一种负极极片和锂离子电池的制作方法

1.本公开涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种负极极片和锂离子电池。


背景技术：

2.随着5g通讯技术的到来，用户越来越关注电子产品的续航能力，电池的容量已成为用户选择电子产品时必须考虑的因素。
3.目前，常通过提高极片上的活性材料的压实密度来提高电池的容量。但是，在提高压实密度的同时，必然会增大电池的变形风险。


技术实现要素：

4.本公开提供一种负极极片和锂离子电池，以解决相关技术中的不足。
5.根据本公开实施例的第一方面，提出一种负极极片，包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体表面的活性材料层，其中，
6.所述活性材料层包括沿着远离所述负极集流体的方向层叠设置的第一活性物质层和第二活性物质层，所述第一活性物质层和所述第二活性物质层的涂布重量和压实密度均不同，且所述多层活性物质层的涂布重量和压实密度根据所述负极集流体的特征参数选型设计。
7.进一步地，所述特征参数包括所述负极集流体在第一参考应变下的第一应力和所述负极集流体在第二参考应变下的第二应力；
8.其中，所述第一参考应变为对第一试验电池进行过充电试验后，所述第一试验电池在该过充电试验下的形变；其中，所述第一试验电池的负极极片上涂覆有涂布重量为w、压实密度为第一预设压实密度的活性物质层；
9.所述第二参考应变为对第二试验电池进行过充电试验后，所述第二试验电池在该过充电试验下的形变；其中，所述第二试验电池的负极极片上涂覆有涂布重量为w、压实密度为第二预设压实密度的活性物质层；所述第一预设压实密度小于所述第二预设压实密度。
10.进一步地，所述第一活性物质层的涂布重量和所述第二活性物质层的涂布重量的和值等于所述w；
11.所述第一应力和所述第二应力中的较大者大于或者等于所述第一参考应变对应的第一参考应力和所述第二参考应变对应的第二参考应力中的较大者，所述第一活性物质层的涂布重量大于或者等于1/2w，且所述第一活性物质层的压实密度大于所述第一预设压实密度、小于或者等于所述第二预设压实密度；
12.所述第二活性物质层的压实密度大于所述第一预设压实密度、小于所述第二预设压实密度，且所述第二活性物质层的压实密度小于所述第一活性物质层的压实密度。
13.进一步地，所述第一活性物质层的涂布重量和所述第二活性物质层的涂布重量的和值等于所述w；
14.所述第一应力和所述第二应力中的较大者大于所述第一参考应变对应的第一参考应力和所述第二参考应变对应的第二参考应力中的较小者、且小于所述第一参考应力和所述第二参考应力中的较大者，所述第一活性物质层的涂布重量小于1/2w；
15.所述第一活性物质层和所述第二活性物质层的压实密度均大于所述第一预设压实密度、小于所述第二预设压实密度，且所述第二活性物质层的压实密度小于所述第一活性物质层的压实密度。进一步的，所述第一活性物质层的涂布重量和所述第二活性物质层的涂布重量的和值等于所述w；
16.所述第一应力和所述第二应力中的较大者小于或者等于所述第一参考应变对应的第一参考应力和所述第二参考应变对应的第二参考应力中的较小者，所述第一活性物质层的涂布重量小于1/2w，且所述第一活性物质层的压实密度小于所述第一预设压实密度；
17.所述第二活性物质层的压实密度大于所述第一预设压实密度、小于或者等于所述第二预设压实密度。
18.进一步地，所述负极集流体为铜箔、镍箔或碳箔。
19.进一步地，所述负极集流体的厚度为4μm～20μm。
20.进一步地，所述第一预设压实密度的取值范围为1.55g/cc～1.78g/cc；
21.所述第二预设压实密度的取值范围为1.35g/cc～1.85g/cc。
22.根据本公开实施例的第二方面，提供一种锂离子电池，包括如前述任一项所述的负极极片。
23.进一步地，所述锂离子电池为软包锂离子电池。
24.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
25.由上述实施例可知，本公开提供的负极极片和锂离子电池，通过在负极集流体表面涂覆层叠设置的第一活性物质层和第二活性物质层，且令所述第一活性物质层和所述第二活性物质层的涂布重量和压实密度均不同，并根据所述负极集流体的特征参数设计第一活性物质层和第二活性物质层的涂布重量和压实密度，这样，综合考虑极片的变形风险和压实密度，在降低极片变形风险的基础上，可最大程度的提高极片整体的压实密度，提高锂离子电池的能量密度。
26.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
27.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
28.图1为本公开根据一示例性实施例示出的一种负极极片的示意图；
29.图2为本公开根据一示例性实施例示出的一种负极极片的标定方法的实现原理图；
30.图3为本公开根据一示例性实施例示出的一种电子设备的示意图。
具体实施方式
31.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及
附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
32.图1为本公开根据一示例性实施例示出的一种负极极片的示意图。请参照图1，本实施例提供的负极极片，包括负极集流体1和涂覆在所述负极集流体1表面的活性材料层2，其中，
33.所述活性材料层2包括沿着远离所述负极集流体1的方向层叠设置的第一活性物质层21和第二活性物质层22，所述第一活性物质层21和所述第二活性物质层22的涂布重量和压实密度均不同，且所述第一活性物质层21和所述第二活性物质层22的涂布重量和压实密度根据所述负极集流体的特征参数选型设计。
34.具体的，负极集流体1为铜箔、镍箔或碳箔。优选的，负极集流体为铜箔。
35.此外，负极集流体1的厚度可以为4μm～20μm。优选的，负极集流体1的厚度为3μm～8μm。
36.具体的，活性物质层可以为硅碳活性物质层，该硅碳活性物质层可以包括：80％～97％(质量百分比)的硅碳活性物质，1％～10％的导电剂和2％～15％的粘接剂。
37.需要说明的是，第一活性物质层和第二活性物质层的组分和含量可以相同，也可以不同，本实施例中，不对此进行限定。
38.进一步地，硅碳活性物质可以包括以下一种或多种物质：碳纳米管、碳纤维、石墨烯、乙炔黑；所述粘接剂包括以下一种或多种物质：自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、定苯橡胶、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂量、甲基纤维素和聚丙烯酸。
39.具体的，参照图1，活性材料层2包括沿着远离负极集流体的方向层叠设置的第一活性物质层21和第二活性物质层22，其中，第一活性物质层21和第二活性物质层的涂布重量和压实密度均不同，且可根据负极集流体的特征参数设计第一活性物质层和第二活性物质层的涂布重量和压实密度。
40.本实施例提供的负极极片，通过在负极集流体表面涂覆层叠设置的第一活性物质层和第二活性物质层，且令所述第一活性物质层和所述第二活性物质层的涂布重量和压实密度均不同，并根据所述负极集流体的特征参数设计第一活性物质层和第二活性物质层的涂布重量和压实密度，这样，可综合考虑极片的变形风险和压实密度，在降低极片变形风险的基础上，最大程度的提高极片整体的压实密度，提高锂离子电池的能量密度。
41.下面对如何根据负极集流体的特征参数设计第一活性物质层和第二活性物质层的涂布重量和压实密度进行说明：
42.具体的，所述特征参数包括所述负极集流体在第一参考应变下的第一应力和所述负极集流体在第二参考应变下的第二应力；
43.其中，所述第一参考应变为对第一试验电池进行过充电试验后，所述第一试验电池在该过充电试验下的形变；其中，所述第一试验电池的负极极片上涂覆有涂布重量为w、压实密度为第一预设压实密度的活性物质层；
44.所述第二参考应变为对第二试验电池进行过充电试验后，所述第二试验电池在该过充电试验下的形变；其中，所述第二试验电池的负极极片上涂覆有涂布重量为所述w、压实密度为第二预设压实密度的活性物质层；所述第二预设压实密度大于所述第一预设压实
密度。
45.需要说明的是，负极集流体在第一参考应变下的第一应力值指的是负极集流体的拉伸曲线(负极集流体的材料对应的应力-应变曲线)中该第一参考应变对应的应力。相应地，负极集流体在第二参考应变下的第二应力值指的是负极集流体的拉伸曲线中该第二参考应变对应的应力。
46.需要说明的是，本实施例中，不对第一试验电池和第二试验电池的具体结构进行限定，只要第一试验电池的负极极片上涂覆有涂布重量为w、压实密度为第一预设压实密度的活性物质层，第二试验电池的负极极片上涂覆有涂布重量为所述w、压实密度为第二预设压实密度的活性物质层即可。
47.进一步地，所述第一预设压实密度的取值范围为1.55g/cc～1.78g/cc；所述第二预设压实密度的取值范围为1.35g/cc～1.85g/cc。例如，一实施例中，第一试验电池的负极极片上涂覆有压实密度为1.35g/cc的活性物质层，第二试验电池的负极极片上涂覆有压实密度为1.80g/cc的活性物质层。
48.下面对过充电试验进行简单介绍：
49.具体的，该过充电试验的过充率可以为150％、160％等。本实施例中，不对其进行限定。例如，一实施例中，过充率可以为150％。
50.具体实现时，可在环境温度为20℃
±
5℃的条件下，以1c的电流恒流给试验电池充电，并在充电电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或者等于0.02c，最大充电时间不大于1.5小时。
51.需要说明的是，试验电池在过充电试验下的形变可以是：在过充电试验下，试验电池的负极极片在宽度方向上的膨胀率。进一步地，下面对如何确定试验电池在过充电试验下的形变进行说明：
52.具体实现时，可在过充电试验前，在试验电池的负极极片上标定一些标定点，进而在过充电试验后，基于标定点的位置变化来确定试验电池的形变。例如，图2为本公开根据一示例性实施例示出的一种负极极片的标定方法的实现原理。参照图2，在组装试验电池之前，可沿着负极极片的宽度方向，在负极极片上标定预设数量(预设数量是根据实际需要设定的，例如，一实施例中，预设数量可以为10)个标定点，并记录相邻两个标定点之间距离l1。
53.进一步地，组装试验电池，并在试验电池组装好后，按照前述方法对试验电池进行过充电试验，试验结束后，对试验电池进行拆解，找到之前的标定点，并重新测量相邻两个标定点之间的距离l2，进而基于l1和l2计算膨胀率。例如，一实施例中，可基于l1的平均值和l2的平均值计算膨胀率，膨胀率＝(l2的平均值-l1的平均值)/l1的平均值。
54.下面结合负极集流体的特征参数，详细介绍如何根据负极集流体的特征参数设计第一活性物质层和第二活性物质层的涂布重量和压实密度。
55.具体的，所述第一活性物质层的第一涂布重量和所述第二活性物质层的涂布重量的和值等于所述w。
56.一实施例中，在所述第一应力和所述第二应力中的较大者大于或者等于所述第一参考应变对应的第一参考应力和所述第二参考应变对应的第二参考应力中的较大者，所述第一活性物质层的涂布重量大于或者等于1/2w，且所述第一活性物质层的压实密度大于所
述第一预设压实密度、小于或者等于所述第二预设压实密度；
57.所述第二活性物质层的压实密度大于所述第一预设压实密度、小于所述第二预设压实密度，且所述第二活性物质层的压实密度小于所述第一活性物质层的压实密度。
58.需要说明的是，第一参考应变对应的第一参考应力指的是第一试验电池的负极集流体的拉伸曲线(第一试验电池的负极集流体的材料对应的应变-应力曲线)中第一参考应变对应的应力。
59.第二参考应变对应的第二参考应力指的是第二试验电池的负极集流体的拉伸曲线(第二试验电池的负极集流体的材料对应的应变-应力曲线)中第二参考应变对应的应力。
60.下面以“第一参考应变为ε1、第一参考应力为n1，第二参考应变为ε2、第一参考应力为n2，且选择的负极集流体材料在第一参考应变ε1下的第一应力为f1；在第二参考应变ε2下的第一应力为f2”为例进行说明。
61.参考前面的介绍，假设n1和n2中的较大者为n2，则在f1和f2中的较大者大于n2时，此时，说明选择的负极集流体材料承受弹性变形的能力大于第二试验电池对应的负极集流体材料，此时，可令第一活性物质层的涂布重量大于或者等于1/2w，且所述第一活性物质层的压实密度大于所述第一预设压实密度、小于或者等于所述第二预设压实密度；并令所述第二活性物质层的压实密度大于所述第一预设压实密度、小于所述第二预设压实密度，且第二活性物质层的压实密度小于第一活性物质层的压实密度。
62.这样，第一活性层采用厚涂布、高压密，第二活性层采用薄涂布，低压密，不仅可降低变形风险，提高极片整体的压实密度，同时上层的低压密也提高了极片电解液的浸润性，可提高极片的动力学性能。
63.进一步地，另一实施例中，在所述第一应力和所述第二应力中的较大者大于所述第一参考应变对应的第一参考应力和所述第二参考应变对应的第二参考应力中的较小者，且小于所述第一参考应力和所述第二参考应力中的较大者，所述第一活性物质层的涂布重量小于1/2w；
64.所述第一活性物质层和所述第二活性物质层的压实密度均大于所述第一预设压实密度、小于所述第二预设压实密度，且所述第二活性物质层的压实密度小于所述第一活性物质层的压实密度。
65.结合前面的例子，即在f1和f2中的较大者大于n1、且小于n2时，此时，说明选择的负极集流体材料承受弹性变形的能力介与第一试验电池的负极集流体材料和第二试验电池对应的负极集流体材料之间，此时，可令第一活性物质层的涂布重量小于1/2w；
66.并令所述第一活性物质层和所述第二活性物质层的压实密度均大于所述第一预设压实密度、小于所述第二预设压实密度，且令所述第二活性物质层的压实密度小于所述第一活性物质层的压实密度。
67.这样，第一活性层采用薄涂布、高压密，第二活性层采用厚涂布，低压密，不仅可降低变形风险，提高极片整体的压实密度，同时上层的低压密也提高了极片电解液的浸润性，可提高极片的动力学性能。
68.再例如，再一实施例中，所述第一应力和所述第二应力中的较大者小于或者等于所述第一参考应变对应的第一参考应力和所述第二参考应变对应的第二参考应力中的较
小者，所述第一活性物质层的涂布重量小于1/2w，且所述第一活性物质层的压实密度小于所述第一预设压实密度；
69.所述第二活性物质层的压实密度大于所述第一预设压实密度、小于或者等于所述第二预设压实密度。
70.结合前面的例子，即在f1和f2中的较大者小于或等于n1时，此时，说明选择的负极集流体材料承受弹性变形的能力低于第一试验电池的负极集流体材料，此时，可令第一活性物质层的涂布重量小于1/2w；
71.并令所述第一活性物质层的压实密度小于所述第一预设压实密度，且令所述第二活性物质层的压实密度大于所述第一预设压实密度，小于或者等于所述第二预设压实密度。
72.这样，第一活性层采用薄涂布、低压密，第二活性层采用厚涂布，高压密，不仅可降低变形风险，提高极片整体的压实密度。
73.本公开还提供一种锂离子电池，包括如前述任一项所述的负极极片。
74.进一步地，所述锂离子电池为软包锂离子电池。
75.本公开的实施例还提出一种电子设备，包括上述任一实施例所述的锂离子电池。
76.图3为本公开根据一示例性实施例示出的一种电子设备的示意图。例如，电子设备300可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。
77.参照图3，电子设备300可以包括以下一个或多个组件：处理组件302，存储器304，电源组件306，多媒体组件308，音频组件310，输入/输出(i/o)的接口312，传感器组件314，以及通信组件316。还包括上述任一实施例所述的锂离子电池。
78.处理组件302通常控制电子设备300的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件302可以包括一个或多个处理器320来执行指令。此外，处理组件302可以包括一个或多个模块，便于处理组件302和其他组件之间的交互。例如，处理组件302可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件308和处理组件302之间的交互。
79.存储器304被配置为存储各种类型的数据以支持在电子设备300的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备300上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器304可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
80.电源组件306为电子设备300的各种组件提供电力。电源组件306可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为电子设备300生成、管理和分配电力相关联的组件。
81.多媒体组件308包括在所述电子设备300和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(lcd)和触摸面板(tp)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，
多媒体组件308包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当电子设备300处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
82.音频组件310被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件310包括一个麦克风(mic)，当电子设备300处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器304或经由通信组件316发送。在一些实施例中，音频组件310还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
83.i/o接口312为处理组件302和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
84.传感器组件314包括一个或多个传感器，用于为电子设备300提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件314可以检测到电子设备300的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为电子设备300的显示器和小键盘，传感器组件314还可以检测电子设备300或电子设备300一个组件的位置改变，用户与电子设备300接触的存在或不存在，电子设备300方位或加速/减速和电子设备300的温度变化。传感器组件314可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件314还可以包括光传感器，如cmos或ccd图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件314还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。
85.通信组件316被配置为便于电子设备300和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备300可以接入基于通信标准的无线网络，如wifi，2g或3g，4g lte、5g nr或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件316经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件316还包括近场通信(nfc)模块，以促进短程通信。例如，在nfc模块可基于射频识别(rfid)技术，红外数据协会(irda)技术，超宽带(uwb)技术，蓝牙(bt)技术和其他技术来实现。
86.在示例性实施例中，电子设备300可以被一个或多个应用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。
87.在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器304，上述指令可由电子设备300的处理器320执行。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是rom、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
88.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
89.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。