[發明專利]負極、包括該負極的電化學裝置和電子裝置

在審

• 申請號: 202110687406.1
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113437252A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 鄭席;劉茜;杜鵬;謝遠森
• 申請（專利權）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/36;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 陳偉;康志梅

本申請涉及一種負極和包括該負極的電化學裝置和電子裝置。該負極包括集流體和負極活性材料層，其中，負極活性材料層包括第一活性材料層和第二活性材料層，所述第一活性材料層包括第一硬碳材料，所述第一硬碳材料的Dv50以D¹v50表示，滿足5μm≤D¹v50≤12μm，所述第一活性材料層的厚度T₁≤45μm；第二活性材料層包括第二硬碳材料，所述第二硬碳材料的Dv50以D²v50表示，滿足2μm≤D²v50＜5μm，所述第二活性層的厚度T₂＜30μm。本申請提供的負極的嵌脫鋰動力學性能得到提升。

技術領域

本申請涉及電化學領域，尤其涉及一種負極、包括該負極的電化學裝置和電子裝置。

背景技術

目前鋰離子電池快充負極的研發多從材料端展開。石墨作為常用負極，經摻雜包覆和顆粒改性后，可一定程度上滿足快充需求，但電池的能量密度已接近上限。而硬碳材料克容量高，具有無定形結構，能給鋰離子提供更多的嵌入/脫出通道，有利于電池的快速充放。但自身電子電導率偏低也給其動力學性能帶來了負面影響。若減小顆粒尺寸，雖能增加接觸面積提高電子電導率，但會帶來首圈庫倫效率下降等問題。

因此，迫切需要對負極進行合理設計，兼顧電池能量密度及安全性的同時提高電池的快速充電能力。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本申請提供一種包括雙活性材料層的負極，通過對兩個活性材料層的硬碳顆粒進行調控，不僅確保負極的嵌脫鋰動力學性能得到提升，還能提高首圈庫倫效率。

在第一方面，本申請提供一種負極，該負極包括集流體和位于集流體上的負極活性材料層，其中，負極活性材料層包括第一活性材料層和第二活性材料層，第一活性材料層包括第一硬碳材料，第一硬碳材料的Dv50以D¹v50表示，滿足5μm≤D¹v50≤12μm，并且第一活性材料層的厚度T₁≤45μm；第二活性材料層包括第二硬碳材料，第二硬碳材料的Dv50以D²v50表示，滿足2μm≤D²v50＜5μm，第二活性材料層的厚度T₂≤30μm。根據本申請的一些實施方式，第二活性材料層位于第一活性材料層的表面。根據本申請的實施方式，第一活性材料層位于集流體與第二活性材料層之間。

第一活性材料層(也可稱為第一活性物質層)的硬碳顆粒大，主要發揮儲鋰功能；第二活性材料層(也可稱為第二活性物質層)的硬碳顆粒小，有利于電解液浸潤，誘導鋰離子從電解液快速轉移進入負極，降低鋰離子電池在快速充電時的析鋰風險。

根據本申請的一些實施方式，20μm≤T₁≤40μm。

根據本申請的一些實施方式，10μm≤T₂≤25μm。T₂過大，小顆粒與電解液接觸面大，首圈SEI成膜過程中發生的副反應多。

根據本申請的一些實施方式，1.0≤T₁/T₂≤3.0。限定T₁與T₂的相對關系，在第二活性材料層中匹配足夠多的小顆粒硬碳起到傳導作用，才能使極片擁有較好的嵌鋰動力學，降低析鋰風險。

根據本申請的一些實施方式，所述負極活性材料層滿足如下條件(a)至(c)中至少一者：(a)所述負極的孔隙率P為30％至50％；(b)所述負極活性材料層包括負極活性材料，滿足：1P×[(Dv50_負)²－Dv90_負]40，其中，P表示所述負極的孔隙率，Dv50_負表示所述負極活性材料的Dv50值，單位為μm，Dv90_負表示所述負極活性材料的Dv90值，單位為μm；(c)所述負極的X射線衍射圖譜中，在22°至26°之間存在吸收峰，且所述吸收峰的半峰寬為5°至10°。