负极极片及电池制造技术

本发明专利技术提供了一种负极极片及电池，所述负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性材料的负极膜片，且所述负极膜片满足：4≤P×[(30‑Dv50)/2+2×(10‑M)]≤20。其中，P为负极膜片的孔隙率；Dv50为负极活性材料的体积中位粒径，单位为μm；M为负极膜片单位面积的容量，单位为mAh/cm

【技术实现步骤摘要】
负极极片及电池
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种负极极片及电池。
技术介绍
可充电电池具有重量轻、能量密度高、无污染、无记忆效应、使用寿命长等突出特点，因而被广泛应用于手机、电脑、家用电器、电动工具等。其中，充电时间越来越受到终端消费者的重视，也是限制可充电电池普及的重要因素。从技术原理来说，电池快速充电技术的核心是通过化学体系调和及设计优化来提升离子在正负极间的移动速度。如果负极无法承受大电流充电，在电池快速充电时离子会在负极表面直接还原析出而不是嵌入负极活性材料中，同时在电池快速充电时负极表面还会产生大量副产物，影响电池的循环寿命和安全性。因此，电池快速充电技术的关键在于负极活性材料以及负极极片的设计。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种负极极片及电池，所述负极极片具有动力学性能优异的特点，所述电池能同时兼顾动力学性能优异、循环寿命长、能量密度较高的特点。为了达到上述目的，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种负极极片，其包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性材料的负极膜片，且所述负极膜片满足：4≤P×[(30-Dv50)/2+2×(10-M)]≤20。其中，P为负极膜片的孔隙率；Dv50为负极活性材料的体积中位粒径，单位为μm；M为负极膜片单位面积的容量，单位为mAh/cm2。在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种电池，其包括根据本专利技术第一方面所述的负极极片。相对于现有技术，本专利技术至少包括如下所述的有益效果：本专利技术通过调节负极膜片的孔隙率P、负极膜片单位面积的容量M以及负极活性材料的体积中位粒径Dv50之间的关系，得到了同时兼顾优异动力学性能、长循环寿命以及较高能量密度的电池。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的负极极片及电池。首先说明根据本专利技术第一方面的负极极片，其包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性材料的负极膜片，且所述负极膜片满足：4≤P×[(30-Dv50)/2+2×(10-M)]≤20。其中，P为负极膜片的孔隙率；Dv50为负极活性材料的体积中位粒径，单位为μm；M为负极膜片单位面积的容量，单位为mAh/cm2。需要说明的是，负极膜片单位面积的容量M是指位于负极集流体其中任一个表面上的负极膜片单位面积的容量。在本专利技术的一些实施方式中，P×[(30-Dv50)/2+2×(10-M)]的下限值可以为4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9，P×[(30-Dv50)/2+2×(10-M)]的上限值可以为8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5、20。优选地，6≤P×[(30-Dv50)/2+2×(10-M)]≤15；进一步优选地，8≤P×[(30-Dv50)/2+2×(10-M)]≤12。在电池充电过程中，对于负极极片来说，需要经过如下的3个电化学过程：(1)正极活性材料脱出的离子(例如锂离子、钠离子等)进入电解液中，并随着电解液进入负极多孔电极的孔道中，进行离子在负极多孔电极孔道内部的液相扩散过程；(2)离子穿过负极活性材料表面的SEI膜并与电子在负极活性材料表面发生电荷交换；(3)离子进入负极活性材料体相内部并进行固相扩散和积累。上述3个电化学过程的阻力越小，越有利于提升电池快速充电能力，电池的动力学性能也越优异；反之，上述3个电化学过程的阻力越大，越不利于提升电池快速充电能力，电池的动力学性能也越差。通常，负极膜片的孔隙率P越小，离子在负极多孔电极孔道内部液相扩散阻力就越大，越不利于提升电池快速充电能力，电池的动力学性能也越差；反之，负极膜片的孔隙率P越大，离子在负极多孔电极孔道内部液相扩散阻力就越小，原则上越有利于提升电池快速充电能力，电池的动力学性能也越优异。但是负极膜片的孔隙率P变大时，负极膜片中负极活性材料颗粒与颗粒之间堆积程度变得松散，颗粒与颗粒之间的电子接触变差，电子传导性能恶化，离子与电子在负极活性材料表面电荷交换阻力趋向于增加，由此影响了对电池动力学性能的提升效果。同时，负极膜片的孔隙率P变大时，负极高体积能量密度的优势逐渐丧失，由此还影响了电池的能量密度。通常，负极活性材料的体积中位粒径Dv50越小，那么电池充电时离子与电子在负极活性材料表面电荷交换阻力越小，离子在负极活性材料体相内部固相扩散以及积累阻力也越小，但同时，发生小粒径负极活性材料堵塞负极多孔电极孔道的概率也越高，离子在负极多孔电极孔道内部液相传导路径延长、液相扩散阻力增加，由此影响了对电池动力学性能的提升效果。且负极活性材料的体积中位粒径Dv50越小，负极高体积能量密度的优势逐渐丧失，由此还影响了电池的能量密度。通常，负极膜片单位面积的容量M越小，离子在负极活性材料体相内部积累速率越快，越有利于提升电池快速充电能力，电池的动力学性能也越优异，但同时负极膜片单位面积的容量M越小，电池能量密度以及循环寿命受到的负面影响也越大。因此，负极活性材料以及负极极片的不同参数对电池循环寿命、能量密度以及动力学性能的影响程度是不一样的，仅靠上述参数自身优化，对实现电池同时兼顾优异动力学性能、长循环寿命以及较高能量密度方面存在很大的局限性。专利技术人通过大量研究发现，当负极膜片的孔隙率P(无量纲)、负极活性材料的体积中位粒径Dv50(单位为μm)、负极膜片单位面积的容量M(单位为mAh/cm2)满足4≤P×[(30-Dv50)/2+2×(10-M)]≤20时，离子在负极多孔电极孔道内部液相传导阻力、离子与电子在负极活性材料表面电荷交换阻力以及离子在负极活性材料体相内部固相扩散以及积累阻力均保持在较小程度，负极极片可具有优异的动力学性能以及高的体积能量密度，由此可以使电池具有优异动力学性能同时兼顾长循环寿命以及较高能量密度的优势。在本专利技术第一方面的负极极片中，优选地，所述负极膜片的孔隙率P为20％～65％；进一步优选地，所述负极膜片的孔隙率P为22％～60％；更进一步优选地，所述负极膜片的孔隙率P为22％～55％。负极膜片的孔隙率落入上述优选范围内时，离子在负极多孔电极孔道内部液相扩散阻力以及离子与电子在负极活性材料表面电荷交换阻力均较小，负极极片可具有更优异的动力学性能；同时，负极膜片保有电解液的能力也更好，可保证负极活性材料颗粒与颗粒之间具有良好的电解液浸润性，且负极活性材料和电解液之间的界面电荷转移阻抗也更低，电池动力学性能以及循环寿命可得到进一步提升。在本专利技术第一方面的负极极片中，优选地，所述负极活性材料的体积中位粒径Dv50为4μm～20μm；进一步优选地，所述负极活性材料的体积中位粒径Dv50为4μm～18μm；更进一步优选地，所述负极活性材料的体积中位粒径Dv50为4μm～16μm。负极活性材料的体积中位粒径落入上述优选范围内时，负极极片的均一性可更高，由此可以避免负极活性材料粒径太小与电解液产生较多的副反应而影响对电池性能的改善效果，还可以避免粒径太大阻碍离子在负极活性材料体相内部的固相扩散以及积累而影响对电池性能的改善效果。在本专利技术第一方面的负极极片中，优选地，所述负极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极极片，包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性材料的负极膜片；其特征在于，所述负极膜片满足：4≤P×[(30‑Dv50)/2+2×(10‑M)]≤20；其中，P为负极膜片的孔隙率；Dv50为负极活性材料的体积中位粒径，单位为μm；M为负极膜片单位面积的容量，单位为mAh/cm2。

【技术特征摘要】
1.一种负极极片，包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性材料的负极膜片；其特征在于，所述负极膜片满足：4≤P×[(30-Dv50)/2+2×(10-M)]≤20；其中，P为负极膜片的孔隙率；Dv50为负极活性材料的体积中位粒径，单位为μm；M为负极膜片单位面积的容量，单位为mAh/cm2。2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极膜片满足：6≤P×[(30-Dv50)/2+2×(10-M)]≤15；优选地，所述负极膜片满足：8≤P×[(30-Dv50)/2+2×(10-M)]≤12。3.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述负极膜片的孔隙率P为20％～65％，优选为22％～55％。4.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述负极活性材料的体积中位粒径Dv50为4μm～20μm，优选为4μm～16μm。5.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述负极膜片单位面积的容量M为0.5mAh/cm2～7.0mAh...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家政，康蒙，申玉良，何立兵，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35