CN211789266U - 多功能复合负极片及二次电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能复合负极片及二次电池，该多功能复合负极片包括负极集流体层和负极活性物质层，负极活性物质层包括多个负极活性物质组件，负极活性物质组件由负极材料、粘结剂和导电添加剂制得，多个负极活性物质组件以二维叠层结构或三维堆垛结构分布在负极集流体层和隔膜之间，多个负极活性物质组件的物理性质不同或化学组成不同。本实用新型通过对负极活性物质层进行结构设计，充分发挥不同负极活性物质组件的功能，克服了现有技术中负极活性物质层结构单一，功能存在短板的缺陷，得到了兼顾安全性、倍率特性、高低温特性、服役寿命、循环寿命等综合优异性能的多功能复合负极片及二次电池。

Description

多功能复合负极片及二次电池

技术领域

本实用新型属于电化学储能器件与新能源材料领域，涉及一种多功能复合负极片及二次电池。

背景技术

目前商用的二次电池，以锂离子二次电池为例，电池主要由正极片、隔膜、负极片通过卷绕、叠片等物理方式结合，然后装入封装材料中注入工作电解质制成。这种操作方式便捷，便于工业化及大规模自动化生产，是目前主流的锂离子电池制成方式。

近年来，随着世界范围新能源汽车、规模化储能、国防安全及航空航天等领域的快速发展，各领域对电池性能的要求越来越高，以新能源汽车为例，我国在新能源汽车方面以电池能量密度及续航里程为参考依据，对新能源汽车进行补贴。能量密度越高，续航里程越远的车型，所获得的补贴额度越高。为了提升车辆续航，电池供应商在逐步设计提升电池的能量密度，其中一种有效的方式是采用高能量密度的负极材料，如含硅负极材料，这类负极材料的使用虽然可以显著提高电池的能量密度，但由于高能量密度的含硅负极材料循环及服役寿命较差，安全性不佳，在提升电池能量密度的同时，无法有效保障电池的长循环寿命及安全性需求。此外，在一些特殊领域，如军工国防，无人机，极低温等工况条件下，传统的锂离子电池在综合性能保障方面也存在不足。

为解决上述安全性差、服役寿命及循环寿命短、能量密度低、倍率性能差等问题，各电池厂、车企在电池结构刚性化、电池管理系统及冷却系统方案设计方面做了大量工作，以确保电池在出现故障的情况下，不至于引起驾驶人人身安全问题，同时延长电池服役寿命，但效果有限，此外，上述措施主要以预防为主，没有从源头上提供电池安全性的解决方案及延长电池工况循环寿命的方案。

实用新型内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种多功能复合负极片，该多功能复合负极片包括负极集流体层和负极活性物质层，所述负极活性物质层包括多个负极活性物质组件，所述负极活性物质组件包括负极材料，其中多个负极活性物质组件以二维叠层结构或三维堆垛结构分布在负极集流体层和隔膜之间，多个负极活性物质组件的物理性质不同或化学组成不同。本实用新型通过对负极活性物质层进行结构设计，充分发挥不同负极活性物质组件的功能，克服了现有技术中负极活性物质层结构单一，功能存在短板的缺陷，得到了兼顾安全性、倍率特性、高低温特性、服役寿命、循环寿命、能量存储密度等综合优异性能的多功能复合负极片及二次电池，从而完成本实用新型。

本实用新型的目的一方面在于提供一种多功能复合负极片，所述多功能复合负极片包括负极集流体层和负极活性物质层，所述负极活性物质层包括多个负极活性物质组件，所述负极活性物质组件由负极材料、粘结剂和导电添加剂制得。

多个负极活性物质组件在负极集流体层和隔膜之间呈二维叠层或三维堆垛结构分布。

所述三维堆垛结构分布包括等间隔结构分布和齿形阵列结构分布。

所述多个负极活性物质组件中的负极材料相同，所述负极材料的浓度不同。

多个负极活性物质组件呈梯度结构分布。

所述多个负极活性物质组件中的负极材料的浓度呈梯度变化。

所述负极材料的浓度由负极集流体层至隔膜方向逐渐减小。

所述多个负极活性物质组件中的负极材料不同。

所述等间隔结构分布包括等间隔矩形分布；

所述齿形阵列结构分布为矩形齿阵列式分布、三角齿阵列式分布或梯形齿阵列式分布中的至少一种。

所述齿形阵列结构分布为矩形齿阵列式分布、三角齿阵列式分布或梯形齿阵列式分布。

本实用新型的再一方面提供一种包含本实用新型第一方面所述的多功能复合负极片的二次电池。

本实用新型所具有的有益效果为：

(1)本实用新型提供的多功能复合负极片的负极活性物质层包括多个负极活性物质组件，多个负极活性物质组件的物理性质不同或化学组成不同，从而增强了负极片的功能，如防止低温充电析锂；

(2)本实用新型通过设计多个负极活性物质组件为二维层状堆叠分布方式，克服单一组分的功能缺陷，使得最终制备的二次电池具有优异的倍率特性、循环寿命长、能量密度高的优点；

(3)本实用新型通过设计多个负极活性物质组件为三维堆垛结构设计，增大负极活性物质组件之间的接触面积，增强粘结力，增大了不同活性物质组件与电解液之间的接触面积，从而进一步提高电池的倍率特性；

(4)本实用新型所提供多功能复合负极片及包含其的二次电池，克服了现有负极活性物质层组分单一，功能单一的缺陷，得到了综合性能优异的多功能复合负极片及二次电池，如具有功率密度高、能量密度高、低温放电倍率性能好、高温循环寿命长、安全性高等优点，适于大规模推广。

附图说明

图1示出二次电池工作原理示意图；

图2示出二次电池的结构示意图；

图3示出本实用新型对比例1所得负极片的结构示意图；

图4示出本实用新型实施例1所得多功能复合负极片的结构示意图；

图5示出本实用新型实施例2所得多功能复合负极片的结构示意图；

图6示出本实用新型实施例4所得多功能复合负极片的结构示意图；

图7示出本实用新型实施例实用新型5所得多功能复合负极片的结构示意图；

图8示出本实用新型实施例6所得多功能复合负极片的结构示意图；

图9示出本实用新型实施例7所得多功能复合负极片的结构示意图。

图10示出本实用新型实验例3和对比例1、对比例2所测得的倍率和首次充放电效率特性对比图；

图11示出本实用新型实验例3和对比例1、对比例2所测得的放电容量特性对比图。

附图标号说明：

100-正极片；

101-正极集流体层；

102-正极活性物质层；

200-隔膜；

300-负极片；

301-负极集流体层；

302-负极活性物质层

3021-第一负极活性物质组件；

3021’-第一矩形齿；

3022’-第二矩形齿；

3022-第二负极活性物质组件；

3023-第三负极活性物质组件；

3024-第四负极活性物质组件；

302n-第n负极活性物质组件。

具体实施方式

下面通过附图和优选实施方式对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。

如图1所示，为锂离子二次电池的基本工作原理图，充电时，锂离子从正极片活性物质层中的正极材料颗粒内部通过扩散方式达到颗粒表面，随后通过表面迁移及液态电解质的输送，穿过多孔隔膜后，达到负极片活性物质层负极材料颗粒表面，与此同时，电子从正极材料颗粒中经由正极集流体铝箔及外电路输运到负极颗粒表面，与正极迁移过来的锂离子复合后扩散至负极材料颗粒内部，完成充电过程；放电过程则正好相反。

在上述电池工作原理中，正极集流体，负极集流体分别承担支撑电极活性物质层及传导电子功能，充电时，正极活性物质层提供锂离子，液态电解质承担电池内部离子的输运功能，隔膜承担隔离正极片与负极片功能，负极活性物质层主要用于储存由正极过来的电子与离子。

图2展示了二次电池的基本结构示意图，主要包含四大部分，正极片100、隔膜200、负极片300及浸润其中的液态电解质。其中正极片100由正极集流体层101及正极活性物质层102构成，隔膜200由有机高分子材料构成，负极片300由负极集流体层301及负极活性物质层302构成，液态电解质在干燥惰性气氛中通过负压形式注入到二次电池中。

根据本实用新型，提供一种二次电池用多功能复合负极片，该多功能复合负极片包括负极集流体层101和负极活性物质层102。

本实用新型中的多功能复合负极片适用于但不限于锂离子、钠离子、镁离子、铝离子等基于液态电解质为工作介质的二次电池。

根据本实用新型，负极集流体层301基材为耐还原、抗有机电解质腐蚀的金属箔材或合金，优选地，负极集流体层301基材包含但不限于铜箔、含铜90％以上的铜合金、不锈钢、钛、钛合金、镍、镍合金、铁、铁合金等中的至少一种，更优选为铜箔和/或含铜90％以上的铜合金，例如铜箔。

根据本实用新型，负极集流体层301基材的厚度为4～10μm，更优选为6～8μm，例如6μm或8μm。

本发明人发现，现有负极活性物质层组分单一，不能兼顾电池实际使用中的各种要求，如功率密度、能量密度、低温放电倍率、高温循环寿命、安全性等综合指标的要求。例如，常规单一结构设计的石墨负极片用于锂离子二电池中，在低温高倍率充电时，容易出现析锂现象，导致电池安全性、循环寿命急剧恶化；本发现，采用石墨和硬碳结合设计的复合负极片，在不牺牲能量密度等其它原有性能优势的前提下，可有效的解决低温高倍率充电带来的安全隐患和循环寿命恶化问题。

根据本实用新型，负极活性物质层302包括多个(两个以上)负极活性物质组件，多个负极活性物质组件的物理性质不同或化学组成不同。

根据本实用新型，负极活性物质层302的厚度为40～150μm，优选为70～120μm，更优选为100μm。

根据本实用新型，负极活性物质组件由负极材料、粘结剂和导电添加剂制得，优选地，负极材料、粘结剂和导电添加剂经过物理接触或化学键作用方式结合。

根据本实用新型，负极活性物质组件中，负极材料的质量分数(浓度)为80％-99.6％，粘结剂的质量分数(浓度)为0.2％-10％，导电添加剂的质量分数(浓度)为0.2％-10％。

根据本实用新型优选的实施方式，负极材料为可用于锂离子、钠离子、镁离子、铝离子二次电池的负极材料中的至少一种，优选地，负极材料选自包括但不限于金属及其合金、碳负极材料、钛酸锂、含硅负极、含锡负极、过渡金属化合物负极中的至少一种。

根据本实用新型，金属及其合金选自金属锂、锂合金、金属钠、钠合金、金属钾、钾合金中的至少一种；碳负材料选自天然石墨、人造石墨、人造中间相碳微球、硬碳、软碳中的至少一种，含硅负极选自氧化亚硅，硅，硅碳复合负极中的至少一种，硅碳复合负极选自纳米硅/硬碳、纳米硅/无定形碳、纳米硅/软碳、纳米硅/石墨、纳米硅/人造中间相碳微球中的一种或几种，含锡负极选自二氧化锡、一氧化锡、锡锑合金中的一种或几种。

根据本实用新型，过渡金属化合物以A_xB_y表示，其中，A为可变价的过渡金属元素，优选包括但不限于Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Zn、Ru、Mo、Sn、Sb、Co中的至少一种；B为非金属元素，优选包括但不限于C、F、O、S、N中的至少一种，

优选地，所述过渡金属化合物选自二氧化钛、一氧化锡、二氧化锡、二氧化锰中的至少一种。

根据本实用新型一种优选的实施方式，多个负极活性物质层中的负极活性物质组件以二维叠层结构分布在负极集流体层和隔膜之间。

根据本实用新型另一种优选的实施方式，多个负极活性物质层中的负极活性物质组件以三维堆垛结构分布在负极集流体层和隔膜之间。

根据本实用新型一种优选的实施方式，多个负极活性物质组件为二维叠层结构分布或三维堆垛结构分布时，多个负极活性物质组件中的负极材料的种类相同，负极材料的质量分数(浓度)不同，优选地，由负极集流体层至隔膜层方向上，负极材料的浓度由高至低。

根据本实用新型另一种优选的实施方式，多个负极活性物质组件为二维叠层结构分布或三维堆垛结构分布时，多个负极活性物质组件中的负极材料的种类不同，优选地，负极材料的浓度相同。

根据本实用新型优选的实施方式，多个负极活性物质组件为二维叠层结构分布时，多个负极活性物质组件中的负极材料不同，多个负极活性物质组件呈梯度结构分布，优选地，多个负极活性物质组件中的负极材料的浓度呈梯度变化，更优选地，由负极集流体层至隔膜的方向上，多个负极活性物质组件按照其所包含的负极材料的质量分数(浓度)逐渐减小或由高至低逐渐减小。

根据本实用新型优选的实施方式，负极活性物质层中，不同负极活性物质组件可为二维层状分布的方式结合，优选地，负极活性物质组件以堆叠的方式结合，每层负极活性物质组件的厚度均匀，例如二维双层叠层结合、二维多层叠层结合。

根据本实用新型优选的实施方式，负极活性物质层中，不同负极活性物质组件中的负极材料的种类不同，负极活性物质层中不同负极活性物质组件可通过二维叠层结构或三维堆垛结构分布。

根据本实用新型一种优选的实施方式，负极活性物质层中，含不同负极材料种类的不同负极活性物质组件以二维层状分布，即不同负极活性物质组件二维叠层分布堆叠在负极集流体层上，如二维双层叠层分布、二维多层叠层分布，优选地，各负极活性物质组件的厚度均匀，更优选地，各负极活性物质组件的厚度相同或不同，各负极活性物质组件的厚度根据实际需要进行设计。

根据本实用新型另一种优选的实施方式，负极活性物质层中，含不同负极材料种类的多个负极活性物质组件以三维堆垛方式结合，三维堆垛方式为三维规则结构或三维不规则结构。

根据本实用新型优选的实施方式，多个(如两个)负极活性物质组件为三维叉齿结构分布或等间隔结构分布，三维叉齿结构分布优选为齿形阵列结构分布。

根据本实用新型优选的实施方式，多个负极活性物质组件在负极集流体层上交替分布或等间隔结构分布，即多个负极活性物质组件分别与负极集流体层交替接触，等间隔分布如等间隔矩形分布、等间隔梯形分布或等间隔三角形分布。其中，矩形、梯形、三角形为正极活性物质组件的截面形状。

根据本实用新型一种优选的实施方式，不同负极活性物质组件呈齿形阵列结构分布，从而使得多个负极活性物质组件之间的活性物质层接触面积增大，增强不同负极活性组件间的粘结力，同时，也能扩大负极活性物质层与电解液之间的接触面积，提升负极材料的电化学性能，进而提高电池的倍率特性。

根据本实用新型优选的实施方式，三维叉齿结构分布(齿形阵列结构分布)优选为矩形齿阵列式、三角齿阵列式、梯形齿阵列式等中的一种或几种。

根据本实用新型优选的实施方式，粘结剂为可用于二次电池负极材料粘结剂的有机高分子材料，优选地，粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液中的一种或几种。

根据本实用新型优选的实施方式，导电添加剂为碳材料，优选选自炭黑、碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、科琴黑等中的至少一种，例如炭黑。

实用新型实用新型

本实用新型的多功能复合负极片的制备方法包括：在负极集流体层上制备负极活性物质层，

优选地，负极活性物质层由负极活性物质组件通过喷涂、间隔涂布(等间隔挤压式涂布)、带掩模结构的溅射(掩模版溅射)、脉冲激光沉积、原子层沉积、电化学沉积、脉冲激光沉积、3D打印、辊压等中的一种或几种方式形成。

根据本实用新型一种优选的实施方式，多功能复合负极片的制备过程：负极材料、导电添加剂和粘结剂混合制备成浆料，将浆料涂布在负极集流体层上，烘干，由此，得到第一活性物质组件与负极集流体层形成的极片，根据负极活性物质层的结构设计，在极片上形成其他负极活性物质组件，得到多功能复合负极片；

优选地，按质量比称取负极材料、导电添加剂和粘结剂，并逐步加入到溶剂(如NMP)中，控制固含量为40％～60％，搅拌均匀，得到混合浆料，将混合浆料涂布于负极集流体层上，根据负极活性物质层的结构设计，形成其他负极活性物质组件，由此，得到多功能复合负极片，例如具有二维叠层结构或等间隔(矩形)分布结构的负极活性物质组件可通过喷涂、等间隔挤压式涂布、辊压等方式得到。

根据本实用新型另一种优选的实施方式，多功能复合负极片的制备过程：负极材料、导电添加剂和粘结剂按质量比混合，形成干粉混合物，将干粉混合物沉积至负极集流体层(或其他负极活性物质组件)上，得到第一负极活性物质组件与负极集流体层形成的极片，根据负极活性物质层的结构设计，在该极片上形成其他负极活性物质组件，得到多功能复合负极片。例如，齿形阵列结构可通过间隔涂布、带掩模结构的溅射、辊压、脉冲激光沉积、化学气相沉积、电化学沉积、原子层沉积、3D打印等方式得到。

本实用新型提供一种包含多功能复合负极片的二次电池，该二次电池包括所述多功能复合负极片、隔膜、正极片，正极片、隔膜和多功能复合负极片通过卷绕、叠层等物理方式组合在一起，装入封装材料中注入电解液制得所述二次电池，优选地，隔膜和正极片为本领域常规的正极片和隔膜。

本实用新型所提供的多功能复合负极片，通过对负极活性物质层的结构进行设计，设计为二维叠层结构或三维堆垛结构，克服了现有负极活性物质层结构组分单一，功能单一的缺点，改善了传统二次电池中设计不足，得到了综合性能优异的多功能复合负极片及二次电池，如具有功率密度高、能量密度高、低温放电倍率性能好、低温耐过充、高温循环寿命长、安全性高等优点，适于大规模推广。

根据本实用新型，包括多功能复合负极片的二次电池与传统负极片相比，放电容量高，能够显著改善电池的低温特性；并且倍率特性不受明显影响的前提下，具有更高的能量密度。例如，测试电压范围0.005V-2.8V，测试温度为25℃，包含多功能复合负极片的电池的1C/0.1C放电容量占比提高4％以上，在保持倍率特性基本不受影响的前提下，首次放电(库伦)效率提高5％以上。

实施例

实施例1

一种多功能复合负极片，包括负极集流体层301和负极活性物质层302，其中，负极集流体层301为铜箔，负极活性物质层包括第一负极活性物质组件3021和第二负极活性物质组件3022，第一负极活性物质组件3021的活性物质为石墨，质量分数为97％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为1.5％，导电添加剂为炭黑，质量分数为1.5％；第二负极活性物质组件3022的活性物质为硬碳类负极材料，质量分数为97％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为1.5％，导电添加剂为炭黑，质量分数为1.5％。第一负极活性物质组件3021和第二负极活性物质组件3022在负极集流体层301上等间隔矩形分布，如图4所示。

该多功能复合负极片制备过程为：

(1)按照97：1.5：1.5的质量比称取石墨、聚偏氟乙烯、炭黑，并逐步添加至NMP溶剂中，控制固含量在50％，搅拌均匀后，使用自动涂布机将上述浆料均匀等间隔的涂布于铜箔上，烘干待用；

(2)按照97：1.5：1.5的质量分数称取硬碳、聚偏氟乙烯、炭黑，并逐步添加至NMP溶剂中，控制固含量为50％，搅拌均匀后，采用自动涂布机将上述浆料均匀的涂布于(1)中负极极片的等间隔留白区域，烘干，得到多功能复合正极片。

实施例2

一种多功能复合负极片，包括负极集流体层301和负极活性物质层302，其中，负极集流体层301为铜箔，负极活性物质层302包括n个负极活性物质组件，负极活性物质组件中的负极材料相同，负极材料均为硬碳类负极材料，但各个负极活性物质组件中硬碳的质量分数不同，n个负极活性物质组件呈二维层状结构分布，由负极集流体层301至隔膜方向依次为第一负极活性物质组件3021，第二负极活性物质组件3022，……，第n负极活性物质组件302n，如图5所示，其中，第一负极活性物质组件3021的负极材料为硬碳，质量分数为98％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为1.0％，导电添加剂为炭黑，质量分数为1.0％，第二负极活性物质组件3022的负极材料为硬碳，质量分数为96％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为2％，导电添加剂为炭黑，质量分数为2％，如图5所示。

该多功能复合负极片制备过程为：

(1)按照98：1：1的质量比称取硬碳、聚偏氟乙烯、炭黑，并逐步添加至NMP溶剂中，控制固含量为50％，搅拌均匀后，使用自动涂布机将上述浆料均匀连续的涂布于铜箔上，烘干待用；

(2)按照96：2：2的质量比称取硬碳、聚偏氟乙烯、炭黑，并逐步添加至NMP溶剂中，控制固含量为50％，搅拌均匀后，使用自动涂布机将上述浆料均匀连续的涂布于(1)中烘干的极片上层，烘干待用；…

(n)根据第n个负极活性物质组件302n，按照质量比称取硬碳、聚偏氟乙烯、炭黑，并逐步添加至NMP溶剂中，控制固含量在50％，搅拌均匀后，使用自动涂布机将上述浆料均匀连续的涂布于(n-1)中烘干的极片上层，烘干，得到多功能复合负极片。

实施例3

一种多功能复合负极片，包括负极集流体层301和负极活性物质层302，其中，负极集流体层301为铜箔，负极活性物质层302包括2个负极活性物质组件，负极活性物质组件中的负极材料不同，2个负极活性物质组件呈二维层状结构分布，其中，第一负极活性物质组件3021的负极材料为石墨，质量分数为97％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为1.0％，导电添加剂为炭黑，质量分数为2.0％；第二负极活性物质组件3022的负极材料为硬碳，质量分数为97％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为1.0％，导电添加剂为炭黑，质量分数为2.0％。

该多功能复合负极片制备过程为：

(1)按照97：1：2的质量比称取石墨、聚偏氟乙烯、炭黑，并逐步添加至NMP溶剂中，控制固含量为50％，搅拌均匀后，使用自动涂布机将上述浆料均匀连续的涂布于铜箔上，烘干待用；

(2)按照97：1：2的质量比称取硬碳、聚偏氟乙烯、炭黑，并逐步添加至NMP溶剂中，控制固含量为50％，搅拌均匀后，使用自动涂布机将上述浆料均匀连续的涂布于(1)中烘干的极片上层，烘干，得到多功能复合负极片。

实施例4

一种多功能复合负极片，包括负极集流体层301和负极活性物质层302，其中，负极集流体层301为铜箔，负极活性物质层包括n个负极活性物质组件，n个负极活性物质组件中的负极材料相同，负极材料为石墨，n个负极活性物质组件呈梯度结构分布，由负极集流体层301至隔膜方向(图中箭头所指方向)依次为第一负极活性物质组件，第二负极活性物质组件，第三负极活性物质组件，……，第n负极活性物质组件，负极材料的质量分数(浓度)呈梯度变化变化，由第一至第n活性组件中的石墨的浓度逐渐变小，其中，第一负极活性物质组件中石墨的质量分数为98％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为1.0％，导电添加剂为炭黑，质量分数为1.0％，如图6所示。

该多功能复合负极片的制备过程为：

(1)根据第一负极活性物质组件3021，按照质量比98：1：1分别称取石墨、聚偏氟乙烯、炭黑，并逐步添加至NMP溶剂中，控制固含量为50％，搅拌均匀后得到浆料，使用自动涂布机将浆料均匀连续的涂布于铜箔上，得到极片，烘干待用；……

(2)根据第n个负极活性物质组件302n，按照质量比分别称取石墨、聚偏氟乙烯、炭黑(其中，随着n的增加，石墨的质量分数呈梯度减小)，并逐步添加至NMP溶剂中，控制固含量为50％，搅拌均匀后得到浆料，使用自动涂布机将浆料均匀连续的涂布于(n-1)中烘干的极片上层，烘干，得到多功能复合负极片。

实施例5

一种多功能复合负极片，包括负极集流体层301和负极活性物质层302，其中，负极集流体层301为铜箔，负极活性物质层包括2个负极活性物质组件，分别为第一负极活性物质组件3021和第二负极活性物质组件3022，2个负极活性物质组件内含不同负极材料，第一负极活性物质组件3021中的负极材料为石墨，质量分数为97％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为1.5％，导电添加剂为炭黑，质量分数为1.5％，第二负极活性物质组件3022的负极材料为纳米硅，质量分数为95％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为3.0％，导电添加剂为炭黑，质量分数为2.0％第一负极活性物质组件3021与第二负极活性物质组件3022在负极集流体层301上呈矩形齿阵列式结构分布，第一负极活性物质组件3021的第一矩形齿3021’与第二负极活性物质组件3022的第二矩形齿3022’交替排列，呈矩形齿阵列式结构分布，如图7所示。

该多功能复合负极片的制备过程：

(1)根据第一负极活性物质组件3021，按照97:1.5:1.5的质量比称取石墨、聚偏氟乙烯和炭黑，混合，得到活性物质混合物，采用掩模版溅射法，将混合物与高分子助烧结剂烧结，得到靶材，按照矩形齿阵列式结构，将靶材中的混合物溅射沉积至铜箔上，待用；

(2)根据第二负极活性物质组件3022，按照95:2:3的质量比称取软碳、聚偏氟乙烯和炭黑，混合，得到活性物质混合物，采用掩模版溅射法，将混合物与高分子助烧结剂烧结，得到靶材，按照矩形齿阵列式结构，将靶材中的混合物溅射沉积至(1)中极片上，得到具有矩形齿阵列式结构的多功能复合负极片。

实施例6

一种多功能复合负极片，包括负极集流体层301和负极活性物质层302，其中，负极集流体层301为铜箔，负极活性物质层302包括2个负极活性物质组件，分别为第一负极活性物质组件3021和第二负极活性物质组件3022，2个负极活性物质组件内含不同负极材料，第一负极活性物质组件3021中的负极材料为石墨，质量分数为95％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为2.0％，导电添加剂为炭黑，质量分数为3.0％，第二负极活性物质组件3022的负极材料为软碳，质量分数为95％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为2.0％，导电添加剂为炭黑，质量分数为3.0％，第一负极活性物质组件3021与第二负极活性物质组件3022在负极集流体层301上呈三角齿阵列式结构分布，如图8所示。

该多功能复合负极片的制备过程：

(1)根据第一负极活性物质组件3021，按照95:2:3的质量比称取石墨、聚偏氟乙烯和炭黑，混合，得到活性物质混合物，采用掩模版溅射法，将混合物与高分子助烧结剂烧结，得到靶材，按照三角齿阵列式结构，将靶材中的混合物溅射沉积至铜箔上，待用；

(2)根据第二负极活性物质组件3022，按照95:2:3的质量比称取软碳、聚偏氟乙烯和炭黑，混合，得到活性物质混合物，采用掩模版溅射法，将混合物与高分子助烧结剂烧结，得到靶材，按照三角齿阵列式结构，将靶材中的混合物溅射沉积至(1)中极片上，得到具有三角齿阵列式结构的多功能复合负极片。

实施例7

一种多功能复合负极片，包括负极集流体层301和负极活性物质层302，其中，负极集流体层为铜箔，负极活性物质包括2个活性物质组件，分别为活性物质组件3021和活性物质组件3022，2个活性物质组件内含不同负极材料，活性物质组件3021的中的负极材料为钛酸锂，质量分数为96％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为2.0％，导电添加剂为炭黑，质量分数为2.0％，活性物质组件3022的负极材料为石墨，质量分数为96％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为2.0％，导电添加剂为炭黑，质量分数为2.0％活性物质组件3021与活性物质组件3022在负极集流体301上呈梯形齿阵列式结构分布，如图9所示。

该多功能复合负极片的制备过程：

(1)根据第一负极活性物质组件3021，按照96:2:2的质量比称取钛酸锂、聚偏氟乙烯和炭黑，混合，得到活性物质混合物，采用掩模版溅射法，将混合物与高分子助烧结剂烧结，得到靶材，按照梯形齿阵列式结构，将靶材中的混合物溅射沉积至铜箔上，待用；

(2)根据第二负极活性物质组件3022，按照96:2:2的质量比称取石墨、聚偏氟乙烯和炭黑，混合，得到活性物质混合物，采用掩模版溅射法，将混合物与高分子助烧结剂烧结，得到靶材，按照梯形齿阵列式结构，将靶材中的混合物溅射沉积至(1)中极片上，得到具有梯形齿阵列式结构的多功能复合负极片。

对比例

对比例1

一种负极片，包括负极集流体层301和负极活性物质层302，其中，负极集流体层301为铜箔，负极活性物质层302的组成为：负极材料为石墨，质量分数为97％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为1.0％，导电添加剂为炭黑，质量分数为2.0％，如图3所示。

该负极片的制备过程为：

按照质量比为97：1：2分别称取石墨、聚偏氟乙烯和炭黑，并逐步添加至NMP溶剂中，控制固含量为50％，搅拌均匀后得到浆料，使用自动涂布机将浆料均匀连续的涂布于铜箔上，烘干，得到负极片。

对比例2

一种负极片，包括负极集流体层301和负极活性物质层302，其中，负极集流体层301为铜箔，负极活性物质层302的组成为：负极材料为硬碳，质量分数为97％，粘结剂为聚偏氟乙烯，质量分数为1.0％，导电添加剂为炭黑，质量分数为2.0％。

该负极片的制备过程为：

按照质量比为97：1：2分别称取硬碳、聚偏氟乙烯和炭黑，并逐步添加至NMP溶剂中，控制固含量为50％，搅拌均匀后得到浆料，使用自动涂布机将浆料均匀连续的涂布于铜箔上，烘干，得到负极片。

实验例

实验例1

分别以实施例3和对比例1-2的负极片为工作电极，金属锂片为对电极，制备扣式电池，采用电化学充放电仪对所制备的扣式电池进行放电比容量、首次充放电效率及倍率性能测试，测试电压范围0.005V-2.8V，测试温度为25℃，所得结果如图10-11所示。图10中，A为首次库伦效率％，B为1C/0.1C占比，图11为所得扣式电池在0.1C和1C倍率下的放电容量。

从图10-11的测试结果可知，实施例3的多功能复合负极片具备更优异的倍率特性，与对比例1的负极片相比，包含实施例3的多功能复合负极片的电池的1C/0.1C放电容量占比由89％提升至93％，可显著改善电池的低温特性。

实施例3中的复合负极片制备的电池和对比例2相比，在保持倍率特性基本不受影响的前提下，首次放电(库伦)效率由82％提升至87％，由此可显著提升电池的能量密度。

以上结合优选实施方式和范例性实例对本实用新型进行了详细说明。不过需要声明的是，这些具体实施方式仅是对本实用新型的阐述性解释，并不对本实用新型的保护范围构成任何限制。在不超出本实用新型精神和保护范围的情况下，可以对本实用新型技术内容及其实施方式进行各种改进、等价替换或修饰，这些均落入本实用新型的保护范围内。本实用新型的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种多功能复合负极片，其特征在于，所述多功能复合负极片包括负极集流体层和负极活性物质层，在负极集流体层和负极活性物质层之间为隔膜，

所述负极活性物质层包括多个负极活性物质组件，

所述多个负极活性物质组件位于所述负极集流体层和隔膜之间。

2.根据权利要求1所述的多功能复合负极片，其特征在于，所述多个负极活性物质组件呈二维叠层或三维堆垛结构分布。

3.根据权利要求2所述的多功能复合负极片，其特征在于，所述三维堆垛结构分布包括等间隔结构分布和齿形阵列结构分布。

4.根据权利要求1所述的多功能复合负极片，其特征在于，多个负极活性物质组件呈梯度结构分布。

5.根据权利要求3所述的多功能复合负极片，其特征在于，

所述等间隔结构分布包括等间隔矩形分布；

所述齿形阵列结构分布为矩形齿阵列式分布、三角齿阵列式分布或梯形齿阵列式分布中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的多功能复合负极片，其特征在于，所述齿形阵列结构分布为矩形齿阵列式分布、三角齿阵列式分布或梯形齿阵列式分布。

7.一种二次电池，其特征在于，该二次电池包含权利要求1至6之一所述的多功能复合负极片。

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