本申請涉及二次電池，特別是涉及一種負極極片及其制備方法、二次電池和用電裝置。

背景技術：

1、這里的陳述僅提供與本申請有關的背景信息，而不必然構成現有技術。

2、近年來，隨著鋰離子電池的應用范圍越來越廣泛，鋰離子電池廣泛應用于水力、火力、風力和太陽能電站等儲能電源系統(tǒng)，以及電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領域。由于鋰離子電池取得了極大的發(fā)展，因此對其能量密度、循環(huán)性能和安全性能等也提出了更高的要求。金屬鋰具有極高的理論比容量(3860mah/g)，極低的還原電勢(-3.04v?vs標準氫電極)，因此鋰金屬被認為是下一代高能量密度鋰離子電池的優(yōu)選負極材料。

3、但是，由于電池循環(huán)過程中金屬鋰負極的體積膨脹和枝晶沉積問題，以及受限于金屬鋰的特性和加工水平的制約，要制備高性能的負極極片需要為金屬鋰提高支撐骨架。目前鋰金屬電池(即采用負極極片的鋰離子電池)的負極以連續(xù)銅箔與鋰帶機械輥壓復合的鋰銅復合帶為主，雖能作為負極使用，但其性能遠不及預期。銅箔的密度比金屬鋰的密度大了約16倍，導致電池的能量密度大大降低。相關技術多采用多孔結構的銅集流體來提高負極比能量，但是這又導致了金屬鋰和銅箔之間結合力下降，負極極片結構穩(wěn)定性變差，從而影響電池的循環(huán)壽命。因此，傳統(tǒng)的負極極片仍有待改進。

技術實現思路

1、本申請?zhí)峁┮环N負極極片及其制備方法、二次電池和用電裝置，可使電池兼具高能量密度和良好循環(huán)壽命。

2、為了達到上述目的，本申請的第一方面提供了一種負極極片，包括：

3、負極集流體，所述負極集流體具有多個開孔結構，所述開孔結構的邊緣具有凸起，所述開孔結構的邊緣平均粗糙度為0.2～3，所述開孔結構的邊緣最大粗糙度為2.5～6；

4、鋰基金屬層，所述鋰基金屬層復合在所述負極集流體至少一個表面上且至少覆蓋所述開孔區(qū)域的至少一部分，

5、其中，所述凸起嵌入所述鋰基金屬層中。

6、由此，本申請通過在負極集流體上設置開孔結構來降低負極集流體的重量以提高電池能量密度，并通過在開孔結構邊緣設置凸起，且使凸起嵌入鋰基金屬層中來提高鋰基金屬層和負極集流體的結合強度，進而提高負極極片結構穩(wěn)定性；進一步地，由這些顆粒狀凸起導致的開孔結構邊緣粗糙度保持在特定范圍內，以使這些凸起能夠嵌入鋰金屬層的同時，避免對隔膜造成穿刺短路的風險。本申請?zhí)峁┑呢摌O極片能夠使電池兼具較高的能量密度和良好的循環(huán)壽命。

7、在本申請第一方面的一些實施方式中，所述開孔結構的邊緣平均粗糙度為1.1～2.6，和/或，所述開孔結構的邊緣最大粗糙度為2.5～6.1。

8、在本申請第一方面的一些實施方式中，所述開孔結構的尺寸為0.01mm～2mm，可選為0.01mm～0.08mm；和/或，

9、相鄰兩個所述開孔結構的孔間距為0.01mm～0.6mm，可選為0.01mm～0.05mm。

10、在本申請第一方面的一些實施方式中，所述負極集流體的開孔率為20％～50％，可選為20％～35％。

11、在本申請第一方面的一些實施方式中，所述負極集流體的厚度為5μm～15μm，可選為5μm～8μm；和/或，

12、單側所述鋰基金屬層的厚度為10μm～50μm，可選為10μm～25μm。

13、在本申請第一方面的一些實施方式中，所述開孔結構包括圓孔、橢圓孔、梯形孔、四邊形孔和三角形孔中的一種或多種。

14、在本申請第一方面的一些實施方式中，所述負極集流體包括主體區(qū)和邊緣區(qū)，所述開孔結構設于所述主體區(qū)，所述鋰基金屬層設于所述主體區(qū)上，所述邊緣區(qū)位于所述主體區(qū)的至少一側；

15、可選地，所述邊緣區(qū)為非開孔結構；

16、可選地，所述邊緣區(qū)的面積與所述負極集流體面積的比值為0.1～0.3，進一步可選為0.1～0.2。

17、在本申請第一方面的一些實施方式中，所述負極集流體為銅箔。

18、在本申請第一方面的一些實施方式中，所述負極集流體的抗拉強度大于或等于150mpa，可選為250mpa～350mpa；和/或，

19、所述負極集流體的延展率大于或等于2.5％，可選為3.5％～4.5％。

20、本申請的第二方面還提供一種所述的負極極片的制備方法，包括以下步驟：

21、s10，采用化學刻蝕模板法刻蝕連續(xù)銅箔制備所述負極集流體；及

22、s20，將鋰基金屬設于所述負極集流體的至少一表面；可選地，通過壓延法將鋰基金屬復合于所述負極集流體的至少一表面。

23、由此，本申請?zhí)峁┑呢摌O極片的制備方法通過刻蝕商用連續(xù)銅箔來獲得，方便易操作，且成本較低。

24、在本申請第二方面的一些實施方式中，步驟s10包括：

25、在連續(xù)銅箔上涂抗蝕保護劑、用銷釘定位感光工具將圖形曝光在連續(xù)銅箔兩面、然后使用雙面工藝同步從兩面腐蝕連續(xù)銅箔。

26、本申請的第三方面進一步提供一種二次電池，包括所述的負極極片或者所述的制備方法制得的負極極片。

27、由此，本申請的二次電池由于包括上述負極極片，因而能夠兼具高能量密度和良好循環(huán)壽命。

28、本申請的第四方面提供一種用電裝置，包括本申請的第一方面的二次電池。

29、本申請的用電裝置包括本申請?zhí)峁┑亩坞姵?，因而至少具有與所述二次電池相同的優(yōu)勢。

30、本申請的一個或多個實施例的細節(jié)在下面的附圖和描述中提出。本申請的其他特征、目的和優(yōu)點將從說明書、附圖以及權利要求書變得明顯。

技術特征：

1.一種負極極片，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的負極極片，其特征在于，所述開孔結構的邊緣平均粗糙度為1.1～2.6，和/或，所述開孔結構的邊緣最大粗糙度為2.5～6.1。

3.根據權利要求1所述的負極極片，其特征在于，所述開孔結構的尺寸為0.01mm～2mm，可選為0.01mm～0.08mm；和/或，

4.根據權利要求1～3任一項所述的負極極片，其特征在于，所述負極集流體的開孔率為20％～50％，可選為20％～35％。

5.根據權利要求1所述的負極極片，其特征在于，所述負極集流體的厚度為5μm～15μm，可選為5μm～8μm；和/或，

6.根據權利要求1～5任一項所述的負極極片，其特征在于，所述開孔結構包括圓孔、橢圓孔、梯形孔、四邊形孔和三角形孔中的一種或多種。

7.根據權利要求1～5任一項所述的負極極片，其特征在于，所述負極集流體包括主體區(qū)和邊緣區(qū)，所述開孔結構設于所述主體區(qū)，所述鋰基金屬層設于所述主體區(qū)上，所述邊緣區(qū)位于所述主體區(qū)的至少一側；

8.根據權利要求1～5任一項所述的負極極片，其特征在于，所述負極集流體為銅箔。

9.根據權利要求1～5任一項所述的負極極片，其特征在于，所述負極集流體的抗拉強度大于或等于150mpa，可選為250mpa～350mpa；和/或，

10.一種如權利要求1～9任一項所述的負極極片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

11.根據權利要求10所述的負極極片的制備方法，其特征在于，步驟s10包括：

12.一種二次電池，其特征在于，包括權利要求1～9中任一項所述的負極極片或者權利要求10或11所述的制備方法制得的負極極片。

13.一種用電裝置，其特征在于，包括權利要求12所述的二次電池。

技術總結
本申請涉及一種負極極片及其制備方法、二次電池和用電裝置。所述負極極片包括：負極集流體和鋰劑金屬層，所述負極集流體具有多個開孔結構，所述開孔結構的邊緣具有凸起，所述開孔結構的邊緣平均粗糙度為0.2～3，所述開孔結構的邊緣最大粗糙度為2.5～6.1；所述鋰基金屬層設于所述負極集流體至少一個表面上且覆蓋所述開孔結構，所述凸起嵌入所述鋰基金屬層且被所述鋰基金屬層包覆。本申請?zhí)峁┑呢摌O極片能夠使電池兼具較高的能量密度和良好的循環(huán)壽命。

技術研發(fā)人員：仲寧,鐘韡,葛銷明,王夢杰
受保護的技術使用者：寧德時代新能源科技股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/19