一种负极极片及其制备和应用的制作方法

本发明属于电池，具体涉及一种负极极片及其制备和应用。

背景技术：

1、随着现代社会的发展和科技的进步，汽车逐渐成为主流代步工具，而随着汽车数量的增多，交通逐渐拥挤，垂直起降设备逐渐走进人们视野。油价的逐年升高也导致电驱动垂直起降设备(electric vertical takeoff and landing，evtol)成为科技追逐目标。目前锂离子电池成为evtol驱动里的最佳选择。由于evtol独特性，对锂离子电池提出兼顾高能量密度、高功率及长寿命的需求。基于此，有必要提供一种锂离子电池设计方案，以满足evtol需要。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述问题，通过了一种负极极片及其制备和应用，能够兼顾高能量密度、高功率及长寿命，满足evtol需要。

2、按照本发明的技术方案，所述负极极片，包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层包含负极活性物质、粘结剂和导电剂；

3、所述负极活性物质包括石墨和siox，0＜x≤2；

4、根据公式u＝α*β*(1-γ)3，所述负极极片满足0.10≤u≤0.180；

5、其中，α为负极涂层的面密度，单位为g/1000mm3；

6、β为负极极片的压实密度，单位为g/cm3；

7、γ为负极活性物质中siox所占质量比。

8、本发明通过对负极极片上涂层(负极活性材料层)的面密度、压实密度、及siox占比的控制，可使得通过该负极极片制备得到的锂离子电池具有兼顾高能量密度、高功率及长寿命的特性。

9、具体来说，负极极片涂层的面密度、压实密度和负极活性物质中siox所占质量比均对电池的能量密度、功率和循环性能有不同的影响，但是其影响是有一定局限性和相互影响性的，只有当满足公式：u＝α*β*(1-γ)3，时，其才能同时具有高能量密度和优秀的功率、循环性能。因而，在实际的生产制造过程中，也可以根据上述的公式设计锂离子二次电池的负极极片面密度、压实密度和负极活性物质中siox所占质量比，从而使得所设计电池兼顾能量密度的同时，具有优秀的功率性能和循环性能。同时也可以避免大量doe(实验设计)，节约电池研发时间和成本。

10、进一步的，所述负极集流体可以为铜箔、多孔铜箔、泡沫镍/铜箔、镀锌铜箔、镀镍铜箔、涂炭铜箔、镍箔、钛箔中的一种；厚度为4.5-8μm。

11、进一步的，所述负极活性材料层的厚度为90-160μm。

12、进一步的，所述负极活性物质、粘结剂和导电剂质量比为94-97∶2.5-4∶0.5-2。

13、进一步的，所述石墨选自人造石墨、天然石墨、复合石墨中的一种或多种；所述粘结剂选自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素锂、羧甲基纤维素锂、聚甲基丙烯酰、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸锂、羧甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯基橡胶、氟基橡胶、乙烯丙烯二烯等的至少一种；所述导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、石墨、石墨烯、碳微米线、碳纳米线、碳微米管、碳纳米管等中的至少一种。

14、进一步的，所述负极涂层的面密度α的取值范围为0.12-0.16g/1000mm3，优选取值范围为0.14-0.157g/1000mm3。其设计的依据在于，当锂离子二次电池放电时，锂离子从负极材料中脱出，锂离子的脱出数量与速度和负极涂层面密度密切相关。具体的，当锂离子电池放电时，锂离子从负极材料中脱出嵌入正极材料，锂离子的传输距离与面密度有关。若面密度过高，锂离子传输距离随着面密度的增大而增加，相应的离子扩散阻抗增加，从而电芯的功率性能降低；若面密度过低，电芯的功率性能得到提高，但随着电芯辅材占比的增加，电芯的能量密度会降低。因此，需将正极活性材料层的面密度控制在合适的范围内，保证锂离子电池兼顾良好的功率性能和较高的能量密度。

15、进一步的，所述负极极片的压实密度β的取值范围为1.3-2.0g/cm3，优选取值范围为1.4-1.6g/cm3。其设计的依据在于，提高压实密度，可以有效的提高电极的体积能量密度和重量能量密度，电池的容量就能做的越高，但为了追求电池的高能量密度导致极片过压，则会造成电池容量降低，循环恶化，内阻增加等问题影响极片性能。

16、进一步的，所述负极活性物质中siox所占质量比为3-20％，优选取值范围为6-12％。其设计的依据在于，随着硅含量的增加能量密度得到提升，但硅含量增加引起的体积变化会导致循环稳定性下降。

17、本发明的第二方面提供了上述负极极片的制备方法，包括以下步骤，

18、s1：将负极活性物质、粘结剂和导电剂溶于水中，形成浆料；

19、s2：将所述浆料均匀涂覆在负极集流体上，并进行烘干冷压后得到所述负极极片。

20、进一步的，所述步骤s1中，形成浆料的固含量为45-55％。

21、进一步的，所述步骤s2中，烘干温度为65-120℃。

22、本发明的第三方面提供了一种锂离子电池，包括上述负极极片。

23、进一步的，所述锂离子电池还包括正极极片，所述正极极片的正极活性物质为ncm三元正极材料。

24、进一步的，所述正极极片包括正极集流体和正极活性材料层，所述正极集流体可以为铝箔，厚度为8-13μm。

25、本发明的第四方面提供了一种用电设备，包括上述锂离子二次电池。

26、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明通过对负极极片上涂层的面密度、压实密度、及siox占比的控制，使其满足公式u＝α*β*(1-γ)3取值范围在0.10≤u≤0.180，通过其制备的锂离子二次电池能在兼顾能量密度的同时具有优秀的功率和循环性能。

技术特征：

1.一种负极极片，包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层包含负极活性物质、粘结剂和导电剂，其特征在于，

2.如权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极活性材料层的厚度为90-160μm。

3.如权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极活性物质、粘结剂和导电剂质量比为94-97∶2.5-4∶0.5-2。

4.如权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极涂层的面密度α的取值范围为0.12-0.16g/1000mm3。

5.如权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极极片的压实密度β的取值范围为1.3-2.0g/cm3。

6.如权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极活性物质中siox所占质量比γ为3-20％。

7.一种权利要求1-6中任一项所述的负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

8.一种锂离子二次电池，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的负极极片。

9.如权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池还包括正极极片，所述正极极片的正极活性物质为ncm三元正极材料。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求8或9所述的锂离子二次电池。

技术总结
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种负极极片及其制备和应用。所述负极极片包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层包含负极活性物质、粘结剂和导电剂；所述负极活性物质包括石墨和SiOx；根据公式U＝α*β*(1‑γ)3，所述负极极片满足0.10≤U≤0.180；其中，α为负极涂层的面密度，β为负极极片的压实密度，γ为负极活性物质中SiOx所占质量比。本发明通过对负极极片上涂层的面密度、压实密度、及SiOx占比的控制，使其满足公式U＝α*β*(1‑γ)3取值范围在0.10≤U≤0.180，通过其制备的锂离子二次电池能在兼顾能量密度的同时具有优秀的功率和循环性能。

技术研发人员：邓燕,韩延林,于哲勋,刘宏勇
受保护的技术使用者：江苏正力新能电池技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21