CN113764643A - 电极片及锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电极片和锂离子电池，该电极片包括集流体、极耳、活性物质涂层和气体吸附涂层；集流体的至少一表面设置极耳，集流体的至少一表面涂覆活性物质涂层，集流体的至少一表面涂覆气体吸附涂层，且极耳、活性物质涂层和气体吸附涂层设置在集流体表面的不同区域；其中，活性物质涂层的涂覆面积大于气体吸附涂层的涂覆面积，气体吸附涂层用于吸附气体。本发明实施例中，集流体的至少一表面涂覆气体吸附涂层，该气体吸附涂层用于吸附气体，以此吸附锂离子电池在生产、存储和循环充放电过程中产生的气体，避免锂离子电池出现鼓气现象，从而提高电池的安全性能。

Description

电极片及锂离子电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电极片及锂离子电池。

背景技术

目前，锂离子电池由于具备高容量、高寿命、无记忆等优点，已被广泛应用于数码产品、电动工具、电动汽车等各个领域。

然而，锂离子电池在生产、存储和循环充放电过程中容易出现鼓气现象，电池鼓气后会增加电池内部副反应的发生，使得正、负极片与隔膜的接触不良，降低电池的使用寿命，甚至还可能导致电池被刺穿，造成电池损坏，这大大的降低了电池的安全性能。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种电极片及锂离子电池，旨在解决锂离子电池出现鼓气现象，导致安全性能降低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种电极片，所述电极片包括集流体、极耳、活性物质涂层和气体吸附涂层；

所述集流体的至少一表面设置所述极耳，所述集流体的至少一表面涂覆所述活性物质涂层，所述集流体的至少一表面涂覆所述气体吸附涂层，且所述极耳、所述活性物质涂层和所述气体吸附涂层设置在所述集流体表面的不同区域；

其中，所述活性物质涂层的涂覆面积大于所述气体吸附涂层的涂覆面积，所述气体吸附涂层用于吸附气体。

可选地，所述活性物质涂层包括第一活性物质子涂层和第二活性物质子涂层，所述气体吸附涂层包括第一气体吸附子涂层和第二气体吸附子涂层；

所述第一活性物质子涂层和所述第一气体吸附子涂层涂覆于所述集流体的一表面，且所述第一活性物质子涂层的涂覆面积大于所述第一气体吸附子涂层的涂覆面积；

所述第二活性物质子涂层和所述第二气体吸附子涂层涂覆于所述集流体的另一表面，且所述第二活性物质子涂层的涂覆面积大于所述第二气体吸附子涂层的涂覆面积。

可选地，所述气体吸附涂层的厚度大于或等于10微米且小于或等于60微米，且所述气体吸附涂层的厚度小于所述活性物质涂层的厚度。

可选地，所述气体吸附涂层包括气体吸附物质和粘结剂，所述气体吸附物质与所述粘结剂之间的比值范围为9:1至1:9；

所述粘结剂包括偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-聚六氟丙烯共聚物、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚乙烯、聚环氧乙烷和烷基化聚环氧乙烷中的至少一种。

可选地，所述气体吸附物质包括沸石咪唑酯骨架材料、金属有机骨架材料和共价有机骨架材料中的至少一种。

可选地，所述沸石咪唑酯骨架材料包括ZIF-8、ZIF-9和ZIF-67中的至少一种，所述金属有机骨架材料包括PCN-250、PCN-222、PCN-333、UiO-66和UiO-67中的至少一种，所述共价有机骨架材料包括COF-1、COF-5、COF-102、COF-103和COF-105中的至少一种。

可选地，所述沸石咪唑酯骨架材料的粒径、所述金属有机骨架材料的粒径和所述共价有机骨架材料的粒径均大于或等于30纳米且小于或等于800纳米。

可选地，所述气体吸附物质包括沸石咪唑酯骨架材料、金属有机骨架材料和共价有机骨架材料；所述沸石咪唑酯骨架材料的质量百分比为20％至35％，所述金属有机骨架材料的质量百分比为25％至50％，所述共价有机骨架材料的质量百分比为15％至55％。

本发明实施例还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极片和负极片，所述正极片和/或所述负极片被配置为如上所述的电极片。

可选地，所述电极片包括集流体、极耳、活性物质涂层和气体吸附涂层，所述锂离子电池为卷绕电池；

所述气体吸附涂层设置在所述电极片的尾部，且位于所述卷绕电池的外侧。

本发明提供了一种电极片和锂离子电池，该电极片包括集流体、极耳、活性物质涂层和气体吸附涂层；集流体的至少一表面设置极耳，集流体的至少一表面涂覆活性物质涂层，集流体的至少一表面涂覆气体吸附涂层，且极耳、活性物质涂层和气体吸附涂层设置在集流体表面的不同区域；其中，活性物质涂层的涂覆面积大于气体吸附涂层的涂覆面积，气体吸附涂层用于吸附气体。本发明实施例中，集流体的至少一表面涂覆气体吸附涂层，该气体吸附涂层用于吸附气体，以此吸附锂离子电池在生产、存储和循环充放电过程中产生的气体，避免锂离子电池出现鼓气现象，从而提高电池的安全性能。

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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的电极片的结构示意图之一；

图2为本发明提供的电极片的结构示意图之二。

附图标记说明：

10、集流体；20、极耳；30、活性物质涂层；40、气体吸附涂层；31、第一活性物质子涂层；32、第二活性物质子涂层；41、第一气体吸附子涂层；42、第二气体吸附子涂层。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明实施例提供了一种电极片，该电极片包括集流体10、极耳20、活性物质涂层30和气体吸附涂层40；

所述集流体10的至少一表面设置所述极耳20，所述集流体10的至少一表面涂覆所述活性物质涂层30，所述集流体10的至少一表面涂覆所述气体吸附涂层40，且所述极耳20、所述活性物质涂层30和所述气体吸附涂层40设置在所述集流体10表面的不同区域。

请参阅图1，图1为本发明提供的电极片的结构示意图之一。如图1所示，集流体10的一表面设置有极耳20，该表面还涂覆有活性物质涂层30和气体吸附涂层40，且该极耳20、活性物质涂层30和气体吸附涂层40处于该表面的不同区域。

其中，上述集流体10的材质可以为铜箔、铝箔或其他材质，在此不做具体限定。

其中，上述活性物质涂层30为正极活性物质涂层30或负极活性物质涂层30。应理解，当该电极片为正极片时，集流体10涂覆的活性物质涂层30为正极活性物质涂层30，该正极活性物质涂层30包括正极活性物质、导电剂和粘结剂；当该电极片为负极片时，集流体10涂覆的活性物质涂层30为负极活性物质涂层30，该负极活性物质涂层30包括负极活性物质、增稠剂、导电剂和粘结剂。

上述正极活性物质包括但不限于镍钴猛和钴酸锂，上述负极活性物质包括但不限于石墨和钛酸锂，上述导电剂包括但不限于导电炭黑、科琴黑和乙炔黑，上述粘结剂包括但不限于丁苯胶和聚偏氟乙烯，上述增稠剂包括但不限于羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素。

一种可选的实施方式为，在集流体10的一表面设置极耳20，在集流体10的一表面涂覆活性物质涂层30，在集流体10的一表面涂覆气体吸附涂层40。其中，上述活性物质涂层30和气体吸附涂层40可以涂覆在集流体10的不同表面，也可以涂覆在集流体10的同一表面。

一种可选的实施方式为，在集流体10的一表面设置极耳20，在集流体10相对的2个表面涂覆活性物质涂层30，在集流体10的一表面涂覆气体吸附涂层40；或者，在集流体10相对的2个表面均涂覆气体吸附涂层40，在集流体10的一表面涂覆活性物质涂层30；或者，在集流体10相对的2个表面均涂覆活性物质涂层30和气体吸附涂层40。

一种可选的实施方式为，在集流体10相对的2个表面均设置极耳20，在集流体10的一表面涂覆活性物质涂层30，在集流体10的一表面涂覆气体吸附涂层40；或者，在集流体10相对的2个表面涂覆活性物质涂层30，在集流体10的一表面涂覆气体吸附涂层40；或者，在集流体10相对的2个表面均涂覆气体吸附涂层40，在集流体10的一表面涂覆活性物质涂层30。

应理解，可以将集流体10的外表面分为焊接区域和涂覆区域，在集流体10的焊接区域焊接极耳20，在集流体10的涂覆区域涂覆活性物质涂层30和气体吸附涂层40，其中，活性物质涂层30和气体吸附涂层40设置于涂覆区域的不同位置。

在一些实施例中，将活性物质涂层30和气体吸附涂层40设置在集流体10表面的相同区域，这相当于在活性物质涂层30中加入气体吸附物质，然而，这不能最大的发挥气体吸附物质的作用，导致电池还是会产生气体，出现鼓气现象。因此，本实施例中，直接在集流体10的表面涂覆气体吸附涂层40，使用该气体吸附涂层40吸附气体，最大程度的发挥气体吸附物质的作用，进而避免锂离子电池出现鼓气现象，从而提高电池的安全性能。

本发明实施例中，集流体10的至少一表面涂覆气体吸附涂层40，该气体吸附涂层40用于吸附气体，以此吸附锂离子电池在生产、存储和循环充放电过程中产生的气体，避免锂离子电池出现鼓气现象，从而提高电池的安全性能。

本实施例中的气体吸附涂层40涂覆在集流体10的空箔区域，该空箔区域可以理解为未涂覆活性物质涂层30的区域，这不会增加电极片的体积，使得电极片轻量化，且未占用活性物质涂层30的空间，不会造成电池容量的损失。

可选地，所述活性物质涂层30包括第一活性物质子涂层31和第二活性物质子涂层32，所述气体吸附涂层40包括第一气体吸附子涂层41和第二气体吸附子涂层42；

所述第一活性物质子涂层31和所述第一气体吸附子涂层41涂覆于所述集流体10的一表面，且所述第一活性物质子涂层31的涂覆面积大于所述第一气体吸附子涂层41的涂覆面积；

所述第二活性物质子涂层32和所述第二气体吸附子涂层42涂覆于所述集流体10的另一表面，且所述第二活性物质子涂层32的涂覆面积大于所述第二气体吸附子涂层42的涂覆面积。

请参阅图2，图2为本发明提供的电极片的结构示意图之二。活性物质涂层30包括第一活性物质子涂层31和第二活性物质子涂层32，气体吸附涂层40包括第一气体吸附子涂层41和第二气体吸附子涂层42。其中，第一活性物质子涂层31和第二活性物质子涂层32的涂层厚度相同，第一气体吸附子涂层41和第二气体吸附子涂层42的涂层厚度相同。

应理解，图2所示的活性物质涂层30和气体吸附涂层40的涂覆方式为一种优先的实施方式，集流体10的外表面涂覆有面积较大的活性物质涂层30和气体吸附涂层40，在为电池提供较高能量密度的同时，也能充分吸附电池产生的气体。

需要说明的是，第一气体吸附子涂层41和第二气体吸附子涂层42的涂覆方式为二次涂覆。在集流体10上涂覆活性物质涂层30和气体吸附涂层40的一种可选方式为，使用涂布装置将活性物质涂层30对应的浆料涂布至集流体10的2个表面，并对集流体10进行烘干。使用涂布装置将气体吸附涂层40对应的浆料涂布至集流体10的2个表面，并对集流体10进行烘干和辊压，制备得到对应的电极片。

可选地，所述气体吸附涂层40的厚度大于或等于10微米且小于或等于60微米，且所述气体吸附涂层40的厚度小于所述活性物质涂层30的厚度。

可选地，所述气体吸附涂层40包括气体吸附物质和粘结剂，所述气体吸附物质与所述粘结剂之间的比值范围为9:1至1:9。

本实施例中，活性物质涂层30的厚度大于气体吸附涂层40的厚度，气体吸附涂层40的厚度大于或等于10微米且小于或等于60微米，在此不对活性物质涂层30的厚度进行具体限定。

气体吸附涂层40由气体吸附浆料构成，该气体吸附浆料包括气体吸附物质和粘结剂，且气体吸附物质与粘结剂之间的比值范围为9:1至1:9。可选地，粘结剂包括偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-聚六氟丙烯共聚物、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚乙烯、聚环氧乙烷和烷基化聚环氧乙烷中的至少一种。

可选地，所述气体吸附物质包括沸石咪唑酯骨架材料、金属有机骨架材料和共价有机骨架材料中的至少一种。

本实施例中，气体吸附物质用于吸收电池产生的气体，应理解，电池产生的气体包括但不限于二氧化碳、一氧化碳、氢气和烃类气体。上述气体吸附物质包括沸石咪唑酯骨架材料、金属有机骨架材料和共价有机骨架材料中的至少一种，应理解，本实施例中的气体吸附物质还可以包括其他材料。优选地，气体吸附物质包括沸石咪唑酯骨架材料、金属有机骨架材料和共价有机骨架材料。

可选地，所述沸石咪唑酯骨架材料包括ZIF-8、ZIF-9和ZIF-67中的至少一种，所述金属有机骨架材料包括PCN-250、PCN-222、PCN-333、UiO-66和UiO-67中的至少一种，所述共价有机骨架材料包括COF-1、COF-5、COF-102、COF-103和COF-105中的至少一种。

可选地，所述沸石咪唑酯骨架材料的粒径、所述金属有机骨架材料的粒径和所述共价有机骨架材料的粒径均大于或等于30纳米且小于或等于800纳米。

上述沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8、ZIF-9和ZIF-67，上述金属有机骨架材料UiO-66和UiO-67，上述共价有机骨架材料包括COF-1、COF-5、COF-102、COF-103和COF-105均可以吸附二氧化碳、烃类气体、氢气、一氧化碳等气体。

其中，沸石咪唑酯骨架材料的粒径、金属有机骨架材料的粒径和共价有机骨架材料的粒径均大于或等于30纳米且小于或等于800纳米。

可选地，所述气体吸附物质包括沸石咪唑酯骨架材料、金属有机骨架材料和共价有机骨架材料；所述沸石咪唑酯骨架材料的质量百分比为20％至35％，所述金属有机骨架材料的质量百分比为25％至50％，所述共价有机骨架材料的质量百分比为15％至55％。

如上所述，一种优选地实施方式为，气体吸附物质包括沸石咪唑酯骨架材料、金属有机骨架材料和共价有机骨架材料。这种情况下，沸石咪唑酯骨架材料的质量百分比为20％至35％，金属有机骨架材料的质量百分比为25％至50％，共价有机骨架材料的质量百分比为15％至55％。通过上述方式设置各个气体吸附物质对应的质量百分比，可以最大程度的发挥各个物质的气体吸附作用。

为便于说明，以下根据上述电极片的结构，设置实施例1-5和对比例1。

实施例1：

将三元镍钴猛、聚偏氟乙烯和导电炭黑按照96:2:2的比例溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，搅拌分散得到正极活性浆料。

将ZIF-8、PCN-250和COF-102按照3:4:3的比例混合，得到气体吸附物质；将上述气体吸附物质和聚偏氟乙烯按照95:5的比例溶于N-甲基吡咯烷酮中，搅拌分散得到气体吸附浆料。

使用挤压式涂布机，在铝箔的2面涂布正极活性浆料形成正极活性物质涂层，然后进行烘干。在铝箔的2面涂布气体吸附浆料形成气体吸附涂层40，然后进行烘干和辊压，制备得到正极片。其中，正极集流体10的材质为铝箔，涂布机的涂布速度为5m/min。

将石墨、丁苯胶、羧甲基纤维素钠和导电炭黑按照95:2:1.5:1.5的比例溶于去离子水中得到负极活性浆料。

使用挤压式涂布机，在铜箔的2面涂布负极活性浆料形成负极活性物质涂层，然后进行烘干。在铜箔的2面涂布上述气体吸附浆料形成气体吸附涂层40，然后进行烘干和辊压，制备得到负极片，其中气体吸附涂层40的厚度为50微米。

将上述正极片和负极片制备成卷芯，采用铝塑膜封装，真空状态下烘烤48h去除水分后，注入电解液，进行化成和二封处理，得到锂离子电池。

实施例2：

实施例2与实施例1的区别仅在于，实施例2中气体吸附涂层40的厚度为30微米。

实施例3：

实施例3与实施例1的区别仅在于，实施例3中气体吸附涂层40的厚度为60微米。

实施例4：

实施例4与实施例1的区别仅在于，实施例4中气体吸附物质由ZIF-9、PCN-250和COF-102按照3:4:3的比例混合得到。

实施例5：

实施例5与实施例1的区别仅在于，实施例5中气体吸附物质由ZIF-8、PCN-222和COF-1按照3:4:3的比例混合得到。

对比例1：

将三元镍钴猛、聚偏氟乙烯和导电炭黑按照96:2:2的比例溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，搅拌分散得到正极活性浆料。使用挤压式涂布机，在铝箔的2面涂布正极活性浆料形成正极活性物质涂层，制备得到正极片，其中，正极集流体的材质为铝箔。

将石墨、丁苯胶、羧甲基纤维素钠和导电炭黑按照95:2:1.5:1.5的比例溶于去离子水中得到负极活性浆料。使用挤压式涂布机，在铜箔的2面涂布负极活性浆料形成负极活性物质涂层，制备得到负极片。

将上述正极片和负极片制备成卷芯，采用铝塑膜封装，真空状态下烘烤48h去除水分后，注入电解液，进行化成和二封处理，得到锂离子电池。

对实施例1-5和对比例1进行安全性测试，测试结果如表一所示：

表一：

组别

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

对比例1

产气情况

不产气

不产气

不产气

不产气

不产气

严重产气

其中，安全性测试是指，将电池容量100％的锂离子电池放入60℃恒温箱中，放置30天，通过针管抽出电池所产生气体的体积。产气量为0mL则判定为不产气，产气量小于20mL为轻微产气，产气量大于或等于20mL为严重产气。

通过上述表一可以得到，本发明实施例提供的锂离子电池不产生气体，避免了电池鼓气现象的发送，进而提高了电池的安全性能。

本发明实施例还提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极片和负极片，所述正极片和/或所述负极片被配置为如上所述的电极片，该电极片的结构可以参照上述实施例，具体在此不再赘述。

如上所述，电极片包括集流体、极耳、活性物质涂层和气体吸附涂层。在一可选的实施例中，气体吸附涂层设置在电极片的尾部，这样，对电极片卷绕形成卷绕电池后，该气体吸附涂层位于卷绕电池的外侧。

由于在本实施例中，采用了上述实施例中的电极片，因此本发明实施例提供的锂离子电池具有与上述实施例中电极片相同的有益效果。

以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电极片，其特征在于，包括集流体、极耳、活性物质涂层和气体吸附涂层；

所述集流体的至少一表面设置所述极耳，所述集流体的至少一表面涂覆所述活性物质涂层，所述集流体的至少一表面涂覆所述气体吸附涂层，且所述极耳、所述活性物质涂层和所述气体吸附涂层设置在所述集流体表面的不同区域；

其中，所述活性物质涂层的涂覆面积大于所述气体吸附涂层的涂覆面积，所述气体吸附涂层用于吸附气体。

2.根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述活性物质涂层包括第一活性物质子涂层和第二活性物质子涂层，所述气体吸附涂层包括第一气体吸附子涂层和第二气体吸附子涂层；

所述第一活性物质子涂层和所述第一气体吸附子涂层涂覆于所述集流体的一表面，且所述第一活性物质子涂层的涂覆面积大于所述第一气体吸附子涂层的涂覆面积；

所述第二活性物质子涂层和所述第二气体吸附子涂层涂覆于所述集流体的另一表面，且所述第二活性物质子涂层的涂覆面积大于所述第二气体吸附子涂层的涂覆面积。

3.根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述气体吸附涂层的厚度大于或等于10微米且小于或等于60微米，且所述气体吸附涂层的厚度小于所述活性物质涂层的厚度。

4.根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述气体吸附涂层包括气体吸附物质和粘结剂，所述气体吸附物质与所述粘结剂之间的比值范围为9:1至1:9；

所述粘结剂包括偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-聚六氟丙烯共聚物、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚乙烯、聚环氧乙烷和烷基化聚环氧乙烷中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的电极片，其特征在于，所述气体吸附物质包括沸石咪唑酯骨架材料、金属有机骨架材料和共价有机骨架材料中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的电极片，其特征在于，所述沸石咪唑酯骨架材料包括ZIF-8、ZIF-9和ZIF-67中的至少一种，所述金属有机骨架材料包括PCN-250、PCN-222、PCN-333、UiO-66和UiO-67中的至少一种，所述共价有机骨架材料包括COF-1、COF-5、COF-102、COF-103和COF-105中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的电极片，其特征在于，所述沸石咪唑酯骨架材料的粒径、所述金属有机骨架材料的粒径和所述共价有机骨架材料的粒径均大于或等于30纳米且小于或等于800纳米。

8.根据权利要求4所述的电极片，其特征在于，所述气体吸附物质包括沸石咪唑酯骨架材料、金属有机骨架材料和共价有机骨架材料；所述沸石咪唑酯骨架材料的质量百分比为20％至35％，所述金属有机骨架材料的质量百分比为25％至50％，所述共价有机骨架材料的质量百分比为15％至55％。

9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极片和负极片，所述正极片和/或所述负极片被配置为如权利要求1-8中任一项所述的电极片。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述电极片包括集流体、极耳、活性物质涂层和气体吸附涂层，所述锂离子电池为卷绕电池；

所述气体吸附涂层设置在所述电极片的尾部，且位于所述卷绕电池的外侧。

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