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CN117117078B - 一种锂离子电池及其负极极片 - Google Patents

一种锂离子电池及其负极极片 Download PDF

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CN117117078B CN202310288659.0A CN202310288659A CN117117078B CN 117117078 B CN117117078 B CN 117117078B CN 202310288659 A CN202310288659 A CN 202310288659A CN 117117078 B CN117117078 B CN 117117078B
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Abstract

本申请提供一种锂离子电池及其负极极片，锂离子电池，包括电芯、电解液和包装膜，所述电芯由正极极片与负极极片通过隔膜隔开并叠片形成；所述负极极片为负极集流体和负极活性物质；其中，所述负极活性物质与所述负极集流体粘结，所述负极集流体为表面带有粗糙度的物体，所述负极集流体的粗糙度的指标被配置为使所述负极集流体与所述负极活性物质之间的剥离力大于或等于预设剥离力。本申请中通过采用具有一定粗糙度的铜集流体，增大了铜集流体与负极活性物质之间的接触面积，进而加强了负极活性物质与铜集流体之间的物理互锁，增加了负极极片的剥离力，有效抑制了极片脱膜问题，增加锂离子电池的使用寿命。

Description

一种锂离子电池及其负极极片
技术领域
本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种锂离子电池及其负极极片。
背景技术
锂离子电池，是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。与传统电池相比，锂离子电池的充电更快，使用更持久，而且高功率密度的锂离子电池可实现更长的电池使用时间。随着电子技术的发展，人们对手机、笔记本电脑等电子产品轻薄化、长续航的需求不断提升，进而需要不断提升锂离子电池的体积能量密度。提高正负极材料的克容量是提升电池体积能量密度的一种重要措施，具有高克容量、脱嵌锂电位适中以及储量丰富等多方面的优势的硅材料，被认为是代替石墨材料用作锂离子电池负极活性物质的理想材料之一。
锂离子电池的负极极片，通常采用粘结剂将负极活性物质粘接到负极集流体上，然而由于硅材料存在巨大的体积效应，对于具有高硅含量的高硅负极极片，仅通过粘结剂将含硅的负极活性物质与负极集流体粘结，经常存在负极极片脱膜的问题，进而导致锂离子电池的使用寿命缩短。
发明内容
本申请提供的一种锂离子电池及其负极极片，目的在于解决锂离子电池的负极极片脱膜的问题。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
第一方面：本申请实施例提供一种锂离子电池的负极极片，包括：负极集流体和负极活性物质；其中，负极活性物质与负极集流体粘结，负极集流体为表面带有粗糙度的物体，负极集流体的粗糙度的指标被配置为使负极集流体与负极活性物质之间的剥离力大于或等于预设剥离力。
本申请中通过采用具有一定粗糙度的负极集流体，增大了负极集流体与负极活性物质之间的接触面积，进而加强了负极活性物质与负极集流体之间的物理互锁，增加了负极极片的剥离力，有效抑制了极片脱膜问题，增加锂离子电池的使用寿命。
在一种可能的实现方式中，粗糙度的指标包括轮廓算术平均偏差；负极活性物质为含硅的硅负极活性物质，硅负极活性物质的克容量大于或等于400mAh/g；负极集流体为采用铜材料制成的铜集流体，当预设剥离力为20N/m时，铜集流体的轮廓算术平均偏差被配置为大于或等于0μm，且小于或等于2μm。
在一种可能的实现方式中，粗糙度的指标还包括轮廓最大高度；铜集流体的轮廓最大高度被配置为大于或等于0μm，且小于或等于5μm。
在一种可能的实现方式中，铜集流体的厚度大于或等于4μm，且小于或等于16μm。在采用具有一定粗糙度的铜集流体的基础上，增加铜集流体的厚度，以增强铜集流体的抗拉强度，从而提高其与负极活性物质之间的结合强度，降低负极活性物质与铜集流体之间的接触电阻，同时一定程度上增强了锂离子电池的倍率放电性能及循环稳定性，进一步抑制了负极极片的脱膜问题，增加了锂离子电池的使用寿命。
在一种可能的实现方式中，铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值大于或等于0，且小于或等于0.5。
在一种可能的实现方式中，铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值，与负极活性物质的克容量的乘积大于或等于200mAh/g。
在一种可能的实现方式中，铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值，与剥离力的乘积大于或等于5N/m。
在一种可能的实现方式中，锂离子电池在经预设次充放电循环后，铜集流体的粗糙度的指标的变化率小于或等于20％。
第二方面：本申请实施例提供一种锂离子电池的负极极片，包括：负极集流体和负极活性物质；其中，负极活性物质与负极集流体粘结，负极集流体的厚度被配置为使负极集流体与负极活性物质之间的剥离力大于或等于预设剥离力。
本申请采用具有一定厚度的负极集流体，通过增加负极集流体的厚度，以提高负极集流体的抗拉强度，从而提高其与负极活性物质之间的结合强度，降低负极活性物质与负极集流体之间的接触电阻，同时一定程度上增强了锂离子电池的倍率放电性能及循环稳定性，有效抑制了负极片的脱膜问题，增加了锂离子电池的使用寿命。
在一种可能的实现方式中，负极活性物质为含硅的硅负极活性物质，硅负极活性物质的克容量大于或等于400mAh/g；负极集流体为采用铜材料制成的铜集流体，当预设剥离力为20N/m时，铜集流体的厚度被配置为大于或等于4μm，且小于或等于16μm，铜集流体的抗拉强度大于或等于300Mpa。
在一种可能的实现方式中，铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值，与剥离力的乘积大于或等于5N/m。
第三方面：本申请实施例提供一种锂离子电池，包括电芯、电解液和包装膜，电芯由正极极片与负极极片通过隔膜隔开并叠片形成；负极极片为上述第一方面或第二方面中所述的锂离子电池负极极片。
应当理解的是，本申请中对技术特征、技术方案、有益效果或类似语言的描述并不是暗示在任意的单个实施例中可以实现所有的特点和优点。相反，可以理解的是对于特征或有益效果的描述意味着在至少一个实施例中包括特定的技术特征、技术方案或有益效果。
附图说明
图1为硅负极极片脱膜的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种锂离子电池结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种负极极片示意图；
图5为本申请实施例提供的一种负极极片的对比示意图；
图6为本申请实施例提供的一种负极活性物质的克容量对比示意图；
图7为本申请实施例提供的一种高粗度铜集流体与硅负极活性物质之间粘结的效果示意图。
具体实施方式
本申请说明书和权利要求书及附图说明中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
锂离子电池基于其能量密度高、平台电压高、自放电小、允许工作温度范围宽以及循环使用寿命长等优势，已被广泛应用于手机、笔记本电脑等电子设备中。随着人们对各类电子设备轻薄化、长续航的需求不断提升，锂离子电池的体积能量密度(ED)越来越高，提高正、负极活性物质的克容量是提升电池体积能量密度的一种重要措施。
锂离子电池中常用的石墨材料的克容量已接近理论极限，其理论极限为372毫安时每克(mAh/g)，而硅材料的克容量的理论极限高达4200mAh/g，远高于石墨材料的克容量，其中，克容量是指电池内部活性物质所能释放出的电容量与活性物质的质量之比。同时硅材料具有脱嵌锂电位适中、储量丰富、价格便宜、环保无毒、制备工艺成熟等多方面的优势。由此，采用高克容量的硅材料作为锂离子电池的负极活性物质，可以有效提升电池的体积能量密度，硅材料目前被认为是代替石墨材料用作锂离子电池的负极活性物质的理想材料之一。
现有技术中通常采用粘结剂将负极活性物质粘接到负极集流体上组成负极极片，其中粘结剂在一定程度上可以拟制负极活性物质因膨胀造成的内聚力降低。然而由于硅材料的体积效应巨大，在反复脱嵌锂的过程中，膨胀/收缩造成的体积变化率高达400％。这造成充电/放电过程中，硅材料表面的固体电解质相界面(SEI)膜不断的破坏/修复，持续地消耗活性锂离子，并在表面形成副产物层，直接导致锂离子电池的循环容量衰减率和厚度膨胀率增大。如图1所示，该图为硅负极极片脱膜的示意图，图中可以看出在仅通过粘结剂将硅负极活性物质与负极集流体粘结的情况下，以硅作为活性物质的硅负极活性物质与负极集流体之间存在明显空隙。由于空隙的存在，导致负极活性物质容易从负极集流体上剥离，出现硅负极极片脱膜的问题。进而，对于具有高硅含量的负极极片，仅通过粘结剂将硅负极活性物质与负极集流体粘结，经常存在负极极片脱膜的问题，进而导致锂离子电池的使用寿命缩短。
本申请中提供一种锂离子电池，包括电芯、电解液和包装膜，其中电芯由正极极片与负极极片通过隔膜隔开并叠片形成。该锂离子电池的负极极片，包含负极集流体和负极活性物质；其中，负极活性物质与负极集流体粘结，负极集流体的粗糙度的指标被配置为使该负极集流体与负极活性物质之间的剥离力大于或等于预设剥离力。本申请中通过采用具有一定粗糙度的负极集流体，增大了负极集流体与负极活性物质之间的接触面积，进而加强了负极活性物质与负极集流体之间的物理互锁，增加了负极极片的剥离力，可以有效抑制了极片脱膜问题，增加锂离子电池的使用寿命。
本申请中的锂离子电池可应用于各种电子设备中，为电子设备的使用供给电力。电子设备可以为手机，平板电脑，桌面型、膝上型、笔记本电脑，超级移动个人计算机(Ultra-mobile Personal Computer，UMPC)，手持计算机，上网本，个人数字助理(PersonalDigital Assistant，PDA)，可穿戴电子设备，以及智能手表等设备，本申请对上述电子设备的具体形式不做特殊限制。在本实施例中，电子设备的结构可以如图2所示，图2为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
如图2所示，电子设备可以包括处理器110，外部存储器接口120，内部存储器121，通用串行总线(universal serial bus，USB)接口130，充电管理模块140，电源管理模块141，电池142等。具体地，电池142可以是本申请实施例提供的锂离子电池，该锂离子电池由电芯、电解液和包装膜组成，其中电芯由正极极片与负极极片通过隔膜隔开并叠片形成。
在本申请提供的一种实施例中，负极极片包括：负极集流体和负极活性物质；其中，负极活性物质与负极集流体粘结，负极集流体的粗糙度的指标被配置为使负极集流体与负极活性物质之间的剥离力大于或等于预设剥离力。
在本申请提供的另一种实施例中，负极极片包括：负极集流体和负极活性物质；其中，负极活性物质与负极集流体粘结，负极集流体的厚度被配置为使负极集流体与负极活性物质之间的剥离力大于或等于预设剥离力。
可以理解的是，本实施例示意的结构并不构成对电子设备的具体限定。在另一些实施例中，电子设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。
处理器110可以包括一个或多个处理单元，例如：处理器110可以包括应用处理器(application processor，AP)，调制解调处理器，图形处理器(graphics processingunit，GPU)，图像信号处理器(image signal processor，ISP)，控制器，视频编解码器，数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，基带处理器，和/或神经网络处理器(neural-network processing unit，NPU)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。
其中，控制器可以是电子设备的神经中枢和指挥中心。控制器可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，完成取指令和执行指令的控制。
在一些实施例中，处理器110可以包括一个或多个接口。接口可以包括移动产业处理器接口(mobile industry processor interface，MIPI)，通用输入输出(general-purpose input/output，GPIO)接口，用户标识模块(subscriber identity module，SIM)接口，和/或通用串行总线(universal serial bus，USB)接口等。
USB接口130是符合USB标准规范的接口，具体可以是Mini USB接口，Micro USB接口，USB Type C接口等。USB接口130可以用于连接充电器为电子设备充电，也可以用于电子设备与外围设备之间传输数据。该接口还可以用于连接其他电子设备，例如AR设备等。
可以理解的是，本实施例示意的各模块间的接口连接关系，只是示意性说明，并不构成对电子设备的结构限定。在本申请另一些实施例中，电子设备也可以采用上述实施例中不同的接口连接方式，或多种接口连接方式的组合。
充电管理模块140用于从充电器接收充电输入。其中，充电器可以是无线充电器，也可以是有线充电器。在一些有线充电的实施例中，充电管理模块140可以通过USB接口130接收有线充电器的充电输入。在一些无线充电的实施例中，充电管理模块140可以通过电子设备的无线充电线圈接收无线充电输入。充电管理模块140为电池142充电的同时，还可以通过电源管理模块141为电子设备供电。
电源管理模块141用于连接电池142，充电管理模块140与处理器110。电源管理模块141接收电池142和/或充电管理模块140的输入，为处理器110，内部存储器121等供电。电源管理模块141还可以用于监测电池容量，电池循环次数，电池健康状态(漏电，阻抗)等参数。在其他一些实施例中，电源管理模块141也可以设置于处理器110中。在另一些实施例中，电源管理模块141和充电管理模块140也可以设置于同一个器件中。
外部存储器接口120可以用于连接外部存储卡，例如Micro SD卡，实现扩展电子设备的存储能力。外部存储卡通过外部存储器接口120与处理器110通信，实现数据存储功能。例如将图像视频等文件保存在外部存储卡中。
内部存储器121可以用于存储计算机可执行程序代码，所述可执行程序代码包括指令。处理器110通过运行存储在内部存储器121的指令，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理。此外，内部存储器121可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件，闪存器件，通用闪存存储器(universal flashstorage，UFS)等。处理器110通过运行存储在内部存储器121的指令，和/或存储在设置于处理器中的存储器的指令，执行电子设备的各种功能应用以及数据处理。
另外，在上述部件之上，运行有操作系统。例如苹果公司所开发的iOS操作系统，谷歌公司所开发的Android开源操作系统，微软公司所开发的Windows操作系统等。在该操作系统上可以安装运行应用程序。
实施例一：
本申请实施例提供一种锂离子电池，其由电芯、电解液和包装膜组成，其中电芯由正极极片与负极极片通过隔膜隔开并叠片形成。该锂离子电池的负极极片包含负极集流体和负极活性物质；其中，负极活性物质与负极集流体粘结，负极集流体的粗糙度的指标被配置为使负极集流体与负极活性物质之间的剥离力大于或等于预设剥离力。
具体地，本申请实施例中的负极集流体采用表面具有一定粗糙度的铜集流体，通过增加铜集流体表面的粗糙度的指标，使得负极活性物质与该铜集流体的导电接触面积增大，进而提高负极活性物质与铜集流体之间的粘附强度，加强了负极活性物质与负极集流体之间的物理互锁，增加了负极极片的剥离力，有效抑制了负极极片的脱膜问题，增加了锂离子电池的使用寿命，使锂离子电池具有更高的循环稳定性。其中，剥离力为从铜集流体上将负极活性物质剥离所需的力。粗糙度的指标用于表征粗糙程度，粗糙度的指标可以包括轮廓算术平均偏差(Ra)以及轮廓最大高度(Rz)。
如图3所示，该图为本申请实施例提供的一种锂离子电池结构示意图，电芯由正极极片301与负极极片302通过隔膜303隔开并叠片形成。锂离子电池的负极极片包含负极集流体以及负极活性物质，负极活性物质涂覆于负极集流体上，如图4所示，该图为本申请实施例提供的一种负极极片示意图，负极活性物质401涂覆于铜(Cu)集流体402上，铜集流体402为采用铜材料制成的负极集流体。
负极集流体，用于承载负极活性物质，且用于将负极活性物质产生的电流汇集并输出，以降低锂离子电池的内阻，提高锂离子电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性能。通常情况下，负极集流体的材料需要满足电导率高、化学与电化学稳定性好、机械强度高、与负极活性物质的兼容性和结合力好等条件。铜是电导率仅次于银的优良金属导体，具有资源丰富、廉价易得、延展性好等诸多优点。但铜在较高电位下易被氧化，因此常被用作负极集流体。
本申请的一些实施例中，为增加负极活性物质与铜集流体之间的粘结力，负极集流体可采用表面具有一定粗糙度的铜集流体。
示例性的，粗糙度的指标包括轮廓算术平均偏差(Ra)，当预设剥离力为20N/m时，铜集流体的轮廓算术平均偏差被配置为大于或等于0μm，且小于或等于2μm，由此可以使得负极活性物质与该铜集流体的导电接触面积增大，进而增强铜集流体与负极活性物质之间的物理互锁。其中，Ra表示在取样长度内，轮廓偏距绝对值的算术平均值，取样长度是评定表面粗糙度所规定一段基准线长度，选取能反映其表面粗糙度特征的那一段长度，其具体长度可以根据铜集流体实际表面的形成情况及纹理特征确定。
进一步地，粗糙度的指标还可以包括轮廓最大高度(Rz)，在铜集流体的轮廓算术平均偏差被配置为大于或等于0μm，且小于或等于2μm的同时，将铜集流体的轮廓最大高度被配置为大于或等于0μm，且小于或等于5μm，可以进一步增强铜集流体与负极活性物质之间的物理互锁，抑制负极极片的脱膜问题。其中，Rz表示在取样长度内五个最大的轮廓峰高的平均值与五个最大的轮廓谷深的平均值之和。
如图5所示，该图为本申请实施例提供的一种负极极片的对比示意图，可以看出在提升铜集流体402的粗糙度的指标前后，负极活性物质401与铜集流体402之间的位置关系存在明显差异，即在提升铜集流体402的粗糙度的指标后，负极活性物质401与铜集流体402之间的位置关系更加紧密，由此可见铜集流体402与负极活性物质401之间的物理互锁能力得到了提升。由此证明，负极极片的负极集流体采用具有一定粗糙度的铜集流体402，负极活性物质401与该铜集流体402的导电接触面积增大，负极活性物质401与该铜集流体402之间的物理互锁能力增强。
需要说明的是，本申请对制备铜集流体的方式不作限定，示例性的，制备铜集流体的方式包括电解法以及压延法。与电解法相比，压延法得到的铜集流体的电导率更高，延伸效果更好。
负极活性物质需要由相对于锂离子电势更低的材料构成，负极活性物质通常以碳材料石墨类为主，然而随着用户对电子设备轻薄化以及长续航等能力的需求越来越高，锂离子电池的体积能量密度越来越高，而提升正负极活性物质的克容量是提升锂离子电池的体积能量密度的有效方式。
传统的石墨材料的克容量已接近理论极限，为提升负极活性物质的克容量，以提升锂离子电池的体积能量密度，本申请实施例中的负极活性物质采用具有高克容量的硅材料。如图6所示，该图为本申请实施例提供的一种负极活性物质的克容量对比示意图，图中展示了各种负极活性物质的克容量值，其中传统的天然石墨的克容量为360-370mAh/g，人造石墨的克容量为340-360mAh/g。而硅材料的克容量远高于传统负极活性物质的克容量，其理论极限为4200mAh/g，是石墨材料的10倍。硅碳材料中由于掺杂了碳，其克容量虽低于硅材料，但仍高于一般的负极活性物质，如钛酸锂(165-170mAh/g)、镍钴锰三元材料(155-190mAh/g)以及磷酸铁锂(130-150mAh/g)等。由此，采用硅材料作为锂离子电池的负极活性物质，能够有效提升电芯的克容量。
本申请实施例中，采用高硅含量的负极活性物质，即采用硅负极活性物质，其克容量(C)大于或等于400mAh/g。在此基础上，铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值大于或等于0，且小于或等于0.5，该比值与该负极活性物质的克容量的乘积大于或等于200mAh/g。
示例性的，硅负极活性物质中除硅外，还可以混合其他元素，例如氧、碳等，以增加硅负极活性物质的导电性，混合了其他元素的硅负极活性物质的克容量，相比于纯硅材料高达4200mAh/g的克容量有所降低，但仍远高于传统负极活性物质的克容量，例如硅氧化物理论克容量达到了2615mAh/g。
本申请实施例中，当粗糙度的指标包括轮廓算术平均偏差时，在采用0μm≤Ra≤2μm的铜集流体，400mAh/g≤C≤1500mAh/g的硅负极活性物质的情况下，铜集流体与硅负极活性物质之间的剥离力(f)大于或等于20N/m，且小于或等于100N/m。在此基础上，铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值大于或等于0，且小于或等于0.5，该比值与该负极活性物质的克容量的乘积大于或等于200mAh/g且小于或等于750mAh/g，即200mAh/g≤C×(Ra/H)≤750mAh/g，其中H为铜集流体的厚度。铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值，与剥离力的乘积大于或等于5N/m，且小于或等于25N/m。经预设次循环充放电后的锂离子电池中，铜集流体的粗糙度的指标的变化率小于或等于20％。
本申请实施例中的电池正极极片包含正极集流体、正极活性物质，其中正极活性物质可以采用含锂的过渡金属氧化物、磷化物如LiCoO2、LiFePO4等，导电聚合物如聚乙炔、聚苯、聚吡咯、聚噻吩、活性聚硫化合物等；嵌锂化合物正极材料是锂离子电池的重要组成部分。
由于正极活性物质在锂离子电池中占有较大比例，进而正极活性物质的选取影响着锂离子电池的性能。例如，目前在锂离子电池中应用较多的LiCoO2，其具有工作电压高、充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高以及循环性能好等优点。此外，由于锰资源丰富、价格低廉、无毒无污染，Li-Mn-O系正极材料也极具发展潜力，其中尖晶石型的LiMn2O4具有安全性好、易合成等优点。同样的，由于铁资源丰富、价格低廉并且无毒，具有高的能量密度、低廉的价格、优异的安全性的LiFePO4成为一种具有良好发展前景的锂离子电池的正极活性物质。
以LiCoO2为例，对锂离子电池正极的工作原理进行介绍。锂离子电池在充电时，在外加电场的作用下，锂元素从正极活性物质LiCoO2分子中脱离，成为带正电荷的锂离子，从正极移向负极；放电时，锂离子从负极脱嵌，顺电场方向回到正极，重新合成LiCoO2分子。如式(1)所示，其为以LiCoO2为正极活性物质时的正极反应方程式。
LiCoO2＝Li1-xCoO2+xLi++xe- (1)
电芯由正极极片与负极极片通过隔膜隔开并叠片形成，通过隔膜使正极极片与负极极片分隔开来，防止两极极片因接触而短路，同时其还具有能使电解质离子通过的功能。
电解液，其用于在锂离子电池中的正负极之间传导电子，一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐以及必要的添加剂等原料在一定条件下，按一定比例配制而成。其中，有机溶剂可以采用高介电常数溶剂与低粘度溶剂混合而成；电解质锂盐可以采用高氯酸锂、六氟磷酸锂以及四氟硼酸锂等；添加剂具有改善SEI膜的性能、降低电解液中的微量水和氟氢酸，以及防止过充电、过放电等作用。
如图7所示，该图为本申请实施例提供的一种粗糙度的指标高的铜集流体与硅负极活性物质之间粘结的效果示意图，粗糙度的指标高的铜集流体与硅负极活性物质之间无空隙，相比图1，图7中所示的铜集流体701与硅负极活性物质702之间的粘结效果明显增强。本申请实施例中，通过提高铜集流体表面的粗糙度的指标，采用0μm≤Ra≤2μm的铜集流体，增大了负极活性物质与该铜集流体的导电接触面积，提高了铜集流体与负极活性物质之间的结合强度，降低负极活性物质与铜集流体之间的接触电阻，同时一定程度上增强了锂离子电池的倍率放电性能及循环稳定性，增加了负极极片的剥离力，有效抑制了负极极片的脱膜问题，增加了锂离子电池的使用寿命。
实施例二：
本申请实施例提供一种锂离子电池，其由电芯、电解液和包装膜组成，其中电芯由正极极片与负极极片通过隔膜隔开并叠片形成。该锂离子电池的负极极片包含负极集流体、负极活性物质，其中，负极活性物质与负极集流体粘结，负极集流体的粗糙度的指标被配置为使负极集流体与负极活性物质之间的剥离力大于或等于预设剥离力。负极活性物质为含硅的硅负极活性物质，硅负极活性物质的克容量大于或等于400mAh/g；负极集流体为采用铜材料制成的铜集流体，预设剥离力为20N/m时，铜集流体的厚度被配置为大于或等于4μm，且小于或等于16μm，铜集流体的抗拉强度大于或等于300Mpa。与实施例一不同的是，本实施例中增加了铜集流体的厚度，通过增加铜集流体厚度，增强了其抗拉强度，使其膨胀率减小，负极集流体与铜集流体之间的物理互锁能力增强，有效抑制了负极极片的脱膜问题，增加了锂离子电池的使用寿命。
本申请实施例中，为增加负极活性物质与负极集流体之间的粘结力，负极集流体采用具有一定厚度的铜集流体。示例性的，可以采用厚度(H)大于或等于4μm，且小于或等于16μm的铜集流体，其抗拉强度大于或等于300Mpa。本申请实施例通过配置铜集流体的厚度，增强其抗拉强度，进而增强负极集流体与铜集流体之间的物理互锁能力，提高负极极片的剥离力。
进一步地，在铜集流体的厚度满足4μm≤H≤16μm的同时，铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值大于或等于0，且小于或等于0.5，可以进一步增强负极集流体与铜集流体之间的物理互锁能力，提高负极极片的剥离力。
需要说明的是，本申请中对制备铜集流体的方式不作限定，示例性的，制备铜集流体的方式包括电解法以及压延法。与电解法相比，压延法得到的铜集流体的电导率更高，延伸效果更好。本实施例中采取的正积极片、电解液以及包装膜，与上述实施例一相同，在此不再赘述。
本申请实施例中，采用厚度大于或等于4μm，且小于或等于16μm的铜集流体，采用克容量(C)大于或等于400mAh/g的硅负极活性物质。在此基础上，铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值大于或等于0，且小于或等于0.5，该比值与该负极活性物质的克容量的乘积大于或等于200mAh/g。
本申请实施例中，在采用厚度被配置为4μm≤H≤16μm的铜集流体，400mAh/g≤C≤1500mAh/g的硅负极活性物质的情况下，铜集流体与硅负极活性物质之间的剥离力(f)大于或等于20N/m，且小于或等于100N/m，其抗拉强度大于或等于300Mpa，同时小于或等于600Mpa。在此基础上，铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值大于或等于0，且小于或等于0.5，该比值与该负极活性物质的克容量的乘积大于或等于200mAh/g且小于或等于750mAh/g。铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值，与剥离力的乘积大于或等于5N/m，且小于或等于25N/m。经预设次循环充放电后的锂离子电池中，铜集流体的变化率小于或等于20％。
综上，本申请实施例中，采用具有一定厚度的铜集流体，通过增加铜集流体的厚度，以提高铜集流体的抗拉强度，从而提高其与负极活性物质之间的结合强度，降低负极活性物质与铜集流体之间的接触电阻，同时一定程度上增强了锂离子电池的倍率放电性能及循环稳定性，有效抑制了负极片的脱膜问题，增加了锂离子电池的使用寿命。
实施例三：
本申请实施例提供一种锂离子电池，其由电芯、电解液和包装膜组成，其中电芯由正极极片与负极极片通过隔膜隔开并叠片形成。该锂离子电池的负极极片包含负极集流体、负极活性物质层，其中，负极活性物质与负极集流体粘结，负极集流体的粗糙度的指标被配置为使负极集流体与负极活性物质之间的剥离力大于或等于预设剥离力。当粗糙度的指标包括轮廓算术平均偏差，负极活性物质为含硅的硅负极活性物质，硅负极活性物质的克容量大于或等于400mAh/g；负极集流体为采用铜材料制成的铜集流体，预设剥离力为20N/m时，铜集流体的轮廓算术平均偏差被配置为大于或等于0μm，且小于或等于2μm，铜集流体的厚度被配置为大于或等于4μm，且小于或等于16μm。与实施例一和实施例二不同的是，本实施例中在增加了铜集流体的粗糙度的指标的同时，增加了铜集流体的厚度，结合两个方面一起提高了负极极片的剥离力以抑制脱膜等问题。
本申请实施例中，为增加负极活性物质与负极集流体之间的粘结力，负极集流体采用具有一定粗糙度的铜集流体，示例性的，当粗糙度的指标包括轮廓算术平均偏差时，可以采用0μm≤Ra≤2μm的铜集流体，以使得负极活性物质与该铜集流体的导电接触面积增大，进而增强铜集流体与负极活性物质之间的物理互锁。
进一步地，粗糙度的指标还可以包括轮廓最大高度(Rz)，在铜集流体的轮廓算术平均偏差被配置为大于或等于0μm，且小于或等于2μm的同时，将铜集流体的轮廓最大高度被配置为大于或等于0μm，且小于或等于5μm，可以进一步增强铜集流体与负极活性物质之间的物理互锁，抑制负极极片的脱膜问题。为进一步增加负极活性物质与铜集流体之间的粘结力，本申请实施例在提高了铜集流体粗糙度的指标的同时，增加了铜集流体的厚度，示例性的，可以采用4μm≤H≤16μm的铜集流体，以增强铜集流体的抗拉强度，从而使其膨胀率减小，负极集流体与铜集流体之间的物理互锁能力增强，抑制负极极片的脱膜问题。
进一步地，在铜集流体的粗糙度的指标以及厚度满足上述条件的情况下，当铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值大于或等于0，且小于或等于0.5时，即0≤Ra/H≤0.5时，可以在增大负极活性物质与该铜集流体的导电接触面积的同时，增强铜集流体的抗拉强度，从而进一步提高负极集流体与铜集流体之间的物理互锁能力增强，抑制负极极片的脱膜问题。进一步地，铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值，与负极活性物质的克容量的乘积大于或等于200mAh/g。
需要说明的是，本申请中对制备铜集流体的方式不作限定，示例性的，制备铜集流体的方式包括电解法以及压延法。与电解法相比，压延法得到的铜集流体的电导率更高，延伸效果更好。本实施例中采取的正积极片、电解液以及包装膜，与上述实施例一相同，在此不再赘述。
进一步地，当粗糙度的指标包括轮廓算术平均偏差时，在采用0μm≤Ra≤2μm的铜集流体，400mAh/g≤C≤1500mAh/g的硅负极活性物质的情况下，铜集流体与硅负极活性物质之间的剥离力(f)大于或等于20N/m，且小于或等于100N/m。在此基础上，铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值大于或等于0，且小于或等于0.5，该比值与该负极活性物质的克容量的乘积大于或等于200mAh/g且小于或等于750mAh/g。铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值，与剥离力的乘积大于或等于5N/m，且小于或等于25N/m。经预设次循环充放电后的锂离子电池中，铜集流体的粗糙度的指标的变化率小于或等于20％。
本申请实施例提供的锂离子电池，经预设次数个循环充放电后的锂离子电池中铜集流体的粗糙度的指标的变化率小于或等于20％。示例性的，经过700次循环充放电后的锂离子电池中的铜集流体的粗糙度的指标F1，与初始锂离子电池中铜集流体的粗糙度的指标F0的比值小于或等于20％。
综上所述，本申请实施例通过提高铜集流体的粗糙度的指标，加强了硅负极活性物质与铜集流体之间的物理互锁，在此基础上加强了铜集流体的厚度，结合两个方面增强了负极极片的剥离力，有效抑制了负极极片脱膜的问题，增加了锂离子电池的使用寿命。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种锂离子电池的负极极片，其特征在于，包括：
铜材料制成的铜集流体和含硅的硅负极活性物质；其中，所述硅负极活性物质与所述铜集流体粘结，所述铜集流体表面带有粗糙度，所述铜集流体的粗糙度的指标被配置为使所述铜集流体与所述硅负极活性物质之间的剥离力大于或等于预设剥离力，所述铜集流体的粗糙度的指标与所述硅负极活性物质的克容量对应；所述粗糙度的指标包括轮廓算术平均偏差，所述硅负极活性物质的克容量大于或等于400mAh/g；当所述预设剥离力为20N/m时，所述铜集流体的轮廓算术平均偏差被配置为大于或等于0μm，且小于或等于2μm；所述铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值大于或等于0，且小于或等于0.5；所述比值与所述硅负极活性物质的克容量的乘积大于或等于200mAh/g。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的负极极片，其特征在于，所述粗糙度的指标还包括轮廓最大高度；所述铜集流体的轮廓最大高度被配置为大于或等于0μm，且小于或等于5μm。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池的负极极片，其特征在于，所述铜集流体的厚度大于或等于4μm，且小于或等于16μm。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池的负极极片，其特征在于，所述比值与所述剥离力的乘积大于或等于5N/m。
5.根据权利要求1-4任一项所述的锂离子电池的负极极片，其特征在于，所述锂离子电池在经预设次充放电循环后，所述铜集流体的粗糙度的指标的变化率小于或等于20％。
6.一种锂离子电池的负极极片，其特征在于，包括：
铜材料制成的铜集流体和含硅的硅负极活性物质；其中，所述硅负极活性物质与所述铜集流体粘结，所述铜集流体的厚度被配置为使所述铜集流体与所述硅负极活性物质之间的剥离力大于或等于预设剥离力所述硅负极活性物质的克容量大于或等于400mAh/g；当所述预设剥离力为20N/m时，所述铜集流体的厚度被配置为大于或等于4μm，且小于或等于16μm，所述铜集流体的抗拉强度大于或等于300Mpa。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池的负极极片，其特征在于，所述铜集流体的轮廓算术平均偏差与厚度的比值，与所述剥离力的乘积大于或等于5N/m。
8.一种锂离子电池，其特征在于，包括：
电芯、电解液和包装膜，所述电芯由正极极片与负极极片通过隔膜隔开并叠片形成；
所述负极极片为权利要求1-7中任一项所述的锂离子电池的负极极片。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107871847A (zh) * 2016-09-22 2018-04-03 皓智环球有限公司 电极组件

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004127535A (ja) * 2002-09-30 2004-04-22 Sanyo Electric Co Ltd リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池
JP4780923B2 (ja) * 2004-03-30 2011-09-28 三洋電機株式会社 リチウム二次電池
CN101636863B (zh) * 2007-03-13 2013-01-09 松下电器产业株式会社 锂二次电池用负极及其制造方法、和具有锂二次电池用负极的锂二次电池
JP5128695B2 (ja) * 2010-06-28 2013-01-23 古河電気工業株式会社 電解銅箔、リチウムイオン二次電池用電解銅箔、該電解銅箔を用いたリチウムイオン二次電池用電極、該電極を使用したリチウムイオン二次電池
WO2022050955A1 (en) * 2020-09-04 2022-03-10 Sion Power Corporation Electrically conductive release layer
CN114342108A (zh) * 2021-03-30 2022-04-12 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置和电子装置
CN115775865B (zh) * 2023-02-03 2023-04-28 中创新航科技股份有限公司 一种锂离子电池

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107871847A (zh) * 2016-09-22 2018-04-03 皓智环球有限公司 电极组件

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