本技術(shù)涉及電池，并且更具體地，涉及一種負(fù)極極片、電池單體、電池和用電裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來，鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，例如風(fēng)力、水力、火力發(fā)電和太陽(yáng)能電站等儲(chǔ)能電源領(lǐng)域，以及電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車、軍事裝備、航天航空等多個(gè)領(lǐng)域。在鋰離子電池取得極大發(fā)展的同時(shí)，對(duì)其各方面性能都提出了更高的要求。

2、因此，如何提高鋰離子電池的性能，是一個(gè)亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)是鑒于上述課題而進(jìn)行的，其目的是提供一種負(fù)極極片、電池單體、電池和用電裝置，該電池兼顧較高的能量密度、功率和較好的循環(huán)性能。

2、第一方面，提供了一種負(fù)極極片，包括負(fù)極集流體和設(shè)于所述負(fù)極集流體至少一側(cè)的負(fù)極膜層；所述負(fù)極膜層包括負(fù)極活性材料和粘結(jié)劑，所述負(fù)極活性材料包括硅基材料；其中，所述粘結(jié)劑的體積平均粒徑dv50為0.1-0.8μm。

3、本技術(shù)實(shí)施例中，負(fù)極極片包括負(fù)極膜層，進(jìn)一步地，負(fù)極膜層包括負(fù)極活性材料和粘結(jié)劑，更進(jìn)一步地，負(fù)極活性材料包括硅基材料。其中，粘結(jié)劑的體積平均粒徑dv50為0.1-0.8μm。通過在負(fù)極膜層中添加硅基材料和粘結(jié)劑，一方面硅基材料的理論比容量較高，有利于提升電池的能量密度；另一方面，硅基材料材質(zhì)較硬，在被冷壓時(shí)不易被壓碎，且顆粒形狀較為不規(guī)則，顆粒與顆粒之間具有一定的空隙，因此含有硅基材料的負(fù)極極片一般都具有較大的孔隙率，在負(fù)極膜層中添加體積平均粒徑dv50為0.1-0.8μm的粘結(jié)劑，既可以增加活性粘結(jié)位點(diǎn)，又可以有效的對(duì)極片大孔隙區(qū)域進(jìn)行填充粘接、提高粘接力以抑制硅基材料在電池循環(huán)過程中嚴(yán)重的體積膨脹，和保持活性材料在循環(huán)過程的穩(wěn)定性，并最大程度降低粘結(jié)劑的用量，從而提高電池的循環(huán)性能和功率，使電池兼顧較高的能量密度、功率以及較好的循環(huán)性能。

4、在一種可能的實(shí)施方式中，所述粘結(jié)劑的體積平均粒徑dv50為0.1-0.5μm，可選地，所述粘結(jié)劑的體積平均粒徑dv50為0.1-0.3μm。

5、本技術(shù)實(shí)施例中，為了抑制硅基材料在電池循環(huán)過程中的體積膨脹，在負(fù)極膜層中添加體積平均粒徑dv50為0.1-0.8μm的粘結(jié)劑。更進(jìn)一步地，通過使粘結(jié)劑的體積平均粒徑dv50為0.1-0.5μm，特別是0.1-0.3μm，可以進(jìn)一步提高負(fù)極活性材料之間的粘結(jié)力，從而進(jìn)一步的提高負(fù)極活性材料在循環(huán)過程中的循環(huán)穩(wěn)定性，從而得到高粘結(jié)力、高功率、高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)性能的電池。

6、在一種可能的實(shí)施方式中，基于100重量份的所述負(fù)極膜層計(jì)，所述粘結(jié)劑的重量份為1-5重量份，可選地，所述粘結(jié)劑的重量份為2-4重量份。

7、本技術(shù)實(shí)施例中，為了抑制硅基材料在電池循環(huán)過程中的體積膨脹，在負(fù)極膜層中添加粒徑較小的粘結(jié)劑，使粘結(jié)劑填充于負(fù)極膜層中的大孔隙區(qū)域。通過使粘結(jié)劑在負(fù)極膜層中的質(zhì)量占比為1％-5％，尤其是2％-4％，既可以提高負(fù)極活性材料之間的粘接力，以抑制負(fù)極極片的體積膨脹，又可以降低因粘結(jié)劑含量過多而導(dǎo)致的電池能量密度降低。

8、在一種可能的實(shí)施方式中，所述負(fù)極極片的孔隙率為15％-60％，可選地，所述負(fù)極極片的孔隙率為20％-45％。

9、本技術(shù)實(shí)施例中，硅基材料理論容量較高，因此當(dāng)電池選用硅基材料作為負(fù)極活性材料時(shí)，電池具備較高的能量密度。但是對(duì)于硅基材料而言，若負(fù)極極片的孔隙率過大，負(fù)極極片在電池的循環(huán)過程中又發(fā)生較嚴(yán)重的體積膨脹效應(yīng)，將會(huì)導(dǎo)致負(fù)極活性材料之間粘接和電接觸變差。通過使負(fù)極極片的孔隙率為15％-60％，特別是20％-45％，既有利于電池具備較好的能量密度和快充性能，又可以降低因孔隙率過大而導(dǎo)致的負(fù)極活性材料之間粘接和電接觸變差。

10、在一些實(shí)施方式中，所述粘結(jié)劑含有親水基團(tuán)；可選地，所述親水基團(tuán)包括磺酸基、磷酸基、羥基、羧基、酰胺基、氨基、醛基、羰基、氰基、酸酐中的至少一種的至少一種。

11、本技術(shù)實(shí)施例中，為了提高負(fù)極極片的粘接力以抑制硅基材料在電池循環(huán)過程中嚴(yán)重的體積膨脹，在負(fù)極極片中加入體積平均粒徑dv50為0.1-0.8μm的粘結(jié)劑。但是若粘結(jié)劑的粒徑較小，其在漿料涂布烘干過程中容易造成粘結(jié)劑上浮現(xiàn)象，進(jìn)而不能起到粘結(jié)作用。因此，通過使粘結(jié)劑含有磺酸基、磷酸基、羥基、羧基、酰胺基、氨基、醛基、羰基、氰基、酸酐中的至少一種，這些親水性的基團(tuán)可以提高粘結(jié)劑與硅基材料、石墨材料的相互作用力，從而有效的改性小粒徑粘結(jié)劑在極片涂布烘干過程中粘結(jié)劑上浮的情況，促使粘結(jié)劑均勻停留在硅基材料的間隙中，進(jìn)而有效提高負(fù)極極片的內(nèi)聚力。

12、在一些實(shí)施方式中，所述硅基材料包括以下官能團(tuán)中的至少一種：羧基、羥基、醛基、羰基。

13、本技術(shù)實(shí)施例中，通過使硅基材料包括羧基、羥基、醛基、羰基中的至少一種官能團(tuán)，這些官能團(tuán)可以和粘結(jié)劑中的單體或官能團(tuán)有相互作用，進(jìn)而加強(qiáng)硅基材料和粘結(jié)劑的粘結(jié)效果。

14、在一些實(shí)施方式中，所述硅基材料的比表面積ssa滿足：2m2/g≤ssa≤10m2/g；可選地，2m2/g≤ssa≤4m2/g。

15、本技術(shù)實(shí)施例中，通過使硅基材料的比表面積滿足上述范圍，可以進(jìn)一步加強(qiáng)硅基材料和粘結(jié)劑的粘結(jié)作用，且材料的動(dòng)力學(xué)性能較好，有利于電池的首圈庫(kù)倫效率。

16、在一種可能的實(shí)施方式中，所述硅基材料的體積平均粒徑dv50為5-20μm，可選地，所述硅基材料的體積平均粒徑dv50為8-15μm。

17、本技術(shù)實(shí)施例中，通過使硅基材料的體積平均粒徑dv50為5-20μm，特別是8-15μm，既可以使負(fù)極極片具有較大的孔隙率以提高電池的快充性能，又可以降低因硅基材料的粒徑過大而導(dǎo)致的負(fù)極活性材料之間粘接力降低。

18、在一些實(shí)施方式中，所述硅基材料包括：碳基體顆粒，所述碳基體顆粒包括三維網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)的孔結(jié)構(gòu)；以及硅基納米顆粒，其至少一部分設(shè)置于所述三維網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)的孔結(jié)構(gòu)中。

19、本技術(shù)實(shí)施例中，碳基體顆粒具有穩(wěn)定的多孔骨架結(jié)構(gòu)，其支撐能力較強(qiáng)，表現(xiàn)為應(yīng)力能力較高，且具有優(yōu)異的機(jī)械性能和導(dǎo)電性；碳基體顆粒包括三維網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)的孔結(jié)構(gòu)，可供設(shè)置硅基納米顆粒的空間較多，可以用于大量?jī)?chǔ)硅；在多孔碳基體顆粒與硅基納米顆粒復(fù)合時(shí)，硅基納米顆粒不易發(fā)生團(tuán)聚，能夠均勻分散于碳基體顆粒的孔中；在碳基體顆粒與硅基納米顆粒復(fù)合后，可以提高硅碳復(fù)合材料的導(dǎo)電性，同時(shí)緩解硅在脫嵌鋰過程中的體積效應(yīng)，且能夠充分承受硅基納米顆粒的應(yīng)力變化，保證硅碳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高硅碳復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性和儲(chǔ)鋰能力，由此在硅碳復(fù)合材料應(yīng)用于電池時(shí)，提高電池的循環(huán)性能和能量密度。

20、在一種可能的實(shí)施方式中，在采用氣體吸脫附方法測(cè)試時(shí)，所述碳基體顆粒中孔徑大于100nm的孔的總孔容積記為v1?cm3/g，則v1≥0.01，可選地，0.01≤v1≤0.5；和/或，在采用氣體吸脫附方法測(cè)試時(shí)，所述碳基體顆粒中孔徑小于等于100nm的孔的總孔容積記為v2?cm3/g，則v2≥0.05，可選地，0.05≤v2≤1.1。

21、本技術(shù)實(shí)施例中，通過使碳基體顆粒的孔隙率滿足上述范圍時(shí)，孔占據(jù)骨架的體積適當(dāng)，既能夠保證骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，又能夠滿足沉積硅的容量，硅基納米顆粒附著于孔中，硅基納米顆粒和多孔碳基體顆?？梢詤f(xié)同發(fā)揮作用，從而提高硅碳復(fù)合材料的容量和導(dǎo)電性。

22、在一種可能的實(shí)施方式中，所述硅基材料包括硅碳材料、硅碳材料和硅氧材料的復(fù)合物中的至少一種。

23、本技術(shù)實(shí)施例中，通過在負(fù)極活性材料中添加硅基材料，特別是硅碳材料或硅氧材料和硅氧材料的復(fù)合物，有利于提高電池的能量密度。

24、在一種可能的實(shí)施方式中，所述硅氧材料包括siox，其中，0.4≤x≤1.6。

25、本技術(shù)實(shí)施例中，硅基材料中的硅氧材料不僅理論容量高、具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，還具有低成本、無(wú)毒、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)。通過采用硅氧材料，尤其是siox，其中，0.4≤x≤1.6，可以進(jìn)一步提高電池的性能。

26、在一種可能的實(shí)施方式中，所述硅碳材料包括硅碳復(fù)合物；基于所述硅碳復(fù)合物的總質(zhì)量計(jì)，所述硅碳復(fù)合物中的碳元素的質(zhì)量含量b和硅元素的質(zhì)量含量a的比值為1.3≤b/a≤2。

27、本技術(shù)實(shí)施例中，硅碳材料具備較高的理論容量和較好的循環(huán)性能。通過使硅碳材料包括硅碳復(fù)合物，其中硅元素占硅碳復(fù)合物的質(zhì)量占比a和碳元素占硅碳復(fù)合物的質(zhì)量占比b的比值為1.3≤b/a≤2，可以進(jìn)一步提高電池的性能。

28、在一種可能的實(shí)施方式中，所述粘結(jié)劑包括聚苯乙烯丁二烯共聚物及其改性物、聚苯乙烯-丙烯酸酯及其改性物、聚丙烯酸酯共聚物及其改性物、聚氨酯共聚物及其改性物、丁二烯與丙烯腈的共聚物及其改性物、聚四氟乙烯及其改性物、聚偏二氟乙烯及其改性物中的至少一種。

29、本技術(shù)實(shí)施例中，通過采用粘結(jié)力較好的聚苯乙烯丁二烯共聚物及其改性物、聚苯乙烯-丙烯酸酯及其改性物、聚丙烯酸酯共聚物及其改性物、聚氨酯共聚物及其改性物、丁二烯與丙烯腈的共聚物及其改性物、聚四氟乙烯及其改性物、聚偏二氟乙烯及其改性物中的至少一種作為粘結(jié)劑，有助于進(jìn)一步提高負(fù)極活性材料與負(fù)極集流體之間的粘結(jié)力。

30、在一種可能的實(shí)施方式中，基于100重量份的所述負(fù)極膜層計(jì)，所述硅基材料的重量份為25-50重量份，可選地，所述硅基材料的重量份為30-40重量份。

31、本技術(shù)實(shí)施例中，為了提高電池的能量密度和倍率性能，在負(fù)極活性材料中添加硅基材料，但是硅基材料含量越大，負(fù)極極片的孔隙率就越大，負(fù)極活性材料之間的粘接力就越差。因此，通過使硅基材料在負(fù)極膜層中的質(zhì)量占比為25％-50％，特別是30％-40％，有利于進(jìn)一步提高電池的性能。

32、在一種可能的實(shí)施方式中，所述負(fù)極活性材料還包括石墨；其中，基于100重量份的所述負(fù)極膜層計(jì)，所述石墨的重量份為45-70重量份，可選地，所述石墨的重量份為55-65重量份。

33、本技術(shù)實(shí)施例中，硅基材料具備較高的理論容量，但是其導(dǎo)電性能較差，因此若只選用硅基材料作為電池的負(fù)極活性材料時(shí)，電池的導(dǎo)電性能會(huì)很差。通過在負(fù)極活性材料中添加導(dǎo)電性能較好的石墨，并使石墨在負(fù)極膜層中的質(zhì)量占比為45％-70％，特別是55％-65％，可以維持電池較好的循環(huán)性能。

34、在一種可能的實(shí)施方式中，所述負(fù)極極片的壓實(shí)密度為1.0-2.2g/cm3，可選地，所述負(fù)極極片的壓實(shí)密度為1.2-1.8g/cm3。

35、本技術(shù)實(shí)施例中，通過使負(fù)極極片的壓實(shí)密度為1.0-2.2g/cm3，特別是1.2-1.8g/cm3，可以進(jìn)一步提高電池的能量密度。

36、在一種可能的實(shí)施方式中，所述負(fù)極極片的厚度為60-150μm，可選地，所述負(fù)極極片的厚度為90-130μm。

37、本技術(shù)實(shí)施例中，通過使負(fù)極極片的厚度為60-150μm，特別是90-130μm，可以進(jìn)一步提高電池的能量密度。

38、本技術(shù)的第二方面提供了一種電池單體，包括本技術(shù)第一方面中任一實(shí)施方式中所述的負(fù)極極片。

39、在一種可能的實(shí)施方式中，所述電池單體還包括正極極片，所述正極極片包括正極集流體和設(shè)于所述正極集流體至少一側(cè)的正極膜層，所述正極膜層包括正極活性材料。

40、在一種可能的實(shí)施方式中，所述正極活性材料包括lix(niacobmnc)1-dmdo2-yay，其中m包括zr、al、b、ta、mo、w、nb、sb、la中的至少一種，0.2＜x≤1.2，0.5≤a<1.0，0≤b<0.5，0≤c<1，0≤d<1，0≤y<0.02。

41、本技術(shù)的第三方面提供了一種電池，包括本技術(shù)第二方面所述的電池單體。

42、本技術(shù)的第四方面提供了一種用電裝置，包括根據(jù)本技術(shù)第三方面所述的電池。