负极片及其制备方法、电池、电池组和用电设备与流程

本发明涉及一种负极片，尤其涉及一种负极片及其制备方法、电池、电池组和用电设备，属于二次电池。

背景技术：

1、随着二次电池在电子器件、乘用车及储能设施中的广泛应用，消费者对该类储能载体的能量密度、日历寿命提出了更高的要求。从环保角度，随着全球对碳足迹的日益重视，生产过程中能耗较高的人造石墨面临着环保要求日益提高的挑战。从生产及成本角度，减少工艺周期、降低原材料成本成为提高生产效率、降低电芯瓦时成本的关键。综上所述，应用天然石墨作为锂离子电池负极活性材料是实现高能量密度、降低原料碳排放、提升生产效率以及降低原材料工艺成本的有效手段。然而，由于天然石墨球形化过程中无法避免带来的高内部孔隙率，将造成使用天然石墨的负极片电解液消耗增大、存储衰减劣化等问题；另一方面，由于天然石墨本征的结构特点，例如：层间距小、有序组织尺寸大，将造成使用天然石墨的负极片在嵌锂后有着比其他负极片更大的体积膨胀，这一特征将加速二次电池循环膨胀，降低电芯循环性能。

2、因此，需对含天然石墨的负极片进行优化，以实现应用天然石墨的负极片具有低膨胀及二次电池具有长循环、良好的存储性能与高能量密度特性。

技术实现思路

1、本发明提供一种负极片，具有低膨胀的特征，该负极片应用于电池后，电池具有长循环、良好的存储性能与高能量密度特性。

2、本发明还提供一种负极片的制备方法，该制备方法操作简单，能够制备得到上述负极片。

3、本发明还提供一种电池，该电池包括上述负极片、或通过上述制备方法制得的负极片，具有长循环、良好的存储性能与高能量密度特性。

4、本发明还提供一种电池组，该电池组包括多个上述电池，该电池组具有长循环、良好的存储性能与高能量密度特性。

5、本发明还提供一种用电设备，该用电设备包括上述电池、或上述电池组。

6、本发明提供一种负极片，包括负极集流体和设置于所述负极集流体至少一侧表面的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括碳基材料，所述碳基材料包括天然石墨，所述负极片满足k，k为0.4～32.4；

7、其中，k通过式1计算得到：

8、k＝(c101+c002)×pd×ρp 式1；

9、式1中，c101和c002为所述碳基材料的晶体学参数，分别通过式2和式3计算得到，单位均为nm；pd为所述负极片的压实密度，单位为g/cm3；ρp为所述负极片中所述天然石墨的孔隙密度，单位为ml/g；

10、c101＝1.84×λ/(fwhm101×cosθ101) 式2；

11、c002＝0.89×λ/(fwhm002×cosθ002) 式3；

12、式2和式3中，fwhm101和fwhm002分别为所述负极片的x射线衍射谱图中的(101)峰和(002)峰的半峰宽，以弧度计；θ101和θ002分别为所述负极片的x射线衍射谱图中的(101)峰和(002)峰的2θ值的一半，单位均为°；λ为x射线衍射所用阴极射线波长，单位为nm。

13、如上所述的负极片，其中，c101+c002为40nm～180nm。

14、如上所述的负极片，其中，所述天然石墨的d50粒径为12μm～18μm。

15、如上所述的负极片，其中，ρp为0.005ml/g～0.13ml/g。

16、如上所述的负极片，其中，pd为1.4g/cm3～1.85g/cm3。

17、如上所述的负极片，其中，基于所述负极活性材料的总质量，所述天然石墨的质量含量为20％～100％。

18、本发明第二方面提供一种如上所述的负极片的制备方法，包括以下步骤：

19、1)将在负极集流体的至少一侧表面上设置负极活性材料层；

20、2)对所述负极活性材料层进行辊压处理，得到所述负极片；所述辊压处理的温度为120℃～180℃；和/或，辊压线压强为70mpa～200mpa；和/或，走带速度为6m/min～10m/min。

21、本发明第三方面提供一种电池，包括本发明第一方面提供的负极片、或通过本发明第二方面的制备方法制得的负极片。

22、本发明第四方面提供一种电池组，包括多个电池，所述多个电池通过串联、并联或混联连接，所述电池包括本发明第三方面提供的电池。

23、本发明第五方面提供一种用电设备，包括本发明第三方面提供的电池、或本发明第四方面提供的电池组。

24、本发明提供的负极片满足k为0.4～32.4，其中k通过包含天然石墨的负极片的晶体学参数、天然石墨的孔隙密度以及负极片的压实密度关系计算得到。当负极片满足k时，一方面，对负极片的内部孔隙、负极片的综合微晶尺寸以及负极片压实密度的综合调控，可有效降低天然石墨与电解液在循环及存储过程中对活性离子(例如：锂离子)的消耗，提升电池的循环寿命和储存性能；在另一方面，有效提升二次电池负极片的模量和嵌锂量，降低负极片在嵌锂过程中的体积膨胀，进而使电池具高能量密度特性。

1.一种负极片，其特征在于，包括负极集流体和设置于所述负极集流体至少一侧表面的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括碳基材料，所述碳基材料包括天然石墨，所述负极片满足k，k为0.4～32.4；

2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，c101+c002为40nm～180nm。

3.根据权利要求1或2所述的负极片，其特征在于，所述天然石墨的d50粒径为12μm～18μm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的负极片，其特征在于，ρp为0.005ml/g～0.13ml/g。

5.根据权利要求1-4任一项所述的负极片，其特征在于，pd为1.4g/cm3～1.85g/cm3。

6.根据权利要求1-5任一项所述的负极片，其特征在于，基于所述负极活性材料的总质量，所述天然石墨的质量含量为20％～100％。

7.一种权利要求1-6任一项所述的负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的负极片、或通过权利要求7所述的制备方法制得的负极片。

9.一种电池组，包括多个电池，所述多个电池通过串联、并联或混联连接，其特征在于，所述电池包括权利要求8所述的电池。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求8所述的电池、或权利要求9所述的电池组。