本發(fā)明涉及鋰離子電池，尤其涉及一種負(fù)極極片及其制備方法、鋰離子電池和用電設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池自商業(yè)化以來，經(jīng)過30來年的發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在電子消費(fèi)品領(lǐng)域，手機(jī)、筆記本電腦、藍(lán)牙耳機(jī)以及各種智能穿戴設(shè)備等對(duì)鋰離子電池的需求越來越大。此外，隨著各國(guó)對(duì)環(huán)境污染問題的日益重視，各個(gè)國(guó)家對(duì)于清潔能源的需求越來越強(qiáng)烈，鋰離子電池在清潔儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、電動(dòng)工具等領(lǐng)域的需求也不斷增大。伴隨科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的需求不僅體現(xiàn)在數(shù)量上，對(duì)鋰離子電池的性能提出了更高的要求。不斷提高鋰離子電池能量密度，開發(fā)高能量密度的鋰離子電池成為鋰離子電池發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2、就提高能量密度而言，提高鋰離子電池負(fù)極活性物質(zhì)的理論比容量是最有效的途徑之一。硅材料常溫下的理論比容量高達(dá)3579mah/g，是現(xiàn)今商用鋰離子電池石墨類負(fù)極理論比容量的10倍以上，短時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為是最有希望被商業(yè)化應(yīng)用以提升鋰離子電池能量密度的負(fù)極材料。然而，硅材料由于剛性較大，且壓實(shí)密度較石墨低，在實(shí)際使用過程中容易被壓碎，導(dǎo)致內(nèi)部活性硅材料直接暴露與電解液發(fā)生副反應(yīng)，電池容量衰退加快和電芯膨脹增大。因此，如何提升硅材料的實(shí)際使用壓實(shí)密度窗口，提升極片的穩(wěn)定性，是硅材料在鋰離子電池負(fù)極應(yīng)用上亟需解決的問題。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，為提升硅材料的壓實(shí)密度使用窗口，解決方案有：①采用表面包覆石墨烯等具有滑移功能物質(zhì)來提升硅材料壓實(shí)密度，但此方法引入的石墨烯等包覆物質(zhì)會(huì)加速與電解液副反應(yīng)，導(dǎo)致電性能劣化；②通過增大硅材料的粒徑提升材料壓實(shí)密度，但單純?cè)黾恿綍?huì)導(dǎo)致鋰離子在硅材料內(nèi)部擴(kuò)散路徑加長(zhǎng)，導(dǎo)致動(dòng)力學(xué)性能惡化；③通過匹配質(zhì)地更軟的高壓實(shí)石墨提升整體負(fù)極片的壓實(shí)密度，但高壓實(shí)石墨通常帶來動(dòng)力學(xué)性能的劣化和成本增加。因此，本發(fā)明提出一種新的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種負(fù)極極片及其制備方法、鋰離子電池和用電設(shè)備。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種負(fù)極極片，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置于所述負(fù)極集流體至少一側(cè)的負(fù)極活性材料層，所述負(fù)極活性材料層的組成成分包括活性硅材料和活性碳材料；

3、所述活性硅材料包括第一活性硅材料和第二活性硅材料，所述第一活性硅材料的dv50粒徑為1-5μm，所述第二活性硅材料的dv50粒徑為7-10μm。

4、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，以所述活性硅材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述第一活性硅材料的質(zhì)量含量為15-40％。

5、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，以所述活性硅材料和活性碳材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述活性硅材料的含量為2-30％。

6、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，以所述活性硅材料和活性碳材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述活性硅材料的含量為5-20％。

7、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述負(fù)極極片的表面的活性硅材料的顆粒破碎比例≤5％。

8、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述負(fù)極極片的表面的活性硅材料的顆粒破碎比例≤2％。

9、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第一活性硅材料和第二活性硅材料各自獨(dú)立地包括siox、預(yù)鋰化硅氧、預(yù)鎂化硅氧、硅合金、砂磨硅碳和氣相沉積硅碳中的任意一種或多種，其中，0＜x＜2。

10、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第一活性硅材料和第二活性硅材料均選自氣相沉積硅碳。

11、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述活性碳材料包括人造石墨、天然石墨、軟碳、硬碳和中間相碳微球中的任意一種或多種。

12、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第一活性硅材料的壓實(shí)密度pd1為0.95g/cc≤pd1≤1.05g/cc。

13、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第二活性硅材料的壓實(shí)密度pd2為1.05g/cc＜pd2≤1.20g/cc。

14、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述活性硅材料的壓實(shí)密度pd＞pd2。

15、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述負(fù)極活性材料層的組成成分還包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和增稠劑。

16、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯和導(dǎo)電石墨中的任意一種或多種，優(yōu)選為碳納米管。

17、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述粘結(jié)劑包括聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽、聚乙烯基砒咯烷酮、聚苯胺、聚酰亞胺、聚硅氧烷、丁苯橡膠、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂和聚氨酯樹脂中的任意一種或多種，優(yōu)選為聚丙烯酸鹽，如paa-na或paa-li。

18、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述增稠劑包括cmc及其鹽中的任意一種或多種，優(yōu)選為cmc-na和/或cmc-li。

19、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述導(dǎo)電劑在所述負(fù)極活性材料層中的質(zhì)量含量為0.05-3％。

20、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述粘結(jié)劑在所述負(fù)極活性材料層中的質(zhì)量含量為1-4％。

21、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述增稠劑劑在所述負(fù)極活性材料層中的質(zhì)量含量為0.1-1.6％。

22、第二方面，本發(fā)明提供了第一方面所述的負(fù)極極片的制備方法，所述制備方法包括：將活性硅材料和活性碳材料混勻得到負(fù)極活性漿料，將負(fù)極活性漿料涂布于負(fù)極集流體上，得到所述負(fù)極極片。

23、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述制備方法包括：將活性硅材料、活性碳材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、增稠劑和水混勻得到負(fù)極活性漿料，將負(fù)極活性漿料涂布于負(fù)極集流體上，得到所述負(fù)極極片。

24、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述負(fù)極活性漿料的固含量為45-55％。

25、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述負(fù)極活性漿料的粘度為3000-8000pa·s。

26、第三方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括第一方面所述的負(fù)極極片或第二方面所述的制備方法制備得到的負(fù)極極片。

27、第四方面，本發(fā)明提供了一種用電設(shè)備，所述用電設(shè)備包括第三方面所述的鋰離子電池。

28、本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

29、(1)本發(fā)明提供的負(fù)極極片，通過對(duì)負(fù)極活性材料層中的活性硅材料的粒徑及含量進(jìn)行科學(xué)級(jí)配，使得負(fù)極極片具有高強(qiáng)度和高壓實(shí)密度，進(jìn)而有效提升鋰離子電池的動(dòng)力學(xué)性能和長(zhǎng)循環(huán)性能，且能量密度較高。

30、(2)本發(fā)明提供的負(fù)極極片的制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，前景廣闊。

技術(shù)特征：

1.一種負(fù)極極片，其特征在于，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置于所述負(fù)極集流體至少一側(cè)的負(fù)極活性材料層，所述負(fù)極活性材料層的組成成分包括活性硅材料和活性碳材料；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其特征在于，以所述活性硅材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述第一活性硅材料的質(zhì)量含量為15-40％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負(fù)極極片，其特征在于，以所述活性硅材料和活性碳材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述活性硅材料的含量為2-30％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負(fù)極極片，其特征在于，所述負(fù)極極片的表面的活性硅材料的顆粒破碎比例≤5％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負(fù)極極片，其特征在于，所述第一活性硅材料和第二活性硅材料各自獨(dú)立地包括siox、預(yù)鋰化硅氧、預(yù)鎂化硅氧、硅合金、砂磨硅碳和氣相沉積硅碳中的任意一種或多種，其中，0＜x＜2；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的負(fù)極極片，其特征在于，所述第一活性硅材料的壓實(shí)密度pd1為0.95g/cc≤pd1≤1.05g/cc；

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負(fù)極極片，其特征在于，所述負(fù)極活性材料層的組成成分還包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和增稠劑。

8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：將活性硅材料和活性碳材料混勻得到負(fù)極活性漿料，將負(fù)極活性漿料涂布于負(fù)極集流體上，得到所述負(fù)極極片。

9.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的負(fù)極極片或權(quán)利要求8所述的制備方法制備得到的負(fù)極極片。

10.一種用電設(shè)備，其特征在于，所述用電設(shè)備包括權(quán)利要求9所述的鋰離子電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種負(fù)極極片及其制備方法、鋰離子電池和用電設(shè)備。所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置于所述負(fù)極集流體至少一側(cè)的負(fù)極活性材料層，所述負(fù)極活性材料層的組成成分包括活性硅材料和活性碳材料；所述活性硅材料包括第一活性硅材料和第二活性硅材料，所述第一活性硅材料的Dv50粒徑為1?5μm，所述第二活性硅材料的Dv50粒徑為7?10μm。本發(fā)明提供的負(fù)極極片具有高強(qiáng)度和高壓實(shí)密度，能夠有效提升鋰離子電池的動(dòng)力學(xué)性能和長(zhǎng)循環(huán)性能，且能量密度較高。

技術(shù)研發(fā)人員：陳志煥,王書慧,杜鵬,魏巖巍,潘福中
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江極氪智能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2