CN214753844U - 负极极片、电芯、电池和电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种负极极片、电芯、电池和电子设备。负极极片包括：负极集流体；碳量子点层，所述碳量子点层形成于所述负极集流体的表面；负极含硅涂覆层，所述负极含硅涂覆层形成于所述碳量子点层背离所述负极集流体的表面。

Description

负极极片、电芯、电池和电子设备

技术领域

本公开涉及终端技术领域，尤其涉及一种负极极片、电芯、电池和电子设备。

背景技术

随着电子设备配置的各项功能的不断强大，在单位时间内为了维持各项功能的正常运行所需提供的电量增加，所以，为了解决电子设备的续航时长的问题，如何提升电芯的容量和能量密度成为了当前技术人员研发的新动力。

实用新型内容

本公开提供一种负极极片、电芯、电池和电子设备，以解决相关技术中的不足。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种负极极片，包括：

负极集流体；

碳量子点层，所述碳量子点层形成于所述负极集流体的表面；

负极含硅涂覆层，所述负极含硅涂覆层形成于所述碳量子点层背离所述负极集流体的表面。

可选的，所述负极含硅涂覆层包括含硅涂覆层和形成于所述含硅涂覆层表面的石墨涂覆层，且所述含硅涂覆层位于所述石墨涂覆层和所述碳量子点层之间。

可选的，所述含硅涂覆层包括硅材料与石墨的复合层。

可选的，所述含硅涂覆层包括含硅单质涂覆层、含氧化硅涂覆层和含碳化硅涂覆层中的至少一种材质。

可选的，所述负极集流体包括下述一种：铜质集流体、铜的复合物集流体、镍质集流体、镍的复合物集流体、碳纸集流体、碳纤维集流体。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种电芯，包括：

正极极片；

负极极片，所述负极极片包括如上述中任一项实施例所述的负极极片；

隔离膜，所述隔离膜设置于所述正极极片和所述负极极片之间。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种电池，包括如上述中任一项实施例所述的电芯。

根据本公开实施例的第四方面，提供一种电子设备，包括如上述中任一项实施例所述的电池。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本公开可以利用硅材料的比容量比锂电池传统技术中的负极涂覆材料的比容量更高，放电电位更低的特点，可以有效的提升配置该负极极片的电芯的能量密度，而通过碳量子点层可以提升负极含硅涂覆层的导电性，降低负极集流体和负极含硅涂覆层之间的界面阻抗，通过碳量子点层柔韧性，为负极含硅涂覆层的膨胀提高更大的体积变化空间和柔韧性能，提升了负极含硅涂覆层的机械性能，降低了充放电过程中负极含硅涂覆层由于膨胀而与负极集流体脱离的风险。

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，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种负极极片的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的另一种负极极片的结构示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种负极极片的制作方法的流程图。

图4是根据一示例性实施例示出的另一种负极极片的制作方法的流程图。

图5是根据一示例性实施例示出的一种电芯的截面示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的一种电池的结构示意图。

图7是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的分解示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

目前，随着科学技术的不断发展，电子设备的配置功能不断强大，而为了满足电子设备的续航要求，对电子设备的电池容量提出了更高的要求。通常，电子设备可以包括锂电池，而为了提高锂电池的电池容量，研发人员不断从如何扩大电子设备的电池仓的体积，如何减少锂电池其他层结构的占用空间尺寸等方面考虑提升容量，但是这些考量方案一方面可能与电子设备内部的其他电子元件的布局矛盾，另一方面对电池容量和电池密度实现质的提升的贡献比较小。

因而，为了兼容电子设备日益强大的性能和续航要求，本公开提供一种如图1所示的负极极片100，该负极极片100可以包括负极集流体1、碳量子点层 2和负极含硅涂覆层3，该碳量子点层2可以形成于负极集流体1的表面，而负极含硅涂覆层3可以形成于碳量子点层2背离负极集流体1的表面，即可以在负极含硅涂覆层3和负极集流体1之间形成碳量子点层2。其中，碳量子点层2 所包括的碳量子点的尺寸可以比较小，例如可以控制在10nm以下。负极集流体 1包括下述一种铜质集流体、铜的复合物集流体、镍质集流体、镍的复合物集流体、碳纸集流体和碳纤维集流体中的一种，本公开对此并不进行限制。

由上述实施例可知，可以利用硅材料的比容量比锂电池传统技术中的负极涂覆材料的比容量更高，放电电位更低的特点，可以有效的提升配置该负极极片100的电芯的能量密度；另外在负极含硅涂覆层3和负极集流体1之间形成碳量子点层2，通过碳量子点层2可以提升负极含硅涂覆层3的导电性，降低负极集流体1和负极含硅涂覆层3之间的界面阻抗，而且由于碳量子点层2所包括的碳量子点的尺寸极小，可以在充放电过程中为负极含硅涂覆层3的膨胀提高更大的体积变化空间和柔韧性能，提升了负极含硅涂覆层3的机械性能，降低了充放电过程中负极含硅涂覆层3由于膨胀而与负极集流体1脱离的风险，而且通过在负极集流体1上涂覆碳量子点层2，由于碳量子点层2中碳量子点的尺寸极小，在一定程度上提升了负极极片100的压实密度，有利于进一步提升配置负极极片100的能量密度。

此外，若采用含硅材料作为负极极片100的负极涂覆材料，大量的锂离子嵌入和脱出到负极含硅涂覆层3，因而会引起负极含硅涂覆层3的体积变化，容易导致负极含硅涂覆层3中的硅负极活性粒子破坏，硅负极活性粒子的接触变差，导致首次充放电时形成的固体电解质界面膜不稳定，所以为了解决这一问题，在本公开的技术方案中，如图2所示，该负极含硅涂覆层3可以包括含硅涂覆层31和形成在含硅涂覆层31表面的石墨涂覆层32，该含硅涂覆层31可以位于石墨涂覆层32和碳量子点层2之间。以此，可以通过石墨涂覆层32来避免含硅涂覆层31与电解液的直接接触，减少了含硅涂覆层31与电解液之间的反应，而石墨涂覆层32与电解液接触可以发生反应从而形成固体电解质界面膜，相对于电解液与硅负极接触形成固体电解质界面膜的技术方案，本公开中形成的固体电解质界面膜更加稳定，从而有利于提升配置该负极极片100的电池的循环寿命和倍率性能。另外，由于石墨涂覆层32涂覆在含硅涂覆层31的表面，在相同厚度的负极含硅涂覆层3时，相对于采用单层的含硅涂层的方案，可以通过石墨涂覆层32缓解含硅涂覆层31的膨胀现象，而且由于石墨涂覆层32的柔韧性比较大，能够对锂离子的扩散起到缓冲作用，促进锂离子的均匀脱嵌，以进一步缓解含硅涂覆层31的膨胀。其中，该含硅涂覆层31可以包括硅材料与石墨的复合层，其中硅材料可以包括硅单质、氧化硅和碳化硅中的至少一种材质。

如图3所示，本公开还提供一种负极极片100的制作方法，该制作方法可以包括以下步骤：

在步骤301中，获取负极集流体1。

在该实施例中，负极集流体1可以采用铜质集流体、铜的复合物集流体、镍质集流体、镍的复合物集流体、碳纸集流体、碳纤维集流体中的一种，本公开对此并不进行限制。

在步骤302中，在负极集流体的表面涂覆碳量子点层2。

在该实施例中，首先可以获得包含碳量子点的浆料，而后将浆料涂覆在负极集流体1的表面形成。具体的，可以获取碳量子点与粘接剂、分散剂和添加剂混合形成的混合浆料，然后将混合浆料涂覆在负极集流体1的表面形成碳量子点层。其中，粘接剂可以包括聚丙烯、聚乙烯、羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯和丁苯橡胶中的至少一种；分散剂可以包括羧甲基纤维素钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物和聚丙烯酰胺中的至少一种。添加剂可以包括有机添加剂和无机添加剂中的至少一种。

在步骤303中，在碳量子点层2背离负极集流体1的表面形成负极含硅涂覆层。

在该实施例中，首先可以在碳量子点层2背离负极集流体1的表面形成含硅涂覆层31，而后在含硅涂覆层31的表面形成石墨涂覆层32，通过该石墨涂覆层32可以缓解含硅涂覆层31的膨胀现象，同时可以通过石墨涂覆层32与电解液形成固体电解质界面膜，相对于含硅材料的膜层与电解液反应形成的固体电解质界面膜更为稳定。

具体地，可以获取石墨、硅材料、添加剂、分散剂和粘接剂混合形成的混合浆料，然后将该混合浆料涂覆于碳量子点层的表面获得含硅涂覆层31，然后获取石墨、粘接剂、导电剂、分散剂和添加剂混合形成的混合浆料，在将混合浆料涂覆在含硅涂覆层31的表面形成石墨涂覆层32。其中，含硅涂覆层31可以包括氧化硅涂覆层或者碳化硅涂覆层，形成含硅涂覆层31的混合浆料和形成石墨涂覆层32的混合浆料中的粘接剂可以包括聚丙烯、聚乙烯、羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯和丁苯橡胶中的至少一种；分散剂可以包括羧甲基纤维素钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物和聚丙烯酰胺中的至少一种。添加剂可以包括有机添加剂和无机添加剂中的至少一种。其中，含硅涂覆层31、石墨涂覆层32和碳量子点层2所包括的粘接剂、添加剂和分散剂可以相同也可以不同，本公开对此并不进行限制。

为了对本公开提供的技术方案进行详细阐述，如图4所示，该负极极片100 的制作方法可以包括以下步骤：

在步骤401中，获取负极集流体。

在步骤402中，获取碳量子点、粘接剂和分散剂混合形成的混合浆料。

在步骤403中，将所述混合浆料涂覆于所述负极集流体的表面获得所述碳量子点层。

在该实施例中，粘结剂的质量含量为混合浆料总质量的0.1％-5％，分散剂的质量含量为混合浆料总质量的0.1％-5％，碳量子点的质量含量与混合浆料总质量的百分比关系可以根据碳量子点的浓度需求确定，而碳量子点的浓度与碳量子点层2的厚度相关，厚度越大则碳量子点的浓度越高，所以实际加工时可以根据碳量子点层2的厚度需求来选择合适的浓度，进而确定碳量子点的质量。在其他实施例中，该混合浆料中还可以包括添加剂，添加剂的质量含量为混合浆料总质量的0％-50％。

在步骤404中，获取石墨、硅材料和粘接剂混合形成的混合浆料。

在步骤405中，将所述混合浆料涂覆于所述碳量子点层的表面，获得所述含硅涂覆层。

在该实施例中，硅材料的质量含量为混合浆料总质量的0.1％-45％，粘结剂的质量含量为混合浆料总质量的0.05％-5％，其余比重为石墨材料。在其他实施例中，该混合浆料中还可以包括添加剂和分散剂，添加剂的质量含量为混合浆料总质量的0％-25％，分散剂的质量含量为混合浆料总质量的0％-10％。

在步骤406中，获取石墨和粘接剂混合形成的混合浆料。

在步骤407中，将所述混合浆料涂覆于所述含硅涂覆层的表面，获得所述石墨涂覆层。

在该实施例中，石墨材料的质量含量为混合浆料总质量的80％-99.9％，粘结剂质量含量为混合浆料总质量的0.1％-5％。在其他实施例中，该混合浆料中还可以包括添加剂、导电剂和分散剂，导电剂质量含量为混合浆料总质量的 0％-5％，分散剂质量含量为混合浆料总质量的0-5％，添加剂质量含量为混合浆料总质量的0-20％。

基于本公开的实施例，如图5所示，本公开还提供一种电芯200，该电芯 200可以包括证极极片(未示出)、隔离膜(未示出)和上述任一项实施例中示出的负极极片100，该隔离膜设置于负极极片100和正极极片之间，在负极极片 100、隔离膜和正极极片堆叠完成后进行卷绕可以得到图5所示的卷绕式电芯。实际上，在其他实施例中，该负极极片100也可以用于形成叠片式电芯，本公开对此并不进行限制。

基于本公开的技术方案，本公开还提供一种如图6所示的电池300，该电池 300可以包括电芯200、外壳301和保护电路板302，该外壳301可以用于封装电芯200，实现对电芯200的保护，保护电路板302可以与电芯200的正极耳和负极耳分别电连接，对电池300的充放电进行安全保护。

进一步地，本公开提供一种如图7所示的电子设备400，该电子设备400可以包括电池仓401、粘接层402和电池300，电池300可以通过粘接层402粘接至电池仓401内。该电子设备400可以包括手机终端、平板终端、可穿戴设备、智能家具、电子阅读器中一种或者多种，本公开对此并不进行限制。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种负极极片，其特征在于，包括：

负极集流体；

碳量子点层，所述碳量子点层形成于所述负极集流体的表面；

负极含硅涂覆层，所述负极含硅涂覆层形成于所述碳量子点层背离所述负极集流体的表面。

2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极含硅涂覆层包括含硅涂覆层和形成于所述含硅涂覆层表面的石墨涂覆层，且所述含硅涂覆层位于所述石墨涂覆层和所述碳量子点层之间。

3.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于，所述含硅涂覆层包括硅材料与石墨的复合层。

4.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于，所述含硅涂覆层包括氧化硅涂覆层或者碳化硅涂覆层。

5.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极集流体包括下述一种：铜质集流体、铜的复合物集流体、镍质集流体、镍的复合物集流体、碳纸集流体、碳纤维集流体。

6.一种电芯，其特征在于，包括：

正极极片；

负极极片，所述负极极片包括如权利要求1-5中任一项所述的负极极片；

隔离膜，所述隔离膜设置于所述正极极片和所述负极极片之间。

7.一种电池，其特征在于，包括如权利要求6所述的电芯。

8.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求7所述的电池。

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