CN118198268A - 负极极片及其制备方法和锂离子电池 - Google Patents

负极极片及其制备方法和锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN118198268A
CN118198268A CN202410484004.5A CN202410484004A CN118198268A CN 118198268 A CN118198268 A CN 118198268A CN 202410484004 A CN202410484004 A CN 202410484004A CN 118198268 A CN118198268 A CN 118198268A
Authority
CN
China
Prior art keywords
negative electrode
coating layer
slurry coating
electrode slurry
porosity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202410484004.5A
Other languages
English (en)
Inventor
史瑞星
刘健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanjun New Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Lanjun New Energy Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanjun New Energy Technology Co ltd filed Critical Lanjun New Energy Technology Co ltd
Priority to CN202410484004.5A priority Critical patent/CN118198268A/zh
Publication of CN118198268A publication Critical patent/CN118198268A/zh
Priority to PCT/CN2025/089113 priority patent/WO2025218672A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1391Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1393Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1395Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027Negative electrodes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明涉及一种负极极片及其制备方法和锂离子电池。该负极极片包括集流体以及负极涂覆层,负极涂覆层设于集流体上,负极涂覆层包括位于集流体上的第一负极浆料涂层以及位于第一负极浆料涂层远离集流体的一侧的第二负极浆料涂层,第二负极浆料涂层的第二孔隙率大于第一负极浆料涂层的第一孔隙率。该负极极片能提高金属锂的利用率。

Description

负极极片及其制备方法和锂离子电池
技术领域
本发明涉及新能源技术领域,特别涉及一种负极极片及其制备方法和锂离子电池。
背景技术
随着电动汽车、储能设备和便携式电子设备对电池续航能力的更高要求,开发高能量密度的锂离子电池成为研究的热点,提升电芯能量密度一般通过优化电芯系统结构和实用高克容量材料。另外,现有的锂电池体系,化成过程中需要在负极表面消耗活性锂生成固体电解质界面膜(Solid Electrolyte Interface,SEI),导致电芯首效低,且电芯初始能量密度降低。因此,研究者们在电芯设计中添加富余的活性锂(预锂化)来弥补化成过程中的活性锂消耗,增加电芯首圈可逆容量,提高电芯实际的能量密度,在后期循环中多余的活性锂也可以释放用以补充SEI膜不断消耗。目前补锂主要分为正极补锂和负极补锂。其中,负极补锂主要采用金属锂片与负极片压延复合,制备成电芯后,浸入电解液形成电势差(内短路),金属锂片中的金属锂发生氧化,生产锂离子进入电解液,并通过电解液进入(浸入)负极材料,完成负极补锂,但是此补锂方法的金属锂利用率低,且容易形成大量死锂。
发明内容
基于此,有必要提供一种负极极片,旨在提高金属锂的利用率。
一种负极极片,包括:
集流体;以及
负极涂覆层,设于所述集流体的相对的两侧中的至少一侧上,所述负极涂覆层包括位于所述集流体上的第一负极浆料涂层以及第二负极浆料涂层,所述第二负极浆料涂层位于所述第一负极浆料涂层远离所述集流体的一侧,所述第二负极浆料涂层的第二孔隙率大于所述第一负极浆料涂层的第一孔隙率。
在一个实施例中,所述第一孔隙率由所述第一负极浆料涂层的第一组分种类中的石墨的第一粒径分布跨度确定,所述第二孔隙率由所述第二负极浆料涂层的第二组分种类中的石墨的第二粒径分布跨度来确定,其中,粒径分布跨度为(D90-D10)/D50,D10表示粒度累积分布百分数达到10%时所对应的直径,D50表示粒度累积分布百分数达到50%时所对应的直径,D90表示粒度累积分布百分数达到90%时所对应的直径。
在一个实施例中,所述第一孔隙率为10%-40%,所述第二孔隙率为12%-45%。
在一个实施例中,所述第一负极浆料涂层的组分种类和组分含量和所述第二负极浆料涂层的组分种类和组分含量相同。
在一个实施例中,所述第一负极浆料涂层和第二负极浆料涂层均包括负极活性材料、导电剂、粘结剂和分散剂。
在一个实施例中,所述负极活性材料的质量分数为85-98%,所述导电剂的质量分数为1-5%,所述粘结剂的质量分数为1-5%,所述分散剂的质量分数为1-5%,以上质量分数以浆料固含总量为100%。
在一个实施例中,所述负极活性材料包括碳基负极、硅负极以及钛酸锂中的至少一种;
所述导电剂包括炭黑、碳纳米管以及石墨烯中的至少一种;
所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶以及聚乙烯醇中的至少一种;
所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂以及聚丙烯酸中的至少一种。
在一个实施例中,所述负极极片还包括锂金属片,所述锂金属片设于所述第二负极浆料涂层远离所述集流体的一侧。
本发明还提供一种锂离子电池,包括上述负极极片。
本发明还提供一种负极极片的制备方法,包括如下步骤:
在集流体的相对的两侧中的至少一侧上形成包括位于集流体上的第一负极浆料涂层和第二负极浆料涂层的负极涂覆层,所述第二负极浆料涂层位于第一负极浆料涂层远离集流体的一侧,所述第二负极浆料涂层的第二孔隙率大于所述第一负极浆料涂层的第一孔隙率。
在一个实施例中,在形成所述负极涂覆层的步骤中,采用双层涂布技术形成第一负极浆料涂层和第二负极浆料涂层。
在一个实施例中,在形成所述负极涂覆层的步骤中,第一负极浆料涂层由第一负极浆料形成,第二负极浆料涂层由第二负极浆料形成,所述第一负极浆料和所述第二负极浆料均包括负极活性材料、导电剂、粘结剂、分散剂和溶剂;
所述负极活性材料的质量分数为85-98%,所述导电剂的质量分数为1-5%,所述粘结剂的质量分数为1-5%,所述分散剂的质量分数为1-5%,以上质量分数以浆料固含总量为100%;
所述溶剂的质量与所述负极活性材料、所述导电剂、所述粘结剂、所述分散剂及所述溶剂构成的整体的质量比为30%-60%;
所述负极活性材料包括碳基负极、硅负极以及钛酸锂中的至少一种;
所述导电剂包括炭黑、碳纳米管以及石墨烯中的至少一种;
所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶以及聚乙烯醇中的至少一种;
所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂以及聚丙烯酸中的至少一种;
所述溶剂包括去离子水以及N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
在一个实施例中,在形成所述负极涂覆层的步骤之后还包括如下步骤:
在所述第二负极浆料涂层远离所述集流体的一侧形成锂金属片。
在一个实施例中,所述锂金属片采用压延方式与所述负极极片的第二负极浆料涂层复合。
当在上述负极极片的第二负极浆料涂层上设置锂金属片时,进一步,例如,第二负极浆料涂层的第二孔隙率为35%,第二负极浆料涂层的第二孔隙率越大,第二负极浆料涂层的比表面积也就越大,第二负极浆料涂层与锂金属片的接触面积越大,活性位点越多。当包括上述负极极片的电芯浸润在电解液中时,内短路位点多,形成的局部电流密度低,金属锂氧化反应较慢且均匀,通过锂金属片补充的金属锂能够更有效的利用,能够更有效弥补负极生成SEI膜消耗的活性锂,有利于提高锂离子电池的容量保持率,即利于提高包括上述电芯的锂离子电池的循环寿命。而且第二负极浆料涂层的孔隙率越大,金属锂氧化生成的锂离子通过第二负极浆料涂层嵌入第一负极浆料涂层的路径就越短,更有利于靠近集流体的第一负极浆料涂层补锂,能够更有效弥补负极生成SEI消耗的活性锂,利于提高包括上述电芯的锂离子电池的循环寿命。
此外,由于第二负极浆料涂层的孔隙率大于第一负极浆料涂层的孔隙率,而第一负极浆料涂层的孔隙率越小,例如第一负极浆料涂层的孔隙率为10%,在相同体积下,负极浆料的量就越多,就越能提升包括上述负极极片的电芯的能量密度,使得包括上述电芯的锂离子电池具有较高的克容量发挥。因此包括上述负极极片的电芯能兼顾高能量密度和高补锂利用率需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例,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他的附图。
图1为本发明实施例中的负极极片的结构示意图;
图2为本发明另一实施例中的负极极片的结构示意图;
图3为本发明实施例中的负极极片的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,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发明和简化描述,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发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,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。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,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;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,除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
锂离子电池主要包括正极极片、负极极片、锂电池隔膜以及电解液,其中正极极片包括正极集流体以及涂布于正极集流体表面的正极浆料层,负极极片包括负极集流体和位于负极集流体表面的负极涂覆层。如图1所示,本发明实施例中的负极极片。该负极极片10包括集流体200和设于集流体200相对两侧中的至少一侧上的负极涂覆层300。其中,负极涂覆层300包括位于集流体200上的第一负极浆料涂层310以及位于第一负极浆料涂层310远离集流体200的一侧的第二负极浆料涂层320。第二负极浆料涂层320的第二孔隙率大于第一负极浆料涂层310的第一孔隙率。
需要说明的是,通过控制浆料涂层中的物料的粒径分布可以控制浆料涂层的孔隙率大小,粒径分布越宽,孔隙率越低,粒径分布越窄,孔隙率越高。而粒径分布由粒径分布跨度控制。粒径分布跨度:Span=(D90-D10)/D50,D10表示粒度累积分布百分数(0到100%)达到10%时所对应的直径,D50表示粒度累积分布百分数(0到100%)达到50%所对应的直径,D90表示粒度累积分布百分数(0到100%)达到90%所对应的直径。粒径分布跨度越大,表明粒径分布越宽,孔隙率越低;反之,粒径分布跨度越小,粒径分布越窄,孔隙率越高。
在本实施例中,第一负极浆料涂层310的配方和第二负极浆料涂层320的配方相同,也即第一负极浆料涂层310的组分种类和组分含量与第二负极浆料涂层320的组分种类和组分含量均相同。不同之处在于第一负极浆料涂层310的至少一种组分的粒径分布与第二负极浆料涂层320的相同的至少一种组分的粒径分布不同。
具体地,在本实施例中,第一负极浆料涂层310和第二负极浆料涂层320均包括负极活性材料、导电剂、粘结剂和分散剂。其中,负极活性材料的质量分数为85-98%,导电剂的质量分数为1-5%,粘结剂的质量分数为1-5%,分散剂的质量分数为1-5%,以上质量分数以浆料固含总量为100%。
在本实施例中,负极活性材料包括碳基负极、硅负极以及钛酸锂中的至少一种;导电剂包括炭黑、碳纳米管以及石墨烯中的至少一种;粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶以及聚乙烯醇中的至少一种;所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂以及聚丙烯酸中的至少一种。
具体地,在本实施例中,第一负极浆料涂层310的组分种类和第二负极浆料涂层320的组分种类均包括石墨。通过控制第一负极浆料涂层310的石墨的粒径分布跨度与第二负极浆料涂层320的石墨的粒径分布跨度不同来控制第一负极浆料涂层310的第一孔隙率与第二负极浆料涂层320的第二孔隙率的不同。也即在本实施例中,第一孔隙率由第一负极浆料涂层310的第一组分种类中的石墨的第一粒径分布跨度确定,第二孔隙率由第二负极浆料涂层320的第二组分种类中的石墨的第二粒径分布跨度来确定。其中,粒径分布跨度Span=(D90-D10)/D50,D10表示粒度累积分布百分数达到10%时所对应的直径,D50表示粒度累积分布百分数达到50%时所对应的直径,D90表示粒度累积分布百分数达到90%时所对应的直径。
可选的,在本实施例中,第一负极浆料涂层310的第一孔隙率为10%-40%。第二负极浆料涂层320的第二孔隙率为12%-45%。如此,能更好的兼顾第二负极浆料涂层320的第二孔隙率大于第一负极浆料涂层310的第一孔隙率以及包括上述负极极片10的电芯的能量密度。
优选地,在本实施例中,第一负极浆料涂层310的第一孔隙率为15%-20%。第二负极浆料涂层320的第二孔隙率为20%-35%。如此,第一负极浆料涂层310的第一孔隙率较小,而第二负极浆料涂层320的第二孔隙率较大,包括上述负极极片10的电芯能很好的兼顾高能量密度和高补锂利用率需求。
当在上述负极极片10的第二负极浆料涂层320上设置锂金属片500(参见图2)时,进一步,例如,第二负极浆料涂层320的第二孔隙率为35%,第二负极浆料涂层320的第二孔隙率越大,第二负极浆料涂层320的比表面积也就越大,第二负极浆料涂层320与锂金属片500的接触面积越大,活性位点越多。当包括上述负极极片10的电芯浸润在电解液中时,内短路位点多,形成的局部电流密度低,金属锂氧化反应较慢且均匀,通过锂金属片500补充的金属锂能够更有效的利用,能够更有效弥补负极生成SEI膜消耗的活性锂,有利于提高锂离子电池的容量保持率,即利于提高包括上述电芯的锂离子电池的循环寿命。而且第二负极浆料涂层320的孔隙率越大,金属锂氧化生成的锂离子通过第二负极浆料涂层320嵌入第一负极浆料涂层310的路径就越短,更有利于靠近集流体200的第一负极浆料涂层310补锂,能够更有效弥补负极生成SEI消耗的活性锂,利于提高包括上述电芯的锂离子电池的循环寿命。
此外,由于第二负极浆料涂层320的孔隙率大于第一负极浆料涂层310的孔隙率,而第一负极浆料涂层310的孔隙率越小,例如第一负极浆料涂层310的孔隙率为10%,在相同体积下,负极浆料的量就越多,就越能提升包括上述负极极片10的电芯的能量密度,使得包括上述电芯的锂离子电池具有较高的克容量发挥。因此包括上述负极极片10的电芯能兼顾高能量密度和高补锂利用率需求。
可选的,在本实施例中,集流体200的相对的两侧均设置有负极涂覆层300。如此,包括上述负极极片10的电芯能很好的兼顾高能量密度和高补锂利用率需求。可以理解,在其他实施例中,也可以只在集流体200的一侧设置负极涂覆层300。
可选的,在本实施例中,负极极片10包括与集流体200的边缘连接的极耳400,极耳400用于把负极片10与电芯的结构,如极柱进行连接,从而实现电连接。具体地,在本实施例中,集流体200与极耳400的材质相同。集流体200与极耳400的材质可以均为金属铜,也可以均为铜复合集流体。
如图2所示,在本实施例中,负极极片10还包括锂金属片500。锂金属片500设置于负极极片10的第二负极浆料涂层320的远离集流体200的一侧上。如此可以获得具有补锂结构的负极极片。如图2所示,可在集流体200的单侧或两侧设置锂金属片500。
在本实施例中,锂金属片500为金属锂箔。如此,锂金属片500可以采用压延方式与负极极片10的第二负极浆料涂层320复合,从而更便于制备上述补锂负极结构。可以理解,在其他实施例中,锂金属片500也可以为锂粉涂布层。
本发明还提供一种锂离子电池。该锂离子电池包含上述的负极极片。
如图3所示,本发明还提供一种上述负极极片的制备方法。该负极极片的制备方法包括如下步骤:
步骤S610,在集流体上形成负极涂覆层,该负极涂覆层包括位于该集流体上的第一负极浆料涂层和位于第一负极浆料涂层远离集流体的一侧的第二负极浆料涂层,其中,第二负极浆料涂层的第二孔隙率大于第一负极浆料涂层的第一孔隙率。
在本实施例中,第一负极浆料涂层由涂覆于集流体的第一负极浆料形成,第二负极浆料涂层由涂覆于集流体的第二负极浆料形成。
在本实施例中,在形成负极涂覆层的步骤中,可选的,采用双层涂布技术形成第一负极浆料涂层和第二负极浆料涂层。如此,第一负极浆料涂层和第二负极浆料涂层可以同时涂布,无需等待第一负极浆料涂层干燥完成后再涂布第二负极浆料涂层,节省了负极极片制备过程中的人力和物力。可以理解,在其他实施例中,也可以先等待第一负极浆料涂层干燥完成后再涂布第二负极浆料涂层。
在本实施例中,在完成上述步骤后,负极极片的制备方法还需要依次经过烘干步骤,辊压步骤,分切步骤,模切或者裁断步骤后,制备得到负极极片。
在本实施例中,第一负极浆料的配方和第二负极浆料的配方相同,均包括负极活性材料、导电剂、粘结剂、分散剂和溶剂。其中,负极活性材料的质量分数为85-98%,导电剂的质量分数为1-5%,粘结剂的质量分数为1-5%,分散剂的质量分数为1-5%,以上质量分数以浆料固含总量为100%;溶剂的质量与总组分(负极活性材料、导电剂、粘结剂、分散剂和溶剂构成的整体)的质量比为30%-60%。
在本实施例中,负极活性材料包括碳基负极、硅负极以及钛酸锂中的至少一种;导电剂包括炭黑、碳纳米管以及石墨烯中的至少一种;粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶以及聚乙烯醇中的至少一种;所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂以及聚丙烯酸中的至少一种;所述溶剂包括去离子水以及N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
第一负极浆料涂层的至少一种组分的粒径分布与第二负极浆料涂层的至少一种组分的粒径分布不同。可选的,通过控制第一负极浆料涂层的石墨的粒径分布跨度与第二负极浆料涂层的石墨的粒径分布跨度不同来控制第一负极浆料涂层的孔隙率与第二负极浆料涂层的孔隙率的不同。具体参见前文负极极片的相关描述,此处不再详述。
可选地,如图3所示,在步骤S610之后,还包括如下步骤:步骤S620,在第二负极浆料涂层远离集流体的一侧形成锂金属片。
具体地,在本实施例中,锂金属片采用压延方式与负极极片的第二负极浆料涂层复合,从而更便于制备得到具有补锂结构的负极极片。
以下结合具体实施例和对比例进行进一步说明。
(1)制备具有补锂结构的负极极片
(1.1)按照质量比为95:2:2:1称取碳基负极(负极活性材料)、炭黑、丁苯橡胶(styrene-butadiene rubber,SBR)和羧甲基纤维素钠(Sodiumcarboxymethyl cellulose,CMC),其中,碳基负极具体为石墨,石墨的粒径分布跨度为S1;按照质量比为52:48,将上述物料与去离子水(溶剂)混合均匀,得到第一负极浆料。
(1.2)按照质量比为95:2:2:1称取碳基负极(负极活性材料)、炭黑(导电剂)、丁苯橡胶(SBR,粘结剂)和羧甲基纤维素钠(CMC,分散剂),其中,碳基负极具体为石墨,石墨的粒径分布为S2;负极活性材料、导电剂、粘结剂和分散剂构成的整体为物料,按照质量比为52:48将上述物料与去离子水(溶剂)混合均匀,得到第二负极浆料。
(1.3)在厚度为6μm的金属铜(集流体)的两侧分别涂布厚度为70μm的第一负极浆料,得到第一中间极片,将第一中间极片放入烘箱中烘干,烘箱的温度为65℃,烘干时间为2min,得到第一烘干极片。采用图像分析方法检测第一负极浆料涂层的孔隙率a1。在第一烘干极片的两侧分别涂布厚度为80μm的第二负极浆料,将第二中间极片放入烘箱中烘干,烘箱的温度为65℃,烘干时间为2min,得到第二烘干极片。采用图像分析方法检测第二负极浆料涂层的孔隙率a2。对第二烘干极片进行辊压步骤,分切步骤,模切步骤后,制备得到负极极片。
(1.4)采用压延方式在负极极片的两个第二负极浆料涂层上分别复合厚度为2μm的金属锂箔,该工序加工完毕后,金属锂箔被完全吸收到负极极片内。
(2)制备锂离子电池
将正极极片、负极极片、隔膜进行叠片,放到铝壳中,注入电解液化成得到锂离子电池。其中,正极极片的主材为磷酸铁锂。
按照上述方法进行实施例1-4以及对比例1-2,并采用电池容量测试系统进行容量保持率测试和正极克容量发挥测试,测试结果如下:
根据上表可知,实施例1-4和对比例1、2相比,第二负极浆料涂层孔隙率高,第一负极浆料涂层孔隙率低的负极极片能够提高补锂利用率,从而提高锂离子电池的三百次容量保持率、六百次容量保持率,也即能够提供锂离子电池的循环寿命。
实施例2相对于实施例1,循环寿命较好,且克容量发挥较高,表明当第一负极浆料涂层的孔隙率相同时,第二负极浆料涂层采用更高孔隙率的负极极片更有利于提高补锂利用率,提高循环寿命,提高能量密度。
实施例3相对于实施例2,循环寿命较好,且克容量发挥较高,表明当第二负极浆料涂层的孔隙率相同时,第一负极浆料涂层采用更低孔隙率的负极极片更有利于提高补锂利用率,提高循环寿命,提高能量密度。
实施例4相对于实施例3,循环寿命较差,且克容量发挥较低,表明当第一负极浆料涂层的孔隙率相同时,第二负极浆料涂层采用过高孔隙率的负极极片不利于提高补锂利用率,不利于提高循环寿命,不利于提高能量密度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种负极极片,其特征在于,包括:
集流体;以及
负极涂覆层,设于所述集流体的相对的两侧中的至少一侧上,所述负极涂覆层包括位于所述集流体上的第一负极浆料涂层以及第二负极浆料涂层,所述第二负极浆料涂层位于所述第一负极浆料涂层远离所述集流体的一侧,所述第二负极浆料涂层的第二孔隙率大于所述第一负极浆料涂层的第一孔隙率。
2.如权利要求1所述的负极极片,其特征在于,所述第一孔隙率由所述第一负极浆料涂层的第一组分种类中的石墨的第一粒径分布跨度确定,所述第二孔隙率由所述第二负极浆料涂层的第二组分种类中的石墨的第二粒径分布跨度来确定,其中,粒径分布跨度为(D90-D10)/D50,D10表示粒度累积分布百分数达到10%时所对应的直径,D50表示粒度累积分布百分数达到50%时所对应的直径,D90表示粒度累积分布百分数达到90%时所对应的直径。
3.如权利要求1所述的负极极片,其特征在于,所述第一孔隙率为10%-40%,所述第二孔隙率为12%-45%。
4.如权利要求2所述的负极极片,其特征在于,所述第一负极浆料涂层的组分种类和组分含量和所述第二负极浆料涂层的组分种类和组分含量相同。
5.如权利要求4所述的负极极片,其特征在于,所述第一负极浆料涂层和第二负极浆料涂层均包括负极活性材料、导电剂、粘结剂和分散剂。
6.如权利要求5所述的负极极片,其特征在于,所述负极活性材料的质量分数为85-98%,所述导电剂的质量分数为1-5%,所述粘结剂的质量分数为1-5%,所述分散剂的质量分数为1-5%,以上质量分数以浆料固含总量为100%。
7.如权利要求5所述的负极极片,其特征在于,所述负极活性材料包括碳基负极、硅负极以及钛酸锂中的至少一种;
所述导电剂包括炭黑、碳纳米管以及石墨烯中的至少一种;
所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶以及聚乙烯醇中的至少一种;
所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂以及聚丙烯酸中的至少一种。
8.如权利要求1所述的负极极片,其特征在于,所述负极极片还包括锂金属片,所述锂金属片设于所述第二负极浆料涂层远离所述集流体的一侧。
9.一种锂离子电池,其特征在于,包括如权利要求1-8任一项所述的负极极片。
10.一种负极极片的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
在集流体的相对的两侧中的至少一侧上形成包括位于集流体上的第一负极浆料涂层和第二负极浆料涂层的负极涂覆层,所述第二负极浆料涂层位于第一负极浆料涂层远离集流体的一侧,所述第二负极浆料涂层的第二孔隙率大于所述第一负极浆料涂层的第一孔隙率。
11.如权利要求10所述的负极极片的制备方法,其特征在于,在形成所述负极涂覆层的步骤中,采用双层涂布技术形成第一负极浆料涂层和第二负极浆料涂层。
12.如权利要求10所述的负极极片的制备方法,其特征在于,在形成所述负极涂覆层的步骤中,第一负极浆料涂层由第一负极浆料形成,第二负极浆料涂层由第二负极浆料形成,所述第一负极浆料和所述第二负极浆料均包括负极活性材料、导电剂、粘结剂、分散剂和溶剂;
所述负极活性材料的质量分数为85-98%,所述导电剂的质量分数为1-5%,所述粘结剂的质量分数为1-5%,所述分散剂的质量分数为1-5%,以上质量分数以浆料固含总量为100%;
所述溶剂的质量与所述负极活性材料、所述导电剂、所述粘结剂、所述分散剂及所述溶剂构成的整体的质量比为30%-60%;
所述负极活性材料包括碳基负极、硅负极以及钛酸锂中的至少一种;
所述导电剂包括炭黑、碳纳米管以及石墨烯中的至少一种;
所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶以及聚乙烯醇中的至少一种;
所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂以及聚丙烯酸中的至少一种;
所述溶剂包括去离子水以及N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
13.如权利要求10所述的负极极片的制备方法,其特征在于,在形成所述负极涂覆层的步骤之后还包括如下步骤:
在所述第二负极浆料涂层远离所述集流体的一侧形成锂金属片。
14.如权利要求13所述的负极极片的制备方法,其特征在于,所述锂金属片采用压延方式与所述负极极片的第二负极浆料涂层复合。
CN202410484004.5A 2024-04-19 2024-04-19 负极极片及其制备方法和锂离子电池 Pending CN118198268A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410484004.5A CN118198268A (zh) 2024-04-19 2024-04-19 负极极片及其制备方法和锂离子电池
PCT/CN2025/089113 WO2025218672A1 (zh) 2024-04-19 2025-04-15 负极极片及其制备方法和锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410484004.5A CN118198268A (zh) 2024-04-19 2024-04-19 负极极片及其制备方法和锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118198268A true CN118198268A (zh) 2024-06-14

Family

ID=91406282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410484004.5A Pending CN118198268A (zh) 2024-04-19 2024-04-19 负极极片及其制备方法和锂离子电池

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN118198268A (zh)
WO (1) WO2025218672A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119480906A (zh) * 2024-10-18 2025-02-18 浙江锂威能源科技有限公司 负极极片、电池以及用电设备
WO2025218672A1 (zh) * 2024-04-19 2025-10-23 兰钧新能源科技有限公司 负极极片及其制备方法和锂离子电池

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022077371A1 (zh) * 2020-10-15 2022-04-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池、其制备方法、及其相关的电池模块、电池包和装置
CN113745451A (zh) * 2021-08-30 2021-12-03 湖北亿纬动力有限公司 一种负极片、负极片的制备方法及锂离子电池
CN113675365B (zh) * 2021-09-01 2023-11-24 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及锂离子电池
CN115939306B (zh) * 2022-09-16 2024-09-06 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极片、电极组件、电池单体、电池和用电设备
CN117117095A (zh) * 2023-08-18 2023-11-24 江苏正力新能电池技术有限公司 一种负极极片及锂离子电池
CN117374219A (zh) * 2023-11-08 2024-01-09 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片和锂离子电池
CN118198268A (zh) * 2024-04-19 2024-06-14 兰钧新能源科技有限公司 负极极片及其制备方法和锂离子电池

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025218672A1 (zh) * 2024-04-19 2025-10-23 兰钧新能源科技有限公司 负极极片及其制备方法和锂离子电池
CN119480906A (zh) * 2024-10-18 2025-02-18 浙江锂威能源科技有限公司 负极极片、电池以及用电设备
CN119480906B (zh) * 2024-10-18 2025-12-19 浙江锂威能源科技有限公司 负极极片、电池以及用电设备

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025218672A1 (zh) 2025-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103855358B (zh) 锂电池负极及其制备方法、锂电池与应用
US20130143126A1 (en) Cathode current collector coated with primer and magnesium secondary battery comprising the same
CN112825354B (zh) 锂负极及其制备方法、锂二次电池
CN118198268A (zh) 负极极片及其制备方法和锂离子电池
CN115939308A (zh) 一种补锂正极极片及其制备方法与锂离子电池
CN105655147B (zh) 一种锂离子电容器负极单元及其制备方法、锂离子电容器
CN112164830B (zh) 一种含固态电解质的扣式锂电池及其制造方法
WO2025039476A1 (zh) 正极活性材料、正极极片、锂离子电池及用电设备
WO2025082548A1 (zh) 一种正极极片及其制备方法和锂离子电池
CN117810358A (zh) 一种复合负极片及其制备方法和锂离子电池
CN105810452A (zh) 一种锂离子电容器负极预嵌锂的方法
CN217134409U (zh) 一种电池极芯和二次电池
CN118398765B (zh) 电极组件、电极组件的制造方法和电化学装置
CN117461155A (zh) 电极及其制备方法、电池和用电装置
CN111613771A (zh) 电池负极及其制备方法和应用
CN117438587B (zh) 一种硅基负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池
US20250385270A1 (en) Secondary battery
CN208336372U (zh) 电极极片、电极组件及二次电池
CN210074034U (zh) 一种锂离子电池负极片及锂离子电池
CN119764612A (zh) 负极片及其制备方法、电池及用电设备
CN220527133U (zh) 复合隔膜、钠离子电池以及用电装置
CN118336249A (zh) 单体电池及电池包
CN114883575B (zh) 锂离子电池及其制备方法
CN117878304A (zh) 正极极片材料、正极极片及电池
CN117253978A (zh) 负极极片及其制备方法和锂离子电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination