负极活性层及其制备方法、负极片及电池与流程

本发明涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种负极活性层及其制备方法、负极片及电池。

背景技术：

1、锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长和自放电率低等优点，被广泛应用于电动汽车、消费电子和储能系统等领域。锂离子电池的负极主要用于储存和释放锂离子，目前，主流的负极材料包括石墨负极、硅碳负极和硅氧负极等，这类负极材料在充放电循环中容易因锂离子的嵌入/脱嵌发生体积膨胀，从而引发一系列连锁问题。具体地，体积膨胀产生的压应力会导致负极材料的颗粒之间发生相互挤压和塌缩式重排，进而导致负极片的孔隙率迅速降低，同时孔隙的连通性迅速降低。孔隙率与孔隙连通性的降低会使电解液无法持续浸润负极材料表面，导致离子传输通道被堵塞，电池极化显著升高。高极化环境会加速电解液的分解，且分解产物沉积在负极片表面，会进一步堵塞孔隙，最终导致电池容量迅速衰减，出现容量“跳水”现象。

2、目前，现有技术主要采用对负极材料进行包覆、在负极片上造孔、添加电解液添加剂等方式进行改进，但前述方式仅能延缓孔隙塌缩和电解液分解，无法从根源上解决体积膨胀引发的负极片孔隙率降低和电池容量衰减等问题，导致电池的循环稳定性仍然较差。

3、因此，亟需提供一种在充放电循环过程中孔隙率稳定的负极材料。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种负极活性层及其制备方法、负极片及电池，以解决现有技术中负极材料体积膨胀率高、孔隙率不稳定，导致电池的循环稳定性较差的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种负极活性层，其包括负极活性材料、刚性惰性骨架材料、导电剂、粘结剂；负极活性材料包括第一棱角化颗粒、第二棱角化颗粒和第三棱角化颗粒；第一棱角化颗粒的中值粒径（d50）为16μm~20μm，第二棱角化颗粒的中值粒径为8μm~12μm，第三棱角化颗粒的中值粒径为3μm~5μm；负极活性层的压实密度大于或等于1.55g/cm3，且小于1.65g/cm3。

3、根据本发明的第二方面，提供了第一方面提供的负极活性层的制备方法，包括如下步骤：

4、原料进行破碎处理、分级筛选、热处理，得到第一棱角化颗粒、第二棱角化颗粒和第三棱角化颗粒；

5、第一棱角化颗粒、第二棱角化颗粒和第三棱角化颗粒进行第一混合，得到负极活性材料；

6、负极活性材料、刚性惰性骨架材料、导电剂、粘结剂、溶剂进行第二混合，得负极浆料；

7、负极浆料涂覆至基底表面，经烘干处理、辊压，得到负极活性层。

8、根据本发明的第三方面，提供了一种负极片，其包含本发明第一方面中提供的负极活性层，或者本发明第二方面中提供的负极活性层的制备方法制备得到的负极活性层。

9、根据本发明的第四方面，提供了一种电池，其包含本发明第三方面提供的负极片。

10、应用本发明的技术方案，负极活性材料包括第一棱角化颗粒、第二棱角化颗粒和第三棱角化颗粒，同时限定压实密度，有助于形成密实堆积结构，同时有助于将各颗粒在循环过程中因膨胀产生的压应力转化为剪切应力，利用剪切应力驱动各颗粒之间发生相对位移、抬升以及滚动式重排，增大各颗粒间的孔隙体积，升高孔隙率，从而抵消相互挤压和塌缩式重排对孔隙率的影响，将负极活性层的孔隙率维持在最佳范围，有效减小容量衰减，提升电池的循环稳定性。另外，刚性惰性骨架材料有助于减少塌缩、将孔隙率维持在一定范围内，提高负极活性层的结构稳定性，同时提高颗粒之间的剪切力，触发剪胀效应，从而提升电池的循环稳定性。

1.一种负极活性层，其特征在于，所述负极活性层包括负极活性材料、刚性惰性骨架材料、导电剂、粘结剂；所述负极活性材料包括第一棱角化颗粒、第二棱角化颗粒和第三棱角化颗粒；所述第一棱角化颗粒的中值粒径为16μm~20μm，所述第二棱角化颗粒的中值粒径为8μm~12μm，所述第三棱角化颗粒的中值粒径为3μm~5μm；所述负极活性层的压实密度大于或等于1.55g/cm3，且小于1.65g/cm3。

2.根据权利要求1所述的负极活性层，其特征在于，所述负极活性材料中，所述第一棱角化颗粒的质量占比为55wt%~65wt%，所述第二棱角化颗粒的质量占比为20wt%~30wt%，所述第三棱角化颗粒的质量占比为10wt%~20wt%。

3.根据权利要求2所述的负极活性层，其特征在于，满足以下条件中的至少一项：

4.根据权利要求1至3中任一项所述的负极活性层，其特征在于，所述第一棱角化颗粒、所述第二棱角化颗粒、所述第三棱角化颗粒的原料各自独立地选自碳源、硅源、硅氧源中的至少一种，且满足以下条件中的至少一项：

5.根据权利要求1所述的负极活性层，其特征在于，所述负极活性材料的质量、所述刚性惰性骨架材料的质量与所述导电剂和所述粘结剂的总质量之比为100：（1~2.5）：（3.0~3.6）。

6.根据权利要求5所述的负极活性层，其特征在于，所述刚性惰性骨架材料包括短切碳纤维、纳米氧化铝中的至少一种，且满足以下条件中的至少一项：

7.根据权利要求1所述的负极活性层，其特征在于，满足以下条件中的至少一项：

8.根据权利要求1所述的负极活性层，其特征在于，所述导电剂选自乙炔黑、科琴黑、碳纳米管中的至少一种，所述粘结剂选自羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯中的至少一种。

9.一种权利要求1至8中任一项所述的负极活性层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的负极活性层的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一项：所述分级筛选包括第一筛选和第二筛选；其中，所述破碎处理结束后，得到细碎颗粒，先对所述细碎颗粒进行所述第一筛选，得到第一颗粒，所述第一颗粒的粒径在3μm~20μm之间、圆度系数在0.7~0.78之间、且棱角数平均值为3~10个，接着，对所述第一颗粒进行所述第二筛选，得到第二颗粒、第三颗粒和第四颗粒，所述第二颗粒的中值粒径为16μm~20μm，所述第三颗粒的中值粒径为8μm~12μm，所述第四颗粒的中值粒径为3μm~5μm；

11.根据权利要求9所述的负极活性层的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一项：

12.根据权利要求9所述的负极活性层的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一项：

13.一种负极片，其特征在于，所述负极片包含权利要求1至8中任一项所述的负极活性层，或者包含权利要求9至12中任一项所述的负极活性层的制备方法制备得到的负极活性层。

14.根据权利要求13所述的负极片，其特征在于，所述负极片还包括集流体，所述集流体为多孔铜箔，厚度为4μm~8μm，孔隙率为20%~30%。

15.一种电池，其特征在于，所述电池包含权利要求13或14中的负极片。