CN220253270U - 负极片和电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池领域，具体涉及负极片以及包括该负极片的电池。所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面的负极活性材料层；所述负极活性材料层表面设置有若干个孔；所述孔的孔深与所述负极活性材料层的厚度的比值H为0<H≤70％。本实用新型的负极片表面分布有若干个孔，并且孔的孔深与负极活性材料层的厚度的比值具有特定的关系，有利于电解液的浸润和吸收，在减小析锂风险的前提下，提升了电池的快充能力。

Description

负极片和电池

技术领域

本实用新型涉及电池领域，具体涉及负极片以及包括该负极片的电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、充电速度快等优点，已经成为了目前应用最为广泛的二次电池。随着数码产品应用越来越广，消费者对电池充电速度的要求也越来越高，手段之一是提升充电倍率，但大倍率下充电容易导致界面析锂，影响电池的使用寿命和安全性能。

因此，发现一种具有大倍率充电能力并且析锂风险小的电池是十分重要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种负极片以及包括该负极片的电池。本实用新型的负极片表面分布有若干个孔，并且孔的孔深与负极活性材料层的厚度的比值具有特定的关系，有利于电解液的浸润和吸收，在减小析锂风险的前提下，提升了电池的快充能力。

本实用新型第一方面提供了一种负极片，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面的负极活性材料层；所述负极活性材料层表面设置有若干个孔；所述孔的孔深与所述负极活性材料层的厚度的比值H为0<H≤70％。

在一实例中，所述孔的孔深与所述负极活性材料层的厚度的比值H为60％-70％。

在一实例中，H在60％-70％范围内的所述孔的数量与所述负极活性材料层表面设置的所述孔的总量的比值N为55％-70％。

在一实例中，所述孔在所述负极活性材料层表面的投影面积的总和与所述负极活性材料层表面的面积的比值S为0.1％-50％。

在一实例中，所述孔在靠近所述负极集流体侧的孔径为D1，所述孔在远离所述负极集流体侧的孔径为D2，满足D1>D2。

在一实例中，所述孔的孔径为5μm-150μm；所述孔的孔深为5μm-100μm；所述孔的孔距为10μm-1000μm。

在一实例中，所述负极集流体上还设置有极耳，所述孔至所述极耳边缘的尺寸d为0.1mm-10mm。

在一实例中，所述负极片包括所述负极集流体和设置在所述负极集流体两侧表面的所述负极活性材料层，所述负极片包括双面区以及任选的单面区；所述孔设置在所述单面区和/或所述双面区。

本实用新型第二方面提供了一种电池，所述电池包括本实用新型第一方面所述的负极片。

在一实例中，所述电池为卷绕式电池；所述负极片在卷绕时形成卷绕头部和卷绕尾部；在所述负极片长度方向上，所述孔至所述负极片的所述卷绕头部的边缘的尺寸m为17mm-22mm，所述孔至所述负极片的所述卷绕尾部的边缘的尺寸n为2mm-5mm。

通过上述技术方案，本实用新型与现有技术相比至少具有以下优势：

(1)本实用新型的负极片表面分布有若干个孔，并且孔的孔深与负极活性材料层的厚度存在特定的比例关系，有利于电解液的浸润和吸收，在减小析锂风险的前提下，提升了电池的快充能力；

(2)本实用新型的负极片上的孔具有特定尺寸，进一步提升了电池的能量密度。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

附图说明

图1所示为本实用新型所述负极片的截面示意图。

图2所示为本实用新型所述负极片俯视示意图。

图3所示为本实用新型一实例中所述负极片的表面的SEM镜图。

图4所示为本实用新型一实例中所述负极片的截面的SEM镜图。

图5所示为本实用新型所述负极片俯视示意图。

图6所示为本实用新型所述负极片俯视示意图。

附图标记说明

1-负极集流体；2-负极活性材料层；3-孔；4-极耳；5-卷绕头部；6-卷绕尾部。

具体实施方式

以下对本实用新型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实用新型，并不用于限制本实用新型。

本实用新型第一方面提供了一种负极片，所述负极片可以包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面的负极活性材料层。例如图1所示为本实用新型所述负极片的截面示意图，其中图1(a)为所述负极活性材料层单侧设置的情况，图1(b)为所述负极活性材料层两侧设置的情况；在图1(a)中，所述负极片包括负极集流体1和设置在所述负极集流体1一侧表面的负极活性材料层2；在图1(b)中，所述负极片包括负极集流体1和设置在所述负极集流体1两侧表面的负极活性材料层2。

在本实用新型中，所述负极活性材料层可以为单层负极活性材料层，也可以为多层负极活性材料层。例如，所述负极片包括负极集流体和依次层叠设置在所述负极集流体一侧表面的第一活性材料层和第二活性材料层；又例如，所述负极片包括负极集流体和依次层叠设置在所述负极集流体两侧表面的第一活性材料层、第二活性材料层和第三活性材料层。

在本实用新型中，所述负极活性材料层表面可以设置有若干个孔。如图2所示为本实用新型所述负极片俯视示意图，在图2中，所述负极片表面设置有若干个孔3。

在本实用新型中，所述孔的孔深与所述负极活性材料层的厚度的比值H可以为0<H≤70％，例如H＝0.1％、0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％或70％。

本实用新型的发明人发现，在所述负极活性材料层表面设置所述孔能够减小电池析锂的风险，并提高电池的快充能力，其原因可能在于：电解液对所述负极活性材料层内部的浸润性比对所述负极活性材料层表面的浸润性差，导致电池在大倍率充电环境下容易析锂，进而影响电池的快充能力；而本实用新型的发明人通过在所述负极活性材料层表面进行造孔，可以显著改善电解液对所述负极活性材料层的浸润性，缩短了锂离子在充电过程中的扩散距离，减小了锂离子在充电过程中的传输阻力，从而提高了电池的快充能力，减小了电池在大倍率充电环境下的析锂风险。

在一实例中，所述孔的孔深与所述负极活性材料层的厚度的比值H为50％-70％。

在一实例中，所述孔的孔深与所述负极活性材料层的厚度的比值H为60％-70％。

在本实用新型中，所述负极活性材料层的厚度指的是单侧负极活性材料层的厚度。

本实用新型的发明人发现，当所述孔的孔深与所述负极活性材料层的厚度的比值在特定范围内时，所述负极片不容易脱模且析锂风险较小。

在本实用新型中，H在60％-70％范围内的所述孔的数量与所述负极活性材料层表面设置的所述孔的总量的比值N可以为55％-70％，例如55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％或70％。

本实用新型的发明人发现，当N在55％-70％范围内时，所述电池可以在保证快充能力和析锂风险较小的前提下，进一步提高能量密度。

在本实用新型中，所述孔在所述负极活性材料层表面的投影面积的总和与所述负极活性材料层表面的面积的比值S可以为0.1％-50％，例如0.1％、0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％。

在一实例中，所述孔在所述负极活性材料层表面的投影面积的总和与所述负极活性材料层表面的面积的比值S为10％-40％。

本实用新型的发明人发现，当S在一定范围内时，所述电池可以在保证快充能力和析锂风险较小的前提下，具有较优的能量密度。

在本实用新型中，所述孔在靠近所述负极集流体侧的孔径为D1，所述孔在远离所述负极集流体侧的孔径为D2，D1可以等于D2，D1可以小于D2，D1也可以大于D2。

本实用新型的发明人发现，当D1>D2时，电解液与所述负极活性材料层的浸润性更优，进一步提高了电池的快充能力，减小了电池在大倍率充电环境下的析锂风险。

在本实用新型中，所述孔的孔径可以为5μm-150μm(例如5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm或150μm)。如图3所示为本实用新型一实例中所述负极片的表面的SEM镜图，从图中可以看出，所述孔的孔径在5μm-150μm范围内。为了充分说明所述孔径，本实用新型的发明人通过调整造孔参数，在图3所示的负极片上造出不同尺寸孔径的孔，可以理解的是，在固定的造孔参数下，造孔的孔径可以均匀一致。

在一实例中，所述孔的孔径为55μm-70μm。

在本实用新型中，所述孔的孔深可以为5μm-100μm(例如5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm或100μm)。如图4所示为本实用新型一实例中所述负极片的截面的SEM镜图，从图中可以看出，所述孔的孔深在5μm-100μm范围内。

在一实例中，所述孔的孔深为25μm-35μm。

在本实用新型中，所述孔的孔距可以为10μm-1000μm(例如10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm)。

在一实例中，所述孔的孔距为20μm-110μm。

在本实用新型中，所述孔在所述负极活性材料层表面的投影的形状可以是规则的，也可以是非规则的，均可以实现很好的效果。所述“孔径”、“孔深”和“孔距”具有本领域常规的含义，所述“孔径”通常可以理解为，当所述孔在所述负极活性材料层表面的投影的形状是圆形时，所述孔径为该圆形的直径；当所述孔在所述负极活性材料层表面的投影的形状是非圆形时，所述孔径为与其具有相同技术效果的某一圆形的直径的等效直径。所述“孔深”指的是，所述孔内最低点至所述负极活性材料层表面的垂直距离。所述“孔距”指的是，相邻的两个孔的边缘的最短距离。

在本实用新型中，所述孔径可以通过SEM进行测试，测量得到。所述孔深可以先对所述负极片进行氩离子抛光测试，后通过SEM测量得到。所述孔距可以通过显微镜或SEM进行测试，测量得到。

在本实用新型中，对所述孔的造孔方式不做特殊限定，所述孔的造孔方式可以是激光打孔，也可以是物理打孔，均可以实现很好的效果。

在本实用新型中，所述负极集流体上还可以设置有极耳，所述孔至所述极耳边缘的尺寸d可以为0.1mm-10mm，例如0.1mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。

在本实用新型中，所述孔至所述极耳边缘的尺寸指的是所述孔的边缘至所述极耳边缘的最短尺寸。如图5所示为本实用新型所述负极片俯视示意图，在图5中，所述集流体上还设置有极耳4，所述孔3至所述极耳4边缘的尺寸d可以在0.1mm-10mm范围内。

在一实例中，所述负极片包括所述负极集流体和设置在所述负极集流体两侧表面的所述负极活性材料层，所述负极片可以包括双面区以及任选的单面区。

在本实用新型中，所述“单面区”和所述“双面区”具有本领域常规的含义，通常认为：所述“单面区”包括所述负极集流体和设置在所述负极集流体一侧表面的所述负极活性材料层；所述“双面区”包括所述负极集流体和设置在所述负极集流体两侧表面的所述负极活性材料层。可以理解的是，对于一片负极片来说，可以同时包括所述双面区和所述单面区；例如，所述负极片的负极集流体两侧(A侧和B侧)设置有所述负极活性材料层，其中A侧的所述负极活性材料层在所述负极片上的设置长度大于B侧的所述负极活性材料层在所述负极片上的设置长度，此时所述负极片同时包括所述单面区和所述双面区。

当所述极片同时包括所述单面区和所述双面区时，所述单面区的电流密度一般大于所述双面区的电流密度，导致所述单面区相对于所述双面区更容易析锂，本实用新型的发明人发现，当所述孔设置在所述单面区时，可以增加单面区的导电能力，有效改善单面区更容易析锂的问题；当所述孔设置在所述双面区时，可以增加双面区的导电能力，使其分流单面区部分的电流密度，有效改善单面区更容易析锂的问题。

在本实用新型中，所述负极活性材料层可以包括负极活性材料、导电剂和粘结剂。

所述负极活性材料可以选用本领域常规使用的负极活性材料，例如为石墨、硅碳复合物、硅合金、硅氧化物、硅碳化物或金属颗粒。所述导电剂可以选用本领域常规使用的导电剂，例如为导电炭黑、乙炔黑、科琴黑或碳纳米管。所述粘结剂可以选用本领域常规使用的粘结剂，例如为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶或羧甲基纤维素钠。

在本实用新型中，以所述负极活性材料层的总重量为基准，所述负极活性材料的含量可以为80％-99％重量份(例如80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％重量份)，所述导电剂的含量可以为0.5％-10％重量份(例如10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％或0.5％重量份)，所述粘结剂的含量可以为0.5％-10％重量份(例如10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％或0.5％重量份)。

所述负极集流体可以选自本领域常规使用的负极集流体，例如可以为铜箔。

本实用新型的负极片表面分布有若干孔，并且孔的孔深与负极活性材料层的厚度存在特定的比例关系，有利于电解液的浸润和吸收，在减小析锂风险的前提下，提升了电池的快充能力；进一步地，所述孔具有特定的尺寸，从而在保证快充能力和析锂风险小的前提下，提高了电池的能量密度。

本实用新型第二方面提供了一种电池，所述电池包括本实用新型第一方面所述的负极片。

在本实用新型中，所述电池除所述负极片以外的材料和制备方法均可以按照本领域的方式进行，均能够实现兼顾降低析锂风险和提高快充性能的目的。

在本实用新型中，所述电池可以为卷绕式电池，也可以为叠片式电池。

在一实例中，所述电池为卷绕式电池。

在本实用新型中，所述负极片在卷绕时可以形成卷绕头部和卷绕尾部，如图6所示为本实用新型所述负极片俯视示意图，在图6中，所述负极片在卷绕时可以形成卷绕头部5和卷绕尾部6；在所述负极片长度方向上，所述孔至所述负极片的所述卷绕头部的边缘的尺寸m可以为17mm-22mm(例如17mm、17.5mm、18mm、18.5mm、19mm、19.5mm、20mm、20.5mm、21mm、21.5mm或22mm)，所述孔至所述负极片的所述卷绕尾部的边缘的尺寸n可以为2mm-5mm(例如2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm)；在图6中，在所述负极片长度方向上，所述孔3至所述卷绕头部5的边缘的尺寸为m，所述孔3至所述卷绕尾部6的边缘的尺寸为n。

在本实用新型中，所述孔至所述负极片的所述卷绕头部的边缘的尺寸指的是所述孔的边缘至所述负极片的所述卷绕头部的边缘的最小尺寸；同理，所述孔至所述负极片的所述卷绕尾部的边缘的尺寸指的是所述孔的边缘至所述负极片的所述卷绕尾部的边缘的最小尺寸。

在本实用新型中，所述负极片的长度方向指的是所述负极片的卷绕方向。

本实用新型的发明人发现，当所述孔至所述卷绕头部的边缘的尺寸与所述孔至所述卷绕尾部的边缘的尺寸在一定范围内时，具有较优的能量密度。

所述电池还可以包括正极片、隔膜和电解液。

例如，所述正极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体至少一侧表面的正极活性涂层。

又例如，所述隔膜采用聚乙烯膜。

在本实用新型中，所述电池的NP值>1。

以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。本实用新型所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

制备本实用新型的电池至少包括以下步骤：

(1)正极片的制备：

将钴酸锂、乙炔黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为97:1.5:1.5混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌均匀，制备得到固含量为75％的正极活性浆料；将制备得到的正极活性浆料均匀涂布在铝箔(厚度为9μm)两侧外表面上，100℃条件下烘干，冷压，裁切并焊接极耳，得到正极片，其中，所述正极片的厚度为80μm；

(2)负极片的制备：

将人造石墨、乙炔黑、丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠按照质量比为97:1:1:1混合，加入去离子水，制备得到固含量为60％的负极活性浆料；将制备得到的负极活性浆料均匀涂布在铜箔(厚度为4μm)两侧外表面上，110℃条件下烘干，冷压，裁切并焊接极耳，激光打孔，得到负极片，其中，所述负极片的厚度为95μm；

(3)电解液的制备：

在含水量小于10ppm的环境下，将非水有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸亚丙酯(PC)、丙酸丙酯(PP)和碳酸亚乙烯酯(VC)按照质量比为20:30:20:28:2混合，再加入六氟磷酸锂(LiPF₆)溶解并混合均匀，得到电解液，其中，LiPF₆与非水有机溶剂的质量比为9:91；

(4)电池的制备：

将步骤(1)得到的正极片、步骤(2)得到的负极片和隔膜(聚乙烯膜)叠片制成电芯，注入步骤(3)得到的电解液，制备得到电池。

实施例2-8和对比例1和2参照实施例1进行，其中实施例2-7和对比例2与实施例1的不同之处在于孔的参数；实施例8与实施例1的不同之处在于，步骤(4)中将步骤(1)得到的正极片、步骤(2)得到的负极片和隔膜(聚乙烯膜)卷绕制成电芯；对比例1与实施例1的区别在于不进行激光打孔，具体如表1所示。

表1

	H/％	N/％	S/％	孔径/μm	孔深/μm	孔距/μm	D1与D2关系	d/mm	m/mm	n/mm
											实施例1	65	65	25	64.1	29.5	46.5	D1<D2	5	-	-
实施例2	60	70	10	59.6	27.3	102.9	D1<D2	0.1	-	-
											实施例3	70	55	40	68.5	31.8	25.1	D1<D2	10	-	-
实施例4a	50	0	25	50.6	22.7	39.1	D1<D2	5	-	-
											实施例4b	20	0	25	38.0	9.1	29.3	D1<D2	5	-	-
实施例5	65	100	25	64.1	29.5	46.5	D1<D2	5	-	-
											实施例6a	65	65	45	64.1	29.5	19.5	D1<D2	5	-	-
实施例6b	65	65	1	64.1	29.5	469.8	D1<D2	5	-	-
											实施例7	65	65	25	64.1	29.5	46.5	D1>D2	5	-	-
实施例8	65	65	23	64.1	29.5	46.5	D1<D2	5	20	3
											对比例1	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
对比例2	80	0	25	77.5	36.4	59.8	D1<D2	-	-	-

备注：表1中的“孔径和孔深”的数据指的是孔深为负极活性材料层厚度的H％的孔的数据；实施例4a、实施例4b和实施例5中，全部孔的孔深均为负极活性材料层厚度的H％；实施例1-3和6-8中，N％的孔的孔深为负极活性材料层厚度的H％，其余孔的孔深为负极活性材料层的厚度的50％，孔径为50.6μm。

测试例

(1)极片脱模测试

将实施例与对比例制备得到的负极片通过肉眼或显微镜观察是否脱模(即负极活性材料从铜箔上脱落)，将结果记于表2。

(2)快充测试

将实施例和对比例制备得到的电池在25℃温度下，进行充电和放电循环20次，之后对电池进行拆解，观察是否析锂，将结果记于表2，其中充电方法具体如下：2.0C/2.5C/3.0C充电至满电电压，充电电流0.05C截止；放电方法具体如下：0.5C放电至截止电压3.0V。

(3)能量密度测试

能量密度＝容量*平台电压/电芯尺寸(具体为长*宽*厚)。

表2

备注：0代表不析锂；1代表轻微析锂；2代表中度析锂；3代表严重析锂。

从表2可以看出，本实用新型的负极片所制备的电池和对比例相比，在保持较高能量密度的前提下，显著改善了电池在2.0C/2.5C/3.0C条件下的析锂问题，并且本实用新型的负极片没有出现脱模现象。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面的负极活性材料层；所述负极活性材料层表面设置有若干个孔；所述孔的孔深与所述负极活性材料层的厚度的比值H为50％-70％。

2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述孔的孔深与所述负极活性材料层的厚度的比值H为60％-70％。

3.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，H在60％-70％范围内的所述孔的数量与所述负极活性材料层表面设置的所述孔的总量的比值N为55％-70％。

4.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述孔在所述负极活性材料层表面的投影面积的总和与所述负极活性材料层表面的面积的比值S为0.1％-50％。

5.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述孔在靠近所述负极集流体侧的孔径为D1，所述孔在远离所述负极集流体侧的孔径为D2，满足D1>D2。

6.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述孔的孔径为5μm-150μm；所述孔的孔深为5μm-100μm；所述孔的孔距为10μm-1000μm。

7.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述负极集流体上还设置有极耳，所述孔至所述极耳边缘的尺寸d为0.1mm-10mm。

8.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述负极片包括所述负极集流体和设置在所述负极集流体两侧表面的所述负极活性材料层，所述负极片包括双面区以及任选的单面区；所述孔设置在所述单面区和/或所述双面区。

9.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-8中任一项所述的负极片。

10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述电池为卷绕式电池；所述负极片在卷绕时形成卷绕头部和卷绕尾部；在所述负极片长度方向上，所述孔至所述负极片的所述卷绕头部的边缘的尺寸m为17mm-22mm，所述孔至所述负极片的所述卷绕尾部的边缘的尺寸n为2mm-5mm。