本申请提供了负极极片、电化学装置和电子装置。负极极片包括三维骨架结构，三维骨架结构包括纤维和刚性颗粒。刚性颗粒的莫氏硬度大于或等于2，刚性颗粒的弹性模量大于或等于40Gpa。本申请的实施例通过采用包括纤维和刚性颗粒的三维骨架结构，其中刚性颗粒的莫氏硬度大于或等于2，刚性颗粒的弹性模量大于或等于40Gpa，一方面三维骨架结构可以缓解负极活性材料在循环过程中的体积膨胀；另一方面，刚性颗粒有助于稳定三维骨架结构并且可以作为锂润湿材料，诱导锂沉积在三维骨架内部，减少锂枝晶的产生，进而提升所形成的电化学装置的安全性能和循环性能。安全性能和循环性能。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极极片、电化学装置和电子装置
[0001]本申请涉及电化学储能领域，尤其涉及负极极片、电化学装置和电子装置。
技术介绍
[0002]随着电化学装置(例如，锂离子电池)的发展和进步，对其循环性能和能量密度提出了越来越高的要求。目前，为了提升电化学装置的能量密度，通常采用一些高克容量的负极活性材料(例如，锂金属、硅基材料等)，然而，高克容量的负极活性材料随着循环的进行伴随着显著的体积膨胀，造成负极活性材料层的脱膜等问题，降低电化学装置的循环性能。
[0003]因此，如何在确保电化学装置的能量密度的同时，改善电化学装置的循环性能，仍是丞待解决的问题。
技术实现思路
[0004]本申请的一些实施例提供了一种负极极片，该负极极片包括三维骨架结构，三维骨架结构包括纤维和刚性颗粒。刚性颗粒的莫氏硬度大于或等于2，刚性颗粒的弹性模量大于或等于40Gpa。
[0005]在一些实施例中，三维骨架结构的厚度为18μm至200μm。在一些实施例中，三维骨架结构中的刚性颗粒的总质量含量为5％至95％，优选为26.7％至60％。在一些实施例中，三维骨架结构的孔隙率为5％至95％。在一些实施例中，负极极片还包括负极集流体，其中，三维骨架结构位于负极集流体上，靠近负极集流体的三维骨架结构中的刚性颗粒的质量含量大于远离负极集流体的三维骨架结构中的刚性颗粒的质量含量。在一些实施例中，三维骨架结构中的刚性颗粒的质量含量随着远离负极集流体而梯度减小。在一些实施例中，根据与负极集流体的距离从近至远，在三维骨架结构的厚度方向上将三维骨架结构平均分为第一部分、第二部分和第三部分，第一部分中的刚性颗粒的质量含量大于60％，第二部分中的刚性颗粒的质量含量为20％至60％，第三部分中的刚性颗粒的质量含量小于20％。在一些实施例中，刚性颗粒的平均粒径D50为100nm至20μm。在一些实施例中，刚性颗粒包括金属、金属合金、金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属碳化物或聚合物。在一些实施例中，刚性颗粒包括Ag、Au、Zn、TiO2、SiO2、ZnO、SnO2、Co3O4、Fe2O3、Mo2N3、MoS2、SnS2或具有羟基、酯基、羧基、氨基、磺基中的至少一个基团的聚合物中的至少一种。在一些实施例中，纤维包括金属纤维、碳基材料纤维或聚合物纤维中的至少一种。在一些实施例中，纤维包括不锈钢纤维毡、镍线、铜线、银线、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、纯碳纤维、掺杂碳纤维、二氧化硅纳米线、玻璃纤维纳米线、聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯
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六氟丙烯或聚偏二氟乙烯
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三氟氯乙烯中的至少一种。在一些实施例中，纤维的直径为100nm至20μm。在一些实施例中，三维骨架结构在受压时的厚度变形量t和三维骨架结构的厚度T满足：t≤10％T。在一些实施例中，三维骨架结构中存在锂元素的部分的厚度h和三维骨架结构的厚度T满足：h≥30％T。
[0006]本申请的一些实施例提供了一种电化学装置，该电化学装置包括正极极片、负极极片和位于正极极片和负极极片之间的隔离膜，其中，负极极片为上述任一负极极片。
[0007]本申请的实施例还提供了一种电子装置，包括上述电化学装置。
[0008]本申请的实施例通过采用包括纤维和刚性颗粒的三维骨架结构，其中刚性颗粒的莫氏硬度大于或等于2，刚性颗粒的弹性模量大于或等于40Gpa，一方面三维骨架结构可以缓解负极活性材料在循环过程中的体积膨胀；另一方面，刚性颗粒有助于稳定三维骨架结构并且可以作为锂润湿材料，诱导锂沉积在三维骨架内部，减少锂枝晶的产生，进而提升所形成的电化学装置的安全性能和循环性能。
具体实施方式
[0009]下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。
[0010]本申请的一些实施例提供了一种负极极片，该负极极片包括三维骨架结构，三维骨架结构包括纤维和刚性颗粒。该三维骨架结构可以为锂沉积提供足够的空间，减少负极极片在充放电过程中的体积变化。在一些实施例中，在该三维骨架结构，纤维主要起骨架支撑的作用，而刚性颗粒分布在纤维形成的骨架中，可以起到稳定该三维骨架结构的作用。
[0011]在一些实施例中，刚性颗粒的莫氏硬度大于或等于2，刚性颗粒的弹性模量大于或等于40Gpa。如果刚性颗粒的莫氏硬度太小或弹性模量太小，则刚性颗粒将难以起到稳定该三维骨架结构的作用，使得该三维骨架结构在受到嵌入的锂的循环膨胀的影响下容易发生变形。
[0012]本申请的实施例通过采用包括纤维和刚性颗粒的三维骨架结构，一方面三维骨架结构可以缓解沉积的锂在循环过程中的体积膨胀对负极极片的不利影响；另一方面，刚性颗粒有助于稳定三维骨架结构并且可以作为锂润湿材料，诱导锂沉积在三维骨架内部，减少锂枝晶的产生，进而提升所形成的电化学装置的安全性能和循环性能。锂枝晶的存在会导致锂沉积密度的大大降低，使得能量密度降低。此外，锂枝晶还可能会刺穿隔离膜造成短路，引发安全问题。在一些实施例中，三维骨架结构能够分散电流，降低局部的电流密度，改善锂金属的沉积形貌，抑制锂枝晶的形成。在一些实施例中，利用刚性颗粒与纤维混合，能够提高三维骨架结构的刚性与耐压性能，确保负极极片在受压过程中极片不会发生形变，使得在锂金属沉积和剥离过程中三维骨架能够保持结构稳定。同时，刚性颗粒可以作为锂润湿材料，当三维骨架结构中存在锂润湿材料时，锂会更容易进入三维骨架结构中，诱导锂金属沉积在三维骨架结构内部，改善负极极片的体积膨胀，并且减少锂枝晶的形成或负极表面析锂。
[0013]在一些实施例中，三维骨架结构的厚度为18μm至200μm。在一些实施例中，如果三维骨架结构的厚度低于18μm，则即使锂金属沉积过程中以最大的沉积密度进行沉积，三维骨架结构通常仍然无法容纳全部的锂金属，那么会有部分锂金属沉积在三维骨架结构外面，沉积在三维骨架结构外面的锂金属体积膨胀无法得到改善；如果三维骨架结构的厚度高于200μm，则电化学装置整体的能量密度会有较大降低。
[0014]在一些实施例中，三维骨架结构中的刚性颗粒的总质量含量为5％至95％。当三维骨架结构中的刚性颗粒的质量含量低于5％时，刚性颗粒起到的锂润湿效果有限；当三维骨
架结构中的刚性颗粒的质量含量高于95％时，纤维含量太少，无法形成自支撑的三维骨架结构。在一些实施例中，三维骨架结构中的刚性颗粒的总质量含量为26.7％至60％。如此，能够实现三维骨架结构的较佳机械性能，在受到外力或嵌入的材料(例如锂金属)的循环膨胀的作用下不容易变形，进而使三维骨架结构在受压时的厚度变形量t和三维骨架结构的厚度T满足：t≤10％T。
[0015]在一些实施例中，三维骨架结构的孔隙率为5％至95％。如果三维骨架结构的孔隙率过低，则会使得三维骨架结构没有足够的空间来容纳锂金属；如果三维骨架结构的孔隙率过大，则难以保持三维骨架结构的结构稳定。通过使三维骨架结构的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负极极片，包括：三维骨架结构，所述三维骨架结构包括纤维和刚性颗粒，所述刚性颗粒的莫氏硬度大于或等于2，所述刚性颗粒的弹性模量大于或等于40Gpa。2.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述三维骨架结构满足以下特征中的至少一个：所述三维骨架结构的厚度为18μm至200μm；所述三维骨架结构中的所述刚性颗粒的总质量含量为5％至95％，优选为26.7％至60％。3.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述三维骨架结构的孔隙率为5％至95％。4.根据权利要求1所述的负极极片，还包括负极集流体，其中，所述三维骨架结构位于所述负极集流体上，靠近所述负极集流体的所述三维骨架结构中的所述刚性颗粒的质量含量大于远离所述负极集流体的所述三维骨架结构中的所述刚性颗粒的质量含量。5.根据权利要求4所述的负极极片，其中，所述三维骨架结构中的所述刚性颗粒的质量含量随着远离所述负极集流体而梯度减小。6.根据权利要求4所述的负极极片，其中，根据与所述负极集流体的距离从近至远，在所述三维骨架结构的厚度方向上将所述三维骨架结构平均分为第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分中的所述刚性颗粒的质量含量大于60％，所述第二部分中的所述刚性颗粒的质量含量为20％至60％，所述第三部分中的所述刚性颗粒的质量含量小于20％。7.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述刚性颗粒满足以下特征中的至少一个：所述刚性颗粒的平均粒径为100nm至20μm；所述刚性颗粒包括金属、金属合金、金属氧化物、金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：林小萍，陈茂华，谢远森，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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