一种负极片、极片组件、电池单体、电池、用电设备的制作方法

    专利查询2025-11-11  1


    本技术涉及二次电池,具体而言,涉及一种负极片、极片组件、电池单体、电池、用电设备。


    背景技术:

    1、常规二次电池的使用过程中,当充电电流超过析锂窗口或过充时,负极片表面易产生锂枝晶。锂枝晶持续增长导致活性锂的消耗,从而导致二次电池的首次库伦效率和循环性能降低。并且,锂枝晶生长至一定程度会刺穿隔膜,导致电芯内短路,引发电芯热失控。


    技术实现思路

    1、鉴于上述问题,本技术提供了一种负极片、极片组件、电池单体、电池、用电设备,其能够改善负极片表面易形成锂枝晶的问题。

    2、第一方面,本技术实施例提供了一种负极片,负极片包括铜箔,铜箔包括表面层;表面层包括第一(111)晶面,第一(111)晶面的体积至少占整个表面层的体积的60%;铜箔的延伸率不小于3.73%;铜箔的拉伸强度不小于35.4kg/mm2。

    3、本技术实施例的技术方案中,采用具有第一(111)晶面的铜箔作为负极片,利用铜的(111)晶面对锂的吸附能约为-0.05ev,该吸附能在锂离子吸附所需吸附能理论计算的适宜范围:-0.1ev~0.1ev之间,能够实现负极片对锂离子较好的吸附。同时该吸附能相对于常规铜箔的(100)晶面对锂的吸附能是更低的,能够提升锂离子在负极片表面扩散的能力,进而减少锂枝晶的形成。并且通过控制铜箔表面层的第一(111)晶面的体积的占比达到一定程度,能够减少负极片表面对锂离子强吸附的点位,进而降低锂枝晶在整个负极片表面发生的可能。同时,铜箔的延伸率不小于3.73%、拉伸强度不小于35.4kg/mm2能够满足直接作为极片使用的要求。

    4、在一些实施例中,第一(111)晶面的体积至少占整个表面层体积的80%。

    5、在上述实施过程中,第一(111)晶面的体积的占比越大,负极片表面对锂离子实现强吸附的点位越少,则越能降低锂枝晶在整个负极片表面发生的可能。

    6、在一些实施例中,铜箔的延伸率为3.73%~6.98%;铜箔的拉伸强度为35.4~39.2kg/mm2。

    7、在上述实施过程中,负极片在电池的不断使用时,锂离子在其表面沉积,会造成比较大的延展,较易出现循环后铜箔破裂的情况,控制铜箔的延伸率和拉伸强度,能够降低铜箔破裂出现的可能。

    8、在一些实施例中,铜箔的延伸率为4.28%~5.93%;铜箔的拉伸强度为36.8~37.9kg/mm2。

    9、在一些实施例中,铜箔还包括支撑层,支撑层包括第二(111)晶面和(220)晶面,表面层设于支撑层的至少一个表面。

    10、在上述实施过程中,支撑层能够为整个铜箔提供较好的力学性能,第二(111)晶面越多越有利于整个铜箔的拉伸强度,而(220)晶面越多越有利于整个铜箔的延伸率,支撑层同时具有第二(111)晶面和(220)晶面可以使得整个铜箔具有一定的拉伸强度和延伸率。

    11、在一些实施例中,表面层的厚度ts满足如下关系:0.05μm≤ts≤1μm。

    12、在上述实施过程中,而由于表面层主要具有第一(111)晶面,第一(111)晶面会对整个铜箔的延伸率有不利的影响。表面层越厚,则第一(111)晶面越多,进而导致采用该铜箔的负极片的延伸率较低,在使用过程中易发生开裂。而表面层越薄,则在其制备过程中越难使得表面层在支撑层上具有较好的均匀性,影响表面层抗锂枝晶性能的发挥。

    13、在一些实施例中,表面层的厚度ts满足如下关系:0.1μm≤ts≤0.5μm。

    14、在上述实施过程中,控制表面层的厚度ts在0.1~0.5μm之间,能够使得整个铜箔有较好的延伸率,同时能够较为均匀的分布于整个支撑层表面,以便充分发挥其抗锂枝晶性能。

    15、在一些实施例中,第二(111)晶面的体积占整个支撑层的体积的比值x和(220)晶面的体积占整个支撑层的体积的比值y的关系满足:x+y≥70%、0.8≤x/y≤1.2。

    16、在上述实施过程中,通过控制x+y≥70%、0.8≤x/y≤1.2,能够使得整个铜箔兼顾拉伸强度性能和延伸率性能,进而能够较好的作为负极片使用,满足负极片性能需求。

    17、在一些实施例中,第二(111)晶面的体积占整个支撑层的体积的比值x和(220)晶面的体积占整个支撑层的体积的比值y的关系满足:x+y≥80%、0.9≤x/y≤1.1。

    18、在一些实施例中,支撑层的厚度tb满足如下关系:4μm≤tb≤12μm。

    19、在上述实施过程中,负极片在电池的不断使用时,锂离子在其表面沉积,会造成比较大的延展。控制支撑层的厚度在4~12μm之间,能够降低整个铜箔在使用过程中开裂的可能性,同时能够兼顾铜箔作为极片被施用为电池的能量密度。

    20、在一些实施例中,支撑层的厚度tb满足如下关系:6μm≤tb≤10μm。

    21、第二方面,本技术实施例提供了一种负极片,负极片包括铜箔,铜箔包括支撑层和表面层;表面层设于支撑层的至少一个表面;表面层的厚度ts满足如下关系:0.05μm≤ts≤1μm,表面层包括第一(111)晶面,第一(111)晶面的体积至少占整个表面层的体积的60%;支撑层的厚度tb满足如下关系:4μm≤tb≤12μm,支撑层包括第二(111)晶面和(220)晶面,第二(111)晶面的体积占整个支撑层的体积的比值x和(220)晶面的体积占整个支撑层的体积的比值y的关系满足:x+y≥70%、0.8≤x/y≤1.2。

    22、本技术实施例的技术方案中,该负极片中通过对表面层的晶面的控制,能够较好的实现防止锂枝晶的发生。同时,通过对表面层厚度、支撑层厚度以及支撑层晶面的控制,使得整个铜箔具有较好的拉伸强度和延伸率,进而降低被施用作为负极片时发生开裂的可能性。另外,采用该铜箔作为负极片的电池能够具有较好的能量密度。

    23、第三方面,本技术实施例提供了一种极片组件,极片组件包括隔离膜及分别设置于所述隔离膜两表面的正极片和负极片,负极片朝向隔离膜的表面具有铜箔,铜箔包括表面层;表面层包括第一(111)晶面,第一(111)晶面的体积至少占整个表面层的体积的60%。

    24、本技术实施例的技术方案中,采用具有第一(111)晶面的铜箔作为负极片,利用铜的(111)晶面对锂的吸附能约为-0.05ev,该吸附能在锂离子吸附所需吸附能理论计算的适宜范围:-0.1ev~0.1ev之间,能够实现负极片对锂离子较好的吸附。同时该吸附能相对于常规铜箔的(100)晶面对锂的吸附能是更低的,能够提升锂离子在负极片表面扩散的能力,进而减少锂枝晶的形成。并且通过控制铜箔表面层的第一(111)晶面的体积的占比达到一定程度,能够减少负极片表面对锂离子强吸附的点位,进而降低锂枝晶在整个负极片表面发生的可能。

    25、第四方面,本技术实施例提供了一种电池单体,电池单体包括第一方面或第二方面提供的负极片或第三方面提供的极片组件。

    26、第五方面,本技术实施例提供了一种电池,电池包括第三方面提供的电池单体。

    27、第六方面,本技术实施例提供了一种用电设备,用电设备包括第四方面提供的电池单体或第五方面提供的电池。


    技术特征:

    1.一种负极片,其特征在于,所述负极片包括铜箔,所述铜箔包括表面层;所述表面层包括第一(111)晶面,所述第一(111)晶面的体积至少占整个所述表面层的体积的60%;所述铜箔的延伸率不小于3.73%;所述铜箔的拉伸强度不小于35.4kg/mm2。

    2.根据权利要求1所述的负极片,其特征在于,所述第一(111)晶面的体积至少占整个所述表面层体积的80%。

    3.根据权利要求1至2中任一项所述的负极片,其特征在于,所述铜箔的延伸率为3.73%~6.98%;和/或

    4.根据权利要求3所述的负极片,其特征在于,所述铜箔的延伸率为4.28%~5.93%;和/或

    5.根据权利要求1至4中任一项所述的负极片,其特征在于,所述铜箔还包括支撑层,所述支撑层包括第二(111)晶面和(220)晶面,所述表面层设于所述支撑层的至少一个表面。

    6.根据权利要求5所述的负极片,其特征在于,所述表面层的厚度ts满足如下关系:0.05μm≤ts≤1μm。

    7.根据权利要求6所述的负极片,其特征在于,所述表面层的厚度ts满足如下关系:0.1μm≤ts≤0.5μm。

    8.根据权利要求5至7中任一项所述的负极片,其特征在于,所述第二(111)晶面的体积占整个所述支撑层的体积的比值x和所述(220)晶面的体积占整个所述支撑层的体积的比值y的关系满足:x+y≥70%、0.8≤x/y≤1.2。

    9.根据权利要求8所述的负极片,其特征在于,所述第二(111)晶面的体积占整个所述支撑层的体积的比值x和所述(220)晶面的体积占整个所述支撑层的体积的比值y的关系满足:x+y≥80%、0.9≤x/y≤1.1。

    10.根据权利要求5至9中任一项所述的负极片,其特征在于,所述支撑层的厚度tb满足如下关系:4μm≤tb≤12μm。

    11.根据权利要求10所述的负极片,其特征在于,所述支撑层的厚度tb满足如下关系:6μm≤tb≤10μm。

    12.一种负极片,其特征在于,所述负极片包括铜箔,所述铜箔包括支撑层和表面层;所述表面层设于所述支撑层的至少一个表面;所述表面层的厚度ts满足如下关系:0.05μm≤ts≤1μm,所述表面层包括第一(111)晶面,所述第一(111)晶面的体积至少占整个所述表面层的体积的60%;所述支撑层的厚度tb满足如下关系:4μm≤tb≤12μm,所述支撑层包括第二(111)晶面和(220)晶面,所述第二(111)晶面的体积占整个所述支撑层的体积的比值x和所述(220)晶面的体积占整个所述支撑层的体积的比值y的关系满足:x+y≥70%、0.8≤x/y≤1.2。

    13.一种极片组件,其特征在于,所述极片组件包括隔离膜及分别设置于所述隔离膜两表面的正极片和负极片,所述负极片朝向所述隔离膜的表面具有铜箔,所述铜箔包括表面层;所述表面层包括第一(111)晶面,所述第一(111)晶面的体积至少占整个所述表面层的体积的60%。

    14.一种电池单体,其特征在于,所述电池单体包括权利要求1至12中任一项所述的负极片或权利要求13所述的极片组件。

    15.一种电池,其特征在于,所述电池包括权利要求14所述的电池单体。

    16.一种用电设备,其特征在于,所述用电设备包括权利要求14所述的电池单体或权利要求15所述的电池。


    技术总结
    一种负极片、极片组件、电池单体、电池、用电设备,属于二次电池技术领域;负极片包括铜箔,铜箔包括表面层;表面层包括第一(111)晶面,第一(111)晶面的体积至少占60%;采用具有第一(111)晶面的铜箔作为负极片,利用铜的(111)晶面对锂的吸附能约为‑0.05eV,能够实现负极片对锂离子较好的吸附。且该吸附能是较低的,能够提升锂离子在负极片表面扩散的能力,进而减少锂枝晶的形成。并且第一(111)晶面的体积的占比达到一定程度,能够减少负极片表面对锂离子强吸附的点位,进而降低锂枝晶发生的可能。同时铜箔的延伸率不小于3.73%、拉伸强度不小于35.4kg/mm<supgt;2</supgt;能够满足直接作为极片使用的要求。

    技术研发人员:杨成龙,蒋昊,高靖宇,张雨霏,张海明
    受保护的技术使用者:宁德时代新能源科技股份有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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