CN113224261A

CN113224261A - 极片和电池

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Publication number: CN113224261A
Application number: CN202110480922.7A
Authority: CN
Inventors: 洪敏�; 彭冲; 李俊义; 徐延铭
Original assignee: Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-08-06

Abstract

本发明提供了一种极片和电池，涉及电池技术领域，以解决目前的正/负极片边缘存在减薄问题，导致影响电池性能的技术问题，该极片包括集流体和涂料层，集流体包括集流体本体和极耳，极耳和集流体本体邻接，极耳沿第一方向延伸，集流体具有邻接的极耳间隙区和极耳区，极耳位于极耳区内。涂料层覆盖集流体本体和至少部分极耳。极耳间隙区内的涂料层沿第一方向具有第一长度L1，极耳区内的涂料层沿第一方向具有第二长度L2，第一长度L1小于第二长度L2。本发明能够降低极片减薄对电池性能的影响。

Description

极片和电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种极片和电池。

背景技术

锂离子电池成为人类现常用的能源储备及转换装置，手机、蓝牙耳机、笔记本电脑等设备都采用锂离子电池做储能及转换装置。随着科技的进步，消费者对锂离子电池的充电速度也逐步提高。

目前的锂离子电池的结构具体包括：卷芯和外壳，外壳用于容纳卷芯和电解质，卷芯包括负极片、设于负极片上的负极耳、正极片、设于正极片上的正极耳以及设置在负极片上用于隔开负极片和正极片的隔膜，正极片和负极片卷绕形成卷芯。这种锂离子电池的制造过程包括以下工序：配制电极浆料，涂布，制片，极片烘烤，卷绕，烘烤注液，化成和分容。

然而，目前的正/负极片边缘存在减薄问题，导致影响电池性能。

发明内容

为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本发明提供一种极片和电池，能够降低极片减薄对电池性能的影响。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种极片，该极片包括集流体和涂料层，集流体包括集流体本体和极耳，极耳和集流体本体邻接，极耳沿第一方向延伸，集流体具有邻接的极耳间隙区和极耳区，极耳位于极耳区内。

涂料层覆盖集流体本体和至少部分极耳。

极耳间隙区内的涂料层沿第一方向具有第一长度L1，极耳区内的涂料层沿第一方向具有第二长度L2，第一长度L1小于第二长度L2。

本发明提供的极片，通过使极耳间隙区的涂料层的长度小于极耳区内的涂料层的长度，能够使极片上的减薄区域尽可能少，这样极片卷绕后的电池厚度能够尽可能保持一致，在电池化成时，化成界面尽可能一致，电池不会因为极片减薄出现析锂，提高了电池的循环性能。

在上述的极片中，可选的是，极耳上的涂料层具有第一减薄部，第一减薄部沿第一方向具有第三长度L3，第三长度L3的长度范围为1-8mm。

在上述的极片中，可选的是，极片包括陶瓷层，陶瓷层覆盖第一减薄部和部分极耳。

在上述的极片中，可选的是，陶瓷层的厚度范围为1-8mm。

在上述的极片中，可选的是，第一长度L1、第二长度L2以及第三长度L3满足以下关系：L2-L1≥0.6L3。

在上述的极片中，可选的是，第一长度L1、第二长度L2以及第三长度L3满足以下关系：L2-L1≥L3。

在上述的极片中，可选的是，位于极耳间隙区内，且靠近极耳的极片的厚度，与极片的中心区域的厚度的比值范围为0.8-1.1。

和/或，第一长度L1、第二长度L2以及第三长度L3满足以下关系：L2-L1≤L3+2。

在上述的极片中，可选的是，极耳间隙区内的涂料层具有第二减薄部。

第一长度L1、第二长度L2以及第三长度L3满足以下关系：L2-L1＜L3。

在上述的极片中，可选的是，位于极耳间隙区内，且靠近极耳的极片的厚度，与极片的中心区域的厚度的比值范围为0.6-0.8。

和/或，第一长度L1、第二长度L2以及第三长度L3满足以下关系：0.8L3≥L2-L1≥0.6L3。

和/或，陶瓷层覆盖第二减薄部。

第二方面，本发明提供了一种电池，该电池包括上述的极片。通过使极耳间隙区的涂料层的长度小于极耳区内的涂料层的长度，能够使极片上的减薄区域尽可能少，这样极片卷绕后的电池厚度能够尽可能保持一致，在电池化成时，化成界面尽可能一致，电池不会因为极片减薄出现析锂，提高了电池的循环性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的极片的区域划分示意图；

图2为本发明实施例提供的第一种极片的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的图2中的A-A剖面示意图；

图4为本发明实施例提供的图2中的B-B剖面示意图；

图5为本发明实施例提供的第二种极片的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的图5中的C-C剖面示意图；

图7为本发明实施例提供的分切前的极片的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的模切前的极片的结构示意图。

附图标记说明：

100-极片；

10-集流体；

101-集流体本体；

102-极耳；

11-极耳间隙区；

12-极耳区；

20-涂料层；

211-第一减薄部；

212-第二减薄部；

22-正常厚度部；

30-陶瓷层。

具体实施方式

在电池技术领域，锂离子电池成为人类常用的能源储备及转换装置，手机、蓝牙耳机、笔记本电脑等设备都采用锂离子电池做储能及转换装置。目前的锂离子电池的结构具体包括：卷芯和外壳，外壳用于容纳卷芯和电解质，卷芯包括负极片、设于负极片上的负极耳、正极片、设于正极片上的正极耳以及设置在负极片上用于隔开负极片和正极片的隔膜，正极片和负极片卷绕形成卷芯。这种锂离子电池的制造过程包括以下工序：配制电极浆料，涂布，制片，极片烘烤，卷绕，烘烤注液，化成和分容。

然而，由于在涂布时涂料层的两边容易发生边缘减薄问题，导致影响电池性能，例如：当负极比正极减薄严重时，会导致电池N/P比不足，容易导致电池负极析锂，恶化电池循环性能，并影响电池的安全性能，甚至电池可能会起火。锂离子电池的容量主要由正极活性物质的含量及质量决定，当正极“头部”区域减薄消减了正极的含量，使得相同设计下降低了电池的容量，并进一步降低了电池的能量密度。这里“头部”区域具体指极片上设置极耳的一端，此外，极片“头部”减薄问题还会影响电池化成，减薄的极片会导致极片在“头部”区域厚度低于中间区域，导致化成时电池受力不均，从而影响电池化成。

本发明提供的极片和电池，通过使极耳间隙区的涂料层的长度小于极耳区内的涂料层的长度，能够使极片上的减薄区域尽可能少，这样极片卷绕后的电池厚度能够尽可能保持一致，在电池化成时，化成界面尽可能一致，电池不会因为极片减薄出现析锂，提高了电池的循环性能。

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优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的极片的区域划分示意图。图2为本发明实施例提供的第一种极片的结构示意图。图3为本发明实施例提供的图2中的A-A剖面示意图。图4为本发明实施例提供的图2中的B-B剖面示意图。图5为本发明实施例提供的第二种极片的结构示意图。图6为本发明实施例提供的图5中的C-C剖面示意图。图7为本发明实施例提供的分切前的极片的结构示意图。图8为本发明实施例提供的模切前的极片的结构示意图。参照图1-图8所示，本发明实施例提供一种极片。

如图2所示，该极片100包括集流体10和涂料层20，涂料层20位于集流体10上，集流体10包括集流体本体101和极耳102，极耳102和集流体本体101邻接，极耳102沿第一方向(图中a方向)延伸，如图1所示，集流体10具有邻接的极耳间隙区11和极耳区12，极耳间隙区11和极耳区12沿第二方向(图中b方向)依次排布，极耳102位于极耳区12内。涂料层20覆盖集流体本体101和至少部分极耳102。

如图3和图4所示，极耳间隙区11内的涂料层20沿第一方向具有第一长度L1，极耳区12内的涂料层20沿第一方向具有第二长度L2，第一长度L1小于第二长度L2。

需要说明的是，如图8所示，极片100在模切前以及分切后，在一侧具有相同的减薄部，减薄部的侧视图可以参考图3(与图3结构类似)，通过使极耳间隙区11的涂料层20的长度(即第一长度L1)小于极耳区12内的涂料层20的长度(即第二长度L2)，能够使集流体本体101上的涂料层20的减薄区域尽可能少，这样极片100卷绕后的电池厚度能够尽可能保持一致，在电池化成时，化成界面尽可能一致，电池不会因为极片100减薄出现析锂，提高了电池的循环性能。

具体的，如图3所示，极耳102上的涂料层20具有第一减薄部211，第一减薄部211沿第一方向具有第三长度L3，第三长度L3的长度范围为1-8mm，具体的，第三长度L3的的长度可以是1mm、2mm、4mm、5mm、7mm、8mm，第三长度L3的具体长度和涂布的设备以及工艺有关，另外，正极极片和负极极片的第三长度L3也不相等，本实施例对第三长度L3的具体数值不作限制。

在一种可以实现的实施方式中，极片100包括陶瓷层30，陶瓷层30覆盖第一减薄部211和部分极耳102。通过将陶瓷层30覆盖在第一减薄部211上，一方面可以减少毛刺，另一方面可以起到绝缘作用，避免极耳102焊接后与涂料层20接触导致短路，

在一种可以实现的实施方式中，陶瓷层30的厚度范围为1-8mm。该厚度具体可以是1mm、2mm、4mm、5mm、5.5mm、6.5mm、7mm、8mm等。需要说明的是，陶瓷层30的厚度范围可以根据公式一计算得出：

在公式一中，t₀表示陶瓷层30的厚度，单位为mm，t₁表示隔膜厚度，单位为mm，m表示卷绕折数，n表示极耳102数。陶瓷层30的厚度应该小于公式二的计算数值，可以理解的是陶瓷层30的厚度大于0mm。

在一种可以实现的实施方式中，第一长度L1、第二长度L2以及第三长度L3满足以下关系：

L2-L1≥0.6L3 公式二

这样集流体本体101上的涂料层20具有两种情况：第一种是没有第二减薄部212；第二种是有第二减薄部212，第二减薄部212的长度小于等于0.4L3。使极片100卷绕后的电池厚度能够尽可能保持一致，在电池化成时，化成界面一致，电池不会因为极片100减薄出现析锂，提高了电池的循环性能。此外，还可以避免正极减薄影响电池容量，降低电池能量密度，防止负极析锂，恶化电池循环性能，影响的电池的安全性能。

具体的，第一长度L1、第二长度L2以及第三长度L3可以满足以下关系：

L2-L1≥L3 公式三

如图4所示，这样集流体本体101上的涂料层20不具有第二减薄部212，使极片100卷绕后的电池厚度能够完全保持一致，在电池化成时，化成界面一致，电池不会因为极片100减薄出现析锂，使减薄现象对电池性能的影响最小。

在一种可以实现的实施方式中，位于极耳间隙区11内，且靠近极耳102的极片100的厚度，与极片100的中心区域的厚度的比值范围为0.8-1.1，该比值具体可以是0.8、0.85、0.95、1、1.1。极片100的中心区域具体指极片100的中部，也可以认为是涂料层20的正常厚度部22所处的区域。这样可以使极片100卷绕后电池厚度尽可能一直，降低减薄现象对电池性能的影响。

需要说明的是，涂料层20上减薄部以外的部分为正常厚度部22，由于极片100靠近极耳102的边缘具有减薄部，陶瓷层30覆盖减薄部，工艺原因可能会导致陶瓷层30覆盖后的厚度大于正常厚度部22的厚度。或者由于陶瓷层30较薄，可能会使陶瓷层30覆盖后的厚度小于正常厚度部22的厚度。

L2-L1≤L3+2 公式四

这样可以集流体本体101的第一长度L1不会过于小，避免浪费极片100的材料，从而增加极片100的制作成本。

在一种可以实现的实施方式中，集流体本体101上的正常厚度部22与极耳102上的陶瓷层30之间具有间距。在图2中，L表示该间距，该间距的长度范围为1-2mm，具体可以是1mm、1.5mm、1.8mm、2mm等。需要说明的是，该间距的范围可以通过公式五进行计算得出。

在公式五中：W₁表示隔膜宽度，单位为mm，W₂表示极片100宽度(即图4中的L2)，单位为mm。在卷绕电池时，隔膜要包裹住负极避免正负极极片之间直接接触形成短路，负极要包裹住正极避免充电时正极的锂离子没有负极活物质接纳出现析锂。

在一种可以实现的实施方式中，如图6所示，极耳间隙区11内的涂料层20上具有第二减薄部212。

具体的，第一长度L1、第二长度L2以及第三长度L3满足以下关系：

0.6L3≤L2-L1＜L3 公式六

这样使第二减薄部212的长度位于0.4L3和0之间。使极片100卷绕后的电池厚度能够尽可能保持一致，在电池化成时，化成界面一致，电池不会因为极片100减薄出现析锂，提高了电池的循环性能。此外，还可以避免正极减薄影响电池容量，降低电池能量密度，防止负极析锂，恶化电池循环性能，影响的电池的安全性能。

具体的，位于极耳间隙区11内且靠近极耳102的极片100的厚度，与极片100的中心区域的厚度的比值范围为0.6-0.8，这时存在两种情况，第一种为第二减薄部212上未覆盖陶瓷层30，这样陶瓷层30不会影响极片100的性能。第二种为第二减薄部212上覆盖有陶瓷层30，但是陶瓷层30厚度较薄。

0.8L3≥L2-L1≥0.6L3 公式七

这样第二减薄部212的长度为第一减薄部211的长度的0.2-0.4倍，也可以使极片100卷绕后的电池厚度能够尽可能保持一致，在电池化成时，化成界面一致，电池不会因为极片100减薄出现析锂，提高了电池的循环性能。此外，还可以避免正极减薄影响电池容量，降低电池能量密度，防止负极析锂，恶化电池循环性能，影响的电池的安全性能。

在一种可以实现的实施方式中，陶瓷层30覆盖第二减薄部212，这样可以减少毛刺，避免毛刺影响电池的性能。

第二方面，本发明实施例提供了一种极片的制作方法。该极片100的制作方法包括以下步骤：

第一步：提供集流体；

第二步：配料；配制电极浆料。主要是将电极活性材料、粘结剂、溶剂等混合在一起，充分搅拌分散后，形成浆料。

第三部：涂布；在集流体10上涂覆涂料层20和陶瓷层30形成极片100，涂布方式可以采用斑马涂布。

第四步：烘干；对极片100进行烘干处理。

第五步：辊压分切；对烘干后的极片100进行对辊压实，然后分切。辊压的主要目的是将极片100进行压实。如图7所示，图中的直线c表示分切时的部位，这样可以将一个大极片分为四个小极片。

第六步：模切；对极片100的极耳间隙区11进行模切，将极耳间隙区11内的至少部分减薄部去除；在极片100的极耳区12形成至少一个极耳102。可以理解的是，这里的极耳102指软极耳，在极片100卷绕完成后，需要将软极耳与金属极耳进行焊接，由于软极耳上保留了陶瓷层30，这样可以起绝缘作用，避免金属极耳与涂料层20接触，导致短路。需要说明的是，软极耳的数量可以是多个，这样可以形成多极耳结构，多极耳结构可以有效地降低电池的内阻，提高了电池的充电倍率。本发明实施例对极耳的数量不作限制。

具体的，在具体模切时，可以采用以下两种方式：

第一种：模切掉极耳间隙区11的全部减薄部，形成图2的结构。

第二种；模切掉极耳间隙区11的部分减薄部，形成图5的结构。

具体的，集流体10包括正极集流体和负极集流体；正极集流体一般为铝箔，负极集流体一般为铜箔。电极浆料包括正极浆料和负极浆料；涂料层20包括第一涂料层和第二涂料层。负极浆料涂覆在负极集流体上形成第一涂料层，正极浆料涂覆在正极集流体上形成第二涂料层。第一涂料层和第二涂料层均包括活性材料、导电剂和粘接剂。

具体的，第一涂料层的活性材料为石墨、导电剂为炭黑、粘接剂为丁苯橡胶，且活性材料、导电剂、粘接剂的占比为0.96:0.025:0.015。需要说明的是，在制作负极浆料时还可以添加去离子水作溶剂，添加羧甲基纤维素钠作增稠剂。第二涂料层的活性材料为钴酸锂、导电剂为炭黑、粘接剂为丁苯橡胶，且活性材料、导电剂、粘接剂的占比为0.98:0.01:0.01。在制作正极浆料时还可以添加N-甲基吡咯烷酮作溶剂，添加聚乙烯吡咯烷酮作增稠剂。可以采用本发明实施例中的极片制作方法分别制作正极极片和负极极片。

需要说明的是，发明人采用本发明实施例中的两种模切方式与现有技术的模切方式(未模切减薄部)分别制作了三组正极极片和负极极片，其中负极极片的长度均为989mm，宽度均为96mm，正极极片的长度均为1000mm，正极极片的宽度分别为103mm、101mm和98mm，将每一组的正极极片和负极极片进行卷绕、焊接、封装、注液和化成，化成后的压敏纸显示，采用本发明的方法模切后的化成效果明显优于采用现有技术的模切方式的化成效果。

需要说明的是，采用本发明实施例中的极片制作方法所用的极片100宽度比采用常规方法所用的极片100宽度增加1-8mm。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电池，该电池包括上述的极片100，具体可以采用以下步骤：极片卷绕、极耳焊接、封装、注液、化成、封装、包装等制作电池。

通过使极耳间隙区11的涂料层20的长度小于极耳区12内的涂料层20的长度，能够使极片100上的减薄区域尽可能少，这样极片100卷绕后的电池厚度能够尽可能保持一致，在电池化成时，化成界面尽可能一致，电池不会因为极片100减薄出现析锂，提高了电池的循环性能。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种极片，包括集流体和涂料层，所述集流体包括集流体本体和极耳，所述极耳和所述集流体本体邻接，所述极耳沿第一方向延伸，所述集流体具有邻接的极耳间隙区和极耳区，所述极耳位于所述极耳区内；

所述涂料层覆盖所述集流体本体和至少部分所述极耳；

所述极耳间隙区内的所述涂料层沿所述第一方向具有第一长度L1，所述极耳区内的所述涂料层沿所述第一方向具有第二长度L2，所述第一长度L1小于所述第二长度L2。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极耳上的所述涂料层具有第一减薄部，所述第一减薄部沿所述第一方向具有第三长度L3，所述第三长度L3的长度范围为1-8mm。

3.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述极片包括陶瓷层，所述陶瓷层覆盖所述第一减薄部和部分所述极耳。

4.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述陶瓷层的厚度范围为1-8mm。

5.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述第一长度L1、所述第二长度L2以及所述第三长度L3满足以下关系：L2-L1≥0.6L3。

6.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述第一长度L1、所述第二长度L2以及所述第三长度L3满足以下关系：L2-L1≥L3。

7.根据权利要求6所述的极片，其特征在于，位于所述极耳间隙区内，且靠近所述极耳的所述极片的厚度，与所述极片的中心区域的厚度的比值范围为0.8-1.1；

和/或，所述第一长度L1、所述第二长度L2以及所述第三长度L3满足以下关系：L2-L1≤L3+2。

8.根据权利要求5所述的极片，其特征在于，所述极耳间隙区内的所述涂料层具有第二减薄部；

所述第一长度L1、所述第二长度L2以及所述第三长度L3满足以下关系：L2-L1＜L3。

9.根据权利要求8所述的极片，其特征在于，位于所述极耳间隙区内，且靠近所述极耳的所述极片的厚度，与所述极片的中心区域的厚度的比值范围为0.6-0.8；

和/或，所述第一长度L1、所述第二长度L2以及所述第三长度L3满足以下关系：0.8L3≥L2-L1≥0.6L3；

和/或，所述陶瓷层覆盖所述第二减薄部。

10.一种电池，包括如权利要求1-9中任一项所述的极片。