CN115332475A - 一种电池极片制作方法、电池极片和锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种电池极片制作方法、电池极片和锂离子电池，所述方法包括：获取极片元件，所述极片元件包括集流体和平铺于所述集流体上的活性涂层，所述集流体包括基部和从所述基部延伸出的N个极耳部，所述活性涂层位于所述基部上，所述活性涂层包括基区活性涂层、以及从所述基区活性涂层延伸出的边缘区活性涂层，所述基区活性涂层的厚度均匀，所述边缘区活性涂层的厚度小于所述基区活性涂层厚度，N为大于1的整数；模切所述边缘区活性涂层，获得电池极片。通过模切边缘区活性涂层的方式，使基部上仅保留涂覆厚度均匀的基区活性涂层，保障了具有多极耳结构的锂离子电池在化成阶段的一致性，提升了具有多极耳结构的锂离子电池的循环性能。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种电池极片制作方法、电池极片和锂离子电池。
背景技术
多极耳结构的锂离子电池具备充电速率高的优点，被广泛应用于各个领域；但就目前来说，多极耳结构的锂离子电池的各个极片在化成阶段的一致性差，这导致多极耳结构的锂离子电池的循环性能差。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电池极片制作方法、电池极片和锂离子电池，用于解决多极耳结构的锂离子电池的循环性能差的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种电池极片制作方法，包括：
获取极片元件，所述极片元件包括集流体和平铺于所述集流体上的活性涂层，所述集流体包括基部和从所述基部延伸出的N个极耳部，所述活性涂层位于所述基部上，所述活性涂层包括基区活性涂层、以及从所述基区活性涂层延伸出的边缘区活性涂层，所述基区活性涂层的厚度均匀，所述边缘区活性涂层的厚度小于所述基区活性涂层的厚度，N为大于1的整数；
模切所述边缘区活性涂层，获得电池极片。
第二方面，本申请实施例提供一种电池极片，包括：
集流体和平铺于所述集流体上的基区活性涂层，所述集流体包括基部和从所述基部延伸出的N个极耳部，所述基区活性涂层位于所述基部上，所述基区活性涂层在所述基部上的涂覆厚度均匀，N为大于1的整数。
第三方面，本申请实施例提供一种锂离子电池，包括隔膜、正极片、负极片、电解质以及包装外壳，所述正极片和所述负极片中的至少一种为第二方面所述的电池极片。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
本申请实施例提供的电池极片制作方法，通过模切边缘区活性涂层的方式，使基部上仅保留涂覆厚度均匀的基区活性涂层，保障了具有多极耳结构的锂离子电池在化成阶段的一致性，提升了具有多极耳结构的锂离子电池的循环性能。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种电池极片制作方法的流程图；
图2是本申请实施例提供的经过斑马涂布后的集流体的结构示意图；
图3是图2中A-A处的剖视图；
图4是本申请实施例提供的极片元件的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的第一极片的结构示意图；
图6是图5中B-B处的剖视图；
图7是本申请实施例提供的一种电池极片制作装置的结构示意图。
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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种电池极片制作方法的流程图，如图1所示，上述制作方法包括：
步骤101、获取极片元件，所述极片元件包括集流体10和平铺于所述集流体10上的活性涂层20，所述集流体10包括基部11和从所述基部11延伸出的N个极耳部12，所述活性涂层20位于所述基部11上，所述活性涂层20包括基区活性涂层21、以及从所述基区活性涂层21延伸出的边缘区活性涂层22，所述基区活性涂层21的厚度均匀，所述边缘区活性涂层22的厚度小于所述基区活性涂层21的厚度，N为大于1的整数。
步骤102、模切所述边缘区活性涂层22，获得电池极片。
实际中，对于具有多极耳结构的锂离子电池来说，如图2所示，会通过斑马涂布的方式，来完成集流体10上活性物质的涂覆操作，随后依次进行辊压和分切操作获得极片元件。如图3所示，受上述斑马涂布的方式的影响，集流体10上涂覆的活性物质存在边缘减薄的趋势，这导致了边缘区活性涂层22的产生，本申请实施例所提供的制作方法，通过模切边缘区活性涂层22的方式，使基部11上仅保留涂覆厚度均匀的基区活性涂层21，在电池化成阶段中，利用厚度均匀的基区活性涂层21的设置，使基区活性涂层21的各个位置的受力趋近一致，以避免基区活性涂层21的各个位置的电流密度不均匀，这保障了具有多极耳结构的锂离子电池在化成阶段的一致性，提升了具有多极耳结构的锂离子电池的循环性能，降低具有多极耳结构的锂离子电池的析锂风险。
需要说明的是，基区活性涂层21的厚度均匀可理解为，基区活性涂层21的各个位置之间的厚度差在0至100微米内，举例来说，若基区活性涂层21存在最厚位置和最薄位置，则最厚位置处的基区活性涂层21的厚度与最薄位置处的基区活性涂层21的厚度之差大于0，且小于或等于100微米。
优选通过激光模切的方式完成边缘区活性涂层22的模切操作，用户也可以基于实际需要选择其他模切方式完成边缘区活性涂层22的模切操作，本申请实施例对此并不加以限定。
在所获得电池极片为正极片的情况下，上述基区活性涂层21包括正极活性物质，正极活性物质为可逆地嵌入和脱嵌锂离子的化合物，示例性的，上述正极活性物质可以为复合氧化物，所述复合氧化物包括锂元素以及钴、锰、镍中的至少一种元素，例如，钴酸锂材料、锂镍猛钴三元材料、锰酸锂材料、镍锰酸锂材料、磷酸铁锂材料等。
在所获得电池极片为负极片的情况下，上述基区活性涂层21包括负极活性物质，所述负极活性物质包括但不限于人造石墨、天然石墨、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、中间相微碳球、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物等。
可选的，所述模切所述边缘区活性涂层22，获得电池极片，包括：
模切所述边缘区活性涂层22，获得第一极片，所述第一极片的极耳部12覆盖有剩余活性涂层；
对所述剩余活性涂层进行清洗，获得电池极片。
如上，在模切工序完成后，通过增设清洗极耳部12上的剩余活性涂料的步骤，能减少所述极耳部12的焊接过程中受到的不利影响，这保障了极耳在电池极片上的焊接效果，提升了具有多极耳结构的锂离子电池的安全性。
示例性的，如图4和图5所示，上述模切过程会对基部11上多余的活性物质进行切割，切割后的一部分活性物质会黏附于邻近基部11的极耳部12上，即经过模切工序以后，极耳部12上将黏附有剩余活性涂料，在将极耳焊接于极耳部12之前，通过对极耳部12上的剩余活性涂料进行清洗，能避免剩余活性涂料干扰极耳在极耳部12上的焊接操作，使极耳在极耳部12上能获得较好的焊接效果。
需要说明的是，在集流体10为正极集流体的情况下，通过加喷溶剂的方式完成对极耳部12上剩余活性涂料的清洗操作，所加喷溶剂包括但不限于N-甲基吡咯烷酮、无水乙醇、丁酮、环氧树脂、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二甲酯、聚丙烯等；在集流体10为负极集流体的情况下，通过激光清洗的方式完成对极耳部12上剩余活性涂料的清洗操作。上述正极集流体包括但不限于铝箔、多孔铝箔中的至少一种，上述负极集流体包括但不限于铜箔、多孔铜箔中的至少一种。
可选的，所述获取极片元件之后，所述模切所述边缘区活性涂层22，获得电池极片之前，所述方法还包括：
在所述集流体10上平铺设置N个陶瓷涂层30，所述N个陶瓷涂层30和所述N个极耳部12一一对应，每一所述陶瓷涂层30位于其所对应的极耳部12上。
在清洗剩余活性涂料的过程中，为适配实际清洗过程存在的操作误差，同时降低清洗操作对极耳部12表面所造成的损害，对剩余活性涂料作部分保留，所保留的部分剩余活性涂料在极耳部12上即形成残余活性涂层。实际中，残余活性涂料包括靠近基区活性涂层21的部分和远离基区活性涂层21的部分，靠近基区活性涂层21的部分剩余活性涂料的厚度大于远离基区活性涂层21的部分剩余活性涂料的厚度，形成所述残余活性涂层的部分剩余活性涂料为剩余活性涂料中远离基区活性涂层21的部分。
通过上述设置，利用陶瓷涂层30的设置，对残余活性涂层进行覆盖，这能在极耳部12上焊接极耳的过程中，避免残余活性涂层与极耳之间的接触，以规避残余活性涂层对极耳焊接操作的干扰，确保极耳在极耳部12上能获得较好的焊接效果，降低电池的析锂风险，提高电池的安全性。
示例性的，上述陶瓷涂层30在第二极片上的设置过程可以为，在通过斑马涂布的方式，完成集流体10上活性物质的涂覆动作之后，在依次进行辊压、分切以及模切操作之前，在所涂覆活性物质靠近极耳部12的一侧边缘涂布陶瓷涂料，所涂布陶瓷涂料一方面能降低集流体10在后续模切过程的产生毛刺的概率，使电池的安全性得到进一步提升；另一方面也能起到绝缘效果，即在电池极片卷绕形成电芯的过程中，避免不同极性的电池极片的极耳之间因接触导致的短路问题，提高电池的安全性。
在陶瓷涂料涂布完成以后，上述陶瓷涂料即覆盖在活性物质的边缘部分，后续模切操作在切割基部上多余的活性物质的同时，也会相应切割覆盖在多余的活性物质上的陶瓷涂料部分，之后经过清洗操作，剩余的陶瓷涂料即覆盖残余活性涂层上形成陶瓷涂层30。
上述陶瓷涂料至少包括溶剂材料、陶瓷颗粒和粘结材料，陶瓷颗粒包括但不限于氧化铝材料、二氧化硅材料和勃母石材料等，溶剂材料用于分散陶瓷颗粒，溶剂材料包括但不限于N-甲基吡咯烷酮、无水乙醇、丁酮、环氧树脂、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二甲酯、聚丙烯等，粘结材料用于粘结陶瓷颗粒，粘结材料包括但不限于聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1，1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
可选的，所述陶瓷涂层30与所述基区活性涂层21之间的间距大于0，且小于或等于2毫米。
如图5和图6所示，基区活性涂层21一侧的边缘区活性涂层22靠近前述陶瓷涂料，基区活性涂层21另一侧的边缘区活性涂层22远离所述陶瓷涂料，在模切过程中，基于前述第一距离对远离陶瓷涂料的边缘区活性涂层22进行模切，使远离陶瓷涂料的边缘区活性涂层22，基于第二距离对靠近陶瓷涂层30的边缘区活性涂层22进行模切，靠近陶瓷涂层30的边缘区活性涂层22被部分切割，上述第二距离大于0，且小于或等于2毫米，通过上述设置，确保每一极耳部12上陶瓷涂层30的充分形成(即避免模切操作对陶瓷涂料的过度切割)，使陶瓷涂层30的防短路功能得到充分发挥，并且，在靠近陶瓷涂层30的边缘区活性涂层22被部分切割的情况下，通过陶瓷涂层30对未被切割的边缘区活性涂层22进行覆盖，也能在极耳部12上焊接极耳的过程中，避免残余的边缘区活性涂层22与极耳的接触，减轻极耳在焊接过程中受到的不利影响，使极耳在极耳部12上能保有较好的焊接效果。
实际中，受模切误差的影响，模切后所保留的基区活性涂层21的边缘可以与所述基部11的集流体10的边缘平齐，模切后所保留的基区活性涂层21的边缘也可以越过所述基部11的集流体10的边缘(即基区活性涂层21的边缘延伸至极耳部12上)，模切后所保留的基区活性涂层21的边缘还可以位于所述基部11的集流体10的边缘远离极耳部12的一侧，所述基部11的集流体10的边缘参见图6中所示出的虚线。
可选的，所述模切所述边缘区活性涂层22，获得电池极片，包括：
基于第一距离模切所述边缘区活性涂层22，所述第一距离大于所述边缘区活性涂层22的宽度，所述边缘区活性涂层22的宽度大于0，且小于或等于8毫米。
通过设定第一距离大于边缘区活性涂层22的宽度的方式，来确保边缘区活性涂层22在模切操作中被充分切割，避免操作误差导致的边缘性活性涂层20的残留。
如图3所示，边缘区活性涂层22分布于基区活性涂层21的两侧，位于基区活性涂层21的任意一侧的边缘区活性涂层22的宽度大于0，且小于或等于8毫米；边缘区活性涂层22的宽度方向为图3中双向箭头所示出方向。
实际中，可以先对基区活性涂层21一侧的边缘区活性涂层22进行模切，再对基区活性涂层21另一侧的边缘区活性涂层22进行模切；也可以同时完成基区活性涂层21两侧的边缘区活性涂层22的模切操作，本申请实施例对基区活性涂层21两侧的边缘区活性涂层22的在模切过程中的先后次序并不加以限定。
可选的，所述基区活性涂层21的宽度大于或等于20毫米，且小于或等于200毫米。
实际中，可基于所制作电池极片的规格，在20毫米至200毫米的范围内适应性调整基区活性涂层21的宽度，以适配电池极片的规格。所述基区活性涂层21的宽度方向与边缘区活性涂层22的宽度方向一致。
本申请实施例还提供一种电池极片，所述电池极片由前述实施例提供的电池极片制作方法制作得到，所述电池极片包括：
集流体10和平铺于所述集流体10上的基区活性涂层21，所述集流体10包括基部11和从所述基部11延伸出的N个极耳部12，所述基区活性涂层21位于所述基部11上，所述基区活性涂层21在所述基部11上的涂覆厚度均匀，N为大于1的整数。
通过上述设置，在电池化成阶段中，利用厚度均匀的基区活性涂层21的设置，使基区活性涂层21的各个位置的受力趋近一致，以避免基区活性涂层21的各个位置的电流密度不均匀，这保障了具有多极耳结构的锂离子电池在化成阶段的一致性，提升了具有多极耳结构的锂离子电池的循环性能，降低具有多极耳结构的锂离子电池的析锂风险。
可选的，所述电池极片还包括N个陶瓷涂层30，一个极耳部12上设置一个陶瓷涂层30。
通过上述设置，在锂离子电池的充放电过程中，利用每一极耳部12上的陶瓷涂层30的设置，避免不同极性的电池极片的极耳之间因接触导致的短路问题，提高电池的安全性。
陶瓷涂层30的设置过程参见前述示例，为避免重复，在此不再赘述。
可选的，所述基区活性涂层21的宽度大于或等于20毫米，且小于或等于200毫米。
实际中，可基于所制作电池极片的规格，在20毫米至200毫米的范围内适应性调整基区活性涂层21的宽度，以适配电池极片的规格。所述基区活性涂层21的宽度方向参见图2中双向箭头所示出的方向。
可选的，所述陶瓷涂层30与所述基区活性涂层21之间的间距大于0，且小于或等于2毫米。
通过上述设置，对陶瓷涂层30与基区活性涂层21之间的间距进行限定，在确保基区活性涂层21与陶瓷涂层30相互独立的情况下，避免陶瓷涂层30的存在对极耳在极耳部12上焊接空间的挤占，使极耳部12上能预留充裕的用于焊接极耳的空间。
本申请实施例还提供一种锂离子电池，包括隔膜、正极片、负极片、电解质以及包装外壳，所述正极片和所述负极片中的至少一种为前述实施例所提供的电池极片。
实际应用中，对锂离子电池的测试如下：
设定实验组1的锂离子电池通过下述步骤制得：
步骤S1、采用斑马涂布的方式，在正极集流体10表面涂布正极活性涂料，涂布后烘干，随后进行辊压、分切和模切操作(模切正极集流体10上的正极活性涂料的边缘)，以形成长度为1000毫米，宽度为103毫米的正极片，正极活性涂料使用钴酸锂作活性材料、使用导电炭黑作导电剂、使用N-甲基吡咯烷酮作溶剂，使用丁苯橡胶作粘接剂、使用聚乙烯吡咯烷酮作增稠剂。
步骤S2、采用斑马涂布的方式，在负极集流体10表面涂布负极活性涂料，涂布后烘干，随后进行辊压、分切和模切操作(模切负极集流体10上的负极活性涂料的边缘)，以形成长度为989毫米，宽度为96毫米的负极片，负极活性涂料使用石墨做活性材料，去离子水作溶剂，导电炭黑作导电剂，使用丁苯橡胶作粘接剂、羧甲基纤维素钠作增稠剂。
步骤S3、将正极片、负极片与隔膜进行叠放，并通过卷绕的方式制得卷芯，再利用铝塑膜对卷芯进行封装，制得电芯；随后通过注液、陈化、化成、分选等工序，获得锂离子电池。
设定实验组2的锂离子电池为：
实验组2的电池制作步骤与实验组1的电池的制作步骤相同，区别在于，在实验组2的锂离子电池中，正极片的长度为1000毫米，宽度为101毫米。
设定对照组1的锂离子电池为：
对照组1的电池制作步骤与实验组1的电池的制作步骤相同，区别在于，在对照组1的锂离子电池中，正极片的长度为1000毫米，宽度为98毫米。
对实验组1-2的锂离子电池的电芯以及对照组1的锂离子电池的电芯进行压敏纸测试发现，实验组1、2电芯的化成压力均一性明显优于对照组1电芯的化成压力均一性，尤其是经过模切处理后的电芯的头部区域(涂层减薄区域)，化成压力均一性得到了显著提升。
请参阅图7，图7是本申请实施例提供的一种电池极片制作装置300的结构示意图，如图7所示，上述电池极片制作装置300包括：
获取模块301，用于获取极片元件，所述极片元件包括集流体和平铺于所述集流体上的活性涂层，所述集流体包括基部和从所述基部延伸出的N个极耳部，所述活性涂层位于所述基部上，所述活性涂层包括基区活性涂层、以及从所述基区活性涂层延伸出的边缘区活性涂层，所述基区活性涂层的厚度均匀，所述边缘区活性涂层的厚度小于所述基区活性涂层的厚度，N为大于1的整数。
模切模块302，用于模切所述边缘区活性涂层，获得电池极片。
可选的，模切模块302具体包括：
基于第一距离模切所述边缘区活性涂层，所述第一距离大于所述边缘区活性涂层的宽度，所述边缘区活性涂层的宽度大于0，且小于或等于8毫米。
可选的，所述电池极片还包括N个陶瓷涂层，一个极耳部上设置一个陶瓷涂层。
可选的，所述陶瓷涂层与所述基区活性涂层之间的间距大于0，且小于或等于2毫米。
可选的，所述基区活性涂层的宽度大于或等于20毫米，且小于或等于200毫米。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (10)
1.一种电池极片的制作方法，其特征在于，包括：
获取极片元件，所述极片元件包括集流体和平铺于所述集流体上的活性涂层，所述集流体包括基部和从所述基部延伸出的N个极耳部，所述活性涂层位于所述基部上，所述活性涂层包括基区活性涂层、以及从所述基区活性涂层延伸出的边缘区活性涂层，所述基区活性涂层的厚度均匀，所述边缘区活性涂层的厚度小于所述基区活性涂层的厚度，N为大于1的整数；
模切所述边缘区活性涂层，获得电池极片。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述模切所述边缘区活性涂层，获得电池极片，包括：
模切所述边缘区活性涂层，获得第一极片，所述第一极片的极耳部覆盖有剩余活性涂层；
对所述剩余活性涂层进行清洗，获得电池极片。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述获取极片元件之后，所述模切所述边缘区活性涂层，获得电池极片之前，所述方法还包括：
在所述集流体上平铺设置N个陶瓷涂层，所述N个陶瓷涂层和所述N个极耳部一一对应，每一所述陶瓷涂层位于其所对应的极耳部上。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述陶瓷涂层与所述基区活性涂层之间的间距大于0，且小于或等于2毫米。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述模切所述边缘区活性涂层，获得电池极片，包括：
基于第一距离模切所述边缘区活性涂层，所述第一距离大于所述边缘区活性涂层的宽度，所述边缘区活性涂层的宽度大于0，且小于或等于8毫米。
6.一种电池极片，其特征在于，包括：
集流体和平铺于所述集流体上的基区活性涂层，所述集流体包括基部和从所述基部延伸出的N个极耳部，所述基区活性涂层位于所述基部上，所述基区活性涂层在所述基部上的涂覆厚度均匀，N为大于1的整数。
7.根据权利要求6所述的电池极片，其特征在于，所述基区活性涂层的宽度大于或等于20毫米，且小于或等于200毫米。
8.根据权利要求6所述的电池极片，其特征在于，所述电池极片还包括N个陶瓷涂层，一个极耳部上设置一个陶瓷涂层。
9.根据权利要求8所述的电池极片，其特征在于，所述陶瓷涂层与所述基区活性涂层之间的间距大于0，且小于或等于2毫米。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括隔膜、正极片、负极片、电解质以及包装外壳，所述正极片和所述负极片中的至少一种为权利要求6至9中任一项所述的电池极片。
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