负极及包含其的电化学装置和电子装置的制作方法

文档序号:44193727发布日期:2025-12-26 23:04阅读:15来源:国知局
技术简介:
本专利针对硅碳负极在充放电过程中因体积膨胀导致的热失控风险及循环寿命短问题,提出在负极材料层表面涂覆氟化碳层的解决方案。氟化碳(CFx)在首次充电时与Li⁺反应生成LiF和碳,形成多层保护膜(SEI膜+石墨/LiF层),有效抑制体积膨胀,提升电池热失控触发温度并延长循环寿命。
关键词:氟化碳涂层,硅碳负极

本申请涉及电化学储能,更具体地,涉及负极及包含其的电化学装置和电子装置。


背景技术:

1、随着锂离子电池能量密度的提升,其安全问题也愈发严重。为缓解锂离子电池的热失控以提高其安全性,现有技术中主要通过以下方法来解决:1)提高隔膜耐热性,改善热收缩;2)以无机物与有机物相结合作为极片功能涂层;3)改进电解液配方。目前,随着隔膜技术的迭代,由于隔膜热收缩而造成的正负极短接,已非导致热失控的关键因素。为改善热失控,研究人员开始关注热失控的触发和积累阶段,例如采用al2o3、cao、勃姆石等无机物材料作为材料包覆层或涂层来提高锂离子电池的安全性能。然而,该方法难以适用于在充放电过程中负极易发生体积膨胀的硅碳负极锂离子电池,导致其热失控风险较高、循环寿命较短。


技术实现思路

1、本申请的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种负极及包含其的电化学装置和电子装置。

2、为实现上述目的,本申请采取的技术方案为:

3、本申请的第一方面提供了一种负极,其包括:负极集流体,设置在所述负极集流体至少一侧表面上的负极材料层和位于所述负极材料层至少部分表面上的氟化碳层;

4、所述负极材料层包括负极活性材料,所述负极活性材料包括含硅负极材料;

5、所述氟化碳层包括氟化碳,所述氟化碳的化学式为cfx,0.14≤x≤0.52。

6、在本申请的一些实施方式中,所述氟化碳层的平均厚度为15μm至25μm。

7、在本申请的一些实施方式中,基于所述氟化碳层的总质量,所述氟化碳的质量占比为93%至96%。

8、在本申请的一些实施方式中,所述氟化碳包括颗粒状氟化碳、片层状氟化碳、纤维状氟化碳中的至少一种;

9、所述颗粒状氟化碳的体积分布粒径dv50为3μm至10μm;

10、所选片层状氟化碳的片层直径为0.25μm至5μm;

11、所述纤维状氟化碳的长度为0.5μm至100μm。

12、在本申请的一些实施方式中,所述氟化碳包括氟化碳纳米管、氟化石墨烯、氟化石墨、氟化炭黑、氟化鳞状石墨中的至少一种。

13、在本申请的一些实施方式中,所述氟化碳层还包括粘结剂和分散剂;基于所述氟化碳层的总质量,所述粘结剂的质量占比为2%至4%,和/或所述分散剂的质量占比为0.1%至0.6%。

14、在本申请的一些实施方式中,所述粘结剂包括聚丙烯酸酯、壳聚糖、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯中的至少一种,和/或所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

15、在本申请的一些实施方式中,基于所述负极材料层的总质量,所述负极活性材料的质量占比为95.5%至97.1%。

16、本申请的第二方面提供了一种电化学装置,其包括本文中所描述的任一种负极。

17、本申请的第三方面提供了一种电子装置,其包括本文中所描述的任一种电化学装置。

18、与现有技术相比,本申请的有益效果为:

19、本申请在负极中负极材料层的表面设置氟化碳涂层,氟化碳涂层中的氟化碳在电池首次充电过程中与li+反应生成lif和c,即在负极材料层的表面形成依次为sei膜层、石墨+lif层和外层sei膜层的多层结构保护层,该多层结构保护层可作为负极材料层的钝化层,有效缓解负极材料层中含硅负极材料在充放电循环过程中的体积膨胀,从而提高热失控的触发温度,降低电池热失控风险,改善电池循环寿命。


技术特征:

1.一种负极,其特征在于,包括:

2.如权利要求1所述的负极,其特征在于,所述氟化碳层的平均厚度为15μm至25μm。

3.如权利要求1所述的负极,其特征在于,基于所述氟化碳层的总质量,所述氟化碳的质量占比为93%至96%。

4.如权利要求1所述的负极,其特征在于,所述氟化碳包括颗粒状氟化碳、片层状氟化碳、纤维状氟化碳中的至少一种;

5.如权利要求1所述的负极,其特征在于,所述氟化碳包括氟化碳纳米管、氟化石墨烯、氟化石墨、氟化炭黑、氟化鳞状石墨中的至少一种。

6.如权利要求1所述的负极,其特征在于,所述氟化碳层还包括粘结剂和分散剂;基于所述氟化碳层的总质量,所述粘结剂的质量占比为2%至4%,和/或所述分散剂的质量占比为0.1%至0.6%。

7.如权利要求6所述的负极,其特征在于,所述粘结剂包括聚丙烯酸酯、壳聚糖、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯中的至少一种,和/或所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

8.如权利要求1所述的负极,其特征在于,基于所述负极材料层的总质量,所述负极活性材料的质量占比为95.5%至97.1%。

9.一种电化学装置,其特征在于,包括权利要求1至8任一项所述的负极。

10.一种电子装置,其特征在于,包括权利要求9所述的电化学装置。


技术总结
本申请涉及负极及包含其的电化学装置和电子装置,属于电化学储能技术领域。本申请的负极包括:负极集流体、设置在负极集流体至少一侧表面上的负极材料层和位于负极材料层至少部分表面上的氟化碳层;负极材料层包括负极活性材料,负极活性材料包括含硅负极材料;氟化碳层包括氟化碳,氟化碳的化学式为CFx,0.14≤x≤0.52。该负极可有效降低电池的热失控风险,提高电池的循环寿命。

技术研发人员:请求不公布姓名,魏小亮,谭远高,黄旭
受保护的技术使用者:惠州锂威新能源科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2025/12/25
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