CN113036075B - 一种极片及电芯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，提供了一种极片及电芯，该极片包括集流体、极耳、第一涂层以及第二涂层，集流体包括第一区域和第二区域，第一区域和第二区域位于集流体的同一个表面，极耳设置于集流体上，第一区域上设置有第一涂层，第二区域上设置有第二涂层，第一涂层的材料包括陶瓷，第二涂层的材料包括活性物质；极耳设置在第一区域内，且与所述集流体电连接。可以解决现有的极片存在平整性差的问题。

Description

一种极片及电芯

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种极片及电芯。

背景技术

随着锂离子电池技术的快速发展，人们对锂离子电池的倍率快充的要求越来越高，为了提升锂离子电池的快充速度，需要将锂离子电池的极耳在极片上的设置位置，从两端调整至除两端以外的其余的位置，例如，靠近极片中间的位置，以此优化充放电过程中极片上电流密度的分布，提高电池的快充能力。目前，由于极片上涂覆有涂膏，为了将锂离子电池的极耳设置在极片的靠近中间的位置，需要将极片的相应位置上的涂膏清洗掉，这样，会导致在极片上形成凹陷区，破坏极片的平整，进一步导致芯片膨胀失效。可见，现有的极片存在平整性差的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种极片及电芯，以解决现有的极片存在平整性差的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种极片，包括：集流体、极耳、第一涂层以及第二涂层，所述集流体包括第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域位于所述集流体的同一个表面，所述极耳设置于所述集流体上，所述第一区域上设置有所述第一涂层，所述第二区域上设置有所述第二涂层，所述第一涂层的材料包括陶瓷，所述第二涂层的材料包括活性物质；

所述极耳设置在第一区域内，且与所述集流体电连接。

可选地，所述第一区域的宽度大于所述极耳的宽度，所述第一区域的长度大于所述极耳与所述集流体的接触长度。

可选地，所述第一涂层的厚度与所述第二涂层在膨胀状态下的厚度差距在0％-10％之内。

可选地，还包括胶纸，所述胶纸设置于所述第一涂层上，且所述胶纸覆盖所述第二涂层的目标区域，所述目标区域为所述第二涂层靠近所述第一涂层的预设范围的区域。

可选地，所述第一涂层为导电涂层。

可选地，所述陶瓷为导电陶瓷。

可选地，所述陶瓷的材料包括分散剂、导电剂、陶瓷颗粒、粘结剂以及增稠剂；

所述分散剂在所述陶瓷浆料中的占比为0.2％～10％，所述导电剂在所述陶瓷浆料中的占比为0.5％～10％，所述陶瓷颗粒在所述陶瓷浆料中的占比为60％～80％，所述粘结剂在所述陶瓷浆料中的占比为1％～10％，所述增稠剂在所述陶瓷浆料中的占比为1％～10％。

可选地，所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化镁、氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、硫酸钡、氮化硼、氮化铝、氮化镁、二氧化锡、氢氧化镁、勃姆石或碳酸钙中的至少一项。

可选地，所述陶瓷颗粒的粒径为0.1-11μm。

第二方面，本申请实施例还提供一种电芯，所述电芯包括如第一方面所述的极片。

本发明实施例提供的技术方案中，极片包括：集流体、极耳、第一涂层以及第二涂层，集流体包括第一区域和第二区域，第一区域和第二区域位于集流体的同一个表面，极耳设置于集流体上，第一区域上设置有第一涂层，第二区域上设置有第二涂层，第一涂层的材料包括陶瓷，第二涂层的材料包括活性物质；其中，极耳设置在第一区域内，且与所述集流体电连接。这样，通过在第一区域上设置第一涂层，可以保证极片的平整性，避免芯片出现膨胀失效的情况。由于陶瓷的存在，第一涂层涂覆后可以不需要再次辊压，不会松散或微膨胀，有利于平衡极片厚度，同时避免二次辊压对极片造成伤害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种极片的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的第一电芯与现有技术中的第二电芯的实验对比图之一；

图3是本发明实施例提供的第一电芯与现有技术中的第二电芯的实验对比图之二。

附图标记：

101、集流体；102、极耳；103、第一涂层；104、第二涂层；105、胶纸。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

请参照图1，本申请实施例提供了一种极片，包括：集流体101、极耳102、第一涂层103以及第二涂层104，集流体101包括第一区域和第二区域，第一区域和第二区域位于集流体101的同一个表面，极耳102设置于集流体101上，第一区域上设置有第一涂层103，第二区域上设置有第二涂层104，第一涂层103的材料包括陶瓷，第二涂层104的材料包括活性物质；极耳102设置在第一区域内，且与集流体101电连接。

需要说明的是，本申请实施例中的极片，可以是正极片，也可以是负极片，当是正极片时，第一区域靠近正极耳，当是负极片时，第一区域靠近负极耳。具体而言，例如，当制作正极片时，为了降低电芯内阻，降低极化，优化充放电过程中极片上电流密度的分布，提高电池的快充能力，可以将正极耳设置于正极片的3/4、1/3、1/2等处的位置。此处，以将正极耳设置于正极片的1/2的位置处为例进行示例说明。由于正极片上涂覆有第二涂层104，其中，第二涂层104的活性物质可以是涂膏，为了将正极耳设置于正极片的1/2的位置处，需要先将正极片上相应的位置的涂膏清洗掉以形成第一区域，然后再将正极耳设置于该第一区域，但是，由于在清洗涂膏时，很难保证清洗出的区域与设置正极耳所需要的区域的大小刚好吻合，所以，在该第一区域处容易形成凹陷区，因此，需要在该第一区域设置第一涂层103。具体地，部分第一涂层103设置在集流体101上，另一部分第一涂层103设置在极耳102上，其中，极耳102伸出集流体101的部分没有第一涂层103。需要说明的是，负极片的第一涂层103的设置方式与正极片一致，此处，不做赘述。

上述的极片包括：集流体101、极耳102、第一涂层103以及第二涂层104，集流体101包括第一区域和第二区域，第一区域和所述第二区域位于所述集流体的同一个表面，极耳102设置于集流体101上，第一区域上设置有第一涂层103，第二区域上设置有第二涂层104，第一涂层103的材料包括陶瓷，第二涂层104的材料包括活性物质；其中，极耳102设置在第一区域内，且与集流体101电连接。这样，通过在第一区域上设置第一涂层103，可以保证极片的平整性，避免芯片出现膨胀失效的情况。此外，由于陶瓷的存在，第一涂层涂覆后可以不需要再次辊压，不会松散或微膨胀，有利于平衡极片厚度，同时避免二次辊压对极片造成伤害。

更具体地，上述的第一涂层103是导电涂层。当第一涂层是绝缘层时，电流通过极耳传到集流体，最后在传到正负极活性物质，且是由进集流体活性物质像远离集流体的活性物质传递；当第一涂层是导电涂层时，导电涂层与正负极活性物质接触，导电涂层包覆在极耳上，电流从极耳传递到导电涂层上，其传递方式为多维度传递，电流进入后导电涂层后在水平和垂直方向上逐渐分布均匀，随后传入活性物质，因为活性物质与导电涂层接触顾电流传入后，电流在活性物质的水平和垂直方向上也均匀分布，降低极化。因此，在第一区域上设置第一涂层103还可以起到导电作用，改善极耳102位置的电流密度分布问题。更具体的，所述陶瓷为导电陶瓷，此时能够进一步改善极耳102位置的电流密度分布问题。

可选地，第一区域的宽度大于极耳102的宽度，第一区域的长度大于极耳102与集流体101的接触长度。

值得强调的是，由于在清洗涂膏时，很难保证清洗出的区域与设置正极耳所需要的区域的大小刚好吻合，因此需要设置清洗出的第一区域的宽度大于极耳102的宽度，第一区域的长度大于极耳102与集流体101的接触长度。这样，可以在极片上为极耳102预留出足够的位置，便于极耳102更稳定的设置在极片上。

可选地，第一涂层103的厚度与第二涂层104在膨胀状态下的厚度差距在0％-10％之内。

具体地，当第二涂层104包括涂膏，第一涂层103包括陶瓷时，需要使得陶瓷形成的第一涂层103的厚度与涂膏形成的第二涂层104在膨胀状态下的厚度差距在0％-10％之内，这样，可以保证极片的平整性。值得说明的是，由于极片在充放电过程中存在一定的膨胀率，因此，在该实施方式中，第二涂层的膨胀状态，可以是指极片在充放电100圈后的状态。此处仅作示例，不做限定，在其他可行的实施方式中，还可以在一定范围内调整极片的充放电圈数作为第二涂层的膨胀状态。在该实施方式中，对厚度的取值不做具体限定，只需要满足保证极片的平整性即可。

在一些可行的实施方式中，极片还包括胶纸105，胶纸105设置于第一涂层103上，且胶纸105覆盖第二涂层104的目标区域，目标区域为第二涂层104靠近第一涂层103的预设范围的区域。

在该实施方式中，第二涂层104的目标区域为第二涂层104靠近第一涂层103的区域，具体地，可以是在清洗第二涂层104时，在第二涂层104上形成毛刺的区域。此处，需要说明的是，在清洗极片上的涂膏时，会在清洗部位形成毛刺，这种毛刺会影响极片的安全性能，因此，在第一涂层103上设置胶纸105，且该胶纸105同时覆盖第二涂层104的包括毛刺的目标区域，这样，可以保证极片在使用过程中的安全性。

更具体地，可以设置胶纸105的厚度大于毛刺的厚度，这样，可以刚好地保证胶纸105不被毛刺刺破。在一些可行的实施方式中，胶纸105的厚度可以是3-53.5μm，例如3.5μm，此处，仅作示例，不做限定，可变换地，在其他可行的实施方式中，还可以在一定范围内调整胶纸105的厚度，但不论其作何变换，都在本申请实施方式保护的范围之内。

需要说明的是，本申请实施例中的极片，可以是正极片，也可以是负极片，当是正极片时，第一区域靠近正极耳，当是负极片时，第一区域靠近负极耳。

具体地，当是正极片时，在第一区域设置正极片所需的陶瓷，当是负极片时，在第一区域设置负极片所需的陶瓷，更具体地，陶瓷可以是陶瓷浆料的形式，对于极片所需的陶瓷浆料和负极片所需的陶瓷浆料的制作步骤，将在后续步骤中详述。

可选地，陶瓷的材料包括分散剂、导电剂、陶瓷颗粒、粘结剂以及增稠剂；其中，分散剂在陶瓷中的占比为0.2％～10％，导电剂在陶瓷中的占比为0.5％～10％，陶瓷颗粒在陶瓷中的占比为60％～80％，粘结剂在陶瓷中的占比为1％～10％，增稠剂在陶瓷中的占比为1％～10％。

在该实施方式中，制作陶瓷浆料的步骤如下。

A：取一定量的去离子水，在该去离子水中，加入一定量的分散剂，其中，分散剂质量占比0.2％～10％，同时，在该去离子水中加入一定量导电剂，导电剂质量占比0.5％～10％，充分搅拌上述溶液，超声分散配置成含导电剂的溶A液；B：取一定量的去离子水，该去离子水的量与上述步骤A中去离子水的量相同，在该去离子水中，加入一定量的分散剂，分散剂占比质量0.2％～10％，同时加入一定量陶瓷，陶瓷占比质量60％～80％，配置成含陶瓷的溶液B；C：将A溶液倒入到B溶液中，对混合后的溶液进行充分搅拌，并超声分散处理得到C溶液；D：向C溶液中加入质量1％～10％的粘结剂和质量1％～10％的增稠剂，最终得到固含为30％～70％的D溶液为导电的陶瓷浆料。

在一些可行的实施方式中，陶瓷颗粒可以为氧化铝、氧化镁、氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、硫酸钡、氮化硼、氮化铝、氮化镁、二氧化锡、氢氧化镁、勃姆石或碳酸钙中的至少一项。

示例性地，陶瓷颗粒的粒径，以D50表示，D50的粒径范围可以为0.1-11μm，例如，0.5为μm或者3μm；陶瓷颗粒在上述的B溶液中的质量占比可以是40％～80％，例如为60％或者80％。

可选地，导电剂可以是导电炭黑、导电碳纳米管(包括单壁和多壁管)、导电石墨、石墨烯、导电纤维中的至少一项；导电剂在上述的A溶液中的质量占比可以是0.5％～10％，例如，1.0％或者6％。

可选地，粘结剂可以是选自丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、苯丙乳液、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯至少一项。粘结剂在上述的D溶液中的质量占比可以是1％～10％，例如1.0％或者5％。值得说明的是，在制作正极片时，本申请实施例中的粘结剂的种类与正极片的涂膏中所使用的粘结剂的种类相同。在制作负极片时，本申请实施例中的粘结剂的种类与负极片的涂膏中所使用的粘结剂的种类相同。

可选地，分散剂可以是选自氟代烷基甲氧基醇醚、聚氧乙烯烷基胺、丁基萘磺酸钠、芳基萘磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠、聚丙烯酸钠、多偏磷酸钠、硅酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一项；分散剂在上述的D溶液中的质量占比可以是1％～10％，例如1.0％或者5％。

可选地，增稠剂可以是羧甲基纤维素钠或者羧甲基纤维素锂；增稠剂在上述的C溶液中的质量占比可以是0.2％～10％，例如0.8％或者5％。

在一种实施方式中，制作正极片的步骤如下。

①：配置正极片需要的导电的陶瓷溶液：

A1：取1000g的去离子水，加入分散剂聚氧乙烯烷基胺10g，导电剂导电碳纳米管50g，进行充分搅拌，超声分散配置成含导电剂的溶液；

B1：取1000g的去离子水，加入分散剂聚氧乙烯烷基胺10g，同时加入D50＝0.5～1.7μm陶瓷700g，配置成含陶瓷的浆料；

C1：将A1溶液倒入到B1溶液中，进行充分搅拌，超声分散，得到C1溶液；

D1：向C1溶液中加入聚偏氟乙烯粘结剂30g和增稠剂羧甲基纤维素钠30g，进行充分搅拌，超声分散,随后过筛网，最终得到固含为41.5％的导电陶瓷浆料。

②：制备正极浆料及正极片：

以钴酸锂为正极活性材料，导电碳纳米管为导电剂和聚偏氟乙烯为粘接剂按照97.2:1.5:1.3的质量比加入到搅拌罐中，加入NMP溶剂，按照公知的配料工艺进行充分搅拌，过200目的筛网，配成正极浆料，正极浆料固含量为70％～75％，再利用涂布机将浆料涂覆到铝箔上，在120℃温度下烘干，即得到正极极片。

在该实施方式中，涂覆厚度为70μm,在需要焊接极耳的位置进行清洗，清洗的长宽厚分别为12mm*25mm*70μm，其厚度与涂膏厚度相等，必须漏出集流体，长宽可以根据需求，及极耳的长宽自行设定；并将正极耳焊接到该位置上得到常规正极片。

③：制备正极涂覆导电的陶瓷浆料的正极片：

将上述步骤①中制备的导电陶瓷浆料涂敷在正极片上因极耳焊接而清洗掉涂膏的区域(第一区域)，涂覆大小为清洗区域的范围大小，涂覆厚度需要根据极片上涂膏的厚度而定；需要说明的是，在实际情况中，涂覆厚度可以考虑极片在充放电过程中的膨胀率，例如，本实施例正极片厚度为70μm，正极片经过充放电后正极片膨胀8％，即正极片此时的厚度为75.6μm,此时所需要涂覆的陶瓷厚度为75.6μm。

在又一种可行的实施方式中，制作负极片的步骤如下。

①：配置负极片需要的导电的陶瓷溶液：

A2：取1000g的去离子水，加入分散剂聚氧乙烯烷基胺10g，导电剂导电炭黑50g，进行充分搅拌，超声分散配置成含导电剂的溶液；

B2：取1000g的去离子水，加入分散剂聚氧乙烯烷基胺10g，同时加入D50＝0.5～1.7μm陶瓷700g，配置成含陶瓷的浆料；

C2：将A2溶液倒入到B2溶液中，进行充分搅拌，超声分散，得到C2溶液；

D2：向C2溶液中加入丁苯橡胶粘结剂30g和增稠剂羧甲基纤维素钠30g，进行充分搅拌，超声分散,随后过筛网，最终得到固含为41.5％的导电陶瓷浆料。

②：制备负极浆料及负极片：

以人造石墨为负极活性材料，导电碳炭黑为导电剂、丁苯橡胶为粘接剂和羧甲基纤维素钠为增稠剂按照96.9:1.5:1.3:13的质量比加入到搅拌罐中，加入去离子水溶剂，按照公知的配料工艺进行充分搅拌，过150目的筛网，配成负极浆料，负极浆料固含量为40％～45％，再利用涂布机将浆料涂覆到铜箔上，在100℃温度下烘干，即得到负极极片。

在该实施方式中，涂覆厚度为90μm,在需要焊接极耳的位置进行清洗，清洗的长宽厚分别为12mm*25mm*90μm，其厚度与涂膏厚度相等，必须漏出集流体，长宽可以根据需求，及极耳的长宽自行设定，并将正极耳焊接到该位置上得到常规正极片。

③：制备负极涂覆导电的陶瓷浆料的负极片：

将①中制备的导电陶瓷浆料涂敷在负极片上因极耳焊接而清洗掉涂膏的区域(第一区域)，涂覆大小为清洗区域的范围大小，涂覆厚度需要根据极片上涂膏的厚度及极片满电时的厚度而定；本实施例负极片厚度为90μm，负极片经过充放电后负极片膨胀25％，即负极片此时的厚度为112.5μm,此时所需要涂覆的陶瓷厚度为112.5μm。

进一步地，可以将上述制作的正极片和负极片组装为电芯，包括将正极片、负极片与隔膜一起卷绕形成卷芯，用铝塑膜包装，烘烤去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺化成即可得到包括陶瓷浆料的第一电芯。其中，电解液的制备过程可以为：碳酸丙烯酯(Propylene carbonate，PC)、碳酸乙烯酯(Ethylene carbonate，EC)、碳酸二甲酯(Dimethyl carbonate，DMC)和碳酸甲乙酯(Ethyl Methyl Carbonate，EMC)按照重量比约为1:1:0.5:1混合而成的溶剂中，加入LiPF6混合均匀，其中LiPF6的浓度为约1mol/L，混合均匀得到电解液。此处仅作示例，不做限定。

进一步地，可以根据上述的制作步骤，制作不包括陶瓷浆料的极片作为对比例进行实验比对。

其中，制作不包括陶瓷浆料的极片的步骤与上述步骤相似，只是不包括制作和涂覆陶瓷浆料的步骤，此处不赘述。将不包括陶瓷浆料的正极片和负极片按照上述的组装方式组合成不包括陶瓷浆料的第二电芯，并将第二电芯与第一电芯进行实验比对。实验环境可以是在25℃环境下进行循环，循环制度2C-4.45V截至0.025C/0.7C-3.0C。其实验结果如图2-图3所示。

从图2-图3可知，采用本申请实施方式中的极片制作的第一电芯，因导电陶瓷的涂覆可以有效改善极片的平整性，有效改善化成时极耳附近因凹凸不平导致的极片受力不均、隔膜粘结不良而导致循环后期极片与隔膜间粘结性进一步变差的问题，可以解决极片的界面处析锂、容量衰减、膨胀失效的问题。

本申请实施例还提供一种电芯，该电芯包括如上的极片。由于本实施例的技术方案包含了上述实施例的全部技术方案，因此至少能实现上述实施例的全部技术效果，此处不再一一赘述。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种极片，其特征在于，包括：集流体、极耳、第一涂层以及第二涂层，所述集流体包括第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域位于所述集流体的同一个表面，所述极耳设置于所述集流体除两端以外的其余的位置上，所述第一区域上设置有所述第一涂层，所述第二区域上设置有所述第二涂层，所述第一涂层的材料包括陶瓷，所述第二涂层的材料包括活性物质，所述第一涂层为导电涂层；

所述极耳设置在第一区域内，且与所述集流体电连接，一部分所述第一涂层设置在所述集流体上，另一部分所述第一涂层设置在所述极耳上；设置在所述集流体上的第一涂层的厚度与所述第二涂层在膨胀状态下的厚度差距在0%-10%之内。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一区域的宽度大于所述极耳的宽度，所述第一区域的长度大于所述极耳与所述集流体的接触长度。

3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，还包括胶纸，所述胶纸设置于所述第一涂层上，且所述胶纸覆盖所述第二涂层的目标区域，所述目标区域为所述第二涂层靠近所述第一涂层的预设范围的区域。

4.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述陶瓷为导电陶瓷。

5.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述陶瓷的材料包括分散剂、导电剂、陶瓷颗粒、粘结剂以及增稠剂；

所述分散剂在所述陶瓷中的质量占比为0.2%~10%，所述导电剂在所述陶瓷中的质量占比为0.5%~10%，所述陶瓷颗粒在所述陶瓷中的质量占比为60%~80%，所述粘结剂在所述陶瓷中的质量占比为1%~10%，所述增稠剂在所述陶瓷中的质量占比为1%~10%。

6.根据权利要求5所述的极片，其特征在于，所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化镁、氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、硫酸钡、氮化硼、氮化铝、氮化镁、二氧化锡、氢氧化镁、勃姆石或碳酸钙中的至少一项。

7.根据权利要求5所述的极片，其特征在于，所述陶瓷颗粒的粒径为0.1-11μm。

8.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括如权利要求1-7中任一项所述的极片。

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