本發(fā)明涉及電池，特別是涉及負(fù)極極片及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)鋰離子電池在使用過(guò)程中，存在一定的安全失效風(fēng)險(xiǎn)，例如：（1）快充鋰電池雖然可以在大電流下進(jìn)行充電，縮短充電時(shí)間，但是當(dāng)充電電流提高后，因溫度、電壓、電流管控不到位，極化增大等各種因素，導(dǎo)致鋰離子沒(méi)有插入石墨，而直接在負(fù)極表面還原成鋰金屬，從而逐漸發(fā)展成為鋰枝晶，隨著鋰枝晶的生長(zhǎng)，有可能會(huì)穿透隔膜，直接與正極接觸，進(jìn)而造成正負(fù)極短路，影響電池的安全性能；（2）當(dāng)因某種因素導(dǎo)致了電芯內(nèi)部的正、負(fù)極直接接觸造成短路時(shí)，短路部位會(huì)釋放大量的熱量，導(dǎo)致電芯內(nèi)部的溫度迅速升高，當(dāng)提高到某一溫度閾值時(shí)，電池中隔膜的體積就會(huì)發(fā)生熱收縮，使得原本可以隔開(kāi)正、負(fù)極片的隔膜失去作用，從而造成更大面積的正負(fù)極短接，繼續(xù)釋放熱量，溫度繼續(xù)提升，電池內(nèi)的電解液、sei膜等組分在高溫下分解，產(chǎn)生大量氣體，造成電芯內(nèi)氣壓快速升高，熱失控惡化，最終導(dǎo)致電芯失控爆炸和起火。

2、通過(guò)在隔膜表面設(shè)置陶瓷粉末涂層，雖然在一定程度上能夠改善隔膜的熱收縮程度，從而推遲熱收縮發(fā)生的時(shí)間，延長(zhǎng)熱失控來(lái)臨的時(shí)間，但由于出現(xiàn)內(nèi)短路問(wèn)題仍然存在，無(wú)法從根本上避免因內(nèi)短路引起的熱失控風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種負(fù)極極片及其制備方法和應(yīng)用；所述負(fù)極極片能夠有效抑制鋰枝晶形成，并隔絕正負(fù)極接觸，從根本上解決內(nèi)短路問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)電池以及用電設(shè)備的高效安全防護(hù)。

2、一種負(fù)極極片，包括負(fù)極集流體，以及層疊設(shè)置于所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極活性材料層和保護(hù)層；

3、其中，所述保護(hù)層包括熱膨脹高分子聚合物基材，以及分布于所述熱膨脹高分子聚合物基材中的金屬過(guò)氧化物。

4、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述保護(hù)層的厚度為所述負(fù)極活性材料層厚度的5%-15%。

5、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述保護(hù)層的厚度為10μm-20μm；

6、及/或，所述負(fù)極活性材料層的厚度為125μm-150μm。

7、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬過(guò)氧化物在所述保護(hù)層中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%-30%；

8、及/或，在所述負(fù)極活性材料層與所述保護(hù)層構(gòu)成的復(fù)合層中，金屬過(guò)氧化物的密度為15.5mg/cm3-18.5mg/cm3。

9、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬過(guò)氧化物包括過(guò)氧化鈉、過(guò)氧化鉀中的至少一種。

10、在其中一個(gè)實(shí)施例中，熱膨脹高分子聚合物基材的熱膨脹系數(shù)為40ppm/℃-80ppm/℃；

11、及/或，熱膨脹高分子聚合物基材的材質(zhì)包括環(huán)氧樹(shù)脂、聚丙烯酸酯、聚酰亞胺、聚醋酸乙烯酯、乙丙橡膠、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中的至少一種。

12、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬過(guò)氧化物與所述負(fù)極活性材料層中負(fù)極活性材料的質(zhì)量比為1:140-1:160。

13、一種如上所述的負(fù)極極片的制備方法，包括如下步驟：

14、配制負(fù)極漿料并置于負(fù)極集流體表面，形成負(fù)極漿料層；

15、將熱膨脹高分子聚合物粉料、金屬過(guò)氧化物粉料與導(dǎo)電膠液混合并置于負(fù)極漿料層表面，經(jīng)干燥、壓制后得到負(fù)極極片。

16、一種電池，包括如上所述的負(fù)極極片，且所述負(fù)極極片中的保護(hù)層朝向正極極片。

17、一種用電設(shè)備，包括如上所述的電池。

18、本發(fā)明所述的負(fù)極極片，通過(guò)在負(fù)極活性材料層表面設(shè)置保護(hù)層，利用保護(hù)層中熱膨脹高分子聚合物與金屬過(guò)氧化物的協(xié)同作用，一方面，使負(fù)極表面的鋰金屬氧化，避免鋰金屬形成鋰枝晶，做到本征安全防護(hù)，并且在sei膜分解初期還能夠?qū)?qiáng)還原性氣體氧化，有利于進(jìn)一步增強(qiáng)電極結(jié)構(gòu)本征安全性；另一方面，不僅提高了耐高溫性能，而且能夠在高溫下產(chǎn)生體積膨脹，有效避免正負(fù)極之間的直接接觸，即使電池中隔膜受熱產(chǎn)生體積收縮，也不會(huì)引發(fā)正負(fù)極短接問(wèn)題，同時(shí)，膨脹過(guò)程中熱膨脹高分子聚合物內(nèi)部產(chǎn)生空壓及毛細(xì)管作用，還可以將游離的電解液吸附到膨脹后的熱膨脹高分子聚合物中，避免電解液燃燒，降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)，提高電池安全性。

19、因此，本發(fā)明提供的負(fù)極極片能夠有效抑制鋰枝晶形成，并隔絕正負(fù)極接觸，從根本上解決內(nèi)短路問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)電池以及用電設(shè)備的高效安全防護(hù)。

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，以及層疊設(shè)置于所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極活性材料層和保護(hù)層；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其特征在于，所述保護(hù)層的厚度為所述負(fù)極活性材料層厚度的5%-15%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的負(fù)極極片，其特征在于，所述保護(hù)層的厚度為10μm-20μm；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其特征在于，所述金屬過(guò)氧化物在所述保護(hù)層中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%-30%；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其特征在于，所述金屬過(guò)氧化物包括過(guò)氧化鈉、過(guò)氧化鉀中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其特征在于，熱膨脹高分子聚合物基材的熱膨脹系數(shù)為40ppm/℃-80ppm/℃；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片，其特征在于，所述金屬過(guò)氧化物與所述負(fù)極活性材料層中負(fù)極活性材料的質(zhì)量比為1:140-1:160。

8.一種如權(quán)利要求1至權(quán)利要求7任一項(xiàng)所述的負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

9.一種電池，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至權(quán)利要求7任一項(xiàng)所述的負(fù)極極片，且所述負(fù)極極片中的保護(hù)層朝向正極極片。

10.一種用電設(shè)備，其特征在于，包括如權(quán)利要求9所述的電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種負(fù)極極片及其制備方法和應(yīng)用，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體，以及層疊設(shè)置于所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極活性材料層和保護(hù)層；其中，所述保護(hù)層包括熱膨脹高分子聚合物基材，以及分布于所述熱膨脹高分子聚合物基材中的金屬過(guò)氧化物。本發(fā)明所述的負(fù)極極片能夠有效抑制鋰枝晶形成，并隔絕正負(fù)極接觸，從根本上解決內(nèi)短路問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)電池以及用電設(shè)備的高效安全防護(hù)。

技術(shù)研發(fā)人員：羅倩,宋元哲,李志
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江凌驍能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26