CN117199250A - 负极片、储能装置及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种负极片、储能装置及用电设备，涉及储能技术领域。该负极片包括：集流体和活性涂层，活性涂层包括的负极活性物质的表面包覆有人工SEI；人工SEI包括纳米颗粒，活性涂层的观测区域内，纳米颗粒在与集流体的表面垂直的方向上的尺寸不小于1纳米且不大于30纳米，纳米颗粒的最小间距不小于1纳米且不大于50纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸不小于1纳米且不大于30纳米。本申请实施方式中，通过预先制作包覆有人工SEI的负极活性物质，减少了负极片上活性锂的消耗，改善了SEI的稳定性，进而延长了储能装置的使用寿命；同时，通过限定人工SEI包括的纳米颗粒的结构参数，保证了负极活性物质的动力学及克容量发挥。

Description

负极片、储能装置及用电设备

技术领域

本申请涉及储能技术领域，具体而言，涉及一种负极片、储能装置及用电设备。

背景技术

二次电池又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。二次电池的可循环利用特性使其逐渐成为用电设备的主要动力来源，随着二次电池的需求量逐渐增大，人们对其各方面的性能要求也越来越高，尤其是对于电池单位体积能量密度的要求。锂离子电池因具有高能量密度、高倍率的特点，近年来在汽车、能源等领域得到了广泛应用。

而在锂离子电池的首次充电过程中，负极表面形成的SEI（Solid ElectrolyteInterface，固体电解质层）会消耗部分活性锂从而造成正极材料的锂损失。因此在锂离子电池的充放电过程中形成的SEI不可避免的会造成锂离子的消耗，从而造成锂离子电池的容量损耗。

发明内容

本申请的一个主要目的在于提供一种能够提高储能装置的循环使用寿命和热稳定性的负极片、储能装置及用电设备。

为实现上述申请目的，本申请采用如下技术方案：

根据本申请的一个方面，提供一种负极片，包括：集流体和位于所述集流体表面的活性涂层，所述活性涂层包括负极活性物质，所述负极活性物质的表面包覆有人工SEI层；

所述人工SEI包括纳米颗粒，所述活性涂层的观测区域内，纳米颗粒在与所述集流体的表面垂直的方向上的尺寸大于或等于1纳米且小于或等于30纳米，纳米颗粒的最小间距大于或等于1纳米且小于或等于50纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸大于或等于1纳米且小于或等于30纳米，所述观测区域的面积大于或等于0.01平方微米。

发明人经过大量研究发现，对于负极片包括的SEI，若在储能装置的充放电过程中自然形成，则会造成正极片上活性材料（锂离子或钠离子）的消耗，从而造成储能装置容量的衰减。为此，发明人研究后认为可在负极活性物质的表面预先制作SEI（即得到人工SEI），进而制作具有人工SEI的负极片，以减少活性锂的消耗，达到提高储能装置容量的效果，同时提高储能装置的使用寿命和热稳定性。

而对于负极活性物质上预先制作的人工SEI，发明人发现，对于人工SEI包括的纳米颗粒，若活性涂层的观测区域内纳米颗粒在与集流体的表面垂直方向上的尺寸小于1纳米时，则容易造成人工SEI较薄，此时会导致人工SEI并不能达到所期望的效果，即不能有效改善具有人工SEI的储能装置的热稳定性和活性锂的消耗；若活性涂层的观测区域内纳米颗粒在与集流体的表面垂直的方向上的尺寸大于30纳米时，则容易造成人工SEI的厚度较厚，此时人工SEI会阻碍锂离子或钠离子的迁移，从而影响负极活性物质的动力学及克容量发挥。

发明人还发现，对于人工SEI包括的纳米颗粒，若活性涂层的观测区域内纳米颗粒之间的最小间距小于或等于1纳米，则会造成纳米颗粒的分布过于密集，此时人工SEI会阻碍锂离子或钠离子的迁移，从而影响负极活性物质的动力学及克容量发挥；若活性涂层的观测区域内纳米颗粒之间的最小间距大于50纳米，则会造成纳米颗粒的分布较为疏松，此时会导致人工SEI并不能达到所期望的效果，即不能有效改善具有人工SEI的储能装置的热稳定性和活性锂的消耗。

另外，若活性涂层的观测区域内纳米颗粒的正投影的平均尺寸小于1纳米，则会造成纳米颗粒的比表面积过大，此时人工SEI的反应面积过大，从而增大锂离子或钠离子的消耗，不利于储能装置的电性能；若活性涂层的观测区域内纳米颗粒的正投影的平均尺寸大于30纳米，则会造成纳米颗粒过大，此时人工SEI会阻碍锂离子或钠离子的迁移，从而影响负极活性物质的动力学及克容量发挥。

针对上述情况，发明人认为，对于人工SEI包括的纳米颗粒，需要限定在活性涂层的观测区域内，纳米颗粒在与集流体的表面垂直的方向上的尺寸大于或等于1纳米且小于或等于30纳米，纳米颗粒的最小间距大于或等于1纳米且小于或等于50纳米，且人工SEI的观测区域内纳米颗粒的正投影的平均尺寸大于或等于1纳米且小于或等于30纳米。如此，通过预先在负极活性物质的表面预先制作人工SEI，且避免人工SEI过薄，以及纳米颗粒分布过疏，且尺寸过小的情况，保证了人工SEI能够满足锂离子或钠离子的传导条件，进而保证储能装置的容量；同时，避免人工SEI过厚，以及纳米颗粒分布过密，且尺寸过大的情况，保证了负极活性物质的动力学及克容量发挥，进而保证了储能装置的容量。

另外，对于本申请所涉及的具有满足上述条件的人工SEI的储能装置，以及相关技术提供的储能装置进行热稳定性测试，结合测试结果可知，本申请涉及的储能装置的热稳定性曲线相较于相关技术的储能装置的热稳定性曲线整体向温度升高的方向偏移，即使得本申请的储能装置的热稳定性优于相关技术中储能装置的热稳定性。

根据本申请的一实施方式，其中，在所述观测区域内，纳米颗粒的离散系数小于或等于1。

本申请实施方式中，通过限定观测区域内纳米颗粒的离散系数，有效保证人工SEI中纳米颗粒分布的均匀性，以保证较高的电子绝缘性和离子导通性。

根据本申请的一实施方式，其中，

所述纳米颗粒的离散系数按照如下第一公式、第二公式确定：

第一公式：

第二公式：

上述第一公式、第二公式中，是指所述观测区域内纳米颗粒的平均间距，/>是指所述观测区域内第m个纳米颗粒与第n个纳米颗粒之间的间距，s是指所述观测区域内纳米颗粒的总颗粒数，V是指所述观测区域内纳米颗粒的离散系数。

根据本申请的一实施方式，其中，所述纳米颗粒之间的间距是指纳米颗粒的正投影的最小外接圆的圆心之间的距离，或者纳米颗粒的正投影的最大内接圆的圆心之间的距离。

根据本申请的一实施方式，其中，所述观测区域内纳米颗粒的正投影的平均尺寸是指所述观测区域内纳米颗粒的正投影的外接圆的直径的平均值，或者所述观测区域内纳米颗粒的正投影的等效圆直径的平均值。

根据本申请的一实施方式，其中，所述人工SEI包括铝元素、氟元素、锆元素、磷元素、钛元素、碳元素、氧元素、氮元素中的至少一种。

本申请实施方式中，对于人工SEI所包括的具体元素，经发明人认真研究后发现，选择氟元素时，能够进一步提高具有人工SEI的储能装置的热稳定性。

根据本申请的一实施方式，其中，所述观测区域为边长300纳米的正方形区域。

根据本申请的一实施方式，其中，所述负极活性物质包括石墨；

石墨颗粒的中值粒径大于或等于8微米且小于或等于20微米，石墨颗粒的比表面积大于或等于1平方米/克且小于或等于5平方米/克，石墨颗粒的克容量大于或等于330毫安时/克且小于或等于360毫安时/克。

根据本申请的一个方面，提供一种储能装置，包括：

壳体，包括具有开口的容纳腔；

电极组件，容置于所述容纳腔内，且包括层叠设置的正极片、隔膜和上述一方面所述的负极片；

端盖单元，密封所述容纳腔的开口。

本申请实施方式中，对于具有预先制作的人工SEI的负极片的储能装置，能够减小正极片上锂离子的消耗，保证具有该人工SEI的储能装置的容量，同时提高热稳定性和使用寿命。

根据本申请的一方面，提供了一种用电设备，所述用电设备包括上述一方面所述的储能装置，所述储能装置为所述用电设备供电。结合上述所述，本申请中，在用电设备的使用过程中，结合储能装置较高的容量保持率和热稳定性，保证用电设备工作的稳定性和安全性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本申请的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是根据一示例性实施方式示出的一种储能装置的剖面结构示意图。

图2是根据一示例性实施方式示出的一种电极组件的剖面结构示意图。

图3是根据一示例性实施方式示出的一种负极片的剖面结构示意图。

图4是根据一示例性实施方式示出的一种热稳定性的曲线示意图。

图5是根据一示例性实施方式示出的一种观测区域内纳米颗粒间距的示意图。

图6是根据一示例性实施方式示出的另一种观测区域内纳米颗粒间距的示意图。

图7是根据一示例性实施方式示出的一种观测区域内纳米颗粒大小的示意图。

图8是根据一示例性实施方式示出的另一种观测区域内纳米颗粒大小的示意图。

图9是根据一示例性实施方式示出的一种容量保持率的曲线示意图。

图10是根据一示例性实施方式示出的一种用电设备的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、储能装置；200、用电设备；

10、壳体；20、电极组件；30、端盖单元；

11、容纳腔；

21、负极片；22、正极片；23、隔膜；

211、集流体；212、活性涂层；

31、盖板；32、电极端子。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

本申请实施方式提供了一种储能装置，该储能装置可以是但不限于单体电池、电池模组、电池包、电池系统等。而对于单体电池，其可以为钠离子二次电池、钠硫电池等，单体电池可呈圆柱体、扁平体、长方体等，本申请实施方式对此不做限定。

接下来以储能装置为圆柱单体电池为例，对储能装置进行详细解释。

图1示例了本申请实施方式提供的一种储能装置100的结构示意图。如图1所示，该储能装置100包括壳体10、电极组件20和端盖单元30，壳体10包括具有开口的容纳腔11；电极组件20容置于容置腔内；端盖单元30密封容纳腔11的开口。

其中，壳体10可以为一端开口的筒状结构，此时储能装置100包括一个端盖单元30，以能够对壳体10的一个开口进行密封；当然，壳体10也可以为两端开口的筒状结构，此时储能装置100包括一个端盖单元30和一个端盖，或者包括两个端盖单元30，如此能够分别对壳体10的两个开口进行密封。

其中，如图1所示，端盖单元30包括盖板31和电极端子32，电极端子32穿设在盖板31上，且一端与电极组件20的一个极耳连接，另一端裸露在壳体10外，以作为储能装置100的一个输出端；盖板31上还可以设置有防爆阀和/或注液孔，防爆阀用于外排容纳腔11内的气体，以提高储能装置100使用的安全性，注液孔用于向储能装置100的容纳腔11内注入电解液。

其中，如图2所示，电极组件20包括层叠设置的正极片22、负极片21和隔膜23，且隔膜23位于正极片22与负极片21之间，正极片22、负极片21在电极组件20的轴向上的端部均具有极耳，以形成电极组件20的正极耳和负极耳。正极耳、负极耳位于电极组件20的不同端，此时正极耳、负极耳中的一者与端盖单元30包括的电极端子32连接，另一者与壳体10的底部连接，以通过端盖单元30的电极端子32和壳体10的底部实现电极组件20的电能的输出。

需要说明的是，储能装置100还包括金属转接件，可通过一个金属转接件实现电极组件20的一个极耳与端盖单元30的一个电极端子32的连接，以及通过另一个金属转接件实现电极组件20的另一个极耳与壳体10底部的连接，保证电极组件20的电能的输出。其中，两个金属转接件的结构可以相同，也可以不同。

在储能装置100的使用过程中，尤其是在首次使用时，会在电极组件20的负极片21的表面形成SEI，以造成储能装置100的锂离子的消耗，从而造成储能装置100容量的衰减。为此，本申请实施方式提供了一种负极片21，具有预先制作的人工SEI，减小甚至避免在具有该负极片21的储能装置100首次充放电时自然形成SEI的情况，以减少正极片22上锂离子的消耗，保证储能装置100的容量。

接下来对本申请涉及的负极片21进行详细解释。

图3示例了本申请实施方式提供的一种负极片21的剖面结构示意图。如图3所示，负极片21包括集流体211和位于集流体211表面的活性涂层212。

其中，对于集流体211，可以是金属箔材制成，比如可以是铜箔等。

其中，对于集流体211表面的活性涂层212，可以是集流体211的一侧表面（厚度方向的一个表面）具有活性涂层212，也可以是集流体211的两侧表面（厚度方向相背的两个表面）均具有活性涂层212。而相较于集流体211的一侧表面具有活性涂层212的情况，集流体211的两侧表面均具有活性涂层212的情况能够有效增大负极片21在单位面积内的活性物质的含量，从而对于包括该负极片21的储能装置100，能够有效增大比容量，且同时因为减少集流体211的用量，以实现储能装置100的轻量化。

另外，可以通过水性溶剂、负极活性物质、导电剂、增稠剂和粘结剂等制成负极浆料，再将负极浆料涂敷在集流体211的表面，并烘干后得到活性涂层212。负极浆料的制备方法可参考相关技术，本申请实施方式对此不做限定。示例地，活性涂层212中的各物质以质量百分比计，包括：94.5～98.3％的负极活性物质，0.4~1.2%的导电剂，0.3~0.7%的增稠剂，1.8～2.9％的粘结剂。

其中，负极活性物质的表面包覆有预先制作的人工SEI，负极活性物质可以包括石墨、软碳、硬碳、锡氧化物等中的至少一种；水性溶剂可以为去离子水等；导电剂可以包括导电炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管和碳纤维等中的至少一种；增稠剂可以为水性增稠剂，比如羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚乙烯醇等中的至少一种；粘结剂包括丁苯橡胶、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙烯丙烯酸、聚苯烯酸酯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚丙烯腈、羧甲基壳聚糖等中的至少一种。

可选地，以负极活性物质包括石墨为例，石墨颗粒的中值粒径大于或等于8微米且小于或等于20微米，石墨颗粒的比表面积大于或等于1平方米/克且小于或等于5平方米/克，石墨颗粒的克容量大于或等于330毫安时/克且小于或等于360毫安时/克。

如此，通过限定活性涂层212中石墨颗粒的中值粒径、石墨颗粒的比表面、石墨颗粒的克容量，以保证石墨表面预先制作的人工SEI能够有效保证电子绝缘性和离子导通性。

本申请中，对于负极活性物质表面包覆的人工SEI，人工SEI包括纳米颗粒，且在活性涂层212的观测区域内，纳米颗粒在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸大于或等于1纳米且小于或等于30纳米，纳米颗粒的最小间距大于或等于1纳米且小于或等于50纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸大于或等于1纳米且小于或等于30纳米。

如此，通过在负极活性物质的表面预先制作人工SEI，进而通过该负极活性物质制作得到负极片21，能够减少正极片22上正极活性材料（锂离子或钠离子）的消耗，保证了储能装置100的容量；另外，通过限定人工SEI包括的纳米颗粒的参数，避免人工SEI过薄，以及纳米颗粒分布过疏，且尺寸过小的情况，保证了人工SEI能够满足正极活性材料的传导条件，进而保证储能装置100的热稳定性和使用寿命；同时，避免人工SEI过厚，以及纳米颗粒分布过密，且尺寸过大的情况，保证了负极活性物质的动力学及克容量发挥。

对于预先制作有纳米颗粒满足上述条件的人工SEI的负极片21，对具有该负极片21的储能装置100，以及相关技术提供的储能装置100进行热稳定性测试，本申请所涉及的储能装置100的热稳定性曲线与相关技术提供的储能装置100的热稳定性曲线如图4所示，由图可知，本申请涉及的储能装置100的热稳定性曲线相较于相关技术的储能装置100的热稳定性曲线整体向右偏移，从而使得本申请的储能装置100的热稳定性相较于相关技术中储能装置100的热稳定性，升高了近20摄氏度，从而对于具有满足上述条件的人工SEI的负极片21能够有效改善储能装置100的热稳定性。

其中，活性涂层212包括的观测区域可以是一个，也可以是多个。当活性涂层212包括的观测区域为一个时，观测区域的面积越大，则观测区域内纳米颗粒的特征参数更能有效表征活性涂层212内纳米颗粒的特征参数；当活性涂层212包括的观测区域为多个时，多个观测区域随机分布在活性涂层212上，以更有效的表征活性涂层212的整个区域所包括的纳米颗粒的特征参数。

而为了保证一个观测区域内纳米颗粒的特征参数能够有效表征活性涂层212内包括的纳米颗粒的结构参数，可设置观测区域的面积大于或等于0.01平方微米，示例地，观测区域的面积为0.01平方微米、0.05平方微米、0.09平方微米、0.15平方微米、0.2平方微米等。观测区域可以是圆形区域、矩形区域（长方形区域或正方形区域）等，具体可结合电镜的视窗形状确定。以观测区域为正方形区域，且观测区域的面积为0.09平方微米为例，此时观测区域为300纳米×300纳米的正方形区域。另外，对于活性涂层212包括多个观测区域的情况，可以是根据一个观测区域的大小对活性涂层212进行划分得到的多个观测区域，也可以是在活性涂层212上任意选择的随机分布的多个观测区域。

在一些实施方式中，对于观测区域内纳米颗粒在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸，可通过聚焦离子束技术（即利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的离子束垂直轰击人工SEI）实现观测区域内人工SEI在与集流体211的表面垂直的方向上的切割，进而结合高倍数电镜在人工SEI的切割面中确定被切割后的纳米颗粒的切割尺寸，得到观测区域内纳米颗粒在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸。示例地，观测区域内纳米颗粒在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸为1纳米、5纳米、10纳米、20纳米、30纳米等。

在一些实施方式中，对于观测区域内纳米颗粒的最小间距，可以通过电镜观察观测区域内人工SEI，且电镜的测试条件可设置为加速电压200KV，且放大倍数2000K，得到观测区域对应的电镜图，进而确定该电镜图内纳米颗粒的数量，并依次确定每个纳米颗粒和与其邻近的纳米颗粒之间的邻近间距，再从观测区域内纳米颗粒的多个邻近间距中确定观测区域内纳米颗粒的最小间距。示例地，观测区域内纳米颗粒的最小间距可以是1纳米、5纳米、10纳米、20纳米、30纳米、40纳米、50纳米等。

而对于邻近的两个纳米颗粒之间的间距，可以是如图5所示的纳米颗粒的正投影的最小外接圆的圆心之间的距离（四个纳米颗粒的最小外接圆的三个邻近间距分别为L11、L12、L13）；也可以是如图6所示的纳米颗粒的正投影的最大内接圆的圆心之间的距离（四个纳米颗粒的最大内接圆的三个邻近间距分别为L21、L22、L23）。当然，邻近的两个纳米颗粒之间的间距，还可以是纳米颗粒的正投影的边缘之间的间距，本申请实施方式对此不做限定。

示例地，如图6所示，在活性涂层212的一个观测区域内具有4个纳米颗粒，假设邻近的纳米颗粒之间的间距为纳米颗粒的正投影的最大内接圆之间的间距，此时观测区域内的4个纳米颗粒之间存在3个临近间距，分别为L21为35.6287纳米，L22为30.8925纳米，L23为22.5362纳米，由此可确定该观测区域内纳米颗粒的最小间距为22.5362纳米。

在一些实施方式中，对于观测区域内纳米颗粒的正投影的平均尺寸，可以通过电镜观察观测区域内人工SEI，且电镜的测试条件可设置为200KV，放大倍数为2000K，得到观测区域对应的电镜图，进而确定该电镜图内纳米颗粒的数量，以及每个纳米颗粒在电镜图上的边缘，进而根据每个纳米颗粒的边缘，确定每个纳米颗粒的尺寸值，再确定电镜图上多个纳米颗粒的平均尺寸，得到观测区域内纳米颗粒的正投影的平均尺寸。示例地，观测区域内纳米颗粒的正投影的平均尺寸可以是1纳米、5纳米、10纳米、20纳米、30纳米等。

而对于一个纳米颗粒而言，纳米颗粒的尺寸值可以是如图7所示的纳米颗粒的正投影的外接圆的直径（四个纳米颗粒的最小外接圆直径分别为D11、D12、D13、D14）；也可以是纳米颗粒的正投影的等效圆直径。当然，观测区域内纳米颗粒的正投影的平均尺寸，还可以是如图8所示的纳米颗粒的正投影的内接圆的直径（四个纳米颗粒的最大内接圆直径分别为D21、D22、D23、D24），本申请实施方式对此不做限定。

当纳米颗粒的直径为纳米颗粒的正投影的外接圆的直径时，观测区域内纳米颗粒的正投影的平均尺寸是指观测区域内纳米颗粒的正投影的外接圆的直径的平均值；当纳米颗粒的直径为纳米颗粒的正投影的等效圆直径时，观测区域内纳米颗粒的正投影的平均尺寸是指观测区域内纳米颗粒的正投影的等效圆直径的平均值。

示例地，如图7所示，在活性涂层212的一个观测区域内具有4个纳米颗粒，假设纳米颗粒的直径为纳米颗粒的正投影的最大外接圆的直径，此时观测区域内的4个纳米颗粒的直径包括D11为11.2685纳米，D12为19.4943纳米，D13为14.9562纳米，D14为19.8762纳米，由此可确定该观测区域内纳米颗粒的平均尺寸为16.3988纳米。

需要说明的是，对于上述实施方式所述的纳米颗粒的正投影，均是在与集流体211的表面垂直的方向上的投影，而由于纳米颗粒的尺寸较小，没办法确认其正投影所在的区域，因此可结合电镜图确定纳米颗粒的正投影。具体地，确定纳米颗粒在电镜图上的边缘围成的区域为纳米颗粒的正投影区域。而对于纳米颗粒在电镜图上的边缘，可直接在观测区域的电镜图上确定纳米颗粒的边缘，也可以基于观测区域的电镜图确定观测区域的二值化电镜图，进而在二值化电镜图中确定纳米颗粒颗粒的边缘。

本申请实施方式中，人工SEI由离子可导、电子不可导的固体电解质构成，固体电解质包括碳元素和/或非碳元素，以固体电解质包括碳元素为例，固体电解质可以为有机物；以固体电解质包括非碳元素为例，固体电解质可以为无机物，且非碳元素的原子序数大于6且小于或等于40。如此，以保证人工SEI具有较高的电子绝缘能力和热稳定性。

可选地，对于固体电解质包括的非碳元素，可以是铝元素、氟元素、锆元素、磷元素、钛元素、碳元素、氧元素、氮元素中的至少一种，也即是人工SEI包括铝元素、氟元素、锆元素、磷元素、钛元素、碳元素、氧元素、氮元素中的至少一种。

本申请中，对于人工SEI的制作，可以是：将负极活性物质和有机盐溶液（含有碳元素）或无机盐溶液（铝元素、氟元素、锆元素、磷元素、钛元素、碳元素、氧元素、氮元素中的至少一种）于搅拌机中均匀分散，搅拌的转速800转/分钟~4000转/分钟，搅拌时长为30分钟；之后将碱性溶液（比如尿素、氢氧化钠、氢氧化钾等）加入上述搅拌后的溶液中，搅拌转速分别为100转/分钟~500转/分钟，搅拌时长为10~50分钟，以控制负极活性物质表面的纳米颗粒的大小；最后将混合有碱溶液的搅拌溶液烘干，并在煅烧炉中煅烧（通入保护气体，比如氩气），煅烧的温度为700~900摄氏度，煅烧时长为4小时~8小时，以调控负极活性物质表面的纳米颗粒的相结构（比如间距、在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸），得到人工SEI。

对于上述人工SEI的制作，需要保证人工SEI中纳米颗粒分布的均匀性。可选地，对于活性涂层212的一个观测区域，可确定该观测区域内纳米颗粒的离散系数，进而在离散系数小于或等于1时确定人工SEI中纳米颗粒分布均匀，以保证活性涂层212的整个区域内较高的电子绝缘性和离子导通性。

可选地，对于观测区域内纳米颗粒的离散系数，可按照如下第一公式、第二公式确定：

第一公式：

第二公式：

上述第一公式、第二公式中，是指观测区域内纳米颗粒的平均间距，/>是指观测区域内第m个纳米颗粒与第n个纳米颗粒之间的间距，s是指观测区域内纳米颗粒的总颗粒数，V是指观测区域内纳米颗粒的离散系数。

对比例1，结合常规人工SEI的制作方法（参考相关技术），得到负极对比样片1，对于负极对比样片1表面的活性涂层212，通过电镜在加速电压为200KV，且放大倍数为2000K的条件下观测人工SEI，得到观测区域内，纳米颗粒的厚度（即在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸）为0.7纳米，纳米颗粒的最小间距为0.5纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸为0.8纳米；对于具有该负极对比样片1的储能装置100，循环50次的容量保持率仅为97.7%，且在过充条件下热稳定验证结果为未通过。

对比例2，结合常规人工SEI的制作方法，得到负极对比样片2，对于负极对比样片2表面的活性涂层212，通过电镜在加速电压为200KV，且放大倍数为2000K的条件下观测人工SEI，得到观测区域内，纳米颗粒的厚度（即在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸）为37纳米，纳米颗粒的最小间距为55纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸为35纳米；对于具有该负极对比样片2的储能装置100，循环50次的容量保持率仅为98.2%，且在过充条件下热稳定验证结果为未通过。

实施例1，结合上述所述的人工SEI的制作方法，得到负极示例样片1，对于负极示例样片1表面的活性涂层212，通过电镜在加速电压为200KV，且放大倍数为2000K的条件下观测人工SEI，得到观测区域内，纳米颗粒的厚度（即在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸）为4纳米，纳米颗粒的最小间距为5纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸为3纳米；对于具有该负极示例样片1的储能装置100，循环50次的容量保持率为99.7%，且在过充条件下热稳定验证结果为通过。

实施例2，结合上述所述的人工SEI的制作方法，得到负极示例样片2，对于负极示例样片2表面的活性涂层212，通过电镜在加速电压为200KV，且放大倍数为2000K的条件下观测人工SEI，得到观测区域内，纳米颗粒的厚度（即在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸）为6纳米，纳米颗粒的最小间距为10纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸为5纳米；对于具有该负极示例样片2的储能装置100，循环50次的容量保持率为99.6%，且在过充条件下热稳定验证结果为通过。

实施例3，结合上述所述的人工SEI的制作方法，得到负极示例样片3，对于负极示例样片3表面的活性涂层212，通过电镜在加速电压为200KV，且放大倍数为2000K的条件下观测人工SEI，得到观测区域内，纳米颗粒的厚度（即在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸）为12纳米，纳米颗粒的最小间距为20纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸为10纳米；对于具有该负极示例样片3的储能装置100，循环50次的容量保持率为100.4%，且在过充条件下热稳定验证结果为通过。

实施例4，结合上述所述的人工SEI的制作方法，得到负极示例样片4，对于负极示例样片4表面的活性涂层212，通过电镜在加速电压为200KV，且放大倍数为2000K的条件下观测人工SEI，得到观测区域内，纳米颗粒的厚度（即在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸）为18纳米，纳米颗粒的最小间距为30纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸为15纳米；对于具有该负极示例样片4的储能装置100，循环50次的容量保持率为99.9%，且在过充条件下热稳定验证结果为通过。

实施例5，结合上述所述的人工SEI的制作方法，得到负极示例样片5，对于负极示例样片5表面的活性涂层212，通过电镜在加速电压为200KV，且放大倍数为2000K的条件下观测人工SEI，得到观测区域内，纳米颗粒的厚度（即在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸）为27纳米，纳米颗粒的最小间距为45纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸为25纳米；对于具有该负极示例样片5的储能装置100，循环50次的容量保持率为99.5%，且在过充条件下热稳定验证结果为通过。

对于分别包括上述对比例1~2、实施例1~5所制作的负极片21的储能装置100，负极活性物质表面的人工SEI包括的纳米颗粒的物理参数，以及储能装置100的容量保持率、过充条件下热稳定性验证是否通过的情况如下表所示。

结合上述对比例1~2和实施例1~5可知，活性涂层212的观测区域内，纳米颗粒在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸大于或等于1纳米且小于或等于30纳米，纳米颗粒的最小间距大于或等于1纳米且小于或等于50纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸大于或等于1纳米且小于或等于30纳米，以保证人工SEI的有效性，进而提高储能装置100的容量保持率，同时提高热稳定性。

另外，图9示出了上述对比例2所涉及的储能装置100的容量保持率曲线，实施例3所涉及的储能装置100的容量保持率曲线，由此可知，相较于对比例2而言，在负极活性物质的表面制作观测区域内纳米颗粒在与集流体211的表面垂直的方向上的尺寸大于或等于1纳米且小于或等于30纳米，纳米颗粒的最小间距大于或等于1纳米且小于或等于50纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸大于或等于1纳米且小于或等于30纳米的人工SEI，能够有效保证储能装置100的容量，减小容量的损耗。

本申请实施方式还提供了一种用电设备200，该用电设备200可以是用户储能柜、储能集装箱等。如图10所示，该用电设备200包括上述实施方式所述的储能装置100，储能装置100为用电设备200供电。如此，结合上述所述，本申请的用电设备200在使用过程中，能够结合储能装置100较高的容量保持率和热稳定性，保证用电设备200工作的稳定性和安全性。

在本申请实施方式中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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方式中的具体含义。

本申请实施方式的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本申请实施方式的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请实施方式的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本申请实施方式的优选实施例而已，并不用于限制本申请实施方式，对于本领域的技术人员来说，本申请实施方式可以有各种更改和变化。凡在本申请实施方式的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请实施方式的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负极片（21），其特征在于，包括：集流体（211）和位于所述集流体（211）表面的活性涂层（212），所述活性涂层（212）包括负极活性物质，所述负极活性物质的表面包覆有人工SEI固态电解质层；

所述人工SEI包括纳米颗粒，所述活性涂层（212）的观测区域内，纳米颗粒在与所述集流体（211）的表面垂直的方向上的尺寸大于或等于1纳米且小于或等于30纳米，纳米颗粒的最小间距大于或等于1纳米且小于或等于50纳米，且纳米颗粒的正投影的平均尺寸大于或等于1纳米且小于或等于30纳米，所述观测区域的面积大于或等于0.01平方微米。

2.如权利要求1所述的负极片（21），其特征在于，在所述观测区域内，纳米颗粒的离散系数小于或等于1。

3.如权利要求2所述的负极片（21），其特征在于，所述纳米颗粒的离散系数按照如下第一公式、第二公式确定：

第一公式：；

第二公式：；

上述第一公式、第二公式中，是指所述观测区域内纳米颗粒的平均间距，/>是指所述观测区域内第m个纳米颗粒与第n个纳米颗粒之间的间距，s是指所述观测区域内纳米颗粒的总颗粒数，V是指所述观测区域内纳米颗粒的离散系数。

4.如权利要求1所述的负极片（21），其特征在于，所述纳米颗粒之间的间距是指纳米颗粒的正投影的最小外接圆的圆心之间的距离，或者纳米颗粒的正投影的最大内接圆的圆心之间的距离。

5.如权利要求1所述的负极片（21），其特征在于，所述观测区域内纳米颗粒的正投影的平均尺寸是指所述观测区域内纳米颗粒的正投影的外接圆的直径的平均值，或者所述观测区域内纳米颗粒的正投影的等效圆直径的平均值。

6.如权利要求1-5任一所述的负极片（21），其特征在于，所述人工SEI包括铝元素、氟元素、锆元素、磷元素、钛元素、碳元素、氧元素、氮元素中的至少一种。

7.如权利要求1-5任一所述的负极片（21），其特征在于，所述观测区域为边长300纳米的正方形区域。

8.如权利要求1-5任一所述的负极片（21），其特征在于，所述负极活性物质包括石墨；

石墨颗粒的中值粒径大于或等于8微米且小于或等于20微米，石墨颗粒的比表面积大于或等于1平方米/克且小于或等于5平方米/克，石墨颗粒的克容量大于或等于330毫安时/克且小于或等于360毫安时/克。

9.一种储能装置（100），其特征在于，包括：

壳体（10），包括具有开口的容纳腔（11）；

电极组件（20），容置于所述容纳腔（11）内，且包括层叠设置的正极片（22）、隔膜（23）和权利要求1-8任一所述的负极片（21）；

端盖单元（30），密封所述容纳腔（11）的开口。

10.一种用电设备（200），其特征在于，所述用电设备（200）包括权利要求9所述的储能装置（100），所述储能装置（100）为所述用电设备（200）供电。