一种负极极片及其锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子二次电池的负极极片及其锂离子二次电池，更具体地涉及一种含有双层活性物质层的改善电芯倍率、循环性能、提高电芯能量密度的负极极片及其锂离子二次电池，包括常规集流体、片状的第一活性物质层和球形或类球形的第二活性物质层，使得电池兼具高动力学性能和高能量密度的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种负极极片及其锂离子二次电池
本专利技术涉及电池领域，更具体地涉及一种负极极片及锂离子二次电池。
技术介绍
近来动力电池市场的需求逐渐扩大，对动力电池的电化学性能和动力学性能的需求也越来越高。锂离子二次电池是动力电池家族的主要成员之一，对于锂离子二次电池来说，能量密度和循环寿命的提升对于电池性能至关重要。从技术原理来说，动力电池是通过离子在正负极活性物质之间嵌入和脱出完成充电和放电过程，其中负极极片设计将直接影响电池的性能。如何通过合理设计负极极片，从而得到兼顾电化学性能和动力学性能的电池是目前行业内普遍面临的问题。
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锂离子二次电池，所述锂离子二次电池兼具高能量密度、长循环寿命以及良好的动力学性能。为达到上述目的，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，包括：负极集流体；设置在负极集流体上的第一活性物质层，其包括第一活性物质；和设置在第一活性物质层上的第二活性物质层，其包括第二活性物质，所述第一活性物质为片状，所述第二活性物质为球形或类球形。在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种锂离子二次电池，其包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，其中，所述负极极片为根据本专利技术第一方面所述的负极极片。相比于现有技术，本专利技术至少包括如下所述的有益效果：本专利技术的负极极片采用双活性物质层，且第一活性物质层和第二活性物质层选择特定形状的活性物质，可以使锂离子二次电池兼具高能量密度、长循环寿命及良好的动力学性能。具体实施方式下面详细说明本专利技术的负极极片及锂离子二次电池。首先说明本专利技术第一方面的负极极片，负极极片包括：负极集流体；设置在负极集流体上的第一活性物质层，其包括第一活性物质；和设置在第一活性物质层上的第二活性物质层，其包括第二活性物质，所述第一活性物质为片状，所述第二活性物质为球形或类球形。所述负极极片采用双活性物质层，且第一活性物质层和第二活性物质层选择特定形状的活性物质，专利技术人经过大量研究发现，当负极极片采用双活性物质层时，不仅可以提高电池的能量密度，还可以有效改善活性物质层开裂问题，主要是因为通过双层涂布，降低了极片烘干过程中活性物质层的内应力，解决了涂布重量增加导致的开裂问题，从而改善电池的循环性能可以有效地提升电池的能量密度、循环寿命以及动力学性能。所述第一活性物质选择片状颗粒，由于其棱角尖锐，在压实过程中更容易相互咬合而紧密堆积在一起，进一步提升电池的能量密度和循环性能；第二活性物质选择球形或类球形颗粒，其可以使第二活性物质层在较高的压实密度下仍能保持良好的孔隙率，从而使电池具有更高的能量密度及优异的动力学性能。进一步地，所述第一活性物质的扁平程度对于电池的性能有一定影响，为了更加清楚的表征片状颗粒的扁平程度，规定片状颗粒的扁平程度采用扁平度的概念表征，其中，扁平度为第一活性物质的短径与厚度的比值的三维尺寸，其中尺寸最小的为厚度，尺寸最大的为长径，尺寸位于中间的为短径。扁平度偏低的片状颗粒由于颗粒短径过小或厚度较大，使得材料自身棱角尖锐程度下降，在压实过程中，其相互咬合的程度有一定的下降，造成负极极片能量密度的下降；扁平度偏高的片状颗粒由于其短径过大或厚度过小使得材料咬合太过致密，从而不利于锂离子脱嵌，负极极片的动力学性能反而下降。优选地，所述第一活性物质的短径与厚度的比值(即扁平度)为0.1-2.0，进一步优选为0.5-1.8。进一步地，所述第二活性物质的平均粒径D50对负极极片的性能也有一定的影响。第二活性物质的平均粒径越小，其与电解液的接触越充分，越有利于活性离子与电子的电荷交换，从而更有利于电池的快速充电，但是第二活性物质的平均粒径过小，负极浆料的制备越困难，负极极片的一致性可能受到影响。优选地，所述第二活性物质的平均粒径为5μm-40μm；进一步优选为8μm-35μm。进一步地，所述活性物质层的孔隙率对负极极片的性能也有一定的影响。孔隙率越大，电解液越容易与活性物质充分接触，越利于锂离子的脱嵌，但孔隙率过大会造成单位体积内涂布的活性物质的量减少，造成负极极片能量密度的减少，孔隙率越小，越容易提升负极极片的能量密度，但可能造成负极极片动力学性能下降。优选地，所述第二活性物质层的孔隙率大于第一活性物质层的孔隙率。当所述第二活性物质层的孔隙率大于所述第一活性物质的孔隙率时，有利于电解液快速的浸润电极极片，有利于提高所述负极极片的吸液速率，同时，所述第一活性物质层较低的孔隙率有助于提高所述负极极片的储液能力。优选地，所述第一活性物质层的孔隙率为15％-35％，更优选为20％-30％。优选地，所述第二活性物质层的孔隙率为30％-50％，更优选为35％-45％。进一步地，活性物质的单位面积涂布重量对于负极极片的性能也有一定的影响，单位面积涂布重量是影响负极极片能量密度的重要参数，一般情况下，负极极片的单位涂布重量越小，电池的动力学性能越好，但同时电池的能量密度也会越低；反之，则动力学性能下降，而能量密度有所提升。优选地，所述第一活性物质层和/或第二活性物质层的单位面积涂布重量(单面)为20g/m2-200g/m2，更优选为50g/m2-180g/m2。专利技术人进一步研究发现，当所述第二活性物质层与所述第一活性物质层的单位面积涂布重量的比值为0.05-0.5时，可进一步提升电池的能量密度和循环性能。优选地，所述第二活性物质层的单位面积涂布重量与第一活性物质层的单位面积涂布重量的比值为0.1-0.45。进一步地，所述第一活性物质层的厚度为30μm-100μm，优选为50μm-80μm；所述第二活性物质层的厚度为30μm-100μm，优选为50μm-80μm。厚度过小会影响电池的能量密度，厚度过大将导致活性物质层之间的粘结力降低，出现脱模现象，从而影响电池的循环性能。在本专利技术的负极极片中，所述第一活性物质和第二活性物质选自软碳、硬碳、石墨、硅、硅氧化合物、硅碳复合物以及能与锂形成合金的金属中的一种或几种。优选地，所述第一活性物质和第二活性物质均为石墨。其次说明本专利技术第二方面的锂离子二次电池，其包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，其中，所述负极极片为根据本专利技术第一方面所述的负极极片。在本专利技术第二方面的电池中，正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料、导电剂以及粘结剂的正极膜片。正极极片的具体种类及组成均不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择。正极活性材料选自但不限于以下物质的一种或几种：锂过渡金属复合氧化物，包含锂铁磷化物、锂铁锰磷化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物以及这些锂过渡金属氧化物添加其他过渡金属或非过渡金属得到的化合物。在本专利技术第二方面的电池中，所述隔离膜的种类并不受到具体的限制，可以是现有电池中使用的任本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极极片，包括：/n负极集流体；/n设置在负极集流体上的第一活性物质层，其包括第一活性物质；和/n设置在第一活性物质层上的第二活性物质层，其包括第二活性物质，/n所述第一活性物质为片状，所述第二活性物质为球形或类球形。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极极片，包括：
负极集流体；
设置在负极集流体上的第一活性物质层，其包括第一活性物质；和
设置在第一活性物质层上的第二活性物质层，其包括第二活性物质，
所述第一活性物质为片状，所述第二活性物质为球形或类球形。


2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性物质扁平度为0.1-2，优选为0.5-1.8。


3.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第二活性物质的平均粒径为5μm-40μm，优选为8μm-35μm。


4.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第二活性物质层的孔隙率大于第一活性物质层的孔隙率。


5.根据权利要求4所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性物质层的孔隙率为15％-35％，优选为20％-30％；和/或，
所述第二活性物质层的孔隙率为3...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄亚萍，张小文，金海族，林永寿，
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