CN117525415A - 负极极片、电化学装置和电子装置 - Google Patents

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CN117525415A CN202311576055.2A CN202311576055A CN117525415A CN 117525415 A CN117525415 A CN 117525415A CN 202311576055 A CN202311576055 A CN 202311576055A CN 117525415 A CN117525415 A CN 117525415A
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Abstract

本申请提供一种负极极片、电化学装置和电子装置，该负极极片包括集流体和设置于所述集流体上至少一侧表面的负极活性材料层，其中，负极活性材料层包括硅基材料和润滑剂，润滑剂的损耗因子表示为X，满足0.06≤X≤0.12，X为润滑剂的损耗模量和储能模量的比值；且基于负极活性材料层的质量，润滑剂的质量百分含量表示为N，满足0.1％≤N≤0.3％。本申请通过在含硅负极极片中引入适量的润滑剂，负极极片在经过辊压后内部存储应力较小，降低在加工过程中的厚度反弹，同时提高电化学装置的循环性能并降低膨胀。

Description

负极极片、电化学装置和电子装置
技术领域
本申请涉及储能技术领域，尤其涉及负极极片、包括该负极极片的电化学装置和电子装置。
背景技术
在锂离子电池生产过程中，负极极片通常在冷压到化成，甚至在锂离子电池充电至满充状态时，普遍存在厚度反弹的问题，厚度不断反弹，导致电芯厚度不断增加，体积能量密度进一步降低，对锂离子电池的性能和功率密度产生了负面影响。因此，解决负极极片在生产过程中的厚度反弹问题，对于提高锂离子电池的体积能量密度和循环性能至关重要。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本申请提出一种负极极片、包括其的电化学装置和电子装置，通过在负极活性材料层中引入特定润滑剂，有效减小负极极片辊压时活性物质颗粒之间的滑移阻力和应力存储，进而降低负极极片在加工过程中的厚度反弹，同时提高电化学装置的循环性能并降低膨胀。
第一方面，本申请提供一种负极极片，包括集流体和设置于该集流体上至少一侧表面的负极活性材料层，其中，该负极活性材料层包括硅基材料和润滑剂，润滑剂的损耗因子表示为X，满足0.06≤X≤0.12，其中，X为润滑剂的损耗模量和储能模量的比值；且，基于该负极活性材料层的质量，润滑剂的质量百分含量表示为N，满足0.1％≤N≤0.3％。本申请中，X表示为润滑剂的损耗模量和储能模量的比值，又称为损耗角正切，即反映材料粘性弹性比例，损耗因子0.06≤X≤0.12，表明材料在发生形变时，会倾向于粘性形变，耗散辊压过程产生的应力。该润滑剂的引入，可以在活性材料颗粒表面形成一层薄膜，该薄膜层的形成可以有效避免活性材料颗粒与辊面的直接接触，降低活性材料的滑移阻力，同时还能够减少活性材料颗粒之间的摩擦阻力，降低辊压压力；其次，负极极片中，润滑剂的添加量与粘结剂的添加量是相匹配的，润滑剂添加量越高，粘结剂添加量越低，润滑剂添加量高于上限值时，导致极片粘结力低，产生脱模风险，因此需要将润滑剂的添加量限定在恰当的范围内，以保证电化学装置的循环稳定性。
在一些实施方式中，0.06≤X≤0.1。在该范围内，更有利于耗散辊压过程产生的应力，负极极片存储的应力小，厚度反弹小。
在一些实施方式中，0.1％≤N≤0.3％。在该范围内，负极极片在经过辊压后内部存储应力较小，厚度反弹小。
在一些实施方式中，润滑剂包括甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇复合物、聚乙烯亚胺、丁羟胶、苯乙烯-丙烯酸酯乳液、聚氨酯或聚乙烯醇中的至少一种。这些特殊类型的润滑剂的引入，可以在活性材料颗粒表面形成一层塑性或弹性膜，有效避免活性材料颗粒与辊面的直接接触，降低活性材料的滑移阻力，同时还能够减少活性材料颗粒之间的摩擦阻力，降低辊压压力；此外，润滑剂还可以吸收硅基材料的体积膨胀，防止硅基材料破裂。
在一些实施方式中，润滑剂为甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇复合物，甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇的质量比为3：2至9：1。
在一些实施方式中，基于负极活性材料层的质量，硅基材料的质量百分含量表示为M，满足0＜M≤20％。
在一些实施方式中，硅基材料选自硅、硅氧化合物、硅碳化合物或硅合金中的至少一种。在一些实施方式中，硅基材料优选为硅碳。
在一些实施方式中，负极活性材料层还包括石墨材料。
在一些实施方式中，负极活性材料层还包括分散剂，分散剂选自羧甲基纤维素。
在一些实施方式中，负极活性材料层还包括粘结剂。粘结剂包括，但不限于：聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸盐、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚或丁苯橡胶中的至少一种。
在一些实施方式中，粘结剂选自聚丙烯酸钠(PAA-Na)。
在一些实施方式中，基于负极活性材料层的质量，聚丙烯酸钠的质量百分含量表示为F，满足1.1％≤F≤3.7％。
在一些实施方式中，负极极片的粘结力表示为Y，满足10N/m≤Y≤40N/m。负极极片的粘结力过低，产生脱模风险。
在一些实施方式中，负极极片从辊压工序到半充状态下的反弹系数为W，W＜18％。
第二方面，本申请提供了一种电化学装置，该电化学装置包括正极极片、隔离膜、电解液以及第一方面的负极极片。
第三方面，本申请提供一种电子装置，其包括第二方面的电化学装置。
有益效果：
本申请针对锂离子电池的负极活性材料层提出了一种创新性的改进方法，即引入了一种损耗因子0.06≤X≤0.12的专用润滑剂，且该润滑剂的质量百分含量N满足0.1％≤N≤0.3％。该润滑剂能够在活性材料颗粒表面之间形成一层薄膜或弹性层，可以有效避免活性材料颗粒的直接接触，从而降低了活性材料的滑移阻力，减少活性材料颗粒之间的摩擦阻力，降低辊压压力；但需要注意的是，负极极片中，添加剂与粘结剂的添加量是相匹配的，润滑剂添加量越高，粘结剂添加量越低，润滑剂添加量高于上限值时，导致极片粘结力低，产生脱模风险。本申请通过引入适量的润滑剂，负极极片在经过辊压后内部存储应力较小，降低在加工过程中的厚度反弹，使得负极极片具有更好的弹性和稳定性，还进一步提高了电化学装置的循环性能并降低膨胀。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。在此所描述的有关实施例为说明性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
为了简明，本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本文的描述中，除非另有说明，“以上”、“以下”包含本数。
除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量(例如，可以按照在本申请的实施例中给出的方法进行测试)。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。
第一方面，本申请提供一种负极极片，包括集流体和设置于该集流体上至少一侧表面的负极活性材料层，其中，该负极活性材料层包括硅基材料和润滑剂，润滑剂的损耗因子表示为X，满足0.06≤X≤0.12，其中，X为润滑剂的损耗模量和储能模量的比值；且，基于负极活性材料层的质量，润滑剂的质量百分含量表示为N，满足0.1％≤N≤0.3％。
本申请中，X表示为润滑剂的损耗模量和储能模量的比值，又称为损耗角正切，即反映材料粘性弹性比例，损耗因子0.06≤X≤0.12，表明材料在发生形变时，会倾向于粘性形变，耗散辊压过程产生的应力。该润滑剂能够在活性材料颗粒表面之间形成一层薄膜或弹性层，可以有效避免活性材料颗粒的直接接触，从而降低了活性材料的滑移阻力，减少活性材料颗粒之间的摩擦阻力，降低辊压压力；其次，负极极片中，润滑剂的添加量与粘结剂的添加量是相匹配的，润滑剂添加量越高，粘结剂添加量越低，润滑剂添加量高于上限值时，导致极片粘结力低，产生脱模风险，因此需要将润滑剂的添加量限定在恰当的范围内，以保证电化学装置的循环稳定性。
在一些实施方式中，0.1％≤N≤0.3％。在一些实施方式中，N可为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％或者这些值中任意两者组成的范围。在该范围内，负极极片在经过辊压后内部存储应力较小，厚度反弹小。
在一些实施方式中，0.06≤X≤0.12。在一些实施方式中，X可为0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12或者这些值中任意两者组成的范围。当0.06≤X≤0.1时，更有利于耗散辊压过程产生的应力，负极极片存储的应力小，厚度反弹小。
在一些实施方式中，润滑剂包括甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇复合物、聚乙烯亚胺、丁羟胶、苯乙烯-丙烯酸酯乳液、聚氨酯或聚乙烯醇中的至少一种。这些润滑剂的引入，可以在活性材料颗粒表面形成一层塑性或弹性膜，有效避免活性材料颗粒与辊面的直接接触，降低活性材料的滑移阻力，同时还能够减少活性材料颗粒之间的摩擦阻力，降低辊压压力；此外，润滑剂还可以吸收硅基材料的体积膨胀，防止硅基材料破裂。
在一些实施方式中，润滑剂为甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇复合物，甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇的质量比为3：2至9：1。甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇的质量比例可在限定范围调节，本申请的实施例对此不做具体限制。
在一些实施方式中，基于负极活性材料层的质量，硅基材料的质量百分含量表示为M，满足0＜M≤20％。M可为0.1％、0.5％、1％、2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％或者这些值中任意两者组成的范围。
在一些实施方式中，硅基材料选自硅、硅氧化合物、硅碳化合物或硅合金中的至少一种。在一些实施方式中，硅基材料优选为硅碳。
在一些实施方式中，负极活性材料层还包括石墨材料。
在一些实施方式中，负极活性材料层还包括分散剂，分散剂优选为羧甲基纤维素。
在一些实施方式中，负极活性材料层还包括粘结剂。粘结剂包括，但不限于：聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸盐、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚或丁苯橡胶中的至少一种。
在一些实施方式中，粘结剂优选为聚丙烯酸钠(PAA-Na)。
在一些实施方式中，基于负极活性材料层的质量，聚丙烯酸钠的质量百分含量表示为F，满足1.1％≤F≤3.7％。F可为1.1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、3.7％或者这些值中任意两者组成的范围。
在一些实施方式中，负极极片的粘结力表示为Y，满足10N/m≤Y≤40N/m。Y可为10N/m、15N/m、20N/m、25N/m、30N/m、35N/m、40N/m或者这些值中任意两者组成的范围。负极极片的粘结力过低，产生脱模风险。
在一些实施方式中，负极极片从辊压工序到半充状态下的反弹系数为W，W＜18％。
在一些实施方式中，负极活性材料层还包括导电剂。在一些实施方式中，导电剂可以使用任何导电的材料，只要它不引起化学变化即可。在一些实施方式中，导电剂包括导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、科琴黑、碳纤维或石墨烯中的至少一种。在一些实施方式中，导电剂优选为单壁碳纳米管(SWCNT)。
在一些实施方式中，负极集流体可以为铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、包覆有导电金属的聚合物基板或它们的组合。在一些实施方式中，负极集流体优选为铜箔。
第二方面，本申请提供了一种电化学装置，该电化学装置包括正极极片、隔离膜、电解液以及第一方面的负极极片。
在一些实施方式中，正极极片包括正极活性材料层和正极集流体。
在一些实施方式中，正极活性材料层包括正极活性材料。在一些实施例中，正极活性材料包括镍钴类三元材料和磷酸盐系材料中的至少一种。在一些实施方式中，镍钴类三元材料包括LiNixCoyM(1-x-y)O2材料中的至少一种，M包括锰、铝、镁、铬、钙、锆、钼、银或铌中的至少一种，0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，x+y≤1。在一些实施方式中，磷酸盐系材料包括LiMnkB(1-k)PO4中的至少一种，0≤k≤1，B元素包括铁、钴、镁、钙、锌、铬或铅中的至少一种。在一些优选实施方式中，正极活性材料选自镍钴类三元材料。在一些实施方式中，正极活性材料可以在表面上具有涂层，或者可以与具有涂层的另一化合物混合。在一些实施方式中，该涂层可以包括从涂覆元素的氧化物、涂覆元素的氢氧化物、涂覆元素的羟基氧化物、涂覆元素的碳酸氧盐(oxycarbonate)和涂覆元素的羟基碳酸盐(hydroxycarbonate)中所选择的至少一种涂覆元素化合物。用于涂层的化合物可以是非晶的或结晶的。在涂层中含有的涂覆元素可以包括Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr或它们的混合物。可以通过任何方法来施加涂层，只要该方法不对正极活性材料的性能产生不利影响即可。例如，该方法可以包括对本领域普通技术人员来说众所周知的任何涂覆方法，例如喷涂、浸渍等。在一些实施方式中，正极活性材料优选为钴酸锂。
在一些实施方式中，正极活性材料层还包括导电剂和粘结剂。在一些实施例中，粘结剂包括，但不限于：聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶或丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶等。在一些实施例中，导电剂包括，但不限于：基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物和它们的混合物。在一些实施例中，基于碳的材料选自石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯或其任意组合。在一些实施例中，基于金属的材料选自金属粉、金属纤维、铜、镍、铝或银。在一些实施例中，导电聚合物为聚亚苯基衍生物。
在一些实施方式中，正极极片还包括正极集流体，该正极集流体可以采用金属箔片或复合集流体。例如，可以使用铝箔。复合集流体可以通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子基材上而形成。
在一些实施方式中，电解液包含锂盐和非水溶剂。
在一些实施方式中，锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiSiF6、LiBOB和二氟硼酸锂中的一种或多种。举例来说，锂盐可以选用LiPF6。
在一些实施方式中，非水溶剂可为碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、其它有机溶剂或它们的组合。
碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物、氟代碳酸酯化合物或其组合。
链状碳酸酯化合物的实例为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)及其组合。环状碳酸酯化合物的实例为碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)及其组合。氟代碳酸酯化合物的实例为碳酸氟代亚乙酯(FEC)、碳酸1，2-二氟亚乙酯、碳酸1，1-二氟亚乙酯、碳酸1，1，2-三氟亚乙酯、碳酸1，1，2，2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1，2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1，1，2-三氟-2-甲基亚乙酯、碳酸三氟甲基亚乙酯及其组合。
羧酸酯化合物的实例为甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯及其组合。
醚化合物的实例为二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃及其组合。
其它有机溶剂的实例为二甲亚砜、1，2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯和磷酸酯及其组合。
电解液还包含添加剂，其可以是任意可被用作锂离子二次电池的添加剂，本发明不做具体限制，可以根据实际需求进行选择。作为示例，添加剂可以是碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、丁二腈(SN)、己二腈(ADN)、1，3-丙烯磺酸内酯(PST)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、硼酸三甲酯(TMB)或三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)中的一种或多种。
根据本申请的一些实施方式，该电化学装置中，正极与负极之间设有隔离膜以防止短路。本申请的实施例中使用的隔离膜的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔离膜包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。例如，隔离膜可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。具体地，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。粘结剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料包括聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式，本申请的电化学装置包括，但不限于：所有种类的一次电池或二次电池。在一些实施例中，前述电化学装置是锂二次电池。在一些实施例中，锂二次电池包括，但不限于：锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。
第三方面，本申请的电子装置可为任何使用本申请第二方面的电化学装置的装置。
在一些实施例中，电子装置包括，但不限于：笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池或锂离子电容器等。
实施例及对比例
以下，举出实施例和对比例对本申请进一步具体地进行说明，但只要不脱离其主旨，则本申请并不限定于这些实施例。
以下实施例用到的甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇复合物、聚乙烯亚胺、丁羟胶、苯乙烯-丙烯酸酯乳液、聚氨酯或聚乙烯醇等润滑剂均由市售所得，为日本高化学AP5产品。
锂离子软包电池的制备
实施例1
(1)负极极片的制备
将负极活性物质石墨、硅碳、润滑剂甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇复合物、粘结剂聚丙烯酸钠(PAA-Na)、导电剂单壁碳纳米管(SWCNT)、分散剂羧甲基纤维素(CMC)、按照质量比为97.2：1：0.1：1.1：0.1：0.5进行混合，然后加入去离子水作为溶剂，调配成固含量为50％的负极浆料，并搅拌均匀，使用涂布机将浆料均匀涂布在厚度为10μm的负极集流体铜箔的一个表面上，110℃条件下烘干，得到涂层厚度为150μm的单面涂布负极活性材料层的负极极片，然后在该负极极片的另一个表面上重复以上步骤，得到双面涂布有负极活性材料层的负极极片。涂布完成后，将负极极片冷压、裁切成规格为74mm×867mm的片材待用。负极极片的压实(辊压)密度为1.7g/cm3。
(2)正极极片的制备
将正极活性材料钴酸锂(LiCoO2)、导电剂导电炭黑(Super P)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按照质量比97：1.4：1.6的比例进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，形成固含量为75％的正极浆料，并搅拌均匀。将正极浆料均匀涂覆在厚度为10μm的正极集流体铝箔的一个表面上，110℃条件下烘干，得到涂层厚度为110μm的单面涂布正极活性材料层的正极极片。之后，在该正极极片的另一个表面上重复以上涂布步骤，得到双面均涂布正极活性材料的正极极片。涂布完成后，将正极极片干燥、冷压，裁切成规格为74mm×867mm的片材待用。正极极片的压实密度为4.15g/cm3。
(3)电解液的制备
在干燥氩气气氛手套箱中，将六氟磷酸锂(LiPF6)与非水有机溶剂配制成基础电解液，其中，将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)：碳酸丙烯酯(PC)：碳酸二乙酯(DEC)：丙酸乙酯(EP)＝3：1：3：3的质量比进行混合，然后向有机溶剂中加入六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，其中LiPF6的浓度为1mol/L。
(4)隔离膜的制备
隔离膜包括基材层和涂层，其中，基材层为15μm厚的聚乙烯(PE)，在基材层的两侧分别涂覆2μm氧化铝陶瓷层，最后在涂布了陶瓷层的两侧分别涂覆2.5mg的粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)，烘干。
(5)锂离子电池的制备
将上述制备的正极极片、隔离膜、负极极片按顺序依次叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片中间起到隔离的作用，并卷绕得到电极组件。焊接极耳后将电极组件装入铝塑膜包装壳中，放置在85℃真空烘箱中干燥12小时脱去水分，注入上述配好的电解液，经过真空封装、静置、化成(0.02C恒流充电至3.5V，再以0.1C恒流充电至3.9V)、整形、容量测试等工序得到锂离子电池。
实施例2-22
实施例2-22提供的锂离子电池的制备方法可参考实施例1，区别在于负极极片的制备，具体地：
负极活性材料层中，选择性调整润滑剂的种类及其质量百分含量、石墨、硅基材料(硅碳)、导电剂(SWCNT)、分散剂(CMC)、粘结剂(PAA-Na)的质量百分含量。具体数据请见下表1。
对比例1-7
对比例1-7提供的锂离子电池的制备方法可参考实施例1-22，区别在于负极极片的制备，具体地：
对比例1-3中，不添加润滑剂，选择性调整石墨、硅基材料(硅碳)、导电剂(SWCNT)、分散剂(CMC)、粘结剂(PAA-Na)的质量百分含量。具体数据请见下表1。
对比例4-7中，选择性调整润滑剂的种类及其质量百分含量、石墨、硅基材料(硅碳)、导电剂(SWCNT)、分散剂(CMC)、粘结剂(PAA-Na)的质量百分含量。具体数据请见下表1。
实施例1-22和对比例1-7中，当润滑剂选自甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇复合物时，甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇的质量比均取为3∶2。
测试方法
1.损耗因子测试
在聚四氟乙烯的模具中倒入一定量的润滑剂溶液样品，烘干后裁成宽8-10mm、长20mm、厚200μm的润滑剂胶膜样条样品，通过DMA(动态机械分析仪)测试润滑剂样品的弹性模量和储能模量，测试温度为25℃，测试频率为6.28rad/s，振幅应变为0.02％。
损耗因子＝储能模量/弹性模量，弹性模量和储能模量的单位均为GPa，计算得到损耗因子。
2.辊压压力测试：
保持各个负极极片的涂布重量和辊压机辊缝一致，收集辊压机压力数据获得辊压压力数据。
3.极片厚度测试：
使用万分尺测量各个工序条件下负极极片20个不同位置的厚度，取厚度平均值，获得极片厚度数据。
4.粘结力测试：
将负极极片置于60℃烘箱中进行15h烘干，裁切成1.5cm*10cm长条，进行180°剥离测试。具体的测试步骤如下：
使用双面胶将裁切后的极片粘贴在3cm*15cm钢板上，小棍辊压7～8次，使用拉力机进行剥离测试，将钢板固定在下夹具中，上夹具夹住极片，以恒定速率50mm/min拉伸50mm，得到应力与位移数据。
5.孔隙率测定：
使用真密度测试仪(AccuPyc II1340)测试极片的孔隙率
分析原理：气体置换法---应用气体驱替的阿基米德原理(密度＝质量/体积)，利用小分子直径的惰性气体在一定条件下的波尔定律(PV＝nRT)，精确测量被测材料的真实体积，从而得到其真密度和孔隙率。
样品量：要求将极片冲成直径大小为10mm或14mm的圆片，数量大于40片
结果计算：测试结果可以得到样品的真实体积V2，表观体积V1＝S*H*样品数量(S为样品表面积，H为极片厚度)，再根据孔隙率＝(V1-V2)/V1*100％得出样品的孔隙率。
6.极片反弹系数测试：
W＝(h1-h0)/h0*100％，W＜18％；其中，W表示负极极片从辊压工序到半充状态下的反弹系数；h1表示负极极片在半充状态下测量的极片厚度，μm；h0表示负极极片辊压前测量的极片厚度，μm。其中，半充状态是指电芯满充后电芯容量为100％，其50％称为半充状态。
7.循环和膨胀性能测试：
将锂离子电池在25℃下静止5分钟后以0.7C的电流恒流充电至4.45V，再以4.45V的恒压充电至0.05C，静置5分钟。通过MMC测试方法测试锂离子电池三个位置点的厚度，取平均值记为MMC0。然后将锂离子电池以0.5C的电流恒流放电至3.0V，静止5分钟，记录首次循环的放电容量。重复上述充放电循环400圈，记录第400圈循环的放电容量，测试锂离子电池三个位置点的厚度，取平均值MMC400，
400圈循环容量保持率＝(第400圈循环的放电容量/首次循环的放电容量)×100％
400圈电池膨胀率＝(MMC400-MMC0)/MMC0×100％
测试结果
表1
通过表1中实施例1-22和对比例1-3的数据比对可以看出，本申请的含硅负极极片引入损耗因子0.06≤X≤0.12的润滑剂之后，负极极片在加工过程中的厚度反弹率显著降低，同时，电化学装置的循环保持率提升并降低膨胀。这是因为该润滑剂可以在活性材料颗粒表面形成一层塑性或弹性膜，有效避免活性材料颗粒与辊面的直接接触，降低活性材料的滑移阻力，同时还能够减少活性材料颗粒之间的摩擦阻力，降低辊压压力，尤其当硅含量较高时，润滑剂还能够吸收硅基材料颗粒的体积膨胀，防止硅基材料颗粒破裂。
通过表1中实施例1-22与对比例4-7的数据比对可以看出，润滑剂的添加量N满足0.1％≤N≤0.3％的条件下，能够保证电化学装置优异的循环性能，当润滑剂添加量过高时，负极极片粘结力过低，影响电化学装置的循环性能，尤其是循环容量保持率显著下降且膨胀问题严重。这是因为，在负极极片中，添加剂与粘结剂的添加量是相匹配的，润滑剂添加量越高，粘结剂添加量越低，润滑剂添加量高于上限值时，相应的粘结剂含量达不到正常值范围，导致极片粘结力低，在电化学装置组装或者循环过程中产生脱模风险。
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims (10)

1.一种负极极片，包括集流体和设置于所述集流体上至少一侧表面的负极活性材料层，其中，所述负极活性材料层包括硅基材料和润滑剂，所述润滑剂的损耗因子表示为X，满足0.06≤X≤0.12，其中，所述X为所述润滑剂的损耗模量和储能模量的比值；
且，基于所述负极活性材料层的质量，所述润滑剂的质量百分含量表示为N，满足0.1％≤N≤0.3％。
2.根据权利要求1所述的负极极片，其中，0.06≤X≤0.1。
3.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述润滑剂包括甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇复合物、聚乙烯亚胺、丁羟胶、苯乙烯-丙烯酸酯乳液、聚氨酯或聚乙烯醇中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的负极极片，其中，所述润滑剂为甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇复合物，甲基酰胺-丙烯酸酯共聚物和丙三醇的质量比为3:2至9:1。
5.根据权利要求1所述的负极极片，其中，基于所述负极活性材料层的质量，所述硅基材料的质量百分含量表示为M，满足0＜M≤20％。
6.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述硅基材料选自硅、硅氧化合物、硅碳化合物或硅合金中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述负极活性材料层还包括石墨材料。
8.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述负极活性材料层还包括粘结剂；所述粘结剂选自聚丙烯酸钠，基于所述负极活性材料层的质量，所述聚丙烯酸钠的质量百分含量表示为F，满足1.1％≤F≤3.7％。
9.一种电化学装置，其包括正极极片、隔离膜、电解液以及根据权利要求1至8任一项所述的负极极片。
10.一种电子装置，其包括根据权利要求9所述的电化学装置。
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