负极极片、圆柱电池和用电装置的制作方法

本发明涉及电池，具体涉及一种负极极片、圆柱电池和用电装置。

背景技术：

1、近年来，全极耳圆柱锂离子电池因其大尺寸、全极耳集流设计，能够显著降低电池内阻、提升快充能力，成为高能量密度动力电池的重要技术路线。为提升负极容量，常采用硅基材料，如硅碳复合材料；然而，硅碳复合材料通常具有较高的比表面积，导致在首次充放电过程中电解液在其表面大量分解形成固体电解质界面膜，消耗大量活性锂，使得首次库仑效率（ice）偏低；且硅/碳之间的结合力不足，在卷绕与循环膨胀压力下易发生脱嵌等。

2、因此，如何提供一种能够降低不可逆容量损失、抑制循环副反应并兼顾倍率性能，同时具有高能量密度、高首次库仑效率与长循环寿命的负极极片，成为亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供一种负极极片、圆柱电池和用电装置，可以实现初始库仑效率的明显提升与循环稳定性的改善，且在大倍率放电条件下仍能保持较高的可逆容量。

2、为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

3、根据本发明的一个方面，本发明提供一种负极极片，包括：集流体，以及所述集流体厚度方向至少一侧表面上的活性涂层；所述活性涂层包括复合微球，所述复合微球包括多孔碳骨架和硅颗粒；

4、所述硅颗粒至少部分设于所述多孔碳骨架中，所述活性颗粒的至少部分表面上包覆有碳包覆层；

5、所述复合微球的比表面积为1m2/g~5m2/g；且所述复合微球还满足：c5/c0.2≥0.80，c0.2≠0；

6、其中，c5为所述复合微球在5c电流密度下的可逆比容量，单位：mah/g；c0.2为所述复合微球在0.2c电流密度下的可逆比容量，单位：mah/g。

7、在其中的一些实施方式中，所述复合微球的中位粒径dv50为5μm~10μm。

8、在其中的一些实施方式中，所述负极极片的压实密度为ρel，1.50g/cm3≤ρel≤1.70g/cm3。

9、在其中的一些实施方式中，所述负极极片中，单侧所述活性涂层的面密度为4.0mg/cm2~7.0mg/cm2。

10、在其中的一些实施方式中，所述硅颗粒的粒径为1nm~10nm。

11、在其中的一些实施方式中，所述硅颗粒的粒径dv10≥3μm，dv90≤15μm。

12、在其中的一些实施方式中，所述硅颗粒的span值小于或等于1.2。

13、在其中的一些实施方式中，所述碳包覆层的厚度为5nm~20nm。

14、在其中的一些实施方式中，所述多孔碳骨架的总孔容为0.70cm3g~1.20cm3/g。

15、在其中的一些实施方式中，所述复合微球的球形度大于或等于0.85。

16、在其中的一些实施方式中，所述活性涂层的孔隙率为15%~30%。

17、在其中的一些实施方式中，所述复合微球的振实密度为0.60g/cm3~0.90g/cm3。

18、在其中的一些实施方式中，所述负极极片的厚度膨胀率为δh/h0，δh/h0≤20%，δh=h1-h0；其中，h0为所述负极极片的初始厚度，h1为所述负极极片在循环600周后的厚度。

19、在其中的一些实施方式中，基于所述复合微球的总质量，所述硅颗粒的质量占比为wsi，40wt%≤wsi≤58wt%。

20、在其中的一些实施方式中，所述活性涂层还包括粘结剂，所述粘结剂包括丁苯橡胶和聚酰胺酸中的至少一种；基于所述复合微球的总质量，所述粘结剂的质量占比为1wt%~4wt%。

21、在其中的一些实施方式中，所述活性涂层还包括导电剂，基于所述复合微球的总质量，所述导电剂的质量占比为0.5wt%~1.5wt%。

22、在其中的一些实施方式中，基于所述复合微球的总质量，碳元素的总质量占比为42wt%~50wt%。

23、根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种圆柱电池，包括：正极极片、隔膜和负极极片，所述负极极片包括上述任意实施方式中所述的负极极片；

24、其中，所述圆柱电池满足：

25、ev≥[cc×(100-wsi)/100+csi×wsi/100]×vavg×ρel×fcell；

26、其中，cc为所述多孔碳骨架的比容量，单位：mah/g；csi为所述硅颗粒的比容量，单位：mah/g；vavg为所述圆柱电池的平均放电电压，单位：v；fcell为所述圆柱电池的能量转换因子，无量纲；ev为所述圆柱电池的体积能量密度，单位：wh/l。

27、在其中的一些实施方式中，300mah/g≤cc≤380mah/g。

28、在其中的一些实施方式中，1800mah/g≤csi≤2400mah/g。

29、在其中的一些实施方式中，3.40v≤vavg≤3.70v。

30、在其中的一些实施方式中，0.09≤fcell≤0.13。

31、在其中的一些实施方式中，ev≥650wh/l。

32、在其中的一些实施方式中，当45wt%≤wsi≤58wt%且1.55g/cm3≤ρel≤1.70g/cm3时，所述ev满足：ev≥700wh/l。

33、在其中的一些实施方式中，所述圆柱电池充电至4.2v的直流内阻dcr小于或等于5mω。

34、在其中的一些实施方式中，所述正极极片包括正极材料，所述正极材料包括三元层状氧化物linixcoymnzo2；

35、其中，x:y:z=(0.5~0.9):(0.05~0.2):(0.05~0.3)。

36、根据本发明的又一个方面，本发明还提供一种用电装置，包括：上述任意实施方式中所述的圆柱电池。

37、实施本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

38、本发明中的负极极片，通过将复合微球的比表面积控制在1~5m2/g的极低范围，并满足c5/c0.2≥0.80，大幅减少了首次充放电过程中电解液在活性材料表面分解形成sei膜所消耗的活性锂，使初始库仑效率提升至85%以上，无需额外预锂化处理；同时，极低的比表面积限制了循环过程中电解液与内部硅的持续接触，有效抑制了副反应，提高了长循环的容量保持率。此外，复合微球在5c大倍率放电条件下仍能保持较高的可逆容量，兼顾了高能量密度与快充能力。

39、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1.一种负极极片，其特征在于，包括：集流体，以及所述集流体厚度方向至少一侧表面上的活性涂层；所述活性涂层包括复合微球，所述复合微球包括多孔碳骨架和硅颗粒；

2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，还满足特征（1）~（3）中的至少一项：

3.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述硅颗粒的粒径为1nm~10nm；

4.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述复合微球的球形度大于或等于0.85；

5.根据权利要求1~4任意一项所述的负极极片，其特征在于，基于所述复合微球的总质量，所述硅颗粒的质量占比为wsi，40wt%≤wsi≤58wt%；

6.一种圆柱电池，其特征在于，包括：正极极片、隔膜和负极极片，所述负极极片包括权利要求1~5任意一项所述的负极极片；

7.根据权利要求6所述的圆柱电池，其特征在于，满足特征（1）~（5）中的至少一项：

8.根据权利要求6所述的圆柱电池，其特征在于，当45wt%≤wsi≤58wt%且1.55g/cm3≤ρel≤1.70g/cm3时，所述ev满足：ev≥700wh/l；

9.根据权利要求6所述的圆柱电池，其特征在于，所述正极极片包括正极材料，所述正极材料包括三元层状氧化物linixcoymnzo2；

10.一种用电装置，其特征在于，包括：权利要求6~9任意一项所述圆柱电池。