CN115939306A - 负极片、电极组件、电池单体、电池和用电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种负极片、电极组件、电池单体、电池和用电设备，属于二次电池技术领域。该负极片包括负极集流体和负极活性层，负极活性层包括覆盖于负极集流体的表面向外依次设置的第一负极活性层和第二负极活性层，第一负极活性层满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，第二负极活性层满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)的值‑第二负极活性层的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01。可以减小负极片整体的浓差极化，提升负极片的动力学，该负极片制得的电极组件在具备较高的能量密度的同时具有优异的循环性能。
Description
技术领域
本申请涉及二次电池技术领域，且特别涉及一种负极片、电极组件、电池单体、电池和用电设备。
背景技术
现有的锂离子电池中，其能量密度和循环寿命要求越来越高。为了提高锂离子电池的能量密度，则需要提升正负极片的面密度和压实密度；但是，高面密度、高压实密度的厚极片，对电解液的浸润和离子的传输均较为困难，而且在循环后期由于负极副产物堆积，使得电解液传输能力降低，导致负极片浓差极化增加。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请提供一种正极片及其制备方法、电极组件、电池单体、电池和用电设备，以减小负极片整体的浓差极化。
第一方面，本申请实施例提供了一种负极片，包括负极集流体和负极活性层，负极活性层包括覆盖于负极集流体的表面向外依次设置的第一负极活性层和第二负极活性层；
第一负极活性层满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，第二负极活性层满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01；
其中，ε1为第一负极活性层的孔隙率，τ1为第一负极活性层的曲折度，S1为第一负极活性层中第一负极活性材料的比表面积；
ε2为第二负极活性层的孔隙率，τ2为第二负极活性层的曲折度，S2为第二负极活性层中第二负极活性材料的比表面积。
本申请实施例的技术方案中，第一负极活性层满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，第二负极活性层满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01，可以使得第一负极活性层处的电解液传输至第一负极活性材料表面的能力优于第二负极活性层处的电解液传输至第二负极活性材料表面的能力，且锂离子在极片中的扩散能力提高，从而减小负极片整体的浓差极化，提升负极片的动力学，该负极片制得的电极组件在具备较高的能量密度的同时具有优异的循环性能。
在一些实施例中，第一负极活性层满足0.05≤ε1/(τ1×S1)≤0.15，第二负极活性层满足0.02≤ε2/(τ2×S2)≤0.07，且第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层的ε2/(τ2×S2)的值≥0.02。电解液进入负极片后的传输路径较为合理，电解液的浸润效率较高，可以提高能量密度和循环性能。同时，可以进一步减小负极片整体的浓差极化，提升负极片的动力学。
在一些实施例中，第一负极活性层满足0.07≤ε1/(τ1×S1)≤0.12，第二负极活性层满足0.03≤ε2/(τ2×S2)≤0.06。
在一些实施例中，第二负极活性层的孔隙率＞第一负极活性层的孔隙率。可以保证电解液的渗透能力，从而减缓循环后期负极片处出现的副产物堆积问题，从而提升使用该负极片形成的电极组件的循环寿命。
在一些实施例中，第二负极活性层的孔隙率为25％～45％，第一负极活性层的孔隙率为10％～30％；第二负极活性层的孔隙率的值-第一负极活性层的孔隙率的值为5％～20％。可以进一步提高电解液的浸润能力，可以使锂离子传输速度较快，使极片的动力学较高；同时，固相电子导电性较好，功率性能和循环性能均较佳。
在一些实施例中，第二负极活性层的孔隙率为30％～40％，第一负极活性层的孔隙率为15％～25％。
在一些实施例中，第一负极活性材料的比表面积为0.75m2/g～1.5m2/g，第二负极活性材料的比表面积为1.5m2/g～3.0m2/g。第二负极活性材料的比表面积较大，且第一负极活性材料和第二负极活性材料的比表面积均满足上述条件，可以使材料的倍率和功率均较佳，负极片的粘接性更好。
在一些实施例中，第一负极活性材料的比表面积为0.9m2/g～1.35m2/g，第二负极活性材料的比表面积为1.65m2/g～2.85m2/g。
在一些实施例中，第一负极活性层的曲折度为1.5～4.5，第二负极活性层的曲折度为2.0～5.0。第一负极活性层的曲折度和第二负极活性层的曲折度分别在上述范围内，与前述的孔隙率和比表面积配合，更加容易实现第一负极活性层满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，第二负极活性层满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01。
在一些实施例中，第一负极活性材料的Dv50的值大于第二负极活性材料的Dv50的值，且第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值小于第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值。第一负极活性材料的平均直径较大，且第一负极活性层的第一负极活性材料的粒径分布较为规则，使得第一负极活性材料在第一负极活性层中的堆积较为规则，可以使第一负极活性层的孔隙率较小，同时曲折度也较低，以便达到第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01的效果。
在一些实施例中，第一负极活性材料的Dv50的值为8μm～20μm，第二负极活性材料的Dv50的值为4μm～16μm，第一负极活性材料的Dv50的值比第二负极活性材料的Dv50的值大4μm～10μm。可以使浆料分散效果较好，材料的动力学较高；且第一负极活性层和第二负极活性层交界处的融合度较高，粘接效果较好。
在一些实施例中，第一负极活性材料的Dv50的值为10μm～18μm，第二负极活性材料的Dv50的值为6μm～14μm。
在一些实施例中，第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.2～1.2，第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.6～1.8，第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值比第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值小0.2～0.8。以便得到的负极片的孔隙率和曲折度均满足要求。
在一些实施例中，第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.4～1.0，第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.8～1.6。
在一些实施例中，负极片满足以下条件的至少一者：
a)第一负极活性层的面密度为20g/m2～100g/m2；
b)第二负极活性层的面密度为20g/m2～100g/m2；
c)第一负极活性材料的质量占第一负极活性层的质量的90％～98％；
d)第二负极活性材料的质量占第二负极活性层的质量的90％～98％；
e)第一负极活性层的压实密度为1.10g/cm3～1.90g/cm3；
f)第二负极活性层的压实密度为1.10g/cm3～1.90g/cm3。
第二方面，本申请提供一种电极组件，包括正极片、隔离膜和第一方面提供的任一负极片，隔离膜设置于正极片和负极片之间。
本申请实施例的技术方案中，使用上述负极片形成的电极组件，其具备较高的能量密度的同时具有优异的循环性能。
第三方面，本申请提供一种电池单体，包括第二方面提供的电极组件。
第四方面，本申请提供一种电池，包括第三方面提供的电池单体。
第五方面，本申请提供一种用电设备，包括第四方面提供的电池。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图；
图2为本申请一些实施例提供的电池的分解结构示意图；
图3为本申请一些实施例提供的电池单体的结构示意图；
图4为本申请一些实施例提供的电池单体的爆炸图；
图5为本申请一些实施例提供的负极片的第一种层结构示意图；
图6为本申请一些实施例提供的负极片的第二种层结构示意图；
图7为本申请一些实施例提供的负极片的制备工艺流程图。
图标：1000-车辆；100-电池；10-箱体；11-容纳空间；12-第一部分；13-第二部分；20-电池单体；21-外壳；211-开口；22-端盖组件；221-端盖；222-电极端子；23-电极组件；231-负极片；2311-负极集流体；2312-负极活性层；2312a-第一负极活性层；2312b-第二负极活性层；24-集流构件；25-绝缘保护件；200-控制器；300-马达。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
动力电池可以是锂离子电池，为了延长锂离子电池的续航时间以及使用寿命，对锂离子电池的能量密度和循环寿命都提出了更高的要求。通常情况下，可以通过提升正负极片的面密度和压实密度，来提升锂离子电池的能量密度。但是，这种高面密度、高压实密度的厚极片，电解液的浸润和离子的传输均较为困难，而且在循环后期由于负极副产物堆积，使得电解液传输能力降低，一方面电极内部的活性物质无法得到利用，另一方面浓差极化增加导致析锂，使得电芯寿命迅速衰减。
针对这一问题，目前通常采用多层负极活性层的解决思路，即保证外层负极活性层(远离负极集流体的一层)的孔隙率大于内层负极活性层(靠近负极集流体的一层)的孔隙率，以提高电解液对负极片的渗透能力。但是仅增大外层负极活性层的孔隙率难以确保对电极深部(负极活性层的靠近负极集流体的区域)液相锂离子的传输能力有所提升。尤其是在厚极片中，在电解液渗透没有问题的前提下，如果充放电时锂离子扩散速率过慢，一方面电极深部活性物质利用率降低，另一方面则会产生较大的浓差极化，甚至引发析锂。
发明人通过研究发现，可以使用ε/(τ×S)表征负极片中电解液扩散至活性颗粒表面的难易程度，锂离子在负极片中的扩散能力和ε/(τ×S)正相关(其中，ε为负极活性层的孔隙率，τ为负极活性层的曲折度，S为负极活性层中活性材料的比表面积)。
因此，本申请通过对多层负极活性层中内层活性层和外层活性层的ε/(τ×S)进行研究，本申请提供一种负极片，包括负极集流体和负极活性层，负极活性层包括覆盖于负极集流体的表面向外依次设置的第一负极活性层和第二负极活性层，第一负极活性层满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，第二负极活性层满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01；其中，ε为负极活性层的孔隙率，τ为负极活性层的曲折度，S为负极活性层中活性材料的比表面积。
在这样的负极片中，第一负极活性层满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，第二负极活性层满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01，可以使得第一负极活性层处的电解液传输至第一负极活性材料表面的能力优于第二负极活性层处的电解液传输至第二负极活性材料表面的能力，且锂离子在极片中的扩散能力提高，从而减小负极片整体的浓差极化，提升负极片的动力学，该负极片制得的电极组件在具备较高的能量密度的同时具有优异的循环性能。
该负极片可以用来制备电极组件，该电极组件可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电设备中。可以使用具备本申请公开的电池单体、电池等组成该用电设备的电源系统，这样，有利于保持能量密度的同时，提高其循环性能。
本申请实施例提供一种使用电池作为电源的用电设备，用电设备可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。车辆可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本申请实施例对上述用电设备不做特殊限制。
以下实施例为了方便说明，以用电设备为车辆为例进行说明。
请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆1000的结构示意图。车辆1000的内部设置有电池100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源。
车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300供电，例如，用于车辆1000的启动、导航和行驶时的工作用电需求。
在本申请一些实施例中，电池100不仅仅可以作为车辆1000的操作电源，还可以作为车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。
图2为本申请一些实施例提供的电池100的分解结构示意图。请参阅图2，电池100包括箱体10和电池单体20，电池单体20收容于箱体10内。
箱体10用于为电池单体20提供容纳空间11。在一些实施例中，箱体10可以包括第一部分12和第二部分13，第一部分12与第二部分13相互盖合，以限定出用于容纳电池单体20的容纳空间11。当然，第一部分12与第二部分13的连接处可通过密封件(图未示出)来实现密封，密封件可以是密封圈、密封胶等。
第一部分12和第二部分13可以是多种形状，比如，长方体、圆柱体等。第一部分12可以是一侧开口以形成有容纳电池单体20的容纳腔的空心结构，第二部分13也可以是一侧开口以形成有容纳电池单体20的容纳腔的空心结构，第二部分13的开口侧盖合于第一部分12的开口侧，则形成具有容纳空间11的箱体10。当然，如图2所示，也可以是第一部分12为一侧开口的空心结构，第二部分13为板状结构，第二部分13盖合于第一部分12的开口侧，则形成具有容纳空间11的箱体10。
在电池100中，电池单体20可以是一个、也可以是多个。若电池单体20为多个，多个电池单体20之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体20中既有串联又有并联。多个电池单体20之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体20构成的整体容纳于箱体10内；当然，也可以是多个电池单体20先串联或并联或混联组成电池模块，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体10内。电池单体20可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。图2示例性的示出了电池单体20呈方形的情况。
在一些实施例中，电池100还可以包括汇流部件(图未示出)，多个电池单体20之间可通过汇流部件实现电连接，以实现多个电池单体20的串联或并联或混联。
图3为本申请一些实施例提供的电池单体20的结构示意图，图4为本申请一些实施例提供的电池单体20的爆炸图。请参阅图3和图4，电池单体20可以包括外壳21、端盖组件22和电极组件23。外壳21具有开口211，电极组件23容纳于外壳21内，端盖组件22用于封盖于开口211。
外壳21的形状可根据电极组件23的具体形状来确定。比如，若电极组件23为长方体结构，外壳21则可选用长方体结构。图3和图4示例性的示出了外壳21和电极组件23为方形的情况。
外壳21的材质也可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金等，本申请实施例对此不作特殊限制。
端盖组件22包括端盖221和电极端子222。端盖组件22用于封盖外壳21的开口211，以形成一密闭的安装空间(图未示出)，安装空间用于容纳电极组件23。安装空间还用于容纳电解质，例如电解液。端盖组件22作为输出电极组件23的电能的部件，端盖组件22中的电极端子222用于与电极组件23电连接，即电极端子222与电极组件23的极耳电连接，比如，电极端子222与极耳通过集流构件24连接，以实现电极端子222与极耳的电连接。
需要说明的，外壳21的开口211可以是一个，也可以是两个。若外壳21的开口211为一个，端盖组件22也可以为一个，端盖组件22中则可设置两个电极端子222，两个电极端子222分别用于与电极组件23正极极耳和负极极耳电连接。若外壳21的开口211为两个，比如，两个开口211设置在外壳21相对的两侧，端盖组件22也可以为两个，两个端盖组件22分别盖合于外壳21的两个开口211处。在这种情况下，可以是一个端盖组件22中的电极端子222为正极电极端子，用于与电极组件23的正极极耳电连接；另一个端盖组件22中的电极端子222为负极电极端子，用于与电极组件23的负极片电连接。
在一些实施例中，如图4所示，电池单体20还可以包括固定于电极组件23外周的绝缘保护件25，绝缘保护件25用于绝缘隔离电极组件23与外壳21。示例性的，绝缘保护件25为粘接于电极组件23的外周的胶带。在一些实施例中，电极组件23的数量为多个，绝缘保护件25围设于多个电极组件23的外周，并将多个电极组件23形成一个整体结构，以保持电极组件23结构稳定。
电极组件23包括正极片、负极片和隔离膜。正极片包括正极集流体和正极活性层，正极活性层涂覆于正极集流体的表面，未涂敷正极活性层的正极集流体凸出于已涂覆正极活性层的正极集流体，未涂敷正极活性层的正极集流体作为正极极耳。正极集流体的材料可以是本领域各种适用于作为二次电池正极集流体的材料，例如，正极集流体可以是铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金中的一种或多种，如铝箔。
正极活性层中的正极活性材料可以是包括但不限于锂过渡金属复合氧化物等，更具体的，锂过渡金属复合氧化物可以是包括但不限于锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、锂铁磷化物、锂锰氧化物、锂铁锰磷化物或这些锂过渡金属氧化物添加其他过渡金属或非过渡金属得到的化合物等中的一种或多种的组合。
负极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面，未涂敷负极活性物质层的负极集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的负极集流体，未涂敷负极活性物质层的负极集流体作为负极极耳。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。隔离膜的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)、PE(polyethylene，聚乙烯)、无纺布、聚纤维材质等中的一种或多种组合而形成的多层复合膜。此外，电极组件23可以是卷绕式电极组件23，也可以是叠片式电极组件23，本申请实施例并不限于此。
图5为本申请一些实施例提供的负极片231的第一种层结构示意图，图6为本申请一些实施例提供的负极片231的第二种层结构示意图；请参阅图5和图6，负极片231包括负极集流体2311和负极活性层2312，负极活性层2312包括覆盖于负极集流体2311的表面向外依次设置的第一负极活性层2312a和第二负极活性层2312b，第一负极活性层2312a满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，第二负极活性层2312b满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01；其中，ε1为第一负极活性层2312a的孔隙率，τ1为第一负极活性层2312a的曲折度，S1为第一负极活性层2312a中第一负极活性材料的比表面积；ε2为第二负极活性层2312b的孔隙率，τ2为第二负极活性层2312b的曲折度，S2为第二负极活性层2312b中第二负极活性材料的比表面积。
其中，负极集流体2311的材料可以是本领域各种适用于作为负极集流体2311的材料，例如，负极集流体2311可以是铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金中的一种或多种，如铜箔。请继续参阅图5，在一个实施例中，负极集流体2311的一个表面上依次设置有第一负极活性层2312a和第二负极活性层2312b；请继续参阅图6，在另一实施例中，负极集流体2311的两个表面上均依次设置有第一负极活性层2312a和第二负极活性层2312b。
第一负极活性层2312a是指与负极集流体2311接触的一层；第二负极活性层2312b是指与第一负极活性层2312a的背离负极集流体2311的表面接触的一层。第一负极活性材料和第二负极活性材料中的“活性材料”是指能够释放或吸收锂离子的物质。
第一负极活性材料和第二负极活性材料可以是碳材料(石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等)、钛氧化物基材料(钛酸锂、二氧化钛等)、合金化负极材料(硅基材料、锡基材料、锗基材料等)、转化型负极材料(过渡金属氧化物、磷化物、硫化物、氮化物等)。其中，石墨可选自人造石墨、天然石墨以及改性石墨中的一种或几种的组合，石墨可以进一步改性，石墨的改性方式并没有具体的限制，例如：在石墨表面进行包覆改性。
本申请实施例的技术方案中，第一负极活性层2312a满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，第二负极活性层2312b满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01，可以使得第一负极活性层2312a处的电解液传输至第一负极活性材料表面的能力优于第二负极活性层2312b处的电解液传输至第二负极活性材料表面的能力，且锂离子在极片中的扩散能力提高，从而减小负极片231整体的浓差极化，提升负极片231的动力学，该负极片231制得的电极组件23在具备较高的能量密度的同时具有优异的循环性能。
需要说明的是：式一ε1/(τ1×S1)以及式二ε2/(τ2×S2)中，ε1、ε2、τ1和τ2无单位，S1和S2的单位是m2/g，最终得到的第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值和第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值是指忽略单位后的值。
第一负极活性层2312a的孔隙率以及第二负极活性层2312b的孔隙率是通过如下公式：ε＝1-CW/d×(p1/ρ1+p2/ρ2+p3/ρ3)计算得到的，其中CW是指负极活性层2312的涂敷面密度(g/m2)，d指负极活性层2312的厚度(m)，p1、p2、p3分别是指负极活性材料、导电剂、粘结剂的质量占比(％)，ρ1、ρ2、ρ3分别是指负极活性材料、导电剂、粘结剂的真密度(g/m3)。
如果计算第一负极活性层2312a的孔隙率，则CW是指第一负极活性层2312a的涂敷面密度(g/m2)，d指第一负极活性层2312a的厚度(m)，p1、p2、p3分别是指第一负极活性层2312a中的第一活性材料、导电剂、粘结剂的质量占比(％)，ρ1、ρ2、ρ3分别是指第一负极活性层2312a中的第一活性材料、导电剂、粘结剂的真密度(g/m3)。
如果计算第二负极活性层2312b的孔隙率，则CW是指第二负极活性层2312b的涂敷面密度(g/m2)，d指第二负极活性层2312b的厚度(m)，p1、p2、p3分别是指第二负极活性层2312b中的第二活性材料、导电剂、粘结剂的质量占比(％)，ρ1、ρ2、ρ3分别是指第二负极活性层2312b中的第二活性材料、导电剂、粘结剂的真密度(g/m3)。
第一负极活性层2312a的曲折度以及第二负极活性层2312b的曲折度是通过如下公式：τ＝dpath/d计算得到的，其中dpath是指电解液在极片中的实际传输路径，d是指极片厚度，反映了电解液在极片中传输的难易程度。在本申请中，可以通过成像技术获取极片三维微观结构的方法计算得到曲折度的值。
作为示例性地，第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值可以是0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19或0.20；第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值可以是：0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07或0.08；且第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01，也就是说，前述的任一ε1/(τ1×S1)-前述的任一ε2/(τ2×S2)≥0.01。
可选地，第一负极活性层2312a满足0.05≤ε1/(τ1×S1)≤0.15，第二负极活性层2312b满足0.02≤ε2/(τ2×S2)≤0.07，且第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值≥0.02。电解液进入负极片231后的传输路径较为合理，电解液的浸润效率较高，可以提高能量密度和循环性能。同时，可以进一步减小负极片231整体的浓差极化，提升负极片231的动力学。
进一步地，第一负极活性层2312a满足0.07≤ε1/(τ1×S1)≤0.12，第二负极活性层2312b满足0.03≤ε2/(τ2×S2)≤0.06。
在一些实施例中，第二负极活性层2312b的孔隙率＞第一负极活性层2312a的孔隙率。可以保证电解液的渗透能力，从而减缓循环后期负极片231处出现的副产物堆积问题，从而提升使用该负极片231形成的电极组件23的循环寿命。
在一些实施例中，第二负极活性层2312b的孔隙率为25％～45％，第一负极活性层2312a的孔隙率为10％～30％；第二负极活性层2312b的孔隙率的值-第一负极活性层2312a的孔隙率的值为5％～20％。可以进一步提高电解液的浸润能力，可以使锂离子传输速度较快，使极片的动力学较高；同时，固相电子导电性较好，功率性能和循环性能均较佳。
作为示例性地，第二负极活性层2312b的孔隙率可以为25％、30％、35％、40％或45％，其还可以是上述范围的任意值；第一负极活性层2312a的孔隙率可以为10％、15％、20％、25％或30％，其还可以是上述范围的任意值；且第二负极活性层2312b的孔隙率的值-第一负极活性层2312a的孔隙率的值可以为5％、10％、15％或20％。
可选地，第二负极活性层2312b的孔隙率为30％～40％，第一负极活性层2312a的孔隙率为15％～25％。
在一些实施例中，第一负极活性材料的比表面积为0.75m2/g～1.5m2/g，第二负极活性材料的比表面积为1.5m2/g～3.0m2/g。第二负极活性材料的比表面积较大，且第一负极活性材料和第二负极活性材料的比表面积均满足上述条件，可以使材料的倍率和功率均较佳，负极片231的粘接性更好。
作为示例性地，第一负极活性材料的比表面积可以为0.75m2/g、0.8m2/g、0.9m2/g、1.0m2/g、1.1m2/g、1.2m2/g、1.3m2/g、1.4m2/g或1.5m2/g，其还可以是上述范围的任意值；第二负极活性材料的比表面积可以为1.5m2/g、1.8m2/g、2.0m2/g、2.2m2/g、2.4m2/g、2.6m2/g、2.8m2/g或3.0m2/g，其还可以是上述范围的任意值。
可选地，第一负极活性材料的比表面积为0.9m2/g～1.35m2/g，第二负极活性材料的比表面积为1.65m2/g～2.85m2/g。
在一些实施例中，第一负极活性层2312a的曲折度为1.5～4.5，第二负极活性层2312b的曲折度为2.0～5.0。第一负极活性层2312a的曲折度和第二负极活性层2312b的曲折度分别在上述范围内，与前述的孔隙率和比表面积配合，更加容易实现第一负极活性层2312a满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，第二负极活性层2312b满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01。
作为示例性地，第一负极活性层2312a的曲折度为1.5、1.7、1.9、2.1、2.3、2.5、2.7、3.1、3.3、3.5、3.7、3.9、4.1、4.3或4.5，其还可以是上述范围的任意值；第二负极活性层2312b的曲折度为2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8或5.0，其还可以是上述范围的任意值。
在一些实施例中，第一负极活性材料的Dv50的值大于第二负极活性材料的Dv50的值，且第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值小于第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值。第一负极活性材料的平均直径较大，且第一负极活性层2312a的第一负极活性材料的粒径分布较为规则，使得第一负极活性材料在第一负极活性层2312a中的堆积较为规则，可以使第一负极活性层2312a的孔隙率较小，同时曲折度也较低，以便达到第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01的效果。
其中，Dv50是指：将负极活性材料颗粒按照从小到大累加，当累加到占总体积的50％时，这时负极活性材料颗粒的粒径为Dv50的值；Dv90是指：将负极活性材料颗粒按照从小到大累加，当累加到占总体积的90％时，这时负极活性材料颗粒的粒径为Dv90的值；Dv10是指：将负极活性材料颗粒按照从小到大累加，当累加到占总体积的10％时，这时负极活性材料颗粒的粒径为Dv10的值。
在一些实施例中，第一负极活性材料的Dv50的值为8μm～20μm，第二负极活性材料的Dv50的值为4μm～16μm，第一负极活性材料的Dv50的值比第二负极活性材料的Dv50的值大4μm～10μm。可以使浆料分散效果较好，材料的动力学较高；且第一负极活性层2312a和第二负极活性层2312b交界处的融合度较高，粘接效果较好。
作为示例性地，第一负极活性材料的Dv50的值为8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm或20μm，其还可以是上述范围的任意值；第二负极活性材料的Dv50的值为4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm或16μm，其还可以是上述范围的任意值；第一负极活性材料的Dv50的值比第二负极活性材料的Dv50的值大4μm、6μm、8μm或10μm。
可选地，第一负极活性材料的Dv50的值为10μm～18μm，第二负极活性材料的Dv50的值为6μm～14μm。
在一些实施例中，第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.2～1.2，第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.6～1.8，第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值比第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值小0.2～0.8。以便得到的负极片231的孔隙率和曲折度均满足要求。
作为示例性地，第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0或1.2，其还可以是上述范围的任意值；第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6或1.8，其还可以是上述范围的任意值；第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值比第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值小0.2、0.4、0.6或0.8。
可选地，第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.4～1.0，第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.8～1.6。
在一些实施例中，第一负极活性层2312a的面密度为20g/m2～100g/m2，可以使负极片231的面密度较高，以便得到能量密度较高的电极组件23。作为示例性地，第一负极活性层2312a的面密度为20g/m2、40g/m2、60g/m2、80g/m2或100g/m2，其还可以是上述范围的任意值。可选地，第一负极活性层2312a的面密度为30g/m2～80g/m2。
在一些实施例中，第二负极活性层2312b的面密度为20g/m2～100g/m2，可以使负极片231的面密度较高，以便得到能量密度较高的电极组件23。作为示例性地，第二负极活性层2312b的面密度为20g/m2、40g/m2、60g/m2、80g/m2或100g/m2，其还可以是上述范围的任意值。可选地，第二负极活性层2312b的面密度为30g/m2～80g/m2。
在一些实施例中，第一负极活性层2312a中还含有导电剂和粘接剂，第一负极活性材料的质量占第一负极活性层2312a的质量的90％～98％，可以使负极片231中含有较多的活性材料，以便得到能量密度较高的电极组件23。作为示例性地，第一负极活性材料的质量占第一负极活性层2312a的质量的90％、92％、94％96％或98％，其还可以是上述范围的任意值。可选地，第一负极活性材料的质量占第一负极活性层2312a的质量的95％～98％。
在一些实施例中，第二负极活性层2312b中还含有导电剂和粘接剂，第二负极活性材料的质量占第二负极活性层2312b的质量的90％～98％，可以使负极片231中含有较多的活性材料，以便得到能量密度较高的电极组件23。作为示例性地，第二负极活性材料的质量占第二负极活性层2312b的质量的90％、92％、94％96％或98％，其还可以是上述范围的任意值。可选地，第二负极活性材料的质量占第二负极活性层2312b的质量的95％～98％。
在一些实施例中，第一负极活性层2312a的压实密度为1.10g/cm3～1.90g/cm3，可以使负极片231的压实密度较高，以便得到能量密度较高的电极组件23。作为示例性地，第一负极活性层2312a的压实密度为1.10g/cm3、1.20g/cm3、1.30g/cm3、1.40g/cm3、1.50g/cm3、1.60g/cm3、1.70g/cm3、1.80g/cm3或1.90g/cm3，其还可以是上述范围的任意值。可选地，第一负极活性层2312a的压实密度为1.10g/cm3～1.50g/cm3。
在一些实施例中，第二负极活性层2312b的压实密度为1.10g/cm3～1.90g/cm3，可以使负极片231的压实密度较高，以便得到能量密度较高的电极组件23。作为示例性地，第二负极活性层2312b的压实密度为1.10g/cm3、1.20g/cm3、1.30g/cm3、1.40g/cm3、1.50g/cm3、1.60g/cm3、1.70g/cm3、1.80g/cm3或1.90g/cm3，其还可以是上述范围的任意值。可选地，第二负极活性层2312b的压实密度为1.10g/cm3～1.50g/cm3。
前述介绍了负极片231的材料以及结构以后，下面对负极片231的制备方法进行具体介绍。
负极片231的制备方法包括如下步骤：在负极集流体2311的表面形成第一负极活性层2312a。在第一负极活性层2312a的表面形成第二负极活性层2312b。
该负极片231中第一负极活性层2312a满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，第二负极活性层2312b满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01，可以使得第一负极活性层2312a处的电解液传输至第一负极活性材料表面的能力优于第二负极活性层2312b处的电解液传输至第二负极活性材料表面的能力，从而减小负极片231整体的浓差极化，提升负极片231的动力学，该负极片231制得的电极组件23在具备较高的能量密度的同时具有优异的循环性能。
图7为本申请一些实施例提供的负极片231的制备工艺流程图，请参阅图7，本申请实施例提供的负极片231的制备方法包括如下步骤：
S110，制备第一负极活性浆料：将第一负极活性材料、粘结剂和导电剂分散在溶剂中，形成第一负极活性浆料。其中，第一负极活性材料的比表面积为0.9m2/g～1.35m2/g，Dv50的值为8μm～20μm，(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.2～1.2。
导电剂可以是包括但不限于石墨导电剂、炭黑导电剂、高分子导电剂、聚合物导电剂、支链状导电剂、一维链状导电剂、二维片状导电剂、三维球形导电剂等中的一种或多种的组合，更具体可以是包括但不限于导电石墨、乙炔黑、科琴黑、超导炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等中的一种或多种的组合；粘结剂可以是包括但不限于聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯(如聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯等)、聚烯烃(如聚丙烯、聚乙烯等)、羧甲基纤维素、海藻酸钠等的一种或多种的组合。溶剂可以是戊二酸二甲酯、N-甲基吡咯烷酮、去离子水中的一种或多种。第一负极活性浆料中还可以添加流平剂、分散剂等，本申请不做限定。
S120，制备第二负极活性浆料：将将第二负极活性材料、粘结剂和导电剂分散在溶剂中，形成第二负极活性浆料。其中，第二负极活性材料的比表面积为1.65m2/g～2.85m2/g，Dv50的值为4μm～16μm，(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.6～1.8。同时，第一负极活性材料的Dv50的值大于第二负极活性材料的Dv50的值，且第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值小于第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值。
可选地，第一负极活性材料的Dv50的值比第二负极活性材料的Dv50的值大4μm～10μm，第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值比第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值小0.2～0.8。
粘结剂、导电剂和溶剂可以是第一负极活性浆料中的粘结剂、导电剂和溶剂等，第一负极活性浆料中的粘结剂与第二负极活性浆料中的粘结剂可以相同，也可以不同；第一负极活性浆料中的导电剂与第二负极活性浆料中的导电剂可以相同，也可以不同；第一负极活性浆料中的溶剂与第二负极活性浆料中的溶剂可以相同，也可以不同。同时，第二负极活性浆料中还可以添加流平剂、分散剂等，本申请不做限定。
S130，制备第一负极活性层2312a：将第一负极活性浆料涂覆在负极集流体2311的表面，然后干燥、辊压形成第一负极活性层2312a。其中，涂覆时可以根据需求，涂覆在负极集流体2311的一个表面或两个表面。
其中，涂覆的方式可以是：滴涂、刮涂、旋涂、刷涂、浸涂、喷涂、干法涂布等，本申请不做限定。在其他实施例中，还可以通过水热沉积法、气相沉积法等形成第一活性层。需要说明的是，步骤S120和步骤S130可以交换，也可以同时进行，本申请不做限定。
S140，制备第二负极活性层2312b：将第二负极活性浆料涂布在第一负极活性层2312a的表面，然后干燥、辊压形成第二负极活性层2312b，得到负极片231。其中，涂覆时可以根据第一负极活性层2312a的情况，在第一负极活性层2312a的表面形成第二负极活性层2312b即可。
其中，第一负极活性浆料和第二负极活性浆料的涂布重量比例为(1～9):(1～9)；例如：第一负极活性浆料和第二负极活性浆料的涂布重量比例可以为1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1。可选地，第一负极活性浆料和第二负极活性浆料的涂布重量比例为(3～7):(7～3)。
该负极片231中，第一负极活性层2312a满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，第二负极活性层2312b满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01。
可选地，第一负极活性层2312a满足0.05≤ε1/(τ1×S1)≤0.15，第二负极活性层2312b满足0.02≤ε2/(τ2×S2)≤0.07，且第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值≥0.02。
可选地，第二负极活性层2312b的孔隙率为25％～45％，第一负极活性层2312a的孔隙率为10％～30％；第二负极活性层2312b的孔隙率的值-第一负极活性层2312a的孔隙率的值为5％～20％。第一负极活性层2312a的曲折度为2.3～4.5，第二负极活性层2312b的曲折度为3～4.2。
制备了负极片231以后，将第一隔离膜、负极片231、第二隔离膜和负极片231依次层叠，卷绕以后形成卷绕的扁平结构，然后进行热压，得到卷绕电极组件23；或，制备了负极片231以后，将负极片231、隔离膜、负极片231、隔离膜，以此类推，依次层叠以后，形成叠片式电极组件23。
该电极组件23可以用来制备电池单体20，可选地，将电极组件23置于外包装(软包或者硬壳)中，烘烤后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得电池单体20。电解液包括电解液盐以及有机溶剂，其中电解质盐和有机溶剂的具体种类、比例及用量均不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择。
该电池单体20可以用来制备电池100，并为用电设备提供电能。
接下来参照下面的示例更详细地描述一个或多个实施例。当然，这些示例并不限制一个或多个实施例的范围。
实施例1
制备负极片231：
将96wt％的第一负极活性材料石墨、1wt％的导电剂导电炭黑、1.2wt％的增稠剂羧甲基纤维素钠和1.8wt％的粘结剂丁苯橡胶进行混合，加入适量去离子水充分搅拌混合(水的加入量为前述物质总量的1.27倍)，得到固含量为44％的第一负极活性浆料。
将96wt％的第二负极活性材料石墨、1wt％的导电剂导电炭黑、1.2wt％的增稠剂羧甲基纤维素钠和1.8wt％的粘结剂丁苯橡胶进行混合，加入适量去离子水充分搅拌混合(水的加入量为前述物质总量的1.27倍)，得到固含量为44％的第二负极活性浆料。
将第一负极活性浆料以0.15g/1540.25mm2的涂覆量涂覆在厚度为6μm铜箔的两个表面上以后进行干燥、辊压得到第一负极活性层2312a；将第二负极活性浆料以0.15g/1540.25mm2的涂覆量涂覆在两个第一负极活性层2312a上以后进行干燥、辊压得到第二负极活性层2312b。然后裁切，得到负极片231。
制备正极片：
将96wt％的正极活性材料磷酸铁锂、2wt％的导电剂乙炔黑、2wt％的粘结剂聚偏二氟乙烯混合，使用N-甲基吡咯烷酮作溶剂，充分搅拌混合得到正极活性浆料。
将正极活性浆料以0.2g/1540.25mm2的涂覆量涂覆在厚度为9μm铝箔的两个表面上以后，进行烘干、辊压、裁切，得到正极片。
制备电极组件23：
隔离膜为PP(polypropylene，聚丙烯)材质，隔离膜厚度为20μm。将正极片、第一隔离膜、负极片231和第二隔离膜层叠以后进行卷绕形成电极组件23。
制备电池单体20：
将电极组件23装放至壳体内进行真空烘烤至水含量达标，并注入磷酸铁锂电池电解液，密封后进行高温静置，经化成、抽真空、容量、老化等工序后，获得电池单体20。
其中，负极片231的参数如表1和表2：
表1负极片231的参数
表2负极片231的参数
检测方法：
(1)Dv10(μm)、Dv50(μm)、Dv90(μm)、比表面积S(m2/g)
通过激光粒度仪，分别测试第一负极活性材料和第二负极活性材料的Dv10、Dv50、Dv90，并计算出(Dv90-Dv10)/Dv50的值。
通过气体吸附BET法测定第一负极活性材料和第二负极活性材料的比表面积S。
(2)孔隙率(％)
第一负极活性层2312a的孔隙率以及第二负极活性层2312b的孔隙率是通过如下公式：ε＝1-CW/d×(p1/ρ1+p2/ρ2+p3/ρ3)计算得到的，其中CW是指负极活性层2312的涂敷面密度(g/m2)，d指负极活性层2312的厚度(m)，p1、p2、p3分别是指负极活性材料、导电剂、粘结剂的质量占比(％)，ρ1、ρ2、ρ3分别是指负极活性材料、导电剂、粘结剂的真密度(g/m3)。
(3)曲折度、ε1/(τ1×S1)、ε2/(τ2×S2)
采用FIB-SEM(聚焦粒子束-扫描电子显微镜)成像技术获取真实的电极活性物质、碳胶相和孔隙的三相微观结构，从而计算各活性层的曲折度。具体测试方法如下：将测试样品进行FIB切片，每50nm厚度切片一次，然后进行SEM扫描。重复若干次，将所有扫描结果进行三维重构，得到极片3D图像，再用专业软件分析得到各活性层的曲折度ε1和ε2。
基于孔隙率、曲折度和比表面积，分别计算出第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值，以及第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值，然后计算出ε1/(τ1×S1)-ε2/(τ2×S2)的差值。
(4)第一负极活性层2312a的面密度(g/m2)和厚度(μm)、第二负极活性层2312b的面密度(g/m2)和厚度(μm)
第一负极活性层的面密度：通过裁片器裁剪固定面积S(m2)的圆片，并称取重量M1，再减去基材(例如铜箔)的质量M0，即可通过(M1-M0)/S计算得到活性层的面密度。
第二负极活性层的面密度：通过裁片器裁剪固定面积S(m2)的圆片，并称取重量M2，再减去上述质量M1，即可通过(M2-M1)/S计算得到活性层的面密度。
第一负极活性层和第二负极活性层的厚度：在辊压结束后，制备离子抛光截面样品后进行截面形貌分析，可以直接测量得到每一层的真实厚度。
(5)负极片231的面密度(g/m2)、厚度(μm)和压实密度(g/cm3)
负极片231的面密度：通过裁片器裁剪固定面积S(m2)的圆片，并称取重量M2，再减去上述质量M0，即可通过(M2-M0)/S计算得到活性层的面密度。
负极片231的厚度：在辊压结束后，可以通过分析直接测得负极片231的厚度，同时与上述截面形貌分析所得的厚度进行校核。
负极片231的压实密度：通过面密度CW(g/m2)和厚度d(μm)，即可根据如下公式计算得到负极片231的压实密度PD：PD＝100×CW/d(g/cm3)。
(6)电池单体20的性能
通过DCR测试和循环测试对上述各例子中的负极片231制备得到的电池单体20性能进行表征。其中，DCR测试结果和循环测试结果汇总在表3。
其中，DCR测试方法为：
(1)在25℃下，1/3C恒流充电至3.65V，恒压充电至电流小于0.05C，搁置5min。
(2)以1C计时放电，分别将电池单体20的SOC调整至90％SOC，50％SOC，20％SOC。
(3)在三个SOC下分别进行2C DC 30s和1.5C CC 40s的测试。
(4)计算1.5C CC 30s的直流内阻。
循环测试方法为：
(1)充电：在25℃下，恒流充电至3.65V，恒压充电至电流小于0.05C，搁置5min；
(2)放电：以1C恒流放电至2.5V，搁置5min；
(3)终止条件：如此循环至容量衰减至70％。
表3电池单体20的性能
结合表1～表3记载的内容可知，相较于D1～D5，R1～R15的双层负极活性层2312的负极片231中，第一负极活性层2312a满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，第二负极活性层2312b满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01，该负极片231整体的浓差极化较小，电池单体20的循环性能更加优异。
其中，R4的双层负极活性层2312的负极片231中，第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)为0.088(满足0.07≤ε1/(τ1×S1)≤0.12)，第二负极活性层的ε2/(τ2×S2)为0.047(满足0.03≤ε2/(τ2×S2)≤0.06)，且第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值为0.041(≥0.02)；同时，还满足第二负极活性层的孔隙率为33％(在30％～40％范围内)，第一负极活性层的孔隙率为25％(满足15％～25％)，第一负极活性材料的比表面积为0.95m2/g(满足0.9m2/g～1.35m2/g)，第二负极活性材料的比表面积为1.81m2/g(满足1.65m2/g～2.85m2/g)，第一负极活性层的曲折度为3(满足1.5～4.5)，第二负极活性层的曲折度为3.9(满足2.0～5.0)，第一负极活性材料的Dv50的值为13.4μm(满足10μm～18μm)，第二负极活性材料的Dv50的值为8.2μm(满足6μm～14μm)，第一负极活性材料的Dv50的值比第二负极活性材料的Dv50的值大5.2μm(满足4μm～10μm)，第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.9(满足0.4～1.0)，第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为1.1(满足0.8～1.6)，第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值比第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值小0.2(满足0.2～0.8)，最终可以使R4的负极片231的整体的浓差极化最小，R4的电池单体20的循环性能最佳。
相较于R4，其他满足的范围基本相同的情况下，R3的第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)为0.063(满足0.05≤ε1/(τ1×S1)≤0.15)，且第一负极活性层2312a的ε1/(τ1×S1)的值-第二负极活性层2312b的ε2/(τ2×S2)的值为0.011(≥0.01)；同时，还满足第一负极活性层的孔隙率为28％(满足10％～30％)，相较于R4，R3的负极片231的整体的浓差极化稍微大一点，R3的电池单体20的循环性能稍微差一点，但是，其依然比大部分实施例的浓差极化小，并且比大部分实施例的循环性能好。
相较于R4，其他满足的范围基本相同的情况下，R2的第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)为0.064(满足0.05≤ε1/(τ1×S1)≤0.15)，相较于R4，R2的负极片231的整体的浓差极化稍微大一点，R2的电池单体20的循环性能稍微差一点，但是，其依然比大部分实施例的浓差极化小，并且比大部分实施例的循环性能好。
相较于R4，其他满足的范围基本相同的情况下，R1的第一负极活性材料的比表面积为0.89m2/g(接近0.9m2/g～1.35m2/g，满足0.75m2/g～1.5m2/g)，第一负极活性层的孔隙率为30％(满足10％～30％)，第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)为0.147(满足0.05≤ε1/(τ1×S1)≤0.15)，且第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)的值相对较高，相较于R4，R1的负极片231的整体的浓差极化稍微大一点，R1的电池单体20的循环性能稍微差一点，但是，其依然比大部分实施例的浓差极化小，并且比大部分实施例的循环性能好。
相较于R4，其他满足的范围基本相同的情况下，R6的第一负极活性材料的比表面积为0.89m2/g(接近0.9m2/g～1.35m2/g，满足0.75m2/g～1.5m2/g)，第一负极活性层的孔隙率为26％(接近15％～25％，满足10％～30％)，第一负极活性层的孔隙率为28％(接近30％～40％，满足25％～45％)，相较于R4，R6的负极片231的整体的浓差极化稍微大一点，R6的电池单体20的循环性能稍微差一点，但是，其依然比大部分实施例的浓差极化小，并且比大部分实施例的循环性能好。
相较于R4，其他满足的范围基本相同的情况下，R7的第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)为0.124(接近0.07≤ε1/(τ1×S1)≤0.12，满足0.05≤ε1/(τ1×S1)≤0.15)，可以进一步使R7的负极片231的整体的浓差极化相对较小，R7的电池单体20的循环性能相对较好。
相较于R4，其他满足的范围基本相同的情况下，R15的第一负极活性层的孔隙率为26％(接近15％～25％，满足10％～30％)，相较于R4，R15的负极片231的整体的浓差极化稍微大一点，R15的电池单体20的循环性能稍微差一点。但其效果优于R1～R3，以及R5～R14。
以上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。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。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，都属于本申请保护的范围。
Claims (19)
1.一种负极片，其特征在于，包括负极集流体和负极活性层，所述负极活性层包括覆盖于所述负极集流体的表面向外依次设置的第一负极活性层和第二负极活性层；
所述第一负极活性层满足0.03≤ε1/(τ1×S1)≤0.2，所述第二负极活性层满足0.01≤ε2/(τ2×S2)≤0.08，且所述第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)的值-所述第二负极活性层的ε2/(τ2×S2)的值≥0.01；
其中，ε1为所述第一负极活性层的孔隙率，τ1为所述第一负极活性层的曲折度，S1为所述第一负极活性层中第一负极活性材料的比表面积；
ε2为所述第二负极活性层的孔隙率，τ2为所述第二负极活性层的曲折度，S2为所述第二负极活性层中第二负极活性材料的比表面积。
2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性层满足0.05≤ε1/(τ1×S1)≤0.15，所述第二负极活性层满足0.02≤ε2/(τ2×S2)≤0.07，且所述第一负极活性层的ε1/(τ1×S1)的值-所述第二负极活性层的ε2/(τ2×S2)的值≥0.02。
3.根据权利要求2所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性层满足0.07≤ε1/(τ1×S1)≤0.12，所述第二负极活性层满足0.03≤ε2/(τ2×S2)≤0.06。
4.根据权利要求1～3任一项所述的负极片，其特征在于，所述第二负极活性层的孔隙率＞所述第一负极活性层的孔隙率。
5.根据权利要求4所述的负极片，其特征在于，所述第二负极活性层的孔隙率为25％～45％，所述第一负极活性层的孔隙率为10％～30％；所述第二负极活性层的孔隙率的值-所述第一负极活性层的孔隙率的值为5％～20％。
6.根据权利要求5所述的负极片，其特征在于，所述第二负极活性层的孔隙率为30％～40％，所述第一负极活性层的孔隙率为15％～25％。
7.根据权利要求5或6所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性材料的比表面积为0.75m2/g～1.5m2/g，所述第二负极活性材料的比表面积为1.5m2/g～3.0m2/g。
8.根据权利要求7所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性材料的比表面积为0.9m2/g～1.35m2/g，所述第二负极活性材料的比表面积为1.65m2/g～2.85m2/g。
9.根据权利要求7所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性层的曲折度为1.5～4.5，所述第二负极活性层的曲折度为2.0～5.0。
10.根据权利要求9所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性材料的Dv50的值大于所述第二负极活性材料的Dv50的值，且所述第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值小于所述第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值。
11.根据权利要求10所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性材料的Dv50的值为8μm～20μm，所述第二负极活性材料的Dv50的值为4μm～16μm，所述第一负极活性材料的Dv50的值比所述第二负极活性材料的Dv50的值大4μm～10μm。
12.根据权利要求11所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性材料的Dv50的值为10μm～18μm，所述第二负极活性材料的Dv50的值为6μm～14μm。
13.根据权利要求10所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.2～1.2，所述第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.6～1.8，所述第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值比所述第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值小0.2～0.8。
14.根据权利要求13所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.4～1.0，所述第二负极活性材料的(Dv90-Dv10)/Dv50的值为0.8～1.6。
15.根据权利要求11～14任一项所述的负极片，其特征在于，所述负极片满足以下条件的至少一者：
a)所述第一负极活性层的面密度为20g/m2～100g/m2；
b)所述第二负极活性层的面密度为20g/m2～100g/m2；
c)所述第一负极活性材料的质量占所述第一负极活性层的质量的90％～98％；
d)所述第二负极活性材料的质量占所述第二负极活性层的质量的90％～98％；
e)所述第一负极活性层的压实密度为1.10g/cm3～1.90g/cm3；
f)所述第二负极活性层的压实密度为1.10g/cm3～1.90g/cm3。
16.一种电极组件，其特征在于，包括正极片、隔离膜和权利要求1～15任一项所述的负极片，所述隔离膜设置于所述正极片和所述负极片之间。
17.一种电池单体，其特征在于，包括权利要求16所述的电极组件。
18.一种电池，其特征在于，包括权利要求17所述的电池单体。
19.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求18所述的电池。
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