CN113410425A - 电芯及电池 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电芯及电池，其中，电芯包括正极片和负极片，负极片包括负极集流体，负极集流体的两个边缘区域分别设有两个第一涂层，负极集流体的中间区域设有第二涂层，中间区域位于两个边缘区域之间，且与两个边缘区域邻接，在电池为100％SOC的情况下，第二涂层的锂含量高于第一涂层的锂含量。负极片和正极片相对设置。通过使负极片第二涂层的锂含量高于第一涂层的锂含量，使得负极片边缘区域的锂含量更少，所以单位时间内负极片边缘区域析出的锂离子更少，那么与负极片对应设置的正极片的边缘区域就有充足的锂离子通道容置负极片边缘区域析出的锂离子，从而降低了负极片边缘区域析锂的可能性，进而降低安全隐患发生的可能性。

Description

电芯及电池

技术领域

本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种电芯及电池。

背景技术

随着锂离子电池技术的迅速发展，锂离子电池在笔记本电脑、智能手机等便携式移动电子设备上的应用越来越广泛。目前，拆解电芯发现锂离子电池负极片两侧边缘区域析锂情况严重，负极片在长期循环过程中边缘区域析锂，导致电芯出现底部和顶部鼓包，发生安全隐患的可能性较高。

申请内容

本申请实施例提供一种电芯及电池，解决了发生安全隐患的可能性较高的问题。

为达到上述目的，第一方面，本申请实施例提供一种电芯，所述电芯包括正极片和负极片；

所述负极片包括负极集流体，所述负极集流体的两个边缘区域分别设有两个第一涂层，所述负极集流体的中间区域设有第二涂层，所述中间区域位于两个所述边缘区域之间，且与两个所述边缘区域邻接，所述第二涂层的锂含量高于所述第一涂层的锂含量；

所述负极片和所述正极片相对设置。

可选的，在电池为100％荷电状态SOC的情况下，所述第二涂层与所述第一涂层的锂含量的比值在1.02至1.08的范围内。

可选的，所述正极片包括正极集流体，所述正极集流体设有第三涂层，在电池为0％SOC的情况下，所述第二涂层与所述第三涂层单位面积的容量比在1.05至1.12的范围内；

所述第一涂层与所述第三涂层单位面积的容量比在1.1至1.3的范围内。

可选的，在电池为100％荷电状态SOC的情况下，所述第二涂层的直流内阻小于所述第一涂层的直流内阻。

可选的，所述第二涂层直流内阻的范围为5Ω～18Ω。

可选的，所述第一涂层和所述第二涂层的厚度相同。

可选的，所述边缘区域在所述负极片宽度方向上的长度在6mm至14mm的范围内。

可选的，所述第二涂层包括负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂，所述负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂按预设比例混合。

可选的，所述负极活性物质为如下至少一项：

人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、有机聚合物化合物碳，钛酸锂。

第二方面，本申请实施例提供一种电池，所述电池包括如第一方面所述的电芯。

本申请实施例中，电芯包括正极片和负极片，负极片包括负极集流体，负极集流体的两个边缘区域分别设有两个第一涂层，负极集流体的中间区域设有第二涂层，中间区域位于两个边缘区域之间，且与两个边缘区域邻接，在电池为100％SOC的情况下，第二涂层的锂含量高于第一涂层的锂含量。负极片和正极片相对设置。通过使负极片第二涂层的锂含量高于第一涂层的锂含量，使得负极片边缘区域的锂含量更少，所以单位时间内负极片边缘区域析出的锂离子更少，那么与负极片对应设置的正极片的边缘区域就有充足的锂离子通道容置负极片边缘区域析出的锂离子，从而降低了负极片边缘区域析锂的可能性，进而降低安全隐患发生的可能性。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例中的技术方案，现对说明书附图作如下说明，显而易见地，下述附图仅是本申请的实施例，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，还可以根据所列附图获得其他附图。

图1是本申请实施例提供的电芯的结构示意图之一；

图2是本申请实施例提供的电芯的结构示意图之二。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本申请中的实施例的基础上，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，都属于本申请保护的范围。

参见图1和图2，第一方面，本申请实施例提供一种电芯，所述电芯包括正极片和负极片；

所述负极片包括负极集流体4，所述负极集流体4的两个边缘区域分别设有两个第一涂层1，所述负极集流体4的中间区域设有第二涂层2，所述中间区域位于两个所述边缘区域之间，且与两个所述边缘区域邻接，所述第二涂层2的锂含量高于所述第一涂层1的锂含量；

所述负极片和所述正极片相对设置。

具体的，可以通过对第二涂层2补锂，使得在电池为100％SOC的情况下，第二涂层2的锂含量高于第一涂层1的锂含量。对第二涂层2补锂，由于锂粒径相较于负极颗粒较小，可嵌入负极空隙内，不会影响负极片厚度。

应理解，上述第一涂层和第二涂层的活性物质材料可以相同也可以不同。当第一涂层和第二涂层的活性物质材料不同时，可以无需对第二涂层进行补锂，亦可以达到在电池为100％SOC的情况下，第二涂层2的锂含量高于第一涂层1的锂含量。当第一涂层和第二涂层的活性物质相同时，可进一步降低负极片边缘区域析锂的可能性，从而降低安全隐患发生的可能性。上述第一涂层和第二涂层中活性物质材料的粒径可以相同也可以不同。第一涂层和第二涂层的活性物质的中值粒径相同时，可进一步降低负极片边缘区域析锂的可能性，从而降低安全隐患发生的可能性。第一涂层和第二涂层的活性物质的中值粒径不同时，第一涂层中活性物质材料的粒径小于第二涂层中活性物质材料的粒径。

现有技术中，负极片边缘区域析锂的根本原因是正极片边缘区域与电解液接触充分，正极片边缘区域与正极片中间区域，正极片边缘区域浓差极化较小，在充电过程中正极片中的锂离子脱出和迁移速度更快，边缘区域电流密度和锂离子密度最大，而负极片边缘区域电位更低，在相同时间内正极片边缘区域所对应的负极片的边缘区域嵌入更多的锂，导致负极片边缘区域析锂。

本申请实施例中，电芯包括正极片和负极片，负极片包括负极集流体，负极集流体的两个边缘区域分别设有两个第一涂层，负极集流体的中间区域设有第二涂层，中间区域位于两个边缘区域之间，且与两个边缘区域邻接，在电池为100％SOC的情况下，第二涂层的锂含量高于第一涂层的锂含量。负极片和正极片相对设置。通过使负极片第二涂层的锂含量高于第一涂层的锂含量，使得负极片边缘区域的锂含量更少，所以单位时间内负极片边缘区域析出的锂离子更少，那么与负极片对应设置的正极片的边缘区域就有充足的锂离子通道容置负极片边缘区域析出的锂离子，从而降低了负极片边缘区域析锂的可能性，进而降低安全隐患发生的可能性。

需要说明的是，图1所示的第一涂层1和第二涂层2有明显的界限，且在图1中呈现为一条直线，但在实际应用中第第一涂层1和第二涂层2可以相互渗透，界限可以呈现为曲线甚至是阶梯状等不规则形状。

进一步的，所述正极片包括正极集流体5，所述正极集流体5设有第三涂层3，在电池为0％SOC的情况下，所述第二涂层2与所述第三涂层3单位面积的容量比在1.05至1.12的范围内。

应理解，在无法降低正极片中锂离子脱出和迁移速度的情况下，并在不损失容量和能量密度的前提下，提高第一涂层1与第三涂层3的容量比，可以进一步降低负极片边缘区域析锂的可能性。

经过实验测算，第二涂层2与第三涂层3单位面积的容量比满足上述条件的情况下，可以进一步降低负极片边缘区域析锂的可能性，从而降低安全隐患发生的可能性。

进一步的，在电池为0％SOC的情况下，所述第一涂层1与所述第三涂层3单位面积的容量比在1.1至1.3的范围内。

经过实验测算，第一涂层1与第三涂层3单位面积的容量比满足上述条件的情况下，可以进一步降低负极片边缘区域析锂的可能性，从而降低安全隐患发生的可能性。

可选的，在电池为100％SOC的情况下，所述第二涂层2与所述第一涂层1的锂含量的比值在1.02至1.08的范围内。

经过实验测算，第二涂层2与第一涂层1的锂含量满足上述条件的情况下，可以进一步降低负极片边缘区域析锂的可能性，从而降低安全隐患发生的可能性。

进一步的，所述第一涂层1和所述第二涂层2的厚度相同。通过使第一涂层1与第二涂层2的厚度相同可以使负极片表面平整，以便于电池装配。

进一步的，在电池为100％SOC的情况下，所述第二涂层的直流内阻小于所述第一涂层的直流内阻。需要说明的是，本申请实施例提供的电芯为补锂后的电芯。补锂后，所述第二涂层的直流内阻小于所述第一涂层的直流内阻。具体的，补锂前第一、二涂层的直流内阻的范围为20Ω～35Ω，补锂后的第二涂层直流内阻的范围为5Ω～18Ω。

可选的，所述边缘区域在所述负极片宽度方向上的长度在6mm至14mm的范围内。

具体的，在电池为100％SOC的情况下，负极片的两个边缘区域覆盖有锂含量较小的第一涂层1。单位体积内锂含量越低，电池的容量越小，若边缘区域的面积过大，即涂覆的锂含量较低的第一涂层1的面积过大，会降低电池的容量，影响电池性能。经过实验测算，边缘区域在负极片宽度方向上的长度在6mm至14mm的范围内时，能保证电池性能，且可降低负极片边缘区域析锂的可能性，从而降低安全隐患发生的可能性。

可选的，所述第二涂层2包括负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂，所述负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂按预设比例混合。

具体的，负极活性物质为如下至少一项：人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、有机聚合物化合物碳，钛酸锂。导电剂为如下至少一项：导电碳黑、碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯。粘结剂为如下至少一项：乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯。增稠剂可以为羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂

下面对本申请实施例提供的电芯的制备方法进行说明。

第一步：制备负极片：负极活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂按照预设质量比加入到搅拌罐中，按照公知的配料工艺加入去离子水配成第一负极活性物质浆料，负极浆料固含量为40％～45％；过200目的筛网，配成负极浆料，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；

第二步：制备正极片：以钴酸锂为正极活性材料，然后和导电剂和聚偏氟乙烯按照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；

第三步：对负极片进行补锂，补锂方式可以为采用锂粉补锂：将锂粉溶解在二甲氧基乙烷溶剂中，随后将锂粉喷洒在需要补锂的负极表面实现特定区域补锂。可以通过调节喷撒量、浸泡时间，溶液浓度等方面来控制补锂量；需要说明的是，负极片在未补锂前，第一涂层和第二涂层所在区域均为负极活性物质，其与正极的单位面积的容量比为1：0.85～0.92；补锂后，在电池为100％SOC的情况下，第二涂层锂含量与第一涂层锂含量的比值为1.02～1.08，第二涂层与第三涂层单位面积的容量比为1.05-1.12，第一涂层与第三涂层单位面积的容量比为1.1～1.3。

第四步：组装电芯：将上述第一步至第三步制备的负极片与第四步制备的正极片及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电芯。

所述活性物质浆料中的粘结剂包括：乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯中至少之一；

所述正极活性物质包括钴酸锂、碳包覆钴酸锂、三元材料、碳包覆三元材料、锰酸锂、碳包覆锰酸锂、磷酸锰铁锂、碳包覆磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、碳包覆磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、碳包覆磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、碳包覆磷酸铁锂、钛酸锂和含锂锰基材料的至少之一；

所述负极活性物质包括可以是人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、有机聚合物化合物碳，钛酸锂中的至少之一，所述导电剂包含导电碳黑、碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一者或多者。

所述导电剂包含导电碳黑、碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一者或多者。

所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂

下面结合实验结果，对本申请实施例提供的电芯解决负极片析锂问题的能力进行说明。

实施例1-3对负极极片第二涂层所在区域进行不同程度补锂；实施例4-5补锂量相同但是原始正负极片(负极未补锂时)单位面积负极容量相对正极容量的比值不同

实施例1

第一步：制备负极片：负极活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂按照特定的质量比加入到搅拌罐中，按照公知的配料工艺加入去离子水配成第一负极活性物质浆料，负极浆料固含量为40％～45％；过200目的筛网，配成负极浆料，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；

第二步：制备正极片：以钴酸锂为正极活性材料，然后和导电剂和聚偏氟乙烯按照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；

第三步：对负极片进行补锂，使用锂片在第二涂层所在区域补锂；需要说明的是，负极片在未补锂时，第一涂层和第二涂层均为第一负极活性物质浆料，单位面积负极容量相对正极容量的比值为1:0.9，负极第二涂层所在区域补锂量为正极与第二涂层相对的所在区域锂含量的2.2％

第四步：组装电芯：将上述第一步至第三步制备的负极片与第四步制备的正极片及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电芯。

实施例1-3对负极极片第二涂层所在区域进行不同程度补锂；实施例4-5补锂量相同但是原始正负极片(负极未补锂时)单位面积负极容量相对正极容量的比值不同

对比例1

第一步：制备负极片：负极活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂按照特定的质量比加入到搅拌罐中，按照公知的配料工艺加入去离子水配成第一负极活性物质浆料，负极浆料固含量为40％～45％；过200目的筛网，配成负极浆料，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；

第二步：制备正极片：以钴酸锂为正极活性材料，然后和导电剂和聚偏氟乙烯按照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；

第三步：负极片与正极片的容量比为1.07，不对负极进行补锂

第四步：组装电芯：将上述第一步至第三步制备的负极片与第四步制备的正极片及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电芯。

对上述实施例1至5以及对比例1制备的负极片组装成电芯，在25℃条件下进行1.8充电/0.7C循环，并在不同循环次数下拆解电池确认电池负极极极片边缘区域表面析锂情况，拆解结果和能量密度如表1所示。

表1

负极耳附近附近析锂程度用0、1、2、3、4、5来表示，0代表不析锂，5代表严重析锂，1、2、3、4代表不同的析锂程度，数字越大代表析锂程度越严重

从表1中可以看出，采用本申请实施例的负极片可以有效改善锂电池负极极片的边缘区域表面析出锂而形成锂枝晶的问题，降低安全隐患，提高电芯的安全性能，提高锂离子电池循环寿命。

第二方面，本申请实施例提供一种电池，该电池包括上述实施例提供的电芯，该电芯的结构和工作原理可以参照上述实施例，在此不再赘述。由于本申请实施例提供的电池包括上述实施例的电芯，因此本申请实施例提供的电池具有上述实施例中电芯的全部有益效果。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括正极片和负极片；

所述负极片包括负极集流体，所述负极集流体的两个边缘区域分别设有两个第一涂层，所述负极集流体的中间区域设有第二涂层，在电池为100％荷电状态SOC的情况下，所述中间区域位于两个所述边缘区域之间，且与两个所述边缘区域邻接，所述第二涂层的锂含量高于所述第一涂层的锂含量；

所述负极片和所述正极片相对设置。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，在电池为100％荷电状态SOC的情况下，所述第二涂层与所述第一涂层的锂含量的比值在1.02至1.08的范围内。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极片包括正极集流体，所述正极集流体设有第三涂层；

在电池为0％SOC的情况下，所述第二涂层与所述第三涂层单位面积的容量比在1.05至1.12的范围内；

所述第一涂层与所述第三涂层单位面积的容量比在1.1至1.3的范围内。

4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，在电池为100％荷电状态SOC的情况下，所述第二涂层的直流内阻小于所述第一涂层的直流内阻。

5.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第二涂层直流内阻的范围为5Ω～18Ω。

6.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一涂层和所述第二涂层的厚度相同。

7.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述边缘区域在所述负极片宽度方向上的长度在6mm至14mm的范围内。

8.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第二涂层包括负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂，所述负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂按预设比例混合。

9.根据权利要求8所述的电芯，其特征在于，所述负极活性物质为如下至少一项：

人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、有机聚合物化合物碳和钛酸锂。

10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的电芯。

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