负极极片、负极极片的制备方法、电池和用电设备与流程

本技术涉及新能源，特别是涉及负极极片、负极极片的制备方法、电池和用电设备。

背景技术：

1、随着新能源技术的不断发展，电池被广泛应用于各类消费类电子产品、电动车辆、航空航天等多个领域中。电池的生产工序一般包括极片的制备、电极组件的组装、化成封装等。化成处理会在极片的活性层上形成sei膜（solid electrolyte interface，固体电解质界面膜），以改善电极活性物质的电化学活性。但是化成反应形成的sei膜稳定性较差，容易破裂，为了弥补破裂的sei膜，会反复消耗活性离子来修复sei膜，导致电池的循环寿命变差。上述的陈述仅用于提供与本技术有关的背景技术信息，而不必然地构成现有技术。

技术实现思路

1、本技术主要解决的技术问题是提供一种负极极片、负极极片的制备方法、电池和用电设备，能够提高电池的首效和循环寿命。

2、为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：提供一种负极极片，负极极片包括基层以及设置在基层至少一侧表面的负极活性层，负极活性层包括负极活性材料和界面材料，负极活性材料包括石墨材料，界面材料包括含有金属元素的有机盐，金属元素包括li、na、k、mg、al中的一种或多种，有机盐包括有机酸根，有机酸根中除成盐的羧基以外包含至少一个官能团，官能团包括碳碳双键、氨基、醚基中的任一种。选用石墨材料作为负极活性材料，使得负极极片性能稳定，体积膨胀率小，容量大；界面材料可以附着在负极活性材料的表面，能够起到sei膜的作用，或者说在负极极片的制备过程中人为的在负极活性材料表面形成sei膜，能够降低化成反应形成的sei膜，或者完全不需要化成反应形成sei膜，进而降低化成反应对活性离子的不可逆消耗，提高电池的首效和循环寿命。

3、在一实施方式中，负极极片包括负极活性层，采用差示扫描量热法对处于满嵌状态下的负极极片进行热分析，负极活性层的满嵌差示扫描量热曲线在第一温度区间的积分面积的绝对值为s1，在第二温度区间的积分面积的绝对值为s2，s1/s2小于0.25，可选地，s1/s2小于0.22；第一温度区间为t1至t2，t1=tcc-a，t2=tcc-b，第二温度区间为t2至t3，t3=tcc+c，tcc为满嵌差示扫描量热曲线上强度最高的峰对应的温度，140℃≤a≤160℃，40℃≤b≤60℃，40℃≤c≤60℃。和/或采用差示扫描量热法对处于全脱嵌状态下的负极极片进行热分析，负极活性层的全脱嵌差示扫描量热曲线在第三温度区间的积分面积的绝对值为s3，在第四温度区间的积分面积的绝对值为s4，s3/s4小于0.10，可选地，s3/s4小于0.08；第三温度区间为t4至t5，t4=tdc-d，t5=tdc-e，第四温度区间为t5至t6，t6=tdc+f，tdc为全脱嵌差示扫描量热曲线上强度最高的峰对应的温度，140℃≤d≤170℃，40℃≤e≤70℃，30℃≤f≤60℃。该实施方式中，第一温度区间的热分解为化成反应所得材料的热分解，可以包括化成反应形成的sei膜材料的热分解、化成反应形成的sei膜材料与满嵌负极活性材料反应形成的材料的热分解等，满嵌dsc曲线第一温度区间的积分面积占比较小，说明在这温度区间发生热分解的材料含量较少。这意味着化成反应所得sei膜材料的含量变少，或者是化成反应所得sei膜材料的热分解温度变高。这两种方案均会提高电池的循环寿命。和/或全脱嵌dsc曲线在第三温度区间的积分面积占比变小，这是因为电池满放后，满嵌负极活性材料变成了全脱嵌负极活性材料，全脱嵌负极极片中化成反应形成的sei膜材料与满嵌负极活性材料反应形成的材料减小了；这从另一角度说明，本技术方案中所得负极极片降低了化成反应所得sei膜材料的含量，化学反应对活性离子的不可逆消耗变少，降低了活性离子的损失，提高电池首效和循环寿命。

4、在一实施方式中，tdc大于或等于310℃，可选地，大于315℃。该实施方式中，负极材料的热稳定性增强，利于提高电池的循环寿命。

5、在一实施方式中，将未参与化学反应的负极极片组装成对锂半电池，对该对锂半电池进行充电测试，所得微分容量曲线在第一电压区间的微分容量|dq/dv|a≤15mah/g/v，第一电压区间为0.7v-0.9v。或将未参与化学反应的负极极片组装成全电池，满充后再放电至0.1v，将放电后的负极极片组装成对锂半电池，对该对锂半电池进行充电测试，所得微分容量曲线在第一电压区间的微分容量|dq/dv|b≤10mah/g/v，第一电压区间为0.7v-0.9v。其中，对锂半电池首次充电形成sei膜，此薄膜首圈在负极形成电位主要集中在0.7v-0.9v，而形成sei膜需要消耗活性离子，其|dq/dv|的峰值能够反应出活性离子的消耗量，峰值越高代表活性离子消耗越多。本技术技术方案中，由未参与化学反应的负极极片组装成的对锂半电池的|dq/dv|a≤15mah/g/v，说明活性离子的消耗降低，进而提高电池的首次充电效率和循环寿命。和/或，将该负极极片组装成全电池，全电池绝对满放状态下，其在充电过程中形成的sei膜会被氧化破坏，修复sei膜会继续消耗活性离子。而本技术方案中，绝对满放后的负极极片其在0.7v-0.9v的|dq/dv|b峰值会低于10mah/g/v。绝对满放后的负极极片抗氧化性强，sei膜损伤小，修复sei膜消耗活性离子量变少。因此，本技术所提供的负极极片对活性离子的消耗少，能够提高电池的容量和循环寿命。

6、在一实施方式中，界面材料附着于负极活性材料的表面。有机盐的热稳定性好，附着在活性材料表面，使得界面材料形成的界面膜的机械稳定性好，在电池的充放电循环过程中不易破裂，减少了修复sei膜对活性离子的不可逆消耗，提高电池的容量和循环寿命。

7、在一实施方式中，有机盐包括有机酸根，有机酸根中除成盐的羧基以外包含至少一个官能团，官能团包括碳碳三键、醛基、羰基、羧基、酯基、酸酐基、羟基、环氧基、氰基、苯基中的任一种。通过这种设置，调控官能团的个数和类型，能够提高有机盐的导离子能力和结构的稳定性。

8、在一实施方式中，有机盐的分子量小于或等于230；可选地，有机盐的分子量小于175。通过使用较小分子量的有机盐，能够提高活性离子的传输能力，同时提高电池的动力学性能。

9、在一实施方式中，基于有机盐的总质量，有机盐中金属元素的质量占比为4.5%-45%。可选地，有机盐中金属元素的质量占比为10%-45%。通过选用有机盐来实现人工sei膜的功能，金属离子的存在能够增强电池的动力学性能，提高导离子性；有机基团的存在能够提高力学稳定性，以有机盐为主要成分的人工sei电化学性能更佳。通过调控金属元素在有机盐中的质量占比，能够使得有机基团中官能团充分反应且有效构建离子通道，提高离子导电性；同时提供力学稳定性。使得电池兼顾高的动力学性能，还降低化成反应所需要形成的sei膜的量，减少活性离子的消耗。

10、在一实施方式中，有机盐中包括li、na中的至少一种金属元素。通过这种设置，能够增强电池的动力学性能，提高导离子性。

11、在一实施方式中，基于负极活性层的总质量，有机盐的质量占比为0.2%-2%，可选为0.5%-1%。有机基团的存在能够提高力学稳定性，以有机盐为主要成分的人工sei电化学性能更佳，能够在提升负极片的电化学性能的基础上，提高负极极片的稳定性，进一步地，还能够减少极片脱粉、断裂等异常的发生；提高制备加工的可行性，提高产品良率。

12、在一实施方式中，界面材料还包括无机盐，无机盐中包括li、na中的至少一种金属元素。无机盐的加入能够起到补充活性离子的作用，能够在提升负极片的电化学性能的基础上，提高电池单体的首效和循环性能。进一步地，还能够减少极片脱粉、断裂等异常的发生；提高制备加工的可行性，提高产品良率。

13、在一实施方式中，基于负极活性层的总质量，无机盐的质量占比为0.1%-1%，可选为0.2%-0.5%。无机盐的加入能够起到补充活性离子的作用，能够在提升负极片的电化学性能的基础上，提高电池单体的首效和循环性能。进一步地，还能够减少极片脱粉、断裂等异常的发生；提高制备加工的可行性，提高产品良率。通过控制加入量，能够增强电池的动力学性能，提高导离子性。

14、在一实施方式中，负极活性层包括第一活性子层和第二活性子层，第一活性子层相对第二活性子层更靠近基层，第一活性子层包括负极活性材料，第二活性子层包括负极活性材料和界面材料。通过在第二活性子层中设置界面材料，利于提高活性材料的电化学活性，促进活性离子嵌入。

15、为解决上述技术问题，本技术采用的另一个技术方案是：提供一种负极极片的制备方法，制备方法包括提供负极浆料，负极浆料包括负极活性材料和界面材料，负极活性材料包括石墨材料，界面材料包括含有金属元素的有机盐，金属元素包括li、na、k、mg、al中的一种或多种，有机盐包括有机酸根，有机酸根中除成盐的羧基以外包含至少一个官能团，官能团包括碳碳双键、氨基、醚基中的任一种；将负极浆料涂覆在基层上，干燥后得到上述任一项的负极极片。所得极片具有上述的优势。

16、在一实施方式中，提供负极浆料包括：将有机酸与金属的无机盐混合反应，制得有机盐；或将有机酸与金属的碱混合反应，制得有机盐；有机酸分子中除羧基以外包含至少一个官能团，官能团包括碳碳双键、碳碳三键、醛基、羰基、羧基、酯基、酸酐基、羟基、醚基、环氧基、氰基、氨基、苯基中的任一种；将负极活性材料、导电剂、粘结剂与有机盐混合得到负极浆料。所得有机盐具有较高的热稳定性和机械稳定性，同时具有较强的导离子能力。通过在制浆阶段将负极活性材料和界面材料混合，能够使界面材料附着在负极活性材料表面。进一步地，能够使界面材料包覆负极活性材料，以在化成前在极片活性颗粒表面预制出一层薄膜（人工sei），在化成过程中发生反应形成力学性能、化学稳定性更佳的sei层，同时还能减小了活性离子的消耗，进而提升电池的首效。

17、在一实施方式中，界面材料还包括含有金属元素的无机盐，提供负极浆料包括：将有机酸与金属的无机盐混合反应，制得有机盐；或将有机酸与金属的碱混合反应，制得有机盐；有机酸分子中除羧基以外包含至少一个官能团，官能团包括碳碳双键、碳碳三键、醛基、羰基、羧基、酯基、酸酐基、羟基、醚基、环氧基、氰基、氨基、苯基中的任一种；将负极活性材料、导电剂、粘结剂、无机盐与有机盐混合得到负极浆料。

18、在一实施方式中，界面材料还包括含有金属元素的无机盐，提供负极浆料包括：将有机酸与过量的金属无机盐混合反应，制得包含有机盐和无机盐的混合物，有机酸分子中除羧基以外包含至少一个官能团，官能团包括碳碳双键、碳碳三键、醛基、羰基、羧基、酯基、酸酐基、羟基、醚基、环氧基、氰基、氨基、苯基中的任一种；将负极活性材料、导电剂、粘结剂与溶剂混合得到活性混合物；将包含有机盐和无机盐的混合物与活性混合物混合，得到负极浆料。所得有机盐具有较高的热稳定性和机械稳定性，同时具有较强的导离子能力。通过在制浆阶段将负极活性材料和界面材料混合，能够使界面材料附着在负极活性材料表面。进一步地，能够使界面材料包覆负极活性材料，以在化成前在极片活性颗粒表面预制出一层薄膜（人工sei），在化成过程中发生反应形成力学性能、化学稳定性更佳的sei层，同时还能减小了活性离子的消耗，进而提升电池的首效。

19、在一实施方式中，基于负极浆料中除溶剂以外的其他材料的总质量，有机盐的质量占比为0.2%-2%，可选为0.5%-1%；和/或基于负极浆料中除溶剂以外的其他材料的总质量，无机盐的质量占比为0.1%-1%，可选为0.2%-0.5%。通过调控有机盐和无机盐的量，能够在提升负极片的电化学性能的基础上，提高负极极片的稳定性，减少极片脱粉、断裂等异常的发生；提高制备加工的可行性，提高产品良率。

20、为解决上述技术问题，本技术采用的另一个技术方案是：提供一种电池，电池包括上述任一项的负极极片。电池具备较好的循环寿命。

21、为解决上述技术问题，本技术采用的另一个技术方案是：提供一种用电设备，其包括上述电池。用电设备至少具有与电池相同的优势。

22、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。