[发明专利]一种负极片及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种负极片及其制备方法和用途，所述负极片包括集流体及涂覆在所述集流体上的膜层，所述膜层包括与集流体接触的第一膜层和涂覆在第一膜层上的第二膜层，所述第二膜层包括快充石墨。进一步地，所述膜层的孔隙率从集流体到膜层表面逐渐增大，呈梯度分布。所述负极片将快充石墨设置在第二膜层中，可直接与电解质接触，充分发挥快充石墨的性能，同时提升厚极片的电化学性能。所述方法既能达到快充的目的，又能使生产成本降低，同时能够实现极片的孔隙率梯度分布，改善负极片的微观结构。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种负极片及其制备方法和用途。

背景技术

锂离子电池(LIB)因其高能量密度、自放电能力小及充电效率高等优点，而被广泛用于移动电话和笔记本电脑等小型电气设备、电动汽车和储能等领域，然而，当前锂离子电池较长的充电时间、较低的能量密度和较短的使用寿命，使其无法完全满足电动汽车的需求。因此，人们迫切地希望进一步提高锂离子电池的功率特性、循环寿命和能量密度。

目前，针对负极片提升能量密度的方法之一是提高负极片的压实密度和厚度，但是较高的压实密度会导致负极片孔隙率较低，电解液的浸润不均匀，导致负极的活性物质不能充分利用。为了提高负极片的电化学性能，研究者不仅对负极材料进行了广泛的关注，还对负极片的膜层结构、孔结构和孔隙率等进行了优化。

CN110148708A公开了一种负极片及锂离子电池，所述负极片包括负极集流体以及涂布在该负极集流体上的膜层；膜层分为两层，第一层涂膜层为靠近负极集流体的底层石墨涂层；第二层涂膜层为远离铜箔的顶层含硅涂层；采用双层涂布的技术，将2种浆料同时涂布到负极集流体上，在负极集流体的同侧形成双层涂膏结构后，制得含硅的涂层在顶层，不含硅的纯石墨层在底层的双层涂布负极片，制得的负极片兼具有高压实和高容量性能，且制备方法工艺简便，制得的锂离子电池具备能量密度高且循环性能好的优点，同时在较大倍率快速充电下可以避免负极极片的表面析锂。

但是该发明由于顶层涂层含有硅材料，硅材料在脱嵌锂过程中反复膨胀收缩，致使负极材料粉化、脱落，并最终导致负极材料失去电接触而使电池彻底失效；另一方面硅材料表面SEI膜的持续生长，会一直不可逆地消耗电池中有限的电解液和来自正极的锂，最终导致电池容量的迅速衰减。

CN103066250A公开了一种具有双层活性物质结构的锂离子电池用负极和使用该负极的锂离子电池。所述负极由碳活性物质材料层、钛酸锂活性物质材料层和金属箔集流体构成，其中碳材料层涂布于金属箔集流体表面，钛酸锂材料层涂布于碳材料层表面。

但是该发明专利中使用钛酸锂材料，首先，虽然钛酸锂材料的生产从原则上说并不复杂，但要用作锂电池的负极材料，不仅需要具备合适的比表面积、粒度、密度和电化学性能等，还必须有够适应大规模锂电池的生产工艺，由于钛酸锂材料的pH为11或12，吸湿性极强，因此无法在很多传统的锂电池生产线上进行生产。其次，由于钛酸锂材料对生产环境湿度的要求比常规的锂离子电池高得多，最好是能为钛酸锂电池产品生产设计一条结构紧凑、体积小巧、全封闭式的自动化生产线，因此需要较大的成本投入。此外，钛酸锂电池组在投入应用一段时间后会看到软包的单体电池内有微量气体产生，在现有的工业条件下很难避免。

CN109560255A一种锂离子电池极片处理方法、极片及锂离子电池，包括以下步骤：浆料的制备：在搅拌罐中加入粘结剂和溶剂，搅拌，静置，待粘结剂完全溶解后，得到浆料；涂覆：将步骤一得到的浆料用微凹版辊，以微凹版印刷的方式在碾压后的极片的表面进行涂覆；后处理：将步骤二得到的极片烘干，然后碾压，使极片的厚度等于涂覆前的极片的厚度。该发明的锂离子电池极片处理方法通过在加工好的极片的表面再处理，得到的极片的孔径呈“漏斗”形状，有利于锂离子嵌入，解决了倍率性能变差、析锂等问题，同时可以缓解极片内应力，改善极片充电过程中的膨胀，避免极片受力过大时易出现材料颗粒压裂等问题，而且不会对电池性能产生影响。但是该发明在极片表面涂覆粘结剂溶液，增加电池的内阻，降低首周效率。