CN114497439A - 一种负极片及包括该负极片的电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种负极片及包含该负极片的电池,所述负极片包括集流体、以及设置在集流体至少一侧表面的第一涂覆区域和与第一涂覆区域相连的位于第一涂覆区域***的第二涂覆区域;所述第一涂覆区域内设置活性物质层;所述第二涂覆区域内设置电解质补充层,所述电解质补充层包括固态电解质所述负极片的使用提高了电池在大倍率条件下的循环性能,通过电化学理论计算,在电极片中,极片边缘Li+浓度低,影响液相极化,本发明中通过在边缘区域(即第二涂覆区域)涂覆电解质补充层,补充边缘消耗Li+,改善极片边缘Li+浓差极化大的问题,提升边缘动力学性能。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域,尤其涉及一种负极片及包括该负极片的电池。
背景技术
随着锂离子二次电池的发展,消费者对其充电速度、续航时间、安全性能的需求越来越高。但是,随着充电速度的提高,在大倍率充电情况下,负极边缘易出现析锂等问题。
发明内容
为了改善现有技术的不足,本发明提供了一种负极片及包括该负极片的电池,所述负极片可以改善极片边缘因为液相Li+浓度不够,导致的边缘析锂问题。
本发明目的是通过如下技术方案实现的:
一种负极片,所述负极片包括集流体、以及设置在集流体至少一侧表面的第一涂覆区域和与第一涂覆区域相连的位于第一涂覆区域***的第二涂覆区域;
所述第一涂覆区域内设置活性物质层;
所述第二涂覆区域内设置电解质补充层,所述电解质补充层包括固态电解质。
根据本发明的实施方式,在第二涂覆区域设置所述电解质补充层可以提供消耗的Li+,改善极片边缘区域(即第二涂覆区域)Li+浓差极化大的问题。
根据本发明的实施方式,所述固态电解质为石榴石型固态电解质。示例性地,所述石榴石型固态电解质选自掺杂或未掺杂的锂镧锆氧电解质,其中,所述掺杂元素选自Al、Ga、Fe、Ge、Ca、Ba、Sr、Y、Nb、Ta、W、Sb元素中的至少一种;优选地,所述石榴石型固态电解质选自Li7-mLa3Zr2-mTamO12(0≤m≤0.6)、Li7-yLa3Zr2-yNbyO12(0≤y≤0.6)和Li6.4-pLa3Zr2- pTapAl0.2O12(0.2≤p≤0.5)中的至少一种,示例性地,所述石榴石型固态电解质选自Li7La3Zr2O12(LLZO)。
根据本发明的实施方式,所述活性物质层包括负极活性物质。
根据本发明的实施方式,所述负极活性物质选自石墨、硬碳、软碳、硅、硅氧化合物、硅碳化合物中的一种或多种。
根据本发明的实施方式,所述负极活性物质的粒径Dv50为5μm~25μm,例如为5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm或上述两两点值组成的范围中的任意点值。
根据本发明的实施方式,所述第一涂覆区域和第二涂覆区域的面积比为100:(0.5~5)。
根据本发明的实施方式,所述第一涂覆区域的宽度为10mm~250mm。
根据本发明的实施方式,所述第二涂覆区域的宽度为0.5mm~10mm,优选为1mm~3mm。
本发明中,所述第二涂覆区域位于第一涂覆区域的***,所述第二涂覆区域实质为所述负极片的边缘区域,所述第二涂覆区域的宽度是指集流体的宽度和第一涂覆区域的宽度的差值,即位于第一涂覆区域两侧的边缘区域的宽度之和,如图1所示。
根据本发明的实施方式,所述电解质补充层的厚度和所述活性物质层的厚度相同或不同。
根据本发明的实施方式,所述活性物质层的厚度为10μm~50μm。
根据本发明的实施方式,所述电解质补充层的厚度为10μm~50μm。
根据本发明的实施方式,所述活性物质层还包括第一导电剂和第一粘结剂。
根据本发明的实施方式,所述电解质补充层还包括第二导电剂和第二粘结剂。
根据本发明的实施方案,所述第一导电剂和第二导电剂相同或不同,彼此独立地选自导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉中的至少一种。
根据本发明的实施方案,所述第一粘结剂和第二粘结剂相同或不同,彼此独立地选自丁苯橡胶(SBR)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚苯乙烯-丙烯酸酯、聚丙烯酸酯中的至少一种。
根据本发明的实施方式,所述活性物质层中各组分的质量百分含量为:90-99wt%的负极活性物质、0.5-10wt%的第一导电剂、0.5-10wt%的第一粘结剂。
优选地,所述活性物质层中各组分的质量百分含量为:
92-99wt%的负极活性物质、0.5-4wt%的第一导电剂、0.5-4wt%的第一粘结剂。
根据本发明的实施方式,所述电解质补充层中各组分的质量百分含量为:70-99wt%的固态电解质、0.5-10wt%的第二导电剂、0.5-20wt%的第二粘结剂。
优选地,所述活性物质层中各组分的质量百分含量为:
80-99wt%的固态电解质、0.5-10wt%的第二导电剂、0.5-15wt%的第二粘结剂。
本发明还提供上述负极片的制备方法,所述方法包括如下步骤:
1)分别配制形成活性物质层的浆料和形成电解质补充层的浆料;
2)使用双层涂布机,将形成活性物质层的浆料和形成电解质补充层的浆料涂覆在集流体的两侧表面,其中,所述电解质补充层涂覆在第一涂覆区域,所述活性物质层涂覆在与第一涂覆区域相连的位于第一涂覆区域***的第二涂覆区域,制备得到所述负极片。
本发明还提供一种电池,所述电池包括上述的负极片。
本发明的有益效果:
本发明提供一种负极片及包含该负极片的电池,所述负极片的使用提高了电池在大倍率条件下的循环性能,通过电化学理论计算,在电极片中,极片边缘Li+浓度低,影响液相极化,本发明中通过在边缘区域(即第二涂覆区域)涂覆电解质补充层,补充边缘消耗Li+,改善极片边缘Li+浓差极化大的问题,提升边缘动力学性能。
附图说明
图1为本发明一个优选方案所述的负极片的结构示意图;
附图标记:1为第一涂覆区域;2为第二涂覆区域。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解,下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明,而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法;下述实施例中所用的试剂、材料等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1
(1)以石墨作为负极活性物质制备负极浆料:按照负极活性物质96.8%,导电剂(导电炭黑)1.2%,粘结剂(丁苯橡胶)2%的质量配比与水混合、搅拌制备得到活性物质层浆料,浆料粘度为2000~5000mPa·s,固含量为40%~50%。
(2)将80wt%的石榴石型固态电解质LLZO、5wt%的导电炭黑和15wt%的聚偏氟乙烯混合,加入N-甲基吡咯烷酮搅拌分散制成浆料,即电解质补充层浆料。
(3)将以上通过(1)和(2)制备的浆料同时涂覆在集流体上,其中,将负极浆料涂覆在集流体的中间部分,形成第一涂覆区域;将电解质补充层涂覆在与第一涂覆区域相连的位于第一涂覆区域***的第二涂覆区域;以同样的方式完成集流体两侧的涂覆工作。经过涂覆、干燥、辊压完成后的负极片中,第一涂覆区域的宽度为80mm,第二涂覆区域的宽度为3mm。
(4)将正极活性物质(钴酸锂),导电剂(导电炭黑),粘结剂(PVDF)按照质量比96:2.5:1.5混合,分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中搅拌均匀制成浆料,浆料粘度为2000~7000mPa·s,固含量为70%~80%,均匀涂布在正极集流体铝箔的两侧表面上,100~150℃烘烤4~8h,制成正极片。
(5)将以上得到的正、负极片辊压、模切分切后,通过卷绕组装成卷芯,短路测试合格后以铝塑膜封装,入烤箱烘烤除去水分致达到注液所需的水分标准后注入电解液,经过24-48h陈化后以热压化成的工艺完成首次充电得到活化后的电池。
实施例2~4
实施例2~4与实施例1的区别在于第一涂覆区域的宽度和第二涂覆区域的宽度不同,负极活性物质不同,具体如表1所示。
对比例1
其他操作同实施例1,区别在于负极片为:
以石墨作为负极活性物质制备负极浆料:按照负极活性物质96.8%,导电剂(导电炭黑)1.2%,粘结剂(丁苯橡胶)2%的质量配比与水混合、搅拌制备得到负极浆料,浆料粘度为2000~5000mPa·s,固含量为40%~50%。
将以上制备的负极浆料涂覆在集流体两侧。经过涂覆、干燥、辊压完成后的负极片中,涂覆区域的宽度为83mm。
对比例2
对比例2与对比例1的区别在于负极活性物质不同,具体如表1所示。
性能测试:
以上实施例及对比例制备的电芯以3C倍率充电,1C倍率放电进行循环700周的寿命测试,测试电芯循环保持率。
以上实施例及对比例制备的电芯以5C充满电,0.5C放电,充放电20次后解剖电芯查看析锂情况。
表1实施例和对比例的电池的组成和性能测试结果
以上实施例结果显示按照本发明制备的实施例1~4相对于常规方式对比例1~2解决了电芯析锂和循环容量保持率的问题。
以上,对本发明的实施方式进行了说明。但是,本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种负极片,其特征在于,所述负极片包括集流体、以及设置在集流体至少一侧表面的第一涂覆区域和与第一涂覆区域相连的位于第一涂覆区域***的第二涂覆区域;
所述第一涂覆区域内设置活性物质层;
所述第二涂覆区域内设置电解质补充层,所述电解质补充层包括固态电解质。
2.根据权利要求1所述的负极片,其特征在于,所述固态电解质为石榴石型固态电解质,所述石榴石型固态电解质选自掺杂或未掺杂的锂镧锆氧电解质,其中,所述掺杂元素选自Al、Ga、Fe、Ge、Ca、Ba、Sr、Y、Nb、Ta、W、Sb元素中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的负极片,其特征在于,所述石榴石型固态电解质选自Li7- mLa3Zr2-mTamO12(0≤m≤0.6)、Li7-yLa3Zr2-yNbyO12(0≤y≤0.6)和Li6.4-pLa3Zr2-pTapAl0.2O12(0.2≤p≤0.5)中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的负极片,其特征在于,所述活性物质层包括负极活性物质,所述负极活性物质选自石墨、硬碳、软碳、硅、硅氧化合物、硅碳化合物中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的负极片,其特征在于,所述负极活性物质的粒径Dv50为5μm~25μm。
6.根据权利要求1所述的负极片,其特征在于,所述第一涂覆区域和第二涂覆区域的面积比为100:(0.5~5)。
7.根据权利要求1所述的负极片,其特征在于,所述第一涂覆区域的宽度为10mm~250mm;
和/或,所述第二涂覆区域的宽度为0.5mm~10mm。
8.根据权利要求1所述的负极片,其特征在于,所述活性物质层的厚度为10μm~50μm;
和/或,所述电解质补充层的厚度为10μm~50μm。
9.根据权利要求1所述的负极片,其特征在于,所述活性物质层中包括负极活性物质、第一导电剂和第一粘结剂,各组分的质量百分含量为:90-99wt%的负极活性物质、0.5-10wt%的第一导电剂、0.5-10wt%的第一粘结剂。
10.一种电池,所述电池包括权利要求1-9任一项所述的负极片。
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