CN114639798B - 极片、电芯及电池 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种极片、电芯及电池，该极片包括集流体和设于所述集流体的第一侧的涂覆层，所述涂覆层包括粘接剂，且所述粘接剂在所述极片中的质量占比为0.3％～1.8％；其中，所述质量占比为0.3％～1.8％是喷洒在所述涂覆层上的溶剂对所述粘接剂进行重塑处理后得到的。本申请实施例能够达到降低甚至消除目标极片的翘曲的目的。
Description
技术领域
本申请属于电池技术领域，具体涉及一种极片、电芯及电池。
背景技术
目前，为满足超快充的需求，电池常采用多极耳及叠片结构，以降低电池阻抗。其中，为保证电池的超薄、高能量密度等性能，电池最外层的极片通常采用单面涂布极片。然而，由于单面涂布的极片容易产生翘曲，而翘曲的极片会极大的影响极片的叠片效率，导致极片的叠片存在效率低的问题。
可见，相关技术中的单面涂布极片存在容易翘曲的问题。
发明内容
本申请旨在提供一种极片、电芯及电池，能够解决相关技术中的单面涂布极片存在容易翘曲的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提出了一种极片，包括集流体和设于所述集流体的第一侧的涂覆层，所述涂覆层包括粘接剂，且所述粘接剂在所述极片中的质量占比为0.3％～1.8％；
其中，所述质量占比为0.3％～1.8％是喷洒在所述涂覆层上的溶剂对所述粘接剂进行重塑处理后得到的。
第二方面本申请实施例提出了一种电芯，包括如第一方面所述的极片。
第三方面，本申请实施例提出了一种电池，包括如第二方面所述的电芯。
在本申请的实施例中，通过在极片的涂覆层上喷洒溶剂，然后通过溶剂对涂覆层中的粘接剂进行重塑处理得到的，通过对粘接剂进行重塑处理，可以改变粘接剂在极片中的分布及质量占比，进而降低粘接剂对极片的翘曲的影响，从而使得极片能够完全展平，并达到降低甚至消除极片的翘曲的目的。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施例提供的极片的结构示意图。
图2是本申请实施例提供的极片制作方法的流程图；
图3是本申请实施例提供的目标极片1的显微镜扫描图；
图4为本申请实施例提供的目标极片3的显微镜扫描图。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
如图1所示，本申请实施例提供一种极片，该极片包括集流体10和设于该集流体10的第一侧的涂覆层20，该涂覆层20包括粘接剂，且粘接剂在极片中的质量占比为0.3％～1.8％；
其中，上述质量占比为0.3％～1.8％是喷洒在涂覆层上的溶剂对粘接剂进行重塑处理后得到的。
本实施方式中，上述极片具体是通过在极片的涂覆层20上喷洒溶剂，然后通过溶剂对涂覆层20中的粘接剂进行重塑处理得到的，通过对粘接剂进行重塑处理，可以改变粘接剂在极片中的分布及质量占比，进而降低粘接剂对极片的翘曲的影响，从而使得极片能够完全展平，并达到降低甚至消除极片的翘曲的目的。
其中，涂覆层还可以理解为浆料层，即涂覆层是通过在集流体上涂抹浆料形成的覆盖层。其中，涂覆层不仅包括粘接剂，还包括电极活性物质和导电剂。
一些实施方式中，粘接剂在极片中的质量占比与溶剂在涂覆层上的停留时长负相关，即溶剂在涂覆层上的停留时长越长，粘接剂在极片中的质量占比越低，进而达到降低粘接剂对极片的翘曲的影响的目的。
在溶剂对涂覆层20中的粘接剂进行重塑处理，还可以改善极片的孔隙率。
另一些实施方式中，可以将极片的孔隙率重塑至18％～25％。
而且，极片的孔隙率还与溶剂在涂覆层20上的停留时长正相关，即溶剂在涂覆层上的停留时长越长，极片的孔隙率越高，进而达到降低粘接剂对极片的翘曲的影响的目的。
本申请实施例提供的极片可以采用如图2所示的极片制作方法制备得到，具体包括以下步骤：
步骤201、提供一单面涂覆极片，所述单面涂覆极片的涂覆层包括粘接剂。
该步骤中，单面涂覆极片可以理解为仅在集流体的一侧设置有涂覆层的极片，其具有厚度薄、能量密度高的特点。
其中，本实施例中的单面涂覆极片可以采用常规的极片制作方法制备得到。比如，提供一集流体，在集流体的一侧形成涂覆层，以制备得到单面涂覆极片。
而且，涂覆层还可以理解为浆料层，即涂覆层是通过在集流体上涂抹浆料形成的覆盖层。其中，涂覆层不仅包括粘接剂，还包括电极活性物质和导电剂。
粘接剂可以为链状结构，用于提供粘接力，以便使浆料中的电极活性物质、导电剂等能更好的附着在集流体上，以便形成涂覆层或浆料层。
步骤202、在所述涂覆层上喷洒溶剂，所述溶剂用于对所述粘接剂进行重塑处理。
该步骤中，涂覆层中的粘接剂可以溶于溶剂中，即喷洒的溶剂可以对涂覆层中的粘接剂进行溶解并重塑。
可以理解的是，通过喷洒或者喷涂溶剂的方式，可以使溶剂均匀的分布在涂覆层上，且相对于通过涂抹的方式涂覆溶剂，还可以避免溶剂分布密度过大的问题，进而保证重塑处理的效果，避免溶剂对粘接剂重塑处理过度，导致粘接剂失效的问题。
其中，溶剂对粘接剂的重塑处理可以理解为部分溶剂与粘接剂的结合，以改变涂覆层中粘接剂的结构，从而降低粘接剂所提供的粘接力，进而达到降低极片内部应力的目的。而极片的内应力的降低或减小，可以降低极片在辊压过程中受力所产生的内应力，并达到降低甚至消除极片的翘曲。
可选地，粘接剂可以是聚偏氟乙烯(Poly(vinylidene fluoride)，PVDF)，溶剂可以是二甲基乙酰胺(N,N-Dimethylacetamide，DMAC)、N,N-二甲基甲酰胺(N,N-Dimethylformamide，DMF)、磷酸三乙酯(Triethyl phosphate，TEP)、二甲基亚砜(Dimethylsulfoxide，DMSO)和N-甲基吡咯烷酮(N-Methylpyrrolidone，NMP)等中的任一项。
其中，在溶剂为N-甲基吡咯烷酮的情况下，溶剂在涂覆层上的停留时长为5分钟～10分钟，可以使得溶剂对粘接剂的重塑处理达到较好的效果，并使得重塑处理后的极片的翘曲程度能够降到最低，甚至能够使得重塑处理后的极片能够完全展平，有效的提高了目标极片的良品率及后续的叠片效率，还能够达到降低生产成本的目的。
而且，针对用于制作锂电池的单面涂覆极片，通过降低单面涂覆极片的翘曲程度，还可以提高单面涂覆极片与相邻极片之间的粘接力，进而达到改善极片析锂的问题。
步骤203、对重塑处理后的所述单面涂覆极片进行烘干处理，并得到目标极片。
该步骤中，由于本申请中的溶剂具有一定的挥发性，因此可以通过烘干处理的方式去除涂覆层上多余的溶剂。
具体的，溶剂在涂覆层上的停留时长，达到预设时长后，即溶剂对粘接剂的重塑处理达到预设时长后，即可通过烘干处理的方式，对重塑处理后的单面涂覆极片进行烘干处理，以去除涂覆层上多余的溶剂，进而得到目标极片。
本实施例中的目标极片可以理解为单面涂覆极片的粘接剂经由溶剂重塑处理后所得到的极片。
其中，烘干处理的烘干温度为70℃～130℃、烘干时长为10分钟～60分钟，以便在烘干处理过程中，仅是将多余的或残留的溶剂挥发掉，而不影响重塑处理后的单面涂覆极片的性能。
本申请实施例中，通过提供一单面涂覆极片，所述单面涂覆极片的涂覆层包括粘接剂；在所述涂覆层上喷洒溶剂，所述溶剂用于对所述粘接剂进行重塑处理；对重塑处理后的所述单面涂覆极片进行烘干处理，并得到目标极片。这样使得最终得到的目标极片的翘曲程度能够降到最低，甚至能够使得目标极片能够完全展平，从而降低甚至消除目标极片的翘曲的目的。
本实施方式中，单面涂覆极片的涂覆层中的粘接剂经由溶剂重塑处理后的，可以得到目标极片，目标极片的孔隙率可以达到18％～25％，目标极片的翘曲程度可以降低至为0毫米～5毫米，且粘接剂在目标极片中的质量占比为0.3％～1.8％，进而有效的提高了目标极片的良品率及后续的叠片效率，还能够达到降低生产成本的目的。
由于溶剂在涂覆层上的停留时间或停留时长不同，得到的目标极片的卷曲程度及孔隙也会不相同；下面就在溶剂为NMP的情况下，分别测试NMP在单面涂覆极片的涂覆层上停留0分钟、2分钟、10分钟、4小时后，并经烘干处理后得到的目标极片的卷曲高度。
本实施方式中，可以通过极片卷曲高度测试方法来测试目标极片的卷曲高度；具体的，将极片放置在平整的平台上，将钢板尺垂直于平台，取极片的弯曲最高点，记录平台到最高点的高度，测试三次，并取平均值，以得到极片的卷曲高度，且卷曲高度的单位为毫米。
其中，将NMP在涂覆层上的停留时间为0分钟的极片标记为目标极片1，将NMP在涂覆层上的停留时间为2分钟的极片标记为目标极片2，将NMP在涂覆层上的停留时间为10分钟的极片标记为目标极片3，将NMP在涂覆层上的停留时间为4小时的极片标记为目标极片4。而且，通过上述极片卷曲高度测试方法，得到的测试结果如表1所示：
| NMP停留时间 | 卷曲高度/毫米 | 标记 |
| 0分钟 | 15毫米 | 目标极片1 |
| 2分钟 | 5毫米 | 目标极片2 |
| 10分钟 | 0毫米 | 目标极片3 |
| 4小时 | 0毫米 | 目标极片4 |
表1
通过对比表1中的数据可以发现，在单面涂覆极片的涂覆层上喷洒溶剂，以便通过溶剂对涂覆层中的粘接剂进行重塑处理，可以有效减小目标极片内部的内应力，进而改善目标极片的卷曲程度，为后续工序的生产提供便利，提高生产效率。
此外，还可以通过极片孔隙测试方法测试目标极片的孔隙率；具体的，将极片平铺在玻璃桌面上，裁切成一定尺寸，并用万分尺测量极片厚度，算出极片体积V1；然后将极片放入测试设备中，开启气体阀，通入氦气，测试极片的真体积V2；根据公式(V1-V2)/V1*100％得出极片的孔隙率。
而且，通过上述极片孔隙测试方法，可以得到对应的目标极片的孔隙率，具体如表2所示：
| 极片-项目 | 孔隙率 |
| 目标极片1 | 15.48％ |
| 目标极片2 | 18.12％ |
| 目标极片3 | 19.86％ |
| 目标极片4 | 25.35％ |
表2
图2为目标极片1的显微镜扫描图，图3为目标极片3的显微镜扫描图，通过图2、图3以及表1中的数据可以发现，采用NMP等溶剂喷涂单面涂覆极片的涂覆层，可以降低颗粒之间的相互作用，以提高目标极片的孔隙率。然而，当NMP等溶剂的停留时间过长时，比如，停留时间大于4小时，容易出现涂覆层脱离集流体的现象，并造成极片报废。因此，在制备目标极片的过程在，NMP等溶剂在涂覆层上的停留时长一般为5分钟～10分钟，以便时制备得到的目标极片的孔隙率处于一个较优的水平。
另外，还可以通过热重测试方法测试极片中各个组分的含量；具体的，将所测极片进行称重，然后将其放入陶瓷坩埚中进行测试，测试温度从25℃-800℃，计算极片中各个组分的含量。
其中，在粘接剂为PVDF的情况下，通过上述热重测试方法可以得到对应的目标极片中的粘接剂的热重数据，具体如表3所示：
| 极片-项目 | PVDF的含量 |
| 目标极片1 | 1.8％ |
| 目标极片2 | 1.2％ |
| 目标极片3 | 0.8％ |
| 目标极片4 | 0.5％ |
表3
由于PVDF在400℃左右时会发生分解，从目标极片的热重数据中可以看出，辊压后极片表面喷涂NMP，会使目标极片中部分PVDF溶解，PVDF的含量减少，降低颗粒之间的相互作用，减小内应力。而且，当目标极片中PVDF的含量较少时，极片的粘接力减小，会出现脱膜现象。
进一步地，基于对应的目标极片制备得到的电芯的能量密度可以基于能量密度测试方法测试得到；具体的，将制作完成的电池用600g PPG测厚仪测试电池的厚度(单位mm)，以电池的型号确定长度和宽度(单位mm)，并视为固定值。能量密度(Energy Density，ED，单位Wh/L)＝分选放电能量值(Wh)/电池厚度/电池长度/电池宽度*1000。
其一、将正极目标极片2、双面正极极片、双面负极极片分别进行分切、模切、制片，通过叠片机将正极目标极片1、双面正极片、双面负极片及隔膜制备成叠芯，然后进行封装、化成，制备出电芯1。
其二、将正极目标极片3、双面正极极片、双面负极极片分别进行分切、模切、制片，通过叠片机将正极目标极片3、双面正极片、双面负极片及隔膜制备成叠芯，然后进行封装、化成，制备出电芯2。
其三、将正极目标极片1、双面正极极片、双面负极极片分别进行分切、模切、制片，通过叠片机将正极目标极片3、双面正极片、双面负极片及隔膜制备成叠芯，然后进行封装、化成，制备出电芯3。
其四、将双面正极极片、双面负极极片分别进行分切、模切、制片，通过叠片机将双面正极片、双面负极片及隔膜制备成叠芯，然后进行封装、化成，制备出电芯4。
其中，上述制备出的电芯1、电芯2、电芯3、电芯4的能量密度测试结果如表4所示：
| 电芯-项目 | 能量密度Wh/L |
| 电芯1 | 530 |
| 电芯2 | 530 |
| 电芯3 | 531 |
| 电芯4 | 517 |
表4
通过对比表4中的数据可以发现，在最外层采用单面涂布正极片可提升叠片电池的能量密度，大约提升2％～3％，所以为了能量密度的提升，在进行叠片电池生产时采用单面极片收尾。
此外，在制备过程中，封装后的单面极片出现折角情况及单面析锂情况，结果如表5所示。
表5
通过对比表5中的数据可以发现，采用本申请实施例提供的极片制作方法制备得到的目标极片，可以达到有效改善极片析锂的问题。
本申请实施例还提供一种电芯，包括上述极片。
需要说明的是，上述极片实施例的实现方式同样适应于该电芯的实施例中，并能达到相同的技术效果，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种电池，包括上述电芯。
需要说明的是，上述电芯实施例的实现方式同样适应于该电池的实施例中，并能达到相同的技术效果，在此不再赘述。
此外，本申请实施例提供的电池可以应用于手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等电子设备。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种极片制作方法，其特征在于，包括：
提供一极片，所述极片包括集流体和设于所述集流体的第一侧的涂覆层，所述涂覆层包括粘接剂，所述粘接剂包含聚偏氟乙烯；
在所述涂覆层上喷洒溶剂，所述溶剂对所述粘接剂进行溶解并重塑处理，使所述粘接剂在所述极片中的质量占比为0.3%~1.8%，所述溶剂包含N-甲基吡咯烷酮；
对重塑处理后的极片进行烘干处理，并得到目标极片，所述目标极片的翘曲程度为0毫米~5毫米。
2.根据权利要求1所述的极片制作方法，其特征在于，所述质量占比与所述溶剂在所述涂覆层上的停留时长负相关。
3.根据权利要求1所述的极片制作方法，其特征在于，所述极片的孔隙率为18%~25%。
4.根据权利要求3所述的极片制作方法，其特征在于，所述孔隙率与所述溶剂在所述涂覆层上的停留时长正相关。
5.根据权利要求1所述的极片制作方法，其特征在于，所述翘曲程度与所述溶剂在所述涂覆层上的停留时长正相关。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的极片制作方法，其特征在于所述溶剂在所述涂覆层上的停留时长为5分钟~10分钟。
7.一种极片，其特征在于，所述极片采用如权利要求1-6任一项所述的极片制作方法制备得到；
所述极片包括集流体和设于所述集流体的第一侧的涂覆层，所述涂覆层包括粘接剂，且所述粘接剂在所述极片中的质量占比为0.3%~1.8%；
所述粘接剂包含聚偏氟乙烯；
所述极片的翘曲程度为0毫米~5毫米。
8.一种电芯，其特征在于，包括如权利要求7所述的极片。
9.一种电池，其特征在于，包括如权利要求8所述的电芯。
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