CN114335407A - 一种极片及电池 - Google Patents

Abstract

本发明申请提供一种极片及电池，该极片包括集流体和位于集流体相对两面上的活性层，集流体包括第一区和位于第一区两侧的第二区，活性层包括与第一区相对应的第一部分和与第二区相对应的第二部分，且第二部分的厚度小于第一部分的厚度，还包括导电层，导电层位于第二部分与集流体之间。导电层具有一定的厚度，能够提高第二部分的高度，减小了第二区内的涂层与第一区内的涂层间厚度的差异，从而改善了电芯存在的界面不一的问题，缩短了电芯边缘正负极的距离，也即缩短了离子的路径，加快了离子在正负极之间的扩散速度，从而提高了电池的能量密度，提升了电池的容量。

Description

一种极片及电池

技术领域

本发明涉及电池结构技术领域，尤其涉及一种极片及电池。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌；充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池因具有高能量密度、高电压平台、小体积、长寿命、无记忆效应、自放电率低和环境友好等优势，被广泛应用于电子终端行业、新能源行业以及储能行业等。

锂离子电池通常包括壳体和电芯，电芯位于壳体内，壳体内充满电解液，电芯包括有正极极片、隔膜和负极极片，正极极片和负极极片均包括有集流体和涂覆在集流体相对两面上的活性层，其中，正极极片上涂覆有正极活性材料层，负极极片上涂覆有负极活性材料层，活性层用于在电解液中发生化学反应，以生成电能。正极极片和负极极片之间具有隔膜，三者层叠后可以形成层叠式电芯，或者，三者层叠后可以卷绕形成卷绕式电芯。

然而，由于活性层涂布工艺，使活性层包括涂覆区和位于涂覆区两侧的减薄区，减薄区厚度较涂覆区减薄，形成的电芯在化成时，会使电芯顶部和底部存在界面不良(与中部厚薄不一)的问题，导致正负极极片边缘离子距离路径太长，影响电池容量。

发明内容

本发明提供一种极片及电池，以解决现有电芯顶部和底部存在界面不良，而导致正负极片边缘离子距离路径较长，影响电池容量的问题。

本申请的第一方面提供一种极片，包括：集流体和分别位于所述集流体相对两面上的活性层；

所述集流体包括第一区和位于所述第一区两侧的第二区，所述活性层包括第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第一区相对应，所述第二部分与所述第二区相对应，且所述第二部分的厚度小于所述第一部分的厚度；

还包括导电层，所述导电层位于所述第二部分与所述集流体之间。

通过在第二部分与集流体之间增加导电层，导电层不会影响离子的导电能力，而导电层具有一定的厚度，能够提高第二部分的高度(第二部分与集流体之间的距离)，也即能够提高第二区内活性层的厚度，减小第二区内的涂层与第一区内的涂层间厚度的差异，形成电芯后，改善了电芯存在的界面不一的问题，缩短了电芯边缘正负极的距离，也即缩短了离子的路径，加快了离子在正负极之间的扩散速度，从而提高了电池的能量密度，提升电池的容量。

而且缩短离子的移动路径，加快离子在正负极之间的扩散速度，也有助于减少或避免边缘析锂的现象，提高了电池的安全性。同时，导电层的厚度可控制，这样就能够控制边缘的第二区内涂层的厚度，也即可以控制极片边缘面密度，也有助于进一步提高电池能量密度。

在一种可能的实现方式中，所述导电层和所述第二部分的厚度之和与所述第一部分的厚度的比值大于等于0.8。

在一种可能的实现方式中，所述导电层和所述第二部分的厚度之和等于所述第一部分的厚度。

在一种可能的实现方式中，还包括绝缘层，所述绝缘层位于所述集流体上，且所述绝缘层位于所述第二区背向所述第一区的一侧，部分所述绝缘层与所述导电层、所述第二部分重叠。

在一种可能的实现方式中，还包括多个极耳，多个极耳沿着所述极片的长度方向分布，部分所述绝缘层位于所述极耳上。

在一种可能的实现方式中，所述导电层背向所述第一部分的一侧侧面与所述集流体之间呈锐角设置。

在一种可能的实现方式中，所述导电层包括粘接层和位于所述粘接层内的导电体；

所述导电体为非金属导电体，所述非金属导电体至少包括碳导电体。

在一种可能的实现方式中，所述第二部分的厚度与所述第一部分的厚度比值为0.1-0.9；

和/或，所述导电层的厚度与所述第一部分的厚度比值为0.1～0.9。

在一种可能的实现方式中，所述绝缘层的厚度与所述第一部分的厚度的比值小于0.8。

在一种可能的实现方式中，所述绝缘层与所述导电层、所述第二部分的重叠区域宽度小于2mm。

本申请的第二方面提供一种电池，包括壳体和设置在所述壳体内的电芯，所述电芯包括正极极片、隔膜和负极极片，所述隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间；

所述正极极片和所述负极极片中至少一个为上述任一所述的极片。

通过使电芯中的正极极片和/或负极极片为上述的极片，上述极片在第二区的活性层与集流体之间设置导电层，减小了第二区内的涂层与第一区内的涂层间厚度的差异，改善了电芯存在的界面不一的问题，缩短了离子的路径，加快了离子在正负极之间的扩散速度，提升了电池的容量。而且也有助于减少或避免边缘析锂的现象，提高了电池的安全性。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种卷绕式电芯的卷绕示意图；

图2为本申请实施例提供的一种叠片式电芯的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种极片的俯视结构示意图；

图4为图3中沿AA面的截面结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种极片的截面尺寸示意图。

附图标记说明：

100-电芯；

10-正极极片；

11-集流体；

11a-第一区；

11b-第二区；

12-活性层；

121-第一部分；

122-第二部分；

13-导电层；

14-绝缘层；

15-正极极耳；

20-负极极片；

21-负极极耳；

30-隔膜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

随着时代发展，人们对储能需求的不断提高。锂离子电池由于能量密度高、单电池工作电压高、工作温度区间大、自放电低、循环寿命长等一系列优点，逐步在消费电子、电动车、汽车、电动工具、智能电网等领域占据市场，具有广阔的应用前景。

图1为本申请实施例提供的一种卷绕式电芯的卷绕示意图，图2为本申请实施例提供的一种叠片式电芯的结构示意图。

本申请提供一种极片及电池，其中，电池包括壳体和设置在壳体内的电芯，电芯包括有极片，具体的，电芯包括有正极极片、隔膜和负极极片，隔膜位于正极极片与负极极片之间。正极极片上可以延伸出正极极耳，负极极片上可以延伸出负极极耳。

其中，正极极耳和负极极耳可以通过裁剪涂布后的集流体形成，电芯的正极极耳和负极极耳可以是多个。

该电池可以是卷绕式电池，也即电池内的电芯可以为卷绕结构的电芯。或者，该电池也可以是叠片式电池，也即电池内的电芯可以为叠片结构的电芯。

参见图1所示，该电池的电芯100可以为卷绕式电芯，也即在将正极极片10、隔膜30以及负极极片20依次层叠后，沿着一个方向，将正极极片10、隔膜30和负极极片20共同卷绕，最终使电芯100呈卷绕结构。

或者，参见图2所示，该电池的电芯100可以为叠片结构的电芯，也即将正极极片10、隔膜30负极极片20和依次叠加设置，使形成电芯100呈图2中的叠片状。

其中，正极极片10由集流体和涂布在集流体两面上的正极活性材料层组成，正极活性材料可以是钴酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂，镍锰酸锂等，当然，在一些示例中，正极活性材料也可以是其他高电位的材料等。

负极极片20可以由集流体和涂布在集流体两面上的负极活性材料层组成，负极活性材料可以是石墨、硅、碳等材料，当然，在一些示例中，负极活性材料也可以是其他低电位的材料等。

无论是卷绕式电芯还是叠片式电芯，在形成后均会进行化成，而由于常用的电池加工工艺中，在活性材料涂布时，会在极片两侧边缘形成减薄区，减薄区内的活性材料层厚度小于其余区域内的活性材料层厚度。例如，以正极极片为例，集流体两侧边缘具有减薄区，减薄区内的正极活性材料层厚度较薄。这样化成后的电芯，边缘厚度与其余区域厚度不一，电芯顶部和底部边缘处的正极极片与隔膜、负极极片就不能很好的贴合层叠，使电芯的顶部或底部通常存在界面不一的问题，导致电芯边缘离子距离路径较长，这样不仅会降低电池的能量密度，影响电池容量，而且还容易发生析锂，存在安全隐患的问题。

基于此，本申请实施例提供的极片及电池，能够缩短离子路径，在化成中电池顶部和底部界面良好形成，加快离子的扩散速度，提高电池容量同时也能够改善析锂问题。

图3为本申请实施例提供的一种极片的俯视结构示意图，图4为图3中沿AA面的截面结构示意图，图5为本申请实施例提供的一种极片的截面尺寸示意图。

其中，需要说明的是，图3至图5为未剪裁形成极耳前的极片的结构示意图。

参见图3和图4所示，极片包括集流体和分别位于集流体相对两面上的活性层。在本申请实施例中，以该极片为正极极片10，在集流体11上设置有活性层12。其中，集流体11可以是铜箔形成的基板，或者，集流体11也可以是其他能够导电的金属材料形成的基板。集流体11的厚度可以为6μm-20μm。

该正极极片的活性层12可以是含有正极活性材料、粘接剂以及导电剂组合的复合材料形成的涂层。其中，以该电池为锂离子电池，则正极活性材料可以为钴酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂，镍锰酸锂中的一种或多种组合。

粘接剂的材料可以为聚偏氟乙烯、强基纤维素钠、羟基纤维素锂、丁苯橡胶、聚丙烯酸、四氟乙烯与六氟丙烯的单聚物或共聚物，聚乙烯醇中的一种或多种组合。导电剂的材料可以为碳材料。

其中，活性层12可以为通过喷涂、溅射、沉积等方式在集流体11相对的两面上形成的涂层。活性层12在集流体11上的具体成型方式在本申请实施例中不作限制。

其中，参见图4所示，集流体11可以包括第一区11a和第二区11b，也即可以在集流体11划分出第二区11b和第一区11a，其中，第二区11b位于第一区11a的两侧。

活性层12可以包括第一部分121和第二部分122，第一部分121与第一区11a相对应，第二部分122与第二区11b相对应，也即位于第一区11a内的活性层12为第一部分121，位于第二区11b内的活性层12为第二部分122，第二部分122的厚度小于第一部分121的厚度，以满足活性层12涂布的工艺需求。

继续参见图4所示，该极片还包括有导电层13，导电层13位于第二部分122与集流体11之间，也就是说，导电层13位于第二区11b内的活性层与集流体11之间，导电层13不会影响离子的导电能力，而导电层13具有一定的厚度，能够提高第二部分122的高度(第二部分122与集流体11之间的距离)。也即能够提高第二区11b内活性层的高度，减小第二区11b内的涂层与第一区11a内的涂层间厚度的差异。形成电芯100后，改善了电芯100存在的界面不一的问题，缩短了电芯100边缘两侧正负极的距离，也即缩短了离子的路径，加快了离子在正负极之间的扩散速度，从而提高了电池的能量密度，提升电池的容量。

而且缩短离子的移动路径，加快离子在正负极之间的扩散速度，也有助于减少或避免边缘析锂的现象，提高了电池的安全性。同时，导电层13的厚度可控制(如可以通过调整材料以及涂布工艺等控制其厚度)，这样就能够控制边缘的第二区11b内涂层的厚度，也即可以控制极片边缘面密度，也有助于进一步提高电池能量密度。

其中，导电层13可以包括有粘接层(图中未示出)以及位于粘接层内的导电体(图中未示出)，具体的，该导电体可以是非金属导电体，例如，该导电体可以为碳导电体，具有很好的导电性能，从而保证导电层13不影响离子的导电性能。

该碳导电体的形状可以为点状、管状、多支链状等。碳导电体的粒径可以为100nm-20μm。

粘接层能够使导电层13很好的固定在集流体11上，便于导电层13的成型与固定。

其中，粘接层可以是由粘接剂形成的膜层。粘接剂的成型材质可以包含聚偏氟乙烯、强基纤维素钠、羟基纤维素锂、丁苯橡胶、聚丙烯酸、四氟乙烯与六氟丙烯的单聚物或共聚物、聚乙烯醇中的至少一种。

导电层13可以为将包含了粘接剂和导电体的复合物，通过喷涂、溅射、沉积等方式涂覆在集流体11上形成的。

结合图3和图4所示，该极片还包括绝缘层14，绝缘层14设置在集流体11上，具体的，绝缘层14位于集流体11上第二区11b背向第一区11a的一侧，也即绝缘层14位于第二部分122和导电层13外侧(背向第一部分121的一侧)，这样绝缘层14就位于活性层12的两侧。在进行极耳裁剪等加工过程中，集流体11可能是产生毛刺、拉丝等尖硬结构，位于活性层12两侧的绝缘层14能够对产生的毛刺、拉丝起到包裹等作用，可以防止在生产过程中产生的毛刺、拉丝等刺穿正极极片10和负极极片20之间的隔膜30，进一步提高电池的安全性。

极片10可以具有多个极耳，例如，在图3所示的极片10的一侧边缘通过裁剪的方式可以形成多个极耳，多个极耳可以沿着极片10的长度方向间隔分布。在裁剪形成极耳时，可以使部分的绝缘层14位于极耳上，从而使绝缘层14能够有效的对裁剪过程中产生的毛刺、拉丝等起到包裹作用，有助于进一步提升电池的安全性。

其中，绝缘层14在极耳上的宽度可以为0.1mm-1mm。保证绝缘层14能够对极耳剪裁过程中产生的尖硬结构起到包裹作用。

其中，部分的绝缘层14可以与导电层13、第二部分122重叠，也就是说，部分绝缘层14覆盖在导电层13、第二部分122上(参照图5所示)，形成图5中所示的重叠区域16，绝缘层14、导电层13以及第二部分122在集流体11上的投影部分重合，换言之，绝缘层14与导电层13、第二区11b内活性层边缘有部分互溶。

具体的，绝缘层14、导电层13以及第二部分122在集流体11上的投影重合的区域宽度即为重叠区域16的宽度，该宽度可以小于2mm，可便于绝缘层14的涂布实现。需要说明的是，宽度方向为平行于从活性层12指向绝缘层14的方向，也即为绝缘层14与活性层12层叠的方向，如图3中的x方向。厚度方向是指平行于从集流体11指向活性层12的方向，也即为活性层12与集流体11层叠的方向，如图4中的y方向。

绝缘层14也可以是通过喷涂、溅射、沉积等方式涂覆在集流体11上形成的涂层。

其中，绝缘层14、导电层13以及活性层12可以采用湿法喷涂的方式形成，以导电层13为例，可以将包含了粘接剂和导电体的复合物，添加溶剂形成液体，然后通过喷涂设备喷涂在集流体11上，从而形成导电层13。这样，参见图4所示，导电层13背向第一部分121的一侧的侧面就会与集流体11之间形成夹角，该夹角为锐角，便于喷涂实现。在喷涂操作中，依次在集流体11上喷涂形成导电层13、活性层12和绝缘层14即可，在形成导电层13以减小第二区11b内的涂层与第一区11a内的涂层间厚度的差异的同时，避免了为增加导电层13而使工艺复杂化，保证了生产效率。

另外，通过湿法喷涂实现对导电层13、绝缘层14以及活性层12的涂布设置，使导电层13、绝缘层14以及活性层12具有良好的附着率，同时也具有较高的耐压强度，有助于提升极片10的性能。而且操作喷涂方法简单，便于操作且有助于提升工作环境，提高工作效率。

需要说明的是，导电层13面向第一部分121的一侧侧面与集流体11之间也会形成夹角，该夹角也为锐角。相应的，使用湿法喷涂的方式实现对绝缘层14的喷涂设置时，绝缘层14背向第一部分121的一侧侧面也可以与集流体11之间形成锐角，活性层12的第二部分122背向第一部分121的一侧侧面与导电层13背向集流体11一侧侧面之间也可以形成锐角。

导电层13和第二部分122的厚度之和与第一部分121的厚度的比值可以大于0.8，具体的，参见图5所示，如导电层13的平均厚度为d1，第二部分122的平均厚度为d2，第一部分121的平均厚度为d3，则(d1+d2)/d3＞0.8。这样就进一步保证减小了第二区11b内的涂层与第一区11a内的涂层间厚度的差异，缩短了电芯100边缘正负极的距离，进一步提高电池的能量密度，并改善析锂的问题。

其中，在一种可能的实施例中，导电层13和第二部分122的厚度之和可以等于第一部分121的厚度，也即(d1+d2)/d3＝1，也就是说，能够使第二区11b内的凸出厚度与第一区11a内的涂层厚度保持一致，从而尽可能的缩短了正负极的距离，避免了电芯100边缘界面尺寸不一的问题，有效的提升了电池的容量。同时也显著的改善了析锂的问题，进一步提升了电池的安全性。

具体的，第一部分121的厚度可以为30μm-200μm，也即位于第一区11a内的活性层的厚度d3的范围可以为30μm-200μm，这样可以保证电池具有较好的能量。

第二部分122的厚度与第一部分121的厚度的比值为0.1-0.9，也即d2和d3满足：0.1≤d2/d3≤0.9，能够满足活性层12的涂覆工艺，便于活性层12的成型。

导电层13的厚度与第一部分121的厚度的比值为0.1-0.9，也即d1和d3满足：0.1≤d1/d3≤0.9，这样可便于实现导电层13与第二部分122的厚度之和相等于第一部分121的厚度之和，从而能够实现了对第二区11b内的涂层与第一区11a内的涂层间厚度的差异的改善。

继续参见图5所示，绝缘层14的厚度与第一部分121的厚度的比值可以小于0.8，也即绝缘层14的平均厚度d4与第一部分121的厚度d3的比值小于0.8。这样可以在保证绝缘层14能够起到很好的防止集流体11产生毛刺、拉丝等刺穿隔膜30的作用的同时，也能够避免过厚的绝缘层14对极片的电学性能造成影响。

绝缘层14的宽度可以为1mm-3mm，保证绝缘层14能够起到很好的防刺穿隔膜30作用的同时，也能够避免过多的绝缘层14对极片的电学性能造成影响。

本申请实施例中，活性层12的宽度可以为50mm-500mm，以保证电池能够具有较好的容量。第二区11b的宽度可以小于10mm，具体的，第二区11b的宽度可以为3mm-10mm。则导电层13的宽度应小于10mm，以保证导电层13能够设置在第二区11b的活性层12与集流体11之间，以减小第二区11b内的涂层与第一区11a内的涂层之间的差异。

在本申请实施例中，需要说明的是，电芯包括有正极极片和负极极片，其中，可以使正极极片为上述的极片，也即在正极极片的集流体包括第二区，使该第二区内的正极活性层与集流体之间具有上述的导电层。

或者，也可以是使电芯的负极极片为上述的极片，也即在负极极片的集流体包括第二区，使该第二区内的负极活性层与集流体之间具有上述的导电层。

或者，也可以是使电芯的正极极片和负极极片均为上述的极片，进一步显著的提升电池的容量。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的相连或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种极片，其特征在于，包括：集流体和分别位于所述集流体相对两面上的活性层；

所述集流体包括第一区和位于所述第一区两侧的第二区，所述活性层包括第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第一区相对应，所述第二部分与所述第二区相对应，且所述第二部分的厚度小于所述第一部分的厚度；

还包括导电层，所述导电层位于所述第二部分与所述集流体之间。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述导电层和所述第二部分的厚度之和与所述第一部分的厚度的比值大于等于0.8。

3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述导电层和所述第二部分的厚度之和等于所述第一部分的厚度。

4.根据权利要求1-3任一所述的极片，其特征在于，还包括绝缘层，所述绝缘层位于所述集流体上，且所述绝缘层位于所述第二区背向所述第一区的一侧，部分所述绝缘层与所述导电层、所述第二部分重叠。

5.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，还包括多个极耳，多个所述极耳沿着所述极片的长度方向分布，部分所述绝缘层位于所述极耳上。

6.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述导电层背向所述第一部分的一侧侧面与所述集流体之间呈锐角设置。

7.根据权利要求1-3任一所述的极片，其特征在于，所述导电层包括粘接层和位于所述粘接层内的导电体；

所述导电体为非金属导电体，所述非金属导电体至少包括碳导电体。

8.根据权利要求1-3任一所述的极片，其特征在于，所述第二部分的厚度与所述第一部分的厚度比值为0.1-0.9；

和/或，所述导电层的厚度与所述第一部分的厚度比值为0.1～0.9。

9.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述绝缘层的厚度与所述第一部分的厚度的比值小于0.8。

10.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述绝缘层与所述导电层、所述第二部分的重叠区域宽度小于2mm。

11.一种电池，其特征在于，包括壳体和设置在所述壳体内的电芯，所述电芯包括正极极片、隔膜和负极极片，所述隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间；

所述正极极片和所述负极极片中至少一个为上述权利要求1-10任一所述的极片。

Images