CN217280859U - 负极极片、电芯、电池及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种负极极片、电芯、电池及电子设备，该负极极片包括层叠布置的集流体和含硅结构层，所述含硅结构层包括构造为多孔空隙结构的框架主体和附着在所述多孔空隙结构中的多个硅颗粒，所述多孔空隙结构用于为所述多个硅颗粒的体积膨胀提供容纳空间。通过上述技术方案，本公开能够解决相关技术中在快速充放电过程中电池容量循环衰减严重以及膨胀率高的问题。
Description
技术领域
本公开涉及电池极片技术领域，具体地，涉及一种负极极片、电芯、电池及电子设备。
背景技术
目前市场对手机续航要求越来越高，这就要求电池的电量越来越大。然而市场主流的基于石墨负极的锂离子电池的体积能量密度已经达到极限。当前石墨负极材料的实际克容量已达到355mAh/g，接近理论克容量372mAh/g，可提升空间极小。相关技术中，常采用硅负极材料来提高克容量，而硅负极材料在快速充放电时会带来明显的体积膨胀率，反复巨大的体积变化导致硅颗粒产生裂纹甚至粉化，容量迅速衰减，严重影响电池的循环性能。
实用新型内容
本公开的目的是提供一种负极极片、电芯、电池及电子设备，该负极极片能够解决相关技术中在快速充放电过程中电池容量循环衰减严重以及膨胀率高的问题。
为了实现上述目的，本公开的第一方面提供一种负极极片，包括层叠布置的集流体和含硅结构层，所述含硅结构层包括构造为多孔空隙结构的框架主体和附着在所述多孔空隙结构中的多个硅颗粒，所述多孔空隙结构用于为所述多个硅颗粒的体积膨胀提供容纳空间。
可选地，所述负极极片还包括石墨涂层，所述石墨涂层设置在所述含硅结构层的背离所述集流体的一侧表面。
可选地，所述石墨涂层为快充石墨层。
可选地，所述构造为多孔空隙结构的框架主体为多孔结构碳框架。
可选地，所述硅颗粒的尺寸为20nm～500nm。
可选地，所述集流体构造为铜箔。
可选地，所述集流体具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面和/或所述第二表面层叠有所述含硅结构层。
本公开的第二方面提供一种电芯，包括隔膜、正极极片以及如上所述的负极极片，所述隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间。
本公开的第三方面提供一种电池，包括如上上述的电芯。
本公开的第四方面提供一种电子设备，包括如上所述的电池。
通过上述技术方案，即本公开提供的负极极片，将含硅结构层设置为包括构造为多孔空隙结构的框架主体和附着在多孔空隙结构中的多个硅颗粒，这样，在快速充放电过程中，硅颗粒的纳米化能够减少在快速充放电过程中由于硅颗粒体积反复膨胀变化引起的硅颗粒破碎甚至粉化，多孔空隙结构能够用于为多个硅颗粒的体积膨胀提供容纳空间，进而能够解决在快速充放电过程中电池容量循环衰减严重以及膨胀率高的问题，能够提高电池的使用寿命。此外，含硅结构层包括构造为多孔空隙结构的框架主体，能够减小甚至避免含硅结构层的体积膨胀变化问题，提高负极极片结构的稳定性，进一步提高电池的使用寿命，优化用户的使用体验。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据本公开示例性实施方式中提供的负极极片的结构示意简图。
附图标记说明
1-集流体；2-含硅结构层；3-石墨涂层。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相对于部件或结构本身轮廓的内、外。此外，需要说明的是，所使用的术语如“第一、第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。另外，在参考附图的描述中，不同附图中的同一标记表示相同的要素。
发明人经研究发现，相关技术中，当前商业应用的硅负极材料大多为微米级尺寸，在添加量较低的情况下(2％-3％)，就会带来明显的体积膨胀率，反复巨大的体积变化导致微米级硅颗粒产生裂纹甚至粉化，严重影响电池的循环性能。随着产品轻薄化和大容量的需求越来越高，需要更高比例硅负极材料，然而循环衰减和膨胀率问题很难得到解决，从而限制了高含量硅负极材料在锂离子电池中的大规模商业化应用。
此外，硅颗粒在快速充放电过程中，体积剧烈变化会导致硅颗粒破碎更快，容量迅速衰减，随着充电速度的需求越来越高，当前商用的负极极片已无法满足超级快充或快放的需求。
基于此，本公开的第一方面提供一种负极极片。参考图1所示，该负极极片包括层叠布置的集流体1和含硅结构层2，含硅结构层2包括构造为多孔空隙结构的框架主体和附着在多孔空隙结构中的多个硅颗粒，多孔空隙结构用于为多个硅颗粒的体积膨胀提供容纳空间。
通过上述技术方案，将含硅结构层2设置为包括构造为多孔空隙结构的框架主体和附着在多孔空隙结构中的多个硅颗粒，这样，在快速充放电过程中，硅颗粒纳米化能够减少在快速充放电过程中由于硅颗粒体积反复膨胀变化引起的硅颗粒破碎甚至粉化，多孔空隙结构能够用于为多个硅颗粒的体积膨胀提供容纳空间，进而能够解决在快速充放电过程中电池容量循环衰减严重以及膨胀率高的问题，能够提高电池的使用寿命。
此外，含硅结构层2包括构造为多孔空隙结构的框架主体，能够减小甚至避免含硅结构层2的体积膨胀变化问题，提高负极极片结构的稳定性，进一步提高电池的使用寿命，优化用户的使用体验。
在一些实施方式中，构造为多孔空隙结构的框架主体可以为例如多孔结构碳框架，该多孔结构碳框架可以采用多孔碳材料，多孔碳材料可以采用例如活性炭或其它具有多孔结构的碳骨架材料，其目的是能够形成多孔空隙结构即可，本公开对此不作具体限定。
另外，含硅结构层2可以通过例如化学气相沉积方法、物理气相沉积方法或水热法等工艺在已成形的多孔碳材料的孔洞中去沉积或者生长硅颗粒。
此外，硅颗粒和多孔碳材料之间的比例根据实际应用需求以任意合适的方式构造，例如，硅颗粒和多孔碳材料的质量比可以为例如5％-30％。
在一些实施方式中，硅颗粒可以采用例如纳米硅，纳米硅代替微米级硅颗粒，由于颗粒尺寸极小，可以进一步减少类似于微米硅反复体积变化导致颗粒破碎及粉化的情况，从而进一步解决循环衰减的问题。
硅颗粒的尺寸可以根据实际应用需求采用任意合适的尺寸，例如，在一些具体的实施方式中，硅颗粒的尺寸可以为20nm～500nm。
在一些实施方式中，参考图1所示，负极极片还包括石墨涂层3，石墨涂层3设置在含硅结构层2的背离集流体1的一侧表面。通过设置石墨涂层3，在例如快充过程或超级快充过程中，锂离子优先嵌入表层的石墨涂层3，内层的含硅结构层2接收到的锂离子的量则相对减少，从而可以减缓硅颗粒的体积膨胀收缩速度，可以一定程度上减缓硅颗粒的破碎。
其中，石墨涂层3可以为例如快充石墨层，以提高快充性能。
集流体1可以根据实际应用需求采用任意合适的方式构造，例如，集流体1可以为铜箔，铜箔是指通过电解、压延等方法加工而成的厚度在20μm以下的极薄铜带或铜片。
在一些实施方式中，含硅结构层2可以通过浆料涂布的方式施加集流体1的相应侧表面上，石墨涂层3也可以通过浆料涂布的方式施加到含硅结构2的背离集流体1的一侧表面上，在烘干后可以形成含硅结构层2和石墨涂层3。
在一些实施方式中，集流体1具有相对的第一表面和第二表面，可以根据实际应用需求，可选择地在第一表面和/或第二表面上层叠布置含硅结构层2。例如，在电芯的位于端部的负极极片，可以仅在其朝向正极极片的一侧表面上施加含硅结构层2，即可以在第一表面或第二表面上布置含硅结构层2；在电芯的位于中间部分的一个或多个负极极片，可以在其相对的两侧表面均施加含硅结构层2，即可以在第一表面和第二表面上均布置含硅结构层2。
基于本公开的第一方面提供的负极极片，本公开的第二方面还提供一种电芯，包括隔膜、正极极片以及如上所述的负极极片，隔膜位于正极极片和负极极片之间。该电芯能够解决相关技术中在快速充放电过程中电池容量循环衰减严重以及膨胀率高的问题，并具有上述负极极片的所有有益效果，本公开在此不再赘述。其中，该电芯可以是例如卷绕式电芯或叠片式电芯，本公开不限于此。
本公开的第三方面还提供一种电池，包括上述的电芯，并具有其所有的有益效果，本公开在此不再赘述。该电池可以是例如锂离子电池。
本公开的第四方面还提供一种电子设备，包括上述的电池，并具有其所有的有益效果，本公开在此不再赘述。该电子设备可以是例如手机、平板电脑等终端设备，也可以是手环、智能手表等佩戴设备，还可以是其他的可充电设备，本公开不限于此。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种负极极片，其特征在于，包括层叠布置的集流体和含硅结构层，所述含硅结构层包括构造为多孔空隙结构的框架主体和附着在所述多孔空隙结构中的多个硅颗粒，所述多孔空隙结构用于为所述多个硅颗粒的体积膨胀提供容纳空间。
2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极极片还包括石墨涂层，所述石墨涂层设置在所述含硅结构层的背离所述集流体的一侧表面。
3.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于，所述石墨涂层为快充石墨层。
4.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述构造为多孔空隙结构的框架主体为多孔结构碳框架。
5.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述硅颗粒的尺寸为20nm～500nm。
6.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述集流体构造为铜箔。
7.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述集流体具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面和/或所述第二表面层叠有所述含硅结构层。
8.一种电芯，其特征在于，包括隔膜、正极极片以及根据权利要求1-7中任意一项所述的负极极片，所述隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间。
9.一种电池，其特征在于，包括根据权利要求8所述的电芯。
10.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求9所述的电池。
Priority Applications (1)
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| CN202221172317.XU CN217280859U (zh) | 2022-05-13 | 2022-05-13 | 负极极片、电芯、电池及电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202221172317.XU CN217280859U (zh) | 2022-05-13 | 2022-05-13 | 负极极片、电芯、电池及电子设备 |
Publications (1)
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ID=82885809
Family Applications (1)
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| CN202221172317.XU Active CN217280859U (zh) | 2022-05-13 | 2022-05-13 | 负极极片、电芯、电池及电子设备 |
Country Status (1)
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2022
- 2022-05-13 CN CN202221172317.XU patent/CN217280859U/zh active Active
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