负极极片、电化学装置及电子设备的制作方法

本发明涉及电化学，尤其涉及负极极片、电化学装置及电子设备。

背景技术：

1、锂离子电池由于能量密度高、使用寿命长、自放电率低等优点，已经在电子产品、电动交通工具、大规模储能方面得到了广泛的应用。目前商业化锂离子电池主要采用石墨作为负极材料，石墨材料的理论容量在372mah/g，限制了电池能量密度的进一步提升。为了解决目前石墨负极比容量较低，无法满足高能量密度锂离子电池需求的问题，利用具有较高理论容量的硅基、磷基等负极材料进行替代是目前较有希望的解决方案。但是由于纯硅负极循环稳定性和首次库伦效率等性能满足不了商用需求，目前业界通常采用石墨+硅基负极材料混合使用的负极策略。

2、目前石墨+硅基负极是通过直接在浆料分散时混合在一起，虽然在一定程度上避免了硅负极的一些劣势，但是这种直接混合制备的复合负极仍然存在一定的问题。首先，这种常规复合负极中的硅颗粒在脱嵌锂时伴随的体积变化引起的应力累积会抑制锂离子嵌入到石墨中，导致石墨容量的衰退。其次，无规分散分布的硅颗粒在脱嵌锂时的较大的体积变化也会破坏电极的整体结构，影响电极的循环性能。此外，由于硅与石墨表面性质不同，这种差异也会造成粘结剂的粘接出现问题，导致掉粉开裂等问题的发生。

3、因此，如何制备兼具高容量、低膨胀及高循环稳定性的负极仍是目前研究的重点之一。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供负极极片、电化学装置及电子设备，通过将两种不同的负极活性材料分层叠设，能够抑制两层负极材料的膨胀，综合改善负极极片的倍率性能，还能够解决两层负极材料之间的界面问题，提高两层负极材料的连接稳定性，避免极片脱膜、开裂、掉粉问题，改善接触电阻，从而综合改善电化学装置的电化学性能。

2、第一方面，本技术提供一种负极极片，所述负极极片包括：

3、负极集流体，设置在所述负极集流体至少一侧的负极活性层；

4、所述负极活性层包括层叠设置的第一活性材料层及第二活性材料层，所述第一活性材料层位于所述第二活性材料层与所述负极集流体之间；

5、所述第一活性材料层包括硅基负极活性材料及含酸性基团的第一粘结剂；

6、所述第二活性材料层包括石墨类负极活性材料及含第一活性基团的第二粘结剂，其中，所述第一活性基团与所述酸性基团之间形成化学键连接。

7、在一些实施方式中，所述第一活性基团与所述酸性基团反应形成羧酸酯基、磺酸酯基、磷酸酯基、酰胺基、醚基、氨基甲酸酯基或脲基中的至少一种。

8、在一些实施方式中，所述酸性基团包括羧基、磺酸基和磷酸酯基中的至少一种。

9、在一些实施方式中，所述第一活性基团包括羟基、氨基、环氧基、异氰酸酯基及氮丙啶基中的至少一种。

10、在一些实施方式中，所述第一活性材料层中酸性基团的质量含量为0.0001％～5％。

11、在一些实施方式中，所述第二活性材料层中第一活性基团的质量含量为0.0001％～5％。

12、在一些实施方式中，所述第一活性材料层还包括第一导电剂，所述第一活性材料层中的第一导电剂的质量含量为a1％；所述第二活性材料层还包括第二导电剂，所述第一活性材料层中的第一导电剂的质量含量为a2％，且a1＞a2。

13、在一些实施方式中，所述第一活性材料层中的第一粘结剂的质量含量为b1％；所述第二活性材料层中的第二粘结剂的质量含量为b2％，且b1＞b2。

14、在一些实施方式中，所述第一活性材料层中的第一粘结剂的质量含量为3％～10％。

15、在一些实施方式中，所述第一粘结剂包括含酸性基团的丙烯酸类共聚物、含酸性基团的丙烯酸酯类共聚物、含酸性基团的丙烯腈类共聚物、含酸性基团的聚乙烯醇及其衍生物、含酸性基团的聚酰亚胺及其衍生物、含酸性基团的环氧树脂类共聚物、含酸性基团的丁腈橡胶、含酸性基团的氢化丁腈橡胶中的至少一种。

16、在一些实施方式中，所述第一活性材料层还包括偶联剂；所述第一活性材料层中的偶联剂的质量含量为0％～1％。

17、在一些实施方式中，所述偶联剂包括硅烷偶联剂、氮丙啶偶联剂、环氧偶联剂、异氰酸酯偶联剂和多元醇偶联剂中的至少一种。

18、在一些实施方式中，所述第二活性材料层中的第二粘结剂的质量含量为0.5％～2％。

19、在一些实施方式中，所述第二粘结剂包括含第一活性基团的聚氨酯乳液、含第一活性基团的丁苯乳液、含第一活性基团的丙烯酸酯乳液、含第一活性基团的苯丙乳液、含第一活性基团的乙丙乳液、含第一活性基团的eva乳液中的至少一种。

20、在一些实施方式中，所述第二活性材料层还包括分散剂；所述第二活性材料层中的分散剂的质量含量为0.5％～2％。

21、在一些实施方式中，所述分散剂包括羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、纤维素纳米纤维、海藻酸钠、壳聚糖、瓜尔胶、卡拉胶和明胶中的至少一种。

22、在一些实施方式中，所述第一活性材料层中的第一导电剂的质量含量为a1％，2≤a1≤10。

23、在一些实施方式中，所述第二活性材料层中的第二导电剂的质量含量为a2％，0.1≤a2≤1.5。

24、在一些实施方式中，所述第一导电剂、所述第二导电剂各自独立地包括导电碳黑、碳纳米管、石墨烯、导电石墨和碳纤维中的至少一种。

25、在一些实施方式中，所述硅基负极活性材料包括单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。

26、在一些实施方式中，所述石墨类负极活性材料包括天然石墨、人造石墨及碳材料中的至少一种。

27、在一些实施方式中，所述负极集流体的厚度为1μm～50μm。

28、在一些实施方式中，所述负极活性层的厚度为10μm～100μm。

29、在一些实施方式中，所述负极集流体包括铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、覆有导电金属的聚合物基底中的至少一种。

30、在一些实施方式中，所述负极集流体表面还设有导电涂层，所述导电涂层包括导电碳黑、碳纳米管、石墨烯、导电石墨和碳纤维中的至少一种。

31、在一些实施方式中，所述第一活性材料层与所述第二活性材料层的厚度比为r，1≤r≤15。

32、第二方面，本技术提供一种电化学装置，所述电化学装置包括第一方面所述的负极极片。

33、第三方面，本技术提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的电化学装置。

34、与现有技术相比，本技术至少具有以下有益效果：

35、本技术提供的负极极片，通过将石墨类负极活性材料与硅基负极活性材料分别形成层叠设置的第一活性材料层与第二活性材料层，含硅基负极活性材料的第一活性材料层位于第二活性材料层与负极集流体之间，形成双层结构复合负极极片。一方面，由于石墨类负极活性材料与硅基负极活性材料相互分开，可以避免了由于充放电循环过程中不同的活性材料体积变化导致的相互串扰，避免硅基材料在充放电过程中膨胀导致的石墨材料结构受损。另一方面，第一活性材料层更靠近负极集流体，可以有效减少其与电解液的副反应，避免了硅基负极活性材料直接接触电解液造成的性能快速衰减、界面层增厚等问题，提高极片的循环性能。

36、其次，针对双层活性层之间的界面问题、第一活性材料层和负极集流体之间的界面问题，在第一活性材料层中引入含酸性基图的第一粘结剂，第二活性材料层中引入含第一活性基团的第二粘结剂，第一活性基团与酸性基团可以相互发生化学反应，使得第一活性基团与所述酸性基团之间形成化学键连接，改善界面相容性及亲和性，提高了界面之间的粘接性能，避免了极片脱膜、开裂、掉粉问题；另外，第一活性材料层中的酸性基团还能够与负极集流体上的金属离子发生配位络合连接，增强了负极集流体与负极活性层的粘接性能，改善了接触电阻。

技术特征：

1.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括：

2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，其满足以下特征中的至少一种：

3.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性材料层还包括第一导电剂，所述第一活性材料层中的第一导电剂的质量含量为a1％；所述第二活性材料层还包括第二导电剂，所述第一活性材料层中的第一导电剂的质量含量为a2％，且a1＞a2。

4.根据权利要求1或3所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性材料层中的第一粘结剂的质量含量为b1％；所述第二活性材料层中的第二粘结剂的质量含量为b2％，且b1＞b2。

5.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性材料层中的第一粘结剂的质量含量为3％～10％；和/或，

6.根据权利要求5所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性材料层还包括偶联剂；所述第一活性材料层中的偶联剂的质量含量为0％～1％；和/或，

7.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第二活性材料层中的第二粘结剂的质量含量为0.5％～2％；和/或，

8.根据权利要求7所述的负极极片，其特征在于，所述第二活性材料层还包括分散剂；所述第二活性材料层中的分散剂的质量含量为0.5％～2％；和/或，

9.根据权利要求3所述的负极极片，其特征在于，其满足以下特征中的至少一种：

10.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，其满足以下特征中的至少一种：

11.根据权利要求1～10任一项所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性材料层与所述第二活性材料层的厚度比为r，1≤r≤15。

12.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括权利要求1～11任一项所述的负极极片。

13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求12所述的电化学装置。

技术总结
本申请涉及负极极片、电化学装置及电子设备，本申请提供的负极极片包括：负极集流体，设置在所述负极集流体至少一侧的负极活性层；所述负极活性层包括层叠设置的第一活性材料层及第二活性材料层，所述第一活性材料层位于所述第二活性材料层与所述负极集流体之间；所述第一活性材料层包括硅基负极活性材料及含酸性基团的第一粘结剂；所述第二活性材料层包括石墨类负极活性材料及含第一活性基团的第二粘结剂，其中，所述第一活性基团与所述酸性基团之间形成化学键连接。负极极片能够在提高负极极片的综合比容量，还能改善循环稳定性，抑制极片的体积膨胀，提升电化学装置的电化学性能。

技术研发人员：汤哲浩,沙玉静,李春浩,孙永明,夏圣安
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5