CN115295759A - 一种负极极片及二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负极极片及二次电池，包括负极集流体和由近到远依次设置在负极集流体上的第一负极活性物质层和第二负极活性物质层；负极极片满足以下关系式：0.9≤(PD负1*S负1*D50负1)/(PD负2*S负2*D50负2)≤2.0；PD负1和PD负2分别为第一负极活性物质层和第二负极活性物质层的压实密度，D50负1和D50负2为第一负极活性物质和第二负极活性物质分别累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，S负1和S负2分别为第一负极活性物质和第二负极活性物质的比表面积。本发明能够保证二次电池具有优异的快速充电能力和循环寿命，有利于二次电池的进一步推广。

Description

一种负极极片及二次电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种负极极片及二次电池。
背景技术
二次电池，如锂离子电池等，在人们的生活中扮演的角色越来越重要，从智能手机，到笔记本电脑，再到电动车，处处可见二次电池的身影。而随着二次电池的普及，人们对二次电池的性能越来越重视，提出的要求也越来越高，尤其是对负极的要求越来越苛刻。
从技术原理来说，二次电池的诸多特性都与负极关系较大，比如快速充电能力和循环寿命等。也就是说，负极极片的设计对二次电池的性能起着至关重要的作用。
因此，如何合理化地设计负极极片，以提高二次电池的快速充电能力和循环寿命是目前本领域急需要解决的问题。
以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。
发明内容
本发明提供一种负极极片及二次电池，以解决现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
第一方面，本发明提供一种负极极片，包括负极集流体、第一负极活性物质层和第二负极活性物质层；
所述第一负极活性物质层设置在所述负极集流体上，所述第二负极活性物质层设置在所述第一负极活性物质层上；
所述第一负极活性物质层包括第一负极活性物质，所述第二负极活性物质层包括第二负极活性物质；
所述负极极片满足以下关系式：
0.9≤(PD负1*S负1*D50负1)/(PD负2*S负2*D50负2)≤2.0；
其中，
PD负1为所述第一负极活性物质层的压实密度，PD负2为所述第二负极活性物质层的压实密度，D50负1为所述第一负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，D50负2为所述第二负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，S负1为所述第一负极活性物质的比表面积，S负2为所述第二负极活性物质的比表面积。
进一步地，所述负极极片中，所述负极极片满足以下关系式：
0.9≤(PD负1*S负1*D50负1)/(PD负2*S负2*D50负2)≤1.5。
进一步地，所述负极极片中，所述第一负极活性物质层的压实密度PD负1满足以下关系式：
1.2g/cm3≤PD负1≤1.8g/cm3。
进一步地，所述负极极片中，所述第二负极活性物质层的压实密度PD负2满足以下关系式：
1.2g/cm3≤PD负2≤1.5g/cm3。
进一步地，所述负极极片中，所述第一负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径D50负1满足以下关系式：
5.0μm≤D50负1≤15μm。
进一步地，所述负极极片中，所述第二负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径D50负2满足以下关系式：
5.0μm≤D50负2≤20μm。
进一步地，所述负极极片中，所述第一负极活性物质的比表面积S负1满足以下关系式：
1.5m2/g≤S负1≤2.5m2/g。
进一步地，所述负极极片中，所述第二负极活性物质的比表面积S负2满足以下关系式：
1.0m2/g≤S负2≤2.5m2/g。
进一步地，所述负极极片中，所述第一负极活性物质层和第二负极活性物质层设置在所述负极集流体的至少一个表面上。
第二方面，本发明提供一种二次电池，包括负极极片、正极极片和设置于所述正极极片与所述负极极片之间的隔离膜，所述负极极片为如上述第一方面所述的负极极片。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种负极极片及二次电池，通过在负极极片中设计两层负极活性物质层，并令两层负极活性物质层的压实密度、负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径以及负极活性物质的比表面积满足特定的关系式，使得能够保证二次电池具有优异的快速充电能力和循环寿命，有利于二次电池的进一步推广。
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它的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种负极极片的结构示意图。
附图标记：
负极集流体1，第一负极活性物质层2，第二负极活性物质层3。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
有鉴于上述现有的负极极片设计存在的缺陷，本申请人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得负极极片设计更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
请参考图1，本发明实施例提供一种负极极片，包括负极集流体1、第一负极活性物质层2和第二负极活性物质层3；
所述第一负极活性物质层2设置在所述负极集流体1上，所述第二负极活性物质层3设置在所述第一负极活性物质层2上；
所述第一负极活性物质层2包括第一负极活性物质，所述第二负极活性物质层3包括第二负极活性物质；
所述负极极片满足以下关系式：
0.9≤(PD负1*S负1*D50负1)/(PD负2*S负2*D50负2)≤2.0；
其中，
PD负1为所述第一负极活性物质层2的压实密度，PD负2为所述第二负极活性物质层3的压实密度，D50负1为所述第一负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，D50负2为所述第二负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，S负1为所述第一负极活性物质的比表面积，S负2为所述第二负极活性物质的比表面积。
需要说明的是，对于如何设计一种具有优异的快速充电能力和循环寿命的二次电池，申请人在经过研究后发现，影响二次电池的快速充电能力和循环寿命的要因不仅仅在于负极极片的结构，也还在于负极极片中负极活性物质层的特性。具体地，需要先将负极极片中的负极活性物质层由原来的单层覆盖改进为双层覆盖，即按与负极集流体1的距离由近到远来看，负极集流体1上依次覆盖有第一负极活性物质层2和第二负极活性物质层3，然后再对第一负极活性物质层2和第二负极活性物质层3各自的特性进行设计，这两者之间的压实密度以及对应负极活性材料的粒径分布和比表面积是相互影响、相互制约的，需要合理匹配它们之间的关系，即需要满足0.9≤(PD负1*S负1*D50负1)/(PD负2*S负2*D50负2)≤2.0这一关系式，才能最终设计出具有优异快速充电能力和循环寿命的二次电池。
另外，本实施例中的第一负极活性物质和第二负极活性物质可以是本领域各种适用于二次电池的负极活性物质，例如，所述负极活性物质可以是石墨(人造石墨、天然石墨、改性石墨中的一种或几种)，也可以是除石墨外的其它物质，比如软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球的一种或几种，可根据实际需求进行选择。
在本实施例中，所述负极极片需要满足的关系式可进一步优化为：
0.9≤(PD负1*S负1*D50负1)/(PD负2*S负2*D50负2)≤1.5。
需要说明的是，如果说所述负极极片在满足了以下这一关系式，即0.9≤(PD负1*S负1*D50负1)/(PD负2*S负2*D50负2)≤2.0时，能够保证所述二次池具有优异的快速充电能力和循环寿命，那么当所述负极极片在满足了以下这一关系式，即0.9≤(PD负1*S负1*D50负1)/(PD负2*S负2*D50负2)≤1.5时，能够保证所述二次电池具有更加优异的快速充电能力和循环寿命。
在本实施例中，所述第一负极活性物质层2的压实密度PD负1满足以下关系式：
1.2g/cm3≤PD负1≤1.8g/cm3。
所述第二负极活性物质层3的压实密度PD负2满足以下关系式：
1.2g/cm3≤PD负2≤1.5g/cm3。
需要说明的是，在设计所述负极极片时，所述第一负极活性物质层2的压实密度PD负1可以在1.2g/cm3-1.8g/cm3这一区间范围内任意选择。同理，所述第二负极活性物质层3的压实密度PD负2可以在1.2g/cm3-1.5g/cm3这一区间范围内任意选择。
在本实施例中，所述第一负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径D50负1满足以下关系式：
5.0μm≤D50负1≤15μm。
所述第二负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径D50负2满足以下关系式：
5.0μm≤D50负2≤20μm。
需要说明的是，在设计所述负极极片时，由于粒径太小会与电解液产生较多的副反应，从而影响对电池快速充电能力的改善效果，而粒径太大又会阻碍锂离子在负极活性物质内部固相传导，从而影响对电池快速充电能力的改善效果。因此，合理范围内的粒径是至关重要的。本实施例设计所述第一负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径D50负1可以在5.0μm-15μm这一区间范围内任意选择。同理，所述第二负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径D50负2可以在5.0μm-20μm这一区间范围内任意选择。
在本实施例中，所述第一负极活性物质的比表面积S负1满足以下关系式：
1.5m2/g≤S负1≤2.5m2/g。
所述第二负极活性物质的比表面积S负2满足以下关系式：
1.0m2/g≤S负2≤2.5m2/g。
需要说明的是，在设计所述负极极片时，所述第一负极活性物质的比表面积S负1可以在1.5m2/g-2.5m2/g这一区间范围内任意选择。同理，所述第二负极活性物质的比表面积S负2可以在1.0m2/g-2.5m2/g这一区间范围内任意选择。上述范围能够更好地提升所述二次电池的动力学性能，使其具有更优异的快速充电能力和循环性能。
在本实施例中，所述第一负极活性物质层2和第二负极活性物质层3设置在所述负极集流体1的至少一个表面上。
需要说明的是，所述负极集流体1可以是一个表面覆盖有所述第一负极活性物质层2和第二负极活性物质层3，也可以是相对的两个表面均覆盖有所述第一负极活性物质层2和第二负极活性物质层3。
为了证明本实施例提供内容的可行性，本实施例进行了动力学性能测试，五组实施例和两组对比例的测试结果如表1所示：
表1：五组实施例和两组对比例的测试结果
Figure BDA0003845980980000081
其中，W值表示(PD负1*S负1*D50负1)/(PD负2*S负2*D50负2)。
由表1可以看出，当W值在0.9-1.5时，二次电池会有更好的快速充电能力和循环能力，当W值在1.5-2.0时，二次电池的快速充电能力一般，当W大于2.0或者小于0.9时，二次电池的快速充电能力差。
尽管本文中较多的使用了负极极片、负极集流体、第一负极活性物质层、第二负极活性物质层等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
本发明实施例提供的一种负极极片，通过在负极极片中设计两层负极活性物质层，并令两层负极活性物质层的压实密度、负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径以及负极活性物质的比表面积满足特定的关系式，使得能够保证二次电池具有优异的快速充电能力和循环寿命，有利于二次电池的进一步推广。
实施例二
本发明实施例提供一种二次电池，包括负极极片、正极极片和设置于所述正极极片与所述负极极片之间的隔离膜，所述负极极片为如上述实施例一所述的负极极片。
需要说明的是，所述二次电池还包括前面内容未提及的其它组成设计，比如壳体、电解液和顶盖等，该些组成设计的具体作用是保证二次电池的各功能正常工作，鉴于该些组成设计在现有技术中已多有实现，也不是本实施例设计的重点，在此不做深入的阐述。
另外，本实施例中的所述二次电池可以但不限于应用于电子装置、电动车辆或电力储存系统等电子设备中。其中，电子装置例如可为使用二次电池作为驱动电源的各种电脑、手机、显示屏等设备。电动车辆例如可为利用二次电池作为驱动电源的电动汽车、电动三轮车、电动自行车等。电力储存系统例如可以为利用二次电池作为电力储存源的电力储存系统。
在这些电子设备中，二次电池可与用电元件电连接，以为用电元件提供电能。由于本申请提供的二次电池的快速充电能力较为优异，这样有利于电子设备用于户外储能、短时备电以及移动储能等应用场景中，从而使电子设备的应用场景更加广泛。
本发明实施例提供的一种二次电池，通过在负极极片中设计两层负极活性物质层，并令两层负极活性物质层的压实密度、负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径以及负极活性物质的比表面积满足特定的关系式，使得能够保证二次电池具有优异的快速充电能力和循环寿命，有利于二次电池的进一步推广。
综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本申请提出，并且在本申请的示例性实施例的精神和范围内。
此外，本申请中的某些术语已被用于描述本申请的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本申请的一个或多个实施例中适当地组合。
应当理解，在本申请的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本申请的目的，本申请将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。
本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其它材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。
最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其它修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的实施例。

Claims (10)

1.一种负极极片，其特征在于，包括负极集流体、第一负极活性物质层和第二负极活性物质层；
所述第一负极活性物质层设置在所述负极集流体上，所述第二负极活性物质层设置在所述第一负极活性物质层上；
所述第一负极活性物质层包括第一负极活性物质，所述第二负极活性物质层包括第二负极活性物质；
所述负极极片满足以下关系式：
0.9≤(PD负1*S负1*D50负1)/(PD负2*S负2*D50负2)≤2.0；
其中，
PD负1为所述第一负极活性物质层的压实密度，PD负2为所述第二负极活性物质层的压实密度，D50负1为所述第一负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，D50负2为所述第二负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，S负1为所述第一负极活性物质的比表面积，S负2为所述第二负极活性物质的比表面积。
2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极极片满足以下关系式：
0.9≤(PD负1*S负1*D50负1)/(PD负2*S负2*D50负2)≤1.5。
3.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述第一负极活性物质层的压实密度PD负1满足以下关系式：
1.2g/cm3≤PD负1≤1.8g/cm3。
4.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述第二负极活性物质层的压实密度PD负2满足以下关系式：
1.2g/cm3≤PD负2≤1.5g/cm3。
5.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述第一负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径D50负1满足以下关系式：
5.0μm≤D50负1≤15μm。
6.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述第二负极活性物质累计体积百分数达到50％时所对应的粒径D50负2满足以下关系式：
5.0μm≤D50负2≤20μm。
7.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述第一负极活性物质的比表面积S负1满足以下关系式：
1.5m2/g≤S负1≤2.5m2/g。
8.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述第二负极活性物质的比表面积S负2满足以下关系式：
1.0m2/g≤S负2≤2.5m2/g。
9.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一负极活性物质层和第二负极活性物质层设置在所述负极集流体的至少一个表面上。
10.一种二次电池，包括负极极片、正极极片和设置于所述正极极片与所述负极极片之间的隔离膜，其特征在于，所述负极极片为如权利要求1-9中任一项所述的负极极片。
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