CN112670442B - 正极片、电池卷芯、电池及正极片制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种正极片、电池卷芯、电池及正极片制备方法，该正极片包括：集流体、极耳、活性材料层和混合层，集流体包括相背设置的第一表面和第二表面，第一表面包括第一区域、第二区域和第三区域，第二表面包括第四区域和第五区域，且第四区域对应第二区域设置，第五区域对应第三区域设置；第一区域设有与集流体电连接的极耳，第二区域和第四区域均设有活性材料层，第三区域和第五区域均设有混合层；其中，混合层为弹性混合溶剂层。这样在正极片处于跌落或者其他机械滥用的情况下，可以降低集流体出现撕裂的现象。

Description

正极片、电池卷芯、电池及正极片制备方法

技术领域

本申请属于电池技术领域，具体涉及一种正极片、电池卷芯、电池及正极片制备方法。

背景技术

随着用户对电池的续航能力的要求的提高，电池的容量也越来越大。然而，随着电池的容量的增大，当电池发生碰撞或跌落时，电池的内部结构的受力也越大，进而容易导致电池的集流体出现撕裂的现象；而集流体撕裂产生的毛刺容易戳破隔膜，进而引发电池内部的正极片和负极片短路，导致电池出现安全隐患。

可见，相关技术中，电池的集流体容易出现撕裂的问题。

发明内容

本申请旨在提供一种正极片、电池卷芯、电池及正极片制备方法，能够解决相关技术中，电池的集流体容易出现撕裂的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提出了一种正极片，包括：集流体、极耳、活性材料层和混合层，所述集流体包括相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第二表面包括第四区域和第五区域，且所述第四区域对应所述第二区域设置，所述第五区域对应所述第三区域设置；

所述第一区域设有与所述集流体电连接的所述极耳，所述第二区域和所述第四区域均设有所述活性材料层，所述第三区域和所述第五区域均设有所述混合层；

其中，所述混合层为弹性混合溶剂层。

可选地，所述混合层包含疏水类有机硅物料。

可选地，所述混合层的厚度与所述活性材料层的厚度之比为0.8～1.1。

可选地，所述混合层是基于疏水类有机硅物料和固化剂制备得到的，所述疏水类有机硅物料的重量比例为40％～90％，所述固化剂的重量比例为10％～60％。

可选地，所述疏水类有机硅物料的重量比例为50％～70％，所述固化剂的重量比例为30％～50％。

可选地，所述疏水类有机硅物料包括聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和聚醚聚硅氧烷中的至少一项。

第二方面，本申请实施例提出了一种电池卷芯，包括卷绕设置的负极片、隔膜以及第一方面所述的正极片，且所述电池卷芯在卷芯厚度方向上的至少一个外侧为所述正极片的混合层。

第三方面，本申请实施例提出了一种电池，包括第二方面所述的电池卷芯。

可选地，所述电池包括外壳，所述正极片上的混合层通过热熔胶与所述外壳粘接。

第四方面，本申请实施例提出了一种正极片制备方法，包括：

提供一集流体，所述集流体包括相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第二表面包括第四区域和第五区域，且所述第四区域对应所述第二区域设置，所述第五区域对应所述第三区域设置；

在所述第二区域和所述第四区域形成活性材料层；

在形成所述活性材料层后，在所述第三区域和所述第五区域形成混合层，所述混合层是基于疏水类有机硅物料和固化剂制备得到的；

在形成所述混合层后，在所述第一区域设置极耳，并得到正极片。

在本申请的实施例中，通过在集流体的第三区域和第五区域设置混合层，可以提高集流体在第三区域和第五区域的结构强度；而且在正极片处于跌落或者其他机械滥用的情况下，还可以降低集流体的第三区域和第五区域发生撕裂的概率。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供的正极片的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的集流体的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的电池卷芯的结构示意图之一；

图4是本申请实施例提供的电池卷芯的结构示意图之一；

图5是本申请实施例提供的正极片制备方法的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1和图2所示，本申请实施例提供一种正极片，包括：集流体10、极耳20、活性材料层30和混合层40，集流体10包括相背设置的第一表面11和第二表面12，第一表面11包括第一区域111、第二区域112和第三区域113，第二表面12包括第四区域121和第五区域122，且第四区域121对应第二区域112设置，第五区域122对应第三区域113设置；

第一区域111设有与集流体10电连接的极耳20，第二区域112和第四区域121均设有活性材料层30，第三区域113和第五区域122均设有混合层40；

其中，混合层40为弹性混合溶剂层。

本实施方式中，通过在集流体10的第三区域113和第五区域122设置混合层40，可以提高集流体10在第三区域113和第五区域122的结构强度；而且在正极片处于跌落或者其他机械滥用的情况下，还可以降低集流体10的第三区域113和第五区域122发生撕裂的概率。

而且，通过将混合层40设置成弹性混合溶剂层，这样在正极片受到撞击时，混合层40可以提供一定的弹性缓冲作用，从而减小正极片的受到的冲击力，降低集流体10出现撕裂的概率。

其中，所述第四区域121对应第二区域112设置以及第五区域122对应第三区域113设置，是指对应设置的两个区域在极片厚度方向上至少存在重叠区域，两区域的具体面积可以相等，也可以不相等。

一实施例中，集流体10可以是铝箔，即集流体10可以是铝材料制成的箔片。

其中，活性材料层30可以是质量百分比为90％～98.5％的常见正极活性物质、0～5％的导电剂和0～5％的粘结剂组成的混合物；且正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝酸锂或磷酸铁锰锂中的至少一项。

另一实施例中，混合层40包括疏水类有机硅物料。

可选地，疏水类有机硅物料的重量比例为40％～90％，固化剂的重量比例为10％～60％。

进一步可选地，疏水类有机硅物料的重量比例为50％～70％，固化剂的重量比例为30％～50％。

其中，疏水类有机硅物料包括聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和聚醚聚硅氧烷中的至少一项。

其中，固化剂又名硬化剂、熟化剂或变定剂；进一步的固化剂又分为脂肪族胺类、芳族胺类、酰胺基胺类和潜伏固化胺类等；进一步的脂肪胺类包括但不限于乙烯基三胺、氨乙基哌嗪、二氨基环己烷、乙二胺、亚甲基双环己烷胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、二丙烯三胺、二甲胺基丙胺、二乙氨基丙胺、三甲基六亚甲基二胺、二已基三胺、已二胺改性物、已二胺加和物、已二胺、三甲基已二胺、二乙胺和聚醚二胺等；进一步的芳族胺类包括但不限于间苯二胺、间苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基砜、间氨基甲胺、联苯胺、氯邻苯二胺、苯二甲胺三聚体、苯二甲胺三聚体衍生物、双苄胺基醚、间苯二胺与二氨基二苯甲基烷混合物、偏苯二胺和亚甲基双苯二胺等；进一步的潜伏固化胺类包括但不限于双氰胺等。

在第三区域113和第五区域122设置混合层40的过程中，可以先制备混合溶剂浆料，然后在第三区域113和第五区域122涂覆混合溶剂浆料；再接着，对涂覆有混合溶剂浆料的极片进行烘烤处理，以便在第三区域113和第五区域122设置混合层40。其中，烘烤温度可以是60℃～100℃。

在制备混合溶剂浆料的过程中，可以将疏水类有机硅物料溶剂和固化剂按照一定的重量比例进行混合。比如，可以按照70％的疏水类有机硅物料溶剂与30％的固化剂进行混合，并对混合后的溶剂朝一个方向进行搅拌直至充分混合均匀后出现大量细密气泡停止搅拌；然后将搅拌后的溶剂置于真空箱中进行去除气泡工作，以制备得到混合溶剂浆料。

另外，在本申请中，还可以将混合层40的厚度设置成大于集流体10撕裂后形成的毛刺的长度，这样即使集流体10撕裂形成毛刺，毛刺也难以刺破混合层40，进而避免毛刺刺穿混合层40与负极片接触，避免电池内部发生短路的问题。

可选地，混合层40的厚度与活性材料层30的厚度之比为0.8～1.1。

本实施方式中，通过将混合层40的厚度与活性材料层30的厚度之比为0.8～1.1，使得混合层40的厚度与活性材料层30的厚度相适配，可以在降低集流体10发生撕裂的现象的基础上，提高基于正极片制作形成的电池卷芯的结构的稳定性。

如图3和图4所示，本申请实施例还提供一种电池卷芯，包括卷绕设置的负极片100、隔膜200和正极片300；

其中，正极片300可以是前述实施方式中的正极片，且电池卷芯在卷芯厚度方向上的至少一个外侧为正极片300的混合层310。

本实施方式中，通过在正极片300上设置混合层310，使得基于正极片300卷绕形成的电池卷芯在卷芯厚度方向上的至少一个外侧为正极片300的混合层310，即使电池卷芯的外侧壁形成有混合层310，即正极片300、隔膜200及负极片100卷绕形成电池卷芯后，正极片300上的混合层310会覆盖电池卷芯的外侧壁，相当于在电池卷芯的外侧壁形成有一个保护层(即混合层310)；该混合层310对电池卷芯进行保护。

而且，在混合层310为弹性混合层的情况下，混合层310还可以对电池卷芯提供一定的弹性缓冲力；这样在电池卷芯处于跌落或者其他机械滥用的情况下，混合层310提供的弹性缓冲力，可以降低电池卷芯受到的冲击力，进而延长电池卷芯的使用寿命。

其中，隔膜200可以是水系隔膜，还可以是大孔油析隔膜或和凹版油系隔膜。

一实施例中，在制作负极片100的过程中，可以将质量百分比为的90％～98.5％的常见负极活性物质，0％～5％的导电剂和0％～5％的粘结剂组成的混合物，均匀分散在NMP(N-甲基吡咯烷酮，N-Methyl Pyrrolidone)溶剂中制成负极浆料；并可以通过涂布的方式在负极集流体的两相背设置的表面涂覆负极浆料，然后通过烘烤的方式，以便将涂覆在负极集流体上的负极浆料形成负极活性材料层；再然后通过在负极集流体上设置负极耳，以得到负极片。

其中，隔膜可以是水系隔膜、大孔油析和凹版油系等常见电池隔膜。

一实施例中，可以通过采用97.8％的钴酸锂、1.1％的导电剂和1.1％的粘结剂组成的混合物，均匀分散在NMP溶剂中制成正极浆料，将正极浆料置于涂布机中，进行涂布(涂布方式包括挤压式涂布、转移式涂布、辊涂式涂布的一种)；对涂布后的正极片进行烘烤和辊压后，对正极片的空箔区域涂覆混合溶剂浆料，该空箔区域可以是上述实施例中的集流体的第三区域和第五区域；对涂覆有混合溶剂浆料的正极片进行烘烤处理，以便使正极片上涂覆的混合溶剂浆料形成混合层，以得到正极片。其中，混合溶剂浆料采用40％的疏水类有机硅物料溶剂和60％固化剂类溶剂制备而成。

另外，可以采用96.5％的石墨，0.5％的导电剂和3％的粘结剂组成的混合物，均匀分散在NMP溶剂中制成负极浆料；将负极浆料置于涂布机中，进行涂布，所述涂布方式包括挤压式涂布、转移式涂布、辊涂式涂布的一种，得到负极极片。

进一步的，可以将上述正极片和负极片配合卷绕、封装、烘烤注液、化成、二封、分选的方式制作电池。

上述实施方式中提及的辊压、卷绕、封装、烘烤注液、化成、二封及分选等工艺，均是制作电池的工艺。而且，本申请中的电池可以是锂离子电池。

在电池的跌落试验过程中，疏水类有机硅物料溶剂与固化剂类溶剂的比重不同时，电池出现安全隐患的概率也不同。本申请中，可以准备十组样品进行跌落试验，并可以将电池安装在手机夹具内进行跌落测试，其测试结果如下表所示：

其中，比例1表示混合溶剂浆料采用40％的疏水类有机硅物料溶剂和60％固化剂类溶剂制备而成；

比例2表示混合溶剂浆料采用50％的疏水类有机硅物料溶剂和50％固化剂类溶剂制备而成；

比例3表示混合溶剂浆料采用60％的疏水类有机硅物料溶剂和40％固化剂类溶剂制备而成；

比例4表示混合溶剂浆料采用70％的疏水类有机硅物料溶剂和30％固化剂类溶剂制备而成；

比例5表示混合溶剂浆料采用80％的疏水类有机硅物料溶剂和20％固化剂类溶剂制备而成；

比例6表示混合溶剂浆料采用90％的疏水类有机硅物料溶剂和10％固化剂类溶剂制备而成；

另外，在正极片未设置混合层的情况下，电池在跌落测试过程中，铝箔撕裂的概率达到了60％。

通过上述测试数据可知，在正极片上设置混合层，可有有效降低铝箔出现撕裂的概率。而且，在疏水类有机硅物料的重量比例为50％～70％、固化剂的重量比例为30％～50％的情况下，铝箔(即集流体)出现撕裂的概率最低。

本申请实施例还提供一种电池，包括上述实施例中的电池卷芯。

需要说明的是，上述电池卷芯实施例的实现方式同样适应于该电池的实施例中，并能达到相同的技术效果，在此不再赘述。

其中，电池包括外壳(未图示)，且正极片上的混合层可以通过热熔胶与外壳粘接，以实现电池的制作。

如图5所示，本申请实施例还提供一种正极片制备方法，包括：

步骤501、提供一集流体。

该步骤中，集流体可以是铝箔，即集流体可以是铝材料制成的箔片。

如图2所示，集流体10包括相背设置的第一表面11和第二表面12，第一表面11包括依次相邻设置的第一区域111、第二区域112和第三区域113，第二表面12包括第四区域121和第五区域122，且第四区域121对应第二区域112设置，第五区域122对应第三区域113设置。

步骤502、在所述第二区域和所述第四区域形成活性材料层。

该步骤中，可以通过涂覆的方式在第二区域和第四区域形成活性材料层。

一实施例中，可以将质量百分比为90％～98.5％的常见正极活性物质、0～5％的导电剂和0～5％的粘结剂组成的混合物，均匀分散在NMP溶剂中，并通过一定的搅拌工艺制成正极浆料；并可以通过涂布的方式在集流体的第二区域和第四区域涂覆正极浆料，然后通过烘烤的方式，以便将涂覆在集流体上的正极浆料形成活性材料层。

例如，可以将制备的正极浆料置于涂布机中，通过常规的涂布方式将正极浆料涂覆于集流体的第二区域和第四区域，然后通过烘烤的方式，在集流体的第二区域和第四区域形成活性材料层。

其中，正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝酸锂或磷酸铁锰锂中的至少一项。

另外，涂布的方式包括挤压式涂布、转移式涂布、辊涂式涂布等。

步骤503、在形成所述活性材料层后，在所述第三区域和所述第五区域形成混合层。

该步骤中，混合层可以基于疏水类有机硅物料和固化剂制备得到的。

其中，混合层可以是疏水类有机硅物料和固化剂按照一定比例混合制备而成。

而且，通过在第三区域和第五区域形成混合层，可以提高集流体在第三区域和第五区域的结构强度，降低集流体的第三区域和第五区域发生撕裂的概率。

比如，在电池发生碰撞或者撞击的情况下，混合层可以提高电池的正极片的集流体的结构强度，降低其发生撕裂的概率，进而提高电池的安全性能，延长电池的使用寿命。

步骤504、在形成所述混合层后，在所述第一区域设置极耳，并得到正极片。

该步骤中，可以通过热熔或者焊接的方式在第一区域设置极耳，以得到正极片，该正极片可以用于制作电池卷芯，且包括该正极片的电池卷芯还可以用于制作电池。

如图1所示，基于正极片制备方法制备得到的正极片包括集流体10、极耳20、活性材料层30和混合层40，且第一区域111设有与集流体10电连接的极耳20，第二区域112和第四区域121均设有活性材料层30，第三区域113和第五区域122均设有混合层40。

可选地，所述在形成所述活性材料层后，在所述第三区域和所述第五区域形成混合层，包括：

在所述第三区域和所述第五区域涂覆混合溶剂浆料，所述混合溶剂浆料是基于所述疏水类有机硅物料和所述固化剂制备得到的；

对涂覆有所述混合溶剂浆料的极片进行烘烤处理，以在所述第三区域和所述第五区域形成混合层。

本实施方式中，可以通过涂布的方式在第三区域和第五区域涂覆混合溶剂浆料，然后通过烘烤的方式，以便将涂覆在第三区域和第五区域的混合溶剂浆料形成混合层，以达到提高集流体的结构强度的目的。

其中，混合溶剂浆料的制备以及混合层的成分可以参考前述实施例，在此不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种正极片，其特征在于，包括：集流体、极耳、活性材料层和混合层，所述集流体包括相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第二表面包括第四区域和第五区域，且所述第四区域对应所述第二区域设置，所述第五区域对应所述第三区域设置；

所述第一区域设有与所述集流体电连接的所述极耳，所述第二区域和所述第四区域均设有所述活性材料层，所述第三区域和所述第五区域均设有所述混合层；

其中，所述混合层是基于疏水类有机硅物料和固化剂制备得到的，所述混合层的厚度设置成大于集流体撕裂后形成的毛刺的长度。

2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述混合层包含疏水类有机硅物料。

3.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述混合层的厚度与所述活性材料层的厚度之比为0.8～1.1。

4.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述疏水类有机硅物料的重量比例为40％～90％，所述固化剂的重量比例为10％～60％。

5.根据权利要求4所述的正极片，其特征在于，所述疏水类有机硅物料的重量比例为50％～70％，所述固化剂的重量比例为30％～50％。

6.根据权利要求2所述的正极片，其特征在于，所述疏水类有机硅物料包括聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和聚醚聚硅氧烷中的至少一项。

7.一种电池卷芯，其特征在于，包括卷绕设置的负极片、隔膜以及如权利要求1至6中任一项所述的正极片，且所述电池卷芯在卷芯厚度方向上的至少一个外侧为所述正极片的混合层。

8.一种电池，其特征在于，包括如权利要求7所述的电池卷芯。

9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述电池包括外壳，所述正极片上的混合层通过热熔胶与所述外壳粘接。

10.一种正极片制备方法，其特征在于，包括：

提供一集流体，所述集流体包括相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第二表面包括第四区域和第五区域，且所述第四区域对应所述第二区域设置，所述第五区域对应所述第三区域设置；

在所述第二区域和所述第四区域形成活性材料层；

在形成所述活性材料层后，在所述第三区域和所述第五区域形成混合层，所述混合层是基于疏水类有机硅物料和固化剂制备得到的，所述混合层的厚度设置成大于集流体撕裂后形成的毛刺的长度；

在形成所述混合层后，在所述第一区域设置极耳，并得到正极片。