CN114156424B - 极片、电池和电子装置 - Google Patents

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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表面的活性材料层。活性材料层包括并列设置的第一活性材料层和第二活性材料层，第一活性材料层的硬碳含量大于第二活性材料层，第一活性材料层的石墨含量小于第二活性材料层。沿极片的长度方向，第一活性材料层设置于极片的第一端，第二活性材料层设置于极片的第二端。上述极片通过在极片的第一端和第二端分别设置第一活性材料层和第二活性材料层，使得极片卷绕形成电极组件后，电极组件内外部的活性材料层配比与结构匹配，有效平衡了电极组件的内外温差，改善了电极组件的倍率及循环性能。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
现有电极组件中，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。高功率电极组件在大电流充放电过程中会产生大量的热量，由于电极组件内外部的散热条件不同，现有的极片设置容易造成电极组件的内部和外部之间产生较大的温差，热积累和内外部温度的不平衡会对电极组件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，通过在极片的第一端和第二端分别设置第一活性材料层和第二活性材料层，使得极片卷绕形成电极组件后，电极组件的内外部的活性材料层配比与结构匹配，有效平衡了电极组件的内外温差，改善了电极组件的倍率及循环性能。
本申请的实施例提供了一种极片，其包括集流体和设置于所述集流体表面的活性材料层。所述活性材料层包括并列设置的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。沿所述极片的长度方向，所述第一活性材料层设置于所述极片的第一端，所述第二活性材料层设置于所述极片的第二端。
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，所述极片包括第一粘接层，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，所述第三活性材料设置于所述集流体的表面，沿所述极片的长度方向，所述第三活性材料层位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，大于所述第二活性材料层的硬碳含量；及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，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，通过在极片的第一端和第二端分别设置含有不同组分和含量的第一活性材料层和第二活性材料层，使得极片卷绕形成电极组件后，电极组件的内外部的活性材料层配比与结构匹配，有效平衡了电极组件的内部与外部之间的温差，改善了电极组件的倍率及循环性能。
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所示的极片的主视图。
图3为本申请的极片在另一实施例中的主视图。
图4为本申请的极片在另一实施例中的主视图。
图5为本申请的极片在另一实施例中的俯视图。
图6为本申请的极片在另一实施例中的主视图。
图7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。
本申请实施例提供了一种极片，其包括集流体和设置于所述集流体表面的活性材料层。所述活性材料层包括并列设置的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。沿所述极片的长度方向，所述第一活性材料层设置于所述极片的第一端，所述第二活性材料层设置于所述极片的第二端。
上述极片通过在极片的第一端和第二端分别设置含有不同组分和含量的第一活性材料层和第二活性材料层，使得极片卷绕形成电极组件后，电极组件的内外部的活性材料层配比与结构匹配，有效平衡了电极组件的内部和外部之间的温差，改善了电极组件的倍率及循环性能。
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。
具体地，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的长度方向，即图1中箭头A指示方向，所述第一活性材料层21设置于所述极片100的第一端，所述第二活性材料层22设置于所述极片100的第二端。根据本申请的一个实施例，所述极片100卷绕形成电池，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。由于硬碳的散热性能和导电性能优于石墨，当所述极片100卷绕形成电极组件时，第一活性材料层21位于电极组件的内部，第二活性材料层22位于电极组件的外部，使得电极组件内部的硬碳含量高于其外部的硬碳含量，能够达到平衡电极组件内外温差的目的。
在本申请的实施例中，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电极组件内外部的温差。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3，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。
请参阅图4，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。所述第一粘接层31中相对应增加粘接剂的含量，有利于提高第一活性材料层21的粘接力，以防止第一活性材料层21脱落。所述第二粘接层32中相对应增加导电剂的含量，有利于提高第二活性材料层22的导电性，能够改善电极组件外层极片的动力学性能，进而充分发挥硬碳和石墨的优势，以提高电极组件的倍率及循环性能。
在本申请的实施例中，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％。
请参阅图5，在本申请的其中一个实施例中，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。沿所述极片100的长度方向，所述第三活性材料层23位于所述第一活性材料层21与所述第二活性材料层22之间。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。当极片100卷绕形成电极组件时，从电极组件的内部至外部，硬碳含量呈现阶梯变化(如逐渐减少)，进一步平衡电极组件内外部的温差，能够进一步提升电极组件性能。
请参阅图6，在一些实施例中，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。
可以理解，在其他实施例中，沿极片100的长度方向，所述集流体10上还可以设置多个活性材料层20和相对应的粘接层30，从第一端至第二端，多个活性材料层20中的硬碳含量可以依次减少，石墨含量相对应的依次增加。或者，沿所述极片100的长度方向，从第一端至第二端，活性材料层20的硬碳含量逐渐增加，石墨含量相对应的逐渐减少；对应的粘接层30中粘接剂含量逐渐增加，对应的导电剂含量逐渐减少。
请再次参阅图1和图5，所述极片100还包括极耳11，所述极耳11电连接于所述集流体10的一侧。
另外，本申请的实施例还提供一种电池200，所述电池200包括上述实施例或实施例组合中的极片100。
请参阅图7，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 (12)

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并列设置的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；
沿所述极片的卷绕方向，所述第一活性材料层设置于所述极片的卷绕起始端，所述第二活性材料层设置于所述极片的卷绕终止端。
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，所述极片包括第一粘接层，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。
4.如权利要求3所述的极片，其特征在于，所述极片包括第二粘接层，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。
5.如权利要求4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。
6.如权利要求4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%。
7.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%。
8. 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，所述第三活性材料设置于所述集流体的表面，沿所述极片的长度方向，所述第三活性材料层位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，大于所述第二活性材料层的硬碳含量；及
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，小于所述第二活性材料层的石墨含量。
9.如权利要求8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表面与所述第三活性材料层之间。
10.如权利要求9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。
11.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-10任意一项所述的极片。
12.一种电子装置，其特征在于，包括壳体和如权利要求11所述的电池，所述电池设置在所述壳体内部。
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