负极集流体、电芯、电池包、车辆和负极集流体的加工方法与流程

本申请属于电池制造，尤其涉及一种负极集流体、电芯、电池包、车辆和负极集流体的加工方法。

背景技术：

1、石墨因为其高的能量密度、循环寿命长、成本低的优点成为目前锂离子电池(libs)的主要负极材料，而锂离子电池由于其相对的稳定和安全的特性，被广泛使用。锂离子电池在充放电的过程中，锂离子以嵌入和脱出的形式形成lixc6(0≤x≤1)化合物，从理论上，确实能在一定程度上避免锂枝晶的形成，极大的提高了电池的循环寿命和安全性。

2、然而，通过研究发现，在实际应用阶段，锂离子电池的石墨负极上锂离子得到电子后还是会形成锂枝晶刺穿隔膜导致电池短路，造成热失控继而导致严重的安全事故，特别是在快速充电的场景下，金属锂负极的析出问题尤其严重。

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集流体、电芯、电池包、车辆和负极集流体的加工方法，可抑制石墨负极析锂的作用，提高了在高倍率条件下的循环稳定性。

2、第一方面，本申请提供了一种负极集流体，该负极集流体包括：

3、铜箔，所述铜箔具有三维交联的多孔结构；

4、亲锂层，所述亲锂层覆盖在所述铜箔的至少一个表面的至少部分区域；

5、石墨层，所述石墨层覆盖所述亲锂层，且覆盖所述铜箔的表面。

6、根据本申请实施例提供的负极集流体，通过结合具有三维交联的多孔结构的铜箔、亲锂层和石墨层，可以显著提高负极集流体的剥离强度，能够有效抑制析锂行为的发生，且在发生析锂行为时，石墨层下的亲锂银(ag)层可以引导析出的金属锂“自下而上”的沉积，可以使得沉积的金属锂更均匀，以便于在放电过程中发生可逆的溶解，以防止析出的金属锂、副反应沉积物堵塞石墨负极的离子传输通道。

7、根据本申请的一个实施例，所述亲锂层的厚度低于所述多孔结构的深度。这样耗费的亲锂层材料较少，降低成本。

8、根据本申请的一个实施例，所述多孔结构通过刻蚀形成，且刻蚀的深度为h，所述亲锂层的厚度为t，满足：

9、50nm≤h≤1μm，5nm≤t≤20nm。

10、溅射的亲锂层的厚度t远小于刻蚀的深度h。

11、根据本申请的一个实施例，所述多孔结构通过刻蚀形成，且刻蚀区域的面积为s1，被刻蚀表面的面积为s2，满足：

12、s1/s2≥80％。

13、铜箔的绝大部分区域均被刻蚀，可最大可能地增强铜箔的比表面积，帮助提高负极集流体的剥离强度，防止掉料引起的内部短路行为。并且更高的比表面积降低了局部电流密度，能够有效抑制析锂行为的发生。

14、根据本申请的一个实施例，所述多孔结构的孔径粒度为m，满足：

15、5μm≤m≤20μm。

16、根据本申请的一个实施例，所述石墨层填充所述孔，且在外表面形成平面，所述石墨层的面密度为ρ，满足：

17、40g/m2≤ρ≤120g/m2。

18、这样，最后形成的负极集流体的整体平整，利于与负极柱对接，且内部结构不易被破坏。

19、第二方面，本申请提供了一种电芯，该电芯包括：如上述任一种所述的负极集流体。

20、根据本申请的电芯，通过采用上述结构形式的负极集流体，通过结合具有三维多孔交联结构的铜箔、亲锂层和石墨层，可以显著提高负极集流体的剥离强度，能够有效抑制析锂行为的发生，且在发生析锂行为时，可以使得沉积的金属锂更均匀，以便于在放电过程中发生可逆的溶解，以防止析出的金属锂、副反应沉积物堵塞石墨负极的离子传输通道。

21、第三方面，本申请提供了一种电池包，包括上述所述的电芯。

22、根据本申请的电池包，通过结合具有三维交联的多孔结构的铜箔、亲锂层和石墨层，可以显著提高负极集流体的剥离强度，能够有效抑制析锂行为的发生，且在发生析锂行为时，可以使得沉积的金属锂更均匀，以便于在放电过程中发生可逆的溶解，以防止析出的金属锂、副反应沉积物堵塞石墨负极的离子传输通道，该电池包在多次充放电，特别是快充之后，容量保持率依然可维持在较高的水准。

23、第四方面，本申请提供了一种车辆，包括如上述所述的电池包。

24、根据本申请的车辆，通过采用上述结构形式的电池包，通过结合具有三维交联的多孔结构的铜箔、亲锂层和石墨层，可以显著提高负极集流体的剥离强度，能够有效抑制析锂行为的发生，且在发生析锂行为时，可以使得沉积的金属锂更均匀，以便于在放电过程中发生可逆的溶解，以防止析出的金属锂、副反应沉积物堵塞石墨负极的离子传输通道，该车辆在多次充放电，特别是快充之后，电池包容量保持率依然可维持在较高的水准，续航里程衰减的较慢。

25、第五方面，本申请提供了一种负极集流体的加工方法，包括：

26、对原始铜箔进行刻蚀，得到具有三维交联的多孔结构的铜箔；

27、在所述具有三维交联的多孔结构的铜箔的至少一个表面的至少部分区域覆盖亲锂层；

28、将石墨浆料涂覆在覆盖有所述亲锂层的铜箔的表面，得到负极集流体。

29、根据本申请的负极集流体加工方法，得到的负极集流体通过结合具有三维交联的多孔结构的铜箔、亲锂层和石墨层，可以显著提高负极集流体的剥离强度，能够有效抑制析锂行为的发生，且在发生析锂行为时，可以使得沉积的金属锂更均匀，以便于在放电过程中发生可逆的溶解，以防止析出的金属锂、副反应沉积物堵塞石墨负极的离子传输通道，且整个加工方法工序简单，加工成本低。

30、根据本申请的一个实施例，刻蚀的深度为h，刻蚀的孔径粒度为m，满足：50nm≤h≤1μm，5μm≤m≤20μm；和/或，所述在所述具有三维交联的多孔结构的铜箔的至少一个表面的至少部分区域覆盖亲锂层，包括：通过磁控溅射法或ald沉积法，在所述具有三维交联的多孔结构的铜箔的孔内形成亲锂层，所述亲锂层的厚度为t，5nm≤t≤20nm。

31、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种负极集流体，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述亲锂层的厚度低于所述多孔结构的深度。

3.根据权利要求2所述的负极集流体，其特征在于，所述多孔结构通过刻蚀形成，且刻蚀的深度为h，所述亲锂层的厚度为t，满足：

4.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述多孔结构通过刻蚀形成，且刻蚀区域的面积为s1，被刻蚀表面的面积为s2，满足：

5.根据权利要求4所述的负极集流体，其特征在于，所述多孔结构的孔径粒度为m，满足：

6.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述石墨层填充所述孔，且在外表面形成平面，所述石墨层的面密度为ρ，满足：

7.一种电芯，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的负极集流体。

8.一种电池包，其特征在于，包括如权利要求7所述的电芯。

9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求8所述的电池包。

10.一种负极集流体的加工方法，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的负极集流体的加工方法，其特征在于，

技术总结
本申请公开了一种负极集流体、电芯、电池包、车辆和负极集流体的加工方法，属于电池制造技术领域。所述负极集流体包括：铜箔，所述铜箔具有三维交联的多孔结构；亲锂层，所述亲锂层覆盖在所述铜箔的至少一个表面的至少部分区域；石墨层，所述石墨层覆盖所述亲锂层，且覆盖所述铜箔的表面。根据本申请提供的负极集流体，通过结合具有三维交联的多孔结构的铜箔、亲锂层和石墨层，可以显著提高负极集流体的剥离强度，能够有效抑制析锂行为的发生，且在发生析锂行为时，可以使得沉积的金属锂更均匀，以便于在放电过程中发生可逆的溶解，以防止析出的金属锂、副反应沉积物堵塞石墨负极的离子传输通道。

技术研发人员：袁文静,熊永创,刘鑫,杨慧敏,朱阳阳,王彦彦,沈俊荣,马亦恒
受保护的技术使用者：北京新能源汽车股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12