CN113036076A - 一种正极片及电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种正极片及电池，所述正极片包括集流体，所述集流体上依次涂布有第一活性材料层和第二活性材料层，所述第一活性材料层位于所述集流体与所述第二活性材料层之间，所述第二活性材料层的宽度小于所述第一活性材料层的宽度。本发明实施例提升了电池的循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种正极片及电池。
背景技术
锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和环境友好等优点，被大量应用在便携式电子产品、储能设备和新能源汽车上。随着手机5G时代的来临和高续航里程新能源汽车的发展，锂离子电池对于的能量密度和快充性能的需求也越来越高
现有技术中，快充电池为满足充电速度需求，通常选用多极耳结构降低电池内阻，多极耳结构制备中采用斑马涂布，导致得到的集流体存在边缘减薄的问题，即集流体边缘的涂布厚度会小于集流体中央的厚度，该边缘通常位于电芯头部，而负极浆料特性导致负极的边缘减薄程度相较于正极更大，因此会造成电芯头部出现负极活性材料的余量低于设计值的问题，导致充电过程中出现析锂现象，使得电池的循环寿命降低。
发明内容
本发明实施例提供一种正极片及电池，以提升电池的循环寿命。
第一方面，本发明实施例提供了一种正极片，包括集流体，所述集流体上依次涂布有第一活性材料层和第二活性材料层，所述第一活性材料层位于所述集流体与所述第二活性材料层之间，所述第二活性材料层的宽度小于所述第一活性材料层的宽度。
可选地，所述第一活性材料层的中粒径小于所述第二活性材料层的中粒径。
可选地，所述第一活性材料层的中粒径为2μm～20μm，所述第二活性材料层的中粒径为3μm～20μm。
可选地，所述第一活性材料层的包覆掺杂元素含量为0％～2％，所述包覆掺杂元素包括铝、镁、钛、锆、铌、钙和钠中的至少一项。
可选地，所述第二活性材料层的包覆掺杂元素含量大于所述第一活性材料层的包覆掺杂元素含量，所述包覆掺杂元素包括铝、镁、钛、锆、铌、钙和钠中的至少一项。
可选地，所述第一活性材料层中包括第一活性材料、导电剂和粘结剂，所述第二活性材料层中包括第二活性材料、导电剂和粘结剂，所述第一活性材料的表面包覆量低于所述第二活性材料的表面包覆量。
可选地，所述第一活性材料层中包括第一活性材料、导电剂和粘结剂，所述第二活性材料层中包括第二活性材料、导电剂和粘结剂，所述第一活性材料层所包含的导电剂的含量高于所述第二活性材料层所包含的导电剂的含量。
可选地，所述第一活性材料层的阻抗低于所述第二活性材料层的阻抗。
可选地，所述第一活性材料层中包括第一活性材料、导电剂和粘结剂，所述第二活性材料层中包括第二活性材料、导电剂和粘结剂，所述第一活性材料与所述第二活性材料的质量比为50:50～90:10。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电池，包括隔膜、负极片和如第一方面所述的正极片，所述正极片和所述负极片之间至少存在一层所述隔膜。
本发明实施例通过在集流体的每一涂布区域上，依次涂布第一活性材料层和第二活性材料层，且第二活性材料层的宽度小于第一活性材料层的宽度，从而在正极片集流体的涂布区域边缘存在减薄问题时，由于位于集流体与第二活性材料层之间的第一活性材料层的宽度大于第二活性材料层的宽度，一定程度上加宽了减薄区域，使得正极片的活性材料含量降低，当匹配边缘同样边缘存在减薄的负极时，不会因为负极余量不足而导致电芯头部析锂，从而提升了电池的循环寿命。
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是单层涂布的集流体的剖面结构示意图；
图2是本发明实施例提供的集流体的剖面结构示意图。
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。
参照图1至图2，本发明实施例提供了一种正极片，包括集流体100，所述集流体100上依次涂布有第一活性材料层101和第二活性材料层102，所述第一活性材料层101位于所述集流体100与所述第二活性材料层102之间，所述第二活性材料层102的宽度小于所述第一活性材料层101的宽度。
通常地，由于多极耳电芯结构由于需要设置多个极耳，需要首先采用斑马涂布，将整面铝箔或者铜箔均匀间隔涂布多个活性材料区域，而后再将根据多个活性材料区域进行裁切，得到多个极片的集流体。对于每一集流体而言，集流体的边缘会存在减薄问题，即边缘涂布厚度小于中间涂布厚度。参照图1，图1为集流体单层涂布时的截面示意图，如图1所示，集流体的边缘部分与水平面存在一定的倾斜角度。由于活性材料的流体力学性质等原因，通常负极片集流体100涂布时的减薄程度相较正极片较大，即负极片集流体边缘部分与水平面之间的倾斜角度小于正极片集流体边缘部分与水平面之间的倾斜角度，且极耳侧电流密度相对较大，导致制备为电芯时此部位即电芯头部负极余量不足，在充电过程中析锂，恶化循环寿命和电池性能，同时因为正极片表面远离箔材的一侧在充电过程中电位更高，对正极的恶化更剧烈，快充循环过程中循环性能尤其是高温循环性能恶化更快。
针对上述问题，本发明实施例中正极片的集流体100上依次涂布有第一活性材料层101和第二活性材料层102，集流体100的边缘部分与水平面之间的倾斜角度相较于图2减小，相当于加大了正极片集流体100的减薄程度，从而可以平衡正负极片由于减薄程度不同而造成的析锂现象。
参照图2，图2为集流体100依次涂布第一活性材料层101和第二活性材料层102时的截面示意图。如图2所示，图2中位于上述第二活性材料层102与上述集流体100之间的第一活性材料层101的宽度大于上述第二活性材料层102的宽度。应理解，上述第一活性材料层101与上述第二活性材料层102沿上述集流体100的长度方向涂布，而宽度方向与上述长度方向垂直。上述宽度方向也可以理解为在上述集流体100卷绕形成电池卷芯时，与卷绕方向垂直的方向，即电池卷芯形成的柱体的高度方向。
具体地，上述第一活性材料层101与第二活性材料层102所包含的组分可以相同，也可以不同，在此不作进一步的限定。
本发明实施例通过在集流体100的每一集流体100上，依次涂布第一活性材料层101和第二活性材料层102，且第二活性材料层102的宽度小于第一活性材料层101的宽度，从而在正极片集流体100的边缘存在减薄问题时，由于位于集流体100与第二活性材料层102之间的第一活性材料层101的宽度大于第二活性材料层102的宽度，一定程度上加宽了减薄区域，使得正极片的活性材料含量降低，当匹配边缘同样边缘存在减薄的负极时，不会因为负极余量不足而导致电芯头部析锂，从而提升了电池的循环寿命。
可选地，为了使得上述第二活性材料层102更耐高压，从而提升电池的循环性能，上述第一活性材料层101的中粒径可以小于上述第二活性材料层102的中粒径。
具体地，在一些的实施例中，上述第一活性材料层101的中粒径可以为2μm～20μm。上述第二活性材料层102的中粒径可以为3μm～20μm。
可选地，上述第一活性材料层101的包覆掺杂元素含量为0％～2％，上述包覆掺杂元素包括铝、镁、钛、锆、铌、钙和钠中的至少一项。
进一步地，为了实现上述第二活性材料层102更耐高压的目的，从而提升电池的循环性能。在一些实施例中，上述第二活性材料层102的包覆掺杂元素含量也可以大于上述第一活性材料层101的包覆掺杂元素含量设置，上述包覆掺杂元素包括铝、镁、钛、锆、铌、钙和钠中的至少一项。
可选地，上述第一活性材料层101中可以包括第一活性材料、导电剂和粘结剂，上述第二活性材料层102中可以包括第二活性材料、导电剂和粘结剂。为了实现上述第二活性材料层102更耐高压的目的，从而提升电池的循环性能，在一些实施例中，上述第一活性材料的表面包覆量低于上述第二活性材料的表面包覆量。
可选地，上述第一活性材料层101中可以包括第一活性材料、导电剂和粘结剂，上述第二活性材料层102中可以包括第二活性材料、导电剂和粘结剂。为了实现上述第二活性材料层102更耐高压的目的，从而提升电池的循环性能，在一些实施例中，上述第一活性材料层101所包含的导电剂的含量可以高于上述第二活性材料层102所包含的导电剂的含量。
具体地，上述第一活性材料和第二活性材料可以包括但不限于镍钴锰酸锂类、镍钴铝酸锂类、磷酸铁锂类、锰酸锂类等材料。优选地，上述第一活性材料和第二活性材料可以为钴酸锂类正极活性材料。
上述粘结剂可以选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯酸锂(PAA-Li)中的至少一种。
上述导电剂可以为碳黑类、碳管类、碳纤维类、石墨烯类、石墨炔类等其中的至少一种。
上述正极片的集流体100可以为铝箔，或多孔铝箔或表面做出改性处理及涂覆改性材料的箔材。
上述第一活性材料层101包含的各组分的重量百分比可以根据实际需要进行设置。在一些实施例中，上述第一活性材料层101中包括第一活性材料、导电剂和粘结剂，上述第一活性材料、导电剂和粘结剂的重量百分比为70％～99％:0.5％～15％:0.5％～15％。在一些实施例中，上述第一活性材料、导电剂和粘结剂的重量百分比也可以为80％～99％:0.5％～10％:0.5％～10％。优选地，上述导电剂的含量可以为0.5％～3.0％
与之类似地，在一些实施例中，上述第二活性材料层102中包括第一活性材料、导电剂和粘结剂，上述第一活性材料、导电剂和粘结剂的重量百分比为70％～99％:0.5％～15％:0.5％～15％。在一些实施例中，上述第二活性材料、导电剂和粘结剂的重量百分比也可以为80％～99％:0.5％～10％:0.5％～10％。优选地，上述导电剂的含量可以为0.5％～3.0％
可选地，为了实现上述第二活性材料层102更耐高压的目的，从而提升电池的循环性能，在一些实施例中，上述第一活性材料层101的阻抗可以低于上述第二活性材料层102的阻抗。
可选地，上述第一活性材料层101中可以包括第一活性材料、导电剂和粘结剂，上述第二活性材料层102中可以包括第二活性材料、导电剂和粘结剂。上述第一活性材料与上述第二活性材料的质量比会一定影响集流体100的减薄程度，具体可以根据实际需要进行设置。在一些实施例中，上述第一活性材料与上述第二活性材料的质量比具体可以为50:50～90:10。
本发明实施例还提供一种电池，包括负极片、隔膜和如上任一实施例所述的正极片，所述正极片和所述负极片之间至少存在一层所述隔膜。
可选地，上述负极片的集流体上可以涂布有第三活性材料层，上述正极片的第一活性材料层和第二活性材料层边缘组合形成的第一减薄区域与上述负极片的第三活性材料层形成的第二减薄区域相对设置。第一活性材料层和第二活性材料层边缘组合形成的第一减薄区域是指所述第一活性材料层上面不设置的所述第二活性材料层的区域；相对设置是指第一减薄区域与第二减薄区域存在重合区域。可选地，上述第一减薄区域的宽度大于上述第二减薄区域的宽度。可选地，在电池厚度方向上的投影，第一减薄区域的投影完全覆盖第二减薄区域的投影。上述第一减薄区域即为图2中与水平面夹角呈锐角的斜面区域。上述第一减薄区域的宽度和第二减薄区域的宽度方向可以理解为与上述正极片或负极片卷绕方向垂直的方向，或者说上述正极片和负极片卷绕形成的呈柱体设置的电池卷芯的高度方向。
由于本发明实施例提供的电池采用了上述实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
本发明实施例还提供一种正极片的制备方法，上述方法可以包括如下步骤：
步骤101、分别配制形成正极活性物质层的浆料，其中所述浆料中包括第一正极活性物质浆料和第二正极活性物质浆料；
步骤102、使用涂布机，将形成正极活性物质层的浆料依次涂覆或同时涂覆在正极集流体100的第一表面，干燥，制备得到所述正极片。
在一些实施例中，步骤101中，所述形成正极活性物质层的浆料的固含量为65wt％～80wt％。
在一些实施例中，步骤101中，所述形成正极活性物质层的浆料的粘度为4500-7500mPa·s。
在一些实施例中，步骤102中，将形成正极活性物质层的浆料涂覆在正极集流体100的与第一表面相对的第二表面，干燥，制备得到所述正极片。
下面以具体的实施方式为例，详细阐述本发明实施例的具体实现过程。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
实施例1.
步骤201、以快充正极活性材料1制备正极浆料1：按照正极活性物质97％，导电剂1.5％，粘结剂1.5％的配比按照一定的配料工艺制备正极浆料，浆料粘度2000-7000mPa.s，固含量为70％-80％。
步骤202、以快充正极活性材料2制备正极浆料2：按照正极活性物质96％，导电剂2.5％，粘结剂1.5％的配比按照一定的配料工艺制备正极浆料，浆料粘度2000-7000mPa.s，固含量为70％-80％。
步骤203、将上述步骤201和步骤202制备的浆料1和2过筛网后涂覆到正极集流体两面上，110-120℃下烘干，经辊压分切得到正极片。集流体第一面上涂膏1涂覆宽度为L1，涂膏2涂覆宽度为L2，涂膏1涂覆厚度为d1，涂膏2涂覆厚度为d2，集流体第二面涂覆方式相同。
步骤204、以快充负极活性材料制备负极浆料：按照负极活性物质96.8％，导电剂1.2％，粘结剂2％的配比按照一定的配料工艺制备负极浆料，浆料粘度2000-5000mPa.s，固含量为40％-50％。
步骤205、将以上通过步骤201制备的负极浆料同时涂覆在负极集流体上。
将以上得到的正、负极片辊压、模切分切后，通过卷绕组装成卷芯，短路测试合格后以铝塑膜封装，入烤箱烘烤除去水分致达到注液所需的水分标准后注入电解液，经过24-48h陈化后以热压化成的工艺完成首次充电得到活化后的电芯。
快充正极活性材料1的D50为：15.6um，表面包覆量0.3％。
快充正极活性材料2的D50为：16.4um，表面包覆量0.7％。
对比例1.
步骤301、以快充正极活性材料1制备正极浆料1：按照正极活性物质97％，导电剂1.5％，粘结剂1.5％的配比按照一定的配料工艺制备正极浆料，浆料粘度2000-7000mPa.s，固含量为70％-80％。
步骤302、将上述步骤301制备的浆料涂覆在集流体上涂覆宽度为L1，涂覆厚度为d1
步骤303、以快充负极活性材料制备负极浆料：按照负极活性物质96.8％，导电剂1.2％，粘结剂2％的配比按照一定的配料工艺制备负极浆料，浆料粘度2000-5000mPa.s，固含量为40％-50％。
步骤304、将以上步骤303制备的浆料涂覆在负极集流体上。
步骤305、将以上得到的正、负极片辊压、模切分切后，通过卷绕组装成卷芯，短路测试合格后以铝塑膜封装，入烤箱烘烤除去水分致达到注液所需的水分标准后注入电解液，经过24-48h陈化后以热压化成的工艺完成首次充电得到活化后的电芯。
以上制备电芯以4C倍率充电，1C倍率放电进行45℃下循环500周的寿命测试。并以5.5C充满电，0.5C放电，充放电15次后解剖电芯查看析锂情况，结果如表1所示。表1中L为正极片宽度L+1mm。
表1
以上实施例结果显示按照本发明制备的实施例1相对于常规方式对比例1解决了边缘减薄造成的电芯头部析锂问题，同时提升了循环寿命。
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 (10)
1.一种正极片，包括集流体，其特征在于，所述集流体上依次涂布有第一活性材料层和第二活性材料层，所述第一活性材料层位于所述集流体与所述第二活性材料层之间，所述第二活性材料层的宽度小于所述第一活性材料层的宽度。
2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第一活性材料层的中粒径小于所述第二活性材料层的中粒径。
3.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第一活性材料层的中粒径为2μm～20μm，所述第二活性材料层的中粒径为3μm～20μm。
4.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第一活性材料层的包覆掺杂元素含量为0％～2％，所述包覆掺杂元素包括铝、镁、钛、锆、铌、钙和钠中的至少一项。
5.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第二活性材料层的包覆掺杂元素含量大于所述第一活性材料层的包覆掺杂元素含量，所述包覆掺杂元素包括铝、镁、钛、锆、铌、钙和钠中的至少一项。
6.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第一活性材料层中包括第一活性材料、导电剂和粘结剂，所述第二活性材料层中包括第二活性材料、导电剂和粘结剂，所述第一活性材料的表面包覆量低于所述第二活性材料的表面包覆量。
7.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第一活性材料层中包括第一活性材料、导电剂和粘结剂，所述第二活性材料层中包括第二活性材料、导电剂和粘结剂，所述第一活性材料层所包含的导电剂的含量高于所述第二活性材料层所包含的导电剂的含量。
8.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第一活性材料层的阻抗低于所述第二活性材料层的阻抗。
9.一种电池，其特征在于，包括负极片、隔膜和如权利要求1～8中任一项所述的正极片，所述正极片和所述负极片之间至少存在一层所述隔膜。
10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述负极片的集流体上涂布有第三活性材料层，所述正极片的第一活性材料层和第二活性材料层边缘组合形成的第一减薄区域与所述负极片的第三活性材料层形成的第二减薄区域相对设置。
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