与活性物质层连接，该连接方式在保证电极汇流效果的基础上，极大减小了金属活性物质与集电体在非水电解液中的电偶腐蚀界面。
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是本发明实施例中蓄电池100的内部结构的一个示例的示意图；
图2是本发明实施例中正极120的一个示例的示意图；
图3是本发明实施例中负极140的俯视图302以及截面图304的一个示例的示意图；
图4是本发明实施例中负极140的截面图402以及截面图404的一个示例的示意图；
图5是本发明实施例中负极140的截面图502的一个示例的示意图；
图6是本发明实施例中负极140的截面图602的一个示例的示意图；
图7是本发明实施例中负极740的一个示例的示意图；
图8是本发明实施例中负极840的一个示例的示意图；
图9是本发明实施例中负极940的一个示例的示意图；
图10是本发明实施例中负极1040的一个示例的示意图；
图11是本发明实施例中负极集电体1120的一个示例的示意图；
图12是本发明实施例中负极集电体1220的一个示例的示意图；
图13是本发明实施例中负极集电体1320的一个示例的示意图；
图14是本发明实施例中负极集电体1420的一个示例的示意图；
图15是本发明实施例中负极1540的一个示例的示意图；
图16是本发明实施例中负极支撑体1630的一个示例的示意图；
图17是本发明实施例中电极结构体1710的一个示例的示意图；
图18是本发明实施例中负极140的制备方法的一个示例的示意图；
图19是本发明实施例中对负极集电体320进行埋设的工序的一个示例的示意图；
图20是本发明实施例中对负极集电体320进行埋设的工序的其他示例的示意图。
符号说明：
100：蓄电池；110：电极结构体；120：正极；122：正极帽；130：隔膜；140：负极；142：负极帽；150：非水电解液；160：电池壳体；162：正极端子；164：负极端子；172：正极引线；174：负极引线；220：正极集电体；240：正极活性物质层；320：负极集电体；322：接触部位；324：非接触部位；340：负极活性物质层；342：侧面；344：第一平面；346：第二平面；460：界面；462：暴露区域；464：非暴露区域；720：负极集电体；740：负极；820：负极集电体；840：负极；930：界面保护层；940：负极；1030：界面保护层；1040：负极；1120：负极集电体；1122：主体；1124：通孔；1220：负极集电体；1224：沟槽；1320：负极集电体；1324：较薄部位；1420：负极集电体；1424：凹陷部位；1530：负极支撑体；1532：凹陷部位；1540：负极；1620：主体；1621：边；1622：边；1623：边；1624：边；1625：边；1626：边；1627：边；1628：边；1630：负极支撑体；1632：凹陷部位；1634：通孔；1710：电极结构体；2042：负极活性物质层；2044：负极活性物质层。
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种负极，二次电池，以及负极的制备方法，本发明提供的负极采用与金属负极相对较小面积集电体与金属活性物质层采用压延方式连接。极大减小了金属活性物质层与集电体在非水电解液中的电偶腐蚀界面。同时压延工序对集电体面积、表观、温度、压强等条件进行限定，保证集电体与金属活性物质层的连接的强度。同时上述方式制备的金属负极，集电体与金属活性物质层重合区域厚度与金属活性物质层厚度一致，方便后续电池制备过程中叠片工作的进行。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
下述实施方式并不对权利要求书所涉及的发明形成限制。对于发明的方案，在实施方式中所说明的特征组合并不一定全部都是必要的。此外，在参照附图对实施方式进行说明时，对于附图中相同或类似的部分，某些情况下仅以相同的编号标示，而省略对其的说明。
在本说明书中，当以“A～B”来表述数值范围时，这种表述是指A以上B以下。此外，“取代或非取代”是指“被任一取代基取代或者并未被取代基取代”。对于上述取代基的种类，只要在说明书中并未提及，则不受限制。此外，对于上述取代基的数量，只要在说明书中并未提及，则不受限制。
蓄电池100的概要
图1是蓄电池100的内部结构的一个示例的示意图。具体的，图1为蓄电池100的截面图的一个示例。在本实施方式中，以蓄电池100为方形电池的情况为例，对蓄电池100进行了详细说明。
在本实施方式中，蓄电池100对电能量进行存储。此外，蓄电池100向外部提供其存储的电能量。通过对多个蓄电池100进行串联以及/或并联，而得以制备出电源。
蓄电池100的种类并不受限，蓄电池100可以是嵌入型蓄电池，也可以是储能型蓄电池。蓄电池100可以是以金属作为负极活性物质的金属负极电池。由此，可获得能量密度更高的蓄电池100。
通常，对于金属负极电池来讲，由于组成其负极的多种金属的界面与电解质长期接触，在负极端不同金属界面存在电偶腐蚀现象。在本实施方式中，提供了一种减小金属负极与集电体界面腐蚀的蓄电池100。采用较小集电体减小金属负极电偶腐蚀界面。由此，可提供能量密度高、使用寿命长的蓄电池100。
在本实施方式中，蓄电池100可以是，组成其集电体的金属的种类与起到其负极活性物质作用的金属的种类并不相同的金属负极电池。蓄电池100可以是，组成其集电体的金属的标准电极电势与起到其负极活性物质的作用的金属的标准电极电势之差的绝对值为1.3V以上的金属负极电池。当蓄电池100为这种金属负极电池时，本技术的效果尤为显著。
蓄电池100的各个部分的概要：
在本实施方式中，蓄电池100具备电极结构体。电极结构体110具备正极120、隔膜130、以及负极140。正极120的一端设置有正极帽122。负极140的一端设置有负极帽142。此外，蓄电池100具备非水电解液150、电池壳体160、正极端子162、负极端子164、正极引线172、以及负极引线174。
电极结构体110具有正极120与负极140以隔膜130相隔并交替重叠的结构。隔膜130可以是由一片隔膜折叠而组成的，也可以是由多片隔膜组成的。
正极120通过正极帽122以及正极引线172与正极端子162电连接。正极帽122设置为是从正极120处凸出的。关于正极120以及正极帽122，将在后续内容中进行详细说明。
隔膜130将正极120与负极140隔离开了。由此防止了正极120与负极140直接接触而发生短路。隔膜130是通过保有电解液来确保正极120与负极140之间的离子电导率的。
作为隔膜130的材料，可例举的有，聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、玻璃或者其复合物。作为隔膜130的形态可例举的有，微孔膜、无纺布以及滤膜等。隔膜130可以是上述膜片等的叠加体。隔膜130的厚度并不受限，但其优选为10～50μm。隔膜130的孔隙率并不受限，但其优选为30～70％。
负极140通过负极帽142以及负极引线174与负极端子164电连接。负极帽142设置为是从负极140处凸出的。关于负极140以及负极帽142，将在后续内容中进行详细说明。
非水电解液150是通过非水电解液150中所含的电解质，实现正极活性物质与负极活性物质之间的离子导电的。作为非水电解液150，可使用公知的有机电解液。非水电解液150其电解质可包含金属盐以及极性溶剂。极性溶剂可以是有机溶剂。
作为上述金属盐可例举的有，锂盐、钠盐、镁盐、铝盐以及锌盐等。作为上述金属盐，可单独使用一种金属盐，也可将多种金属盐混合使用。
上述有机溶剂只要能将上述金属盐溶解，且在具体使用电池时的电压范围之内不易发生分解等副反应即可，其种类并不受限。作为上述有机溶剂，可单独使用一种有机溶剂，也可将多种有机溶剂混合使用。
电池壳体160中收容有电极结构体110以及非水电解液150，且电极结构体110以及非水电解液150可以是被密封起来的。
蓄电池100为二次电池的一个示例。负极140为用于二次电池的负极的一个示例。负极帽142为集电体的第二部分的一个示例。非水电解液150为电解质的一个示例。
在本实施方式中，以蓄电池100为方形电池的情况为例，对蓄电池100的一个示例进行了说明。但蓄电池100并不仅限于本实施方式。在其他实施方式中，蓄电池100可以是圆柱形电池、也可以是软包电池、还可以是纽扣电池。
在本实施方式中，以蓄电池100用非水电解液150作为其电解质的情况为例，对蓄电池100的一个示例进行了说明。但蓄电池100并不仅限于本实施方式。在其他实施方式中，蓄电池100可以是水溶液电解质、也可以是固体电解质。当以固体电解质作为电解质时，蓄电池100可不必具备隔膜130。
在本实施方式中，以电极结构体110具有正极与负极以隔膜相隔并交替重叠的叠层结构的情况为例，对电极结构体110的一个示例进行了说明。但电极结构体110并不仅限于本实施方式。在其他实施方式中，电极结构体110也可具有使正极、隔膜和负极重叠后，将其卷成筒形的卷筒状(也称之为jelly roll型)的结构。
下面介绍电池正极：
图2是正极120的一个示例的示意图。在本实施方式中，正极120具备正极集电体220以及正极活性物质层240。正极集电体220的一侧的一端设有并未形成正极活性物质层240的区域。上述区域将作为正极帽122使用。但在其他实施方式中，在正极帽122的至少一部分上，可设置导电的端子部件。端子部件的材质并不受限，可例举的有，镍、铁、铜、铝、锌、镁等。
正极集电体220支承着正极活性物质层240。作为正极集电体220的材料，只要是在蓄电池100中具有化学稳定性的电子导电体即可，其种类并不受限。作为正极集电体220的材料，可例举的有，镍、铜、铁、铝、不锈钢、镍、钛或者其合金。作为正极集电体220的形态，可例举的有，箔、网状物、穿孔金属板、拉制金属网板等。正极集电体220的厚度并不受限，但其优选为5～200μm。
正极活性物质层240至少形成于正极集电体220的一侧的面上。对于正极集电体220的每一侧的面来讲，正极活性物质层240的厚度为1～300μm，作为优选的可以是50～150μm。正极活性物质层240是包含正极活性物质、以及粘结剂(也称之为binder)的。正极活性物质层240也可包含导电助剂。
在一个实施方式中，正极活性物质层240是通过在正极集电体220的至少一侧的面上涂布包含组成正极活性物质层240的材料以及有机溶剂的膏体后，再使该膏体干燥而形成的。上述有机溶剂的种类并不受限，但作为上述有机溶剂可例举的有，N－甲基吡咯烷酮(NMP)。在其他实施方式中，正极活性物质层240是通过将组成正极活性物质层240的材料混合后将其成形为片状，并通过加压将该片状的混合物粘合在正极集电体220的至少一侧的面上而形成的。
作为正极活性物质，可使用能使得作为电荷载体的金属离子嵌入和脱出，并且其电势要比负极活性物质的高的物质。当蓄电池100为锂电池的时候，可用富锂层状氧化物类材料、橄榄石类材料、尖晶石类材料等嵌入型的过渡金属氧化物作为正极活性物质。
作为正极活性物质，可使用转换型的高容量正极活性物质。作为转换型的高容量正极活性物质，可例举的有，硫、硫化物、氟化铁等。转换型的高容量正极活性物质在其初始状态并不包含作为电荷载体的金属。因此，当将包含转换型的高容量正极活性物质的正极与金属负极组合时，蓄电池100的能量密度将会大大提升。
在本实施方式中，粘合剂可将组成正极活性物质层240的材料(正极活性物质、导电助剂等)粘合，并可保持住正极120的电极形状。作为粘合剂，只要在蓄电池100中具有化学稳定性即可，其种类并不受限。作为粘合剂，可使用热塑性树脂，也可使用热固性树脂。作为粘合剂，可例举的有，聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯酸、丁苯橡胶等。
在本实施方式中，导电助剂可降低正极120的电阻。作为导电助剂，只要其在蓄电池100中具有化学稳定性，且具有预期的电子导电性即可，其种类并不受限。作为导电助剂，可使用无机材料，也可使用有机材料。作为导电助剂可例举的有，碳材料。作为碳材料可例举的有，石墨、碳黑(，乙炔炭黑、科琴黑等)、焦炭、无定形碳、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等。上述导电助剂可单独使用，也可将两种以上的导电助剂结合使用。
下面介绍蓄电池的负极：
下面利用图3、图4、图5以及图6对负极140进行详细说明。图3是负极140的俯视图302以及截面图304的一个示例的示意图。图4是负极140的截面图402以及截面图404的一个示例的示意图。图5是负极140的截面图502的一个示例的示意图。图6是负极140的截面图602的一个示例的示意图。
截面图304为俯视图302中的A－A’截面的一个示例。截面图402为俯视图302中的B－B’截面的一个示例。截面图404为俯视图302中的C－C’截面的一个示例。截面图502为截面图304中的D－D’截面的一个示例。截面图602为截面图304中的E－E’截面的一个示例。
A－A’截面可以是在沿着能够约切过负极集电体320的宽度方向(图中为y方向)上的中心处且约平行于负极活性物质层340的厚度方向(图中为z方向)的面，对负极140进行切割时得到的截面。B－B’截面可以是在并不切过负极集电体320而是沿着能够切过负极活性物质层340的一个侧面342且约平行于A－A’截面的面，对负极140进行切割时得到的截面。B－B’截面上也可示出负极活性物质层340的侧面。
C－C’截面可以是在沿着能够切过后续内容中会提及的接触部位与非接触部位的临界处附近且约垂直于负极活性物质层340的延伸反向(图中为x方向。)的面，对负极140进行切割时得到的截面。在本实施方式中，C－C’截面所示为，在沿着能够切过非接触部位324且约垂直于负极活性物质层340的延伸反向的面，对负极140进行切割时得到的截面。
D－D’截面可以是在沿着能够切过负极集电体320的一侧的平面(图中为向xy方向延伸的面)这一边的接触部位322与非接触部位324的临界处附近且约垂直于负极活性物质层340的厚度方向的面，对负极140进行切割时得到的截面。D－D’截面也可示出非接触部位324的侧面。E－E’截面可以是在沿着能够约切过负极集电体320的厚度方向(图中为z方向)的中心处且约垂直于负极活性物质层340的厚度方向的面，对负极140进行切割时得到的截面。
负极的结构：
如图3所示，在本实施方式中，负极140具备负极集电体320以及负极活性物质层340。在本实施方式中，负极集电体320具有与负极活性物质层340相接触的接触部位322以及并不与负极活性物质层340相接触的非接触部位324。在本实施方式中，负极活性物质层340具有侧面342、第一平面344以及第二平面346。
此外，如图4所示，在本实施方式中，负极集电体320与负极活性物质层340的界面460具有暴露在负极活性物质层340之外的暴露区域462以及设置在负极活性物质层340内部的非暴露区域464。
为了使说明更为简洁，在本实施方式中，以负极集电体320以及负极活性物质层340为矩形板状或者四棱柱状的情况为例，对负极140进行了说明。但负极集电体320以及负极活性物质层340的形状并不仅限于本实施方式中的形状。
此外，在本实施方式中，负极集电体320与负极活性物质层340被设置为，负极集电体320的厚度方向的中心线与负极活性物质层340的厚度方向的中心线大约是一致的。但负极集电体320与负极活性物质层340的设置并不仅限于本实施方式中的设置。
下面，首先利用图3～图6，对负极140的结构进行详细说明。关于负极集电体320的材质以及负极活性物质层340的组成等将在后续内容中进行详细说明。
在本实施方式中，接触部位322是与负极活性物质层340的一部分相接触的。具体来说，接触部位322的表面与负极活性物质层340的一部分相接触。由此，使负极集电体320与负极活性物质层340电连接。
在本实施方式中，接触部位322埋设于负极活性物质层340内部。进而，使负极集电体320与负极活性物质层340的界面460的一部分被负极活性物质层340所覆盖。因此，使得界面460中的暴露区域462的轮廓的长度要短于界面460的整体轮廓的长度。关于界面460以及暴露区域462，将在后续内容中进行详细说明。
在本实施方式中，非接触部位324设置在负极活性物质层340的外面。，非接触部位324设置为是从负极活性物质层340的侧面342凸出的。此外，在本实施方式中，非接触部位324是作为负极帽142使用的。但在其他实施方式中，也可在负极帽142的至少一部分设置导电的端子部件。端子部件的材质并不受限，此处可例举的有，镍、铁、铜、铝等。
在本实施方式中，侧面342可以是沿着负极活性物质层340的厚度方向延伸的面。第一平面344与第二平面346中的一个平面可以是光面(shiny面，也称之为S面)。第一平面344与第二平面346中的另一个面可以是毛面(matte面，也称之为M面)。
可显示界面特征的指标的一个示例
如上所述，在本实施方式中，界面460具有暴露区域462以及非暴露区域464。而且，界面460中的暴露区域462的轮廓的长度要短于界面460的整体轮廓的长度(也会仅称之为，界面460的轮廓的长度)。由此，可对负极集电体320与负极活性物质层340的界面460，与蓄电池100的电解质发生接触的情况进行抑制。进而，抑制负极140的腐蚀。
在本实施方式中，负极集电体320与负极活性物质层340具有矩形板状或者四棱柱状的形状。此外，负极集电体320与负极活性物质层340被设置为，负极集电体320的厚度方向上的中心线与负极活性物质层340的厚度方向上的中心线大约是一致的。因此，接触部位322具有具备12个边的四棱柱状形状。
如图3及图4所示，在本实施方式中，接触部位322的12个边中的8个边是设在负极活性物质层340内部的。此外，接触部位322的12个边中的4个边是暴露于负极活性物质层340之外的。这种情况下，界面460的整体轮廓的长度可通过计算接触部位322的12个边的长度之和而得到。暴露区域462的轮廓的长度可通过计算接触部位322中暴露于负极活性物质层340之外的4个边的长度之和而得到。
在一个实施方式中，界面460的轮廓可通过用光学显微镜或者电子显微镜对负极140的截面进行观察而确定。接触部位322的12个边的长度，分别可通过用光学显微镜或者电子显微镜对负极140的截面进行观察而确定。
在其他实施方式中，在负极集电体320的尺寸是已知的情况下，界面460的轮廓可通过用光学显微镜或者电子显微镜对非接触部位324进行观察而确定。，在负极集电体320的尺寸是已知的情况下，接触部位322的12个边的长度分别可基于负极集电体320的尺寸和非接触部位324的尺寸而确定。非接触部位324的尺寸可通过用光学显微镜或者电子显微镜对非接触部位324的外形进行观察而测到。
基于负极集电体320以及负极活性物质层340的表面的状态，接触部位322的边会形成为曲线状或凹凸状。在这种情况下，可通过与计算表面粗糙度同样的方法来确定这个边的粗糙曲线的中心线，且可将该中心线的长度视作这个边的长度。
在本实施方式中，界面460的暴露区域462的长度相对界面460的整体轮廓的长度的比值可以是0.03-0.7。由此可对负极集电体320与负极活性物质层340的界面460，与蓄电池100的电解质发生接触的情况进行抑制。进而，抑制负极140的腐蚀。
上述比值的下限可以是0.03以上、上限可以是0.7以下,也可以将比例控制在0.2-0.6作为优选，金属负极在电池中，金属活性物质与集流体在电解质溶液中存在电偶腐蚀界面，该腐蚀界面会带来电池自放电和负极性能劣化问题，控制在本专利比例范围可极大减小电偶腐蚀比例，同时可保证金属负极汇流效果，保证电池倍率性能。
可显示界面特征的指标的其他示例：
如图5所示，基于本实施方式，在截面图502中，界面460中的暴露区域462的轮廓的长度要短于界面460的轮廓的长度。如截面图502所示，在D－D’截面上的暴露区域462的轮廓的长度为Ld。于此同样，在D－D’截面上的非暴露区域464的轮廓的长度可通过计算La、Lb和Lc之和而得到。在D－D’截面上的界面460的轮廓的长度可通过计算La、Lb、Lc和Ld之和而得到。
同样的，如图6所示，基于本实施方式，在截面图602中，界面460中的暴露区域462的轮廓的长度要短于界面460的轮廓的长度。如截面图602所示，在E－E’截面上的暴露区域462的轮廓的长度近乎为0。同样的，在E－E’截面上的非暴露区域464的轮廓的长度可通过计算La、Lb和Lc之和而得到。在E－E’截面上的界面460的轮廓的长度近乎等于La、Lb和Lc之和。
可显示界面特征的指标的另一其他示例：
如图5所示，截面图502中的负极集电体320的接触部位322的表观面积要小于负极活性物质层340的第一平面344或者第二平面346的表观面积。如图5所示，在截面图502中，界面460的轮廓是闭合的，被包围在界面460的轮廓之内的闭合区域的形状为矩形。这种情况下，接触部位322的表观面积将通过计算上述区域的面积来得到。
同样的，如图6所示，截面图602中的负极集电体320的接触部位322的表观面积要小于负极活性物质层340的第一平面344或者第二平面346的表观面积。如图6所示，在截面图602中，界面460的轮廓是开放的，通过将该开放的轮廓的两端以最短距离连接后形成的区域的形状为矩形。这种情况下，接触部位322的表观面积将通过计算上述区域的面积来得到。
由此，可对负极集电体320与负极活性物质层340的界面460，与蓄电池100的电解质发生接触的情况进行抑制。进而，抑制负极140的腐蚀。其中，上述轮廓可通过与对图3以及图4进行说明时的方法同样的方法来确定。
在本实施方式中，集电体320的接触部位322的表面积与活性物质层340的表面积的比值可以为0.005-0.5，非接触部位的表面积与接触部位的表面积的比值为0.02-0.3。由此，可对负极集电体320与负极活性物质层340的界面460，与蓄电池100的电解质发生接触的情况进行抑制。进而，抑制负极140的腐蚀。
负极集电体：
负极集电体320是与负极引线174以及负极活性物质层340电连接的。用于负极集电体320的材料为，不会与锂发生反应或与锂的反应性极弱的材料。
在一个实施方式中，负极集电体320是由一种以上的金属材料、一种以上的导电树脂、以及其组合组成的。作为上述金属材料，可例举的有，铜、铝、不锈钢、镍、钛或者上述金属的合金等。
在其他实施方式中，负极集电体320具备树脂支撑体以及设在支撑体表面上的金属层。作为上述树脂可例举的有，聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚亚酰胺等。上述金属层可以是由铜、铝、不锈钢、镍、钛或者上述金属的合金组成的金属层。上述金属层可包含由铜、铝、不锈钢、镍、钛或者上述金属的合金组成的金属层。金属层可以是箔、也可以是镀层。
作为负极集电体320的形态，可例举的有，箔、网状物、穿孔金属板、拉制金属网板以及其组合等。负极集电体320的厚度并不受限，但可以为5～200μm。负极集电体320的厚度优选为6～20μm。
作为箔、网状物、穿孔金属板、拉制金属网板中的两种以上的组合，负极集电体320可具备箔状的第一部分和网状、穿孔金属板状、拉制金属网板状的第二部分。在一个实施方式中，负极集电体320的接触部位322可以是网状、穿孔金属板状、或拉制金属网板状的，非接触部位324可以是箔状的。在其他实施方式中，负极集电体320的接触部位322、以及非接触部位324中靠近接触部位322的部分可以是网状、穿孔金属板状或拉制金属网板状的，非接触部位324中的其余部分可以是箔状的。在另一实施方式中，负极集电体320的接触部位322中靠近非接触部位324的部分与非接触部位324可以是箔状的，接触部位322的其余部分可以是网状、穿孔金属板状或拉制金属网板状的。
在负极集电体320的接触部位322的区域，可形成有通孔、沟槽、较薄部位或凹陷部位。由此，在负极140的制备工序中，更易于将负极集电体320埋设于负极活性物质层340中。进而使负极140的制备工序得以简化。此外，还可使负极活性物质层340中包括接触部位322的区域的厚度和不包括接触部位322的区域的厚度的差异变小。并由此减少负极活性物质层340的厚度的变化幅度。
负极活性物质层：
负极活性物质层340包含负极活性物质。作为负极活性物质可例举的有，各种金属。负极活性物质层340，可包含选自由金属锂、金属镁、金属锌以及金属铝组成的群组中的至少一种金属。负极活性物质层340也可包含选自由金属锂、金属镁以及金属锌组成的群组中的至少一种金属。
在这些金属中，金属锂的硬度较低。并且在这些金属中，金属锂的熔点较低。因此，在负极140的制备工序中，更易于将负极集电体320埋设于负极活性物质层340中。进而使负极140的制备工序得以简化。进一步的，通过将锂金属作为负极活性物质使用，可获得能量密度更高的蓄电池100。
作为负极活性物质的其他示例，还可例举的有金属Mg,Zn,Al等,该类型金属做为金属负极，硬度低易于加工且延展性好。
负极活性物质层340至少与负极集电体320的一个平面接触。负极活性物质层340可由单一的层组成，也可由多个层组成。
当负极活性物质层340由多个层组成时，负极活性物质层340可具备含有负极活性物质的第一层以及由导电物质组成的第二层。第二层中的负极活性物质含量可以比第一层的少，也可以不含负极活性物质。这种情况下，第二层可与负极集电体320接触，第一层可隔着第二层与与负极集电体320电连接。
当负极活性物质层340由多个层组成时，负极活性物质层340可具备由树脂制成的支撑体以及含有负极活性物质的片层。这种情况下，含有负极活性物质的片层可形成在支撑体的一侧的面上，也可以形成在支撑体的两侧的面上。
负极活性物质层340的厚度可以是10～200μm，当以金属锂箔作为负极活性物质层340时，金属锂箔的厚度可以是10～200μm，作为优选，20～80μm金属锂箔可获得更有益效果。金属锂箔的厚度以及质量，可相应于正极活性物质层240中的正极活性物质的含量来确定。
在一个实施方式中，负极活性物质层340是通过对于作为其负极活性物质来使用的材料进行箔状或片状加工后制得的。在其他实施方式中，负极活性物质层340是通过利用(1)浆料涂布工艺、(2)溅射工艺、薄膜沉积法、离子镀法等物理气相沉积法(PVD法)、(3)化学气相沉积法(CVD法)、(4)原子层沉积法(ALD法)等，使组成负极活性物质层340的材料沉积在由树脂制成的支撑体的至少一侧的面上而形成的。
负极集电体320为集电体的一个示例。负极活性物质层340为活性物质层的一个示例。接触部位322为集电体的一部分或第一部分的一个示例。非接触部位324为第二部分的一个示例。
图7是负极740的一个示例的示意图。图7是负极740的俯视图702以及截面图704的一个示例的示意图。截面图704为俯视图702中B－B’截面的一个示例。
在本实施方式中，负极740具备负极集电体720以及负极活性物质层340。在本实施方式中，对于负极集电体720来讲，其宽度方向(图中为y方向。)的尺寸大于负极活性物质层340的宽度方向(图中为y方向)的尺寸这一点，是与负极集电体320不同的。除了上述区别之外，负极集电体720可与负极集电体320具有同样的构造。
在本实施方式中，负极集电体720与负极活性物质层340的界面中的一部分是被负极活性物质层340所覆盖的。此外，负极集电体720的延伸方向(图中为x方向。)的尺寸要短于负极活性物质层340延伸方向(图中为x方向。)的尺寸。因此，对于负极集电体720来讲，其中与负极集电体320的接触部位322相当的区域的表观面积要小于负极活性物质层340的第一平面344或第二平面346的表观面积。
由此，可对负极集电体720与负极活性物质层340的界面，与蓄电池100的电解质发生接触的情况进行抑制。进而，抑制负极140的腐蚀。其中，负极140与负极740相比，其暴露于负极活性物质层340之外的界面的比例较小。因此，负极140与负极740相比，其腐蚀的进程能够得到抑制。
负极集电体720为集电体的一个示例。
图8是负极840的一个示例的示意图。图8是负极840的俯视图802以及截面图804的一个示例的示意图。截面图804为俯视图802中A－A’截面的一个示例。
在本实施方式中，负极840具备负极集电体820以及负极活性物质层340。在本实施方式中，负极集电体820的接触部位322具有弯曲的部分，对于负极集电体820来讲，其非接触部位324从负极活性物质层340的第一平面344凸出这一点，是与负极集电体320不同的。除了上述区别之外，负极集电体820可与负极集电体320具有同样的构造。
在本实施方式中，负极集电体820与负极活性物质层340的界面中的一部分是被负极活性物质层340所覆盖的。尤其，负极集电体820的接触部位322是被埋设在负极活性物质层340内部的。由此，可对负极集电体820与负极活性物质层340的界面，与蓄电池100的电解质发生接触的情况进行抑制。进而，抑制负极140的腐蚀。
负极集电体820为集电体的一个示例。
图9是负极940的一个示例的示意图。图9是负极940的俯视图902以及截面图904的一个示例的示意图。截面图904为俯视图902中A－A’截面的一个示例。
在本实施方式中，负极940具备负极集电体320、负极活性物质层340以及界面保护层930。除了具备界面保护层930这一点之外，负极940可与负极140具有同样的构造。
在本实施方式中，界面保护层930至少可覆盖界面460的暴露区域462的一部分。界面保护层930至少可对界面460的暴露区域462的一部分进行保护，使其不受蓄电池100中的电解质的影响。由此对界面460与蓄电池100中的电解质的接触进行抑制。界面保护层930可设置为将界面460的暴露区域462全部覆盖。
对于界面保护层930来讲，其优选为对蓄电池100中电解质离子的离子导电率小于负极集电体320以及负极活性物质层340的。由此，可使得受到界面保护层930保护的暴露区域462上的界面460与蓄电池100的电解质的接触受到抑制。
界面保护层930可由不会与锂发生反应或与锂的反应性极弱的材料组成。界面保护层930可由在具体使用电池时的电压范围之内不易发生分解等副反应的材料组成。界面保护层930可由其对蓄电池100的电解质离子的离子导电率小于负极集电体320以及负极活性物质层340的主要材料的材料组成。界面保护层930可由绝缘材料组成。作为界面保护层930的材料，可例举的有聚丙烯，聚乙烯，聚酰亚胺，聚氧化乙烷等。
界面保护层930为保护层的一个示例。
其他实施方式的一个示例
在本实施方式中，以界面保护层930设于负极活性物质层340的侧面342上的情况为例，对负极940的一个示例进行了说明。但负极940并不仅限于本实施方式。在其他实施方式中，界面保护层930设置为覆盖负极活性物质层340的侧面342、以及负极活性物质层340的第一平面344和第二平面346中的至少一方的一端。
图10是负极1040的一个示例的示意图。图10是负极1040的俯视图1002以及截面图1004的一个示例的示意图。截面图1004为俯视图1002中A－A’截面的一个示例。
在本实施方式中，负极1040具备负极集电体320、负极活性物质层340以及界面保护层1030。除了其具备界面保护层1030这一点之外，负极1040可与负极140具有同样的构造。除了其一部分埋设于负极活性物质层340中这一点之外，界面保护层1030可与界面保护层930具有同样的构造。
界面保护层1030为保护层的一个示例。
下面利用图11、图12、图13以及图14，对在图3～图6中所说明的负极集电体320的其他示例进行说明。图11是负极集电体1120的一个示例的示意图。图12是负极集电体1220的一个示例的示意图。图13是负极集电体1320的一个示例的示意图。图14是负极集电体1420的一个示例的示意图。在技术上不会产生矛盾的范围内，负极集电体720或负极集电体820也可具有负极集电体1120、负极集电体1220、负极集电体1320以及/或负极集电体1420的特征。
图11是负极集电体1120的俯瞰图1102以及截面图1104的一个示例的示意图。截面图1104为俯视图1102中A－A’截面的一个示例。如图11所示，对于负极集电体1120来讲，在其主体1122上形成有一个以上的通孔1124这一点，是与负极集电体320不同的。除了上述区别之外，负极集电体1120可与负极集电体320具有同样的构造。
由此，在负极140的制备工序中，可通过沿着通孔1124的延伸方向De，将负极集电体320插入负极活性物质层340中，由此使得负极集电体320更易于被埋设于负极活性物质层340中。进而使负极140的制备工序得以简化。
图12是负极集电体1220的俯瞰图1202以及截面图1204的一个示例的示意图。截面图1204为俯视图1202中A－A’截面的一个示例。如图12所示，对于负极集电体1220来讲，在其主体1122上形成有一个以上的沟槽1224这一点，是与负极集电体320不同的。除了上述区别之外，负极集电体1220可与负极集电体320具有同样的构造。
由此，在负极140的制备工序中，可通过沿着沟槽1224的延伸方向De，将负极集电体320插入负极活性物质层340中，由此使得负极集电体320更易于被埋设于负极活性物质层340中。进而使负极140的制备工序得以简化。
图13是负极集电体1320的俯瞰图1302以及截面图1304的一个示例的示意图。截面图1304为俯视图1302中A－A’截面的一个示例。如图13所示，对于负极集电体1320来讲，在其主体1122上形成有较薄部位1324这一点，是与负极集电体320不同的。除了上述区别之外，负极集电体1320可与负极集电体320具有同样的构造。而在其他实施方式中，负极集电体1320的主体1122上可形成有多个较薄部位1324。
由此，在负极140的制备工序中，可通过沿着较薄部位1324的延伸方向De，将负极集电体320插入负极活性物质层340中，由此使得负极集电体320更易于被埋设于负极活性物质层340中。进而使负极140的制备工序得以简化。
图14是负极集电体1420的俯瞰图1402以及截面图1404的一个示例的示意图。截面图1404为俯视图1402中A－A’截面的一个示例。如图14所示，对于负极集电体1420来讲，在其主体1122上形成有一个以上的凹陷部位1424这一点，是与负极集电体320不同的。除了上述区别之外，负极集电体1420可与负极集电体320具有同样的构造。
由此，在负极140的制备工序中，可通过沿着凹陷部位1424的延伸方向De，将负极集电体320插入负极活性物质层340中，由此使得负极集电体320更易于被埋设于负极活性物质层340中。进而使负极140的制备工序得以简化。在本实施方式中，由于凹陷部位1424是向两个方向延伸的，所以使得负极140的制备变得更为简易。
负极集电体1120为集电体的一个示例。负极集电体1220为集电体的一个示例。负极集电体1320为集电体的一个示例。负极集电体1420为集电体的一个示例。
图15是负极1540的一个示例的示意图。图15是负极1540的截面图1502以及截面图1504的一个示例的示意图。截面图1502为截面图1504中的B－B’截面的一个示例。截面图1504为截面图1502中的E－E’截面的一个示例。
在本实施方式中，负极1540具备负极集电体320、负极活性物质层340以及负极支撑体1530。除了其具备负极支撑体1530这一点之外，负极1540可与负极140具有同样的构造。
在本实施方式中，负极支撑体1530用于支撑负极活性物质层340。对于负极支撑体1530来讲，其至少一侧的平面上形成有负极活性物质层340。在本实施方式中，负极支撑体1530的两面均形成有负极活性物质层340。
在本实施方式中，负极支撑体1530的一端形成有一个以上的凹陷部位1532。凹陷部位1532用于收容或支承负极集电体320的接触部位322。
在本实施方式中，在凹陷部位1532内填充了负极活性物质层340。在本实施方式中，在负极支撑体1530的一侧的平面上形成的负极活性物质层340与在负极支撑体1530的另一侧的平面上所形成的负极活性物质层340，是通过填充在凹陷部位1532内的负极活性物质层340而成为一体的。
在本实施方式中，负极支撑体1530是由密度小于负极活性物质层340的材料组成的。由此，可提升蓄电池100的单位质量的能量密度。
作为负极支撑体1530的材料，可例举的有导电树脂，导电碳膜，复合固态电解质等。
其他实施方式的一个示例
在本实施方式中，以凹陷部位1532内填充了负极活性物质层340的情况为例，对负极1540的一个示例进行了说明。但负极1540并不仅限于本实施方式。在其他实施方式中，在凹陷部位1532内可设置与组成负极活性物质层340的材料不同的导电材料。在另一其他实施方式中，当负极支撑体1530的厚度小于负极集电体320的厚度时，在凹陷部位1532内可设置与界面保护层930或界面保护层1030同样的材料。在凹陷部位1532内设置绝缘材料。在负极支撑体1530的厚度小于负极集电体320的厚度的情况下，即使在凹陷部位1532内填充绝缘材料，负极集电体320依然能够与负极活性物质层340接触到。
负极支撑体1530为支撑体的一个示例。
图16是负极支撑体1630的一个示例的示意图。图16是沿着垂直于负极支撑体1630的厚度方向的面对负极支撑体1630进行切割时得到的截面的一个示例。
在本实施方式中，负极支撑体1630具备主体1620。在本实施方式中，主体1620具有边1621、边1622、边1623、边1624、边1625、边1626、边1627、边1628。在本实施方式中，主体1620上形成有一个以上的凹陷部位1632以及一个以上的通孔1634等。在本实施方式中，除了其主体1620上形成有一个以上的通孔1634这一点之外，负极支撑体1630可与负极支撑体1530具有同样的构造。
根据本实施方式，主体1620上形成有一个以上的通孔1634。因此，负极支撑体1630的表观密度小于组成主体1620的材料的密度。负极支撑体1630的表观密度可通过负极支撑体1630的质量除以负极支撑体1630的表观体积来计算。负极支撑体1630的表观体积可通过负极支撑体1630的表观截面面积乘以负极支撑体1630的厚度来计算。将负极支撑体1630的表观形状的截面面积定义为，在假设其一个以上的通孔1634均未被形成的情况下的负极支撑体1630的截面面积。当负极支撑体1630的厚度较薄时，可将负极支撑体1630的一边的平面面积视作负极支撑体1630的表观形状的截面面积。
在本实施方式中，负极支撑体1630的表观形状可以是由边1621、边1622、边1623、边1624、边1625、边1626、边1627、边1628围成的闭合区域。当主体1620以及凹陷部位1632为长方形时，负极支撑体1630的表观形状的截面面积可通过以下方式计算：边1621的长度×边1622的长度－边1625的长度×边1626的长度。
负极支撑体1630为支撑体的一个示例。
图17是电极结构体1710的一个示例的示意图。电极结构体1710为卷绕型结构的一个示例。在本实施方式中，电极结构体1710是通过将以正极120、隔膜130以及负极140的顺序叠层的薄片卷绕成圆筒状后制成的。在本实施方式中，正极120的一端设有正极帽122。负极140的一端设有负极帽142。
其他实施方式的一个示例
在本实施方式中，以电极结构体1710具备单一的正极帽122以及单一的负极帽142的情况为例，对电极结构体1710的一个示例进行了说明。但电极结构体1710并不仅限于本实施方式。在其他实施方式中，电极结构体1710可具有多个负极帽142。此外，电极结构体1710可具有多个正极帽122。
图18是负极140的制备方法的一个示例的示意图。根据本实施方式，首先，在步骤1812(“步骤”也会用“S”来表示)中，准备负极集电体320以及负极活性物质层340。作为负极集电体320，可准备形成有通孔、沟槽、较薄部位、凹陷部位的板状金属或导电树脂。此外，作为负极活性物质层340，可准备金属箔。
其次，在S1814中，对负极集电体320以及负极活性物质层340中的至少一方进行加热。加热温度为30-200℃。此步骤对活性物质层进行软化，使集电体更容易与负极活性物质层结合，同时在集电体和负极活性物质层结合过程中还需施加一定压力，压力范围为1-100Mpa，使集电体与负极活性物质层紧密贴合，同时消除高度差，使负极集电体与活性物质重合部分与活性物质层厚度相近。
其次，在S1816中，将负极集电体320的一部分埋设于负极活性物质层340中。此时，可将负极集电体320的一部分埋入负极活性物质层340内部。
其次，在S1818中，将负极集电体320以及负极活性物质层340成形为负极140的成品形状。，将负极活性物质层340切割成一定的形状以及大小。由此制成负极140。
其他实施方式的一个示例
在本实施方式中，以在将负极集电体320的一部分埋设于负极活性物质层340之前，对负极集电体320以及负极活性物质层340中至少一方进行加热的情况为例，对负极140的制备方法的一个示例进行了说明。但负极140的制备方法并不仅限于本实施方式。
在其他实施方式中，可在正在实施将负极集电体320的一部分埋设于负极活性物质层340中这一工序期间，对负极集电体320以及负极活性物质层340中至少一方进行加热。在另一其他实施方式中，也可不对负极集电体320以及负极活性物质层340进行加热。
图19是对负极集电体320进行埋设的步骤的一个示例的示意图。在本实施方式中，以负极集电体320上形成有通孔1124的情况为例，对负极集电体320的埋设工序的一个示例进行了说明。
在本实施方式中，首先，将负极集电体320的接触部位322放置于负极活性物质层340的第一平面344上。其次，沿着通孔1124的延伸方向，将负极集电体320的接触部位322插入负极活性物质层340的内部。在本实施方式中，通过在z方向上向下对负极集电体320施加压力，而使其接触部位322插入负极活性物质层340的内部。在z方向上向下对负极集电体320施加压力，直至其接触部位322完全埋入负极活性物质层340的内部。由此，将接触部位322埋设于负极活性物质层340的内部。
在本实施方式中，负极集电体320的接触部位322上形成有通孔1124。因此，相较于并未形成有通孔1124的情况，此时的接触部位322的截面面积更小。所以，更易于将接触部位322埋入负极活性物质层340的内部。
其他实施方式的一个示例
在本实施方式中，以负极集电体320上形成有通孔1124的情况为例，对埋设负极集电体320的工序的一个示例进行了说明。但对负极集电体320进行埋设的工序并不仅限于本实施方式。在其他实施方式中，负极集电体320上可以不必形成通孔1124，取而代之的，可形成沟槽1224、较薄部位1324或凹陷部位1424。
在本实施方式中，以将负极集电体320从负极活性物质层340的第一平面344插入负极活性物质层340的内部的情况为例，对埋设负极集电体320的工序的一个示例进行了说明。但对负极集电体320进行埋设的工序并不仅限于本实施方式。在其他实施方式中，可将负极集电体320从负极活性物质层340的侧面342插入负极活性物质层340的内部。在另一个其他实施方式中，可将负极集电体320从负极活性物质层340的第二平面346插入负极活性物质层340的内部。
图20是对负极集电体320进行埋设的工序的其他示例的示意图。在本实施方式中，以负极集电体320上形成有通孔1124的情况为例，对埋设负极集电体320的工序的一个示例进行了说明。
在本实施方式中，首先，在完成负极140时，要准备出作为负极活性物质层340来使用的负极活性物质层2042以及负极活性物质层2044。负极活性物质层2042以及负极活性物质层2044可与负极活性物质层340具有同样的组成。
根据本实施方式，要准备出负极活性物质层2044在其延伸方向(图中为x方向)上的长度Lm比接触部位322在其延伸方向上的长度Le更长的负极活性物质层2042。负极活性物质层2044在其延伸方向上的长度Lm可短于负极活性物质层2042在其延伸方向上的长度。此外，要准备出负极活性物质层2044在其宽度方向(图中为y方向)上的长度比接触部位322在其宽度方向上的长度更长的负极活性物质层2042。负极活性物质层2044在其宽度方向上的长度可短于负极活性物质层2042在其宽度方向上的长度。
其次，用负极活性物质层2042以及负极活性物质层2044将负极活性物质层320的接触部位322夹裹住。在这种状态下，通过对负极活性物质层2042以及负极活性物质层2044进行按压，使负极活性物质层2042、接触部位322以及负极活性物质层2044紧密结合。由此使接触部位322埋设于负极活性物质层340中。此时，可将接触部位322埋设于负极活性物质层340的内部以使接触部位322完全埋入负极活性物质层340中。此外，可使负极活性物质层340填充于接触部位322上所设的通孔1124的内部。
其他实施方式的一个示例
在本实施方式中，以负极集电体320上形成有通孔1124的情况为例，对埋设负极集电体320的工序的一个示例进行了说明。但对负极集电体320进行埋设的工序并不仅限于本实施方式。在其他实施方式中，负极集电体320上可以不必形成通孔1124，取而代之的，可形成沟槽1224、较薄部位1324或凹陷部位1424。
在本实施方式中，以负极活性物质层2044的尺寸小于负极活性物质层2042的尺寸的情况为例，对埋设负极集电体320的工序的一个示例进行了说明。但对负极集电体320进行埋设的工序并不仅限于本实施方式。在其他实施方式中，负极活性物质层2044的尺寸可以是和负极活性物质层2042的尺寸相同的。
在本实施方式中，以负极集电体320夹裹于负极活性物质层2042与负极活性物质层2044之间的情况为例，对埋设负极集电体320的工序的一个示例进行了说明。但对负极集电体320进行埋设的工序并不仅限于本实施方式。在其他实施方式中，可通过将单个负极活性物质层340折起，而使得负极集电体320夹裹于该单个的负极活性物质层340中。
为了更加具体地说明蓄电池100，下面通过实施例对蓄电池100进行详细的说明。在下述实施例中，利用“对称电池”对负极性能进行了评估。在对称电池中，是将材料、质量、厚度相同的两片等价的电极对称地设置于电池内的。但对于下述实施例可进行各种改变或改善，蓄电池100并不仅限于下述实施例。
实施例
(1)制备负极
首先，按照下述工序制备了负极。作为负极集电体，准备了厚度10μm的微孔Cu箔。Cu箔的平面形状为宽度12mm、长度20mm的矩形。在Cu箔长度方向的一端连接了Ni材质的端子，形成了电极帽。在Cu箔长度方向的一端附近，形成了沿着Cu箔厚度方向将其穿透的通孔。通孔的孔径为80um，开孔率50％。
此外，作为负极活性物质层，还准备了厚度100μm的Li金属箔。Li金属箔的平面形状为宽度70mm、长度100mm的矩形。
其次，利用电加热装置对Cu箔长度方向的另一端进行了加热。加热温度为80℃。
其次，通过将已被加热的Cu箔的一端按压在Li金属箔的光面上，使Cu箔的一部分埋入Li金属箔的内部，Li箔活性物质层为100um。由此制得Li金属箔一个侧面的一部分上凸设有Cu箔的负极。对于所制备的负极来讲，其Li金属箔的光面、毛面以及其他三个侧面上均无Cu箔外露。
(2)制备正极
其次，按照下述工序制备了正极。作为正极集电体，准备了厚度12μm的Al箔。Al箔的平面形状为宽度74mm、长度103mm的矩形。在Cu箔长度方向的一端连接了Ni材质的端子，形成了电极帽。
其次，在正极集电体的一侧的面上制作了正极活性物质层。具体为，首先，制备了要作为正极活性物质层来使用的含有三元正极材料的浆体。浆体的组成为NCM811 92％，导电剂SP 4％，粘结剂PVDF 4％。继而将浆体涂布在Al箔的表面。正极面密度为12-25mg/cm2。然后通过对浆体进行干燥而形成正极活性物质层，电极干燥后进行辊压，压实密度为2.8-3.5g/cm3。由此制得正极。
(3)组装用于测试的电池
接下来，在上述正极与负极之间设置隔膜后组装了用于测试的对称电池。使用CELGARD 2320电池隔膜，材质为PE与PP复合，厚度为20um.通过将上述对称电池与非水电解液一同放入电池壳体进行封装而制得用于测试的电池，电池层数为14正极15负极。作为非水电解液，其主要构成成分为碳酸酯类溶剂与六氟磷酸锂溶质。
比较例
比较例正极制备方式与实施例一致，负极采用Li-Cu复合负极，即集电体采用未冲孔铜箔，集电体面积与活性物质层面积一致，铜箔集电体厚度为10um，金属Li活性物质层厚度为100um.电池层数为14正极15负极，非水电解液主要构成成分为碳酸酯类溶剂与六氟磷酸锂溶质。
评估方法
能量密度
电池化成后首循环以0.1C充放电流进行充放，该循环放电容量记为C0，放电中值电压记为V0，电池放电能量E0＝C0*V0；电池质量为m0；电池能量密度Em＝E0/m0。
(2)循环保持率
电池在化成后，以0.2C0充电电流，0.5C0放电电流进行充放电循环，充电截止电压4.3V，恒压充电截止电流为0.05C0,放电截止电压为3.0V，0.2C0-0.5C0充放电第一循环放电容量记为C1，第100周放电容量记为C100,100周循环容量保持率δ100＝C100/C0*100％。
(3)自放电率
电池化成后，以0.1C0电流进行恒流恒压充电，充电截止电压4.3V，充电截止电流0.05C0，常温25℃搁置30天；30天后以0.1C0电流放电至3.0V，再以0.1C0电流进行充放电，充电截止电压4.3V，充电截止电流0.05C0，放电截止电压3.0V。此轮充放电容量记为Ci。自放电率ηi＝(C0-Ci)/C0*100％。
表1实施例与对比例实验结果
实施例与对比例实验结果如表1所示，根据本技术的一个实施方式，由于大幅度减少负极集电体的使用量，提升了电池中活性物质所占重量比例，使能量密度获得大幅度的提高。同时本技术实施方式减小了负极金属锂，铜集电体和非水电解液的接触界面，减小了电偶腐蚀的影响，使电池自放电率得到降低。
至此，通过上述内容对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的技术范围并不仅限于上述实施方式中所描述的范围。关于可对上述实施方式进行多种改变或改善这一点，对于本领域技术人员来说是显而易见的。通过权利要求书中的描述可知，进行了上述改变或改善的实施方式也属于本发明的技术范围之内。
对于在权利要求书、说明书以及附图中所示的装置、系统、程序以及方法中的操作、工序、以及步骤等各项的实施顺序来讲，只要没有明确表示是“在～之前”、“预先”等、还有只要不属于要将前一项操作的结果用于后一项操作的情况，那么要注意的是其可由任意的顺序来实施。对于权利要求书、说明书以及附图中的操作流程，即使为了方便起见使用了“首先、”、“其次、”等来进行了说明，但并不意味着必须按此顺序来实施。

Claims (14)

1.一种负极，其特征在于，所述负极包括：集电体以及含有负极活性物质的活性物质层；
所述集电体的一部分埋设于所述活性物质层内部，定义该部分为接触部位，定义所述集电体的另一部分为非接触部位，所述集电体的另一部分为未埋设于所述活性物质层内部的部分；定义所述接触部位与所述活性物质层接触的区域为非暴露区域，定义所述接触部位和所述非接触部位交接处的区域为暴露区域；所述暴露区域和所述非暴露区域构成负极集电体与负极活性物质层的界面；所述暴露区域的轮廓的长度要短于所述界面的整体轮廓的长度；所述暴露区域的轮廓的长度相对于所述界面的整体轮廓的长度的比值为0.03-0.7；
所述负极还包括界面保护层；所述界面保护层至少覆盖所述界面的所述暴露区域的一部分；所述界面保护层对电解质离子的离子导电率小于所述集电体和所述活性物质层。
2.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述接触部位的表面积与所述活性物质层的表面积的比值为0.005-0.5。
3.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述非接触部位的表面积与所述接触部位的表面积的比值为0.02-0.3。
4.根据权利要求1-3任一所述的负极，其特征在于，所述负极活性物质包含金属锂、金属镁、金属锌以及金属铝中的至少一种金属。
5.根据权利要求1-3任一所述的负极，其特征在于，所述负极活性物质层的厚度为10-200μm。
6.根据权利要求1-3任一所述的负极，其特征在于，所述集电体的厚度为6-20μm。
7.根据权利要求1-3任一所述的负极，其特征在于，所述集电体由至少一种金属材料或至少一种导电树脂或至少一种金属材料和至少一种导电树脂的组合组成。
8.根据权利要求1-3任一所述的负极，其特征在于，所述负极还包括密度或表观密度小于所述负极活性物质的支撑体，且所述活性物质层形成于所述支撑体的至少一侧的面上。
9.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包含正极、非水电解液或固体电解质以及权利要求1-3任一所述的负极。
10.一种负极的制备方法，用于制备如权利要求1-8任一项所述的负极，其特证在于，所述方法包括：
准备集电体和活性物质层；
将所述集电体的一部分埋设于所述活性物质层中。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述集电体中，埋设于所述活性物质层中的部分上形成有通孔、沟槽或凹陷部位，所述通孔、沟槽或凹陷部位的表面积占所述活性物质层中压延部分表面积的30％-70％，所述活性物质层中压延部分为所述活性物质层中用于埋设所述集电体的部位。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述步骤将所述集电体的一部分埋设于所述活性物质层中之前，所述方法还包括：对所述活性物质层的至少一方或所述集电体中埋设于所述活性物质层中的部分进行加热，加热温度为30-200℃。
13.根据权利要求10或12所述的方法，其特征在于，所述将所述集电体的一部分埋设于所述活性物质层中，具体包括：
使用辊压方式用所述活性物质层将所述集电体的一部分夹裹，施加压强为0.5-100Mpa。
14.根据权利要去13所述的方法，其特征在于，所述活性物质层中埋设所述集电体的一部分之后形成的埋设区域的厚度相比未埋设所述集电体的一部分前的厚度增加0-10μm。
CN202210093473.5A 2022-01-26 2022-01-26 一种负极，二次电池，以及负极的制备方法 Active CN114552144B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210093473.5A CN114552144B (zh) 2022-01-26 2022-01-26 一种负极，二次电池，以及负极的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210093473.5A CN114552144B (zh) 2022-01-26 2022-01-26 一种负极，二次电池，以及负极的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114552144A CN114552144A (zh) 2022-05-27
CN114552144B true CN114552144B (zh) 2024-03-08

Family

ID=81673662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210093473.5A Active CN114552144B (zh) 2022-01-26 2022-01-26 一种负极，二次电池，以及负极的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114552144B (zh)

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001332240A (ja) * 2000-05-24 2001-11-30 Mitsubishi Chemicals Corp 電池用リード及び電池用リードの取り付け構造
KR20080037494A (ko) * 2006-10-25 2008-04-30 스미토모덴키고교가부시키가이샤 리드 부재와 그 접합 방법 및 비수 전해질 축전 디바이스
CN102623670A (zh) * 2011-01-30 2012-08-01 深圳市艾博尔新能源有限公司 金属锂一次电池负极片
KR20150004539A (ko) * 2013-07-03 2015-01-13 주식회사 엘지화학 전극의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 전극, 상기 전극을 포함하는 전기 화학 소자
JP2016081792A (ja) * 2014-10-20 2016-05-16 株式会社フジクラ 蓄電モジュール
CN106159179A (zh) * 2015-04-21 2016-11-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 金属锂电池
CN106323863A (zh) * 2016-09-12 2017-01-11 中国人民解放军海军航空工程学院青岛校区 一种海洋大气腐蚀环境模拟装置
CN208637498U (zh) * 2018-06-13 2019-03-22 广州丰江电池新技术股份有限公司 一种锂离子电池
CN208706767U (zh) * 2018-08-21 2019-04-05 珠海光宇电池有限公司 锂电池负极片及叠片式电芯
CN209001017U (zh) * 2018-08-20 2019-06-18 珠海光宇电池有限公司 锂二次电池负极片及锂二次电池
CN110137425A (zh) * 2019-06-21 2019-08-16 珠海冠宇电池有限公司 一种改善锂离子电池电化学腐蚀的方法
CN209329017U (zh) * 2018-12-29 2019-08-30 东莞塔菲尔新能源科技有限公司 一种转接片及具有其的电池
CN110289419A (zh) * 2019-06-25 2019-09-27 天津大学 一种可耐腐蚀的金属锂负极集流体及其制备方法、用途
JP2020135974A (ja) * 2019-02-14 2020-08-31 日産自動車株式会社 全固体電池
CN111640915A (zh) * 2019-03-01 2020-09-08 麻省固能控股有限公司 负极、包括其的二次电池以及制造负极的方法
WO2020210913A1 (en) * 2019-04-17 2020-10-22 2555663 Ontario Limited Lithium metal anode assemblies and an apparatus and method of making same
CN112447941A (zh) * 2019-09-02 2021-03-05 丰田自动车株式会社 非水电解质二次电池
CN113113566A (zh) * 2021-04-09 2021-07-13 珠海冠宇电池股份有限公司 一种集流体及其应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012227067A (ja) * 2011-04-21 2012-11-15 Sony Corp 非水電解質電池、巻回電極体用集電体、積層電極体用集電体および非水電解質電池用集電体の製造方法
CN208000939U (zh) * 2018-04-11 2018-10-23 宁德新能源科技有限公司 电池和设备

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001332240A (ja) * 2000-05-24 2001-11-30 Mitsubishi Chemicals Corp 電池用リード及び電池用リードの取り付け構造
KR20080037494A (ko) * 2006-10-25 2008-04-30 스미토모덴키고교가부시키가이샤 리드 부재와 그 접합 방법 및 비수 전해질 축전 디바이스
CN102623670A (zh) * 2011-01-30 2012-08-01 深圳市艾博尔新能源有限公司 金属锂一次电池负极片
KR20150004539A (ko) * 2013-07-03 2015-01-13 주식회사 엘지화학 전극의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 전극, 상기 전극을 포함하는 전기 화학 소자
JP2016081792A (ja) * 2014-10-20 2016-05-16 株式会社フジクラ 蓄電モジュール
CN106159179A (zh) * 2015-04-21 2016-11-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 金属锂电池
CN106323863A (zh) * 2016-09-12 2017-01-11 中国人民解放军海军航空工程学院青岛校区 一种海洋大气腐蚀环境模拟装置
CN208637498U (zh) * 2018-06-13 2019-03-22 广州丰江电池新技术股份有限公司 一种锂离子电池
CN209001017U (zh) * 2018-08-20 2019-06-18 珠海光宇电池有限公司 锂二次电池负极片及锂二次电池
CN208706767U (zh) * 2018-08-21 2019-04-05 珠海光宇电池有限公司 锂电池负极片及叠片式电芯
CN209329017U (zh) * 2018-12-29 2019-08-30 东莞塔菲尔新能源科技有限公司 一种转接片及具有其的电池
JP2020135974A (ja) * 2019-02-14 2020-08-31 日産自動車株式会社 全固体電池
CN111640915A (zh) * 2019-03-01 2020-09-08 麻省固能控股有限公司 负极、包括其的二次电池以及制造负极的方法
WO2020210913A1 (en) * 2019-04-17 2020-10-22 2555663 Ontario Limited Lithium metal anode assemblies and an apparatus and method of making same
CN113906598A (zh) * 2019-04-17 2022-01-07 2555663安大略有限公司 锂金属阳极组件及其制造设备和方法
CN110137425A (zh) * 2019-06-21 2019-08-16 珠海冠宇电池有限公司 一种改善锂离子电池电化学腐蚀的方法
CN110289419A (zh) * 2019-06-25 2019-09-27 天津大学 一种可耐腐蚀的金属锂负极集流体及其制备方法、用途
CN112447941A (zh) * 2019-09-02 2021-03-05 丰田自动车株式会社 非水电解质二次电池
CN113113566A (zh) * 2021-04-09 2021-07-13 珠海冠宇电池股份有限公司 一种集流体及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
储备式叠层锂电池集流片的包覆结构;沈航;杜永龙;李向阳;;探测与控制学报;20141026(第05期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114552144A (zh) 2022-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10476070B2 (en) Anode and battery
CN107093773B (zh) 电池
US20230369604A1 (en) Electrode sheet and preparation method therefor, and lithium-ion battery
US11430994B2 (en) Protective coatings for lithium metal electrodes
WO2010106412A1 (en) All-solid secondary battery with graded electrodes
US20160276652A1 (en) Electrode, nonaqueous electrolyte battery, and battery pack
JP2019021805A (ja) 電極体及び蓄電デバイス
US10218005B2 (en) Secondary battery, battery pack, and vehicle
US20120100413A1 (en) Secondary battery and assembled battery
CN109411823A (zh) 改善或支持具有含锂阳极的电化学电池单元的效率的碳酸盐基电解质体系
JP2011216297A (ja) 捲回型電極群、それを備えた電池、および電池の製造方法
CN112242564A (zh) 具有电容器辅助夹层的固态电池
US20140370379A1 (en) Secondary battery and manufacturing method thereof
CN114270564A (zh) 锂二次电池
JP7003775B2 (ja) リチウムイオン二次電池
CN114552144B (zh) 一种负极，二次电池，以及负极的制备方法
CN215644574U (zh) 一种二次电池的电极片和二次电池
CN215184061U (zh) 一种无集流体电芯和储能装置
US11637321B2 (en) Ternary salts electrolyte for a phospho-olivine positive electrode
US11670755B2 (en) Modified electrolyte-anode interface for solid-state lithium batteries
JP5072123B2 (ja) 扁平形非水電解質二次電池
CN112436106B (zh) 金属正极和基于金属正极的电池
JP2008060028A (ja) 蓄電デバイス
KR20120020893A (ko) 리튬 이온 커패시터
JPWO2020026705A1 (ja) リチウム二次電池

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