1.本发明一般涉及新能源材料技术领域，具体涉及一种负极极片、电极组件、储能装置和用电设备。
背景技术：
2.钠离子电池在制造和使用过程中，电池的安全性能至关重要。现有的钠离子电池的负极极片制作过程中，先把负极浆料均匀地涂覆在集流体上，然后将完成涂覆的集流体烘干后进行碾压，辊压完成需要进行模切，生产出适合工艺要求的极片。由于硬碳材料的硬度较大，完成涂覆、烘干工序的集流体在辊压过程中，容易出现断带问题，以及在刀模模切或者激光模切过程中易产生毛刺，严重影响了电池的安全性能。
技术实现要素：
3.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种负极极片、电极组件、储能装置和用电设备，通过设置加强层，有效改善了极片的断带和毛刺问题，提高了电池的安全性能。
4.第一方面，本发明提供一种负极极片，包括集流体、活性材料层和加强层，活性材料层设置在集流体的至少一侧表面，加强层设置于集流体表面且位于活性材料层的周侧；
5.其中，加强层包括粘结剂和碳材料，碳材料的莫氏硬度低于硬碳材料的莫氏硬度。
6.根据此方案，在活性材料层的周侧形成加强层，能够有效解决了在辊压过程中，空箔区受到剪切力出现断带的问题；加强层采用较软的碳材料，减少了辊压过程中的摩擦力，进一步防止极片出现断带问题，并且碳材料与粘结剂形成耐穿刺层，避免在模切过程中出现毛刺，进而提高极片的安全性。
7.作为可选的方案，碳材料包括石墨、石墨烯、科琴碳或碳纳米管中的至少一种。根据此方案，石墨、科琴碳或碳纳米管材料较软，具有润滑作用，能够有效防止极片断带。
8.作为可选的方案，碳材料包括石墨，石墨的粒径大小呈双峰分布，石墨的粒径范围为10um-50um。根据此方案，石墨的粒径大小呈双峰分布，可以使得石墨材料具有更低的摩擦系数，进而使得极片更不容易断裂。
9.作为可选的方案，粘结剂选自羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚乙烯醇和丙烯腈树脂中的一种或多种。根据此方案，粘结剂具有良好的粘结性，能够可靠将碳材料粘接在集流体上，同时粘结剂材料易得，成本低廉。
10.作为可选的方案，粘结剂包括羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸，且羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸的混合比例为(0.1～1):(0.1～1):(0.1～3)。根据此方案，羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸的混合物作为粘结剂，其中羧甲基纤维素钠起悬浮作用，丁苯橡胶增加极片柔韧性，聚丙烯酸增加粘接力，保证碳材料可靠粘接在集流体上的同时，有效避免极片断带，提高极片的安全性。
11.作为可选的方案，加强层中粘结剂的质量百分比为10％-50％。根据此方案，能够
保证加强层可靠粘接在集流体上，有效解决极片断带和毛刺的问题，同时方便生产。
12.作为可选的方案，加强层与活性材料层之间形成有接触区域，接触区域的宽度为0～5mm。根据此方案。方便加强层的设置，解决极片断带的同时，保证活性材料层的活性，使得极片具有良好的安全性。
13.作为可选的方案，加强层的涂覆厚度为100um～200um，加强层的涂覆宽度为5mm～20mm。根据此方案，有效改善极片的断带问题。
14.作为可选的方案，活性材料层的面密度与加强层的面密度比例为(1:1)～(2:1)。根据此方案，进一步保证活性材料具有良好的电池性能，加强层能够有效避免极片断带和出现毛刺。
15.作为可选的方案，活性材料层的剥离强度为5n/m～20n/m，加强层的剥离强度20n/m～100n/m。根据此方案，保证极片具有良好的电池活性，同时避免极片出现断带和毛刺，提高极片的安全性。
16.第三方面，本发明提供一种电极组件，包括第二方面的负极极片。根据此方案，电极组件具有较高的安全性。
17.第四方面，本发明提供一种储能装置，包括第三方面的电极组件。
18.第五方面，本发明提供一种用电设备，包括第四方面的储能装置，储能装置为用电设备供电。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考实施例来详细说明本技术。
21.第一方面，本发明的实施例提供一种负极极片，包括集流体、活性材料层和加强层，活性材料层设置在集流体的至少一侧表面，加强层设置于集流体表面且位于活性材料层的周侧；
22.其中，加强层包括粘结剂和碳材料，碳材料的莫氏硬度低于硬碳材料的莫氏硬度。
23.需要说明的是，本技术的负极极片可以适用于锂离子电池，钠离子电池等；对应地，集流体可以是铝箔或铜箔；活性材料层可以是现有的任意一种活性材料层，例如但不限于是天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、碳纤维、软碳、硬碳材料或硅碳负极材料中的一种或几种等，本技术的实施例对上述不做具体限定。
24.由于集流体上的涂覆的活性材料层区域一般是不连续的，各个活性材料层区域之间间隔设置，相邻活性材料层区域之间留有留白区，留白区用于分切。因此，在辊压过程中，极片上涂覆有活性材料层的区域和未涂覆活性材料层的区域(空箔区)以及两者的连接区域(削薄区)之间容易受到剪切出现断带的问题。基于此，本技术的实施例在集流体上设置加强层，加强层有利于减少集流体上空箔区和削薄区的剪切力，进而避免在辊压过程中出现断带问题。
25.可以理解的是，加强层设置在集流体上且位于活性材料层的周侧，当然，加强层涂覆也可以只设置在集流体的边缘处，本技术对此不做具体限定；加强层直接设置在集流体
上与活性材料层的边缘刚好接触，尽可能减小与活性材料层的重叠区域，以保证活性材料层具有优异的电池性能。其中，加强层可以是任意一种硬度低于硬碳材料硬度的碳材料，例如但不限于为石墨、石墨烯、科琴碳或碳纳米管等。
26.其中，碳材料通过粘结剂粘接在集流体上，避免碳材料脱落，有效解决极片在辊压过程中出现断带的问题，同时还可以形成耐穿刺层，避免在模切过程中出现毛刺。粘结剂可以是现有的任意一种非导电的聚合物粘结剂，例如但不限于是paa、pva等。需要说明的是，本技术实施例的粘结剂采用聚合物固体的形式而非水溶液的形式，在实际制造过程中，将粘结剂固化成膜。
27.本技术的实施例的负极极片解决了现有极片在辊压过程中容易出现断带，以及在模切过程中容易出现毛刺的问题。本技术的实施例通过在集流体上活性材料层的周侧形成加强层，能够有效解决了在辊压过程中，空箔区受到剪切力出现断带的问题；加强层采用较软的碳材料，减少了辊压过程中的摩擦力，进而能够有效防止极片出现断带问题，并且碳材料与粘结剂形成耐穿刺层，避免在模切过程中出现毛刺，进而提高极片的安全性。
28.作为可实现的方式，碳材料包括石墨。本实施方式中的石墨较软，石墨的莫氏硬度为1-2，属于非常软的材料，具有很好润滑和延展效果，因此，作为加强层设置在集流体上，能够有效防止在辊压过程中出现极片出现断带问题，提高了极片的使用安全。
29.在优选的实施例中，石墨的粒径大小呈双峰分布。本实施例的石墨的粒径大小呈双峰分布，可以使得石墨材料具有更低的摩擦系数，进而使得极片更不容易断裂。
30.需要说明的是，双粒径分布是指石墨具有两个平均粒径范围，而不是普通的粒径呈正态分布。本实施例中的石墨可以是直接购买商品化的石墨，也可以是将两种具有不同平均粒径的石墨进行混合得到，本技术的实施例对此不做具体限定。
31.示例地，石墨的粒径范围为10um-50um，本技术的实施例中作为加强层中的石墨的粒径分布需要出现两个峰值，例如一个峰值可以主要集中在10um附近，另一个峰值可以集中在50um。也就是说将粒径不同的石墨进行混合，使得石墨之间具有良好的润滑作用，更低的摩擦系数，进而使得极片在辊压过程中更不容易断裂。
32.作为可实现的方式，粘结剂选自羧甲基纤维素钠(cmc)、丁苯橡胶(sbr)、聚丙烯酸(paa)、聚乙烯醇(pva)和丙烯腈树脂(pan)中的一种或多种。本实施方式提供的粘结剂具有良好的粘结性，能够可靠将碳材料粘接在集流体上，同时粘结剂材料易得，成本低廉。
33.在优选的实施例中，粘结剂包括羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸，且羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸的混合比例为(0.1～1):(0.1～1)：(0.1～3)。
34.具体地，羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸的混合比例可以但不限于是1:1:1，1:1:2，1:1:3，1:0.3:1，1:0.1:0.1等，本技术的实施例对此不做具体限定。
35.本实施方式中，羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸的混合物作为粘结剂，其中羧甲基纤维素钠起悬浮作用，丁苯橡胶增加极片柔韧性，聚丙烯酸增加粘接力，保证碳材料可靠粘接在集流体上的同时，有效避免极片断带，提高极片的安全性。当羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸中的任意一种含量过低时，会降低粘结剂的性能，降低混合粘结剂的效果，无法可靠改善负极极片毛刺问题；当羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸中的任意一种含量过高时，导致其他粘结剂的含量降低，无法保证混合粘结剂的效果，从而无法有效改善负极极片的毛刺问题。
36.作为可实现的方式，加强层中粘结剂的质量百分比为10％-50％。
37.具体地，加强层中粘结剂的质量百分比可以但不限于是10％、20％、30％、40％或50％等。
38.本实施方式中粘结剂的质量百分比能够保证加强层可靠粘接在集流体上，有效解决极片断带和毛刺的问题，同时方便生产。当粘结剂的质量百分比低于10％，导致加强层整体的粘结力不够，无法解决模切过程中出现的毛刺问题；当粘结剂的质量百分比高于50％，导致碳材料的含量减少，使得加强层的延展和润滑作用不够，无法解决断带问题，同时粘结剂含量过高，导致整个加强层粘度过高，不利于生产。
39.作为可实现的方式，加强层与活性材料层之间形成有接触区域，接触区域的宽度为0～5mm。
40.可以理解的是，接触区域的宽度指的是加强层靠近活性材料层的边缘至朝向背离活性材料层延伸的宽度。加强层设置在集流体上，且位于活性材料层的周侧，在实际加工中，尽可能的减少加强层与活性材料层的接触，在保证活性材料层的电池性能的基础上，加强层与活性材料层的接触区域宽度可以是0-5mm范围内，既能保证加强层可以避免极片出现断带，提高极片的安全性，又方便加工。
41.具体地，接触区域的宽度可以但不限于是0、1mm、2mm、3mm、4mm或5mm等。
42.本实施方式中的接触区域的范围，方便加强层的设置，解决极片断带的同时，保证活性材料层的活性，使得极片具有良好的电池性能。当加强层与活性材料层之间不接触具有间隙时，无法解决极片在辊压过程中的断带问题，当加强层与活性材料层的接触区域的宽度大于5mm时，加强层覆盖活性材料层较多，导致活性材料层的性能下降，进而降低电池性能；对应地，如果加强层和活性材料层之间不存在接触区域，形成较大的间隙，导致负极极片上仍然存在空箔区和削薄区，无法解决负极极片在辊压过程中的断带问题。
43.在一些实施例中，加强层的涂覆厚度为100um～200um，加强层的涂覆宽度为5mm～20mm。
44.其中涂覆宽度指的是加强层与活性活性材料层接触的边缘至朝向背离活性材料层延伸的宽度。
45.具体地，加强层的涂覆厚度可以但不限于是100um、120um、130um、140um、150um、160um、170um、180um、190um或200um等；加强层的涂覆宽度可以但不限于是5mm、8mm、12mm、15mm、17mm或20mm等。
46.本技术的实施例公开的加强层的厚度和宽度，能够有效解决极片的断带问题和出现毛刺的问题。当加强层的厚度低于100um时，无法解决毛刺问题，且极片在辊压过程中容易出现断带问题；当加强层的厚度高于200um，不利于生产加工，且过厚的加强层容易与活性材料层之间形成高度差，从而造成极片不平整，影响极片的性能；当加强层的涂覆宽度低于5mm时，无法有效解决及极片的断带和毛刺问题，当加强层的涂覆宽度高于20mm时，造成材料浪费。
47.作为可实现的方式，活性材料层的面密度与加强层的面密度比例为(1:1)～(2:1)。本实施方式有利于进一步保证活性材料层具有良好的电池性能，加强层能够有效避免极片断带和出现毛刺。
48.具体地，活性材料层的面密度与加强层的面密度的比例可以但不限于为1:1、1:
0.5、1.5:1、2:1等。当活性材料层的面密度过低，加强层的面密度过高，会导致负极极片的电池性能大幅下降，同时无法有效解决负极极片的断带问题；当活性材料层的面密度过高，加强层的面密度过低，无法有效解决负极极片的断带和毛刺问题。
49.在一些实施例中，活性材料层的剥离强度为5n/m～20n/m，加强层的剥离强度20n/m～100n/m。
50.具体地，活性材料层的剥离强度可以但不限于为5n/m、10n/m、15n/m或20n/m，当活性材料层的剥离强度低于5n/m时，容易造成活性材料脱落，从而无法保证电池性能，当活性材料层的剥离强度高于2n/m时，加工制造困难；加强层的剥离强度可以但不限于为20n/m、30n/m、40n/m、50n/m、60n/m、70n/m、80n/m、90n/m或100n/m等，当加强层的剥离强度低于20n/m时，容易导致极片在模切时出现毛刺问题，当加强层的剥离强度高于100n/m时，加工制造困难。
51.本实施例中活性材料层的剥离强度有利于保证活性材料层可靠粘接在集流体上，保证极片具有良好的电池活性，加强层的剥离强度能够避免极片出现断带和毛刺，提高极片的安全性。
52.综上所述，本技术的实施例提供的负极极片，在活性材料层的周侧形成加强层，能够有效解决了在辊压过程中，空箔区受到剪切力出现断带的问题；加强层采用较软的碳材料，减少了辊压过程中的摩擦力，进一步防止极片出现断带问题，并且碳材料与粘结剂形成耐穿刺层，避免在模切过程中出现毛刺，进而提高极片的安全性；
53.并且，加强层中粘结剂的质量百分比能够保证加强层可靠粘接在集流体上，有效解决极片断带和毛刺的问题，同时方便生产；加强层与活性材料层之间的接触区域的宽度，方便加强层设置的同时，保证活性材料层的活性，提高极片的安全性。
54.第三方面，本发明提供一种电极组件，包括第二方面的负极极片。由此，该电极组件具备前面所述负极极片所具备的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该电极组件具有较高的安全性，在辊压过程中不会出现断带问题，且在模切过程中不会出现毛刺，进而具有良好的电池性能。
55.第四方面，本发明提供一种储能装置，包括第三方面的电极组件。可以理解的是，储能装置可以是锂离子电池或钠离子电池。由此，该储能装置具备前面所述负极极片的所具备的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该储能装置具有较高的安全性。
56.示例地，储能装置内设有一组化学电池，主要是利用电池内的化学元素做储能介质，充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变化，简单说就是把风能和太阳能产生的电能存在化学电池中，在外部电能的使用达到高峰时再将存储的电量释放出来使用，或者转移给电量紧缺的地方再使用。
57.储能装置的数量可以为多个，多个储能装置相互串联或并联，多个储能装置采用隔离板进行支撑及电连接。本实施例中，“多个”是指两个及两个以上。储能装置外部还可以设有储能箱，用于收容储能装置。
58.可选地，储能装置可包括但不限于单体电池、电池模组、电池包、电池系统等。本技术实施例提供的储能装置的实际应用形态可以为但不限于为所列举产品，还可以是其他应用形态，本技术实施例不对储能装置的应用形态做严格限制。本技术实施例仅以储能装置为多芯电池为例进行说明。当该储能装置为单体电池时，储能装置可以为圆柱电池、方形电
池等中的至少一种。
59.第五方面，本发明提供一种用电设备，包括第四方面的储能装置，该储能装置为用电设备供电。例如，用电设备可以是电动车辆等。由此，该用电设备具备前面所述的负极极片所具备的全部特征以及优点，在此不再赘述。
60.下面通过具体实施例对本发明进行说明，需要说明的是，下面的具体实施例仅仅是用于说明的目的，而不以任何方式限制本发明的范围，另外，如无特殊说明，未具体记载条件或者步骤的方法均为常规方法，所采用的试剂和材料均可从商业途径获得。
61.实施例1-20以及对比例1的负极极片的制备方法如下：
62.负极片的制备：
63.按照94:1.5:2:2.5的质量比混合硬碳材料，cmc，super-p和sbr，然后将其分散在去离子水中，得到活性材料浆料，将活性材料浆料涂敷在的铜箔上；将碳材料的浆料通过粘结剂粘接在铜箔上，位于活性材料浆料的周侧以及铜箔的边缘，将铜箔在鼓风烘箱中干燥，然后经过冷压、分切工序，得到负极片。
64.表1实施例1-20以及对比例1中制备使用的碳材料和粘结剂的用量比例
65.[0066][0067]
(1)断带测试方法
[0068]
断带频次是通过辊压过程中统计辊压米数和断带次数得到。
[0069]
(2)hi-pot不良率
[0070]
hi-pot不良是耐压测试仪接在裸电芯的正负极耳进行测试，仪器通过设定的ng条件判断是否通过hi-pot测试。hi-pot不良率一般在0.08％(检测一万颗电芯，有8颗不良)以下算符合要求。
[0071]
表2实施例1-20以及对比例1的负极极片测试结果
[0072]
[0073][0074]
根据表2示出的结果：
[0075]
相比于对比例1，实施例1-20的负极极片在辊压过程中并未出现断带，且实施例1-20的hi-pot不良率较低，均低于0.08％，而对比例1的hi-pot不良率为0.14％。说明，本技术的负极极片通过在活性材料层的周侧形成加强层，有效解决了在辊压过程中，空箔区受到剪切力出现断带的问题，并且在模切过程中的hi-pot不良率较低，提高了产品的合格率。
[0076]
其中，根据实施例3，实施例8和实施例9的测试结果可得，石墨、科琴碳和碳纳米管分别作为加强层的碳材料浆料，负极极片的断带测试均未出现断带问题，并且hi-pot不良率较低，保证负极极片在模切过程中不会出现毛刺；
[0077]
结合对比例1、实施例1、实施例10和实施例11的极片测试结果，本技术的实施例公开的不同的粘结剂均可以有效改善及极片的断带和毛刺问题；并且，实施例3-7的hi-pot不良率均低于实施例1、实施例10和实施例11的hi-pot不良率，说明采用组合的粘结剂能够进一步提高极片的良品率；并且本技术的实施例公开的羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸的混合物作为粘结剂，能够有效避免极片断带，且hi-pot不良率较低，进而提高极片的安全性；
[0078]
实施例1、实施例12-14的hi-pot不良率低于实施例15和实施例16的hi-pot不良率，说明本技术公开的加强层中的粘结剂的质量百分比保证加强层可靠粘接在集流体上，有效解决极片断带和毛刺的问题，同时方便生产。粘结剂含量过低会导致加强层粘结力不够，导致hi-pot不良率增加，粘结剂含量过高，导致碳材料的含量减少，使得加强层的延展和润滑作用不够；
[0079]
实施例1、实施例17-20的测试结果表明，本技术实施例的加强层厚度和宽度能够有效解决极片的断带问题和出现毛刺的问题。
[0080]
以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。