[发明专利]负极极片与包含其的电化学装置

说明书

本申请涉及负极极片与包含其的电化学装置。具体地，所述负极极片包括：集流体；位于所述集流体上的负极骨架；其中所述负极骨架至少包括第一负极骨架层和第二负极骨架层，所述第一负极骨架层位于所述集流体与所述第二负极骨架层之间，且其中所述第一负极骨架层的孔隙率大于所述第二负极骨架层的孔隙率。通过采用这种设计，能够减少锂金属与电解液之间的副反应、抑制锂枝晶的形成以及大幅度地缓解甚至消除由锂离子的嵌入和脱出带来的负极极片体积的剧烈膨胀和收缩，从而能够增强电化学装置的安全性和稳定性。

技术领域

本申请涉及储能技术领域，更具体地，涉及负极极片与包含其的电化学装置。

背景技术

伴随着科技的不断进步和对环保要求的不断提高，电化学装置在我们日常生活中扮演着越来越重要的角色。其中，锂离子电池凭借其具有比能量大、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等优势而在消费电子领域中广泛应用。然而，随着电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对电化学装置的能量密度、安全性、循环性能等方面的要求越来越高。其中，体积能量密度与质量能量密度是衡量电化学装置性能的重要参数。

锂金属是所有金属元素中相对原子质量最小(6.94)、标准电极电位(-3.045V)最低的金属，其理论克容量可达到3860mAh/g。因此，使用锂金属作为电化学装置的负极，配合一些高能量密度的正极材料，可以大大提高电化学装置的能量密度及其工作电压。然而，在真正的商业化应用中，锂金属作为电化学装置的负极极片在充放电循环过程中可能会存在各种问题，从而阻止锂金属作为负极活性材料的商业化。

发明内容

本申请发现在锂金属作为电化学装置的负极活性材料时，在电化学装置的充放电过程中可能会遇到如下问题：

(1)锂金属很活泼，非常容易与电化学装置中的电解液发生副反应，导致锂金属和电解液的同时消耗，使得循环库伦效率大大低于一般以石墨为负极活性材料的电化学装置；

(2)在电化学装置充放电的过程中，锂金属会在负极极片表面沉积。由于电流密度和电解液中锂离子浓度的不均匀性，会出现在某些点位沉积速度过快的现象，形成尖锐的锂枝晶结构；锂枝晶的形成会导致电化学装置的能量密度降低，甚至可能会刺穿电化学装置中的隔膜而导致短路，引发安全问题；

(3)在电化学装置充放电的过程中，负极极片会发生剧烈的膨胀和收缩；按照目前商用锂离子电池的一般设计，在电化学装置自满充状态至满放状态的过程中，单面涂敷有锂金属的负极的厚度变化范围为8μm至100μm；这会导致锂金属负极活性层与其相邻结构(例如，集流体)之间的界面发生剥离，大大增加电化学装置的阻抗，降低电化学装置的稳定性。

鉴于上述问题，本申请提供一种负极极片与包含其的电化学装置以试图在至少某种程度上解决上述至少一个问题。

在一些实施例中，本申请提供了一种负极极片，其包括：集流体；位于所述集流体上的负极骨架；其中所述负极骨架至少包括第一负极骨架层和第二负极骨架层，所述第一负极骨架层位于所述集流体与所述第二负极骨架层之间，且其中所述第一负极骨架层的孔隙率大于所述第二负极骨架层的孔隙率。

在一些实施例中，本申请提供了一种电化学装置，其包括上述实施例中的负极极片。

在一些实施例中，本申请提供了一种电子装置，其包含上述实施例中的电化学装置。

本申请构建了一种特殊的负极骨架以用于锂金属负极，其中所述负极骨架位于集流体上且包括具有不同孔隙率的至少两层，即第一负极骨架层(例如，其靠近所述集流体，也可称之为“内层”)和第二负极骨架层(例如，其相较于第一负极骨架层而远离所述集流体，也可称之为“外层”)。其中，本申请所述的第一负极骨架层具有较大的孔隙率，能够实现以下作用：