用于负极极片的浆料、负极极片及电化学装置的制作方法

    专利查询2025-11-09  26


    本发明涉及电化学,尤其涉及用于负极极片的浆料、负极极片及电化学装置。


    背景技术:

    1、锂离子电池具有比能量大、循环使用寿命长、工作电压高、使用温度范围宽等特点,广泛应用于便携带电子设备、电动汽车等领域。随着电动汽车的高速发展,人们对锂离子电池的能量密度、循环性能等要求越来越高。合金负极材料以其更高的比容量(si~4200mah/g,p~2760mah/g),被认为是一类很有前途的负极材料。

    2、但是,合金负极材料在锂离子电池循环过程中体积膨胀较大,容易引起活性物质颗粒的破坏、粉碎,导致电池容量衰减快;同时,较大的体积膨胀导致固体电解质界面膜(sei)反复破坏与生成,导致副产物增多且电解液消耗多,且更容易产气,从而影响电池的循环性能与安全性能。


    技术实现思路

    1、本技术的目的在于提供用于负极极片的浆料、负极极片及电化学装置,本技术提供的用于负极极片的浆料,涂布在负极极片表面形成弹性功能层,具有优异的粘结性与弹性,能够提高负极极片与隔膜之间的界面粘结性能,缓解极片体积膨胀,还能促进电子传输,降低负极极片阻抗及极化,从而进一步提高电池在使用过程中的循环性能与安全性能。

    2、第一方面,本技术提供用于负极极片的浆料,所述浆料包括导电材料、聚氟烯烃类聚合物、改性氢化丁腈橡胶及溶剂。

    3、在一些实施方式中,所述聚氟烯烃类聚合物由摩尔占比为20%~60%的含氟烯烃类单体、摩尔占比为40%~80%的含极性官能团的单体聚合得到。

    4、在一些实施方式中,所述含氟烯烃类单体包括偏氟乙烯、偏二氟乙烯、氟化乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯中的至少一种。

    5、在一些实施方式中,所述含极性官能团的烯烃类单体的结构通式为r1ch=cr1r2,其中,r1选自h或ch3,r2选自cooh、cooli、cooch3、cooch2ch3、conh2、conhch3、conhch2ch3或cn中的至少一种。

    6、在一些实施方式中,以所述浆料中除溶剂之外的组分的总质量为基准,所述聚氟烯烃类聚合物、所述改性氢化丁腈橡胶与所述导电材料的质量比为(2~4):(2~4):(2~4)。

    7、在一些实施方式中,所述浆料的固含量为5wt%~10wt%。

    8、在一些实施方式中,所述改性氢化丁腈橡胶中含有丙烯腈,所述丙烯腈在所述改性氢化丁腈橡胶中的质量含量为20%~45%。

    9、在一些实施方式中,所述浆料的粘度为100cp~2000cp。

    10、在一些实施方式中,所述导电材料包括导电石墨、导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管及石墨烯中的至少一种。

    11、在一些实施方式中,所述溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、正己烷或n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

    12、第二方面,本技术提供一种负极极片,所述负极极片包括:

    13、负极集流体,设置在所述负极集流体上的负极活性材料层;及

    14、弹性功能层,所述弹性功能层覆盖于所述负极活性材料层的表面,所述弹性功能层包括导电材料、聚氟烯烃类聚合物及改性氢化丁腈橡胶。

    15、在一些实施方式中,所述聚氟烯烃类聚合物由摩尔占比为20%~60%的含氟烯烃类单体、摩尔占比为40%~80%的含极性官能团的单体聚合得到。

    16、在一些实施方式中,所述含氟烯烃类单体包括偏氟乙烯、偏二氟乙烯、氟化乙烯、三氟乙烯(trfe)、四氟乙烯(tfe)、三氟氯乙烯(ctfe)、六氟丙烯(hfp)等中的至少一种。

    17、在一些实施方式中,所述含极性官能团的单体的结构通式为r1ch=cr1r2,其中,r1选自h或ch3,r2选自cooh、cooli、cooch3、cooch2ch3、conh2、conhch3、conhch2ch3或cn中的至少一种。

    18、在一些实施方式中,所述改性氢化丁腈橡胶由乙烯与丙烯腈聚合得到。

    19、在一些实施方式中,所述丙烯腈在所述改性氢化丁腈橡胶中的摩尔占比含量为20%~45%。

    20、在一些实施方式中,所述聚氟烯烃类聚合物、所述改性氢化丁腈橡胶与所述导电材料的质量比为(2~4):(2~4):(2~4)。

    21、在一些实施方式中,所述负极集流体的厚度为5μm~15μm。

    22、在一些实施方式中,所述负极活性材料层的厚度为10μm~70μm。

    23、在一些实施方式中,所述弹性功能层的厚度为1μm~5μm。

    24、在一些实施方式中,所述负极极片包括负极活性材料。

    25、在一些实施方式中,所述负极活性材料包括硅基材料,所述硅基材料选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。

    26、在一些实施方式中,所述负极活性材料包括磷基材料,所述磷基材料包括单质磷、磷碳复合物中的至少一种。

    27、在一些实施方式中,所述导电材料包括导电石墨、导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管及石墨烯中的至少一种。

    28、第三方面,本技术提供一种电化学装置,所述电化学装置包括第二方面所述的负极极片。

    29、第四方面,本技术还提供一种电子设备,所述电子设备第三方面所述的电化学装置。

    30、与现有技术相比,本技术至少具有以下有益效果:

    31、本技术提供的用于负极极片的浆料包括导电材料、聚氟烯烃类聚合物、改性氢化丁腈橡胶及溶剂。聚氟烯烃类聚合物能够提高由浆料涂覆形成的弹性功能层的粘接作用;聚氟烯烃类聚合物能够与隔膜涂层中的聚偏二氟乙烯(简写为pvdf)等高分子材料整形热压过程中形成互溶层,提高隔膜与负极极片的粘结力,从而改善接触界面;还能提供力学强度,聚氟烯烃类聚合物与改性氢化丁腈橡胶的协同作用,能够调节弹性功能层的韧性与弹性的平衡,起到增韧效果。

    32、第二,改性氢化丁腈橡胶作为分散剂,能够提高导电材料在浆料中的分散均匀性,抑制导电材料在浆料中发生粉化或团聚,使得浆料兼具低固含量及高稳定性;进而使得由浆料涂覆形成的弹性功能层能够对负极极片的体积膨胀起到缓冲作用,优异的弹性能够适应由于体积膨胀造成的极片延展,不从极片上脱落。

    33、第三,所述浆料中的导电材料均匀分散,使得由浆料涂覆形成的弹性功能层具有优异的导电性,具有等电位性,当电子接触到弹性功能层时,能够使得极片表面的电场均匀分散,促进离子的均匀沉积,改善电池的循环寿命和安全性能,为脱嵌锂/补锂过程提供电子通路。

    34、本技术提供的负极极片中,弹性功能层覆盖于负极活性材料层的表面;第一,弹性功能层能够使负极极片与隔膜之间具有优异的粘接效果,可以改善极片应力分布,缓解界面膨胀、电芯变形的问题,从而进一步提升电池在实际使用过程中的循环寿命和安全性能;第二,所述弹性功能层具有优异的弹性及缓冲性能(功能层形变力<极片粘接力及极片膨胀应力及界面整形力),可以降低颗粒对负极极片的挤压和膨胀损毁,缓解负极极片在循环过程中的体积膨胀,还可以缓解由于颗粒膨胀、粉碎导致的部分颗粒脱落及电子通路破坏,抑制活性物质损失造成的循环容量衰减现象,可以提高负极极片表面的平整度,从而提高电池的循环性能和安全性能;最后,所述弹性功能层中的导电材料使弹性功能层具有等电位性,当电子接触到弹性功能层时,能够使得极片表面的电场得到分散,促进电子传输,降低负极片阻抗及极化;并充当补锂缓冲层,降低金属补锂过程中金属锂与负极活性材料层直接接触引起的界面副反应,提升补锂效率;在循环后期,弹性功能层也可以保证极片完整的电子通路,使得极片表面的电场得到分散,促进锂离子的均匀沉积,从而改善电池的循环性能和安全性能。


    技术特征:

    1.一种用于负极极片的浆料,其特征在于,所述浆料包括导电材料、聚氟烯烃类聚合物、改性氢化丁腈橡胶及溶剂。

    2.根据权利要求1所述的浆料,其特征在于,所述聚氟烯烃类聚合物由摩尔占比为20%~60%的含氟烯烃类单体、摩尔占比为40%~80%的含极性官能团的烯烃类单体聚合得到。

    3.根据权利要求2所述的浆料,其特征在于,所述含氟烯烃类单体包括偏氟乙烯、偏二氟乙烯、氟化乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯中的至少一种;和/或,

    4.根据权利要求1~3任一项所述的浆料,其特征在于,所述浆料满足以下特征中的至少一种:

    5.一种负极极片,其特征在于,所述负极极片包括:

    6.根据权利要求5所述的负极极片,其特征在于,所述聚氟烯烃类聚合物由摩尔占比为20%~60%的含氟烯烃类单体、摩尔占比为40%~80%的含极性官能团的烯烃类单体聚合得到。

    7.根据权利要求6所述的负极极片,其特征在于,其满足以下特征中的至少一种:

    8.根据权利要求5所述的负极极片,其特征在于,所述改性氢化丁腈橡胶由乙烯与丙烯腈聚合得到。

    9.根据权利要求8所述的负极极片,其特征在于,所述丙烯腈在所述改性氢化丁腈橡胶中的摩尔占比含量为20%~45%。

    10.根据权利要求5所述的负极极片,其特征在于,所述负极极片满足以下特征中的至少一种:

    11.根据权利要求5所述的负极极片,其特征在于,所述负极极片包括负极活性材料,其满足以下特征中的至少一种:

    12.一种电化学装置,其特征在于所述电化学装置包括权利要求5~11任一项所述的负极极片。

    13.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括权利要求12所述的电化学装置。


    技术总结
    本申请涉及用于负极极片的浆料、负极极片及电化学装置,本申请提供的用于负极极片的浆料,所述浆料包括导电材料、聚氟烯烃类聚合物、改性氢化丁腈橡胶及溶剂。本申请还提供负极极片,负极极片的负极活性材料层的表面具有弹性功能层,所述弹性功能层包括导电材料、聚氟烯烃类聚合物及改性氢化丁腈橡胶,弹性功能层具有优异的粘结性与弹性,能够提高负极极片与隔膜之间的界面粘结性能,缓解极片体积膨胀,还能促进电子传输,降低负极片阻抗及极化,从而进一步提高电池在使用过程中的循环性能与安全性能。

    技术研发人员:那睿琦,杨阳宇尘,马强,洪响
    受保护的技术使用者:华为技术有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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