一种锂电池负极片、包含其的锂电池及制备方法

本发明属于锂电池，涉及一种锂电池负极片、包含其的锂电池及制备方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车的大力推广，动力电池需求量日益增加。特别是针对高能量度、高安全性、长循环寿命锂离子动力电池的需求尤为突出。同时，新能源汽车的充电速度也是制约其快速普及的一个主要障碍。然而，二次电池的高能量密度和快充性能往往是冲突的。高能量密度体系二次电池通常快充性能较差。因此，如何在保证高能量密度的条件下提升倍率性能是关键。

2、针对现有高能量密度极片，本领域技术人员主要采用如下方法来改善快充性能：

3、(1)、配制含有不同造孔剂浓度的活性物质浆料涂覆集流体制备具有孔隙率梯度涂层极片，以改善电解液的渗透浸润，提高电极中锂离子/电子的传输；

4、(2)、采用多次分层涂布方式后辊压制备得到具有不同孔隙率梯度的电极极片；

5、(3)、使用激光对极片沿厚度方向进行打孔来提高电池的倍率性能；

6、(4)、采用双层同时涂布，后辊压制备得到具有不同孔隙率梯度的电极极片。

7、但在实际研发生产过程中，上述改进方法制备过程中仍存在以下问题：

8、(1)、造孔剂形成的微米级孔局部脱嵌锂不均匀，导致循环寿命短；

9、(2)、多次分层涂布工序复杂，需每次涂布后进行辊压，增加生产成本，并且不同层间存在明显的界面，对于含硅负极，由于硅自身体积膨胀大，导致在极片在循环过程中分层脱落，结构稳定性差，循环寿命短；

10、(3)、激光造孔热影响范围较大，破坏孔周围活性物质和粘结剂，掉粉严重，增加电池短路风险。因此，现有高能量密度、高倍率电极极片的制造方法还有待改进。

11、(4)、双层同时涂布，如何进行上下层设计，保证在一次辊压实现下层不同孔隙率，且没有多元活性物质如何搭配以实现孔隙率梯度的理论计算方法，不利于推广应用。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种锂电池负极片，以解决现有技术中锂电池负极涂层通常无法同时满足高能量密度和快充性能的问题。

2、本发明提供了一种锂电池负极片，包括集流体、第一负极活性物质层和第二负极活性物质层；

3、所述集流体设置为铜箔；

4、所述第一负极活性物质层设于集流体和第二负极活性物质层之间；

5、所述第二负极活性物质层设置于第一负极活性物质层的表面；

6、设在第一负极活性物质层和第二负极活性物质层中的物质的颗粒粒径所占体积分数为、活性物质颗粒粒径分布曲线中任一粒度的粒径为、活性物质颗粒粒径分布曲线中的最小粒径为、活性物质颗粒粒径分布曲线中的最大粒径为以及活性物质颗粒粒径分布模量为；

7、第一负极活性物质层和第二负极活性物质层中的颗粒粒径的分布均设置为；

8、颗粒粒径所占体积分数的取值范围设置为0～100％；

9、第一负极活性物质层中的活性物质颗粒粒径分布模量的取值范围设置为；

10、第二负极活性物质层中的活性物质颗粒粒径分布模量的取值范围设置为＞0.6或者是＜0.2。

11、进一步的，设第一负极活性物质层的极限压实密度为、第二负极活性物质层的极限压实密度为，满足且。

12、进一步的，所述第一负极活性物质层包括第一活性材料、第一导电剂、第一分散剂、第一粘结剂和棒状介孔吸液材料；

13、所述第一活性材料包括第一碳基活性物质和第一硅基活性物质；

14、所述棒状介孔吸液材料设置为棒状介孔锡基材料，且其孔径设置为2nm～100nm。

15、进一步的，第一活性材料、第一导电剂、第一分散剂、第一粘结剂和棒状介孔吸液材料的质量百分含量设置为：90-99wt％的第一活性材料、0.01-3wt％的第一导电剂、0-3wt％的第一分散剂、0.01-5wt％的第一粘结剂和0.01-1wt％棒状介孔吸液材料。

16、进一步的，所述第二负极活性物质层包括第二活性材料、第二导电剂、第二分散剂和第二粘结剂；

17、所述第二活性材料包括第二碳基活性物质和第二硅基活性物质；

18、第二活性材料、第二导电剂、第二分散剂和第二粘结剂的质量百分含量设置为90-99wt％的第二负极活性材料、0.01-3wt％的第二导电剂、0-3wt％的第二分散剂和0.01-5wt％的第二粘结剂。

19、进一步的，设第一碳基活性物质的体积平均粒径为、第二碳基活性物质的体积平均粒径为、第一硅基活性物质的体积平均粒径为以及第二硅基活性物质的体积平均粒径为；

20、其中：，，取值为8μm～23μm，取值为4μm～16μm，取值为6μm～12μm，取值为2μm～5μm。

21、进一步的，所述第一导电剂设置为导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、石墨烯、金属粉和金属纤维中的任意一种或任意两种及以上的组合；

22、所述第二导电剂设置为导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、石墨烯、金属粉和金属纤维中的任意一种或任意两种及以上的组合。

23、进一步的，所述第一粘结剂设置为丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的任意一种或任意两种及以上的组合；

24、所述第二粘结剂设置为丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的任意一种或任意两种及以上的组合。

25、进一步的，所述第一分散剂设置为羧甲基纤维素锂和/或羧甲基纤维素钠；

26、所述第二分散剂设置为羧甲基纤维素锂和/或羧甲基纤维素钠。

27、进一步的，所述第一碳基活性物质设置为天然石墨、人造石墨或硬碳的任意一种或任意两种及以上的组合；

28、所述第二碳基活性物质设置为天然石墨、人造石墨或硬碳的任意一种或任意两种及以上的组合。

29、进一步的，所述第一硅基活性物质在第一负极活性物质层中质量占比为3～50wt％，第二硅基活性物质在第二负极活性物质层中质量占比为1-40wt％，第一硅基活性物质在第一负极活性物质层中质量占比≥第二硅基活性物质在第二负极活性物质层中的质量占比；

30、所述第一负极活性物质层的质量与第二负极活性物质层的质量比为1:9～9:1。

31、作为本发明的进一步方案，本发明还提供了一种锂电池，包括正极片、电解液、隔膜以及如上述的锂电池负极片。

32、作为本发明的进一步方案，本发明还提供了一种锂电池制备方法，包括以下步骤：

33、步骤①、第一负极活性物质层的制备；

34、将第一导电剂粉料、第一粘结剂粉料和棒状介孔吸液材料进行混合搅拌，加入溶剂湿润；

35、用溶剂稀释、搅拌、分散、捏合和刮料，再加入预混合好的第一碳基活性物质、第一硅基活性物质组成混合物，以使混合物湿润；

36、用溶剂稀释、搅拌、分散、捏合和刮料后进行真空脱泡以得到浆料a，浆料a即为第一负极活性物质层；

37、步骤②、第二负极活性物质层的制备；

38、将第二导电剂粉料和第二粘结剂粉料进行混合搅拌，加入溶剂湿润；

39、用溶剂稀释、搅拌、分散、捏合和刮料，再加入预混合好的第二碳基活性物质和第二硅基活性物质组成混合物，以使混合物湿润；

40、用溶剂稀释、搅拌、分散、捏合和刮料后进行真空脱泡以得到浆料b，浆料b即为第二负极活性物质层；

41、步骤③、锂电池负极片的制备；

42、将第一负极活性物质层涂覆在集流体上，第二负极活性物质层涂覆在第一负极活性物质层上，干燥后，在集流体上形成极片材料层，然后进行辊压得到锂电池负极片；

43、步骤④、将锂电池负极片与正极片、电解液和隔膜进行组装，得到锂电池。

44、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

45、本发明通过硅基与碳基材料粒径搭配，并且通过理论计算公式，获得合理的硅碳与石墨的粒径搭配，即上下层孔隙率不同的配方，在相同压力下形成不同孔隙率的活性层，即在一次辊压下可制备双层孔隙率结构的负极极片，通过双层涂布在负极设置双层结构，靠近集流体的第一负极活性物质层为高压实、低孔隙率层，靠近隔膜的第二负极活性物质层为低压实、高孔隙率层，同时在高压实低孔隙率层加入棒状介孔材料，进一步改善吸液，在负极中构建快速的锂离子扩散通道，保证高能量密度的同时大幅提高快充性能，且方法简单，可实现批量化生产。

46、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。