CN114156423A - 极片、电池和电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种极片，包括集流体和设置于所述集流体的表面的活性材料层。所述活性材料层包括第一活性材料层和第二活性材料层，所述第一活性材料层的硬碳含量大于所述第二活性材料层的硬碳含量，所述第一活性材料层的石墨含量小于所述第二活性材料层的石墨含量。所述第一活性材料层的相对两侧分别设有所述第二活性材料层。上述极片通过在极片宽度方向上设置不同硬碳和石墨含量的第一活性材料层和第二活性材料层，使得极片两侧的石墨含量高，极片中间的硬碳含量高，平衡了极片上不同区域的温升和动力学性能，有利于改善电芯的倍率及循环性能。本申请还提供一种具有上述极片的电池和电子装置。

Description

极片、电池和电子装置

技术领域

本申请涉及电池领域，尤其涉及一种极片、具有该极片的电池和电子装置。

背景技术

现有电芯中，极片上的活性材料层的材料单一且结构简单，通常是一种活性材料层简单涂覆于极片的集流体表面。高功率电芯在大电流充放电过程中会产生大量的热量，由于电芯结构和散热条件的不同，现有的极片设置容易造成电极组件的头尾部和电极组件中间产生较大的温差，热积累和温度的不平衡会对电芯的寿命和性能产生影响。

发明内容

鉴于上述状况，本申请实施例提供了一种极片、具有该极片的电池和电子装置，通过在极片宽度方向上设置不同硬碳和石墨含量的第一活性材料层和第二活性材料层，使得极片两侧石墨含量高，极片中间硬碳含量高，平衡了极片上不同区域的温升和动力学性能，有利于改善电芯的倍率及循环性能。

根据本申请实施例提供的一种极片，其包括集流体和设置于所述集流体的表面的活性材料层。所述活性材料层包括第一活性材料层和第二活性材料层，所述第一活性材料层和所述第二活性材料层并列设置于所述集流体的表面。所述第一活性材料层的硬碳含量大于所述第二活性材料层的硬碳含量，所述第一活性材料层的石墨含量小于所述第二活性材料层的石墨含量。沿所述极片的宽度方向，所述第一活性材料层的相对两侧分别设有所述第二活性材料层，比如第一活性材料层设置在两个第二活性材料层之间。

在一些实施例中，所述第一活性材料层的导电剂含量小于所述第二活性材料层的导电剂含量，所述第一活性材料层的粘接剂含量大于所述第二活性材料层的粘接剂含量。

在一些实施例中，沿所述极片的长度方向，从所述极片的第一端至所述极片的第二端，所述第一活性材料层的宽度逐渐减小，所述第二活性材料层的宽度逐渐增大。

在一些实施例中，所述极片还包括第一粘接层，所述第一粘接层设置于所述集流体的表面与所述第一活性材料层之间。

在一些实施例中，所述极片还包括第二粘接层，所述第二粘接层设置于所述集流体的表面与所述第二活性材料层之间。

在一些实施例中，所述第一粘接层的粘接剂含量大于所述第二粘接层的粘接剂含量，所述第一粘接层的导电剂含量小于所述第二粘接层的导电剂含量。

在一些实施例中，所述第一粘接层的导电剂含量为5％-30％，粘接剂含量为70％-95％，所述第二粘接层的导电剂含量为70％-95％，粘接剂含量为5％-30％。

在一些实施例中，所述第一活性材料层的硬碳含量为51％-100％，石墨含量为0％-49％，导电剂含量为0％-1％，粘接剂含量为3％-5％；所述第二活性材料层的硬碳含量为0％-49％，石墨含量为51％-100％，导电剂含量为0.5％-2％，粘接剂含量为1％-3％。

在一些实施例中，所述活性材料层还包括第三活性材料层，所述第三活性材料层设置于所述集流体的表面，且设置于所述第一活性材料层与所述第二活性材料层之间；所述第三活性材料层的硬碳含量小于所述第一活性材料层的硬碳含量，且大于所述第二活性材料层的硬碳含量；所述第三活性材料层的石墨含量大于所述第一活性材料层的石墨含量，且小于所述第二活性材料层的石墨含量。

在一些实施例中，所述极片还包括第一粘接层、第二粘接层和第三粘接层，所述第一粘接层设置于所述集流体的表面与所述第一活性材料层之间，所述第二粘接层设置于所述集流体的表面与所述第二活性材料层之间，所述第三粘接层设置于所述集流体的表面与所述第三活性材料层之间。

在一些实施例中，所述第三粘接层的粘接剂含量小于所述第一粘接层的粘接剂含量，且大于所述第二粘接层的粘接剂含量；所述第三粘接层的导电剂含量大于所述第一粘接层的导电剂含量，且小于所述第二粘接层的导电剂含量。

本申请的实施例还提供了一种电池，所述电池包括上述任意一项所述的极片。根据本申请的一个实施例，所述极片卷绕形成所述电池，沿所述极片的卷绕方向，卷绕起始端为所述第一端，卷绕终止端为所述第二端。

本申请的实施例还提供了一种电子装置，所述电子装置包括壳体和如上所述的任一种电池，所述电池设置在所述壳体内部。

本申请实施例提供的极片、电池和电子装置，通过在极片宽度方向上设置不同硬碳和石墨含量的第一活性材料层和第二活性材料层，使得极片两侧石墨含量高，极片中间硬碳含量高，平衡了极片上不同区域的温升和动力学性能，有利于改善电芯的倍率及循环性能。

附图说明

图1为本申请的极片在一实施例中的俯视图。

图2为图1所示的极片的侧视图(左视图或右视图)。

图3为本申请的极片在另一实施例中的俯视图。

图4为本申请的极片在另一实施例中的侧视图。

图5为本申请的极片在另一实施例中的侧视图。

图6为本申请的极片在另一实施例中的俯视图。

图7为图6所示的极片的侧视图。

图8为本申请的电子装置在一实施例中的结构简图。

主要元件符号说明：

极片	100
		集流体	10
极耳	11
		活性材料层	20
第一活性材料层	21
		第二活性材料层	22
第三活性材料层	23
		粘接层	30
第一粘接层	31
		第二粘接层	32
第三粘接层	33
		电池	200
电子装置	300
		壳体	400

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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的实施例提供了一极片，其包括集流体和设置于所述集流体的表面的活性材料层。所述活性材料层包括第一活性材料层和第二活性材料层，所述第一活性材料层和所述第二活性材料层并列设置于所述集流体的表面。所述第一活性材料层的硬碳含量大于所述第二活性材料层的硬碳含量，所述第一活性材料层的石墨含量小于所述第二活性材料层的石墨含量。沿所述极片的宽度方向，所述第一活性材料层的相对两侧分别设有所述第二活性材料层。

上述极片通过在极片宽度方向上设置不同硬碳和石墨含量的第一活性材料层和第二活性材料层，使得极片两侧石墨含量高，极片中间硬碳含量高，平衡了极片上不同区域的温升和动力学性能，有利于改善电芯的倍率及循环性能。

本申请的一些实施方式将在下文中做详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

请参阅图1和图2，在一实施方式中，极片100包括集流体10和活性材料层20，所述活性材料层20设置于所述集流体10的表面。所述活性材料层20中的成分包括但不限于硬碳、石墨、导电剂和粘接剂等材料。

在本申请的实施例中，所述活性材料层20包括第一活性材料层21和第二活性材料层22，所述第一活性材料层21的硬碳含量大于所述第二活性材料层22的硬碳含量，所述第一活性材料层21的石墨含量小于所述第二活性材料层22的石墨含量。所述第一活性材料层21的导电剂含量小于所述第二活性材料层22的导电剂含量，所述第一活性材料层21的粘接剂含量大于所述第二活性材料层22的粘接剂含量。沿所述极片100的宽度方向，即图1中箭头A指示的方向，所述第一活性材料层21的相对两侧分别设有所述第二活性材料层22，比如第一活性材料层21设置在两个第二活性材料层22之间。由于硬碳的散热性能和导电性能优于石墨，将硬碳含量高的第一活性材料层21设置在集流体10的中间位置，有利于提高极片100中部的散热性能，从而平衡极片100不同区域的温升和动力学性能。

具体地，所述第一活性材料层21的硬碳含量为51％-100％，石墨含量为0％-49％，导电剂含量为0％-1％，粘接剂含量为3％-5％。所述第二活性材料层22的硬碳含量为0％-49％，石墨含量为51％-100％，导电剂含量为0.5％-2％，粘接剂含量为1％-3％。

在本申请的实施例中，所述第一活性材料层21的宽度可以设置为集流体10宽度的10％-90％，相应地，所述第二活性材料层22的宽度设置为集流体10宽度的90％-10％。具体数值可根据实际生产需求和极片100的宽度来设定，以平衡电极组件中温升不均衡的问题。在整个极片100范围内，所述第一活性材料层21和所述第二活性材料层22的宽度可以保持不变。

请参阅图3，在一些实施例中，沿所述极片100的长度方向，即图3中箭头B指示方向，从所述极片100的第一端至所述极片100的第二端，所述第一活性材料层21的宽度逐渐减小，所述第二活性材料层22的宽度逐渐增大。使得极片100卷绕形成电极组件时，根据电极组件的结构特点，电极组件内侧的极片中间和两侧的温差会相差更大，因此优先为从电极组件的内侧到外侧，第一活性材料层21的宽度逐渐减少，这样电极组件内侧的第一活性材料层21更多，产热更少，电极组件外侧的第二活性材料层22更多，能量密度更高，既平衡了电极组件头部和尾部之间的温差，也平衡了电极组件内侧和外侧之间的温差。根据本申请的一个实施例，所述极片100的长度方向为卷绕方向，沿所述极片100的卷绕方向，卷绕起始端为所述第一端，卷绕终止端为所述第二端。

进一步地，在本申请的其他实施例中，所述第一活性材料层21的石墨含量可以为0，所述第二活性材料层22的硬碳含量可以为0，以进一步提高极片100的动力学性能和平衡极片100的中间和两侧的温差。具体地，所述第一活性材料层21的硬碳含量为92％-98％，导电剂含量为0％-2％，粘接剂含量为2％-6％。所述第二活性材料层22的石墨含量为92％-98％，导电剂含量为1％-5％，粘接剂含量为1％-3％。

请参阅图4，由于第一活性材料层21的硬碳含量较高，第一活性材料层21与集流体10的粘接力弱于第二活性材料层22与集流体10的粘接力。为了进一步增加第一活性材料层21与集流体10的粘接力，所述极片100还包括粘接层30，所述粘接层30包括第一粘接层31，所述第一粘接层31设置于所述集流体10的表面与所述第一活性材料层21之间。所述第一粘接层31可以点涂或涂覆至所述集流体10的表面，满足粘接需求即可，本申请不对第一粘接层31的设置方式和面积进行限定。

请参阅图5，在一些实施例中，所述粘接层30还包括第二粘接层32，所述第二粘接层32设置于所述集流体10的表面与所述第二活性材料层22之间，以增加第二活性材料层22与集流体10的粘接力。所述第一粘接层31的粘接剂含量大于所述第二粘接层32的粘接剂含量，所述第一粘接层31的导电剂含量小于所述第二粘接层32的导电剂含量，使得第一粘接层31有利于提高第一活性材料层21的粘接力，第二粘接层32有利于提高第二活性材料层22的导电性，以优化极片100的动力学性能。

具体地，所述第一粘接层31的导电剂含量为5％-30％，粘接剂含量为70％-95％。所述第二粘接层32的导电剂含量为70％-95％，粘接剂含量为5％-30％。

上述实施例通过在集流体10两侧与集流体10中间设置不同的硬碳和石墨含量的活性材料层20和粘接层30设计，使得极片100中间的第一活性材料层21的硬碳含量高，动力学性能好，同时增加第一粘接层31中粘接剂的含量，能够防止第一活性材料层21的脱膜；同时极片100两侧的第二活性材料层22的石墨含量高，且相对应增加第二粘接层32中导电剂的含量，能够改善外侧的动力学性能。这样的极片100设计平衡了电极组件的内外温差，充分发挥了硬碳和石墨的优势，有利于改善电芯的倍率及循环性能。

本申请实施例通过设置不同的配方比例，以及对极片100的结构进行设计，能够达到提升电芯及电池性能的目的，不需要对材料进行改性，简单易行。

请参阅图6，在一些实施例中，所述活性材料层20还包括第三活性材料层23，所述第三活性材料层23设置于所述集流体10的表面，且设置于所述第一活性材料层21与所述第二活性材料层22之间，以进一步优化极片100的结构和性能。所述第三活性材料层23的硬碳含量小于所述第一活性材料层21的硬碳含量，且大于所述第二活性材料层22的硬碳含量。所述第三活性材料层23的石墨含量大于所述第一活性材料层21的石墨含量，且小于所述第二活性材料层22的石墨含量。

请参阅图7，进一步的，此时所述极片100可以包括第一粘接层31、第二粘接层32和第三粘接层33，所述第一粘接层31设置于所述集流体10的表面与所述第一活性材料层21之间，所述第二粘接层32设置于所述集流体10的表面与所述第二活性材料层22之间，所述第三粘接层33设置于所述集流体10的表面与所述第三活性材料层23之间。所述第三粘接层33的粘接剂含量小于所述第一粘接层31的粘接剂含量，且大于所述第二粘接层32的粘接剂含量。所述第三粘接层33的导电剂含量大于所述第一粘接层31的导电剂含量，且小于所述第二粘接层32的导电剂含量。

在其他实施例中，所述集流体10上还可以设置多个活性材料层20及对应的粘接层30呈阶梯分布。或者，沿极片100的宽度方向，从极片100的两侧到中间，活性材料层20的硬碳含量逐渐增加，其石墨含量逐渐减少；对应的粘接层30中粘接剂含量逐渐增加，其导电剂含量逐渐减少。

请再次参阅图1、图3和图6，所述极片100还包括极耳11，沿所述极片100的宽度方向，所述极耳11电连接所述集流体10的一侧。由于极片100的极耳侧散热情况大于非极耳侧的散热情况，非极耳侧的散热情况大于极片100中间区域的散热情况，故在本申请的其中一个实施例中，沿所述极片100的宽度方向，活性材料层20还可以设置为极片100中间的硬碳含量大于极片100非极耳侧的硬碳含量，极片100非极耳侧的硬碳含量极片100极耳侧的硬碳含量。

另外，本申请的实施例还提供了一种电池200，所述电池200包括上述任一实施例或实施例组合中的极片100。

请参阅图8，本申请的实施例还提供了一种电子装置300，其包括壳体400和如上任一种实施例所述的电池200，所述电池200设置在所述壳体400的内部。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种极片，包括：

集流体；和

活性材料层，设置于所述集流体的表面；

其特征在于，所述活性材料层包括第一活性材料层和第二活性材料层，所述第一活性材料层的硬碳含量大于所述第二活性材料层的硬碳含量，所述第一活性材料层的石墨含量小于所述第二活性材料层的石墨含量；

沿所述极片的宽度方向，所述第一活性材料层的相对两侧分别设有所述第二活性材料层。

2.如权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一活性材料层的导电剂含量小于所述第二活性材料层的导电剂含量，所述第一活性材料层的粘接剂含量大于所述第二活性材料层的粘接剂含量。

3.如权利要求1所述的极片，其特征在于，沿所述极片的长度方向，从所述极片的第一端至所述极片的第二端，所述第一活性材料层的宽度逐渐减小，所述第二活性材料层的宽度逐渐增大。

4.如权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极片还包括第一粘接层，所述第一粘接层设置于所述集流体的表面与所述第一活性材料层之间。

5.如权利要求4所述的极片，其特征在于，所述极片还包括第二粘接层，所述第二粘接层设置于所述集流体的表面与所述第二活性材料层之间。

6.如权利要求5所述的极片，其特征在于，所述第一粘接层的粘接剂含量大于所述第二粘接层的粘接剂含量，所述第一粘接层的导电剂含量小于所述第二粘接层的导电剂含量。

7.如权利要求5所述的极片，其特征在于，所述第一粘接层的导电剂含量为5％-30％，粘接剂含量为70％-95％，所述第二粘接层的导电剂含量为70％-95％，粘接剂含量为5％-30％。

8.如权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一活性材料层的硬碳含量为51％-100％，石墨含量为0％-49％，导电剂含量为0％-1％，粘接剂含量为3％-5％；

所述第二活性材料层的硬碳含量为0％-49％，石墨含量为51％-100％，导电剂含量为0.5％-2％，粘接剂含量为1％-3％。

9.如权利要求1所述的极片，其特征在于，所述活性材料层还包括第三活性材料层，所述第三活性材料层设置于所述集流体的表面，且设置于所述第一活性材料层与所述第二活性材料层之间；

所述第三活性材料层的硬碳含量小于所述第一活性材料层的硬碳含量，且大于所述第二活性材料层的硬碳含量；

所述第三活性材料层的石墨含量大于所述第一活性材料层的石墨含量，且小于所述第二活性材料层的石墨含量。

10.如权利要求9所述的极片，其特征在于，所述极片还包括第一粘接层、第二粘接层和第三粘接层，所述第一粘接层设置于所述集流体的表面与所述第一活性材料层之间，所述第二粘接层设置于所述集流体的表面与所述第二活性材料层之间，所述第三粘接层设置于所述集流体的表面与所述第三活性材料层之间。

11.如权利要求10所述的极片，其特征在于，所述第三粘接层的粘接剂含量小于所述第一粘接层的粘接剂含量，且大于所述第二粘接层的粘接剂含量；

所述第三粘接层的导电剂含量大于所述第一粘接层的导电剂含量，且小于所述第二粘接层的导电剂含量。

12.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-11任意一项所述的极片。

13.一种电子装置，其特征在于，包括壳体和如权利要求12所述的电池，所述电池设置在所述壳体内部。

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