一种负极极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种负极极片及其制备方法和应用，所述负极极片包括集流体和阵列设置于所述集流体表面的电极材料块体，所述电极材料块体之间设置缝隙，所述电极材料块体包括上活性物质层、下活性物质层和设置于所述上活性物质层和下活性物质层之间的Pt颗粒，所述下活性物质层靠近所述集流体，所述缝隙中设置Pt颗粒，本发明专利技术通过电极特殊设计和改造能够很好的均衡电池高能量密度、低温行为和长循环寿命行为，提升电池产品竞争力。提升电池产品竞争力。提升电池产品竞争力。

【技术实现步骤摘要】
一种负极极片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种负极极片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池的能量密度高、环境友好，循环寿命长等优点，已经在消费类电子领域取得了越来越广泛的应用。随着新能源汽车渗透率超过20％，整个社会对动力锂离子电池的需求越来越高，电池需要越来越高的能量密度和循环寿命。
[0003]同等设计条件下，电池的能量密度越来越高需要较高的涂布质量，这会降低电池的能量密度。此外，考虑到很多新能源汽车在北半球或者冬天使用，电池的低温性能要求越来越高。
[0004]CN107230774A公开了一种负极极片及锂离子电池。所述负极极片包括负极集流体以及负极膜片。所述负极膜片形成于所述负极集流体的一侧或两侧。所述负极膜片包括：内侧活性物质层，位于所述负极集流体上并与所述负极集流体相邻，包含能够脱嵌锂离子的负极活性物质；以及外侧功能层，位于所述内侧活性物质层上且位于所述负极膜片的最远离所述负极集流体的一侧，所述外侧功能层包括Super P以及粘结剂，且不包含能够脱嵌锂离子的负极活性物质。
[0005]CN110416492A公开了一种负极极片，包括层叠设置的负极集流体、负极材料层和铌钛氧化物层，所述负极材料层设置在所述负极集流体和所述铌钛氧化物层之间，所述铌钛氧化物层中具有铌钛氧化物，所述铌钛氧化物在所述铌钛氧化物层中的质量百分数为70％至90％。
[0006]上述方案所述负极极片难以调和的高能量密度、低温性能和循环寿命均衡的矛盾，离子和电子传输很慢的极片在低温环境中会带来电池较差的低温行为，容易引起低温活性锂损失，这会导致电池较差的循环寿命，因此，均衡电池的能量密度、低温性能和循环寿命非常迫切，这对提升新能源汽车的驾驶体验和性价比性能具有重要的意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种负极极片及其制备方法和应用，本专利技术通过电极特殊设计和改造能够很好的均衡电池高能量密度、低温行为和长循环寿命行为，提升电池产品竞争力。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种负极极片，所述负极极片包括集流体和阵列设置于所述集流体表面的电极材料块体，所述电极材料块体之间设置缝隙，所述电极材料块体包括上活性物质层、下活性物质层和设置于所述上活性物质层和下活性物质层之间的Pt颗粒，所述下活性物质层靠近所述集流体，所述缝隙中设置Pt颗粒。
[0010]本专利技术所述负极极片中，构筑的缝隙直接贯穿到集流体的底部，这些缝隙一方面会储存大量的电解液，从而可以补充电池在循环过程中活性锂的消耗，提升电池的循环寿
命，同时这些缝隙可以缓解材料的膨胀，从而电极具备较高的能量密度和循环稳定性。
[0011]优选地，所述集流体包括涂碳铜箔。
[0012]优选地，所述电极材料块体的形状包括方形。
[0013]优选地，所述电极材料块体的长度为10～1000mm，例如：10mm、50mm、100mm、500mm或1000mm等。
[0014]优选地，所述电极材料块体的宽度为50～300mm，例如：50mm、80mm、100mm、150mm、200mm或300mm等。
[0015]优选地，所述缝隙的宽度为0.2～1.5mm，例如：0.2mm、0.5mm、1mm、1.2mm或1.5mm等。
[0016]优选地，所述下活性物质层包括硅材料、导电剂和粘结剂。
[0017]优选地，所述硅材料包括单质硅和/或硅氧化物。
[0018]优选地，所述上活性物质层包括碳材料、导电剂和粘结剂。
[0019]优选地，所述碳材料包括石墨。
[0020]优选地，所述导电剂包括导电炭黑。
[0021]优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。
[0022]优选地，所述下活性物质层的厚度为8～9μm，例如：8μm、8.2μm、8.4μm、8.6μm、8.8μm或9μm等。
[0023]优选地，所述上活性物质层的厚度为130～132μm，例如：130μm、130.5μm、131μm、131.5μm或132μm等。
[0024]优选地，所述Pt颗粒的中值粒径D50为100～800nm，例如：100nm、200nm、400nm、600nm或800nm等。
[0025]优选地，所述下活性物质层中硅材料尺寸＞D50的占比50％以上。
[0026]优选地，以所述上活性物质层和下活性物质层中导电剂的质量为100％计，所述下活性物质层中导电剂的质量>50％。
[0027]本专利技术采用双层涂布，底层涂布中材料尺寸＞D50的占比50％以上，以便相对较高的孔隙提升离子传输。此外，底层距离集流体比较近，电子传输能力比较强，底层3D打印的时候，导电碳含量小于总SP含量的50％。
[0028]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述负极极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0029](1)将下层浆料通过3D打印阵列打印在集流体表面，在下层浆料和缝隙上磁控溅射Pt颗粒；
[0030](2)将上层浆料3D打印在下层浆料上，烘干得到所述负极极片。
[0031]第三方面，本专利技术提供了一种电池，所述电池包括如第一方面所述的负极极片、正极极片和电解液。
[0032]优选地，所述电解液包括溶剂、电解质和添加剂。
[0033]优选地，所述添加剂包括苯磺酰氟化物。
[0034]本专利技术所述电解液中添加苯磺酰氟化物，这种电解液添加剂可以使SEI膜的内层富含LiF，外层多为有机的组分，这样SEI膜比较有弹性，且强度比较高，从而可以提升电池的循环稳定性和低温行为。
[0035]优选地，所述电解液中溶剂的质量占比为20～35％，例如：20％、25％、28％、30％或35％等。
[0036]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0037](1)本专利技术所述电极设计可以提升电池的保液量，从而提升电池的循环寿命。所述负极极片均衡了高能量密度电池的低温性能和循环寿命，拓展了动力锂离子电池的应用工况和性价比的增强。
[0038](2)本专利技术所述双层涂布设计，将硅材料置于近集流体测，上层覆盖碳材料负极，在充放电过程中，上层的碳材料缓解了硅材料的膨胀，减少SEI膜因材料膨胀破损自修复的活性锂消耗，从而提高电池的库伦效率，提高循环寿命。
附图说明
[0039]图1是本专利技术实施例1所述负极极片的结构示意图，1
‑
Pt金属颗粒，2
‑
缝隙，3
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下活性物质层，4
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上活性物质层，5
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集流体。
具体实施方式
[0040]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括集流体和阵列设置于所述集流体表面的电极材料块体，所述电极材料块体之间设置缝隙，所述电极材料块体包括上活性物质层、下活性物质层和设置于所述上活性物质层和下活性物质层之间的Pt颗粒，所述下活性物质层靠近所述集流体，所述缝隙中设置Pt颗粒。2.如权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述集流体包括涂碳铜箔；优选地，所述电极材料块体的形状包括方形；优选地，所述电极材料块体的长度为10～1000mm；优选地，所述电极材料块体的宽度为50～300mm。3.如权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述缝隙的宽度为0.2～1.5mm。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的负极极片，其特征在于，所述下活性物质层包括硅材料、导电剂和粘结剂；优选地，所述硅材料包括单质硅和/或硅氧化物；优选地，所述上活性物质层包括碳材料、导电剂和粘结剂；优选地，所述碳材料包括石墨；优选地，所述导电剂包括导电炭黑；优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的负极极片，其特征在于，所述下活性物质层的厚度为8～9μm；...

【专利技术属性】
技术研发人员：石中玉，方伟，李强，邵梦，吴江雪，苏树发，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：