电化学装置和电子装置的制作方法

本申请涉及电化学领域，尤其涉及一种负极、包括该负极的电化学装置和电子装置。

背景技术：

1、目前锂离子电池快充负极的研发多从材料端展开。石墨作为常用负极，经掺杂包覆和颗粒改性后，可一定程度上满足快充需求，但电池的能量密度已接近上限。而硬碳材料克容量高，具有无定形结构，能给锂离子提供更多的嵌入/脱出通道，有利于电池的快速充放。但自身电子电导率偏低也给其动力学性能带来了负面影响。若减小颗粒尺寸，虽能增加接触面积提高电子电导率，但会带来首圈库伦效率下降等问题。

2、因此，迫切需要对负极进行合理设计，兼顾电池能量密度及安全性的同时提高电池的快速充电能力。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本申请提供一种包括双活性材料层的负极，通过对两个活性材料层的硬碳颗粒进行调控，不仅确保负极的嵌脱锂动力学性能得到提升，还能提高首圈库伦效率。

2、在第一方面，本申请提供一种负极，该负极包括集流体和位于集流体上的负极活性材料层，其中，负极活性材料层包括第一活性材料层和第二活性材料层，第一活性材料层包括第一硬碳材料，第一硬碳材料的dv50以d1v50表示，满足5μm≤d1v50≤12μm，并且第一活性材料层的厚度t1≤45μm；第二活性材料层包括第二硬碳材料，第二硬碳材料的dv50以d2v50表示，满足2μm≤d2v50＜5μm，第二活性材料层的厚度t2≤30μm。根据本申请的一些实施方式，第二活性材料层位于第一活性材料层的表面。根据本申请的实施方式，第一活性材料层位于集流体与第二活性材料层之间。

3、第一活性材料层(也可称为第一活性物质层)的硬碳颗粒大，主要发挥储锂功能；第二活性材料层(也可称为第二活性物质层)的硬碳颗粒小，有利于电解液浸润，诱导锂离子从电解液快速转移进入负极，降低锂离子电池在快速充电时的析锂风险。

4、根据本申请的一些实施方式，20μm≤t1≤40μm。

5、根据本申请的一些实施方式，10μm≤t2≤25μm。t2过大，小颗粒与电解液接触面大，首圈sei成膜过程中发生的副反应多。

6、根据本申请的一些实施方式，1.0≤t1/t2≤3.0。限定t1与t2的相对关系，在第二活性材料层中匹配足够多的小颗粒硬碳起到传导作用，才能使极片拥有较好的嵌锂动力学，降低析锂风险。

7、根据本申请的一些实施方式，所述负极活性材料层满足如下条件(a)至(c)中至少一者：(a)所述负极的孔隙率p为30％至50％；(b)所述负极活性材料层包括负极活性材料，满足：1<p×[(dv50负)2－dv90负]<40，其中，p表示所述负极的孔隙率，dv50负表示所述负极活性材料的dv50值，单位为μm，dv90负表示所述负极活性材料的dv90值，单位为μm；(c)所述负极的x射线衍射图谱中，在22°至26°之间存在吸收峰，且所述吸收峰的半峰宽为5°至10°。

8、负极的孔隙率较大，能有效的增加克容量，当负极的孔隙率与负极活性材料的dv50值合理匹配，不仅有效增加了克容量，而且较好的改善了析锂。

9、根据本申请的一些实施方式，第一活性材料层包含导电剂，所述导电剂包含导电炭黑(sp)、乙炔黑(ab)、科琴黑(kb)、碳纳米管(cnt)或石墨烯中的至少一种。硬碳颗粒整体上呈不规则块状。大尺寸硬碳颗粒间存在较多空隙，负载到集流体上不利于电子传导，会在充电时影响负极嵌锂反应的进行。因此，需在第一活性材料层中引入导电剂加以改善。

10、在第二方面，本申请提供了一种电化学装置，该电化学装置包括正极、隔膜、电解液和如本申请第一方面所述的负极。

11、根据本申请的一些实施方式，(d1－d2)/d1≤3％，d1表示所述电化学装置100％soc时的负极厚度，d2表示所述电化学装置50％soc时的负极厚度。石墨是碳层的有序堆叠，嵌锂后碳层将定向膨胀，因此含有石墨的负极(或者含有石墨的电芯)充放电前后膨胀偏大，变形程度更大。而硬碳属无定形碳，有着很好的各向同性，嵌锂后膨胀会被分散到各个方向，硬碳在负极厚度膨胀方面更具优势，因此本公开的负极厚度变化小于或等于3％。

12、根据本申请的一些实施方式，所述电解液包括氟醚、氟代碳酸乙烯酯或醚腈中至少一种。氟代碳酸乙烯酯可以有效的稳定本申请所公开的负极，改善固体电解质界面膜(sei膜)稳定性。

13、根据本申请的一些实施方式，所述电解液包括锂盐，所述锂盐包括双(氟磺酰基)酰亚胺锂和六氟磷酸锂，所述锂盐的浓度为1mol/l至2mol/l，且双(氟磺酰基)酰亚胺锂和六氟磷酸锂的质量比为0.06至5。双氟磺酰亚胺锂(lifsi)，能与实施例所公开的硬碳负极协同作用，能有效的改善其循环性能和膨胀性能。

14、在第三方面，本申请提供了一种电子装置，该电子装置包括本申请第二方面所述的电化学装置。

15、当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种电化学装置，包括正极、隔膜、电解液和负极，所述负极包括集流体和位于所述集流体上的负极活性材料层，其中，所述负极活性材料层包括第一活性材料层和第二活性材料层，

2.根据权利要求1所述的电化学装置，5.5μm≤d1v50≤10.5μm。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，2.2μm≤d2v50≤4.5μm。

4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，25μm≤t1≤40μm。

5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，10μm≤t2≤25μm。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，1.0≤t1/t2≤3.0。

7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极满足如下条件(a)至(b)中至少一者：

8.根据权利要求7所述的电化学装置，其中，满足：(d1－d2)/d1≤3％，d1表示所述电化学装置100％soc时的负极厚度，d2表示所述电化学装置50％soc时的负极厚度。

9.根据权利要求7所述的电化学装置，所述电解液包括氟醚、氟代碳酸乙烯酯或醚腈中至少一种。

10.一种电子装置，包括权利要求1至9中任一项所述的电化学装置。

技术总结
本申请涉及一种电化学装置和电子装置。电化学装置，包括正极、隔膜、电解液和负极，负极包括集流体和负极活性材料层，其中，负极活性材料层包括第一活性材料层和第二活性材料层，所述第一活性材料层包括第一硬碳材料，所述第一硬碳材料的Dv50以D<supgt;1</supgt;v50表示，满足5μm≤D<supgt;1</supgt;v50≤12μm，所述第一活性材料层的厚度T<subgt;1</subgt;≤45μm；第二活性材料层包括第二硬碳材料，所述第二硬碳材料的Dv50以D<supgt;2</supgt;v50表示，满足2μm≤D<supgt;2</supgt;v50＜5μm，所述第二活性层的厚度T<subgt;2</subgt;＜30μm。本申请提供的负极的嵌脱锂动力学性能得到提升。

技术研发人员：郑席,刘茜,杜鹏,谢远森
受保护的技术使用者：宁德新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15