[发明专利]一种负极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种负极及其制备方法和应用。所述负极包括负极集流体以及位于所述负极集流体表面的负极活性层，所述负极活性层包括负极活性物质、粘结剂、导电剂和热引发剂，其中，所述热引发剂包括贫氧环境下发生反应的碳材料。本发明通过在负极活性层中加入贫氧环境下发生反应的碳材料。一旦电芯持续热失控出现防爆阀爆裂时，碳材料可在高温下分解产生二氧化碳气体，这样可以在电芯内部积累大量二氧化碳气体，起到了遏制明火的产生及蔓延的作用，在很大程度上有效地降低了热失控产生的风险，延缓了火势，给系统争取了处理时间，从而提升了锂离子电池的热稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种负极及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池因其轻便、长续航和长寿命等特点，广泛被应用于储能及动力市场领域。但锂电池电池在使用过程中因为某些物理及化学原因，一旦出现热失控现象，极易出现灾难性的事故。

目前电芯内部基本上是隔绝氧气的状态，在电芯剧烈产热到出现火花的过程中，往往无法人为预警干涉，导致最终电芯起火燃烧。

常规的预防热失控方法可以分为三类：第一，防止滥用。例如安装电路熔断装置、改善机械挤压冲击性能力学涂层、抗过充设计以及具有脆弱部能够发生解体的集流体设计，但是，防止滥用方面，所采用的措施通常针对某一种滥用形式所设定，在发生其他滥用行为时，所述方法将不再适用。第二，阻止电池内短路以阻止热失控发生。例如利用特殊的正负极结构设计，使得电池在受到挤压时，正负极先发生短路，放掉部分能量，防止出现热失控；热失控阻断装置与电池壳体接触，用于传递电池壳体上的热量，当其上的温度上升到预设温度值时，使得电池外部发生短路；使用额外的连接片在电池热失控前形成正负极之间的短路连接；在电池最外部设置多一圈的集流体以使得短路优先发生在壳体和卷芯之间；以及将集流体上增加自溃散结构，在电池受到撞击时自动破裂成碎片结构，阻止进一步地短路。仅仅阻止内短路，并不能从根本上阻止热失控的发生，这些阻止内短路的装置或设计，并不能有效的阻止热失控。

CN210120216U公开了一种快速降温预防热失控的二次电池，包括二次电池壳体、设置于二次电池壳体内的电芯，以及安装于二次电池壳体顶部、与电芯电连接的二次电池顶盖；还包括设置于二次电池顶盖上的外短路触发装置、设置于二次电池壳体底部或侧面上的外短路集热装置、设置于外短路集热装置上的冷却装置，以及一端与外短路触发装置相连、另一端与外短路集热装置相连的外短路线路。该文献中的仅仅阻止内短路，并不能从根本上阻止热失控的发生，这些阻止内短路的装置或设计，并不能有效的阻止热失控。

第三，添加阻燃剂和灭火剂。一类是阻燃剂和灭火剂添加在电池外部，这样不仅无法抑制电池内部的热失控化学反应，而且也较难对电池降温。较高的温度和持续的热失控化学反应可能引发更多电池失效。另一类是阻燃剂和灭火剂添加在电池内部，虽然可以有效抑制电池内部热失效，但同时阻燃剂和灭火剂还会对电解液的性能产生影响。因此，研究人员又提出“胶囊型阻燃剂”，即通过胶囊外壳将阻燃剂材料包覆在胶囊内，将灭火剂和电解液、正极、负极有效隔离，通过胶囊外壳材料的熔化释放阻燃剂材料来抑制热失控。但是，一方面胶囊外壳材料先熔化，胶囊外壳材料会阻挡阻燃剂的释放以及与化学反应物的充分接触，另一方面阻燃剂的释放速度太慢，远远慢于热失控的反应速度，因此导致无法有效控制热失控。

CN113224439A公开了一种热压式阻燃型电源保护系统，属于电源领域，它通过保护垫来包裹锂电池本体达到保护的目的，首先当锂电池本体受到外部的撞击时，保护垫能吸收一部分撞击能量以防止锂电池本体的外壳破裂，同时保护垫将相邻的两个锂电池本体隔开，有效避免因一个锂电池本体的热失控而引发的连锁反应，其次在热失控开始发生时，高温热量使热膨胀球膨胀变大以将阻燃剂从胶囊壳中挤出来，从而在出现明火后可有效阻止火势的扩大、蔓延，阻燃剂中填充的吸收球可吸收泄漏出来的电解液，一定程度的减少燃烧物的量，进一步阻止火势的扩大，灭火颗粒在电池燃烧时释放出干冰吸收热量升华变为气体隔绝了空气，有效的阻止火势的蔓延。该文献中的阻燃胶囊存在上述三中的问题。