CN112820853A - 极片和电池 - Google Patents
极片和电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112820853A CN112820853A CN202011628646.6A CN202011628646A CN112820853A CN 112820853 A CN112820853 A CN 112820853A CN 202011628646 A CN202011628646 A CN 202011628646A CN 112820853 A CN112820853 A CN 112820853A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pole piece
- active material
- carbon
- lithium
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 28
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 26
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 25
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 15
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims description 14
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 14
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 14
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 12
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 claims description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 10
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 9
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 7
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 7
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 7
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 7
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 7
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 7
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 7
- 229920001289 polyvinyl ether Polymers 0.000 claims description 7
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 7
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 7
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 7
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 7
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 claims description 7
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 6
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 6
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 claims description 6
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 241000588731 Hafnia Species 0.000 claims description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PFYQFCKUASLJLL-UHFFFAOYSA-N [Co].[Ni].[Li] Chemical compound [Co].[Ni].[Li] PFYQFCKUASLJLL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YWJVFBOUPMWANA-UHFFFAOYSA-H [Li+].[V+5].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [Li+].[V+5].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O YWJVFBOUPMWANA-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 3
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 3
- 239000002931 mesocarbon microbead Substances 0.000 claims description 3
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 claims description 3
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims description 3
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ZCUFMDLYAMJYST-UHFFFAOYSA-N thorium dioxide Chemical compound O=[Th]=O ZCUFMDLYAMJYST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000005287 vanadyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- DVATZODUVBMYHN-UHFFFAOYSA-K lithium;iron(2+);manganese(2+);phosphate Chemical compound [Li+].[Mn+2].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O DVATZODUVBMYHN-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 229910000572 Lithium Nickel Cobalt Manganese Oxide (NCM) Inorganic materials 0.000 claims 1
- FBDMTTNVIIVBKI-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Mn+2].[Co+2].[Ni+2].[Li+] Chemical compound [O-2].[Mn+2].[Co+2].[Ni+2].[Li+] FBDMTTNVIIVBKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 14
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 9
- 238000007600 charging Methods 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- OQMIRQSWHKCKNJ-UHFFFAOYSA-N 1,1-difluoroethene;1,1,2,3,3,3-hexafluoroprop-1-ene Chemical group FC(F)=C.FC(F)=C(F)C(F)(F)F OQMIRQSWHKCKNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 3
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 description 3
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 3
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- HFCVPDYCRZVZDF-UHFFFAOYSA-N [Li+].[Co+2].[Ni+2].[O-][Mn]([O-])(=O)=O Chemical compound [Li+].[Co+2].[Ni+2].[O-][Mn]([O-])(=O)=O HFCVPDYCRZVZDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006255 coating slurry Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000011076 safety test Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N [O].[Si] Chemical compound [O].[Si] OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001467 acupuncture Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006256 anode slurry Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 238000010280 constant potential charging Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- ILXAVRFGLBYNEJ-UHFFFAOYSA-K lithium;manganese(2+);phosphate Chemical compound [Li+].[Mn+2].[O-]P([O-])([O-])=O ILXAVRFGLBYNEJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000009781 safety test method Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明提供一种极片和电池，该极片包括集流体和依次层叠设置于集流体至少一表面的涂炭层、活性材料层和保护层，所述集流体上还设有极耳，所述涂炭层与极耳间的最小距离为W1，活性材料层与极耳间的最小距离为W2，保护层与极耳间的最小距离为W3，W1≥W2≥W3。本发明能够提高电池的安全性和循环性等品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种极片电池，属于电池领域。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长等优点已大量普及应用，目前已经成为消费电子产品、动力汽车、储能等领域的主要电池类型。随着对各类用电产品的使用和安全性能要求的提高，锂离子电池的循环寿命、安全性等品质也逐渐受到越来越高的重视。然而，现有锂离子电池在进行针刺、重物冲击等安全测试时，失效概率较大，其耐机械滥用的安全性能表现不佳，且循环性能也有待进一步提高。
发明内容
本发明提供一种极片，具有良好的安全性和循环性等特性，进而能够提高电池的安全性和循环性等品质。
本发明还提供一种电池，采用上述极片形成，具有良好的安全性和循环性等品质。
本发明的一方面，提供一种极片，包括集流体和依次层叠设置于集流体至少一表面的涂炭层、活性材料层和保护层，集流体上还设有极耳，涂炭层与极耳间的最小距离为W1，活性材料层与极耳间的最小距离为W2，保护层与极耳间的最小距离为W3，W1≥W2≥W3。
根据本发明的一实施方式，上述涂炭层靠近极耳的一端至活性材料层靠近极耳的一端的最小距离为a，0≤a≤3mm；和/或，上述活性材料层靠近极耳的一端至保护层靠近极耳的一端的最小距离为b，0≤b≤3mm。
根据本发明的一实施方式，上述涂炭层的厚度为0.2-2μm；和/或，上述活性材料层的厚度为30-70μm；和/或，上述保护层的厚度为1-5μm。
根据本发明的一实施方式，上述涂炭层的原料包括导电碳材料和粘结剂，其中，上述导电碳材料的质量含量为30-90％。
根据本发明的一实施方式，上述导电碳材料包括导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的至少一种；和/或，上述粘结剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和丁苯橡胶中的至少一种。
根据本发明的一实施方式，上述活性材料层的原料包括负极活性材料、粘结剂和导电剂，其中，上述负极活性材料的质量含量为92-98.5％，粘结剂的质量含量为1.5-4％，导电剂的质量含量为0-4％。
根据本发明的一实施方式，上述极片为负极片，上述活性材料包括石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅材料、硅氧材料、硅碳材料、钛酸锂中的至少一种。
根据本发明的一实施方式，上述极片为正极片，上述活性材料包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、富锂锰基材料、镍钴铝酸锂中的至少一种。
根据本发明的一实施方式，上述保护层的原料包括无机颗粒材料和粘结剂，其中，上述粘结剂的质量含量为20-100％。
根据本发明的一实施方式，上述无机颗粒材料包括氧化铝、勃姆石、氧化镁、氧化钛、氧化硅、氧化钙、氧化锰、氧化锆、氧化钇、氧化铪、、氧化铈、氧化钍中的至少一种；和/或，上述粘结剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和丁苯橡胶中的至少一种。
本发明的再一方面，提供一种电池，包括上述极片。
本发明的实施，至少具有如下有益效果：
本发明提供的极片，通过特殊结构设计，能够达到良好的安全性和循环性能，进而提高电池的安全性和循环性等品质，研究表明，本发明提供的电池满电针刺通过率达到80％、甚至90％以上，大部分能达到100％，同时本发明的电池还能够保持较高的容量保持率，循环500T的容量保持率达到85％以上。因此，本发明的极片及电池兼具良好的安全性和循环性等品质，在产业应用上具有更大的实用意义。
附图说明
图1为本发明一实施方式的极片的截面示意图；
附图标记说明：1：集流体；2：涂炭层；3：活性材料层；4：保护层；5：极耳。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图对本发明作进一步地详细说明。
本发明的一方面，提供一种极片，如图1所示，该极片包括集流体1和依次层叠设置于集流体至少一表面的涂炭层2、活性材料层3和保护层4，集流体1上还设有极耳5，涂炭层2与极耳5间的最小距离为W1，活性材料层 3与极耳5间的最小距离为W2，保护层4与极耳5间的最小距离为W3， W1≥W2≥W3。
本发明提供的极片，保护层位于活性材料层的表面并完全覆盖活性材料层(W2≥W3)，通过保护层能够隔绝正负极片等部件的接触，避免由此导致的短路现象，同时在集流体表面与活性材料层之间设置涂炭层(或称底涂层)，能够增加活性材料层与集流体表面之间的粘结效果，减少接触阻抗(保护层的存在会增加阻抗，不利极片及电池的循环性能，通过涂炭层可以有效降低保护层带来的该不利影响)，并且控制活性材料层完全覆盖涂炭层(W1≥W2)，保证极片涂层的平整性(涂炭层与集流体表面粗糙度差异明显，如果W1<W2，即活性材料层收尾在涂炭层上，会导致活性材料层收尾处厚度较厚，影响极片平整性)，由此，能够增加由涂炭层、活性材料层和保护层形成的整个功能涂层的导电性及其与集流体的剥离力，使得极片具有良好的安全性和循环性等性能。
本发明中，极耳可以位于极片的端部，也可以位于极片的中部，可以根据需要设置。
根据本发明的研究，涂炭层靠近极耳的一端至活性材料层靠近极耳的一端的最小距离(即W1-W2)为a(即a＝W1-W2)，0≤a≤3mm，例如a可以为 0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或其中的任意两个值组成的范围等，优选0≤a≤1.5mm；和/或，活性材料层靠近极耳的一端至保护层靠近极耳的一端的最小距离(即W2-W3)为b(即b＝W2-W3)，0≤b≤3mm，例如b可以为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或其中的任意两个值组成的范围等，优选0≤b≤1.5mm，更利于提高极片的安全性和循环性等性能。
经进一步研究，上述涂炭层的厚度可以为0.2-2μm，比如可以为0.5μm、 1μm、1.5μm等；和/或，活性材料层的厚度可以为30-70μm，进一步可以为40-60μm，比如可以为45μm、50μm、55μm等；和/或，保护层的厚度可以为 1-5μm，比如可以为1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm等。
本发明中，上述涂炭层的原料可以包括导电碳材料和粘结剂，其中，导电碳材料的质量含量为30-90％，比如可以为40％、50％、60％、70％、80％或其中的任意两个值组成的范围等，余量可以为粘结剂(其质量含量例如可以为10-40％)。
具体地，导电碳材料可以包括导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的至少一种；和/或，粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳(CMC)、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和丁苯橡胶(SBR)中的至少一种。
上述活性材料层的原料可以包括负极活性材料、粘结剂和导电剂，其中，活性材料的质量含量为92-98.5％，粘结剂的质量含量为1.5-4％，导电剂的质量含量为0-4％。粘结剂和导电剂可以是本领域常规材料，举例来说，导电剂可以包括导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的至少一种；粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳(CMC)、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和丁苯橡胶(SBR)中的至少一种。其中，石墨具体可以是人造石墨和 /或天然石墨等。
上述活性材料可以根据需要选择，亦可以选择本领域常规活性材料，具体来说，本发明的极片可以是正极片或负极片，例如，在一实施方式中，该极片为负极片，上述活性材料可以是本领域常规负极活性材料，例如可以包括石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅材料、硅氧材料、硅碳材料、钛酸锂中的至少一种，该负极片的集流体可以是铜箔等本领域常规负极集流体。在另一实施方式中，上述极片为正极片，上述活性材料可以是含锂活性材料等本领域常规正极活性材料，例如可以包括活性材料包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、富锂锰基材料、镍钴铝酸锂中的至少一种，该正极片的集流体可以是铝箔等本领域常规正极集流体。
进一步地，上述保护层可以包括聚合物涂层或无机涂层或二者的组合，其中，无机涂层可以是陶瓷涂层或其他非活性无机涂层等。在一优选实施方式中，上述保护层的原料可以包括无机颗粒材料和粘结剂，其中，粘结剂的质量含量为20～100％，进一步可以为20-90％，比如可以为30％、40％、50％、 60％、70％、80％等。具体地，所用粘结剂一般是聚合物粘结剂，当上述保护层的原料中的粘结剂含量为100％(无机颗粒含量为0)时，该保护层即为聚合物涂层，当粘结剂含量小于100％时，余量为无机颗粒材料，该保护层为非活性无机涂层(即聚合物与无机颗粒材料形成的混合涂层)。
上述无机颗粒材料(或称陶瓷材料)呈颗粒状，其具体可以包括氧化铝 (Al2O3)、勃姆石、氧化镁、氧化钛、氧化硅、氧化钙、氧化锰、氧化锆、氧化钇、氧化铪、、氧化铈、氧化钍中的至少一种，可按照本领域常规方法将上述材料形成颗粒状。
进一步地，上述保护层中的粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和丁苯橡胶(SBR)中的至少一种；和 /或，导电剂可以包括导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的至少一种。在一优选实施方式中，保护层的粘结剂包括丁苯橡胶。
本发明的极片可按照涂覆法等本领域常规方法制得，例如，在一实施方式中，上述极片具体可以按照包括如下步骤的制备方法制得：根据预设的W1、W2、W3值，先将含有涂炭层原料的浆料涂敷于集流体的至少一表面上，经干燥后，再涂覆含有活性材料层原料的浆料和含有保护层原料的浆料，再经干燥、辊压等处理，分别形成依次层叠设置在集流体表面的涂炭层、活性材料层和保护层；在集流体上的预设极耳位焊接极耳，得到极片。其中，活性材料层和保护层可以是分开涂覆形成，也可以是通过双层涂覆方式形成。
本发明的再一方面，还提供一种电池，包括上述极片。
本发明的电池可以包括具有上述结构设计的正极片(即上述极片为正极片)，或者包括具有上述结构设计的负极片(即上述极片为负极片)，或者可以同时包括具有上述结构设计的正极片和具有上述结构设计的负极片(即上述极片包括正极片和负极片)。当上述极片为正极片时，上述电池还包括负极片，该负极片可以是本领域常规负极片；当上述极片为负极片时，上述电池还包括正极片，该正极片亦可以是本领域常规正极片，本发明对此不做特别限制。
上述电池还包括位于正极片和负极片之间的隔膜，该隔膜用于间隔正极片和负极片，其可以是本领域常规隔膜，本发明对此亦不做特别限制。
具体地，本发明的电池可以是锂离子电池，其可以是卷绕式或叠片式，优选卷绕式结构。
本发明的电池可以按照本领域常规方法制得，如可以将正极片、隔膜、负极片依次叠放后，卷绕(或叠片)形成电芯，然后经封装、注液、化成、分容、OCV(测试开路电压)等工序后，制得电池，该些步骤/工序均为本领域常规操作，本发明对此不做特别限制，不再赘述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)负极片的制备
将30wt％SBR和70wt％导电炭黑混合，加入去离子水，搅拌均匀后制成涂炭层浆料；
将96wt％人造石墨、1wt％导电炭黑、1.5wt％SBR和1.5wt％CMC混合，加入去离子水，搅拌均匀后制成负极活性材料层浆料；
将60wt％Al2O3陶瓷材料、40wt％PVDF混合，加入N-甲基吡咯烷酮 (NMP)，搅拌均匀后制成保护层浆料；
将上述涂炭层浆料涂覆在负极集流体的正反两个表面上，经干燥后，再将上述负极活性材料层浆料涂敷于集流体的正反两个表面上，经干燥后，再将上述保护层浆料涂敷于集流体的正反两个表面上，然后经干燥、辊压处理后，在集流体的两个表面分别形成层叠设置的涂炭层、负极活性材料层和保护层(即涂炭层位于集流体表面与负极活性材料层之间，负极活性材料层位于保护层与涂炭层之间)，得到负极片；
其中，根据预设a、b值(或W1、W2、W3值)，控制负极片的各涂层的涂覆范围，满足a＝1mm、b＝1mm(辊压后的范围)；控制负极片的各涂层厚度(辊压后的厚度)满足：涂炭层厚度为0.5μm，负极活性材料层厚度为50μm，保护层厚度为3μm；。
(2)正极片的制备
将95wt％钴酸锂、2wt％导电炭黑、1wt％碳纳米管、2wt％PVDF混合，加入NMP，搅拌均匀后配制成正极浆料；
将上述正极浆料涂覆在正极集流体的正反两个表面，经干燥、辊压处理后，得到正极片；
(3)电池的制备
将上述负极片和正极片经辊压、分切、制片后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序层叠放置，然后卷绕形成裸电芯，再经封装、注液、化成、分容、OCV等工序后，制成锂离子电池。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：将PVDF加入NMP中，搅拌均匀后制成保护层浆料(即保护层的原料全部是PVDF)；保护层厚度为1μm；a＝0mm， b＝0mm。其余条件与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：将制备保护层浆料所用的PVDF替换为SBR，其余条件与实施例1相同。
实施例4-6
实施例4-6与实施例1的差别在于负极片的各涂层原料组成、厚度以及a、 b值，具体示出于表1，除表1示出的差别外，其余条件与实施例1相同。
实施例7-9
实施例7-9与实施例3的差别在于负极片的各涂层原料组成、厚度以及a、 b值，具体示出于表1，除表1示出的差别外，其余条件与实施例3相同。
对比例1
该对比例与实施例1的区别在于：无保护层，其余条件与实施例1相同。
对比例2
该对比例与实施例1的区别在于：无涂炭层，其余条件与实施例1相同。
对比例3
该对比例与实施例1的区别在于：W3>W2(W3-W2＝1mm)，其余条件与实施例1相同。
各实施例及对比例电池的性能测试
对各实施例及对比例的锂离子电池进行循环测试及安全测试，评估电池的循环性能与安全性能，其中，
循环测试方法：在45℃±3℃环境下将锂离子电池1C倍率充电，充电至4.45V后改为恒压充电，截止电流为0.05C，电池充满电后静置10min，然后以0.5C的倍率进行放电，此为一次充放电循环，共循环500次；测得各实施例及对比例的电池循环500T容量保持率如表1所示；
安全测试方法：在25℃±3℃环境下将锂离子电池以1C充电倍率充满电，截止电压4.45V，截止电流0.05C；然后按照如下方法进行针刺测试：将直径3mm的钨钢钉以100mm/s的速度刺穿电池中间位置，然后退出；测得各实施例及对比例的电池的满电针刺通过率如表1所示。
表1.各实施例和对比例的条件差异及电池性能测定结果
注：对比例3满电针刺通过率50％，测试方法为：将直径3mm的钨钢钉以100mm/s的速度刺穿电池，刺穿位置为保护层未覆盖负极活性材料层区及保护层覆盖负极活性材料层区，保护层未覆盖负极活性材料层区测试5pcs全部失效，保护层覆盖负极活性材料层区测试5pcs全部通过。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种极片，其特征在于，包括集流体和依次层叠设置于集流体至少一表面的涂炭层、活性材料层和保护层，所述集流体上还设有极耳，所述涂炭层与极耳间的最小距离为W1，活性材料层与极耳间的最小距离为W2，保护层与极耳间的最小距离为W3，W1≥W2≥W3。
2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述涂炭层靠近极耳的一端至活性材料层靠近极耳的一端的最小距离为a，0≤a≤3mm；和/或，所述活性材料层靠近极耳的一端至保护层靠近极耳的一端的最小距离为b，0≤b≤3mm。
3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述涂炭层的厚度为0.2-2μm；和/或，所述活性材料层的厚度为30-70μm；和/或，所述保护层的厚度为1-5μm。
4.根据权利要求1或3所述的极片，其特征在于，所述涂炭层的原料包括导电碳材料和粘结剂，其中，所述导电碳材料的质量含量为30-90％。
5.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，
所述导电碳材料包括导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的至少一种；和/或，
所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和丁苯橡胶中的至少一种。
6.根据权利要求1或3所述的极片，其特征在于，所述活性材料层的原料包括活性材料、粘结剂和导电剂，其中，所述活性材料的质量含量为92-98.5％，粘结剂的质量含量为1.5-4％，导电剂的质量含量为0-4％。
7.根据权利要求6所述的极片，其特征在于，
所述极片为负极片，所述活性材料包括石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅材料、硅氧材料、硅碳材料、钛酸锂中的至少一种；
或者，所述极片为正极片，所述活性材料包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、富锂锰基材料、镍钴铝酸锂中的至少一种。
8.根据权利要求1或3所述的极片，其特征在于，所述保护层的原料包括无机颗粒材料和粘结剂，其中，所述粘结剂的质量含量为20-100％。
9.根据权利要求8所述的极片，其特征在于，
所述无机颗粒材料包括氧化铝、勃姆石、氧化镁、氧化钛、氧化硅、氧化钙、氧化锰、氧化锆、氧化钇、氧化铪、氧化铈、氧化钍中的至少一种；和/或，
所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和丁苯橡胶中的至少一种。
10.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的极片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011628646.6A CN112820853A (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 极片和电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011628646.6A CN112820853A (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 极片和电池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112820853A true CN112820853A (zh) | 2021-05-18 |
Family
ID=75854995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011628646.6A Pending CN112820853A (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 极片和电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112820853A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114156450A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-08 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 极片及电化学装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102388498A (zh) * | 2009-04-10 | 2012-03-21 | 丰田自动车株式会社 | 锂离子电池及其利用 |
| JP2012099385A (ja) * | 2010-11-04 | 2012-05-24 | Konica Minolta Holdings Inc | 耐熱性多孔質層付き電極とその製造方法及び二次電池 |
| CN105958009A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-09-21 | 洛阳力容新能源科技有限公司 | 一种高安全性锂离子电池复合极片及其制备方法，锂离子电池 |
| US20180083310A1 (en) * | 2016-09-21 | 2018-03-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electrode structure, secondary battery, battery pack and vehicle |
| CN109309191A (zh) * | 2017-07-26 | 2019-02-05 | 成都特隆美储能技术有限公司 | 一种新型的长寿命储能锂离子电池极片及锂离子电池 |
| CN109755557A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-05-14 | 桑顿新能源科技有限公司 | 一种安全的高电压高能量密度锂离子电池及其制备方法 |
| CN109952668A (zh) * | 2016-10-31 | 2019-06-28 | 远景Aesc能源元器件有限公司 | 用于电化学器件的电极、电化学器件、和用于制造其的方法 |
| CN110431692A (zh) * | 2017-03-31 | 2019-11-08 | 松下知识产权经营株式会社 | 二次电池 |
-
2020
- 2020-12-30 CN CN202011628646.6A patent/CN112820853A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102388498A (zh) * | 2009-04-10 | 2012-03-21 | 丰田自动车株式会社 | 锂离子电池及其利用 |
| JP2012099385A (ja) * | 2010-11-04 | 2012-05-24 | Konica Minolta Holdings Inc | 耐熱性多孔質層付き電極とその製造方法及び二次電池 |
| CN105958009A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-09-21 | 洛阳力容新能源科技有限公司 | 一种高安全性锂离子电池复合极片及其制备方法，锂离子电池 |
| US20180083310A1 (en) * | 2016-09-21 | 2018-03-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electrode structure, secondary battery, battery pack and vehicle |
| CN107863495A (zh) * | 2016-09-21 | 2018-03-30 | 株式会社东芝 | 电极结构体、二次电池、电池包及车辆 |
| CN109952668A (zh) * | 2016-10-31 | 2019-06-28 | 远景Aesc能源元器件有限公司 | 用于电化学器件的电极、电化学器件、和用于制造其的方法 |
| CN110431692A (zh) * | 2017-03-31 | 2019-11-08 | 松下知识产权经营株式会社 | 二次电池 |
| CN109309191A (zh) * | 2017-07-26 | 2019-02-05 | 成都特隆美储能技术有限公司 | 一种新型的长寿命储能锂离子电池极片及锂离子电池 |
| CN109755557A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-05-14 | 桑顿新能源科技有限公司 | 一种安全的高电压高能量密度锂离子电池及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114156450A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-08 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 极片及电化学装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113410469B (zh) | 一种负极极片和二次电池以及电动汽车 | |
| CN114122320B (zh) | 电极片及电化学装置 | |
| CN102013469B (zh) | 锂离子二次电池及其正极极片 | |
| CN112259803B (zh) | 一种锂离子叠芯及其应用 | |
| CN112820855B (zh) | 极片及电池 | |
| US20220376265A1 (en) | Positive electrode plate and lithium-ion battery | |
| CN114361717B (zh) | 复合隔膜及电化学装置 | |
| CA3198026A1 (en) | Lithium-ion battery | |
| CN112290080A (zh) | 一种可低温充电的锂离子电池 | |
| CN114583100A (zh) | 一种正极片及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN112151851A (zh) | 一种能够降低内部温升的叠片式锂离子电池用叠芯 | |
| CN110600680A (zh) | 一种正极浆料及包括该正极浆料的正极片、锂离子电池 | |
| CN114156434A (zh) | 一种极片和锂离子电池 | |
| CN113451586A (zh) | 一种二次电池的电极片、二次电池及其制备方法 | |
| CN114497566A (zh) | 一种正极片和锂离子电池 | |
| CN114156487A (zh) | 一种极片和锂离子电池 | |
| CN110364681A (zh) | 一种三重保护的高安全性的锂离子电池正极片 | |
| CN114204038A (zh) | 集流体及其应用 | |
| CN114156450A (zh) | 极片及电化学装置 | |
| CN112151757B (zh) | 一种多层膜结构的负极片及其混合固液电解质锂蓄电池 | |
| CN112820853A (zh) | 极片和电池 | |
| CN215644574U (zh) | 一种二次电池的电极片和二次电池 | |
| CN115360323A (zh) | 一种锂离子电池 | |
| CN115275524A (zh) | 一种电池隔膜和电池 | |
| CN214428670U (zh) | 一种可低温充电的锂离子电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210518 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |