CN104795531A - 锂离子电池及其极片 - Google Patents

Abstract

一种锂离子电池以及其极片。极片包括：集流体，在所述集流体的表面粘结有活性物质层，在所述集流体的正面以及反面还分别粘结覆盖有覆膜层，所述活性物质层被覆盖在所述覆膜层与所述集流体之间。应用该技术方案有利于降低电池的短路率。

Description

锂离子电池及其极片

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池以及其极片。

背景技术

随着穿戴电子产品的问世，用户可弯折的柔性锂离子电池已成为该领域能源供给的关注焦点，

本发明人在进行本发明的研究过程中发现，现有技术的锂离子电池存在如下的缺陷：

目前的柔性锂离子电池制作过程中绝大部分需要采用制袋工艺制成，极片容易掉粉，短路率较高，合格率偏低，造成成本增加，资源浪费。

发明内容

本发明实施例的目的之一在于提供一种锂离子电池以及其极片，应用该技术方案有利于降低电池的短路率。

本发明实施例提供的一种锂离子电池用极片，包括：集流体，在所述集流体的表面粘结有活性物质层，

在所述集流体的正面以及反面还分别粘结覆盖有覆膜层，所述活性物质层被覆盖在所述覆膜层与所述集流体之间。

可选地，在所述集流体的四个侧面上还覆盖有所述覆膜层。

可选地，所述覆膜层为：由隔膜材料形成的膜层。

可选地，所述覆膜层为：由粘结材料形成的膜层。

可选地，所述覆膜层由以下摩尔配比的组分制成：

甲苯二异氰酸酯：1.20—2.80份；

聚乙二醇：0.60—1.40份；

丙烯酸羟乙酯：0.66-1.54份。

可选地，所述覆膜层由以下摩尔配比的组分制成：

甲苯二异氰酸酯：聚乙二醇：丙烯酸羟乙酯＝2：1：1.1。

可选地，所述覆膜层包括：位于里层的陶瓷材料、以及覆盖在所述陶瓷材料层外层的聚烯烃树脂膜层。

可选地，所述聚烯烃树脂膜层为：聚乙烯膜层，或者聚丙烯膜层。

可选地，所述极片为正极片、或者负极片。

可选地，所述覆膜层通过覆膜工艺，包裹在已涂覆有所述活性物质层的所述集流体外。

本发明实施例提供的一种锂离子电池，其包括第一极片、第二极片，

所述第一极片包括集流体、以及涂覆在所述集流体表面且露出在所述第一极片表面的活性物质层，

所述第二极片为权利要求1至10之任一所述的极片，

所述第一极片为正极片、负极片的其中之一，所述第二极片为所述正极片、负极片的另一。

可选地，所述覆膜层为：由隔膜材料形成的膜层；

所述第一极片与所述第二极片面对面相对接触，在所述第二极片与所述第二极片之间未间隔有隔膜片。

可选地，所述覆膜层为：由粘结材料形成的膜层，

在各所述第一极片、以及第二极片之间分别间隔有隔膜片。

可选地，所述锂离子电池为用户可弯折的柔性锂离子电池。

11、一种锂离子电池，其特征是，包括第一极片、第二极片，

所述第一极片包括集流体、以及涂覆在所述集流体表面且露出在所述第一极片表面的活性物质层，

所述第二极片为权利要求1至10之任一所述的极片，

所述第一极片为正极片、负极片的其中之一，所述第二极片为所述正极片、负极片的另一。

12、根据权利要求11所述的锂离子电池，其特征是，

所述覆膜层为：由隔膜材料形成的膜层；

所述第一极片与所述第二极片面对面相对接触，在所述第二极片与所述第二极片之间未间隔有隔膜片。

13、根据权利要求11所述的锂离子电池，其特征是，

所述覆膜层为：由粘结材料形成的膜层，

在各所述第一极片、以及第二极片之间分别间隔有隔膜片。

14、根据权利要求10所述的锂离子电池，其特征是，

所述锂离子电池为用户可弯折的柔性锂离子电池。

由上可见，应用本实施例技术方案，无论该极片是单面涂覆还是双面涂覆，在集流体的正面以及背面分别覆盖有一覆膜层，该覆膜层具有确定的柔性以及韧性，覆膜层由粘结材料或者隔膜材料通过覆膜工艺覆在极片的正面以及背面，将活性物质层包裹在覆膜内，而避免活性物质层掉粉而导致电池短路，应用本实施例技术方案有利于大大降低电池的短路率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的一种锂离子电池用极片的剖面结构示意图。

附图标记： 

10：集流体；2：活性物质层；3：覆膜层。 

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

参见图1所示，本实施例提供了一种锂离子电池用极片，该极片包括：集流体1、活性物质层2以及覆膜层3。其中活性物质层2涂覆在集流体1的表面，如果当前的极片为单面涂覆，则该活性物质层2涂覆在极片的集流体1的正面，如果该极片为双面涂覆，则该活性物质层2涂覆在集流体1的正面以及背面，其中图1即以双面涂覆活性物质层2为示意。

无论该极片是单面涂覆还是双面涂覆，在集流体1的正面以及背面分别覆盖有一覆膜层3，该覆膜层3具有确定的柔性以及韧性，覆膜层3由粘结材料或者隔膜材料通过覆膜工艺覆在极片的正面以及背面，将活性物质层2包裹在覆膜内，而避免活性物质层2掉粉而导致电池短路，应用本实施例技术方案有利于大大降低电池的短路率。

作为本实施例的示意，本实施例的覆膜层3可以采用以下的工艺制成：

对已经过涂布、干燥、辊压工艺处理的极片上，分别以极片的正面、背面为承载层，覆膜机将由覆膜层材料制成的薄膜通过粘合剂覆盖在承载层的表面，然后经过橡皮辊筒以及加热辊筒对覆膜后的极片进行辊压，使覆膜层3牢固地覆概粘结在承载层的表面而与极片合成一体，然后切割覆膜层3，得到覆膜层3与极片合为一体的极片；

或者，也可以在经过涂布、干燥处理的极片上，分别以极片的正面、背面为承载层，覆膜机将由覆膜层材料制成的薄膜通过粘合剂覆盖在该承载层的表面，然后经过橡皮辊筒以及加热辊压，使活性物质层2被压紧，同时亦使覆膜层3牢固地覆在承载层表面，得到极片与覆膜合为一体的极片。采用概实施方式可以将原极片制备工艺中的辊压和覆膜的加热辊筒辊压进行工序合并，有利于提高极片的制备工艺效率，降低生产成本。

作为本实施例的示意，本实施例在极片的正面以及背面覆膜过程中可以使得覆膜层3的尺寸与极片的尺寸相同，在切割覆膜层3时，由于覆膜层3本身具备一定的柔韧性会在切割力的拉扯下略微拉伸而过盈覆盖在极片的正面以及背面，过盈部分覆盖在极片的四个侧面，使整个极片被完全包裹在覆膜层3内。

作为本实施例的示意，也可以在进行覆膜时，使覆膜层3略宽于的极片的尺寸进行切割，多余的覆膜以及由于拉伸的覆膜覆盖在极片的四个侧面，使整个极片被完全包裹在覆膜层3内。

相对于只有极片的正面以及背面设置覆膜层3的技术方案，采用上述的技术方案，覆膜层3对极片的包裹效果更好，能完全避免活性物质从覆膜层3的侧面散落而与另一极片接触而导致短路的问题，应用该技术方案有利于确保锂离子电池的安全性。

作为本实施例的示意，本实施例的覆膜层3可以为由绝缘的惰性粘结材料形成的膜层。

作为本实施例的示意，本实施提供了一种制备覆膜层3的粘结剂材料，该粘结剂采用以下摩尔配比的组分制成：甲苯二异氰酸酯：1.20—2.80份；聚乙 二醇：0.60—1.40份；丙烯酸羟乙酯：0.66-1.54份。其中，聚乙二醇作为溶剂其在覆膜后挥发掉，在极片上留下由聚乙二醇、以及丙烯酸羟乙酯构成的覆膜层3。

作为本实施例的示意，本实施例的覆膜层3也可以采用以下摩尔配比的组分制成：甲苯二异氰酸酯：1.20份；聚乙二醇：0.60份；丙烯酸羟乙酯：0.66份，聚乙二醇作为溶剂其在覆膜后挥发掉，在极片上留下由聚乙二醇、以及丙烯酸羟乙酯构成的覆膜层3。

作为本实施例的示意，本实施例的覆膜层3也可以采用以下摩尔配比的组分制成：甲苯二异氰酸酯：2.80份；聚乙二醇：1.40份；丙烯酸羟乙酯：1.54份，聚乙二醇作为溶剂其在覆膜后挥发掉，在极片上留下由聚乙二醇、以及丙烯酸羟乙酯构成的覆膜层3。

作为本实施例的示意，本实施例的覆膜层3也可以采用以下摩尔配比的组分制成：甲苯二异氰酸酯：2份；聚乙二醇：1份；丙烯酸羟乙酯：1.1份，聚乙二醇作为溶剂其在覆膜后挥发掉，在极片上留下由聚乙二醇、以及丙烯酸羟乙酯构成的覆膜层3。

需要说明的是，其中聚乙二醇为上述粘结材料的溶剂，其在覆膜形成后挥发完全，不作为覆膜材料的成分，其可以但不限于采用其他的溶剂替代。

作为本实施例的示意，本实施例的覆膜层3还可以为由绝缘的惰性粘结材料形成的膜层，其中隔膜材料可以但不限于为现有技术的隔膜材料，聚烯烃树脂膜层，该聚烯烃树脂膜层可以但不限于为聚丙烯、或者聚乙烯、或者聚丙烯层以及聚乙烯层相互构成的复合层。

作为本实施例的示意，本实施例提供了一种具备隔膜功能的覆膜层3，该覆膜层3紧贴在极片上的层为陶瓷材料层，覆在陶瓷材料层外的层为聚烯烃树脂膜层，该聚烯烃树脂膜层可以但不限于单层的聚丙烯、或者单层的聚乙烯、或者聚丙烯层以及聚乙烯层相互构成的复合层。

本实施例的极片结构可以应用至电池的正极片或者负极片上。本实施例结构的极片可以应用至叠片电池中也可以应用至卷绕电池中，以降低电池的短路率，特别适用于可弯折的柔性锂离子电池。

对照例1：

本实施例提供了一种叠片锂离子电池，该锂离子电池的规格为ASP7042126-S2A-3700mAh。其中，AS表示纯钴水性负极，7042126表示该聚合物锂离子电池的厚、宽、长尺寸为7mm、42mm、126mm，S表示标称倍率为20C，2表示电池为高容量型，A表示正极为纯钴酸锂，3700表示电池的标称容量。

本实施例正极片负极片的结构均未在集流体1上涂覆有活性物质层2，该活性物质层2露出在极片的表面。

在本实施例中，正极片采用铝箔为集流体1，在集流体1上涂覆钴酸锂，负极片采用铜箔为集流体1，在集流体1上涂覆有石墨。

该电池采用正极片制袋设置，隔膜袋的两层在两长度边缘上通过间歇电焊而相互缝接连接，装有正极片的隔膜袋与负极相互层叠制成叠片锂离子电池，然后进行封装、电解液灌注、二次热封，化成、分容等工艺制成。

本实施例的隔膜袋的隔膜为以聚乙烯为基体，在基体上紧密粘结有纳米级的陶瓷材料，本实施例的隔膜层为目前最薄的隔膜，其厚度为：12μm±1μm。

基准例：

本对照例提供的锂离子电池的规格与对照例1一致，其所不同之处在于：

本对照例的正极片、负极片均未采用制袋工艺。

上述结构的正极片、负极片与隔膜条采用Z字形层叠的工艺进行叠片得到叠片锂离子电池。

对照例3：

本对照例提供的锂离子电池的规格与对照例1一致，其所不同之处在于：

本实施例的正极片的四周分别包裹有覆膜层3，覆膜层3的厚度分别为12μm±1μmμm，该覆膜层3为聚丙烯膜。

本实施例的负极片的尺寸与上述设置有覆膜层3的正极片的尺寸基本一致或者略宽，该负极片的活性物质层2露在外部，在活性物质层2的表面未涂覆有覆膜层3。

将上述结构的正极片、负极片相互层叠在一起即可组成本实施例的叠片锂离子电池，各正极片、负极片相互面对面接层叠而未间隔有隔膜。

对照例4：

本对照例提供的锂离子电池的规格与对照例3一致，其所不同之处在于：

本实施例的正极片的四周分别包裹有覆膜层3，该覆膜层3为聚乙烯膜，覆膜层3的厚度分别为12μm。

对照例5：

本实施例提供了的锂离子电池的规格与对照例一致，其所不同之处在于：

本实施例的正极片、以及负极片的四周分别包裹有覆膜层3，各覆膜层3的厚度分别为2μm±1μm，该覆膜层3由以下摩尔配比的材料制成的薄膜：甲苯二异氰酸酯：0.8份；聚乙二醇：0.50份；丙烯酸羟乙酯：0.60份。

上述结构的正极片、负极片与隔膜条采用Z字形层叠的工艺进行叠片得到叠片锂离子电池。

实施例6：

本实施例提供了的锂离子电池的规格与对照例4一致，其所不同之处在于：

本实施例的覆膜层3由以下摩尔配比的材料制成的薄膜：甲苯二异氰酸酯：3份；聚乙二醇：1.5份；丙烯酸羟乙酯：1.6份。

上述结构的正极片、负极片与隔膜条采用Z字形层叠的工艺进行叠片得到叠片锂离子电池。

实施例1：

本实施例提供了的锂离子电池的规格与对照例5、6一致，其所不同之处在于：

本实施例的覆膜层3由以下摩尔配比的材料制成的薄膜：甲苯二异氰酸酯：1.20份；聚乙二醇：0.60份；丙烯酸羟乙酯：0.66份。

上述结构的正极片、负极片与隔膜条采用Z字形层叠的工艺进行叠片得到叠片锂离子电池。

实施例2：

本实施例提供了的锂离子电池的规格与实施例1一致，其所不同之处在于：

本实施例的覆膜层3由以下摩尔配比的材料制成的薄膜：甲苯二异氰酸酯：2份；聚乙二醇：1份；丙烯酸羟乙酯：1.1份。

实施例3：

本实施例提供了的锂离子电池的规格与实施例1一致，其所不同之处在于：

本实施例的覆膜层3由以下摩尔配比的材料制成的薄膜：甲苯二异氰酸酯：2.80份；聚乙二醇：1.40份；丙烯酸羟乙酯：1.54份。

实施例4：

本实施例提供了的锂离子电池的规格与实施例1一致，其所不同之处在于：

本实施例的负极片的周围均包裹有覆膜层3，该覆膜层3包括：与负极片粘结的陶瓷材料层、以及包裹在陶瓷材料层外的聚丙烯层，其中陶瓷材料为三氧化二铝材料。

本实施例的陶瓷材料层厚度为：2μm±1μm，聚丙烯层的厚度为：2μm±1μm。

本实施例的正极片的尺寸与上述设置有覆膜层3的负极片的尺寸基本一 致或者略小，该正极片的活性物质层2露在外部，在活性物质层2的表面未涂覆有本实施例所述的覆膜层3。

将上述结构的正极片、负极片相互层叠在一起即可组成本实施例的叠片锂离子电池，各正极片、负极片相互面对面接层叠而未间隔有隔膜。

实施例5：

本实施例提供了的锂离子电池的规格与实施例4一致，其所不同之处在于：

本实施例的负极片上的覆膜层3包括：与极片相粘结聚丙烯层、以及包裹在聚丙烯层外的层的陶瓷材料层。

其中本实施例的陶瓷材料层厚度为：2μm±1μm，聚丙烯层的厚度为：2μm±1μm。

本实施例的正极片以及叠片工艺以及电池的制备工艺与实施例4相同。

实施例6：

本实施例提供了的锂离子电池的规格与实施例4一致，其所不同之处在于：

本实施例的中负极片上的覆膜层3包括：与极片相粘结的陶瓷材料,以及包裹在陶瓷材料层外的聚乙烯层。

本实施例的正极片以及叠片工艺以及电池的制备工艺与实施例4相同。

实施例7：

本实施例提供了的锂离子电池的规格与实施例6一致，其所不同之处在于：

本实施例的中负极片上的覆膜层3的聚乙烯层与极片相粘结,陶瓷材料层包裹在聚乙烯层外。

其中本实施例的陶瓷材料层厚度为：2μm±1μm，聚乙烯层的厚度为：2μm±1μm。

本实施例的正极片以及叠片工艺以及电池的制备工艺与实施例4相同。

实验分析： 

分别制得上述对照例以及实施例的锂离子电池的随机样品100只，对随机取样进行短路、体积能量密度、以及重物冲击合格率测试。

其中本实施例的重物冲击合格率测试具体是，以150公斤，以1m每秒速度对电池进行冲压。

对各组测试反分别计算平均值，得到表一、二所示的实验数据平均值对照表：

表一：实验数据平均值对照表

由表一可见，相对于现有技术的制袋工艺，采用在极片的表面包裹隔膜材料制成的覆膜层技术方案(实施例4、5、6、7)，能大大提升电池体积能量密度。

特别地，在极片上覆膜由陶瓷材料层以及聚烯烃树脂膜层构成的覆膜层能，能大大降低电池的短路率，提高电池的重物冲击性能；

特别地，采用陶瓷材料层位于内层，聚烯烃树脂膜层位于外层的覆膜层的设计，能进一有利于降低电池的短路率，以及提高电池的抗重物冲击性能。

特别地，采用陶瓷材料层、以及聚乙烯层构成的覆膜层，相对于陶瓷材料层、以及聚乙烯层构成的覆膜层，能更有利于提高电池的短路率，以及提高重物冲击性能。

表二：实验数据平均值对照表

项目	短路率/(％)	体积能量密度提升率/(％)	重物冲击合格率/(％)
				对照例5	0.77	-7.4	97.86
对照例6	0.55	-18.1	97.65
				实施例1	0.52	-8.5	98.43
实施例2	0.005	-9.3	98.67
				实施例3	0.36	-10.2	99.59

由表二可见，采用实施例1-3的粘结剂配比能在降低短路率，提高抗重物冲击性能上均有意向不到的效果。

另外，本发明人在进行本发明的研究过程中发现，在极片覆膜层中设置陶瓷材料层，陶瓷材料具有优质的耐高温性能，即使在高温下其仍然保持良好的机械结构；另外该陶瓷材料层中的纳米级别粒度的陶瓷材料颗粒在极片中形成固溶体，具有良好的吸液能力和保液能力，有利于大大提高电池的倍率性和循环性；并且陶瓷材料层还可以中和电解液中游离的氢氟酸(HF)，提高电池的耐酸性，从而提高电池的安全性。

另外，本发明人在进行本发明的研究过程中发现，相对于选用聚丙烯包裹在陶瓷外的覆膜层结构，选用聚乙烯包裹在陶瓷材料层外的覆膜层结构能进一步提高电池的耐热性能，使在电池温度达到预定的标准(一般为135摄氏度)时，电池能实现自关断，停止电化学反应，避免电池高温爆炸事故的发生。

另外，极片极片都会带有一定的极粉，极粉有可能刺破隔膜，采用方案一，极粉刺破聚烯烃树脂膜层后会穿过陶瓷层的裂纹与负极接触，容易导致电芯短路，且在电池经受热冲击过程中陶瓷材料层的裂纹可能会变大，会使得电池的耐热冲击性能变差，而采用方案二时，外层的聚烯烃树脂会弥合陶瓷层的裂纹，相比于方案二，在陶瓷材料层的裂纹处的聚烯烃树脂层会相对 较厚，从而弥补陶瓷层的裂纹，确保方案二结构的锂离子电池的短路率更低，耐热冲击性能更佳。

本发明人在进行本发明的研究过程中还发现，相对于现有技术采用采用单片隔膜片的锂离子电池，采用本实施例技术方案能大大提高锂离子电池的体积能量密度；相对于现有技术的采用单片隔膜片的技术方案，在极片上分别包裹陶瓷材料层以及聚乙烯层(或聚丙烯层)，既能提高电池的体积能量密度，又能大大降低电池的电路率以及提高电池的抗热冲击性能；相对于在极片的陶瓷材料层外层涂覆聚丙烯材料，相对于在陶瓷材料层的外层涂覆聚乙烯材料，能大大提高电池的抗热冲击性能，避免电池过热爆炸，提高电池的安全性。

另外，本发明在进行本发明的研究过程中还发现，当在正极片以及负极片上设置由粘结材料制成的覆膜层时，对甲苯二异氰酸酯、丙烯酸羟乙酯而言，当上述材料添加量较少时，极片与覆膜物间粘结力较小，而且相对于未设置覆膜层的极片而言，其应用不仅对电池短路的改善没有意义，还进一步使极片与隔膜之间的间距较大，使电池的性能与常规电池相比反而变差或者差别不大，当上述材料添加量过多，又会增加成本，且影响电池的内阻以及体积能量密度；对聚乙二醇材料而言，其加入量过少对混合物分散的均匀性有影响，且如果其加入量过少，也会导致极片与覆膜层之间的粘粘结力较小，而其加入量过多不易烘干，生产效率低，浪费资源。本发明人在进行本发明的研究过程中通过数以万计的试验发现：当选用摩尔配比为以下配比的材料：甲苯二异氰酸酯：1.20—2.80份；聚乙二醇：0.60—1.40份；丙烯酸羟乙酯：0.66-1.54份制备覆膜层能使得电池的短路率大大降低。其中以甲苯二异氰酸酯：聚乙二醇：丙烯酸羟乙酯＝2：1：1.1的配比能取得意想不到的效果。

并且，在极片外周包裹本实施例的覆膜层还可以防止水分进入极片，减少极片与电芯的烘烤时间，缩短电池的声生产期，并且该覆膜层的柔韧性能确保在电池的使用过程中覆膜层牢牢包裹在极片外，避免活性物质，特别适用于可弯折的柔性锂离子电池，应用在该柔性锂离子电池上时，用户可以在较大的范围内将电池进行弯曲、扭曲，为电子穿戴产品的到来带来了广阔的 应用前景。

相对于现有技术的极片制袋工艺而言，采用本发明实施例技术方案，采用在极片的外周覆膜的工艺，能有利于提高电池生产的效率。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池用极片，其特征是，包括：集流体，在所述集流体的表面粘结有活性物质层，

在所述集流体的正面以及反面还分别粘结覆盖有覆膜层，所述活性物质层被覆盖在所述覆膜层与所述集流体之间。

2.根据权利要求1所述锂离子电池用极片，其特征是，

在所述集流体的四个侧面上还覆盖有所述覆膜层。

3.根据权利要求1或2所述锂离子电池用极片，其特征是，

所述覆膜层为：由隔膜材料形成的膜层。

4.根据权利要求1或2所述锂离子电池用极片，其特征是，

所述覆膜层为：由粘结材料形成的膜层。

5.根据权利要求4所述锂离子电池用极片，其特征是，

所述覆膜层由以下摩尔配比的组分制成：

甲苯二异氰酸酯：1.20—2.80份；

聚乙二醇：0.60—1.40份；

丙烯酸羟乙酯：0.66-1.54份。

6.根据权利要求5所述锂离子电池用极片，其特征是，

所述覆膜层由以下摩尔配比的组分制成：

甲苯二异氰酸酯：聚乙二醇：丙烯酸羟乙酯＝2：1：1.1。

7.根据权利要求1或2所述锂离子电池用极片，其特征是，

所述覆膜层包括：位于里层的陶瓷材料、以及覆盖在所述陶瓷材料层外层的聚烯烃树脂膜层。

8.根据权利要求7所述锂离子电池用极片，其特征是，

所述聚烯烃树脂膜层为：聚乙烯膜层，或者聚丙烯膜层。

9.根据权利要求1或2所述锂离子电池用极片，其特征是，

所述极片为正极片、或者负极片。

10.根据权利要求1或2所述锂离子电池用极片，其特征是，

所述覆膜层通过覆膜工艺，包裹在已涂覆有所述活性物质层的所述集流体外。