CN117133857A - 负极片、电极组件、电池和用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种负极片、电极组件、电池和用电设备。该负极片包括：负极集流体以及设置于负极集流体上的负极活性物质层；其中，负极活性物质层设置有多个孔道。本申请的技术方案，可以减少负极片表层析锂的现象，降低锂枝晶生长刺穿隔膜的概率，提升电池的安全性。

Description

负极片、电极组件、电池和用电设备

技术领域

本申请涉及电池技术领域，更为具体地，涉及一种负极片、电极组件、电池和用电设备。

背景技术

节能减排是汽车产业可持续发展的关键。在这种情况下，电动车辆由于其节能环保的优势成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。而对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。

在电池技术的发展中，除了提高电池的性能外，安全问题也是一个不可忽视的问题。如果电池的安全问题不能保证，那该电池就无法使用。因此，如何增强电池的安全性，是电池技术中一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种负极片、电极组件、电池和用电设备，能够减少负极片表层析锂的现象，降低锂枝晶生长刺穿隔膜的概率，从而提升电池的安全性。

第一方面，提供了一种负极片，包括：负极集流体以及设置于所述负极集流体上的负极活性物质层；其中，所述负极活性物质层设置有多个孔道。

在本申请实施例中，负极集流体上的负极活性物质层设置有多个孔道，在电池充电时，正极片中的锂离子迁移到负极片，沉积于孔道中，这样，从正极片转移到负极片的锂离子就不会大量堆积于负极片表面，从而减少负极片表层析锂的现象，降低锂枝晶生长刺穿隔膜的概率，提升电池的安全性。

在一些实施例中，所述多个孔道在所述负极活性物质层中均匀分布。

孔道在负极活性物质层中均匀分布，可以保证负极活性物质层的整体结构平整，在支撑隔膜时，各处受力均匀，更有效支撑隔膜，保证电池的安全性。

在一些实施例中，所述孔道的宽度W为40um～1000um。

当孔道的宽度W太小时，锂离子沉积到孔道中的几率很小，锂离子很难沉积于孔道中，因此设置孔道的宽度不小于40um；而当孔道的宽度W太大时，负极片表面很不平整，支撑隔膜时使隔膜各处受力不均匀，容易损坏隔膜，影响电池的安全性，因此设置孔道的宽度W不大于1000um。

在一些实施例中，所述孔道的宽度W为100um～300um。孔道宽度在此范围内，锂离子可以优先沉积于孔道中，且不影响负极片的平整度，能够有效改善负极片表层析锂的现象。

在一些实施例中，相邻所述孔道之间的间距L为40um～500um。这样可以避免因孔道过于密集使负极活性物质层不平整，同时可以保证负极活性物质层有足够数量的孔道供锂离子沉积其中，有效改善负极片表层析锂的现象。

在一些实施例中，所述孔道包括沿第一方向延伸的第一沟道和沿第二方向延伸的第二沟道，多个所述第一沟道和多个所述第二沟道形成网格状结构，所述第二方向垂直于所述第一方向。

这种网格状结构的孔道一方面可以提供足够的空间供锂离子沉积其中，另一方面网格状结构空间刚度大，稳定性好，可以使负极片有足够的结构强度支撑隔膜，从而保证电池的安全性。

在一些实施例中，所述孔道为沿第一方向延伸的沟道，多个所述沟道沿第二方向排列形成条纹状结构，所述第二方向垂直于所述第一方向。该结构既保证负极活性物质层的平整性，又尽可能提供多的孔道供锂离子沉积其中，有效改善负极片表层析锂的现象。

在一些实施例中，所述孔道为孔洞，多个所述孔洞形成孔洞阵列结构。该结构既保证负极活性物质层的平整性，又尽可能提供多的孔道供锂离子沉积其中，有效改善负极片表层析锂的现象。

在一些实施例中，所述孔道通过激光刻痕加工形成。

激光刻痕可以降低涡流损耗，且该加工方式采用非接触加工，具有非常高的可靠性和可控制性。

在一些实施例中，所述负极活性物质层包括负极活性物质，所述负极活性物质的容量小于与所述负极片对应的正极片中的正极活性物质的容量。

通过减少负极活性物质的容量，实现负极片的减重，提升电池的重量能量密度。

在一些实施例中，所述负极活性物质的容量小于所述正极活性物质的容量的80％，以进一步提升电池的重量能量密度。

在一些实施例中，所述负极活性物质层未设置所述孔道的第一区域中的所述负极活性物质的容量大于所述第一区域对应的所述正极片的区域中的所述正极活性物质的容量。

这样可以保证第一区域中的负极活性物质可以提供足够的空位供锂离子沉积其中，避免出现析锂现象。

在一些实施例中，所述孔道中的所述负极活性物质的容量小于所述孔道对应的所述正极片的区域中的所述正极活性物质的容量。这样可以降低负极片整体的重量，提升电池的重量能量密度。

在一些实施例中，所述孔道中的所述负极活性物质的容量小于所述孔道对应的所述正极片的区域中的所述正极活性物质的容量的60％，提升电池的重量能量密度。

第二方面，提供了一种电极组件，包括：上述第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的负极片；正极片，包括正极集流体以及设置于所述正极集流体上的正极活性物质；隔膜，设置于所述负极片和所述正极片之间。

第三方面，提供了一种电池，包括：上述第二方面或第二方面的任意可能的实现方式中的电极组件。

第四方面，提供了一种用电设备，包括：上述第三方面或第三方面的任意可能的实现方式中的电池，所述电池用于提供电能。

本申请实施例的技术方案中，负极集流体上的负极活性物质层设置有多个孔道，在电池充电时，正极片中的锂离子迁移到负极片，沉积于孔道中，这样，从正极片转移到负极片的锂离子就不会大量堆积于负极片表面，从而减少负极片表层析锂的现象，降低锂枝晶生长刺穿隔膜的概率，提升电池的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。

图1为本申请一些实施例的车辆的结构示意图；

图2为本申请一些实施例的电池的分解结构示意图；

图3为本申请一些实施例的电池单体的分解结构示意图；

图4为本申请一些实施例的负极片的俯视图；

图5为图4中的负极片的侧视图；

图6为本申请一些实施例的负极片的俯视图；

图7为本申请一些实施例的负极片的俯视图；

图8为本申请一些实施例的负极片的俯视图；

图9为本申请一些实施例的电极组件的结构示意图。

在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请中，电池是指包括一个或多个电池单体以提供电能的物理模块。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池模块或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。

在一些实施例中，电池单体可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。通常，电池单体也可称之为电芯。电池单体可以呈圆柱体、扁平体、长方体、或其它规则或者不规则的形状。本申请实施例的技术方案可以应用于任何形状的电池单体。

电池单体包括电极组件和电解液，电极组件由正极片、负极片和隔膜组成。电池单体主要依靠金属离子在正极片和负极片之间移动来工作。正极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面，未涂敷正极活性物质层的集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的集流体，未涂敷正极活性物质层的集流体作为正极极耳。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面，未涂敷负极活性物质层的集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的集流体，未涂敷负极活性物质层的集流体作为负极极耳。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为碳或硅等。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。隔膜的材质例如可以为聚丙烯(Polypropylene，PP)或聚乙烯(Polyethylene，PE)等。此外，电极组件可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本申请实施例并不限于此。

目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。

在电池技术的发展中，除了提高电池的性能外，安全问题也是一个不可忽视的问题。发明人注意到，在电池的充放电使用过程中，电极组件中的负极片会发生表层析锂的现象，严重时，锂枝晶会生长刺穿隔膜，导致电池有发生短路的风险，影响电池的安全性。

鉴于此，本申请提供一种负极片，该负极片包括负极集流体以及设置于负极集流体上的负极活性物质层，负极活性物质层设置有多个孔道。在电池充电时，正极片中的正极活性物质的锂离子转移到负极片，沉积于孔道中，这样，从正极片转移到负极片的锂离子就不会大量堆积于负极片表面，从而减少负极片表层析锂的现象，降低锂枝晶生长刺穿隔膜的概率，提升电池的安全性。

本申请实施例公开的电池单体可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。可以使用具备本申请公开的电池单体、电池等组成该用电装置的电源系统，这样，有利于提高电池的可靠性和安全性。

本申请实施例提供一种使用电池作为电源的用电装置，用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。

以下实施例为了方便说明，以本申请一实施例的一种用电装置为车辆1为例进行说明。

请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆1的结构示意图。车辆1可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。车辆1的内部可以设置马达40，控制器30以及电池10，控制器30用来控制电池10为马达40的供电。例如，在车辆1的底部或车头或车尾可以设置电池10。电池10可以用于车辆1的供电，例如，电池10可以作为车辆1的操作电源，用于车辆1的电路系统，例如，用于车辆1的启动、导航和运行时的工作用电需求。在本申请的另一实施例中，电池10不仅仅可以作为车辆1的操作电源，还可以作为车辆1的驱动电源，替代或部分地替代燃油或天然气为车辆1提供驱动动力。

为了满足不同的使用电力需求，电池10可以包括多个电池单体。例如，如图2所示，为本申请一个实施例的一种电池10的结构示意图，电池10可以包括多个电池单体20。电池10还可以包括箱体11，箱体11内部为中空结构，多个电池单体20容纳于箱体11内。例如，多个电池单体20相互并联或串联或混联组合后置于箱体11内。

可选地，电池10还可以包括其他结构，在此不再一一赘述。例如，该电池10还可以包括汇流部件，汇流部件用于实现多个电池单体20之间的电连接，例如并联或串联或混联。具体地，汇流部件可通过连接电池单体20的电极端子实现电池单体20之间的电连接。进一步地，汇流部件可通过焊接固定于电池单体20的电极端子。多个电池单体20的电能可进一步通过导电机构穿过箱体而引出。可选地，导电机构也可属于汇流部件。

根据不同的电力需求，电池单体20的数量可以设置为任意数值。多个电池单体20可通过串联、并联或混联的方式连接以实现较大的容量或功率。由于每个电池10中包括的电池单体20的数量可能较多，为了便于安装，可以将电池单体20分组设置，每组电池单体20组成电池模块。电池模块中包括的电池单体20的数量不限，可以根据需求设置。电池可以包括多个电池模块，这些电池模块可通过串联、并联或混联的方式进行连接。

如图3所示，为本申请一个实施例的一种电池单体20的结构示意图，电池单体20包括一个或多个电极组件22、壳体21和端盖24。壳体21和端盖24形成外壳或电池盒。壳体21的壁以及端盖24均称为电池单体20的壁，其中对于长方体型电池单体20，壳体21的壁包括底壁和四个侧壁，底壁和四个侧壁连接形成放置电极组件22的容纳空间23。壳体21根据一个或多个电极组件22组合后的形状而定，例如，壳体21可以为中空的长方体或正方体或圆柱体，且壳体21的其中一个面具有开口以便一个或多个电极组件22可以放置于壳体21内。例如，当壳体21为中空的长方体或正方体时，壳体21的其中一个平面为开口面，即该平面不具有壁体而使得壳体21内外相通。当壳体21可以为中空的圆柱体时，壳体21的端面为开口面，即该端面不具有壁体而使得壳体21内外相通。端盖24覆盖容纳空间23的开口并且与壳体21连接，以形成放置电极组件22的封闭的腔体。壳体21内填充有电解质，例如电解液。

该电池单体20还可以包括两个电极端子241，两个电极端子241可以设置在端盖24上。端盖24通常是平板形状，两个电极端子241固定在端盖24的平板面上，两个电极端子241分别为正电极端子241a和负电极端子241b。每个电极端子241各对应设置一个连接构件25，或者也可以称为集流构件25，其位于端盖24与电极组件22之间，用于将电极组件22和电极端子241实现电连接。

如图3所示，每个电极组件22具有第一极耳221a和第二极耳222a。第一极耳221a和第二极耳222a的极性相反。例如，当第一极耳221a为正极极耳时，第二极耳222a为负极极耳。一个或多个电极组件22的第一极耳221a通过一个连接构件25与一个电极端子连接，一个或多个电极组件22的第二极耳222a通过另一个连接构件25与另一个电极端子连接。例如，正电极端子241a通过一个连接构件25与正极极耳连接，负电极端子241b通过另一个连接构件25与负极极耳连接。

在该电池单体20中，根据实际使用需求，电极组件22可设置为单个，或多个，如图3所示，电池单体20内设置有4个独立的电极组件22。

图4为本申请一些实施例的负极片221的俯视图。图5为图4中的负极片221的侧视图。参照图4和图5，负极片221包括负极集流体2211以及设置于负极集流体2211上的负极活性物质层2212，负极活性物质层2212设置有多个孔道2213。

负极片221是含有在放电时发生还原反应活性物质的具有高电势的电极片。负极片221包括负极集流体2211以及设置于负极集流体2211上的负极活性物质层2212。负极活性物质层2212可以包括碳素材料，比如，石墨、软碳(如焦炭)等、硬碳等，也可以包括非碳材料，比如，氮化物、PAS、锡基氧化物、锡合金、纳米负极材料，以及其他的一些金属间化合物等。负极集流体2211是将负极活性物质层2212中的负极活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此负极集流体2211应与负极活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小为佳。

本申请实施例中的负极活性物质层2212还设置有多个孔道2213。该孔道2213的开口朝向负极活性物质层2212远离负极集流体2211的表面以便从正极片222迁移到负极片221的锂离子沉积其中。

本申请实施例提供的负极片221中，负极集流体2211上的负极活性物质层2212设置有多个孔道2213，在电池10充电时，正极片222中的锂离子迁移到负极片221，沉积于孔道2213中，这样，从正极片转移到负极片221的锂离子就不会大量堆积于负极片221表面，从而减少负极片221表层析锂的现象，降低锂枝晶生长刺穿隔膜的概率，提升电池10的安全性。

在本申请实施例中，多个孔道2213在负极活性物质层2212中均匀分布。

应理解，负极活性物质层2212中的孔道2213可根据实际要求随意分布，本申请对此不做限定。

孔道2213在负极活性物质层2212中均匀分布，可以保证负极活性物质层2212的整体结构稳定，在支撑隔膜时，各处受力均匀，更有效支撑隔膜，保证电池10的安全性。

在本申请实施例中，如图4和图5所示，孔道2213的宽度W为40um～1000um。

当孔道2213的宽度W太小时，锂离子沉积到孔道2213中的几率很小，锂离子很难沉积于孔道2213中，因此设置孔道2213的宽度W不小于40um；而当孔道2213的宽度W太大时，负极片221表面很不平整，支撑隔膜时使隔膜各处受力不均匀，容易损坏隔膜，影响电池10的安全性，因此设置孔道2213的宽度W不大于1000um。

可选地，在本申请实施例中，孔道2213的宽度W为100um～300um。孔道宽度在此范围内，锂离子可以优先沉积于孔道2213中，且不影响负极片221的平整度，能够有效改善负极片221表层析锂的现象。

在本申请实施例中，如图4和图5所示，相邻孔道2213之间的间距L为40um～500um。这样可以避免因孔道2213过于密集使负极活性物质层2212不平整，同时可以保证负极活性物质层2212有足够数量的孔道2213供锂离子沉积其中，有效改善负极片221表层析锂的现象。

应理解，在本申请实施例中，孔道2213的深度可根据电池10的能量密度需求设计，不超过负极活性物质层2212的深度即可，本申请对此不做限定。

在本申请实施例中，如图6所示，孔道2213包括沿第一方向x延伸的第一沟道2213a和沿第二方向y延伸的第二沟道2213b，多个第一沟道2213a和多个第二沟道2213b形成网格状结构，第二方向y垂直于第一方向x。

这种网格状结构的孔道2213一方面可以提供足够的空间供锂离子沉积其中，另一方面网格状结构空间刚度大，稳定性好，可以使负极片221有足够的结构强度支撑隔膜，从而保证电池10的安全性。

在本申请实施例中，如图7所示，孔道2213为沿第一方向x延伸的沟道，多个沟道沿第二方向y排列形成条纹状结构，第二方向y垂直于第一方向x。该结构既保证负极活性物质层2212的平整性，又尽可能提供多的孔道2213供锂离子沉积其中，有效改善负极片221表层析锂的现象。

在本申请实施例中，如图8所示，孔道2213为孔洞，多个孔洞形成孔洞阵列结构。该结构既保证负极活性物质层2212的平整性，又尽可能提供多的孔道2213供锂离子沉积其中，有效改善负极片221表层析锂的现象。

以上图4至图8中的孔道2213仅为本申请一些实施例的中的孔道2213的结构的示例性示意图，本申请实施例中的孔道2213的结构不仅限于此，其他符合本申请中的孔道2213的设计要求的孔道结构均可以应用于本申请。

在本申请实施例中，孔道2213可以通过激光刻痕、激光造孔、带齿涂布刮刀、凹凸辊挤压半干膜片等方式加工形成。

应理解，本申请实施例中的孔道2213还可以通过其他方式加工形成，本申请对此不做限定。

可选地，在本申请实施例中，孔道2213通过激光刻痕加工形成。

激光刻痕通过减小取向硅钢主畴宽度来降低其涡流损耗,该方法利用激光束的热量在钢板的表面之下产生一弹性-塑性形变区域,通过在弹塑性形变区产生的压应力和刻痕间的张应力来减小取向硅钢主畴宽度,从而达到降低其涡流损耗的目的,这种方法由于大大降低了铁损,而且是非接触加工,具有非常高的可靠性和可控制性。

在本申请实施例中，负极活性物质层2212包括负极活性物质，负极活性物质的容量小于与负极片221对应的正极片中的正极活性物质的容量。

通过减少负极活性物质的容量，实现负极片221的减重，提升电池的重量能量密度。

可选地，在本申请实施例中，负极活性物质的容量小于正极活性物质的容量的80％，以进一步提升电池的重量能量密度。

在本申请实施例中，负极活性物质层2212未设置孔道2213的第一区域中的负极活性物质的容量大于第一区域对应的正极片的区域中的正极活性物质的容量。

这样可以保证第一区域中的负极活性物质可以提供足够的空位供锂离子沉积其中，避免出现析锂现象。

在本申请实施例中，孔道2213中的负极活性物质的容量小于孔道2213对应的所述正极片的区域中的正极活性物质的容量。这样可以降低负极片221整体的重量，提升电池的重量能量密度。

可选地，在本申请实施例中，孔道2213中的负极活性物质的容量小于孔道2213对应的所述正极片的区域中的正极活性物质的容量的60％，进一步提升电池的重量能量密度。

本申请实施例还提供了一种电极组件22，如图9所示，该电极组件22包括前述任一实施例所述的负极片221，正极片222以及隔膜223。

其中，正极片222包括正极集流体以及设置于正极集流体上的正极活性物质；隔膜223设置于负极片221和正极片222之间。

本申请实施例还提供了一种电池10，包括前述实施例中的电极组件22。

本申请实施例还提供了一种用电设备，包括前述实施例中的电池10，电池10用于提供电能，可选地，该用电设备可以为车辆1、船舶或航天器等，但本申请实施例对此并不限定。

以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

对本申请实施例中的电池10进行电学测试，具体测试结果见下表1。

该电学测试的测试策略是：满电状态时采用大倍率放电，形成大的极化过电位，使负极活性物质在放电初期便开始参与脱锂反应输出电量，然后部分锂金属会先扩散至负极活性物质中，再进行脱锂。该放电策略可以减少锂金属直接转化反应的比例，更多通过负极活性物质的脱嵌锂机制，来降低锂损耗速率，提升每次循环库伦效率和循环寿命。

具体地，该电学测试采用的是叠片电池，叠片电池堆叠顺序为单面正极片/隔膜/双面负极片221/隔膜/单面正极片。其中，正极片均采用的是相同的NCM811正极片，正极片均为普通正常涂布结构，负极活性物质主体均为石墨，综合负极容量/正极容量均＝0.6，负极片221采用的是常规水性制浆、双面涂布极片。

实施例1中，负极片冷压后，采用激光刻蚀方式在双面活性层刻蚀网格状孔道，孔道宽度为200um，间距为200um，通过控制激光功率来调节刻蚀深度为冷压后活性层厚度的～53％，使得综合负极活性物质容量/正极容量≈0.6。从表1中可以看出采用实施例1所述负极片组装的叠片电池，与对比例相比，平均库伦效率得到了明显提升，达到99.7％，容量保持率衰减至80％时的循环次数改善＞600％，从20次循环提升到了150次循环。同时，循环结束后的自放电水平也得到极大改善，平均电压降为0.1mV/h，锂枝晶刺穿微短路问题得到明显改善。

实施例2中，负极片冷压后，采用激光刻蚀方式在双面活性层刻蚀条纹状孔道，孔道宽度为200um，间距为200um，孔道刻蚀深度为冷压后活性层厚度的80％，使得综合负极活性物质容量/正极容量≈0.6。从表1中可以看出采用实施例2所述负极片组装的叠片电池，与对比例相比，平均库伦效率得到了明显提升，达到99.4％，容量保持率衰减至80％时的循环次数改善＞500％，从20次循环提升到了102次循环。同时，循环结束后的自放电水平也得到极大改善，平均电压降为0.2mV/h，锂枝晶刺穿微短路问题得到明显改善。

实施例3中，负极片冷压后，采用激光刻蚀方式在双面活性层刻蚀孔洞阵列孔道，孔洞直径为200um，阵列间距为200um，孔洞刻蚀深度为冷压后活性层厚度的80％，使得综合负极活性物质容量/正极容量≈0.6。从表1中可以看出采用实施例3所述负极片组装的叠片电池，与对比例相比，平均库伦效率得到了明显提升，达到99.6％，容量保持率衰减至80％时的循环次数改善＞600％，从20次循环提升到了135次循环。同时，循环结束后的自放电水平也得到极大改善，平均电压降为0.15mV/h，锂枝晶刺穿微短路问题得到明显改善。

实施例4中，负极片冷压后，采用激光刻蚀方式在双面活性层刻蚀网格状孔道，孔道宽度为40um，间距为40um，孔洞刻蚀深度为冷压后活性层厚度的80％，使得综合负极活性物质容量/正极容量≈0.6。从表1中可以看出采用实施例4所述负极片组装的叠片电池，与对比例相比，平均库伦效率提升有限，仅达到99.0％，容量保持率衰减至80％时的循环次数改善仅＞300％，从20次循环仅提升到了62次循环。同时，循环结束后的自放电水平改善也有限，平均电压降为0.34mV/h，负极片上未设置孔道区域和孔道中均会有析锂存在。

实施例5中，负极片冷压后，采用激光刻蚀方式在双面活性层刻蚀网格状孔道，孔道宽度为500um，间距为500um，孔洞刻蚀深度为冷压后活性层厚度的80％，使得综合负极活性物质容量/正极容量≈0.6。从表1中可以看出采用实施例5所述负极片组装的叠片电池，与对比例相比，平均库伦效率提升有限，仅达到98.9％，容量保持率衰减至80％时的循环次数改善仅＞200％，从20次循环仅提升到了51次循环。但循环结束后的自放电水平改善较明显，平均电压降为0.29mV/h，这是因为孔道较宽，析锂可都沉积在孔道内，可有效防范锂枝晶刺穿隔膜，因此自放电得到明显改善。但因放电时析锂层向负极片上未设置孔道的区域的活性物质扩散嵌锂路径较远，所以析锂层会有部分直接参与转换反应，锂消耗速率较快，故库伦效率、循环圈数改善幅度受限。

实施例6中，负极片冷压后，采用激光刻蚀方式在双面活性层刻蚀网格状孔道，孔道宽度为1000um，间距为1000um，孔洞刻蚀深度为冷压后活性层厚度的80％，使得综合负极活性物质容量/正极容量≈0.6。与对比例相比，平均库伦效率提升有限，仅达到98.6％，容量保持率衰减至80％时的循环次数改善仅为200％，从20次循环仅提升到了40次循环。同时，循环结束后的自放电水平改善也有限，平均电压降为0.43mV/h，这是因为孔道过宽，析锂层向负极片上未设置孔道的区域的活性物质扩散嵌锂路径更远，析锂层更多的直接参与转换反应，锂消耗速率较快，故库伦效率、循环圈数改善幅度更有限。

实施例7中，负极片冷压后，采用激光刻蚀方式在双面活性层刻蚀网格状孔道，孔道宽度为1200um，间距为1200um，孔洞刻蚀深度为冷压后活性层厚度的80％，使得综合负极活性物质容量/正极容量≈0.6。与对比例相比，平均库伦效率提升有限，仅达到98.4％，容量保持率衰减至80％时的循环次数改善不到200％，从20次循环仅提升到了33次循环。同时，循环结束后的自放电水平改善也有限，平均电压降为0.48mV/h，这是因为孔道过宽，析锂层向负极片上未设置孔道的区域的活性物质扩散嵌锂路径更远，析锂层更多的直接参与转换反应，锂消耗速率较快，故库伦效率、循环圈数改善幅度更有限。

在上述实施例中，实施例1，实施例2和实施例3的方案，对于电池的锂枝晶刺穿微短路问题的改善效果明显，电池的库伦效率、循环圈数、自放电水平也有明显改善，是本申请较为优选的实施例。以上优选实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请。

表1

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (17)

1.一种负极片(221)，其特征在于，包括：

负极集流体(2211)以及设置于所述负极集流体(2211)上的负极活性物质层(2212)；

其中，所述负极活性物质层(2212)设置有多个孔道(2213)。

2.根据权利要求1所述的负极片(221)，其特征在于，所述多个孔道(2213)在所述负极活性物质层(2212)中均匀分布。

3.根据权利要求1或2所述的负极片(221)，其特征在于，所述孔道(2213)的宽度W为40um～1000um。

4.根据权利要求3所述的负极片(221)，其特征在于，所述孔道(2213)的宽度W为100um～300um。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的负极片(221)，其特征在于，相邻所述孔道(2213)之间的间距L为40um～500um。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的负极片(221)，其特征在于，所述孔道(2213)包括沿第一方向(x)延伸的第一沟道(2231a)和沿第二方向(y)延伸的第二沟道(2231b)，多个所述第一沟道(2231a)和多个所述第二沟道(2231b)形成网格状结构，所述第二方向(y)垂直于所述第一方向(x)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的负极片(221)，其特征在于，所述孔道(2213)为沿第一方向(x)延伸的沟道，多个所述沟道沿第二方向(y)排列形成条纹状结构，所述第二方向(y)垂直于所述第一方向(x)。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的负极片(221)，其特征在于，所述孔道(2213)为孔洞，多个所述孔洞形成孔洞阵列结构。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的负极片(221)，其特征在于，所述孔道(2213)通过激光刻痕加工形成。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的负极片(221)，其特征在于，所述负极活性物质层(2212)包括负极活性物质，所述负极活性物质的容量小于与所述负极片(221)对应的正极片(222)中的正极活性物质的容量。

11.根据权利要求10所述的负极片(221)，其特征在于，所述负极活性物质的容量小于所述正极活性物质的容量的80％。

12.根据权利要求10或11所述的负极片(221)，其特征在于，所述负极活性物质层(2212)未设置所述孔道(2213)的第一区域中的所述负极活性物质的容量大于所述第一区域对应的所述正极片(222)的区域中的所述正极活性物质的容量。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的负极片(221)，其特征在于，所述孔道(2213)中的所述负极活性物质的容量小于所述孔道(2213)对应的所述正极片(222)的区域中的所述正极活性物质的容量。

14.根据权利要求13所述的负极片(221)，其特征在于，所述孔道(2213)中的所述负极活性物质的容量小于所述孔道(2213)对应的所述正极片(222)的区域中的所述正极活性物质的容量的60％。

15.一种电极组件(22)，其特征在于，包括：

根据权利要求1至14中任一项所述的负极片(221)；

正极片(222)，包括正极集流体以及设置于所述正极集流体上的正极活性物质；

隔膜(223)，设置于所述负极片(221)和所述正极片(222)之间。

16.一种电池(10)，其特征在于，包括根据权利要求15所述的电极组件(22)。

17.一种用电设备，其特征在于，包括根据权利要求16所述的电池(10)，所述电池(10)用于提供电能。