CN109088050B - 极片及其锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种极片及其锂离子电池，该极片，包括：集流体，集流体的至少一个表面上涂覆有第一活性物质的第一涂层；其中，第一涂层包括至少一个通孔，至少一个通孔的横截面积为第一涂层的横截面积的1％‑20％。本发明通过在集流体的至少一个表面上形成包含有至少一个通孔的第一涂层，再在第一涂层上设有第二涂层，第二涂层可以通过该通孔与集流体连接，且第一涂层的活性小于第二涂层的活性。采用该极片制备的锂离子电池相对于单层极片结构(只有第二涂层)的锂离子电池，可提高其安全性能，同时相对于第一涂层没有通孔的多层极片的锂离子电池，其循环寿命明显提高。

Description

极片及其锂离子电池
技术领域
本申请涉及电池技术领域，更具体地，涉及一种极片及其锂离子电池。
背景技术
随着科技的飞速发展，锂离子电池已广泛应用到生活的各个领域中，其安全问题也越来越受到重视。锂离子电池安全事故产生的原因主要是锂离子电池内部或外部短路产生的大电流和高温，进而引发燃烧、爆炸或其他安全问题。
在锂离子电池的内部短路中，正极集流体和负极活性物质层短路热失控的风险最大。一般采用以下方法来降低该短路风险：1)降低正极集流体和负极活性物质层短路的可能性；2)增大正极集流体和负极活性物质层短路时的接触电阻，降低短路电流。
目前有人采用在正极集流体上涂覆多层正极材料，构筑多层结构的电极极片，此做法可同时降低正极集流体和负极活性物质层短路的可能性和短路时的电流。然而对于该多层结构的电极极片(如图1所示)，内层20 通常采用活性差、稳定性高的正极材料，外层30通常采用活性较好的正极材料，由该电极结构制成的锂离子电池，虽然在穿钉、挤压、冲击等性能安全检测通过率明显高于单层电极结构的锂离子电池，即提高了锂离子电池的安全性能；但由于内层的正极材料活性较差，该锂离子电池经过多次充放电后，其循环性能恶化，容量衰减严重，其循环性能和寿命明显低于采用单层电极结构的锂离子电池。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种极片，包括：集流体，所述集流体的至少一个表面上涂覆有第一活性物质的第一涂层；其中，所述第一涂层包括至少一个通孔，所述至少一个通孔的横截面积为所述第一涂层的横截面积的1％-20％，优选为1％-15％，更优选为1％-10％。
在本发明的一些实施例中，所述至少一个通孔包括第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔的形状为圆形、椭圆形和多边形中至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述第一通孔与所述第二通孔间隔设置。
在本发明的一些实施例中，所述极片还包括涂覆有第二活性物质的第二涂层，所述第一涂层设置在所述第二涂层和所述集流体之间，所述第二涂层穿过所述至少一个通孔与所述集流体连接。
在本发明的一些实施例中，在沿极片的长度方向上，所述第一涂层的一端超出所述第二涂层。
在本发明的一些实施例中，在沿极片的长度方向上，所述第一涂层的一端和所述第二涂层对齐。
在本发明的一些实施例中，在沿极片的长度方向上，所述第二涂层的一端超出所述第一涂层。
在本发明的一些实施例中，所述第一涂层的厚度为2μm-30μm。
在本发明的一些实施例中，所述第一涂层与所述集流体的粘结力大于所述第二涂层与所述集流体的粘结力。
在本发明的一些实施例中，所述第一涂层的电阻大于所述第二涂层的电阻。
在本发明的一些实施例中，所述第二涂层的活性大于所述第一涂层的活性。
在本发明的一些实施例中，所述集流体还包括未涂覆区域，所述未涂覆区域设置在所述第一涂层的两端或四周。
本发明还提供了一种包括以上所述极片的锂离子电池。在该锂离子电池当中，上述极片既可单独用来做正极极片，也可单独用来做负极极片，还可同时用来做正极极片和负极极片。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
通过在集流体的至少一个表面上形成包含有至少一个通孔的第一涂层，再在第一涂层上设置第二涂层，第二涂层可以通过该通孔与集流体连接，且第一涂层的活性小于第二涂层的活性，可使得采用该极片制备的锂离子电池相对单层极片结构(只有第二涂层)的锂离子电池来说，可提高其安全性能，同时相对于第一涂层没有通孔的多层极片的锂离子电池循环寿命明显提高，可很好的解决采用多层结构极片的锂离子电池的安全性能得到提高但会降低其循环寿命这一技术问题。
附图说明
图1示出了传统双层结构极片的剖视图；
图2示出了本发明中一实施例的涂覆有第一涂层的极片的俯视图；
图3A示出了本发明中一实施例的第一涂层的俯视图；
图3B示出了本发明中另一实施例的第一涂层的俯视图；
图3C示出了本发明中另一实施例的第一涂层的俯视图；
图3D示出了本发明中另一实施例的第一涂层的俯视图；
图3E示出了本发明中另一实施例的第一涂层的俯视图；
图3F示出了本发明中另一实施例的第一涂层的俯视图；
图4示出了本发明中一实施例的涂覆有第二涂层的极片的俯视图；
图5A示出了本发明中一实施例的极片的剖视图；
图5B示出了本发明中另一实施例的极片的剖视图；
图5C示出了本发明中另一实施例的极片的剖视图；
图5D示出了本发明中另一实施例的极片的剖视图；
图5E示出了本发明中另一实施例的极片的剖视图；
图5F示出了本发明中另一实施例的极片的剖视图；
图6示出了本发明中一实施例的集流体的两个表面皆涂有第一涂层和第二涂层的极片的剖视图；
图7A示出了本发明中一实施例的极片用作正极极片，并与负极极片、隔离膜进行堆叠或卷绕的剖视图；
图7B示出了本发明中一实施例的极片用作负极极片，并与正极极片、隔离膜进行堆叠或卷绕的剖视图；
图7C示出了本发明中一实施例的极片用作正极极片和负极极片，并隔离膜进行堆叠或卷绕的剖视图；
图8示出了本发明中一实施例的用于涂覆极片第一涂层的凹版辊的示意图；
图9示出了本发明中实施例1至5以及对比例1至2的锂离子电池的循环寿命曲线；
图10示出了本发明中实施例1以及实施例6至10的锂离子电池的循环寿命曲线；
其中，10-集流体；20-内层；30-外层；40-无凹穴区域；100-集流体； 101-未涂覆区域；200-第一涂层；201-通孔，201a-第一通孔，201b-第二通孔；300-第二涂层；400-正极极片，401-正极集流体，402-正极活性物质层， 402a-第一涂层，402b-通孔，402c-第二涂层；500-负极极片，501-负极集流体，502-负极活性物质层，502a-第一涂层，502b-通孔，502c-第二涂层； 600-隔离膜。
具体实施方式
下面的具体实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。
本发明提供的一种极片，其包括集流体100，该集流体100的至少一个表面上涂覆(包括但不限于涂布、刷涂等)有第一活性物质的第一涂层 200(即内活性物质层)；其中，该第一涂层200包括至少一个通孔201，该至少一个通孔201的横截面积为第一涂层200的横截面积的1％-20％。
需要补充说明的是，通孔201的横截面积占比是指在扣除集流体100 在第一涂层200周围的未涂覆区域101后，将所有通孔201的横截面积总和与第一涂层200的横截面积进行比较计算而得。其中，若通孔201的横截面积与第一涂层200的横截面积比例＜1％时，循环寿命改善不明显，若通孔201的横截面积与第一涂层200的横截面积比例＞20％时，锂离子电池的安全性能改善不明显。
如图1所示，上述至少一个通孔201包括第一通孔201a和第二通孔 201b。需要补充说明的是，若定义其中一通孔201为第一通孔201a，则在该第一通孔201a四周的通孔201都可以定义为第二通孔201b，同样的，在第二通孔201b四周的通孔201都可以定义为第一通孔201a。在一些实施例中，第一通孔201a和第二通孔201b之间可以间隔设置，或者其中一通孔201与其相邻的通孔201相连接成一横截面积较大的通孔201。在一些实施例中，第一通孔201a和第二通孔201b之间可形成等间距阵列分布，或不等间距阵列分布，还可为其它阵列，本发明不以此为限。在一些实施例中，第一通孔201a和第二通孔201b之间的形状可以相同或不相同，其都可以采用圆形、椭圆形和多边形中的至少一种。
该极片还包括涂覆有第二活性物质的第二涂层300(即外活性物质层)，其剖视图可如图6所示，第一涂层200设置在第二涂层300和集流体100 之间，该第二涂层300穿过第一涂层200上的至少一个通孔201与集流体 100连接。
通孔201的横截面积与第一涂层200的横截面积的比例可以通过通孔 201的图案的形状、数量、大小、排列方式等进行调控；当通孔201的横截面积比例＜1％时，循环寿命改善不明显，当通孔201的横截面积比例＞ 20％时，对锂离子电池的安全性能改善不明显。
在一些实施例中，第一涂层200的厚度为2μm-30μm，其优选为 5μm-20μm，若第一涂层过厚时，将限制电子的迁移速率，恶化电芯性能，若涂层太薄时，对锂离子电池的安全性能改善不明显。在一些实施例中，第一涂层200具有以下特征：(1)分别在集流体上分别涂布第一、第二涂层，第一涂层200与集流体100的粘结力大于第二涂层300与集流体100 的粘结力；(2)第一涂层200的电阻大于第二涂层300的电阻，其中，第一涂层的电阻优选大于10Ω/153.44mm2，第二涂层的电阻优选小于2Ω /153.44mm2；(3)第一涂层200的活性大于第二涂层300的活性，其中，涂层的活性可通过改变活性物质的种类、粘结剂的含量、导电剂的含量来控制。一般来说，涂层所含的粘结剂含量越高，粘结力越好，其活性越低，稳定性越好，但过高的粘结剂含量会影响锂离子的扩散，恶化电芯的性能；此外，涂层所含的导电剂含量越低，其活性越低，稳定性越好，但过少的导电剂含量会影响锂离子在电极材料中的迁移速率，进而恶化电芯性能。其中，第一涂层的粘结剂含量优选为2～5％，第二涂层的粘结剂含量优选为低于2％。(4)第一涂层200不完全涂覆集流体100，即第一涂层200设有至少一个通孔201，其外观如图2所示。具体地，该第一涂层200的通孔201可包括相互间隔设置并且均匀分布的第一通孔201a和第二通孔201b，第一涂层200的通孔201区域的图案包括但不限于圆形、椭圆形和多边形等中的至少一种，如图3A所示的均匀分布的圆形、图3B所示的正方形、图3C所示的长方形、图3D所示的多边形、图3E所示的圆形和方形，以及如图3F所示的不均匀分布的圆形等。
第一涂层200包括第一活性物质、粘结剂、导电剂等。其中，当该极片用作正极极片400时，该第一涂层402a的第一活性物质可为常见的正极活性材料，如包括钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、钛酸锂中的一种或多种。粘结剂可为常见的粘结剂，如包含聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯甲烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷中的一种或多种。导电剂也可为常见的一些导电剂，如包括导电碳黑、碳纳米管、乙炔黑、导电石墨、石墨烯中的一种或多种。溶剂可采用一些常见的化学溶剂，如采用包含乙醇、丙酮、丁酮、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或多种的溶剂对第一活性物质、粘结剂、导电剂进行分散以形成混合物，再将该混合物涂覆在正极集流体401上以形成第一涂层402a。
在一些实施例中，极片的第二涂层300的厚度为20μm-100μm，其具有以下特征：(1)外层涂覆采用完全覆盖(即完全覆盖第一涂层200的表面)，如图4所示；(2)第二涂层300的活性大于第一涂层200的活性。
第二涂层300包括第二活性物质、粘结剂、导电剂等。其中，当该极片用作正极极片400时，第二活性物质可为常见的正极活性材料，如包括钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、钛酸锂中的一种或多种。粘结剂可为常见的粘结剂，如包括聚乙烯、聚偏氟乙烯等。导电剂可为一些常见的导电剂，如包括导电碳黑、碳纳米管、乙炔黑、导电石墨、石墨烯中的一种或多种。此外，可采用一些常用的溶剂，如N-甲基吡咯烷酮、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜等，对第二活性物质、粘结剂、导电剂进行分散以形成混合物，再将该混合物涂覆在正极集流体401的第一涂层402a上以形成第二涂层402c。
在一些实施例中，第一涂层200的长度(在沿极片的长度方向上)可以长于、等于或短于第二涂层300的长度。也就是说，在一些实施例中，可根据实际需要，在沿极片的长度方向上，第一涂层200的一端可以和第二涂层300相对应的一端相互对齐，则该第一涂层200的另一端可以超出、平齐于或短于第二涂层300的另一端，具体的，可如图5B、图5E所示；或第一涂层200的一端超出第二涂层300相对应的一端，则该第一涂层200 的另一端也同样可以超出、平齐于或短于第二涂层300的另一端，具体的，可如图5C所示；或第二涂层300的一端超出第一涂层200相对应的一端，则该第二涂层300的另一端也同样可以超出、平齐于或短于第一涂层200 的另一端，具体的，可如图5A、图5D、图5F所示；并且在一些实施例中，第一涂层200与第二涂层300之间可相互错开设置，在沿极片的长度方向上，第一涂层200与第二涂层300之间的错位量为0至10mm，优选为0 至5mm。
在一些实施例中，集流体100还可包括未涂覆区域101，该未涂覆区域101设置在第一涂层200的两端或四周(如图2或图4所示)，此处的两端可以指集流体100的起始端和收尾端。
在一些实施例中，极片为正极极片400，集流体401的材料为铝箔，厚度为10μm，且在集流体401表面上涂覆第一涂层402a和第二涂层402c，如图7A中所示的正极极片400结构。
此外，在一些实施例中，可采用一些常见的涂覆方式来将第一涂层200 不完全的涂覆在集流体100的表面上，涂覆方式包括但不限于间隙块状涂覆、连续涂覆、连续条纹涂覆等。
在一些实施例中，正极极片400采用如上所述具有双层结构(第一涂层和第二涂层)的极片结构，负极极片500采用单层结构，再按照正极极片400、隔离膜600、负极极片500这一顺序进行堆叠或卷绕成电极组件，其剖视图如图7A所示。其中，正极极片400可包括正极集流体401和正极活性物质层402，正极活性物质层402包括正极第一涂层402a和第二涂层 402c，正极第一涂层402a上设有通孔402b；负极极片500包括正极集流体 501和正极活性物质层502。
可以根据实际需求，在一些实施例中，将上述极片结构用于负极极片 500，正极极片400采用单层结构，再按照正极极片400、隔离膜600、负极极片500这一顺序进行堆叠或卷绕成电极组件，其剖视图如图7B所示。其中，正极极片400可包括正极集流体401和正极活性物质层402；负极极片500包括正极集流体501和正极活性物质层502，负极活性物质层502包括负极第一涂层502a和第二涂层502c，负极第一涂层502a上设有通孔 502b。
此外，在一些实施例中，可将上述极片结构同时应用于锂离子电池的正极极片400和负极极片500，再按照正极极片400、隔离膜600、负极极片500这一顺序进行堆叠或卷绕成电极组件，其剖视图如图7C所示。其中，正极极片400可包括正极集流体401和正极活性物质层402，正极活性物质层402包括正极第一涂层402a和第二涂层402c，正极第一涂层402a上设有通孔402b；负极极片500包括正极集流体501和正极活性物质层502，负极活性物质层502包括负极第一涂层502a和第二涂层502c，负极第一涂层502a上设有通孔502b。
下面具体描述正极极片400的制备，以便可以更好的理解本发明。
正极极片400采用铝箔作为集流体401；
第一涂层402a的第一活性物质采用一些常见的正极活性材料，如采用钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、钛酸锂中的一种或多种；粘结剂采用一些常见的粘结剂，如采用聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯甲烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷中的一种或多种；导电剂采用一些常见的导电剂，如采用导电碳黑、碳纳米管、乙炔黑、导电石墨、石墨烯中的一种或多种；溶剂采用一些常见的溶剂，如采用乙醇、丙酮、丁酮、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或多种；将第一活性物质、粘结剂和导电剂放进搅拌机内，搅拌混合均匀，之后再往搅拌机内加入溶剂进行分散，搅拌均匀，制成浆料。
接着，采用局部具有无凹穴区域40的凹版辊(如图8所示)在铝箔上制作第一涂层402a。即将凹版辊部分浸入浆料槽，凹版辊旋转将浆料带出，经刮刀刮料后，凹版辊中有凹穴的位置处的浆料被保留在凹穴里，无凹穴区域40位置处的浆料被刮除；带有浆料的凹版辊与集流体401接触，凹版辊凹穴里的浆料被转移到集流体上，而无凹穴区域40位置处的浆料经过刮刀时已被刮除，无法转移浆料，即可在集流体401上形成具有至少一个通孔402b的第一涂层402a；之后，在90-120℃的温度下用烘箱将形成第一涂层402a的集流体401烘干，获得附着力优良、带有一定图案的第一涂层 402a。
其中，至少一个通孔402b的横截面积为第一涂层402a的横截面积的 1％-20％，并且该第一涂层402a可以是连续的或不连续的；无凹穴区域40 的横截面形状可为圆形、椭圆形和多边形中至少一种，通过该无凹穴区域 40形成的通孔402b的横截面形状也可为圆形、椭圆形和多边形中至少一种，即所形成的第一涂层402a带有一定的图案。其中，内层的涂覆方式不局限于凹版，也可以使用微凹版、电喷涂、转移涂覆、挤压涂覆等。此外，可以以上述同样的方法在集流体401另一表面上涂覆形成第一涂层402a (或者只形成在集流体401的一个表面上)。
第二涂层402c也可采用一些常见的正极活性材料，如采用钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、钛酸锂中的一种或多种；同样可以采用一些常见的粘结剂，如采用聚乙烯、聚偏氟乙烯等；同样可以采用一些常见的导电剂，如采用导电碳黑、碳纳米管、乙炔黑、导电石墨、石墨烯中的一种或多种；同样可以采用一些常见的溶剂，如采用N-甲基吡咯烷酮、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或多种。将第二活性物质、粘结剂和导电剂放进搅拌机内，搅拌混合均匀，之后再往搅拌机内加入溶剂进行分散，搅拌均匀，制成浆料。再使用挤压涂覆方式形成第二涂层402c，也可以使用凹版、微凹版、电喷涂、转移涂覆等方式，形成第二涂层402c 后，采用90-120℃的烘箱将形成有第二涂层402c的集流体401烘干，即可获得附着力优良、均匀的第二涂层402c。
其中，第一涂层402a的活性较第二涂层402c的活性差，即稳定性更好，表现在两个方面：(1)第一涂层402a的电阻大于第二涂层402c的电阻，(2)第一涂层402a的粘结力大于第二涂层402c的粘结力。
此外，第一涂层402a的长度(在沿极片的长度方向上)短于、长于或等于第二涂层402c的长度，第一涂层402a与第二涂层402c之间的错位量可为0-10mm。
下面具体描述负极极片500的制备，以便可以更好的理解本发明。
负极极片500采用铜箔作为集流体501；负极活性物质层502采用石墨作为活性物质、，采用丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠作为粘结剂，采用去离子水作为分散剂，将活性物质、导电剂、粘结剂以及分散剂制成浆料，搅拌过程与上述第一涂层402a的搅拌过程类似，采用与烘干第一涂层402a 相同的烘干方式烘干，获得均匀的负极活性物质层502。
对获得的正极极片400和负极极片500，经过辊压、裁片、焊接极耳，并与隔离膜600经卷绕、注液和封口等制作成锂离子电池。
实施例1
正极的第一涂层402a采用不完全涂覆并且具有多个通孔402b：
正极极片400采用铝箔作为集流体401；
正极第一涂层402a采用磷酸铁锂作为主要活性物质、采用导电碳黑为导电剂、采用偏聚氟乙烯为粘结剂，使用N-甲基吡咯烷酮为分散剂，正极第一涂层402a的材料的质量组成为96.5％的磷酸铁锂、1％导电碳黑、2.5％偏聚氟乙烯；首先在搅拌机内把活性物质、导电剂和粘结剂混合均匀，然后加入N-甲基吡咯烷酮将以上粉料分散，再加入N-甲基吡咯烷酮预溶解的偏聚氟乙烯溶液，搅拌均匀，获得浆料。
采用局部具有无凹穴区域40的凹版辊(如图8所示)在集流体401的其中一表面上涂覆形成厚度为10μm的第一涂层402a，之后将涂覆有第一涂层402a的集流体401经温度为90℃～120℃的烘箱烘干，其中，第一涂层402a具有多个间隔设置并且均匀分布的通孔402b，通孔402b的横截面积为第一涂层402a的横截面积的1％。其中，无凹穴区域40的横截面形状为圆形，所形成的第一涂层402a的俯视图可为如图3A所示。此外，以同样的方式在集流体401的另一表面上涂覆以形成第一涂层402a。
正极极片400的第二涂层402c采用97.7％钴酸锂作为活性物质、采用 1％导电碳黑作为导电剂、采用1.3％偏聚氟乙烯作为粘结剂，采用N-甲基吡咯烷酮为分散剂，制成浆料，搅拌过程与上述第一涂层402a的搅拌过程类似。
在已涂覆有第一涂层402a的集流体401两个表面继续分别涂覆第二涂层402c，采用挤压涂覆方式涂覆第二涂层402c，与烘干第一涂层402a相同的烘干方式烘干第二涂层402c，获得厚度为70μm的第二涂层402c。
负极极片500采用铜箔作为集流体501；
负极活性物质层502采用97.2％石墨作为活性物质、采用0.8％苯乙烯- 丁二烯聚合物溶、1％羧甲基纤维素钠作为粘接剂，采用去离子水作为分散剂，将活性物质以及粘结剂、分散剂制成浆料，搅拌过程与上述第一涂层 402a的搅拌过程类似，采用与烘干第一涂层402a相同的烘干方式烘干，获得涂覆均匀的负极活性物质层502。
对获得的正极极片400和负极极片500，经过辊压、裁片、焊接极耳，并且与隔离膜600经堆叠或卷绕、注液和封口等制作成锂离子电池，其电极组件的剖视图可如图7A所示。
实施例2
与实施例1相同，不同的是通孔402b的横截面积为第一涂层402a的横截面积的5％。
实施例3
与实施例1相同，不同的是通孔402b的横截面积为第一涂层402a的横截面积的10％。
实施例4
与实施例1相同，不同的是通孔402b的横截面积为第一涂层402a的横截面积的15％。
实施例5
与实施例1相同，不同的是通孔402b的横截面积为第一涂层402a的横截面积的20％。
实施例6
与实施例1相同，不同的是无凹穴区域40的横截面形状为正方形，所形成的第一涂层402a的俯视图可为如图3B所示。
实施例7
与实施例1相同，不同的是无凹穴区域40的横截面形状为长方形，所形成的第一涂层402a的俯视图可为如图3C所示。
实施例8
与实施例1相同，不同的是无凹穴区域40的横截面形状为多边形，所形成的第一涂层402a的俯视图可为如图3D所示。
实施例9
与实施例1相同，不同的是无凹穴区域40的横截面形状为圆形和正方形，所形成的第一涂层402a的俯视图可为如图3E所示。
实施例10
与实施例1相同，不同的是无凹穴区域40的横截面形状为圆形，且不均匀设置，所形成的第一涂层402a的俯视图可为如图3F所示。
实施例11
与实施例1相同，不同的是第一涂层402a的厚度为2μm。
实施例12
与实施例1相同，不同的是第一涂层402a的厚度为15μm。
实施例13
与实施例1相同，不同的是第一涂层402a的厚度为20μm。
实施例14
与实施例1相同，不同的是第一涂层402a的厚度为30μm。
对比例1
与实施例1相同，不同的是第一涂层402a不具有通孔402b。
对比例2
与实施例1相同，不同的是正极极片400具有单一活性涂层的结构，其具体制备方法如下：
采用97％钴酸锂作为正极活性物质、采用1％导电碳黑为导电剂、2％采用偏聚氟乙烯为粘结剂、采用N-甲基吡咯烷酮为分散剂，将正极活性物质、导电剂、粘结剂以及分散剂制成浆料，搅拌过程与上述正极第一涂层 402a的搅拌过程类似，采用与上述正极第一涂层402a相同的烘干方式烘干，以同样的方式涂覆集流体401另一面，得到涂覆有厚度为70μm的活性物质层402的正极极片400。
然后，对以上实施例1至15、对比例1和2中制备的锂离子电池进行穿钉性能测试、重物冲击测试、侧面挤压测试以及循环性能测试，具体测试方法如下：
(1)穿钉性能测试
1、将锂离子电池充电至4.2V-4.4V；
2、用直径2.5mm的钢钉穿透整个锂离子电池；
3、测量整个过程的温度，观察现象；
通过标准为锂离子电池不着火、不爆炸。
(2)重物冲击测试
1、将锂离子电池充电至4.2V；
2、将直径15.8mm、重9.1kg的棒材安装在锂离子电池中心；
3、从高度为61高电池在试。处掉落，撞击锂离子电池；
4、测量整个过程的温度，观察现象；
通过标准为锂离子电池不冒烟、不起火、不爆炸。
(3)侧面挤压测试
1、将锂离子电池充电至4.2V；
2、将锂离子电池放在两个平面之间挤压，施加力达到13KN时释放；
3、测量整个过程的温度，观察现象；
通过标准为锂离子电池不冒烟、不起火、不爆炸。
(4)循环性能测试
1、休眠5分钟；
2、以1.0C电流恒流将锂离子电池充电至4.2V，然后恒压充电至电流下降至0.05C，充电停止；
3、休眠5分钟；
4、然后以1.0C电流恒流将锂离子电池放电至3.0V；
5、重复上述步骤1至步骤4；
6、当放电容量连续2次低于初始放电容量的80％时，测试即可停止；
通过标准为锂离子电池的循环次数不少于300次。
上述各个实施例以及对比例的测试结果，如下表1所示。为了方便比较，表1的结果以分组的方式示出。
表1
Figure BDA0001708878500000141
Figure BDA0001708878500000151
由上表1可知，实施例1至实施例5中的正极极片400涂覆有第一涂层402a和第二涂层402c，并且第一涂层402a具有多个通孔402b，该通孔 402b的图案为均匀布置的圆形，以及该第一涂层402a的厚度为10μm，第一涂层402a中的通孔402b的横截面积占第一涂层402a的横截面积的比例逐渐增大，分别为1％、5％、10％、15％和20％，将实施例1至实施例5以及对比例1与对比例2相比较可知，采用具有第一涂层402a且无论是否具备通孔402b，都可以提高了锂离子电池的安全性能；这是由于第一涂层402a 与集流体的粘结力比第二涂层402c更高，极片在碰撞、挤压或温度变化下的活性物质不易从集流体上变形脱落，从而避免了裸露的正极集流体与充满电的负极活性物质层直接短路，提高了锂离子电池的安全性能；同时，第一涂层402a的电阻比第二涂层402c的电阻大，内部短路时不易产生大电流，可进一步提高了锂离子电池的安全性能。
此外，图9示出了实施例1至5以及对比例1至2的锂离子电池的循环寿命曲线(其中，①表示实施例1，②表示实施例2，③表示实施例3，④表示实施例4，⑤表示实施例5，⑥表示对比例1，⑦表示对比例2)，参照图9，从图9中可以看出，具有通孔402b的第一涂层402a的锂离子电池的循环性能均优于不具有通孔402b的第一涂层402a的锂离子电池的循环性能，并且第一涂层402a中的通孔402b的横截面积与第一涂层402a的横截面积比例越大，其循环性能越好。其中，通孔402b的横截面积与第一涂层402a的横截面积比例可以通过通孔402b的形状、数量、大小、排列的形式等来进行调控。
综上，与传统单层结构极片的锂离子电池相比，具有双层结构(不具有通孔201的内层20和外层30)极片的锂离子电池可以在不牺牲或牺牲很少锂离子电池容量的情况下，在集流体表面增加一层保护层，提高锂离子电池的安全性能，但其循环性能将明显恶化。但采用本发明的技术方案，即采用具有通孔402b的第一涂层402a和第二涂层402c的双层结构极片的锂离子电池，可以在保证锂离子电池的循环性能的前提下，提高锂离子电池安全性能，这是由于第一涂层402a具有通孔402b，在第一涂层402a能够为集流体提供稳定保护的同时，又使得部分第二涂层402c可以通过第一涂层402a的通孔402b与集流体表面进行连接，能够为第二涂层402c提供额外的电流通道，降低了锂离子电池的阻抗，提高了双层结构锂离子电池整体的活性、降低了锂离子电池在充放电过程中的性能恶化速度，进而提高了其循环性能。
图10示出了实施例1以及实施例6至10的锂离子电池的循环寿命曲线(其中，①表示实施例1，⑥代表对比例1，⑦代表实施例6，⑧表示实施例9，⑨表示实施例7，⑩表示实施例8，
Figure 1
表示实施例10)。通过图10 可知，通过改变正极极片400的第一涂层402a的通孔402b的形状(如可为圆形、正方形、长方形、多边形、圆形和方形以及不均匀分布的圆形等)，其对锂离子电池的安全性能和循环性能均有一定的影响，但影响不大。
将实施例1与实施例11至14进行比较可知，随着正极极片400的第一涂层402a厚度的增加，用其制作的锂离子电池的安全性能也将增加，但是，当其厚度＞30μm时，将不利于锂离子传输，恶化循环性能。
本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本申请的精神和范围的情况下，可以对本发明的技术方案进行多种变化、替换以及改变，仍属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种极片，包括：
集流体，所述集流体的至少一个表面上涂覆有第一活性物质的第一涂层；
其中，所述第一涂层包括至少一个通孔，所述至少一个通孔的横截面积为所述第一涂层的横截面积的1％-20％；
其中，所述极片还包括涂覆有第二活性物质的第二涂层，所述第一涂层设置在所述第二涂层和所述集流体之间，所述第二涂层穿过所述至少一个通孔与所述集流体连接；
其中，所述第二涂层的活性大于所述第一涂层的活性。
2.根据权利要求1所述的极片，其中，所述至少一个通孔包括第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔的形状为圆形、椭圆形和多边形中至少一种。
3.根据权利要求2所述的极片，其中，所述第一通孔与所述第二通孔间隔设置。
4.根据权利要求1所述的极片，其中，在沿极片的长度方向上，所述第一涂层的一端超出所述第二涂层。
5.根据权利要求1所述的极片，其中，在沿极片的长度方向上，所述第一涂层的一端和所述第二涂层对齐。
6.根据权利要求1所述的极片，其中，在沿极片的长度方向上，所述第二涂层的一端超出所述第一涂层。
7.根据权利要求1所述的极片，其中，所述第一涂层的厚度为2μm-30μm。
8.根据权利要求1所述的极片，其中，所述第一涂层与所述集流体的粘结力大于所述第二涂层与所述集流体的粘结力。
9.根据权利要求1所述的极片，其中，所述第一涂层的电阻大于所述第二涂层的电阻。
10.根据权利要求1所述的极片，其中，所述集流体还包括未涂覆区域，所述未涂覆区域设置在所述第一涂层的两端或四周。
11.一种锂离子电池，包括根据权利要求1-10中任一项所述的极片。
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