本发明涉及锂离子电池领域,具体而言,涉及一种负极活性层、双负极活性层、负极极片及锂离子电池。
背景技术:
1、目前,锂离子电池的循环寿命、倍率性能、极片膨胀性已获得大幅提升。但是,在实际应用中,尤其是在一定极端环境下,对锂离子电池的循环寿命以及倍率性能有着更高的要求。
2、而锂离子电池的循环寿命则与极片粘结性和负极活性物质的膨胀效应之间存在密切的关系。首先,循环寿命是指电池在充放电过程中能够保持一定性能的充放电次数,循环寿命越长,电池的性能越好。而良好的极片粘结性有助于提高电池的循环寿命。当极片与电极材料之间的粘附力较强时,电池在充放电过程中,极片不容易脱落,从而减少了电池内部的微短路和热失控的风险,有助于延长电池的使用寿命。相反,较差的极片粘结性可能导致电池循环寿命降低。如果极片与电极材料之间的粘附力较弱,电池在充放电过程中,极片容易脱落,从而增加了电池内部的微短路和热失控的风险,可能导致电池性能下降,甚至损坏。
3、以及,在锂离子电池充放电过程中,负极活性物质(如石墨、硅等)会发生体积膨胀和收缩,这种膨胀效应可能导致电极材料与极片之间的粘结力降低,从而影响电池的循环寿命,同时如果极片粘结性较差,负极活性物质在充放电过程中容易脱落,也会进而导致电池电性能下降。
4、基于此,如何提供一种兼顾强粘结力、高导电性以及低尺寸膨胀效应的负极活性层,并将其用于锂离子电池以提升电池的倍率性能以及循环寿命,是本领域所需解决的重要技术问题之一。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供一种负极活性层、双负极活性层、负极极片及锂离子电池,以解决现有技术中的锂离子电池负极活性层无法同时满足强粘结力、高导电性以及低尺寸膨胀效应的问题。
2、为了实现上述目的,本发明的第一个方面提供了一种负极活性层,该负极活性层中包括碳改性偏硅酸锂粘结剂,且以负极活性层的总重量为100%计,碳改性偏硅酸锂粘结剂的含量为2.4%~3.2%。
3、进一步地,碳改性偏硅酸锂粘结剂包括偏硅酸锂内核颗粒以及包覆在偏硅酸锂内核颗粒表面的碳层;优选地,偏硅酸锂内核颗粒的d50为10nm ~120nm,碳层的厚度为0.1 nm~10nm。
4、进一步地,对碳改性偏硅酸锂粘结剂进行热重分析,碳改性偏硅酸锂粘结剂的初始分解温度为300℃~800℃,失重百分比为10%~20%。
5、进一步地,碳改性偏硅酸锂粘结剂的制备方法包括:步骤s1,对偏硅酸锂粉末进行前处理,得到偏硅酸锂内核颗粒;步骤s2,在惰性气体保护下,将偏硅酸锂粉末与碳源混合,煅烧后得到碳改性偏硅酸锂粘结剂;优选地,煅烧的温度为400℃~1000℃,时间为0.2h~4.0h;优选地,碳源选自乙醇、乙烯、苯、六氯苯和乙烯中的一种或多种。
6、进一步地,步骤s1中,前处理包括:将偏硅酸锂粉末溶于混合溶剂中,得到混合溶液;将混合溶液在40℃~42℃下干燥,得到偏硅酸锂内核颗粒;优选地,混合溶液中包括正硅酸乙酯、乙醇和水,且正硅酸乙酯、乙醇和水的重量比为1:(1.8~2.0):1;更优选地,偏硅酸锂粉末与混合溶液的重量比为1:(4.0~4.2)。
7、进一步地,按重量百分比计,负极活性层中还包括95.4%~96.8%的第一负极活性物质以及0.8%~1.4%的第一导电剂;优选地,第一负极活性物质选自石墨、硅和含锂合金中的一种或多种;第一导电剂选自炭黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。
8、本发明的第二个方面提供了一种双负极活性层,包括依次叠置的第一负极活性层与第二负极活性层,该第一负极活性层为上述的负极活性层,其包括有碳改性偏硅酸锂粘结剂;按重量百分比计,第二负极活性层中包括2.2%~3%的cmc粘结剂和/或sbr粘结剂、95.5%~96.7%的第二负极活性物质以及0.7%~1.5%的第二导电剂;第二负极活性物质选自石墨、硅和含锂合金中的一种或多种;第二导电剂选自炭黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。
9、进一步地,双负极活性层中,第一负极活性层与第二负极活性层的厚度比为(0.55~1.55):1;优选地,按重量百分比计,第二负极活性层中还包括0.1%~0.3%的碳改性偏硅酸锂粘结剂。
10、本发明的第三个方面提供了一种负极极片,包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一侧表面上的负极活性层,该负极活性层为上述负极活性层,或上述双负极活性层。
11、进一步地,负极活性层为上述双负极活性层,且双负极活性层中的第一负极活性层与负极集流体相接触而设置;或,双负极活性层中的第二负极活性层与负极集流体相接触而设置。
12、本发明的第四个方面提供了一种锂离子电池,包括正极极片、负极极片以及电解液,该负极极片为上述负极极片。
13、应用本发明的技术方案,提供一种包含有碳改性偏硅酸锂的锂离子电池负极活性层,其能够作为粘结剂在负极活性层中构建交联网络,改善所在负极极片的内阻、粘结力、吸液能力、膨胀性以及离子传导能力,并最终得到能够同时兼顾高倍率性能、低内阻和长循环的锂离子电池。
1.一种负极活性层,其特征在于,所述负极活性层中包括碳改性偏硅酸锂粘结剂,且以所述负极活性层的总重量为100%计,所述碳改性偏硅酸锂粘结剂的含量为2.4%~3.2%。
2.根据权利要求1所述的负极活性层,其特征在于,所述碳改性偏硅酸锂粘结剂包括偏硅酸锂内核颗粒以及包覆在所述偏硅酸锂内核颗粒表面的碳层;
3.根据权利要求2所述的负极活性层,其特征在于,对所述碳改性偏硅酸锂粘结剂进行热重分析,所述碳改性偏硅酸锂粘结剂的初始分解温度为300℃~800℃,失重百分比为10%~20%。
4.根据权利要求1所述的负极活性层,其特征在于,所述碳改性偏硅酸锂粘结剂的制备方法包括:
5.根据权利要求4所述的负极活性层,其特征在于,步骤s1中,所述前处理包括:将所述偏硅酸锂粉末溶于混合溶剂中,得到混合溶液;将所述混合溶液在40℃~42℃下干燥,得到所述偏硅酸锂内核颗粒。
6.根据权利要求1所述的负极活性层,其特征在于,按重量百分比计,所述负极活性层中还包括95.4%~96.8%的第一负极活性物质以及0.8%~1.4%的第一导电剂;
7.一种双负极活性层,包括依次叠置的第一负极活性层与第二负极活性层,其特征在于,所述第一负极活性层为权利要求1至6中任一项所述的负极活性层,其包括有碳改性偏硅酸锂粘结剂;
8.根据权利要求7所述的双负极活性层,其特征在于,所述双负极活性层中,所述第一负极活性层与所述第二负极活性层的厚度比为(0.55~1.55):1;
9.一种负极极片,包括负极集流体以及设置在所述负极集流体至少一侧表面上的负极活性层,其特征在于,所述负极活性层为权利要求1至6中任一项所述的负极活性层,或权利要求7或8所述的双负极活性层。
10.根据权利要求9所述的负极极片,其特征在于,所述负极活性层为所述双负极活性层,且
11.一种锂离子电池,包括正极极片、负极极片以及电解液,其特征在于,所述负极极片为权利要求9或10所述的负极极片。
