负极极片、制备负极极片的方法、二次电池、电池模块、电池包和用电装置制造方法及图纸

本申请提供了一种负极极片、制备负极极片的方法、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。负极极片包含陶瓷材料、碳基负极活性材料和粘结剂；其中，陶瓷材料的相对介电常数ε与晶胞参数a和c的关系式ε/(c/a)的取值为78.8

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极极片、制备负极极片的方法、二次电池、电池模块、电池包和用电装置


[0001]本申请涉及二次电池
，尤其涉及一种负极极片、制备负极极片的方法、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着二次电池的应用范围越来越广泛，二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。由于二次电池取得了极大的发展，因此对其能量密度、循环性能和安全性能等也提出了更高的要求。现有的负极极片与电解质之间的界面容易发生析锂，引起活性锂离子的消耗，导致二次电池的循环性能降低，而且，现有负极极片表面的SEI膜较厚，导致二次电池的界面膜阻抗增大、充电速率降低，同时，形成较厚的SEI膜也会消耗大量电解质。因此，目前亟需一种解决上述技术问题的负极极片。

技术实现思路

[0003]本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种负极极片、制备负极极片的方法、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。本申请负极极片能提高锂离子去溶剂化速率，降低负极极片和电解质界面的析锂程度，减少活性锂离子消耗，从而提高二次电池的循环寿命，并且，本申请负极极片表面可形成厚度较小的SEI膜，缩短了锂离子的迁移路径，提高了二次电池的充电速率，也减少了电解质的消耗。
[0004]为了达到上述目的，本申请第一方面提供了一种负极极片，包含陶瓷材料、碳基负极活性材料和粘结剂；其中，陶瓷材料的相对介电常数ε与晶胞参数a和c的关系式ε/(c/a)的取值为78.8
‑
197.9，陶瓷材料与碳基负极活性材料的重量比为0.0052
‑
0.115、可选为0.0052
‑
0.057。
[0005]由此，本申请通过将相对介电常数和晶胞参数成特定关系的陶瓷材料与碳基负极活性材料按照一定比例配合使用，提高了锂离子去溶剂化速率和锂离子在SEI膜中的扩散速率，降低了产生锂枝晶的风险，降低了析锂程度，形成厚度较小的SEI膜，减少了活性锂离子的消耗和电解液的消耗，从而提高了二次电池的循环性能和充电速率。
[0006]在任意实施方式中，陶瓷材料的相对介电常数ε为80
‑
200。由此，陶瓷材料的相对介电常数在上述范围内，能进一步提高锂离子去溶剂化速率和锂离子在SEI膜中的扩散速率，以进一步降低析锂风险，降低SEI膜的厚度，从而进一步提高二次电池的循环性能和充电速率。
[0007]在任意实施方式中，陶瓷材料在负极极片中的重量百分含量为0.5％
‑
10％，可选为0.5％
‑
5％。
[0008]由此，陶瓷材料在负极极片中的重量含量在上述范围内，能进一步提高锂离子去溶剂化速率和锂离子在SEI膜中的扩散速率，进一步降低析锂程度，进一步降低SEI膜的厚
度，从而进一步提高二次电池的循环性能和充电速率。
[0009]在任意实施方式中，陶瓷材料为选自钛酸钡、钛酸铅、铌酸锂、锆钛酸铅、偏铌酸铅和铌酸铅钡锂中的一种或多种。
[0010]采用上述种类的陶瓷材料的相对介电常数与电解质的相对介电常数更加匹配，能进一步提高锂离子去溶剂化速率和锂离子在SEI膜内的扩散速率，以减少产生锂枝晶的风险，并且，采用上述种类的陶瓷材料能进一步降低SEI膜的厚度，从而进一步提高二次电池的循环性能和充电速率。
[0011]在任意实施方式中，陶瓷材料的粒径D
v
50为10
‑
300nm，可选为50
‑
200nm。
[0012]由此，采用上述粒径范围的陶瓷材料与碳基负极活性材料的结合更为紧密，以进一步提高锂离子去溶剂化效果，进一步降低SEI膜的厚度，从而进一步提高二次电池的循环性能和充电速率。
[0013]在任意实施方式中，碳基负极活性材料的粒径D
v
50为1
‑
15μm，可选为5
‑
10μm。
[0014]由此，上述粒径范围的碳基负极活性材料和陶瓷材料之间的结合更为紧密，以进一步提高锂离子的去溶剂化速率，进一步降低所形成SEI膜的厚度，从而进一步提高二次电池的循环性能和充电速率。
[0015]在任意实施方式中，陶瓷材料和粘结剂的重量比为0.1
‑
10，可选为0.5
‑
1。
[0016]上述比例范围的陶瓷材料和粘结剂所形成的复合材料颗粒与碳基负极活性材料的结合更加紧密，以进一步提高锂离子的去溶剂化速率，进一步降低所形成SEI膜的厚度，从而进一步提高二次电池的循环性能和充电速率。
[0017]在任意实施方式中，粘结剂为选自聚丙烯酸、丁苯橡胶、聚偏二氟乙烯、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺和聚(丙烯酸叔丁酯
‑
三乙氧基乙烯基硅烷)中的一种或多种。
[0018]在任意实施方式中，粘结剂的重均分子量为50
‑
400万，可选为100万
‑
200万；可选地，粘结剂的分子量分布指数为2
‑
10，更可选为2
‑
4。
[0019]采用上述的粘结剂能使陶瓷材料与碳基负极活性材料结合更加严密，进一步提高锂离子的去溶剂化速率，进一步降低SEI膜的厚度，进一步减少活性锂离子的消耗，从而提高二次电池的循环性能和充电速率。
[0020]在任意实施方式中，陶瓷材料为钛酸钡，钛酸钡包含立方晶型和四方晶型两种晶型；优选为四方晶型。
[0021]在任意实施方式中，钛酸钡在使用Cu
‑
Kα辐射，以2θ角度表示的X射线粉末衍射图谱中，具有如下位置的峰：22
±1°
，31
±1°
，38
±1°
，45
±1°
，56
±1°
。
[0022]采用上述的钛酸钡作为陶瓷材料能进一步提高锂离子去溶剂化速率和锂离子在SEI膜中的扩散速率，以进一步降低析锂风险，降低SEI膜的厚度，从而进一步提高二次电池的循环性能和充电速率。
[0023]在任意实施方式中，碳基负极活性材料选自硬碳、软碳、石墨和科琴黑中的一种或多种。采用上述的碳基负极活性材料，可保证电芯具有较高的能量密度。
[0024]本申请的第二方面还提供一种制备负极极片的方法，包括如下步骤：
[0025](1)提供陶瓷材料，陶瓷材料的相对介电常数ε与晶胞参数a和c的关系式ε/(c/a)的取值为78.8
‑
197.9；
[0026](2)采用包含步骤(1)得到的陶瓷材料、碳基负极活性材料和粘结剂的负极浆料制得负极极片；其中，陶瓷材料与碳基负极活性材料的重量比为0.0052
‑
0.115、可选为0.0052
‑
0.057。
[0027]由此，本申请通过将介电常数和晶本文档来自技高网...

【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，包含陶瓷材料、碳基负极活性材料和粘结剂；其中，所述陶瓷材料的相对介电常数ε与晶胞参数a和c的关系式ε/(c/a)的取值为78.8
‑
197.9，所述陶瓷材料与所述碳基负极活性材料的重量比为0.0052
‑
0.115、可选为0.0052
‑
0.057。2.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述陶瓷材料的相对介电常数ε为80
‑
200。3.根据权利要求1或2所述的负极极片，其中，所述陶瓷材料在所述负极极片中的重量百分含量为0.5％
‑
10％，可选为0.5％
‑
5％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的负极极片，其中，所述陶瓷材料为选自钛酸钡、钛酸铅、铌酸锂、锆钛酸铅、偏铌酸铅和铌酸铅钡锂中的一种或多种。5.根据权利要求1至4中任一项所述的负极极片，其中，所述陶瓷材料的粒径D
v
50为10
‑
300nm，可选为50
‑
200nm。6.根据权利要求1至5中任一项所述的负极极片，其中，所述碳基负极活性材料的粒径D
v
50为1
‑
15μm，可选为5
‑
10μm。7.根据权利要求1至6中任一项所述的负极极片，其中，所述陶瓷材料和粘结剂的重量比为0.1
‑
10，可选为0.5
‑
1。8.根据权利要求1至7中任一项所述的负极极片，其中，所述粘结剂为选自聚丙烯酸、丁苯橡胶、聚偏二氟乙烯、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺和聚(丙烯酸叔丁酯
‑
三乙氧基乙烯基硅烷)中的一种或多种。9.根据权利要求8所述的负极极片，其中，所述粘结剂的重均分子量为50万
‑
400万，可选为100万
‑
200万；可选地，所述粘结剂的分子量分布指数为2
‑
10，更可选为2
‑
4。10.根据权利要求1至8中任一项所述的负极极片，其中，所述陶瓷材料为钛酸钡，所述钛酸钡包含立方晶型和四方晶型两种晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：白文龙，吴益扬，游兴艳，武宝珍，王育文，郑蔚，叶永煌，吴凯，
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：