CN107689441A - 一种锂离子电池极片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池极片，包括集流体和涂覆于集流体上的活性层，所述活性层表面设有电解液导流槽，所述导流槽底部设有贯穿所述集流体的电解液导流孔，所述电解液导流槽的深度与所述活性层厚度的比例为1:2至1：1。

Description

一种锂离子电池极片
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地，涉及一种锂离子电池极片。
背景技术
随着新能源汽车的发展，锂离子电池由于具有能量密度高、循环性能好等优点，受到人们的广泛关注。
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜及电解液组成。正极包括集流体铝箔和涂覆于集流体表面的活性层，活性层包括正极活性材料(如NCM、NCM、LMO、LCO)、导电剂和粘结剂；负极包括集流体铜箔和涂覆于集流体表面的活性层，活性层包括负极活性材料(如石墨、Si材料、SiO材料、Si-C复合材料)、导电剂和粘结剂。活性材料、导电剂和粘结剂混合成均匀浆料，涂覆于集流体表面，烘干后，将极片碾压至一定厚度，然后将极片裁剪至需要的尺寸，然后采用叠片或卷绕等方式，和隔膜一起组装成电池。电池封装后，向电池内注入一定量的电解液，搁置一段时间，使电解液完全浸润电池正负极极片，然后进行电池化成。
在上述锂离子电池制作过程中，电解液浸润正负极片的速度、浸润均匀性，以及电池内部电解液浸润一致性对电池制作效率和电池性能起着非常重要的作用。随着人们对锂离子电池体积能量密度和质量能量密度的要求越来越高，正负极极片的活性层面密度和压实密度都需要提高。当正负极活性层面密度和压实密度提高后，电解液在其中的浸润速率以及浸润的均匀性会变得更差，电池内部一致性也会降低，电池倍率性能和循环性能都会受到影响。另一方面，正负极活性层面密度大幅提高后，单位面积需要的电解液量增加，但是压实密度提高会降低电解液的吸液量，随着电池的循环，电解液量会继续减少，电池的劣化会更严重。
因此，需要寻找一种方法来提高电解液浸润正负极极片的速率，改善电池内阻电解液浸润的均匀性和一致性，提高电池电解液吸液量。
发明内容
本发明提供了一种锂离子电池极片，包括集流体和涂覆于集流体上的活性层，所述活性层表面设有电解液导流槽，所述导流槽底部设有贯穿所述集流体的电解液导流孔，所述电解液导流槽的深度与所述活性层厚度的比例为1:2至1：1。
进一步地，所述电解液导流槽相互平行分布于活性层表面。
进一步地，所述电解液导流槽相互交叉呈网状分布于活性层表面，至少一个电解液导流槽的交叉点设有电解液导流孔，所述电解液导流槽形成的网为正方形、长方形、菱形、三角形、六边形、圆形或不规则形状中的一种或多种。
进一步地，所述电解液导流槽以预定的间距分布，相邻电解液导流槽的间距为100um～20mm。
进一步地，所述导流槽的截面为梯形或方形，所述导流槽底部宽度为10～100um。
本方案的有益效果为：
电解液导流槽和电解液导流孔的设置，能够提高电解液在正负极极片中的浸润速率和浸润均匀性，提高电池内部电解液浸润的一致性，增加电解液离子的扩散路径。另外，电解液导流槽和电解液导流孔的设置增加了电池内部电解液储存的空间，能提高电池内部电解液保液量。采用此种结构的正极片和/或负极片制作的锂离子电池，注液后，电解液浸润速率提高，电池内部一致性更好，吸液量增加，能改善电池的倍率性能、功率性能和循环性能。此外，电解液导流槽深度和活性层厚度的适当比例能够进一步提高电解液浸润速率，并进一步改善电池的性能。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1、图2是设置有电解液导流槽和电解液导流孔的电池极片结构示意图，电解液导流槽平行设置。
图3是设置有电解液导流槽和电解液导流孔的电池极片结构示意图，电解液导流槽呈正方形网状设置，电解液导流孔位于导流槽交叉处。
图4是设置有电解液导流槽和电解液导流孔的电池极片结构示意图，电解液导流槽呈长方形网状设置，电解液导流孔位于导流槽交叉处。
图5、图6是设置有电解液导流槽和电解液导流孔的电池极片结构示意图，电解液导流槽呈菱形网状设置，电解液导流孔位于导流槽交叉处。
图7是设置有电解液导流槽和电解液导流孔的电池极片结构示意图，电解液导流槽呈三角形网状设置，电解液导流孔位于导流槽交叉处。
图8是设置有电解液导流槽和电解液导流孔的电池极片结构示意图，电解液导流槽呈六边形网状设置，电解液导流孔位于导流槽交叉处。
图9是设置有电解液导流槽和电解液导流孔的电池极片结构示意图，电解液导流槽呈圆形网状设置，电解液导流孔位于导流槽交叉处。
图10是电解液导流槽截面结构示意图，截面位置通过电解液导流孔。
图11是电解液导流槽截面结构示意图，截面位置不通过电解液导流孔。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1、集流体；2、活性层；3、电解液导流槽；4、电解液导流孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种锂离子电池极片，其包括集流体1和涂覆于集流体正反两面的活性层2。集流体1可为锂离子电池的正极或负极，正极集流体一般为铝箔，正极活性层面密度为100～600g/m2，负极集流体一般为铜箔，负极活性层面密度为50～400g/m2。在一个实施例中，集流体1为铜箔，活性层面密度为200g/m2，集流体1厚度为10um，极片辊压后每一面的活性层厚度为77um。在另一个实施例中，集流体1为铝箔，活性层面密度为330g/m2，集流体1厚度为20um，极片辊压后每一面的活性层厚度为50um。
进一步地，锂离子电池极片的活性层表面设置有电解液导流槽3，电解液导流槽3的底部设置有贯穿集流体1的电解液导流孔4。相邻的电解液导流槽3之间与预定的间隔进行分布。相邻电解液导流槽的间距为100um～20mm，极片面密度、压实密度、活性材料比表面积等参数不同时，需要调整电解液导流槽的间距，间距过小会影响极片的机械强度，间距过大则会达不到较好的有益效果。电解液导流槽的走向可以根据电池注液口的具体位置来调整。极片两面的电解液导流槽可以对称或非对称设置，或者只有一面设置有电解液导流槽。进一步地，电解液可交叉呈网状分布于极片活性层表面，至少一个电解液导流槽的交叉点设有电解液导流孔，电解液导流槽在电极活性层表面形成的网为正方形、长方形、菱形、三角形、六边形、圆形或不规则形状中的一种或几种。
在一个实施例中，参见图1-2，电解液导流槽纵向或横向平行分布于活性层2表面，电解液导流孔4分布于电解液导流槽底部。相邻电解液导流槽3之间的间隔为800um。在另一个实施例中，参见图3，电解液导流槽3呈正方形网状分布于活性层2表面，电解液导流孔4分布于电解液导流槽交叉处，相邻电解液导流槽3之间的间隔为500um。在另一个实施例中，参见图4，电解液导流槽3呈长方形网状分布于活性层2表面，电解液导流孔4分布于电解液导流槽交叉处，纵向电解液导流槽3之间的间隔为200um，横向电解液导流槽3之间的间隔为700um。在另一个实施例中，参见图5-6，电解液导流槽3呈菱形网状分布于活性层2表面，电解液导流槽4分布于电解液导流槽交叉处，相邻电解液导流槽3之间的间隔为500um。在另一个实施例中，参见图7，电解液导流槽3呈等边三角形网状分布于活性层2表面，三角形边长为600um，电解液导流孔4分布于电解液导流槽交叉处。在另一个实施例中，参见图8，电解液导流槽3呈六边形网状分布于活性层2表面，六边形边长为400um，电解液导流孔4分布于电解液导流槽交叉处。在另一个实施例中，电解液导流槽3呈圆形网状分布于活性层2表面，圆形直径为600um，电解液导流孔4分布于圆形相切处。
进一步地，分布于极片活性层表面的电解液导流槽的截面为梯形或方形，靠近集流体的梯形底部的宽度为10um～100um，远离集流体的梯形顶部的宽度大于或等于底部宽度，电解液导流槽的宽度可以设置为相等的宽度，也可以设置为不等的宽度。在一个实施例中，参见图10-11，导流槽3的截面为梯形，底部宽度(靠集流体侧)为25um，顶部宽度(远离集流体一侧)35um，导流孔4为直径25um的圆形贯通孔，相邻导流孔之间的间距为800um。在另一个实施例中，导流槽3的截面为梯形，底部宽度(靠集流体侧)为20um，顶部宽度(远离集流体一侧)30um，导流孔4为直径20um的圆形贯通孔。
进一步地，电解液导流槽深度为极片活性层厚度的50％～100％，分布于活性层表面的电解液导流槽深度相等，也可以不等。在一个实施例中，活性层的厚度为77um，电解液导流槽的深度也为77um。在另一个实施例中，活性层的厚度为50um，电解液导流槽的深度也为50um。
进一步地，极片活性层包含NCM三元材料Li(NixCoyMnz)O2、NCA三元材料Li(NixCoyAlz)O2、富锂锰基固溶体材料xLi2MnO3(1-x)LiMO2(M＝Mn,Ni,Co)、磷酸铁锂材料LiFePO4、锰酸锂材料LiMn2O4、钴酸锂材料LiCoO2、钛酸锂材料、石墨材料、Si材料、SiO材料中的一种或几种。
进一步地，电解液导流槽和电解液导流孔采用模板、物理轧压、化学腐蚀或激光的方法得到。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锂离子电池极片，包括集流体和涂覆于集流体正反两面的活性层，其特征在于，所述活性层表面设有电解液导流槽，所述导流槽底部设有贯穿所述集流体的电解液导流孔，所述电解液导流槽的深度与所述活性层厚度的比例为1:2至1：1。
2.如权利要求1所述的锂离子电池极片，其特征在于，所述电解液导流槽相互平行分布于活性层表面。
3.如权利要求1所述的锂离子电池极片，其特征在于，所述电解液导流槽相互交叉呈网状分布于活性层表面，至少一个电解液导流槽的交叉点设有电解液导流孔，所述电解液导流槽形成的网为正方形、长方形、菱形、三角形、六边形、圆形或不规则形状中的一种或多种。
4.如权利要求1-3中任一项所述的锂离子电池极片，其特征在于，所述电解液导流槽以预定的间距分布，相邻电解液导流槽的间距为100um～20mm。
5.如权利要求4所述的锂离子电极片，其特征在于，所述导流槽的截面为梯形或方形，所述导流槽底部宽度为10～100um。
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