CN114220942A - 电池及其电池极片 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种电池及其电池极片；该电池极片包括：导电基板、导电材料层、连接层以及活性材料层；导电材料层呈点状阵列分布于导电基板的表面，并与导电基板电性导通连接；连接层盖设于所述导电基板的表面并与设于导电材料层同层设置，导电材料层背离导电基板的一端露出于连接层；活性材料层盖设于连接层的背离导电基板的表面，所述活性材料层与所述导电基板之间通过所述导电材料层电性导通。本申请实施例提供的电池极片，通过设计导电材料层和连接层的同层设置且分开的结构；导电材料层解决了常规技术中底涂层结构的电极片存在的电子极化大的问题，连接层相比于常规技术中的底涂层与导电基板粘接更牢，提高了电池的安全性能。

Description

电池及其电池极片
技术领域
本发明涉及电池结构的技术领域，具体是涉及一种电池及其电池极片。
背景技术
电池极片是电池结构中的重要部件。然而常规技术中的电池极片存在容易被刺破进而发生短路的问题。
发明内容
本申请实施例第一方面提供了一种电池极片，所述电池极片包括：
导电基板；
导电材料层，呈点状阵列分布于所述导电基板的表面，并与所述导电基板电性导通连接；
连接层，盖设于所述导电基板的表面并与设于所述导电材料层同层设置，所述导电材料层背离所述导电基板的一端露出于所述连接层；
活性材料层，盖设于所述连接层的背离所述导电基板的表面，所述活性材料层与所述导电基板之间通过所述导电材料层电性导通。
另外，本申请实施例又提供一种电池，所述电池包括外壳、电解液以及上述实施例中任一项所述的电池极片，所述电解液以及所述电池极片设于所述外壳内。
本申请实施例提供的电池极片，通过将常规技术中电池极片的底涂层拆分为同层设置的导电材料层和连接层两个部分；导电材料层解决了常规技术中底涂层结构的电极片存在的电子极化大的问题，连接层相比于常规技术中的底涂层与导电基板粘接更牢，提高了电池的安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。
图1是相关技术方案电池电极片的结构剖视示意图；
图2是本申请电池极片一实施例的结构正视示意图；
图3是图2实施例中电池极片在A-A处的结构剖视示意图；
图4是本申请电池极片另一实施例的局部结构示意图；
图5是本申请电池极片又一实施例的结构剖视示意图；
图6是本申请电池极片还一实施例的结构剖视示意图；
图7是本申请电池一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
作为在此使用的“电子设备”(或简称为“终端”)包括，但不限于被设置成经由有线线路连接(如经由公共交换电话网络(PSTN)、数字用户线路(DSL)、数字电缆、直接电缆连接，以及/或另一数据连接/网络)和/或经由(例如，针对蜂窝网络、无线局域网(WLAN)、诸如DVB-H网络的数字电视网络、卫星网络、AM-FM广播发送器，以及/或另一通信终端的)无线接口接收/发送通信信号的装置。被设置成通过无线接口通信的通信终端可以被称为“无线通信终端”、“无线终端”或“移动终端”。移动终端的示例包括，但不限于卫星或蜂窝电话；可以组合蜂窝无线电电话与数据处理、传真以及数据通信能力的个人通信系统(PCS)终端；可以包括无线电电话、寻呼机、因特网/内联网接入、Web浏览器、记事簿、日历以及/或全球定位系统(GPS)接收器的PDA；以及常规膝上型和/或掌上型接收器或包括无线电电话收发器的其它电子装置。手机即为配置有蜂窝通信模块的电子设备。
请参阅图1，图1是相关技术方案电池电极片的结构剖视示意图，常规技术中电池电极片一般都做底涂技术：在电池的正极集流体的基材10a上先涂覆一层带有活性物质、粘结剂以及导电剂的底部涂层10b后，再在底部涂层10b上再涂覆常用的活性材料10c，进而形成正极极片。利用底部涂层10b和铝箔(基材10a)粘接力较好的优势，减少电池外力刺破过程中的最危险的短路模式铝箔和负极短路，从而达到改善电池穿钉安全性能的目的。
常规技术方案中，通过在基材10a的表面涂覆由活性物质、粘合剂以及导电剂组成的底部涂层10b，再在底涂层10b上涂覆常用的活性材料10c，进而形成正极极片。现有底部涂层10b的配方方案中粘合剂(一般是绝缘材料)的含量较低(或导电剂的含量较高)时，底部涂层10b无法在电池受到针刺、挤压等不正当使用时，起到保护集流体隔断电流，避免铝箔与负极接触的作用；但当底部涂层10b的配方方案中粘合剂含量较高(或导电剂含量较低)时，底部涂层10b则会阻断上层活性材料10c的部分电流通道，从而导致电池极化较大，影响电池动力学性能。因此常规技术中无法解决底部涂层10b中粘合剂和导电剂之间含量矛盾的问题。
有鉴于此，本申请实施例提供一种电池极片的结构，请一并参阅图2和图3，图2是本申请电池极片一实施例的结构正视示意图，图3是图2实施例中电池极片在A-A处的结构剖视示意图；需要说明的是，本申请中的电池极片用于电池结构中，而电池则可以是用于电子设备以及电动汽车中，其中，电子设备可以包括手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备等。本实施例中的电池极片100包括但不限于以下结构组成：导电基板110、导电材料层120、连接层130以及活性材料层140。需要说明的是，本申请实施例中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或组件。
具体而言，导电基板110可以为铜、铜合金板、铝、铝合金板或者镁铝合金板等，此处不做具体限定。导电材料层120呈点状阵列分布于所述导电基板110的表面，并与所述导电基板110电性导通连接。其中，导电材料层120可以是如图2中所示的由多个圆点状结构组成，并阵列分布于导电基板110的表面。
请一并参阅图4，图4是本申请电池极片另一实施例的局部结构示意图，在本实施例中，导电材料层120可以是由多个矩形结构组成，并阵列分布于导电基板110的表面。当然，在一些其它实施例中，导电材料层120可以是包括多个条状、三角形、多边形等形状组成的矩阵结构，此处不再一一列举并详述。导电材料层120的作用：电池正常使用时，提供电子导电通路：电子从活性材料层140传导到导电基板110，进而完成电流转移。
可选地，导电材料层120的材质包括导电剂、填料以及粘合剂；其中，所述导电剂的含量为50％～80％。其中，导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑、石墨烯、石墨、碳纤维中的一种或者几种的组合。填料包括氧化铝、碳包覆氧化铝、勃姆石、碳包覆勃姆石、氢氧化镁、碳包覆氢氧化镁、磷酸铁锂、碳包覆磷酸铁锂、碳化硅、碳包覆碳化硅、氧化硅、碳包覆氧化硅、氮化硼、碳包覆氮化硼中的一种或者几种的组合。填料比例为10％～50％。填料起调节浆料黏度方便涂覆加工作用。粘合剂包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚-酰胺-酰亚胺、丁-苯橡胶、苯-丙橡胶、羧甲基纤维素(钠盐/锂盐)中的一种或者几种的组合，其中，粘合剂比例一般≤5％。粘合剂一般只起粘接导电剂形成涂层的作用。需要说明的是，这里所说的含量指的是质量百分比。
可选地，导电材料层120可以是通过凹版的方式形成于导电基板110的表面，导电材料层120的点状结构空白(间隙)区域用于形成连接层130。连接层130盖设于所述导电基板110的表面并与设于所述导电材料层120同层设置，所述导电材料层120背离所述导电基板110的一端露出于所述连接层130。
其中，连接层130与导电基板110的粘结力≥50N/m，连接层130由于未添加导电剂，所以不导电。连接层130的主要作用有：电池正常使用时，不发挥作用；但当外力挤压破坏电池导致隔离膜破损后，连接层130牢牢的粘接在导电基板110上，避免了空铝箔(或铝箔刺破后的毛刺)直接接触导电基板110，引发电池短路安全失效。需要说明的是，本申请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。
可选地，该连接层130的材质包括粘合剂以及填料；其中，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚-酰胺-酰亚胺、丁-苯橡胶、苯-丙橡胶、羧甲基纤维中的一种或者几种的组合。粘合剂比例一般40～100％。填料由氧化铝、碳包覆氧化铝、勃姆石、碳包覆勃姆石、氢氧化镁、碳包覆氢氧化镁、磷酸铁锂、碳包覆磷酸铁锂、碳化硅、碳包覆碳化硅、氧化硅、碳包覆氧化硅、氮化硼、碳包覆氮化硼中的一种或者几种的组合，填料的比例为0％～60％。也即，连接层130可以是只包括粘合剂。
请继续参阅图3，活性材料层140盖设于所述连接层130的背离所述导电基板110的表面，所述活性材料层140与所述导电基板110之间通过所述导电材料层120电性导通。可选地，活性材料层140可以是包括锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、富锂猛基材料、镍钴铝酸锂、钛酸锂、钴酸锂、镍钴锰三元材料等中的一种或者几种的组合。
可选地，本实施例中的电池极片，其导电基板110的背侧还可以设置有防护层150，该防护层150可以是绝缘材料，包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚-酰胺-酰亚胺、丁-苯橡胶、苯-丙橡胶、羧甲基纤维中的一种或者几种的组合。
本实施例中的电池极片100与常规技术的区别在于；其底涂层主要由两部分同层设置的结构构成：导电材料层120和连接层130。其中，导电材料层120和连接层130中均需加入粘合剂，区别在于：1、导电材料层120中的粘合剂主要是用于导电材料层的粘接，便于涂层成型，仅需加入少量即可；连接层130的主要作用是在导电基板110的表面覆盖形成一层聚合物，保护导电基板110，避免安全失效，粘合剂是连接层130的主要物质；导电材料层120和连接层130一种是水系浆料，另一种是油系浆料；避免电池极片加工过程中导电材料层120和连接层130互溶。
可选地，所述导电材料层120、所述连接层130以及所述活性材料层140共同构成的导电涂层体的电阻率不大于500Ω·cm，其中，导电材料层120为圆点状结构时，每一圆点状结构的直径不应大于1cm。一方面考虑到导电材料层120起到导通活性材料层140和导电基板110的目的，另一方面每一圆点状结构的面积不宜过大，过大的话会增加因刺破导致的电池短路安全失效的风险。
本本实施例中的电池极片结构，其导电材料层满足电池正常使用的需求:电子从活性材料层传导到导电基板，再从极耳导出；相比于常规技术中的底涂设计，采用本实施例中的电池极片的电池，其欧姆极化明显降低，解决了现有底涂设计增加欧姆阻抗导致电池极化大的问题；本本实施例中的电池极片结构，其连接层避免了电池遭受外力后导电基板表面直接和另一极片接触导致短路的问题。与常规无底涂设计对比，电池满电针刺通过率从0％～10％提高到80％～100％水平；电池满电重物冲击通过率从0％～10％提高到50％～90％的水平，优化了电池安全性能。
本申请实施例提供的电池极片，通过将常规技术中电池极片的底涂层拆分为同层设置的导电材料层和连接层两个部分；导电材料层解决了常规技术中底涂层结构的电极片存在的电子极化大的问题，连接层相比于常规技术中的底涂层与导电基板粘接更牢，提高了电池的安全性能。
请参阅图5，图5是本申请电池极片又一实施例的结构剖视示意图。本实施例中的电池极片100同样是包括：导电基板110、导电材料层120、连接层130以及活性材料层140。其中，导电基板110可以为铜、铜合金板、铝、铝合金板或者镁铝合金板等，此处不做具体限定。导电材料层120呈点状阵列分布于所述导电基板110的表面，并与所述导电基板110电性导通连接。
可选地，本实施例中的导电基板110包括相背设置的第一表面111以及第二表面112；所述导电材料层120呈点状阵列分布于所述导电基板的第一表面111以及第二表面112，并与所述导电基板110电性导通连接；所述连接层130包括第一连接层131以及第二连接层132；所述第一连接层131盖设于所述导电基板110的第一表面111并与设于所述第一表面111的导电材料层120同层设置，所述第二连接层132盖设于所述导电基板110的第二表面112并与设于所述第二表面112的导电材料层同层120设置，所述导电材料层120背离所述导电基板110的一端露出于所述第一连接层131以及所述第二连接层132。所述导电材料层120包括多个圆点状结构，并阵列分布于所述导电基板110的第一表面111以及第二表面112；每一圆点状结构的直径不大于1cm。
可选地，所述活性材料层140包括第一活性材料层141以及第二活性材料层142；所述第一活性材料层141盖设于所述第一连接层131的背离所述导电基板110的表面，所述第二活性材料层142盖设于所述第二连接层132的背离所述导电基板110的表面，所述活性材料层140与所述导电基板110通过所述导电材料层120电性导通。需要说明的是，本申请实施例中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
从以上的结构可以看出，本实施例中的电池极片是在导电基板的相背两侧表面均设置导电材料层、连接层以及活性材料层。可选地，导电材料层120的材质包括导电剂、填料以及粘合剂；其中，所述导电剂的含量为50％～80％。其中，导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑、石墨烯、石墨、碳纤维中的一种或者几种的组合。填料包括氧化铝、碳包覆氧化铝、勃姆石、碳包覆勃姆石、氢氧化镁、碳包覆氢氧化镁、磷酸铁锂、碳包覆磷酸铁锂、碳化硅、碳包覆碳化硅、氧化硅、碳包覆氧化硅、氮化硼、碳包覆氮化硼中的一种或者几种的组合。填料比例为10％～50％。填料起调节浆料黏度方便涂覆加工作用。粘合剂包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚-酰胺-酰亚胺、丁-苯橡胶、苯-丙橡胶、羧甲基纤维素(钠盐/锂盐)中的一种或者几种的组合，其中，粘合剂比例一般≤5％。粘合剂一般只起粘接导电剂形成涂层的作用。需要说明的是，这里所说的含量指的是质量百分比。
可选地，该连接层130的材质包括粘合剂以及填料；其中，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚-酰胺-酰亚胺、丁-苯橡胶、苯-丙橡胶、羧甲基纤维中的一种或者几种的组合。粘合剂比例一般40～100％。填料由氧化铝、碳包覆氧化铝、勃姆石、碳包覆勃姆石、氢氧化镁、碳包覆氢氧化镁、磷酸铁锂、碳包覆磷酸铁锂、碳化硅、碳包覆碳化硅、氧化硅、碳包覆氧化硅、氮化硼、碳包覆氮化硼中的一种或者几种的组合，填料的比例为0％～60％。也即，连接层130可以是只包括粘合剂。可选地，活性材料层140可以是包括锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、富锂猛基材料、镍钴铝酸锂、钛酸锂、钴酸锂、镍钴锰三元材料等中的一种或者几种的组合。
请参阅图6，图6是本申请电池极片还一实施例的结构剖视示意图。本实施例中的电池极片100包括：导电基板110、导电材料层120、连接层130、活性材料层140以及导电基层160，其中，所述导电基层160设于所述导电材料层120(以及连接层130)与所述导电基板110之间。导电基层160的材质可以是与导电材料层120相同。导电基层160的作用是可以提高导电材料层120与导电基板110之间的连接可靠性。因为直接在导电基板110上做直径很小的导电材料层120的圆点结构，导电材料层120与导电基板110的直接粘接可靠性不如与同种材质的导电基层160的粘接可靠性好。
本申请实施例提供的电池极片，通过将常规技术中电池极片的底涂层拆分为同层设置的导电材料层和连接层两个部分；导电材料层解决了常规技术中底涂层结构的电极片存在的电子极化大的问题，连接层相比于常规技术中的底涂层与导电基板粘接更牢，提高了电池的安全性能。另外，本实施例中的电池极片，通过在导电材料层与导电基板之间设置导电基层，可以提高导电材料层与导电基板之间的电连接可靠性。
进一步地，请参阅图7，图7是本申请电池一实施例的结构示意图，本实施例中的电池可以是用于电子设备以及电动汽车中。该电池包括外壳200、电解液300以及电池极片100，其中，所述电解液300以及所述电池极片100设于所述外壳200内。电池中可以包括多个电池极片100，本实施例中的电池极片100可以是用于电池的阳极。关于电池极片100的详细结构特征请参阅前述实施例的相关描述，关于电池的其他结构在本领域技术人员的理解范围内，此处亦不再详述。
本申请实施例提供电池结构，其电池极片通过将常规技术中电池极片的底涂层拆分为同层设置的导电材料层和连接层两个部分；导电材料层解决了常规技术中底涂层结构的电极片存在的电子极化大的问题，连接层相比于常规技术中的底涂层与导电基板粘接更牢，提高了电池的安全性能。
以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，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)

1.一种电池极片，其特征在于，所述电池极片包括：
导电基板；
导电材料层，呈点状阵列分布于所述导电基板的表面，并与所述导电基板电性导通连接；
连接层，盖设于所述导电基板的表面并与设于所述导电材料层同层设置，所述导电材料层背离所述导电基板的一端露出于所述连接层；
活性材料层，盖设于所述连接层的背离所述导电基板的表面，所述活性材料层与所述导电基板之间通过所述导电材料层电性导通。
2.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述导电基板包括相背设置的第一表面以及第二表面；所述导电材料层呈点状阵列分布于所述导电基板的第一表面以及第二表面，并与所述导电基板电性导通连接；
所述连接层包括第一连接层以及第二连接层；所述第一连接层盖设于所述导电基板的第一表面并与设于所述第一表面的导电材料层同层设置，所述第二连接层盖设于所述导电基板的第二表面并与设于所述第二表面的导电材料层同层设置，所述导电材料层背离所述导电基板的一端露出于所述第一连接层以及所述第二连接层；
所述活性材料层包括第一活性材料层以及第二活性材料层；所述第一活性材料层盖设于所述第一连接层的背离所述导电基板的表面，所述第二活性材料层盖设于所述第二连接层的背离所述导电基板的表面，所述活性材料层与所述导电基板通过所述导电材料层电性导通。
3.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述电池极片还包括导电基层，所述导电基层设于所述导电材料层与所述导电基板之间。
4.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述导电材料层、所述连接层以及所述活性材料层共同构成的导电涂层体的电阻率不大于500Ω·cm。
5.根据权利要求2所述的电池极片，其特征在于，所述导电材料层包括多个圆点状结构，并阵列分布于所述导电基板的第一表面以及第二表面；每一圆点状结构的直径不大于1cm。
6.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述导电材料层的材质包括导电剂、填料以及粘合剂；其中，所述导电剂的含量为50％～80％。
7.根据权利要求6所述的电池极片，其特征在于，所述导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑、石墨烯、石墨、碳纤维中的一种或者几种的组合。
8.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述连接层的材质包括粘合剂以及填料；其中，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚-酰胺-酰亚胺、丁-苯橡胶、苯-丙橡胶、羧甲基纤维中的一种或者几种的组合。
9.根据权利要求6或8所述的电池极片，其特征在于，所述填料包括氧化铝、碳包覆氧化铝、勃姆石、碳包覆勃姆石、氢氧化镁、碳包覆氢氧化镁、磷酸铁锂、碳包覆磷酸铁锂、碳化硅、碳包覆碳化硅、氧化硅、碳包覆氧化硅、氮化硼、碳包覆氮化硼中的一种或者几种的组合。
10.一种电池，其特征在于，所述电池包括外壳、电解液以及权利要求1-9任一项所述的电池极片，所述电解液以及所述电池极片设于所述外壳内。
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