CN115377352A - 锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
提供一种锂离子电池，该锂离子电池负极极片包括集流体以及含有石墨作为负极活性物质的负极活性物质层，并且满足α/β为20~200，其中α=(d1‑d0)/d0，为负极极片沿厚度方向的膨胀率；β=(L1‑L0)/L0，为负极极片沿长度方向的膨胀率，式中d0和L0分别为SOC=0%时负极极片的厚度和长度，d1和L1分别为SOC=100%时负极极片的厚度和长度。由于满足α/β为20~200，使得负极极片内部石墨颗粒取向度更为均一，减少极片贴合不良和褶皱的发生，故具有更好的倍率和循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体而言，本发明涉及一种包含改进负极极片的锂离子电池。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长、体积小、绿色环保等优点，目前已广泛应用于各类电子产品、新能源汽车及储能等领域。对于各类应用而言，锂离子电池的体积能量密度、快充能力、安全性、使用寿命是最为关键的性能指标。然而，目前锂离子电池极片在从空电至满电过程中由于嵌锂在厚度方向以及长度、宽度方向上均会出现一定程度的膨胀，厚度方向上膨胀过大，则易造成极片贴合不良，而平面方向上膨胀过大，则易造成极片发生褶皱，进而导致电池循环性能变差。
对于锂离子电池负极而言，目前通常由石墨材料构成，其在厚度方向和平面方向上的膨胀主要受极片中石墨颗粒取向的影响。当负极中石墨颗粒取向整体上倾向于垂直于集流体方向分布时，极片厚度方向上膨胀较小，而平面方向上膨胀较大；当负极中石墨颗粒取向整体上倾向于平行于集流体方向分布时，极片厚度方向上膨胀较大，而平面方向上膨胀较小。因而，为了综合控制石墨负极在厚度和平面方向上的膨胀，减少负极极片贴合不良和褶皱的发生，改善电池循环性能，应使负极石墨层中的石墨颗粒在厚度方向上整体取向达到良好的均一度。然而，为了进一步提升锂离子电池的能量密度，行业内趋于增加极片的厚度，随着厚度增加，辊压过程中极片从表层到底层出现受力不均，导致负极极片内部沿厚度方向石墨颗粒取向存在差异，极片整体取向均一性较差，极片沿厚度和平面方向的膨胀率增大，电池性能降低。此外，现有技术中负极石墨颗粒取向度通常由极片的OI值表征，OI值通过X射线衍射法测定不同晶面衍射峰峰面积比值获得。然而，XRD衍射的测定深度有限且通常仅对极片表面进行测试，特别是极片厚度增加的情况下，XRD衍射难以反映负极极片整个厚度上的石墨颗粒取向度，从而无法准确控制极片厚度和平面方向上的膨胀。
因而，仍需进一步改善锂离子电池负极石墨层在厚度方向上整体颗粒取向的均一度，以更好地控制负极极片在厚度和平面方向上的膨胀，减少极片贴合不良和褶皱的发生，进而提高锂离子电池的性能。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种具有改进的负极极片的锂离子电池，所述负极极片在充放电过程中在厚度方向的膨胀率与长度/宽度方向上的膨胀率之比落入一定范围。在此范围内，一方面可避免厚度方向膨胀率过大造成极片贴合不良，离子扩散阻抗增加，电池快充能力下降；另一方面还可避免平面方向膨胀率过大，导致极片产生褶皱，拉拽隔膜，引起正负极极片及隔膜间错位，影响电池安全性能。
具体而言，一方面，本发明提供一种锂离子电池，其负极极片包括集流体以及含有石墨作为负极活性物质的负极活性物质层，并且满足α/β为20~200，其中
α=(d1-d0)/d0，为负极极片沿厚度方向的膨胀率；
β=(L1-L0)/L0，为负极极片沿长度方向的膨胀率，
式中d0和L0分别为SOC=0%时负极极片的厚度和长度，d1和L1分别为SOC=100%时负极极片的厚度和长度。
由于满足α/β为20~200，使得负极极片内部石墨颗粒取向度更为均一，减少极片贴合不良和褶皱的发生，故具有更好的倍率和循环性能由于满足α/β为20~200，使得负极极片内部石墨颗粒取向度更为均一，减少极片贴合不良和褶皱的发生，故具有更好的倍率和循环性能。
具体实施方式
下面通过实施例对本申请进一步详细说明。通过这些说明，本申请的特点和优点将变得更为清楚明确。
此外，以下所描述的本申请不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突即可相互结合。
在本文中，术语“空电状态”即SOC=0%是指以1/3C或1C恒流放电至2.75V，截止电压为设计容量对应电压2.75V。术语“满电状态”即SOC=100%是指以1/3C或1C恒流恒压满充，截止电流为0.05C，截止电压为设计容量对应电压4.35V。
在本文中，极片厚度是指活性物质层的厚度，使用千分尺或万分尺测量，极片长度是指活性物质层的长度，使用光学影像测量仪或菲林尺测量。
在本文中，负极极片沿厚度方向的膨胀率是指负极在空电状态和满电状态下，负极极片厚度的变化率，即α=(d1-d0)/d0，式中d0和d1分别为SOC=0%和SOC=100%时负极极片的厚度。
在本文中，负极极片沿长度方向的膨胀率是指负极在空电状态和满电状态下，负极极片长度的变化率，即β=(L1- L0)/L0，式中L0和L1分别为SOC=0%和SOC=100%时负极极片的长度。
在本文中，辊压压实至a%是指辊压压实至目标压实密度的a%，例如，目标压实密度为2，则辊压压实至60%是指辊压至压实密度为1.2。
具体而言，本发明提供一种锂离子电池，其负极极片包括集流体以及含有石墨作为负极活性物质的负极活性物质层，并且满足α/β为20~200，其中
α=(d1-d0)/d0，为负极极片沿厚度方向的膨胀率；
β=(L1-L0)/L0，为负极极片沿长度方向的膨胀率，
式中d0和L0分别为SOC=0%时负极极片的厚度和长度，d1和L1分别为SOC=100%时负极极片的厚度和长度。
在根据本发明的锂离子电池的一个实施方案中，α/β为65~140。
在根据本发明的锂离子电池的一个实施方案中，负极极片沿厚度方向的膨胀率α为5%~14%。
在根据本发明的锂离子电池的一个实施方案中，负极极片沿长度方向的膨胀率β为0.06%~0.2%。
在根据本发明的锂离子电池的一个实施方案中，所述石墨为人造石墨和/或天然石墨。
在根据本发明的锂离子电池的一个实施方案中，所述负极活性物质层中还包含至少一种选自氧化亚硅SiOx，0＜x＜2；纳米硅；硅碳；及硅合金的硅基材料。
在根据本发明的锂离子电池的一个实施方案中，所述负极活性物质的中值粒径D50范围为10~25μm。
在根据本发明的锂离子电池的一个实施方案中，所述的锂离子电池包括正极极片，所述正极极片的活性物质为钴酸锂、锰酸锂、锂镍锰钴三元材料和/或磷酸铁锂。
在根据本发明的锂离子电池的一个实施方案中，所述正极极片的活性物质为磷酸铁锂，且α/β为50~150。
另一方面，本发明还提供制备前述锂离子电池的方法，其特征在于所述锂离子电池的负极极片按下述方法制备：
(1)在负极集流体表面涂布中值粒径为D50 1的第一负极活性物质，形成第一负极活性物质层，接着在第一负极活性物质层上涂布中值粒径为D50 2的第二活性物质，形成第二负极活性物质成层，其中D50 2＞D50 1；或者
(2)在负极集流体表面涂布第一负极活性物质层，然后辊压压实至大约50%，形成第一负极活性物质层，接着在所述第一负极活性层上涂布同样的负极活性物质，形成第二活性物质层，然后再次辊压；或者
(3)在负极集流体表面涂布负极活性物质，形成负极活性物质层，然后辊压压实至目标压实的60%-90%，搁置4小时之后，再进行第二次辊压。
在根据本发明的制备锂离子电池的方法的一个实施方案中，制法(1)中的第二负极活性物质层与第一负极活性物质层的涂布面密度之比为1~2.3。
在根据本发明的制备锂离子电池的方法的一个实施方案中，第一负极活性物质、第二负极活性物质、负极活性物质各自为人造石墨和/或天然石墨。
在根据本发明的制备锂离子电池的方法的一个实施方案中，第一负极活性物质层、第二负极活性物质层、负极活性物质层中各自还可以包含至少一种选自氧化亚硅SiOx(0＜x＜2)、纳米硅、硅碳和硅合金的硅基材料作为负极活性物质。
在根据本发明的制备锂离子电池的方法的一个实施方案中，第一负极活性物质、第二负极活性物质、负极活性物质各自的中值粒径D50为10~25μm。
通过采用双层涂布负极活性物质层的方式，并在接触集流体的底层采用中值粒径较小的石墨单颗粒，而在表层采用中值粒径较大、相对抗压的石墨二次颗粒，可以降低辊压时表层和底层受力不均带来的影响，使得负极极片内部石墨颗粒的取向度更为均一。鉴于石墨颗粒的不同取向与厚度和平面方向(即宽度或长度方向)的膨胀密切相关，进一步通过调控双层涂布的面密度，可将石墨颗粒的整体取向度控制在合适范围内，使负极极片从空电状态到满电状态于厚度和平面方向的膨胀率之比落入合理范围，进而均衡两个方向的膨胀，减少极片贴合不良和褶皱的发生，使得本发明的锂离子电池具有更好的倍率和循环性能。
现有技术中，特别是为提高锂离子电池能量密度极片增厚的情况下，一次涂布并经整体辊压形成的负极活性物质层中，由于受力不均造成表层与底层石墨颗粒取向度不一致。例如，表层颗粒取向更多趋向于平行于集流体，而底层颗粒更多趋向于垂直于集流体，在此情况下，靠近集流体的底层颗粒的体积变化将引起集流体尺寸变化，从而引起极片褶皱，而表层则会离子迁移阻抗较大，易于出现锂离子在表面析出的情况；反之，如果表层颗粒取向更多趋向于垂直于集流体，而底层更多趋向于平行于集流体，则底层与集流体之间容易脱附，导致掉粉，尤其是在表层快速接收锂离子，锂离子到达底层后，将引起底层材料的厚度快速增长，进一步加剧掉粉发生的几率。因此，在控制负极极片活性物质层中石墨颗粒的取向度时，必须合理控制其厚度方向上颗粒整体取向度的均匀性。
在根据本发明的制备锂离子电池的方法中，其负极极片可以按如下方法制备：
通过双涂布中值粒径不同石墨形成负极活性物质层，其底层为石墨单颗粒，表层为中值粒径更大、抗压性更好的石墨二次颗粒，因辊压时底层和表层颗粒经受不同压力，颗粒取向不会产生显著差异，负极活性物质层石墨颗粒的整体取向均一度较好；或者
通过双涂布同样的石墨形成负极活性物质层，只是在形成第一涂布层时，进行适当的辊压，例如辊压压实至50%，然后再涂布第二层，因而可以在形成第二涂层后以较低的二次辊压压力进行辊压，使得作为负极活性物质的石墨的取向更均匀；或者
通过单次涂布和二次辊压的方式，形成负极活性物质层，即在负极集流体表面涂布负极活性物质浆料形成负极活性物质层后，进行初级辊压，然后再大约4小时之后，进行二次辊压，进而形成负极极片；优选初级辊压压实至最终压实密度的约60%~90%。
相对于整体辊压，进行两次辊压达到目标压实，每次所需施加的辊压压力较低，降低了负极活性物质层表层所承受的压力，底层与表层受力差异减小，且极片内部残余应力降低，从而可进一步提高负极活性物质层中石墨颗粒整体取向度的均一性。
进一步而言，锂离子电池从空电到满电状态产生的厚度方向的膨胀率与平面方向的膨胀率需在合适的比例范围内。如果相对平面方向而言厚度方向上的膨胀过小，则说明石墨颗粒的片状结构整体上，尤其是在厚度方向上，更多趋向于垂直于负极集流体方向排布，此时锂离子的嵌入脱出也会变得更为容易，虽可有效降低离子扩散阻抗，但同时加剧了极片沿平面方向的膨胀并造成体积快速变化，由此不仅容易导致极片产生褶皱，影响电池的循环性能，还易于导致拉拽隔膜，引起正、负极极片和隔膜错位，影响电池的安全性能。反之，如果相对厚度方向平面方向的膨胀率过小，则说明石墨颗粒的片状结构整体上，尤其是在厚度方向上，更多趋向于平行于负极集流体方向排布，此时锂离子的嵌入脱出变得相对困难，离子扩散阻抗加剧，导致电池快充能力显著下降，同时负极极片厚度膨胀率过大，易于导致极片间贴合不良，使得离子扩散阻抗进一步加剧。因而，均衡负极极片在不同方向的膨胀，将负极极片在厚度和平面方向上的膨胀率之比控制在合适范围内，有利于电池性能的改善。
根据本发明的锂离子电池负极极片制备方法，通过二次涂布形成负极活性物质层，并将第二负极活性物质层与第一负极活性物质层的涂布面密度之比为控制在1~2.3范围内，由此使最终制得负极极片从空电至满电产生的厚度与平面方向的膨胀率之比落在合适范围内，从而整体上均衡不同方向的膨胀，减少极片贴合不良和褶皱的发生，提高电池的电性能，特别是循环性能。
另外，为了兼顾电池能量密度的同时，灵活调整极片在厚度和平面方向的膨胀率，可在负极活性物质层中添加少量硅基材料。由于硅基材料的体积变化可同时对厚度方向和平面方向的膨胀产生影响，因此，调控其添加量，可灵活调整极片在厚度方向和平面方向的膨胀率比值，从而获得较好的电池性能。
如上所述，根据本发明的方法，通过二次涂布和/或二次辊压，并将两层涂布的面密度调整至上述范围，由此形成的负极活性物质层中石墨颗粒具有良好的整体取向均一度，所制得的负极极片从空电至满电状态在厚度方向和平面方向上的膨胀率之比介于20~200之间，膨胀率比值在此范围内，良好地均衡和控制了厚度方向膨胀所引起的极片贴合不良和平面方向膨胀所引起的极片褶皱以及离子扩散阻抗增大的问题。
此外，本发明还提供了一种包含上述负极极片的锂离子电池。由上述负极极片制得的锂离子电池，一方面避免了厚度方向膨胀率过大造成极片贴合不良，离子扩散阻抗增加，电池快充能力下降，另一方面还避免了平面方向膨胀率过大极片产生褶皱，导致拉拽隔膜，引起正负极极片及隔膜间错位，影响电池安全性能。
以下，通过实施例对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
1.锂离子电池负极极片的制备
按照人造石墨:SP:CMC:SBR(丁苯橡胶):增塑剂=94.1%:0.8%:1.5%:1.6%:2%的比例制备锂离子电池第一和第二负极活性物质浆料，所述负极浆料的固含量50%。其中第一负极活性物质浆料中使用中值粒径D50为13μm的石墨单颗粒，第二负极活性物质浆料中使用中值粒径D50为17μm的石墨二次颗粒，具体步骤如下：
(1)粉料干混：按照上述配方比例将石墨、SP(导电炭黑)加入5L搅拌釜内进行搅拌干混；
(2)CMC胶液制备：按照上述配方比例将羧甲基纤维素钠(CMC)溶于去离子水，以1800rmp自转分散120min，得到固含量为1.4% 的CMC胶液；
(3)合浆：按照上述配方比例取步骤(1)中制备的干粉、50%步骤(2)中制备的CMC胶液以及溶剂(去离子水)，随后加入增塑剂，进行搅拌分散60min，再加入剩余50%的CMC胶液及溶剂，继续搅拌60min，再加入SBR搅拌60min，最后加入适量去离子水调粘至3000-5000mPa•s。
如上制得第一和第二负极活性物质浆料后，首先将第一负极活性物质浆料涂布于负极集流体铜箔之上，干燥后形成第一负极活性物质层，随后于其上涂布第二负极活性物质浆料，干燥后形成第二负极活性物质层，其中第一和第二负极活性物质层按照面密度1:1.6的比例涂布形成。
双层涂布完成后进行辊压，得到根据本发明的锂离子电池负极极片。
2.锂离子电池正极片的制备
按照主材磷酸铁锂:导电剂SP:粘结剂PVDF=97%:2%:1%的比例进行正极合浆，浆料固含量为60%。将所得正极浆料均匀涂布于涂炭铝箔并进行烘干，随后辊压，得到锂离子电池正极片。
3.锂离子电池的制备
将上述正极片、陶瓷隔膜、根据本发明方法制得的负极极片依次层叠制成电池，然后对其进行注液化成、定容。
4. 极片膨胀率测试
选取6只如上所得根据本发明的锂离子电池，其中3只以标准工步放空电，另外3只以标准工步进行满电，分别测量空电、满电时负极极片活性物质层的厚度和长度，计算厚度和长度方向膨胀率及膨胀率比值。
5.电池性能测试
将如上所得根据本发明的锂离子电池于60℃恒温环境中进行循环测试，测试程序为，1C CC 4.2V CV 0.1C，恢复5min，1C DC 3.0V，恢复5min。
实施例2
与实施例1相比，不同之处在于：第一和第二负极活性物质层按照面密度1:2.3的比例涂布形成；
及按照三元活性物质主材LiNi5Co2Mn3O3:SP:导电剂CNT:粘结剂PVDF=96.5%:1%:0.5%:2%的比例进行正极合浆，浆料固含量为60%。将所得正极浆料均匀涂布于涂炭铝箔并进行烘干，随后辊压，得到锂离子电池正极片。
实施例3
与实施例1相比，不同之处在于：第一和第二负极活性物质层按照面密度1:1的比例涂布形成；
及按照三元活性物质主材LiNi5Co2Mn3O3:SP:导电剂CNT:粘结剂PVDF=96.5%:1%:0.5%:2%的比例进行正极合浆，浆料固含量为60%。将所得正极浆料均匀涂布于涂炭铝箔并进行烘干，随后辊压，得到锂离子电池正极片。
实施例4
与实施例1相比，不同之处在于：第一和第二负极活性物质层按照面密度1:2的比例涂布形成；
及按照三元活性物质主材LiNi5Co2Mn3O3:SP:导电剂CNT:粘结剂PVDF=96.5%:1%:0.5%:2%的比例进行正极合浆，浆料固含量为60%。将所得正极浆料均匀涂布于涂炭铝箔并进行烘干，随后辊压，得到锂离子电池正极片。
实施例5
与实施例1相比，不同之处在于：第一和第二负极活性物质层按照面密度1:1的比例涂布，并且，第一负极活性物质层涂布完成后，进行初级辊压，辊压厚度为最终目标值的60%，搁置2h后，于其上涂布第二负极活性物质层，涂布完成后进行最终辊压，得到负极极片。
实施例6
与实施例5相比，不同之处在于：活性物质层包括人造石墨和天然石墨，将制备的浆料均匀涂敷在负极集流体铜箔上，然后进行辊压，第一次辊压厚度为目标值的70%，搁置4h后，按照目标压实进行第二次辊压，得到负极极片；
及按照三元活性物质主材LiNi5Co2Mn3O3:SP:导电剂CNT:粘结剂PVDF=96.5%:1%:0.5%:2%的比例进行正极合浆，浆料固含量为60%。将所得正极浆料均匀涂布于涂炭铝箔并进行烘干，随后辊压，得到锂离子电池正极片。
实施例7
与实施例1相比，不同之处在于：活性物质层包括人造石墨和氧化亚硅SiO，将制备的浆料均匀涂敷在负极集流体铜箔上，然后进行辊压，第一次辊压厚度为目标值的90%，搁置4h后，按照目标压实进行第二次辊压，得到负极极片；
及按照三元活性物质主材LiNi5Co2Mn3O3:SP:导电剂CNT:粘结剂PVDF=96.5%:1%:0.5%:2%的比例进行正极合浆，浆料固含量为60%。将所得正极浆料均匀涂布于涂炭铝箔并进行烘干，随后辊压，得到锂离子电池正极片。
实施例8
与实施例1相比，不同之处在于：与实施例1相比，不同之处在于：第一和第二负极活性物质层按照面密度1:1.9的比例涂布形成；
及按照三元活性物质主材LiNi5Co2Mn3O3:SP:导电剂CNT:粘结剂PVDF=96.5%:1%:0.5%:2%的比例进行正极合浆，浆料固含量为60%。将所得正极浆料均匀涂布于涂炭铝箔并进行烘干，随后辊压，得到锂离子电池正极片。
实施例9
与实施例1相比，不同之处在于：第一和第二负极活性物质层按照面密度1:1.8的比例涂布，并且，第一负极活性物质层涂布完成后，进行初级辊压，辊压厚度为最终目标值的65%，搁置2h后，于其上涂布第二负极活性物质层，涂布完成后进行最终辊压，得到负极极片。
实施例10
与实施例1相比，不同之处在于：第一和第二负极活性物质层按照面密度1:1.7的比例涂布，并且，第一负极活性物质层涂布完成后，进行初级辊压，辊压厚度为最终目标值的75%，搁置2h后，于其上涂布第二负极活性物质层，涂布完成后进行最终辊压，得到负极极片。
对比例1
与实施例1相比，不同之处在于：第一和第二负极活性物质层按照面密度1:2.5的比例涂布形成；
及按照三元活性物质主材LiNi5Co2Mn3O3:SP:导电剂CNT:粘结剂PVDF=96.5%:1%:0.5%:2%的比例进行正极合浆，浆料固含量为60%。将所得正极浆料均匀涂布于涂炭铝箔并进行烘干，随后辊压，得到锂离子电池正极片。
对比例2
与实施例1相比，不同之处在于：负极活性物质层为单层涂布形成；
及按照三元活性物质主材LiNi5Co2Mn3O3:SP:导电剂CNT:粘结剂PVDF=96.5%:1%:0.5%:2%的比例进行正极合浆，浆料固含量为60%。将所得正极浆料均匀涂布于涂炭铝箔并进行烘干，随后辊压，得到锂离子电池正极片。
以上实施例1-10及对比例1、2的测试结果如表1所示。
表1
| 正极活性物质 | 负极 活性物质 | 空电 厚度(mm) | 满电 厚度(mm) | 厚度 膨胀率α | 满电 长度(mm) | 空电 长度(mm) | 长度 膨胀率β | α/β | 25℃ 循环80%SOC | |
| 实施例1 | 磷酸铁锂 | 人造石墨 | 139.39 | 158.9515 | 14% | 101.6565 | 101.5595 | 0.095% | 147 | 1850 |
| 实施例2 | LiNi5Co2Mn3O3 | 人造石墨 | 139.18 | 145.003 | 4% | 101.752 | 101.5558 | 0.193% | 20.7 | 1750 |
| 实施例3 | LiNi5Co2Mn3O3 | 人造石墨 | 135.97 | 155.1515 | 14% | 101.662 | 101.5897 | 0.071% | 197.2 | 1780 |
| 实施例4 | LiNi5Co2Mn3O3 | 人造石墨 | 140.61 | 156.3758 | 11% | 101.5757 | 101.515 | 0.060% | 183 | 1810 |
| 实施例5 | 磷酸铁锂 | 人造石墨 | 134.55 | 140.7273 | 5% | 101.606 | 101.505 | 0.100% | 50 | 1820 |
| 实施例6 | LiNi5Co2Mn3O3 | 天然石墨+人造石墨 | 136.97 | 152.1515 | 11% | 101.6765 | 101.5757 | 0.099% | 111.1 | 1700 |
| 实施例7 | LiNi5Co2Mn3O3 | 人造石墨+氧化亚硅 | 145.18 | 167.003 | 15% | 101.807 | 101.5918 | 0.212% | 70.8 | 1500 |
| 实施例8 | LiNi5Co2Mn3O3 | 人造石墨 | 136.87 | 150.0515 | 10% | 101.634 | 101.5757 | 0.057% | 175 | 1720 |
| 实施例9 | LiNi5Co2Mn3O3 | 人造石墨 | 138.18 | 152.203 | 10% | 101.642 | 101.485 | 0154% | 64.5 | 1900 |
| 实施例10 | LiNi5Co2Mn3O3 | 人造石墨 | 138.68 | 145.663 | 5% | 101.532 | 101.495 | 0.036% | 139 | 1860 |
| 对比例1 | LiNi5Co2Mn3O3 | 人造石墨 | 136.97 | 143.0303 | 4% | 102.182 | 101.9595 | 0.218% | 18 | 1100 |
| 对比例2 | LiNi5Co2Mn3O3 | 人造石墨 | 145.45 | 169.6364 | 17% | 101.2985 | 101.2139 | 0.084% | 202 | 1090 |
比较实施例1-10和对比例1可知，当厚度方向的膨胀率与长度方向的膨胀率的比值小于20时，厚度方向的膨胀率虽然较小，但是长度方向的膨胀率较大，极片容易出现褶皱，导致电池循环性能大幅度下降。
比较实施例1-10和对比例2可知，当厚度方向的膨胀率与长度方向的膨胀率比值大于200时，厚度方向的膨胀率较大，极片容易贴合不良，造成电池循环性能大幅度衰减。
实施例7的结果表明，掺杂适量的硅，可以改善极片长度方向上的膨胀率，使厚度方向的膨胀率和长度方向的膨胀率在合适的范围；但由于硅自身的膨胀较大，导致含硅电池的循环性能稍差于以纯石墨作为负极活性物质的电池。
另外，根据实施例1-4可知，采用双层涂布方式，通过控制第一与第二层负极活性物质层的面密度之比，将该比值控制在1.0-2.3之间，可实现负极极片在厚度方向与长度方向的膨胀率比值落于20-200范围内，降低了极片发生褶皱和贴合不良的风险，由此得到循环性能较好的电池。
结合1-4和对比例1可知，当第一与第二负极活性物质层的面密度之比大于2.3时，负极极片在厚度方向与长度方向的膨胀率比值则会小于20，极片整体均匀度变差，极片容易出现褶皱，由此使得电池性能变差。
结合实施例5-10可知，通过双层涂布，结合二次辊压，使活性物质层表层与底层受力更加均匀，颗粒整体取向更加均匀，同时使得负极极片在厚度方向与长度方向的膨胀率比值落于20-200范围内，由此得到循环性能较好的电池。
结合实施例1-10和对比例2可知，采用单层涂布，一次辊压的方式得到的极片在厚度方向与长度方向的膨胀率比值大于200，极片整体均匀度差，导致所得电池循环性能较差。
以上结合优选实施方式对本申请进行了说明，然而这些实施方式仅为范例性起到说明性作用。在此基础上，可对本申请进行多种替换和改进，并均落入本申请保护范围之内。
Claims (9)
1.一种锂离子电池，包括负极极片，该负极极片包括集流体以及含有石墨作为负极活性物质的负极活性物质层，并且满足α/β为20~200，其中
α=(d1-d0)/d0，为负极极片沿厚度方向的膨胀率；
β=(L1-L0)/L0，为负极极片沿长度方向的膨胀率；
式中d0和L0分别为SOC=0%时负极极片的厚度和长度，d1和L1分别为SOC=100%时负极极片的厚度和长度。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中α/β为65~140。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中负极极片沿厚度方向的膨胀率α为5%~14%。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中负极极片沿长度方向的膨胀率β为0.06%~0.2%。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中所述石墨为人造石墨和/或天然石墨。
6.根据前述权利要求1~5中任一项所述的锂离子电池，其中所述负极活性物质层中还包含至少一种选自氧化亚硅SiOx，0＜x＜2；纳米硅；硅碳；及硅合金的硅基材料。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其中所述负极活性物质的中值粒径D50范围为10~25μm。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池，包括正极极片，所述正极极片的活性物质选自钴酸锂、锰酸锂、锂镍锰钴三元材料、磷酸铁锂的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其中所述正极极片的活性物质为磷酸铁锂，且α/β为50~150。
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