CN113013379A - 一种负极极片及其制备方法、锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种负极极片及其制备方法、锂离子电池，属于电池技术领域负极极片包括负极集流体、第一负极活性材料层和第二负极活性材料层，负极集流体的至少部分表面被第一负极活性材料层包覆，第一负极活性材料层的至少部分表面被第二负极活性材料层包覆。第一负极活性材料层包括第一负极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂。第二负极活性材料层包括第二负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂。其中，第一负极活性材料为硅基材料或锡基材料，第二负极活性材料为无定形碳。本申请的负极极片具有独特的复合活性材料层结构，可提高负极极片制成的锂离子电池在低温场景下的快速充放电能力。

Description

一种负极极片及其制备方法、锂离子电池
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种负极极片及其制备方法、锂离子电池。
背景技术
锂离子电池作为一种热门研究的化学储能介质，因其自放电率低、循环性能好等特点被广泛应用于电子消费品、E-bike、EV等新能源领域。随着锂离子电池在新能源汽车领域的快速应用，改善里程焦虑及快速充电已成为新能源汽车行业对锂离子电池的迫切需求，兼顾高能量密度及快速充电模式的锂离子电池逐步成为新能源领域的研究热点与重点。
发明内容
本申请提供了一种负极极片及其制备方法、锂离子电池，其能够实现快速充放电。
本申请的实施例是这样实现的：
在第一方面，本申请示例提供了一种负极极片，其包括负极集流体、第一负极活性材料层和第二负极活性材料层，负极集流体的至少部分表面被第一负极活性材料层包覆，第一负极活性材料层的至少部分表面被第二负极活性材料层包覆。
第一负极活性材料层包括第一负极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂。
第二负极活性材料层包括第二负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂。
其中，第一负极活性材料为硅基材料或锡基材料，第二负极活性材料为无定形碳。
在上述技术方案中，本申请的负极极片具有独特的复合活性材料层结构，且负极活性材料为高比能量活性物质材料，使得负极极片制成的锂离子电池具有能量密度高的特点。其中，采用无定形碳制成的第二负极活性材料层，对于大电流充电场景下，能够快速接纳锂离子从而避免锂金属析出风险。同时，软质的第二负极活性材料层能够作为第一负极活性材料层膨胀时的缓冲层，第二负极活性材料层能够吸收第一负极活性材料层膨胀力从而降低膨胀对负极极片的破坏作用，进而提高负极极片的长循环性能，提升电池循环寿命。并且，无定形碳存在较强的各向同性特点，可提高负极极片制成的锂离子电池在低温场景下的快速充放电能力。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第一种可能的示例中，上述无定形碳包括软碳、硬碳和中间相炭微球中的任意一种或多种。
可选地，软碳的克容量为200～320mAh/g，平均粒径为1～10μm。
可选地，硬碳的克容量为320～450mAh/g，平均粒径为1～10μm。
可选地，中间相炭微球的克容量为300～400mAh/g，平均粒径为1～10μm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第二种可能的示例中，上述硅基材料包括Si-C合金材料和/或氧化亚硅，硅基材料的克容量为380～1800mAh/g，平均粒径为1～16μm。
锡基材料包括二氧化锡和石墨的掺混物，锡基材料的克容量为380～1800mAh/g。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第三种可能的示例中，上述第一导电剂和/或第二导电剂包括一维导电剂和二维导电剂，一维导电剂与二维导电剂的质量比为1～2.5:1。
可选地，一维导电剂包括Super P、KS-6、SFG和科琴黑中的任意一种或多种。
可选地，二维导电剂包括VGCF和/或CNTs。
在上述示例中，本申请的负极极片采用一维、二维构造导电剂进行复配，以搭建负极极片的“二维”导电网络，能够对锂离子电池倍率性能及长循环寿命提供增益效果。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第四种可能的示例中，上述第一粘结剂包括丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯和羧甲基纤维素钠中的任意一种或多种。
第二粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯和羧甲基纤维素钠的任意一种或多种。
在第二方面，本申请示例提供了一种负极极片的制备方法，其包括：
先将第一负极浆料涂覆于负极集流体表面，再将第二负极浆料涂覆于第一负极浆料表面，烘干。
其中，第一负极浆料由第一负极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂和第一溶剂混合制得，第二负极浆料由第二负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂和第二溶剂混合制得。
在上述技术方案中，本申请的负极极片的制备方法简便，制得的负极极片性能稳定。
结合第二方面，在本申请的第二方面的第一种可能的示例中，上述第一负极浆料由46.6～53.9wt％第一负极活性材料、0.6～5.6wt％第一导电剂、2～3.3wt％第一粘结剂和37.2～50.8wt％第一溶剂混合制得；
第二负极浆料由40～60wt％第二负极活性材料、0.5～6wt％第二导电剂、2～4wt％第二粘结剂和30～57.5wt％第二溶剂混合制得。
在第三方面，本申请示例提供了一种锂离子电池，其包括正极极片、隔膜、电解液以及上述的负极极片。
在上述技术方案中，本申请的锂离子电池具有能量密度高的特点和可快速充放电的性能。
结合第三方面，在本申请的第三方面的第一种可能的示例中，上述正极极片包括正极集流体和正极活性材料层，正极集流体的至少部分表面被正极活性材料层包覆。
正极活性材料层包括正极活性材料、第三导电剂和第三粘结剂；
正极活性材料为镍钴铝或镍钴锰三元材料，正极活性材料的克容量为180～220mAh/g，平均粒径为2～10μm。
在上述示例中，本申请的锂离子电池的正极活性材料为高比能量活性物质材料，使得锂离子电池具有能量密度高的特点。
结合第三方面，在本申请的第三方面的第二种可能的示例中，上述第三导电剂包括一维导电剂、二维导电剂和三维导电剂，一维导电剂与二维导电剂的质量比为1～2.5:1，二维导电剂与三维导电剂的质量比为1～2:1。
可选地，一维导电剂包括Super P、KS-6、SFG和科琴黑中的任意一种或多种。
可选地，二维导电剂包括VGCF和/或CNTs。
可选地，三维导电剂包括石墨烯。
在上述示例中，本申请的锂离子电池的正极活性材料采用一维、二维及三维构造导电剂进行复配，以搭建正极极片的“三维”导电网络，能够对锂离子电池倍率性能及长循环寿命提供增益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请的负极极片的剖视图；
图2为本申请试验例的循环测试数据结果图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下针对本申请实施例的一种负极极片及其制备方法、锂离子电池进行具体说明：
请参阅图1，本申请提供一种负极极片10，其包括：负极集流体100、第一负极活性材料层200和第二负极活性材料层300，负极集流体100的至少部分表面被第一负极活性材料层200包覆，第一负极活性材料层200的至少部分表面被第二负极活性材料层300包覆。
其中，第一负极活性材料层200包括第一负极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂。
第二负极活性材料层300包括第二负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂。
第一负极活性材料为硅基材料或锡基材料。
硅基材料或锡基材料为高比能量活性物质材料，使得负极极片10制成的锂离子电池具有能量密度高的特点。
可选地，硅基材料包括Si-C合金材料和/或氧化亚硅。
可选地，硅基材料的克容量为380～1800mAh/g，平均粒径为1～16μm。
在本申请的一种实施方式中，硅基材料的克容量为450mAh/g，平均粒径为5μm。在本申请的其他一些实施方式中，硅基材料的克容量为380mAh/g、400mAh/g、480mAh/g、500mAh/g、600mAh/g、700mAh/g、800mAh/g、900mAh/g、1000mAh/g、1100mAh/g、1200mAh/g、1300mAh/g、1400mAh/g、1500mAh/g、1600mAh/g、1700mAh/g或1800mAh/g，平均粒径为1μm、2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm或16μm。
可选地，锡基材料包括二氧化锡和石墨的掺混物。
可选地，锡基材料的克容量为380～1800mAh/g。
在本申请的一种实施方式中，硅基材料的克容量为500mAh/g。在本申请的其他一些实施方式中，硅基材料的克容量为380mAh/g、400mAh/g、480mAh/g、500mAh/g、600mAh/g、700mAh/g、800mAh/g、900mAh/g、1000mAh/g、1100mAh/g、1200mAh/g、1300mAh/g、1400mAh/g、1500mAh/g、1600mAh/g、1700mAh/g或1800mAh/g。
第二负极活性材料为无定形碳。
采用无定形碳制成的第二负极活性材料层300，对于大电流充电场景下，能够快速接纳锂离子从而避免锂金属析出风险。同时，软质的第二负极活性材料层300能够作为第一负极活性材料层200膨胀时的缓冲层，第二负极活性材料层300能够吸收第一负极活性材料层200膨胀力从而降低膨胀对负极极片10的破坏作用，进而提高负极极片10的长循环性能。特别是当第一负极活性材料为硅基材料时，第二负极活性材料层300的吸收膨胀力作用更加明显。并且，无定形碳存在较强的各向同性特点，可提高负极极片10制成的锂离子电池在低温场景下的快速充放电能力。
可选地，无定形碳包括软碳、硬碳和中间相炭微球(MCMB)中的任意一种或多种。
在本申请的一种实施方式中，无定形碳为中间相炭微球。在本申请的其他一些实施方式中，无定形碳为软碳或硬碳，或为软碳和硬碳的混合物，或为软碳和中间相炭微球的混合物，或为硬碳和中间相炭微球的混合物，或为软碳、硬碳和中间相炭微球的混合物。
可选地，软碳的克容量为200～320mAh/g，平均粒径为1～10μm。
在本申请的一种实施方式中，软碳的克容量为250mAh/g，平均粒径为5μm。在本申请的其他一些实施方式中，软碳的克容量为200mAh/g、220mAh/g、240mAh/g、260mAh/g、280mAh/g、300mAh/g或320mAh/g，平均粒径为1μm、2μm、3μm、4μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
可选地，硬碳的克容量为320～450mAh/g，平均粒径为1～10μm。
在本申请的一种实施方式中，硬碳的克容量为400mAh/g，平均粒径为5μm。在本申请的其他一些实施方式中，硬碳的克容量为320mAh/g、340mAh/g、360mAh/g、380mAh/g、400mAh/g、420mAh/g或450mAh/g，平均粒径为1μm、2μm、3μm、4μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
可选地，中间相炭微球的克容量为300～400mAh/g，平均粒径为1～10μm。
在本申请的一种实施方式中，中间相炭微球的克容量为340mAh/g，平均粒径为5μm。在本申请的其他一些实施方式中，中间相炭微球的克容量为300mAh/g、320mAh/g、360mAh/g、380mAh/g或400mAh/g，平均粒径为1μm、2μm、3μm、4μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
第一导电剂和/或第二导电剂包括一维导电剂和二维导电剂。
本申请的负极极片10的第一导电剂和第二导电剂中至少一种导电剂采用一维、二维构造导电剂进行复配，以搭建负极极片10的“二维”导电网络，能够对锂离子电池倍率性能及长循环寿命提供增益效果。
需要说明的是，当第一导电剂和第二导电剂中任意一种导电剂采用一维、二维构造导电剂进行复配，另一种导电剂可以选择现有的常用的导电剂，或选择一维、二维构造导电剂进行复配。
可选地，第一导电剂和第二导电剂均包括一维导电剂和二维导电剂。
第一导电剂和/或第二导电剂中一维导电剂与二维导电剂的质量比为1～2.5:1。
在本申请的一种实施方式中，第一导电剂和/或第二导电剂中一维导电剂与二维导电剂的质量比为2:1。在本申请的其他一些实施方式中，第一导电剂和/或第二导电剂中一维导电剂与二维导电剂的质量比为1:1、1.2:1、1.5:1、1.7:1、2.3:1或2.5:1。
其中，一维导电剂包括Super P、KS-6、SFG和科琴黑中的任意一种或多种。
在本申请的一种实施方式中，一维导电剂为Super P。在本申请的其他一些实施方式中，一维导电剂为KS-6、SFG或科琴黑，或为Super P和KS-6的混合物，或为KS-6、SFG和科琴黑的混合物，或为Super P和科琴黑的混合物。
二维导电剂包括VGCF和/或CNTs。
在本申请的一种实施方式中，二维导电剂为CNTs。在本申请的其他一些实施方式中，二维导电剂为VGCF，或为VGCF和CNTs的混合物。
第一粘结剂包括丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯和羧甲基纤维素钠(CMC)中的任意一种或多种。
第二粘结剂包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯和羧甲基纤维素钠的任意一种或多种。
第一负极活性材料层200的面密度为60～200g/m2，压实密度为1.25～1.65g/cm3。
在本申请的一种实施方式中，第一负极活性材料层200的面密度为100g/m2，压实密度为1.5g/cm3。在本申请的其他一些实施方式中，第一负极活性材料层200的面密度为60g/m2、70g/m2、80g/m2、90g/m2、100g/m2、110g/m2、120g/m2、130g/m2、140g/m2、150g/m2、160g/m2、170g/m2、180g/m2或190g/m2，压实密度为1.25g/cm3、1.3g/cm3、1.35g/cm3、1.4g/cm3、1.45g/cm3、1.55g/cm3、1.6g/cm3或1.65g/cm3。
第二负极活性材料的面密度为15～80g/m2，压实密度为0.6～1.25g/cm3。
在本申请的一种实施方式中，第二负极活性材料层300的面密度为50g/m2，压实密度为1g/cm3。在本申请的其他一些实施方式中，第二负极活性材料层300的面密度为15g/m2、20g/m2、25g/m2、30g/m2、35g/m2、40g/m2、45g/m2、55g/m2、60g/m2、65g/m2、70g/m2、75g/m2或80g/m2，压实密度为0.6g/cm3、0.7g/cm3、0.8g/cm3、0.9g/cm3、1.1g/cm3、1.2g/cm3或1.25g/cm3。
本申请提供一种负极极片的制备方法，其包括：
先将第一负极浆料涂覆于负极集流体表面，再将第二负极浆料涂覆于第一负极浆料表面，烘干。
本申请的负极极片的制备方法简便，制得的负极极片性能稳定。
其中，第一负极浆料由第一负极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂和第一溶剂混合制得，第二负极浆料由第二负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂和第二溶剂混合制得。
需要说明的是，本申请的第一负极浆料中除了第一负极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂和第一溶剂，还可以有其他添加物，例如功能性助剂等。同样地，本申请的第二负极浆料中除了第二负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂和第二溶剂，也还可以有其他添加物。
可选地，第一溶剂包括水。
可选地，第二溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮、二氯甲烷、二氯乙烷和三氯乙烷中的任意一种或多种。
本申请的负极极片的制备方法中的第一负极浆料和第二负极浆料的涂覆方法包括喷涂、点涂、挤压式涂布和凹版式涂布中的任意一种或多种。
可选地，第一负极浆料由46.6～53.9wt％第一负极活性材料、0.6～5.6wt％第一导电剂、2～3.3wt％第一粘结剂和37.2～50.8wt％第一溶剂混合制得。
可选地，第二负极浆料由40～60wt％第二负极活性材料、0.5～6wt％第二导电剂、2～4wt％第二粘结剂和30～57.5wt％第二溶剂混合制得。
本申请还提供一种锂离子电池，其包括正极极片、隔膜、电解液以及上述的负极极片。
本申请的锂离子电池具有能量密度高的特点和可快速充放电的性能。
正极极片包括正极集流体和正极活性材料层，正极集流体的至少部分表面被正极活性材料层包覆。
正极活性材料层包括正极活性材料、第三导电剂和第三粘结剂。
正极活性材料为镍钴铝或镍钴锰三元材料。
镍钴铝或镍钴锰三元材料为高比能量活性物质材料，使得锂离子电池具有能量密度高的特点。
正极活性材料的克容量为180～220mAh/g，平均粒径为2～10μm。
在本申请的一种实施方式中，正极活性材料的克容量为190mAh/g，平均粒径为5μm。在本申请的其他一些实施方式中，正极活性材料的克容量为180mAh/g、185mAh/g、195mAh/g、200mAh/g、205mAh/g、210mAh/g、215mAh/g或220mAh/g，平均粒径为1μm、2μm、3μm、4μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
可选地，第三导电剂包括一维导电剂、二维导电剂和三维导电剂。
本申请的锂离子电池的正极活性材料采用一维、二维及三维构造导电剂进行复配，以搭建正极极片的“三维”导电网络，能够对锂离子电池倍率性能及长循环寿命提供增益效果。
第三导电剂中一维导电剂与二维导电剂的质量比为1～2.5:1，二维导电剂与三维导电剂的质量比为1～2:1。
在本申请的一种实施方式中，第三导电剂中一维导电剂与二维导电剂的质量比为2:1，二维导电剂与三维导电剂的质量比为1.5:1。在本申请的其他一些实施方式中，第三导电剂中一维导电剂与二维导电剂的质量比为1:1、1.2:1、1.5:1、1.7:1、2.3:1或2.5:1，二维导电剂与三维导电剂的质量比为1:1、1.2:1、1.4:1、1.6:1、1.8:1或2:1。
其中，三维导电剂包括石墨烯。
正极活性材料层的面密度为100～300g/m2，压实密度为2.2～3.5g/cm3。
在本申请的一种实施方式中，正极活性材料层的面密度为200g/m2，压实密度为2.8g/cm3。在本申请的其他一些实施方式中，正极活性材料层的面密度为100g/m2、120g/m2、150g/m2、180g/m2、230g/m2、250g/m2、270g/m2或300g/m2，压实密度为2.2g/cm3、2.5g/cm3、2.7g/cm3、3g/cm3、3.2g/cm3或3.5g/cm3。
可选地，第三粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯和羧甲基纤维素钠的任意一种或多种。
本申请的锂离子电池的正极极片通过以下方法制得：
将正极浆料涂敷于正极集流体表面，烘干。
其中，正极浆料由正极活性材料、第三导电剂、第三粘结剂和第三溶剂混合制得。
第三溶剂可选择性加入，第三溶剂是为了匹配不同匀浆设备来选择合适的溶剂量，最终都被加热蒸发掉。
需要说明的是，本申请的正极浆料中除了正极活性材料、第三导电剂、第三粘结剂和第三溶剂，还可以有其他添加物。
可选地，第三溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、二氯甲烷、二氯乙烷和三氯乙烷中的任意一种或多种。
可选地，正极浆料由80～98wt％正极活性材料、1～10wt％第三导电剂和1～10wt％第三粘结剂混合制得。
以下结合实施例对本申请的一种负极极片及其制备方法、锂离子电池作进一步的详细描述。
实施例1
本申请实施例提供一种负极极片及其制备方法，其包括：
1、制备第一负极浆料
将47.3wt％平均粒径为10μm、克容量为450mAh/g的氧化亚硅SiOx、1wt％一维Super P、0.5wt％二维CNTs、0.6wt％羧甲基纤维素钠、0.6wt％丁苯橡胶和50wt％去离子水混合均匀制得第一负极浆料；
2、制备第二负极浆料
将47.15wt％平均粒径为6μm、克容量为340mAh/g的中间相炭微球、1.5wt％一维Super P、0.75wt％二维CNTs、0.6wt％聚偏氟乙烯和50wt％N-甲基吡咯烷酮混合均匀制得第二负极浆料；
3、制备负极极片
先将制得的第一负极浆料涂覆于厚度为10μm的铜箔表面，再将制得的第二负极浆料涂敷于第一负极浆料表面，烘干，制得负极极片；
第一负极浆料形成的第一负极活性材料层的面密度为100g/m2，压实密度为1.5g/cm3，第二负极浆料形成的第二负极活性材料层的面密度为60g/m2，压实密度为0.8g/cm3。
实施例2
本申请实施例提供一种负极极片及其制备方法，其包括：
1、制备第一负极浆料
将42.4wt％平均粒径为5μm、克容量为1800mAh/g的氧化亚硅SiOx、4wt％一维KS-6、1.6wt％二维VGCF、2wt％聚丙烯酸和50wt％去离子水混合均匀制得第一负极浆料；
2、制备第二负极浆料
将47.5wt％平均粒径为5μm、克容量为280mAh/g的软碳、0.25wt％一维KS-6、0.25wt％二维VGCF、2wt％聚甲基丙烯酸甲酯和50wt％丙酮混合均匀制得第二负极浆料；
3、制备负极极片
先将制得的第一负极浆料涂覆于厚度为10μm的铜箔表面，再将制得的第二负极浆料涂敷于第一负极浆料表面，烘干，制得负极极片；
第一负极浆料形成的第一负极活性材料层的面密度为60g/m2，压实密度为1.25g/cm3，第二负极浆料形成的第二负极活性材料层的面密度为15g/m2，压实密度为0.6g/cm3。
实施例3
本申请实施例提供一种负极极片及其制备方法，其包括：
1、制备第一负极浆料
将47.1wt％平均粒径为1μm、克容量为380mAh/g的Si-C合金材料、0.3wt％一维Super P、0.3wt％二维CNTs和VGCF的混合物、1wt％聚甲基丙烯酸、1.3wt％聚丙烯酸酯和50wt％去离子水混合均匀制得第一负极浆料；
2、制备第二负极浆料
将40.05wt％平均粒径为1μm、克容量为380mAh/g的硬碳、4.25wt％一维Super P、1.7wt％二维CNTs、4wt％聚甲基丙烯酸和50wt％二甲基亚砜混合均匀制得第二负极浆料；
3、制备负极极片
先将制得的第一负极浆料涂覆于厚度为10μm的铜箔表面，再将制得的第二负极浆料涂敷于第一负极浆料表面，烘干，制得负极极片；
第一负极浆料形成的第一负极活性材料层的面密度为200g/m2，压实密度为1.65g/cm3，第二负极浆料形成的第二负极活性材料层的面密度为80g/m2，压实密度为1.25g/cm3。
实施例4
本申请实施例提供一种锂离子电池及其制备方法，其包括：
1、制备正极浆料
将94.9wt％平均粒径为8μm、克容量为190mAh/g的镍钴铝三元材料、1.6wt％一维Super P、1.2wt％二维CNTs、0.8wt％三维石墨烯和1.5wt％聚偏氟乙烯混合均匀制得正极浆料；
2、制备正极极片和负极极片
制备正极极片：将制得的正极浆料涂敷于厚度为15μm的铝箔表面，烘干；
正极浆料形成的正极活性材料层的面密度为200g/m2，压实密度为2.8g/cm3。
制备负极极片：按照实施例1的方法制得；
3、制备锂离子电池
将制得的正极极片、负极极片、隔膜采用叠片工艺制成叠芯，热压后与电解液经装配工序制成软包装锂离子电池。
实施例5
本申请实施例提供一种锂离子电池及其制备方法，其包括：
1、制备正极浆料
将94.5wt％平均粒径为2μm、克容量为220mAh/g的镍钴铝三元材料、1.5wt％一维科琴黑、1.2wt％二维VGCF、0.8wt％三维石墨烯和2wt％聚甲基丙烯酸甲酯混合均匀制得正极浆料；
2、制备正极极片和负极极片
制备正极极片：将制得的正极浆料涂敷于厚度为15μm的铝箔表面，烘干；
正极浆料形成的正极活性材料层的面密度为100g/m2，压实密度为2.2g/cm3。
制备负极极片：按照实施例1的方法制得；
3、制备锂离子电池
将制得的正极极片、负极极片、隔膜采用叠片工艺制成叠芯，热压后与电解液经装配工序制成软包装锂离子电池。
实施例6
本申请实施例提供一种锂离子电池及其制备方法，其包括：
1、制备正极浆料
将90.7wt％平均粒径为10μm、克容量为180mAh/g的镍钴锰三元材料、1.8wt％一维SFG、1.5wt％二维CNTs和VGCF的混合物、1wt％三维石墨烯和5wt％聚甲基丙烯酸混合均匀制得正极浆料；
2、制备正极极片和负极极片
制备正极极片：将制得的正极浆料涂敷于厚度为15μm的铝箔表面，烘干；
正极浆料形成的正极活性材料层的面密度为300g/m2，压实密度为3.5g/cm3。
制备负极极片：按照实施例1的方法制得；
3、制备锂离子电池
将制得的正极极片、负极极片、隔膜采用叠片工艺制成叠芯，热压后与电解液经装配工序制成软包装锂离子电池。
对比例1
本申请对比例提供一种锂离子电池及其制备方法，其负极极片只有实施例1的第一活性材料层，无第二活性材料层，其他与实施例4相同。
对比例2
本申请对比例提供一种锂离子电池及其制备方法，其负极极片的第二活性材料层的活性材料为倍率型石墨，其他与实施例4相同。
对比例3
本申请对比例提供一种锂离子电池及其制备方法，其负极极片的第一导电剂和第二导电剂均为一维Super P，第一负极浆料包括1.5wt％一维Super P，第二负极浆料包括2.25wt％一维Super P，其他与实施例4相同。
对比例4
本申请对比例提供一种锂离子电池及其制备方法，其负极极片的第一导电剂和第二导电剂均为二维CNTs，第一负极浆料包括1.5wt％二维CNTs，第二负极浆料包括2.25wt％二维CNTs，其他与实施例4相同。
对比例5
本申请对比例提供一种锂离子电池及其制备方法，其正极极片的第三导电剂为一维Super P，正极浆料包括3.2wt％一维Super P，其他与实施例4相同。
对比例6
本申请对比例提供一种锂离子电池及其制备方法，其正极极片的第三导电剂为一维Super P和二维CNTs，正极浆料包括1.83wt％一维Super P和1.37wt％二维CNTs，其他与实施例4相同。
试验例
分别取实施例4和对比例1～6制得的锂离子电池，对锂离子电池进行能量密度测试、倍率充电性能测试和常温倍率循环测试。
能量密度测试：电池在23℃下，以1C恒流恒压充电方式至上限电压，搁置30min后，以1C恒电流放电至下限截止电压，所放出容量记为C0，电池标称电压记为U0，电池重量记为m，则能量密度(Wh/kg)＝(C0*U0)/m，测试结构如表1所示。
倍率充电性能测试：电池在目标温度下(常温为23℃，低温为0℃)静置12h，以1C恒流恒压充电方式至上限电压，截止电流0.05C；分别记录充电容量与恒流充入比率，测试结果如表2和表3所示。
常温倍率循环测试：取实施例4和对比例1电池在23℃下，以3C恒流恒压充电方式至上限电压，截止电流0.05C；搁置30min后，以3C恒电流放电至下限截止电压，重复上述步骤≥1000次，测试结果如图2所示。
表1能量密度测试结果
Figure BDA0002966142740000161
Figure BDA0002966142740000171
表2常温倍率充电性能结果
Figure BDA0002966142740000172
Figure BDA0002966142740000181
表3低温倍率充电性能结果
Figure BDA0002966142740000182
Figure BDA0002966142740000191
Figure BDA0002966142740000201
由上可知，本申请实施例的电池具有较高的能量密度和优异的倍率充电特性；
对比例1只有第一活性材料层，无第二活性材料层，相较于实施例4，其常温倍率充电性能和低温倍率充电性能较差；
对比例2采用倍率型石墨作为负极材料的第二活性材料层的活性材料，相较于实施例4，其常温倍率充电性能和低温倍率充电性能较差，说明采用无定形碳制成的第二负极活性材料层，可提高负极极片制成的锂离子电池在常温和低温场景下的快速充放电能力；
对比例3～4的负极极片的导电剂只有一维导电剂或只有二维导电剂，相较于实施例4，其常温倍率充电性能和低温倍率充电性能较差，说明本申请的负极极片采用一维、二维构造导电剂进行复配，以搭建负极极片的“二维”导电网络，能够对锂离子电池倍率性能及长循环寿命提供增益效果；
对比例5～6的正极极片的导电剂只有一维导电剂或只有一维导电剂和二维导电剂，相较于实施例4，其常温倍率充电性能和低温倍率充电性能较差，说明本申请的锂离子电池的正极活性材料采用一维、二维及三维构造导电剂进行复配，以搭建正极极片的“三维”导电网络，能够对锂离子电池倍率性能及长循环寿命提供增益效果。
综上所述，本申请实施例的一种锂离子电池具有较高的能量密度和优异的倍率充电特性，其中能量密度高达200～280Wh/kg，常温下可实现15min内可充入80％电量、0℃低温下15min内可充入70％电量，低温下仍表现出优异的倍率充电特性，且通过导电网络的搭建明显改善循环性能。
以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括负极集流体、第一负极活性材料层和第二负极活性材料层，所述负极集流体的至少部分表面被所述第一负极活性材料层包覆，所述第一负极活性材料层的至少部分表面被所述第二负极活性材料层包覆；
所述第一负极活性材料层包括第一负极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂；
所述第二负极活性材料层包括第二负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂；
其中，所述第一负极活性材料为硅基材料或锡基材料，所述第二负极活性材料为无定形碳。
2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述无定形碳包括软碳、硬碳和中间相炭微球中的任意一种或多种；
可选地，所述软碳的克容量为200～320mAh/g，平均粒径为1～10μm；
可选地，所述硬碳的克容量为320～450mAh/g，平均粒径为1～10μm；
可选地，所述中间相炭微球的克容量为300～400mAh/g，平均粒径为1～10μm。
3.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述硅基材料包括Si-C合金材料和/或氧化亚硅，所述硅基材料的克容量为380～1800mAh/g，平均粒径为1～16μm；
所述锡基材料包括二氧化锡和石墨的掺混物，所述锡基材料的克容量为380～1800mAh/g。
4.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一导电剂和/或所述第二导电剂包括一维导电剂和二维导电剂，所述一维导电剂与所述二维导电剂的质量比为1～2.5:1；
可选地，所述一维导电剂包括Super P、KS-6、SFG和科琴黑中的任意一种或多种；
可选地，所述二维导电剂包括VGCF和/或CNTs。
5.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一粘结剂包括丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯和羧甲基纤维素钠中的任意一种或多种；
所述第二粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯和羧甲基纤维素钠的任意一种或多种。
6.一种权利要求1～5任一项所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述负极极片的制备方法包括：
先将第一负极浆料涂覆于所述负极集流体表面，再将第二负极浆料涂覆于所述第一负极浆料表面，烘干；
其中，所述第一负极浆料由所述第一负极活性材料、所述第一导电剂、所述第一粘结剂和第一溶剂混合制得，所述第二负极浆料由所述第二负极活性材料、所述第二导电剂、所述第二粘结剂和第二溶剂混合制得。
7.根据权利要求6所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述第一负极浆料由46.6～53.9wt％所述第一负极活性材料、0.6～5.6wt％所述第一导电剂、2～3.3wt％所述第一粘结剂和37.2～50.8wt％第一溶剂混合制得；
所述第二负极浆料由40～60wt％所述第二负极活性材料、0.5～6wt％所述第二导电剂、2～4wt％所述第二粘结剂和30～57.5wt％第二溶剂混合制得。
8.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极极片、隔膜、电解液以及权利要求1～5任一项所述的负极极片。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极极片包括正极集流体和正极活性材料层，所述正极集流体的至少部分表面被所述正极活性材料层包覆；
所述正极活性材料层包括正极活性材料、第三导电剂和第三粘结剂；
所述正极活性材料为镍钴铝或镍钴锰三元材料，所述正极活性材料的克容量为180～220mAh/g，平均粒径为2～10μm。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述第三导电剂包括一维导电剂、二维导电剂和三维导电剂，所述一维导电剂与所述二维导电剂的质量比为1～2.5:1，所述二维导电剂与所述三维导电剂的质量比为1～2:1；
可选地，所述一维导电剂包括Super P、KS-6、SFG和科琴黑中的任意一种或多种；
可选地，所述二维导电剂包括VGCF和/或CNTs；
可选地，所述三维导电剂包括石墨烯。
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