本申请公开了负极片、锂离子电池和用电设备。该负极片包括一种负极片、锂离子电池和用电设备。该负极片包括负极集流体和位于负极集流体的至少一侧的负极活性物质层，负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质包括石墨材料、硬碳材料和硅基材料；石墨材料的粒径D50、硬碳材料的粒径D′50、硅基材料的粒径D″50满足1.5≤D50/D′50≤2.5，1.1≤D′50/D″50≤3。本方案通过石墨、硬碳、硅基材料这几种材料的大小粒径搭配，有效改善硬碳压实密度低的短板，提高负极极片的整体压实密度，有利于电池的能量密度提升，有利于电解液的浸润，提升极片保液，还有助于锂离子的快速嵌入，提升倍率性能。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及锂离子电池，尤其是涉及负极片、锂离子电池和用电设备。
技术介绍
1、锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、能快速充放电以及自放电少等优点，被广泛应用于消费类电子产品、电动汽车以及储能等领域。其中，负极活性物质的选择直接关系到锂离子电池的能量密度，同时也影响着倍率性能。得益于低嵌锂电位、高理论比容量以及价格和环境友好等优势，石墨材料是当前锂离子电池负极活性物质的主要选择。但随着市场对锂离子电池的能量密度、充电速率的需求越来越高，单独的石墨材料已经无法满足日前需求。
2、为此，通常的方法是在负极活性物质中掺混硅基材料。硅的理论储锂容量高达4200mah/g，嵌锂平台略高于石墨，安全隐患小，是优良的石墨类负极材料的替代品。但是，硅在充放电中表现出高达300％的体积变化，因此极易导致硅颗粒粉化、电极内部导电网络被破坏，且高倍率充电会导致析锂、硅膨胀问题更明显，无法满足市场的快充需求。因此，如何更加有效的缓解硅颗粒体积膨胀，保证电池的循环稳定性，获得兼顾能量密度、循环性能和倍率性能的硅基负极材料，仍然是当前锂离子电池领域亟待解决的技术热点。
技术实现思路
1、本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种负极片、锂离子电池和用电设备。
2、本申请的第一方面，提供一种负极片，该负极片包括负极集流体和位于负极集流体的至少一侧的负极活性物质层，负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质包括石墨材料、硬碳材料和硅基材料；
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p>3、其中，石墨材料的粒径d50、硬碳材料的粒径d′50、硅基材料的粒径d″50满足1.5≤d50/d′50≤2.5，1.1≤d′50/d″50≤3。4、根据本申请的第一方面的负极片，具有以下有益效果：
5、相比于石墨，硬碳具有较高的可逆容量，有利于提升锂离子电池的能量密度，同时还具备良好的各向同性，能够方便锂离子的脱嵌；但硬碳的压实密度无法达到很高，严重影响电芯能量密度发挥。而硅基材料具有更高的比容量，对电池的能量密度有很大提升，但是在嵌锂过程中存在较大的体积膨胀。本方案通过石墨、硬碳、硅基这几种材料的大小粒径搭配，有效改善硬碳压实密度低的短板，提高负极极片的整体压实密度，进而有利于电池的能量密度提升。由于硬碳良好的各向同性及宽层间距，有利于电解液的浸润，提升极片保液，还有助于锂离子的快速嵌入，提升倍率性能。而小粒径的硅基材料分布在硬碳和石墨的间隙之间，不仅可以进一步提升极片的压实密度，而且在嵌锂过程发生的体积膨胀也会进一步受到限制，从而有效改善电池的循环性能。
6、此外，由于硅基材料的颗粒硬度大于硬碳、石墨，在负极片的辊压过程中起到滑轮作用，可以缓解硬碳、石墨因棱角形状所导致的锁止，有利于颗粒间的滑移，避免局部过压导致颗粒破裂，维持其循环性能和倍率性能及能量密度。
7、在本申请的一些实施方式中，d50为10～17μm，例如可以是10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm。
8、在本申请的一些实施方式中，d′50为6～10μm，例如可以是6μm、7μm、8μm、9μm、10μm。
9、在本申请的一些实施方式中，d″50为3～7μm，例如可以是3μm、4μm、5μm、6μm、7μm。
10、在本申请的一些实施方式中，硬碳材料的缺陷度i为0.15～0.38；其中，i为硬碳材料进行raman光谱测试时g峰面积ag与d峰面积ad的比值。其中，d峰为在1350cm-1附近出现的特征峰，属于缺陷(无序)炭结构；g峰为在1580cm-1附近出现的特征峰，属于有序炭结构。
11、硬碳材料的缺陷度i表征硬碳材料的石墨化度，硬碳材料的石墨化度高，材料嵌锂更依赖于层间储锂，比表面积较低，孔结构较少，无法缓解材料在循环过程中的体积膨胀，易导致碳层剥落；而硬碳材料的石墨化度低，缺陷活性位点变多，对容量的贡献增大，适量的缺陷可以提高可逆容量；同时各向同性更好，有利于吸附储锂，削弱了厚度方向的体积膨胀，有利于保持循环的稳定性。而当硬碳的缺陷度i在上述范围时，能够达到有序结构和缺陷结构的协调和平衡，可逆比容量和首周库仑效率最佳，有效改善电池的循环性能和膨胀率。
12、在本申请的一些实施方式中，石墨材料的莫式硬度s1为0.8～2，硬碳材料的莫式硬度s2为3～5，硅基材料的莫式硬度s3为5～7，且s2<s3。
13、在本申请的一些实施方式中，负极片的压实密度p、孔隙率ε和负极活性物质层的厚度h满足式1：15≤(kε+h)/p≤39.05；式1中：1.26≤k≤1.40，p以g/cm2为单位取无量纲值计算，h以μm为单位取无量纲值计算。通过调控k值在有限范围内，并使得负极极片的压实密度p、孔隙率ε、活性层厚度h满足式1的关系，可以使得负极片在高压实密度下，仍具有较好的孔隙率，利于电解液浸润极片，提升活性离子的扩散效率。
14、在本申请的一些实施方式中，负极片的压实密度p为1.55～1.7g/cm2。
15、在本申请的一些实施方式中，石墨材料的压实密度p1为1.6～1.75g/cm2。
16、在本申请的一些实施方式中，硬碳材料的压实密度p2为1.3～1.5g/cm2。
17、在本申请的一些实施方式中，硅基材料的压实密度p3为1～1.3g/cm2。
18、在本申请的一些实施方式中，负极片的孔隙率ε为20～38％。
19、在本申请的一些实施方式中，负极活性物质层的厚度h为25～60μm。
20、在本申请的一些实施方式中，石墨材料占负极活性物质的质量分数w1为75～92％。
21、在本申请的一些实施方式中，硬碳材料占负极活性物质的质量分数w2为3～10％。
22、在本申请的一些实施方式中，硅基材料占负极活性物质的质量分数w3为5～15％。
23、在本申请的一些实施方式中，硅基材料包括单质硅、硅氧化合物、硅合金中的至少一种。
24、在本申请的一些实施方式中，硅基材料在单质硅、硅氧化合物、硅合金中的至少一种的表面还包覆有碳层。
25、在本申请的一些实施方式中，硅基材料中碳层的包覆量为1～10wt％，例如可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10wt％。
26、在本申请的一些实施方式中，硬碳材料可以采用本领域技术人员知晓的任意制备方法，包括但不限于焦耳热、高压等多场作用的放电等离子体炉制备法、淀粉/大米制备法、石油焦制备法、生物质制备法等。
27、在本申请的一些实施方式中，负极活性物质层的原料还包括导电剂、粘结剂中的至少一种。导电剂包括但不限于导电石墨(如ks-6、ks-15、sfg-6、sfg-15、so等)、导电炭黑(如super p、super s、350g、乙炔黑、科琴黑等)、导电碳纤维(如vgcf、cnt)和石墨烯等。粘结剂包括但不限于聚偏本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.负极片，其特征在于，所述负极片包括负极集流体和位于所述负极集流体的至少一侧的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括负极活性物质，所述负极活性物质包括石墨材料、硬碳材料和硅基材料；
2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，D50为10～17μm，D′50为6～10μm，D″50为3～7μm。
3.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述硬碳材料的缺陷度I为0.15～0.38；
4.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述石墨材料的莫式硬度S1为0.8～2，所述硬碳材料的莫式硬度S2为3～5，所述硅基材料的莫式硬度S3为5～7，且S2<S3。
5.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述负极片的压实密度P、孔隙率ε和所述负极活性物质层的厚度H满足式1：15≤(kε+H)/P≤39.05；
6.根据权利要求5所述的负极片，其特征在于，所述负极片的压实密度P为1.55～1.7g/cm2；所述石墨材料的压实密度P1为1.6～1.75g/cm2，所述硬碳材料的压实密度P2为1.3～1.5g/cm2，所述硅基材料的压实密度P3为1～1.3g/cm2。
7.根据权利要求5所述的负极片，其特征在于，所述负极片的孔隙率ε为20～38％，所述负极活性物质层的厚度H为25～60μm。
8.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述石墨材料占所述负极活性物质的质量分数W1为75～92％，所述硬碳材料占所述负极活性物质的质量分数W2为3～10％，所述硅基材料占所述负极活性物质的质量分数W3为5～15％。
9.锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的负极片。
10.用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的锂离子电池。
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【技术特征摘要】
1.负极片，其特征在于，所述负极片包括负极集流体和位于所述负极集流体的至少一侧的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括负极活性物质，所述负极活性物质包括石墨材料、硬碳材料和硅基材料；
2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，d50为10～17μm，d′50为6～10μm，d″50为3～7μm。
3.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述硬碳材料的缺陷度i为0.15～0.38；
4.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述石墨材料的莫式硬度s1为0.8～2，所述硬碳材料的莫式硬度s2为3～5，所述硅基材料的莫式硬度s3为5～7，且s2<s3。
5.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述负极片的压实密度p、孔隙率ε和所述负极活性物质层的厚度h满足式1：15≤(kε+h)/p≤39.05；
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【专利技术属性】
技术研发人员：蒋世权，高云雷，曾力，于子龙，陈杰，
申请(专利权)人：浙江锂威能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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