一种负极极片、二次电池及电子装置的制作方法

本技术涉及电池，尤其涉及一种负极极片、二次电池及电子装置。

背景技术：

1、硅基负极是提升锂离子电池能量密度的有效策略，但其在循环过程中产生的显著体积膨胀严重限制了其实际应用。这一问题的原因之一在于：含硅材料的膨胀会顶开周围颗粒，造成硅颗粒周围孔隙增加，同时，随循环进行，电解液逐渐消耗减少，电解液逐渐不足以完全填充极片内部的孔隙，尤其是硅颗粒周围的孔隙。在此情况下，由于电解液润湿性不足，在极片中容易形成空腔，阻碍锂离子的有效传输。这不仅会增加负极极片的析锂风险，还可能导致锂离子电池的容量加速衰减，成为制约性能的关键因素。

2、因此，如何有效改善硅基负极极片中电解液的润湿性，已成为当前锂离子电池制造技术中亟待解决的重要挑战。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种负极极片、二次电池及电子装置，以改善硅基负极极片中电解液的润湿性不足的问题。

2、第一方面，本技术提供了一种负极极片，该负极极片包括负极集流体以及形成于负极集流体至少一个表面的负极材料层，负极材料层包括含硅材料和陶瓷纳米纤维。

3、在上述技术方案中，通过在含硅材料的负极材料层中添加陶瓷纳米纤维，陶瓷纳米纤维相互交织缠结形成浸润网络，提高负极极片中电解液的润湿性，有利于降低二次电池中负极极片的析锂风险以及改善二次电池的容量衰减问题。

4、在一种可能的实现方式中，基于负极材料层的质量，陶瓷纳米纤维的质量百分含量为0.5％～10％。

5、在上述技术方案中，调控陶瓷纳米纤维的质量百分含量在上述范围内，陶瓷纳米纤维既能够形成相互连通的浸润网络，又不会增加负极极片内过多的无效空间，在降低二次电池中负极极片的析锂风险以及改善二次电池的容量衰减问题同时，有利于二次电池的体积能量密度的提升。

6、在一种可能的实现方式中，负极材料层为单层涂层，基于负极材料层的质量，陶瓷纳米纤维的质量百分含量为w1，w1为1％～10％。

7、在上述技术方案中，在负极材料层为单层涂层的情况下，调控w1在上述范围内，陶瓷纳米纤维形成的浸润网络使电解液在负极材料层内部充分浸润铺展，加速锂离子在负极材料层的传输速率，有利于进一步降低负极极片的析锂风险以及改善二次电池的容量衰减问题。

8、在一种可能的实现方式中，负极材料层中硅元素的质量百分含量为w2，0.06≤w1/w2≤0.8。

9、在上述技术方案中，在负极材料层为单层涂层的情况下，调控w1/w2在上述范围，使陶瓷纳米纤维的添加量与负极材料层中硅含量相匹配，以在含硅材料体积膨胀产生的孔隙体积内形成适宜的浸润网络结构，既有利于降低负极极片的析锂风险以及改善二次电池的容量衰减问题，又有利于二次电池的体积能量密度的提升。

10、在一种可能的实现方式中，负极材料层包括第一负极材料层和第二负极材料层，沿负极极片的厚度方向，第一负极材料层设置在负极集流体和第二负极材料层之间；第二负极材料层中包括含硅材料和陶瓷纳米纤维；基于第一负极材料层和第二负极材料层的总质量，第二负极材料层中陶瓷纳米纤维的质量百分含量为w3，w3为0.5％～8％。

11、在上述技术方案中，在负极材料层为多层涂层、且第二负极材料层中包括含硅材料的情况下，通过在第二负极材料层中添加陶瓷纳米纤维，并调控w3在上述范围内，使陶瓷纳米纤维在第二负极材料层形成相互连通的浸润网络，这样，在第二负极材料层中的孔隙率增加的情况下，电解液可以沿着浸润网络形成连续的电解液液相层，为锂离子提供完整的传输通路，有利于进一步降低负极极片的析锂风险以及改善二次电池的容量急剧衰减问题。

12、在一种可能的实现方式中，基于第一负极材料层和第二负极材料层的总质量，第二负极材料层中硅元素的质量百分含量为w4，0.02≤w3/w4≤0.5。

13、在上述技术方案中，调控w3/w4在上述范围，使陶瓷纳米纤维的添加量与第二负极材料层中硅含量相匹配，以在含硅材料体积膨胀产生的孔隙体积内形成适宜的浸润网络结构，不会由于占据第二负极材料层内过多的孔隙，而导致电解液进入孔隙困难，影响锂离子的传输，有利于进一步降低负极极片的析锂风险以及改善二次电池的容量急剧衰减问题。

14、在一种可能的实现方式中，第一负极材料层中负极活性材料包括石墨、硬碳、钛酸锂中一种或几种；第二负极材料层中负极活性材料包括硅碳复合材料、硅氧复合材料、微米硅、纳米硅中一种或几种；或者，第二负极材料层中负极活性材料包括硅碳复合材料、硅氧复合材料、微米硅、纳米硅中一种或几种以及石墨、硬碳、钛酸锂中一种或几种。

15、在上述技术方案中，选用含硅材料有利于二次电池的体积能量密度的提升，选用含碳材料有利于二次电池的稳定性的提升。

16、在一种可能的实现方式中，负极材料层中负极活性材料包括硅碳复合材料、硅氧复合材料、微米硅、纳米硅中一种或几种；或者，负极材料层中负极活性材料包括硅碳复合材料、硅氧复合材料、微米硅、纳米硅中一种或几种以及石墨、硬碳、钛酸锂中一种或几种。

17、在上述技术方案中，选用含硅材料有利于二次电池的体积能量密度的提升，选用含碳材料有利于二次电池的稳定性的提升。

18、在一种可能的实现方式中，陶瓷纳米纤维满足以下至少一种：

19、(1)陶瓷纳米纤维的长度为5～30μm；

20、(2)陶瓷纳米纤维的直径为50～300nm；

21、(3)陶瓷纳米纤维的比表面积为100～1000m2/g；或

22、(4)陶瓷纳米纤维的锂离子电导率大于或等于3×10-8s/cm。

23、在上述技术方案中，调控陶瓷纳米纤维的长度在上述范围内，既有利于促进陶瓷纳米纤维相互交织缠结形成浸润网络，又不容易因过度缠结和弯折而导致颗粒团聚、浆料结块，进而影响负极极片涂布外观的均匀性和一致性。

24、调控陶瓷纳米纤维的直径在上述范围内，既不容易断裂破碎，又不会增加负极极片内过多的无效空间，从而有利于陶瓷纳米纤维相互交织缠结形成浸润网络，并有利于二次电池的体积能量密度的提升。

25、调控陶瓷纳米纤维的比表面积在上述范围内，有利于在提高负极极片的电解液的浸润性的同时，减少电解液与负极极片内材料的副反应位点，从而更好地平衡负极极片的电解液的浸润性和二次电池的循环性能。

26、选用锂离子电导率大于或等于3×10-8s/cm的陶瓷纳米纤维，或者在二次电池充电过程中可以自发反应生成锂离子电导率大于或等于3×10-8s/cm的物质的陶瓷纳米纤维，这样，在二次电池充放电过程中，锂离子能够沿陶瓷纳米纤维的晶格结构快速迁移，将陶瓷纳米纤维本身作为锂离子传输通道，保持锂离子传输通路的完整性，有利于降低二次电池中负极极片的析锂风险以及改善二次电池的容量衰减问题。

27、在一种可能的实现方式中，陶瓷纳米纤维选用氧化铝纳米纤维、氧化钛纳米纤维、氧化锌纳米纤维、氧化钒纳米纤维、氧化钼纳米纤维、氧化锆纳米纤维、氢氧化铝纳米纤维、碳化硅纳米纤维、氮化硼纳米纤维、锂镧锆氧纳米纤维、锂镧锆铌氧纳米纤维、锂镧钛氧纳米纤维、磷酸钛铝锂纳米纤维、磷酸锗铝锂纳米纤维中至少一种。

28、在上述技术方案中，陶瓷纳米纤维本身对电解液的浸润性较好，另外，上述陶瓷纳米纤维本身具有较高的锂离子电导率或者在充电过程中能够形成为具有较高锂离子电导率的物质，从而有利于提升锂离子的传输能力。

29、第二方面，本技术提供了一种二次电池，其包括上述第一方面任一方案中的负极极片。

30、第三方面，本技术提供了一种电子装置，其包括如上述第二方面任一方案中的的二次电池。

31、本技术的有益效果：

32、本技术提供了一种负极极片、二次电池及电子装置，通过在含硅材料的负极材料层中添加陶瓷纳米纤维，陶瓷纳米纤维相互交织缠结形成浸润网络，使电解液在负极材料层内部孔隙有效填充并相互连通，提高负极极片中电解液的润湿性，为锂离子提供完整的传输通路，有利于降低二次电池中负极极片的析锂风险以及改善二次电池的容量衰减问题。另外，陶瓷纳米纤维本身也可以作为锂离子传输通道，使锂离子也能够沿陶瓷纳米纤维的晶格结构快速迁移，增加锂离子传输通路，进一步降低二次电池中负极极片的析锂风险以及改善二次电池的容量衰减问题。