CN114023922A - 锂离子电池极片及其制作方法、锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂离子电池极片及其制作方法、锂离子电池，该锂离子电池极片包括集流体，集流体包括相互背离的第一表面和第二表面，锂离子电池极片还包括设置于第一表面和第二表面中的至少一者的导电柔性层和极粉层，其中，极粉层的首端部分和尾端部分中的至少一者叠置在导电柔性层的远离集流体一侧，且极粉层的远离集流体一侧的表面为与第一表面相互平行的平面。本发明提供的锂离子电池极片及其制作方法、锂离子电池，其不仅在辊压后不鼓边、不掉粉，而且可以使极粉层不同位置处的整体厚度一致，从而可以避免出现析锂等安全隐患。

Description

锂离子电池极片及其制作方法、锂离子电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池极片制造领域，具体地，涉及一种锂离子电池极片及其制作方法、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池中极片的制造关系着电芯的最终品质。图1为现有的极片在辊压前后的侧视剖面图。如图1所示，极片1包括集流体11和设置在集流体11的正、反两个表面上的极粉材料12。为了防止在辊压之后极粉材料12的边缘鼓边和脱粉，通常会在极粉材料12的首、尾端两个部分(集流体伸出的一端为首端部分，远离集流体伸出的另一端为尾端部分)，且位于远离集流体11的一侧设置一定距离和一定厚度的削薄部分13。

但是，上述削薄部分13无法避免极粉材料12的首、尾端两个部分靠近集流体11的一侧在辊压后出现缺陷(例如鼓边或毛刺)，造成极片的首尾端析锂，当正极片与负极片之间的隔膜出现收缩时，上述缺陷的存在更容易造成正极片与负极片短路，进而产生安全隐患。此外，在极粉材料12远离集流体11的一侧设置上述削薄部分13，在叠片并注入电解液之后，极片间隙中分布在削薄部分13的电解液相比其他部分更多，可能导致电解液残留不均匀、电芯外观不平整，打包(pack)时电芯本体不同位置处的预紧力不一致、泡棉厚度不一致等情况，这些情况均可能出现析锂安全隐患。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种锂离子电池极片及其制作方法、锂离子电池，其不仅在辊压后不鼓边、不掉粉，而且可以使极粉层不同位置处的整体厚度一致，从而可以在叠片注液之后，使极片间不同位置处的间隙一致，进而可以保证电解液均匀分布、电芯外观平整、打包(pack)时电芯本体不同位置处的预紧力一致、泡棉厚度一致，避免出现析锂安全隐患。

为实现本发明的目的而提供一种锂离子电池极片，包括集流体，所述集流体包括相互背离的第一表面和第二表面，所述锂离子电池极片还包括设置于所述第一表面和第二表面中的至少一者的导电柔性层和极粉层，其中，所述极粉层的首端部分和尾端部分中的至少一者叠置在所述导电柔性层的远离所述集流体一侧，且所述极粉层的远离所述集流体一侧的表面为与所述第一表面相互平行的平面。

可选的，在辊压前，所述导电柔性层的厚度沿所述极粉层的首尾方向，自所述极粉层的边缘向中心递减。

可选的，在辊压前，所述导电柔性层的远离所述集流体一侧的表面，其在垂直于所述集流体表面，且平行于所述极粉层的首尾方向的截面上的线条包括直线、折线或者曲线。

可选的，在辊压前，所述导电柔性层的各位置处的厚度相等。

可选的，在辊压前，所述导电柔性层的最靠近所述极粉层的边缘位置处的厚度为最大厚度，且所述最大厚度大于等于5μm，且小于等于30μm。

可选的，在辊压前，所述导电柔性层在所述极粉层的首尾方向上大于等于5mm，且小于等于30mm。

可选的，所述导电柔性层包括导电胶层，或者柔性导电金属层，或者导电胶和柔性导电金属的混合材料层。

可选的，叠置在所述导电柔性层上的所述极粉层的首端部分和尾端部分中的至少一者的材料容量满足：N/P比大于等于1.03，且小于等于1.25，其中，N/P比为在同一阶段内，同一条件下，负极容量与正极容量的比值。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种锂离子电池极片的制作方法，用于制作本发明实施例提供的上述锂离子电池极片，所述制作方法包括：

在集流体相互背离的第一表面和第二表面中的至少一者形成导电柔性层；

在形成有所述导电柔性层的所述集流体上形成极粉材料，且使所述极粉材料的首端部分和尾端部分中的至少一者叠置在所述导电柔性层的远离所述集流体一侧；

对形成有所述极粉材料的所述集流体进行干燥和辊压，以使所述极粉材料形成极粉层；所述极粉层的远离所述集流体一侧的表面为与所述第一表面相互平行的平面。

可选的，所述导电柔性层包括导电胶层，或者柔性导电金属层，或者导电胶和柔性导电金属的混合材料层，其中，所述导电胶层的制备材料包含导电剂和粘结剂。

可选的，所述在集流体相互背离的第一表面和第二表面中的至少一者形成导电柔性层，包括：

采用涂布机将导电柔性材料涂布于所述集流体的所述第一表面和第二表面中的至少一者，以形成所述导电柔性层。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种锂离子电池，包括正极片和负极片以及设置在二者之间的隔膜，所述正极片和/或负极片均采用本发明实施例提供的上述锂离子电池极片。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的锂离子电池极片及其制作方法、锂离子电池的技术方案中，集流体的第一表面和第二表面中的至少一者设置有导电柔性层和极粉层，该极粉层的首端部分和尾端部分中的至少一者叠置在该导电柔性层的远离集流体一侧，且极粉层的远离集流体一侧的表面为与第一表面相互平行的平面。由于极粉层的首端部分和尾端部分的厚度相对于其他部分的厚度较薄，同时借助导电柔性层在辊压电极材料时产生的形变，可以保证极粉层的首端部分和尾端部分在被辊压后不鼓边、不掉粉；同时，由于极粉层的远离所述集流体一侧的表面为与所述第一表面相互平行的平面，这可以使极粉层不同位置处的整体厚度一致，进而可以在叠片注液之后，使极片间不同位置处的间隙一致，从而可以保证电解液均匀分布、电芯外观平整、打包(pack)时电芯本体不同位置处的预紧力一致、泡棉厚度一致，避免出现析锂安全隐患。

附图说明

图1为现有的极片在辊压前后的侧视剖面图；

图2A为本发明实施例提供的锂离子电池极片在辊压前后的侧视剖面图；

图2B为本发明实施例提供的锂离子电池极片的俯视图；

图3为本发明实施例提供的锂离子电池的一种侧视剖面图；

图4为本发明实施例提供的锂离子电池的另一种侧视剖面图；

图5为本发明实施例提供的锂离子电池的又一种侧视剖面图；

图6为本发明实施例提供的锂离子电池的再一种侧视剖面图；

图7为本发明实施例提供的锂离子电池极片的制作方法的流程框图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的锂离子电池极片及其制作方法、锂离子电池进行详细描述。

请一并参阅图2A和图2B，本发明实施例提供的锂离子电池极片2，包括集流体21、极粉层22和导电柔性层23，其中，集流体21例如采用箔材制成，该集流体21包括相互背离的第一表面和第二表面(即，图2中集流体21朝上和朝下的表面)。并且，在上述第一表面和第二表面上分别设置有极粉层22和导电柔性层23。具体地，集流体21具有自极粉层22的一端伸出的伸出部分211(即，极耳)，极粉层22的靠近该伸出部分211的一端(即，与极耳伸出位置对应的一端)为首端部分，极粉层22的远离该伸出部分211的另一端为尾端部分。极粉层22例如由极粉制成。

其中，在上述第一表面和第二表面上均设置有两个导电柔性层23，即，集流体21在图2A中竖直方向上的每一侧均设置有两个导电柔性层23，极粉层22的首端部分和尾端部分分别叠置在两个导电柔性层23的远离集流体21一侧，从而极粉层22的首端部分和尾端部分各自形成减薄部分222。并且，极粉层22的远离集流体21一侧的表面为与上述第一表面相互平行的平面，即，由极粉层22的首端部分和尾端部分构成的减薄部分222和与之叠置的导电柔性层23的厚度之和与极粉层22的其他部分221的厚度一致。

例如，如图2A所示，在辊压前，该减薄部分222的边缘位置处的厚度为最小厚度，该最小厚度为h1，导电柔性层23最靠近极粉层22的边缘位置处的厚度为最大厚度，该最大厚度为H1，极粉层22的其他部分221的厚度为h，其中，h1+H1＝h。当然，减薄部分222的其他任意位置的厚度和与该位置对应的导电柔性层23的厚度之和均与极粉层22的其他部分221的厚度h一致。在辊压后，减薄部分222的最小厚度减小至h2，导电柔性层23的最大厚度减小至H2，极粉层22的其他部分221的厚度减小至h’，其中，h2+H2＝h’。

由于电极材料和集流体在辊压时延展不一致，这会导致电极材料被压延至极粉层22边缘，由于没有支撑或阻挡，在极粉层22边缘可能造成脱粉和鼓边(边缘厚度较厚)。为了解决该问题，本发明实施例提供的锂离子电池极片2，由于极粉层22的首端部分和尾端部分(即，减薄部分222)的厚度相对于其他部分221的厚度较薄，这样可以在一定程度上避免因电极材料和集流体在辊压时延展不一致，而导致的电极材料被压延至极粉层22边缘。同时，借助导电柔性层23在辊压电极材料时产生的形变(可能产生轻微溢出)，可以保证极粉层22的首端部分和尾端部分在被辊压后不鼓边、不掉粉，并且，如图2A所示，在导电柔性层23的作用下，无论是在辊压前还是在辊压后，极粉层22的远离集流体21一侧的表面始终为与上述第一表面相互平行的平面。这样，可以使极粉层不同位置处的整体厚度一致(例如均等于h’)，进而可以在叠片注液之后，使极片间不同位置处的间隙一致，从而可以保证电解液均匀分布、电芯外观平整、打包(pack)时电芯本体不同位置处的预紧力一致、泡棉厚度一致，避免出现析锂安全隐患。

在一些可选的实施例中，在辊压前，导电柔性层23的厚度沿极粉层22的首尾方向(即，图2A中极粉层22的首端与尾端所在的水平方向，且与极耳伸出方向相互平行)，自极粉层22的边缘向中心递减，以保证导电柔性层23能够在辊压时朝向未涂覆的区域延展，从而可以对极粉层22起到支撑作用，保证极粉层22的首端部分和尾端部分在被辊压后不鼓边、不掉粉。例如，如图2A所示，对于与极粉层22的首端部分叠置的导电柔性层23，其厚度越朝左越大，辊压前的最大厚度H1所在位置处与极粉层22的首端部分的边缘位置相平齐。当然，在实际应用中，根据具体需要，导电柔性层23也可以是等厚的。

在一些可选的实施例中，在辊压前，导电柔性层23的远离集流体21一侧的表面，其在垂直于集流体21，且平行于极粉层22的首尾方向的截面上的线条包括但不限于直线、折线或者曲线等，其中，曲线例如为圆弧线、波浪线、不规则曲线等等，当然，本发明并不以此为限。例如，图2A中示出的导电柔性层23的远离集流体21一侧的表面，其在垂直于集流体21，且平行于极粉层22的首尾方向的截面上的线条为直线。

在一些可选的实施例中，在辊压前，导电柔性层23最靠近极粉层22的边缘位置处的厚度为最大厚度，且该最大厚度H1大于等于5μm，且小于等于30μm，通过将最大厚度H1设置在该数值范围内，既可以保证导电柔性层23与靠近极粉层22之间有足够的粘结力，粘结效果最佳，又可以保证在辊压时导电柔性层23溢出的部分的厚度不会超过极粉层22的厚度，从而可以避免短路风险。

在一些可选的实施例中，在辊压前，导电柔性层23在极粉层22的首尾方向上(即，图2A中极粉层22的首端和尾端所在的水平方向)上的长度L1大于等于5mm，且小于等于30mm，通过将长度L1设定在该数值范围内，既可以保证导电柔性层23与靠近极粉层22之间有足够的粘结力，粘结效果最佳，又可以保证不会因长度过长而长影响极粉的涂覆量。需要说明的是，在辊压后，导电柔性层23在极粉层22的首尾方向上的长度会增加至L2，可能会因形变而产生轻微溢出。

在一些可选的实施例中，导电柔性层23为导电胶层。该导电胶层例如由溶剂和导电剂制成。由于导电胶层只有导电能力，而无迁移离子能力，从而锂离子无法迁移至导电胶内部，保证了导电胶层不会发生嵌锂反应。可选的，上述导电胶层还可以由溶剂、导电剂和粘结剂制成。在另外一些可选的实施例中，导电柔性层23也可以为柔性导电金属层，例如金属锂；或者，导电柔性层23还可以为导电胶和柔性导电金属的混合材料层。本发明并不以此为限，只要能够在辊压电极材料时产生的形变，以保证极粉层22的首端部分和尾端部分在被辊压后不鼓边、不掉粉即可。

在一些可选的实施例中，叠置在导电柔性层23上的极粉层22的首端部分和尾端部分中的至少一者(即，减薄部分222)的材料容量满足：负极及正极侧的N/P比大于等于1.03，且小于等于1.25，其中，N/P比为在同一阶段内，同一条件下，负极容量与正极容量的比值。上述减薄部分222的材料容量不宜过大，否则会因N/P比较小，而造成负极表面析锂风险；上述减薄部分222的材料容量也不宜过小，否则会因N/P比较大而造成负极容量过大，导致能量密度偏低及正极负荷增大。

需要说明的是，在本实施例中，在上述第一表面和第二表面上分别设置有极粉层22和导电柔性层23。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以仅在第一表面或第二表面上设置极粉层22和导电柔性层23。

还需要说明的是，在本实施例中，集流体21在图2A中竖直方向上的每一侧均设置有两个导电柔性层23，极粉层22的首端部分和尾端部分分别叠置在两个导电柔性层23的远离集流体21一侧，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以在集流体21的第一表面仅设置一个导电柔性层23，和/或在集流体21的第二表面仅设置一个导电柔性层23，并且极粉层22的首端部分或尾端部分叠置在该导电柔性层23的远离集流体21一侧。

作为另一个技术方案，结合图2A和图7所示，本发明实施例还提供一种锂离子电池极片的制作方法，其用于制作本发明实施例提供的上述锂离子电池极片，该制作方法包括以下步骤：

S1、在集流体21相互背离的第一表面和第二表面中的至少一者形成导电柔性层23；

在一些可选的实施例中，导电柔性层23为导电胶层。该导电胶层例如由溶剂和导电剂制成。由于导电胶层只有导电能力，而无迁移离子能力，从而锂离子无法迁移至导电胶内部，保证了导电胶层不会发生嵌锂反应。可选的，上述导电胶层还可以由溶剂、导电剂和粘结剂制成。在另外一些可选的实施例中，导电柔性层23也可以为柔性导电金属层，例如金属锂；或者，导电柔性层23还可以为导电胶和柔性导电金属的混合材料层。本发明并不以此为限，只要能够在辊压电极材料时产生的形变，以保证极粉层22的首端部分和尾端部分在被辊压后不鼓边、不掉粉即可。

在一些可选的实施例中，上述步骤S1具体包括：

采用涂布机将导电柔性材料涂布于集流体21的第一表面和第二表面中的至少一者，以形成导电柔性层23。该导电柔性材料例如为未固化的导电胶。在导电胶涂布完成之后，固化形成导电柔性层23。固化后，导电柔性层23的远离集流体21一侧的表面，其在垂直于集流体21，且平行于极粉层22的首尾方向的截面上的线条包括但不限于直线、折线或者曲线等，其中，曲线例如为圆弧线、波浪线、不规则曲线等等，当然，本发明并不以此为限。

当然，在实际应用中，也可以预先对导电柔性材料进行固化，然后设置在集流体21的第一表面和第二表面中的至少一者；或者，也可以与后续涂布的极粉材料一起干燥固化。固化的方法包括但不限于干燥。

上述涂布机例如为挤出式涂布机或刮刀涂布机等等。

S2、在形成有上述导电柔性层23的集流体21上形成极粉材料，且使该极粉材料的首端部分和尾端部分中的至少一者叠置在导电柔性层23的远离集流体21一侧；

上述极粉材料例如为由极粉制成的浆料，该浆料也可以采用涂布机涂布于集流体21的第一表面和第二表面中的至少一者。

S3、在对形成有上述极粉材料的集流体21进行干燥和辊压，以使该极粉材料形成极粉层22，且极粉层22的远离集流体21一侧的表面为与上述第一表面相互平行的平面。

由于导电柔性层23的存在，当极粉材料涂布、干燥完成之后，其首端部分和尾端部分中的至少一者会自然形成减薄部分222。导电柔性层23可以在极粉材料进行涂覆、干燥、辊压的过程中气道粘结、支撑和导电的作用。

本发明实施例提供的锂离子电池极片的制作方法，可以保证极粉层的首端部分和尾端部分在被辊压后不鼓边、不掉粉；同时，由于极粉层的远离集流体一侧的表面为与第一表面相互平行的平面，这可以使极粉层不同位置处的整体厚度一致，进而可以在叠片注液之后，使极片间不同位置处的间隙一致，从而可以保证电解液均匀分布、电芯外观平整、打包(pack)时电芯本体不同位置处的预紧力一致、泡棉厚度一致，避免出现析锂安全隐患。

作为另一个技术方案，如图3所示，本发明实施例还提供一种锂离子电池，包括正极片31和负极片32以及设置在二者之间的隔膜33，正极片31和/或负极片32均采用本发明实施例提供的上述锂离子电池极片。

具体地，图3中示出的锂离子电池中，正极片31和负极片32的集流体均朝同侧伸出，即，单边出极耳电芯。而且，对于每个极片，在上述第一表面和第二表面上分别设置有极粉层和导电柔性层。在上述第一表面和第二表面上均设置有一个导电柔性层，并且极粉层的首端部分叠置在导电柔性层的远离集流体一侧。

当然，本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以采用其他设置方式，例如，如图4所示，图4中示出的锂离子电池中，正极片31和负极片32的集流体分别朝相反的方向伸出，即，双边出极耳电芯。而且，对于每个极片，在上述第一表面和第二表面上分别设置有极粉层和导电柔性层。在上述第一表面和第二表面上均设置有一个导电柔性层，并且极粉层的首端部分叠置在导电柔性层的远离集流体一侧。

又如，如图5所示，图5中示出的锂离子电池中，正极片31和负极片32的集流体分别朝相反的方向伸出，即，构成双头电芯。而且，对于每个极片，在上述第一表面和第二表面上分别设置有极粉层和导电柔性层。与图4不同的是：图5中位于上层的极片，其在上述第一表面和第二表面上均设置有两个导电柔性层，并且极粉层的首端部分和尾端部分分别叠置在两个导电柔性层的远离集流体一侧。图5中位于下层的极片，其在上述第一表面和第二表面上均设置有一个导电柔性层，并且极粉层的首端部分叠置在导电柔性层的远离集流体一侧。

再如，如图6所示，图6中示出的锂离子电池中，正极片31和负极片32的集流体分别朝相反的方向伸出，即，构成双头电芯。而且，对于每个极片，在上述第一表面和第二表面上分别设置有极粉层和导电柔性层。与图4和图5不同的是：图6中的每个极片，其在上述第一表面和第二表面上均设置有两个导电柔性层，并且极粉层的首端部分和尾端部分分别叠置在两个导电柔性层的远离集流体一侧。

本发明实施例提供的锂离子电池，其通过采用本发明实施例提供的上述锂离子电池极片，可以保证极粉层的首端部分和尾端部分在被辊压后不鼓边、不掉粉；同时，由于极粉层的远离集流体一侧的表面为与第一表面相互平行的平面，这可以使极粉层不同位置处的整体厚度一致，进而可以在叠片注液之后，使极片间不同位置处的间隙一致，从而可以保证电解液均匀分布、电芯外观平整、打包(pack)时电芯本体不同位置处的预紧力一致、泡棉厚度一致，避免出现析锂安全隐患。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种锂离子电池极片，包括集流体，所述集流体包括相互背离的第一表面和第二表面，其特征在于，所述锂离子电池极片还包括设置于所述第一表面和第二表面中的至少一者的导电柔性层和极粉层，其中，所述极粉层的首端部分和尾端部分中的至少一者叠置在所述导电柔性层的远离所述集流体一侧，且所述极粉层的远离所述集流体一侧的表面为与所述第一表面相互平行的平面。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池极片，其特征在于，在辊压前，所述导电柔性层的厚度沿所述极粉层的首尾方向，自所述极粉层的边缘向中心递减。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池极片，其特征在于，在辊压前，所述导电柔性层的远离所述集流体一侧的表面，其在垂直于所述集流体表面，且平行于所述极粉层的首尾方向的截面上的线条包括直线、折线或者曲线。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池极片，其特征在于，在辊压前，所述导电柔性层的各位置处的厚度相等。

5.根据权利要求2或3所述的锂离子电池极片，其特征在于，在辊压前，所述导电柔性层最靠近所述极粉层的边缘位置处的厚度为最大厚度，且所述最大厚度大于等于5μm，且小于等于30μm。

6.根据权利要求2或3所述的锂离子电池极片，其特征在于，在辊压前，所述导电柔性层在所述极粉层的首尾方向上的长度大于等于5mm，且小于等于30mm。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池极片，其特征在于，所述导电柔性层包括导电胶层，或者柔性导电金属层，或者导电胶和柔性导电金属的混合材料层。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池极片，其特征在于，叠置在所述导电柔性层上的所述极粉层的首端部分和尾端部分中的至少一者的材料容量满足：N/P比大于等于1.03，且小于等于1.25，其中，N/P比为在同一阶段内，同一条件下，负极容量与正极容量的比值。

9.一种锂离子电池极片的制作方法，其特征在于，用于制作权利要求1-8任意一项所述的锂离子电池极片，所述制作方法包括：

在集流体相互背离的第一表面和第二表面中的至少一者形成导电柔性层；

在形成有所述导电柔性层的所述集流体上形成极粉材料，且使所述极粉材料的首端部分和尾端部分中的至少一者叠置在所述导电柔性层的远离所述集流体一侧；

对形成有所述极粉材料的所述集流体进行干燥和辊压，以使所述极粉材料形成极粉层；所述极粉层的远离所述集流体一侧的表面为与所述第一表面相互平行的平面。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池极片的制作方法，其特征在于，所述导电柔性层包括导电胶层，或者柔性导电金属层，或者导电胶和柔性导电金属的混合材料层，其中，所述导电胶层的制备材料包含导电剂和粘结剂。

11.根据权利要求9所述的锂离子电池极片的制作方法，其特征在于，所述在集流体相互背离的第一表面和第二表面中的至少一者形成导电柔性层，包括：

采用涂布机将导电柔性材料涂布于所述集流体的所述第一表面和第二表面中的至少一者，以形成所述导电柔性层。

12.一种锂离子电池，包括正极片和负极片以及设置在二者之间的隔膜，其特征在于，所述正极片和/或负极片采用权利要求1-8任意一项所述的锂离子电池极片。

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