一种负极片及应用的制作方法

本发明涉及一种负极片，尤其涉及一种负极片及其应用，属于锂离子电池领域。

背景技术：

1、随着市场需求的不断提高，开发高能量密度、高快充效率的锂离子电池已成为未来发展趋势；传统石墨材料的比容量已接近其理论比容量(372mah/g)很难再有提升，不能满足高能量密度电池的市场需求。

2、硅基材料的理论比容量(4200mah/g)超过石墨材料的10倍，被认为是最具潜力的下一代高能量密度锂离子电池材料。但是硅材料在脱嵌锂过程中，伴随着120％-300％的体积膨胀，导致负极片出现膨胀问题，使得电池的体积增大，导致电池的体积能量密度降低，并且负极片膨胀会导致负极活性层材料粉化，使得硅颗粒之间、硅颗粒与集流体之间失去粘接，从而降低负极片的导电性，使得电池的电阻增大并且恶化电池的循环性能。

3、因此，本领域技术人员亟待开发一种膨胀率低的负极片，从而能够缓解电池的膨胀，并降低电池的电阻，提升电池的体积能量密度和循环性能。

技术实现思路

1、本发明提供一种负极片，该负极片的膨胀率低，能够缓解电池的膨胀，并降低电池的电阻，提升电池的体积能量密度和循环性能。

2、本发明提供一种电池，该电池具有低电阻、以及高体积能量密度和高循环性能。

3、本发明提供一种负极片，其中，所述负极片包括集流体和负极活性层，所述负极活性层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括硅基材料；

4、在所述负极活性层的截面内，硅元素在第一区域中的平均存在概率小于在第二区域中的平均存在概率；

5、所述负极活性层在厚度方向上包括第一区域和第二区域，其中，所述第一区域为所述负极活性层远离所述集流体的一侧表面与第一侧边之间的区域，所述第一侧边与所述负极活性层的远离所述集流体的一侧表面之间的距离占所述负极活性层的厚度的10％；所述第二区域为所述负极活性层靠近所述集流体的一侧表面与第二侧边之间的区域，所述第二侧边与所述负极活性层的靠近所述集流体的一侧表面之间的距离占所述负极活性层的厚度的10％。

6、如上所述的负极片，其中，在所述负极活性层厚度方向上，所述硅元素的平均存在概率按照远离所述负极集流体的方向呈减小趋势。

7、如上所述的负极片，其中，所述负极活性层在厚度方向上还包括第三区域和第四区域，所述第三区域为所述负极活性层靠近所述集流体的一侧表面与第三侧边之间的区域，所述第三侧边与所述负极活性层的靠近所述集流体的一侧表面之间的距离占所述负极活性层的厚度的3-80％；优选地，所述第三区域的厚度为所述负极活性层的厚度的10-60％；

8、所述第四区域为所述负极活性层中除所述第三区域外的其他区域。

9、如上所述的负极片，其中，第三区域中硅元素的质量百分含量(wt％)与所述第三区域的厚度(μm)的比值为(0.01-5)：1。

10、如上所述的负极片，其中，所述第四区域与第三区域的厚度比为(0.3-5)：1。

11、如上所述的负极片，其中，所述负极活性层还包括碳基材料、导电剂、分散剂和粘结剂；所述硅基材料包括硅、siox、siox/c复合材料、si/c复合材料、硅合金、表面负载导电聚合物的硅合金、表面负载导电聚合物的siox中的至少一种，其中，0<x<2，所述导电聚合物包括聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯中的至少一种。

12、如上所述的负极片，其中，所述负极活性材料包括碳基材料，所述碳基材料包括人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳和中间相碳微球中的至少一种；

13、如上所述的负极片，其中，所述负极活性层包括导电剂、分散剂和粘结剂；

14、所述导电剂包括线状导电剂、导电炭黑、导电碳纤维、石墨烯、乙炔黑、科琴黑、铜、镍、铝、银和金中的至少一种；

15、和/或，所述分散剂包括羧甲基纤维素盐、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇中的至少一种；

16、和/或，所述粘结剂包括丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁二烯橡胶、聚丙烯酸盐、聚丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的至少一种。

17、如上所述的负极片，其中，所述线状导电剂包括单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管的管径为0.5-20nm；

18、优选地，所述单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管的管径为1-3nm。

19、如上所述的负极片，其中，所述单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管的长度为1-100μm；

20、优选地，所述单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管的长度为3-30μm。

21、如上所述的负极片，其中，所述硅基材料在所述负极活性材料中的质量百分含量为7-50％；优选地，所述硅基材料在所述负极活性材料中的质量百分含量为7-20％；

22、和/或，所述碳基材料在所述负极活性材料中的质量百分含量为50-93％；优选地，所述碳基材料在所述负极活性材料中的质量百分含量为80-93％；

23、和/或，所述碳纳米管在所述负极活性层中的质量百分含量为0.04-2％；优选地，所述碳纳米管在所述负极活性层中的质量百分含量为0.06-1％。

24、如上所述的负极片，其中，所述硅基材料包括硅碳复合材料，所述硅碳复合材料包括多孔碳基体、位于所述多孔碳基体孔隙中的硅晶粒以及位于所述多孔碳基体表面的碳层。

25、如上所述的负极片，其中，所述碳层包括有和所述多孔硅基体的孔隙所对应设置的开孔。

26、如上所述的负极片，其中，所述硅碳复合材料中的比表面积为0.5-10m2/g；和/或，

27、所述硅碳复合材料的粒径dv50为6-15μm；和/或，

28、所述硅碳复合材料的粉末电阻率为0.1-1000ω·cm；和/或，

29、所述硅碳复合材料中的硅含量为30-75％。

30、本发明提供一种包括如上所述的负极片的电池。

31、本发明提供的负极片中硅元素在第一区域中的平均存在概率小于在第二区域中的平均存在概率，使得第一区域的负极活性层能够有效缓冲第二区域的负极活性层膨胀所产生的应力，从而能够降低负极片的膨胀率并且减少负极活性层的开裂、粉化问题，进而能够提高负极片的导电性，提升电池的循环性能和体积能量密度。

32、本发明提供的电池是基于上述负极片制备而成，该电池的电阻低，并且体积能量密度和循环性能优异。

技术特征：

1.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括集流体和负极活性层，所述负极活性层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括硅基材料；

2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，在所述负极活性层厚度方向上，所述硅元素的平均存在概率按照远离所述负极集流体的方向呈减小趋势。

3.根据权利要求1或2所述的负极片，其特征在于，所述负极活性层在厚度方向上还包括第三区域和第四区域，所述第三区域为所述负极活性层靠近所述集流体的一侧表面与第三侧边之间的区域，所述第三侧边与所述负极活性层的靠近所述集流体的一侧表面之间的距离占所述负极活性层的厚度的3-80％；优选地，所述第三区域的厚度为所述负极活性层的厚度的10-60％；

4.根据权利要求1-3任一项所述的负极片，其特征在于，第三区域中硅元素的质量百分含量(wt％)与所述第三区域的厚度(μm)的比值为(0.01-5)：1。

5.根据权利要求1-4任一项所述的负极片，其特征在于，所述第四区域与第三区域的厚度比为(0.3-5)：1。

6.根据权利要求1-5任一项所述的负极片，其特征在于，所述硅基材料包括硅、siox、siox/c复合材料、si/c复合材料、硅合金、表面负载导电聚合物的硅合金、表面负载导电聚合物的siox中的至少一种，其中，0<x<2，所述导电聚合物包括聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯中的至少一种。

7.根据权利要求1-5任一项所述的负极片，其特征在于，所述负极活性材料包括碳基材料，所述碳基材料包括人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳和中间相碳微球中的至少一种。

8.根据权利要求1-5任一项所述的负极片，其特征在于，所述负极活性层包括导电剂、分散剂和粘结剂；

9.根据权利要求8所述的负极片，其特征在于，所述线状导电剂包括单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管的管径为0.5-20nm；

10.根据权利要求8或9所述的负极片，其特征在于，所述单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管的长度为1-100μm；

11.根据权利要求7-10任一项所述的负极片，其特征在于，所述硅基材料在所述负极活性材料中的质量百分含量为7-50％；优选地，所述硅基材料在所述负极活性材料中的质量百分含量为7-20％；

12.根据权利要求1-5任一项所述的负极片，其特征在于，所述硅基材料包括硅碳复合材料，所述硅碳复合材料包括多孔碳基体、位于所述多孔碳基体孔隙中的硅晶粒以及位于所述多孔碳基体表面的碳层。

13.根据权利要求12任一项所述的负极片，其特征在于，所述碳层包括有和所述多孔碳基体的孔隙所对应设置的开孔。

14.根据权利要求12任一项所述的负极片，其特征在于，

15.一种电池，其特征在于，包括所述权利要求1-14任一项所述的负极片。

技术总结本发明提供一种负极片及应用，该负极片包括集流体和负极活性层，负极活性层包括硅基材料；在负极活性层截面内，硅元素在第一区域中的平均存在概率小于在第二区域中的平均存在概率；其中，负极活性层在厚度方向上包括第一区域和第二区域，其中，第一区域为负极活性层远离集流体的一侧表面与第一侧边之间的区域，第一侧边与负极活性层远离集流体一侧表面之间距离占负极活性层厚度10％；第二区域为负极活性层靠近集流体的一侧表面与第二侧边之间区域，第二侧边与负极活性层靠近集流体一侧表面之间距离占负极活性层厚度10％。本发明提供的负极片能够缓解电池的膨胀，并提高电池的导电性、体积能量密度和循环性能。技术研发人员：王迪,杨婷婷,慕志远受保护的技术使用者：珠海冠宇电池股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4