CN115548467A - 一种电极组件、电极组件的制备方法及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电极组件、电极组件的制备方法及电池，电极组件包括正极片和负极片，所述正极片和所述负极片之间具有第一隔离层，沿极片的宽度方向，所述第一隔离层依次包括第一边缘区域、中间区域和第二边缘区域；所述中间区域的孔径大于任一边缘区域的孔径；和/或所述中间区域的孔隙率大于任一边缘区域的孔隙率。通过调整第一隔离层的孔径和/或孔隙率在不同位置的不均匀发布，使得中间区域的吸液能力大于边缘区域的吸液能力，提高了中间区域的保液量，改善了中间区域因为电解液过少而动力学性能不足的问题，减少了负极片中间区域析锂的情况，提升了电池的循环性能，增强了电池的安全性。

Description

一种电极组件、电极组件的制备方法及电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电极组件、电极组件的制备方法及电池。
背景技术
随着电动汽车和可移动电子设备的高速发展，对锂离子电池的能量密度、循环性能、安全性等提出了更高的要求。通常电芯包括正极片、隔膜和负极片，电解液通过电芯顶部和底部的缝隙进入电芯的内部，以浸润整个电芯，便于正极片和负极片之间锂离子的交换。
然而，现有技术中，当电极片压实密度较大时，电解液在电极片中间区域的浸润程度低于电解液在边缘区域域的浸润程度，随着循环次数的增加，电池内部电解液因消耗而逐渐减少，在电池循环后期，容易出现负极片中间区域析锂的情况，降低电池的循环性能，甚至影响电池的安全性。
发明内容
本发明实施例提供一种电极组件、电极组件的制备方法及电池，以解决现有技术中电池性能较差的问题。
本发明实施例提供了一种电极组件，包括正极片和负极片，所述正极片和所述负极片之间具有第一隔离层，沿极片的宽度方向，所述第一隔离层依次包括第一边缘区域、中间区域和第二边缘区域；
所述中间区域的孔径大于任一边缘区域的孔径；和/或
所述中间区域的孔隙率大于任一边缘区域的孔隙率。
可选地，所述第一隔离层涂覆于所述正极片的第一表面或所述负极片的第一表面。
可选地，还包括第二隔离层，沿极片的宽度方向，所述第二隔离层依次包括所述第一边缘区域、所述中间区域和所述第二边缘区域；
在所述第一隔离层涂覆于所述正极片的第一表面的情况下，所述第二隔离层涂覆于所述正极片的第二表面，或者，所述第二隔离层涂覆于所述负极片的第二表面；
在所述第一隔离层涂覆于所述负极片的第一表面的情况下，所述第二隔离层涂覆于所述负极片的第二表面，或者，所述第二隔离层涂覆于所述正极片的第二表面。
可选地，所述中间区域的宽度与第一宽度之间的比值范围为1:20至1:1，所述第一宽度为所述第一边缘区域的宽度与所述第二边缘区域的宽度之和。
可选地，在所述中间区域的孔径大于任一边缘区域的孔径的情况下，所述中间区域的孔径与所述第一边缘区域的孔径的差值的范围为50纳米至3000纳米。
可选地，在所述中间区域的孔径大于任一边缘区域的孔径的情况下，所述中间区域的孔径与所述第二边缘区域的孔径的差值的范围为50纳米至3000纳米。
可选地，在所述中间区域的孔隙率大于任一边缘区域的孔隙率的情况下，所述中间区域的孔隙率与所述第一边缘区域的孔隙率的差值的范围为10％至50％。
可选地，在所述中间区域的孔隙率大于任一边缘区域的孔隙率的情况下，所述中间区域的孔隙率与所述第二边缘区域的孔隙率的差值的范围为10％至50％。
可选地，所述第一隔离层的孔径范围为0.2微米至30微米。
可选地，所述第一隔离层的孔隙率范围为20％至95％。
可选地，所述第一隔离层的宽度大于任一极片的宽度0.1毫米至10毫米；
所述第一隔离层的长度大于任一极片的长度0.1毫米至10毫米。
可选地，所述第一隔离层的厚度范围为1微米至20微米。
本发明实施例还提供了一种电极组件的制备方法，所述方法包括：
将聚合物纳米纤维、交联剂、引发剂混合，制得第一溶液；
基于所述第一溶液在电极片的至少一侧表面进行纺丝，制得纳米纤维基体，所述纳米纤维基体依次涂覆在所述电极片至少一侧表面的第一边缘区域、中间区域和第二边缘区域；
对所述纳米纤维基体进行热处理，以在所述电极片的至少一侧表面形成隔离层，在所述中间区域的隔离层的孔径和孔隙率中的至少一项大于任一边缘区域的隔离层的孔径和孔隙率。
本发明实施例还提供了一种电池，包括上述的电极组件。
本实施方式中，通过调整第一隔离层的孔径和/或孔隙率在不同位置的不均匀发布，使得中间区域的孔径和孔隙率中的至少一项大于任一边缘区域的孔径和孔隙率，以提升中间区域的吸液能力，使得电解液在极片之间分布均匀，这样，中间区域的吸液能力大于边缘区域的吸液能力，提高了中间区域的保液量，改善了中间区域因为电解液过少而动力学性能不足的问题，减少了负极片中间区域析锂的情况，提升了电池的循环性能，增强了电池的安全性。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的电极组件的结构示意图之一；
图2是本发明实施例提供的电池中电解液的浸润路线图；
图3是本发明实施例提供的一示例中电极组件的结构示意图之一；
图4是本发明实施例提供的一示例中电极组件的结构示意图之二；
图5是本发明实施例提供的另一示例中电极组件的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的另一示例中电极组件的结构示意图之一；
图7是本发明实施例提供的另一示例中电极组件的结构示意图之二；
图8是本发明实施例提供的电极组件的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的结构在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。
本发明实施例提供了一种电极组件，如图1至图7所示，包括正极片10和负极片20，正极片10和负极片20之间具有第一隔离层30，沿极片的宽度方向，第一隔离层30层依次包括第一边缘区域、中间区域和第二边缘区域；
所述中间区域的孔径大于任一边缘区域的孔径；和/或
所述中间区域的孔隙率大于任一边缘区域的孔隙率。
本实施方式中，通过调整第一隔离层30的孔径和/或孔隙率在不同位置的不均匀发布，使得中间区域的孔径和孔隙率中的至少一项大于任一边缘区域的孔径和孔隙率，以提升中间区域的吸液能力，使得电解液在极片之间分布均匀，这样，中间区域的吸液能力大于边缘区域的吸液能力，提高了中间区域的保液量，改善了中间区域因为电解液过少而动力学性能不足的问题，减少了负极片中间区域析锂的情况，提升了电池的循环性能，增强了电池的安全性。
其中，正极片10可以包含正极集流体101和正极活性材料102。正极集流体101可以是本领域内常用的任何一种正极集流体，如铝箔、铝合金箔或复合集流体等。正极活性材料102可以是现有技术中的任何正极活性材料，例如正极活性材料102可以包括钴酸锂(LCO)、磷酸铁锂(LFP)、磷酸钒锂(LVP)、磷酸钴锂(LCOP)、锰酸锂(LMO)、磷酸锰锂(LMP)、镍钴锰三元材料(NCM)、镍钴铝三元材料(NCA)、镍钴锰铝四元材料(NCMA)、富锂锰基中的一种或多种类。
其中，负极片20可以包含负极集流体201和负极活性材料202。负极集流体201可以是本领域公知的任何一种负极集流体，例如铜箔、铜合金箔或复合集流体等。负极活性材料202可以是现有技术中的任何负极活性材料，例如负极活性材料202可以包括石墨、硅、硅碳或硅氧中的至少一种。
其中正极片10和负极片20中还包括导电剂和粘接剂，在此不做限定，应当理解的是只要能实现本发明目的导电剂和粘接剂均可以用以制备正极片10和负极片20。例如，导电剂可以包括导电炭黑(SP)、碳纳米管(CNTs)、碳纤维或石墨烯等中的至少一种。粘接剂可以包括丁苯橡胶(SBR)、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)或羧甲基纤维素锂(CMC-Li)等中的至少一种。
具体的，如图2所示，图2示出了电池中电解液的浸润路线图。在锂离子电池的一般工艺中，在将卷芯004进行封装后，会从预留的气囊袋001一侧进行注液，电解液首先会沿着极耳侧和卷芯底部005的缝隙扩散进入卷芯内部，然后借助隔膜的吸附作用和极片孔隙的毛细作用逐渐浸润整个电池。这样，在电解液向卷芯内部浸润的过程中，第一隔离层30层的中间区域006的孔径和孔隙率中的至少一项大于任一边缘区域(极耳侧和卷芯底部005)的孔径和孔隙率，提升了电解液在中间区域006(即卷芯中间区)的浸润程度，减少卷芯中间区由于电解液不足导致的负极片20出现析锂的情况，从而提升了电池的循环性能，增强了电池的安全性。
其中，极耳侧包括正极耳002和负极耳003。
可选地，第一隔离层30可以涂覆于正极片10的第一表面或负极片20的第一表面。
在一些实施例中，在正极片10的第一表面涂覆第一隔离层30，正极片10的第一表面与负极片20的第一表面相对设置，使得第一隔离层30位于正极片10和负极片20之间，以将正极片10与负极片20间隔设置，避免正负极直接接触导致电池出现短路的情况，即第一隔离层30可以起到隔膜的作用，且第一隔离层30的厚度不超过隔膜的厚度，通过第一隔离层30替代隔膜，减少了电池能量密度的损失。
可选地，还包括第二隔离层40，沿极片的宽度方向，第二隔离层40依次包括所述第一边缘区域、所述中间区域和所述第二边缘区域；换言之，第二隔离层40可以与第一隔离层30具有相同的结构。
在一示例中，如图3至图4所示，在第一隔离层30涂覆于正极片10的第一表面，第二隔离层40涂覆于正极片10的第二表面，即在正极片10相背设置的第一表面和第二表面分别涂覆第一隔离层30和第二隔离层40，形成第一隔离层30+正极片10+第二隔离层40的结构，然后按照负极片20、第一隔离层30+正极片10+第二隔离层40的方式的形式堆叠后一起卷绕，最后形成卷芯，第二隔离层40用于将正极片10与卷绕后相邻的负极片20间隔设置，避免正负极直接接触导致电池出现短路的情况，即通过第一隔离层30和第二隔离层40替代了正极片10和负极片20之间的隔膜，减少了电池能量密度的损失。并且，通过调整隔离层(第一隔离层30和第二隔离层40)的孔径和/或孔隙率在不同位置的不均匀发布，使得隔离层中间区域的孔径和孔隙率中的至少一项大于任一边缘区域的孔径和孔隙率，使得中间区域的吸液能力大于边缘区域的吸液能力，提高了中间区域的保液量，改善了中间区域因为电解液过少而动力学性能不足的问题，减少了负极片中间区域析锂的情况，提升了电池的循环性能，增强了电池的安全性。
其中，正极片10的第一表面和第二表面可以是分别设置在正极集流体101相背两侧的正极活性材料102的表面，换言之，第一隔离层30和第二隔离层40分别涂覆于两侧正极活性材料102表面，其中一个第一隔离层30夹设于正极活性材料102和负极活性材料202之间，负极活性材料202分别涂覆在负极集流体201的两侧表面。
在另一示例中，如图5所示，在第一隔离层30涂覆于正极片10的第一表面，第二隔离层40涂覆于负极片20的第二表面，即第一隔离层30和第二隔离层40可以分别形成在正极片10的第一表面和负极片20的第二表面，负极片20的第二表面为远离第一隔离层30的一面，然后按照正极片10+第一隔离层30、负极片20+第二隔离层40的方式的形式堆叠后一起卷绕，最后形成卷芯，同样可以达到相同的技术效果，在此不再赘述。
在另一些实施例中，在负极片20的第一表面涂覆第一隔离层30，负极片20的第一表面与正极片10的第一表面相对设置，使得第一隔离层30位于正极片10和负极片20之间，以将正极片10与负极片20间隔设置，避免正负极直接接触导致电池出现短路的情况，即第一隔离层30可以起到隔膜的作用，通过第一隔离层30替代隔膜，减少了电池能量密度的损失。
在一示例中，如图6至图7所示，在第一隔离层30涂覆于负极片20的第一表面，第二隔离层40涂覆于负极片20的第二表面，即在负极片20相背设置的第一表面和第二表面分别涂覆第一隔离层30和第二隔离层40，形成第一隔离层30+负极片20+第二隔离层40的结构，然后按照正极片10、第一隔离层30+负极片20+第二隔离层40的方式的形式堆叠后一起卷绕，最后形成卷芯，第二隔离层40用于将负极片20与卷绕后相邻的正极片10间隔设置，避免正负极直接接触导致电池出现短路的情况，即通过第一隔离层30和第二隔离层40替代了正极片10和负极片20之间的隔膜，减少了电池能量密度的损失。并且，通过调整隔离层(第一隔离层30和第二隔离层40)的孔径和/或孔隙率在不同位置的不均匀发布，使得隔离层中间区域的孔径和孔隙率中的至少一项大于任一边缘区域的孔径和孔隙率，使得中间区域的吸液能力大于边缘区域的吸液能力，提高了中间区域的保液量，改善了中间区域因为电解液过少而动力学性能不足的问题，减少了负极片中间区域析锂的情况，提升了电池的循环性能，增强了电池的安全性。
其中，负极片20的第一表面和第二表面可以是分别设置在负极集流体201相背两侧的负极活性材料202的表面，换言之，第一隔离层30和第二隔离层40分别涂覆于两侧负极活性材料202表面，其中一个第一隔离层30夹设于正极活性材料102和负极活性材料202之间，正极活性材料102分别涂覆在正极集流体101的两侧表面。
在另一示例中，在第一隔离层30涂覆于负极片20的第一表面，第二隔离层40涂覆于正极片10的第二表面，然后按照负极片20+第一隔离层30、正极片10+第二隔离层40的方式的形式堆叠后一起卷绕，最后形成卷芯，同样可以达到相同的技术效果，在此不再赘述。
可选地，所述中间区域的宽度与第一宽度之间的比值范围为1:20至1:1，所述第一宽度为所述第一边缘区域的宽度与所述第二边缘区域的宽度之和。
本实施方式中，如图1所示，中间区域可以是第一隔离层30在极片宽度方向上靠近极片宽度中线的区域范围，第一边缘区域和第二边缘区域可以是极片宽度方向上中间区域两侧的区域范围。第一边缘区域的宽度与第二边缘区域的宽度可以相等。中间区域的宽度记为W1，第一宽度记为W2，则第一边缘区域的宽度可以是W2/2，第二边缘区域的宽度也可以是W2/2。W1和W2之间的比值范围可以是1:20至1:1，例如，中间区域的宽度可以是40毫米，第一边缘区域的宽度可以50毫米，第二边缘区域的宽度可以50毫米。以提升电池的循环性能。
其中，第二隔离层40可以与第一隔离层30具有相同的结构，并可以达到相同的技术效果，在此不再赘述。
在一些可选地实施方式中，在所述中间区域的孔径大于任一边缘区域的孔径的情况下，所述中间区域的孔径与第一孔径的差值的范围为50纳米至3000纳米，和/或，所述中间区域的孔径与与第二孔径的差值的范围为50纳米至3000纳米，所述第一孔径为所述第一边缘区域的孔径，所述第二孔径为所述第二边缘区域的孔径。隔离层(第一隔离层30和第二隔离层40)在中间区域的孔径记为d1，隔离层在任一边缘区域的孔径记为d2，d1-d2的范围可以是50nm至3000nm，使得中间区域的吸液能力大于边缘区域的吸液能力，改善了中间区域因为电解液过少而动力学性能不足的问题，减少了负极片中间区域析锂的情况，提升了电池的循环性能，增强了电池的安全性。
其中，第一隔离层30的孔径范围可以是0.2微米至30微米，优选0.5微米至10微米；第二隔离层40的孔径范围可以是0.2微米至30微米，优选0.5微米至10微米。隔离层的孔径在此范围内可以保证隔离层具有合适的机械强度，满足锂离子电池的一般需求。减少孔径过大导致隔离层结构不稳定、机械强度差、抗刺穿能力低的情况，避免正负极局部短路，提升了电池的电化学性能及安全性能。
在一些可选地实施方式中，在所述中间区域的孔隙率大于任一边缘区域的孔隙率的情况下，所述中间区域的孔隙率与第一孔隙率的差值的范围为10％至50％，和/或，所述中间区域的孔隙率与第二孔隙率的差值的范围为10％至50％，所述第一孔隙率为所述第一边缘区域的孔隙率，所述第二孔隙率为所述第二边缘区域的孔隙率。隔离层(第一隔离层30和第二隔离层40)在中间区域的孔隙率记为α1，隔离层在任一边缘区域的孔隙率记为α2，α1-α2的范围可以是10％至50％，使得中间区域的吸液能力大于边缘区域的吸液能力，改善了中间区域因为电解液过少而动力学性能不足的问题，减少了负极片中间区域析锂的情况，提升了电池的循环性能，增强了电池的安全性。
其中，第一隔离层30的孔隙率范围可以是20％至95％，优选40％至80％；第二隔离层40的孔隙率范围可以是20％至95％，优选40％至80％。隔离层的孔隙率在此范围内可以保证电解液的浸润和离子传导性能。避免孔隙率过小导致隔离层吸液能力低、堵塞锂离子传输，同时，避免孔隙率过大导致隔离层结构不稳定、机械强度差、抗刺穿能力低，减少正负极局部短路的情况，提升了电池的循环性能及安全性能。
在一些可选地实施方式中，隔离层(第一隔离层30和第二隔离层40)的宽度大于任一极片的宽度0.1毫米至10毫米，优选0.5毫米至2毫米；隔离层的长度大于任一极片的长度0.1毫米至10毫米，优选0.5毫米至2毫米。
隔离层的宽度和长度超出极片的部分类似于传统锂离子电池结构中的伸出量(overhang)，这一部分主要依靠隔离层中各纳米纤维之间的定向或随机搭接，使得隔离层超出极片的部分在没有载体的情况下也能形成隔离层。伸出量太小，可能会造成正负极片边缘接触，引起局部短路，造成安全隐患；伸出量太大，会造成锂离子电池能量密度的损失。从而，提升了电池的能量密度和安全性性。
在一些可选地实施方式中，隔离层(第一隔离层30和第二隔离层40)的厚度范围可以是1微米至20微米。本发明提供的电极组件中的隔离层小于或等于现有商用隔膜的厚度，从而提高或保持锂离子电池的能量密度。
在一些可选地实施方式中，隔离层(第一隔离层30和第二隔离层40)包括纳米纤维基体301，所述中间区域的纳米纤维基体的纺丝量少于任一边缘区域的纳米纤维基体的纺丝量。通过控制纺丝量，使得中间区域的纳米纤维基体的纺丝量少于任一边缘区域的纳米纤维基体的纺丝量，从而调整隔离层的孔径和/或孔隙率在不同位置的不均匀发布，使得中间区域的孔径和孔隙率中的至少一项大于任一边缘区域的孔径和孔隙率，以提升中间区域的吸液能力，这样，提高了中间区域的保液量，改善了中间区域因为电解液过少而动力学性能不足的问题，减少了负极片中间区域析锂的情况，提升了电池的循环性能，增强了电池的安全性。
其中，纳米纤维基体中纳米纤维的直径可以是0.1nm至5000nm，优选0.1nm至1000nm。纳米纤维的直径在此范围内可以使隔离层具有合适的孔隙率，提升隔离层的吸液能力和离子传输性能。纳米纤维基体包含高熔点聚合物纳米纤维和低熔点聚合物纳米纤维中的一种或多种。
可选地，隔离层还包括颗粒填充物302，所述中间区域的颗粒填充物的含量少于任一边缘区域的颗粒填充物的含量，颗粒填充物的体积占隔离层固体物质总体积的0％至95％，优选30％至70％。使得中间区域的孔径和孔隙率中的至少一项大于任一边缘区域的孔径和孔隙率，以提升中间区域的吸液能力。
其中，纳米纤维基体可以通过电纺丝、离心纺丝、气纺丝、电吹法、熔喷法、闪蒸法等工艺制备而成；颗粒填充物可以通过电沉积法、涂布法、印刷法、浸渍法旋转法、等工艺制备而成。
需要说明的是，沉积纳米纤维基体和颗粒填充物的顺序没有特别限制，只要能够形成隔离层即可。例如，纳米纤维基体和颗粒填充物可以同时沉积或者交替沉积形成的隔离层。
其中，颗粒填充物包括高熔点聚合物颗粒、低熔点聚合物颗粒、无机颗粒中的一种或多种。颗粒填充物的粒径大小可以是1nm至10μm。
其中，形成高熔点聚合物纳米纤维或高熔点聚合物颗粒的聚合物熔点一般大于160℃，形成低熔点聚合物纳米纤维或低熔点聚合物颗粒的聚合物熔点一般为70℃至130℃。
其中，高熔点聚合物包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚氧化乙烷或上述物质的衍生物中的至少一种。
其中，低熔点聚合物包括聚乙烯(PE)、聚苯乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚乙烯丁醛或聚丙烯酸酯中的至少一种。
其中，无机颗粒包括勃姆石、Al2O3、SiO2、MgO、CaO、BaO、HFO2、ZnO、NiO、SrTiO3、SnO2、CeO2、ZrO2、Y2O3、TiO2、氢氧化铝、氢氧化镁、锂氮化物、磷酸锂、锂钛磷酸盐、锂铝钛磷酸盐、锂镧钛酸盐、锂锗硫代磷酸盐、SiS2玻璃、P2S5玻璃、Li2O、LiF、LiOH、Li2CO3、LiAlO2或陶瓷中的一种或多种。
可选地，纳米纤维基体和/或颗粒填充物中还包含交联剂和引发剂。
其中，交联剂包括多异氰酸酯、六甲氧基甲基三聚氰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、碳二亚胺、三羟甲基丙烷、氮丙啶、过氧化二异丙苯、丙烯酸丁酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、双酚A环氧树脂、丙烯酸酯衍生物、含腈基聚合物、苯乙烯、氟乙烯、丙烯腈、丙烯酸胺、醋酸乙烯酯、烷基乙烯基醚、环氧烷烃或氧杂环丁烷衍生物中的一种或多种。
其中，引发剂包括氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基眯盐酸盐、三氟化硼、五氟化磷、四氯化钛、四氯化锡或二氯化锌中的一种或多种。
本发明实施例还提供了一种电极组件的制备方法，如图8所示，所述方法包括如下步骤：
步骤801、将聚合物纳米纤维、交联剂、引发剂混合，制得第一溶液；
该步骤中，聚合物纳米纤维可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚氧化乙烷或上述物质的衍生物、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚乙烯丁醛或聚丙烯酸酯中的至少一种。
交联剂包括多异氰酸酯、六甲氧基甲基三聚氰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、碳二亚胺、三羟甲基丙烷、氮丙啶、过氧化二异丙苯、丙烯酸丁酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、双酚A环氧树脂、丙烯酸酯衍生物、含腈基聚合物、苯乙烯、氟乙烯、丙烯腈、丙烯酸胺、醋酸乙烯酯、烷基乙烯基醚、环氧烷烃或氧杂环丁烷衍生物中的一种或多种。
引发剂包括氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基眯盐酸盐、三氟化硼、五氟化磷、四氯化钛、四氯化锡或二氯化锌中的一种或多种。
将聚合物纳米纤维、交联剂、引发剂按预设比例分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/丙酮(7:3)溶剂中，混合制得第一溶液。预设比例可以是95％：4.5％：0.5％的百分比。
步骤802、基于所述第一溶液在电极片的至少一侧表面进行纺丝，制得纳米纤维基体，所述纳米纤维基体依次涂覆在所述电极片至少一侧表面的第一边缘区域、中间区域和第二边缘区域；
该步骤中，在已涂覆活性物质的电极片的一个表面上，利用第一溶液作为原料，通过电纺丝、离心纺丝、气纺丝、电吹法、熔喷法、闪蒸法等工艺，制备纳米纤维多孔基体。其中，在任一区域的纳米纤维基体的直径相同的情况下，中间区域的纳米纤维基体的纺丝量少于任一边缘区域的纳米纤维基体的纺丝量，和/或，在任一区域的颗粒填充物的粒径相同的情况下，所述中间区域的颗粒填充物的含量少于任一边缘区域的颗粒填充物的含量，从而实现中间区域的孔径/孔隙率大于任一边缘区域的孔径/孔隙率，隔离层的单侧厚度可以是10μm；
需要说明的是，中间区域的孔径/孔隙率大于任一边缘区域的孔径/孔隙率的设置方式，还可以是通过调整纳米纤维基体的直径和/或颗粒填充物的粒径等方式实现，同样可以达到相同是技术效果，在此不再赘述。
根据实际情况，在电极片的另一个表面，同样可以设置隔离层。
步骤803、对所述纳米纤维基体进行热处理，以在所述电极片的至少一侧表面形成隔离层，在所述中间区域的隔离层的孔径和孔隙率中的至少一项大于任一边缘区域的隔离层的孔径和孔隙率。
该步骤中，在40℃条件下真空烘干去除溶剂，随后升高温度至80℃热处理完成纳米纤维多孔基体的交联过程，即可得到双面涂布隔离层的电极片，即电极组件，电极片可以是正极片或负极片。
将制备好的电极组件，经过辊压、分切、制片后，进行卷绕，形成卷芯，并经过封装、注液、陈化、化成、二封、分选后，形成锂离子电池。以上工序均是锂离子电池生产制造的一般工艺流程，在此不再详细说明。
这样，通过电纺丝、离心纺丝、气纺丝、电吹法、熔喷法、闪蒸法等工艺，制备纳米纤维多孔基体，使得中间区域的纳米纤维基体的纺丝量少于任一边缘区域的纳米纤维基体的纺丝量，从而调整隔离层的孔径和/或孔隙率在不同位置的不均匀发布，使得中间区域的孔径和孔隙率中的至少一项大于任一边缘区域的孔径和孔隙率，以提升中间区域的吸液能力，这样，中间区域的吸液能力大于边缘区域的吸液能力，提高了中间区域的保液量，改善了中间区域因为电解液过少而动力学性能不足的问题，减少了负极片中间区域析锂的情况，提升了电池的循环性能，增强了电池的安全性。
本发明实施例还提供了一种电池，包括上述的电极组件。
需要说明的是。上述电极组件的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。
以下基于实施例1-16和对比例1-3，说明根据本发明的纳米纤维多孔基体的隔离层的制备。这些实施例以负极片20为例进行说明，并且在负极片20的两个表面上沉积一体化隔离层。应当理解，所述一体化隔离层也可以沉积在正极片10的两个表面上，或者在负极片20的一个表面上和正极片10的一个表面上分别沉积一层一体化隔离层，这些实施方式同样可以实现本申请的目的。本领域技术人员，应当理解，这些实施方式同样在本申请的保护范围内。
实施例1：
正极片10的制备：
将正极活性材料钴酸锂(LiCoOz)、导电炭黑(SP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)按照重量比97.5:1.3:1.2进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的一个表面上。然后在正极集流体铝箔的另一个表面上，重复以上步骤，得到双面涂布完成的正极片10。
负极片20的制备：
1)将PVDF，丙烯腈和三氟化硼按质量百分比95％：4.5％：0.5％的比例分散在DMF/丙酮(7:3)溶剂中，得到溶液A；
2)将负极活性材料石墨(Graphite)、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)、导电炭黑(Super P)按照重量比97:1.2:1.3:0.5进行混合，加入去离子水(H2O)作为溶剂，并搅拌均匀，将浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的一个表面上。然后，在该负极片20的另一个表面上重复以上步骤，得到双面涂布负极活性材料的负极片20；
3)在负极片20的一个表面上，利用溶液A作为原料，通过电纺丝的方法，制备纳米纤维，其中，纳米纤维的直径为120nm，中间区域与边缘区域的宽度之比为1：2。中间区域的隔离层的纺丝量为5.2g/m2，平均孔径为600nm，孔隙率为40％；边缘区域的隔离层平均孔径为500nm，纺丝量为5.3g/m2；孔隙率为40％，隔离层的厚度为10μm。
以上步骤完成后，即已完成负极片20的单面涂布。之后，在负极片20的另一个表面上重复以上步骤，并在40℃条件下真空烘干去除DMF等分散剂，随后升高温度至80℃热处理6h以完成交联过程，即可得到双面涂布隔离层的负极片20。
实施例2：
除了中间区域隔离层的平均孔径为1000nm、纺丝量为4.5g/m2以外，其余与实施例1相同。
实施例3：
除了中间区域隔离层的平均孔径为3000nm、纺丝量为3.2g/m2以外，其余与实施例1相同。
实施例4：
除了中间区域的隔离层的平均孔径为500nm、平均孔隙率为50％，纺丝量为5.0g/m2以外，其余与实施例1相同。
实施例5：
除了中间区域的隔离层的平均孔隙率为65％、纺丝量为4.8g/m2以外，其余与实施例1相同。
实施例6：
除了中间区域的隔离层的平均孔隙率为80％、纺丝量为4.5g/m2以外，其余与实施例1相同。
实施例7：
除中间区域的隔离层平均孔径为1000nm、平均孔隙率为80％、纺丝量为4.3g/m2，边缘区域的孔隙率为40％、纺丝量为5.3g/m2以外，其余与实施例1相同。
实施例8：
除中间区域的隔离层平均孔径为800nm、平均孔隙率为70％、纺丝量为4.5g/m2以外，其余与实施例1相同。
实施例9：
除中间区域的隔离层平均孔径为600nm、平均孔隙率为60％、纺丝量为4.7g/m2以外，其余与实施例1相同。
实施例10：
除中间区域的隔离层平均孔径为600nm、平均孔隙率为70％、纺丝量为3.8g/m2；边缘区域的隔离层的纺丝量为3.5g/m2，制备得到的隔离层厚度为8μm以外，其余与实施例1相同。
实施例11：
除中间区域的隔离层平均孔径为600nm、平均孔隙率为60％、纺丝量为9.8g/m2；边缘区域的隔离层的纺丝量为9.5g/m2，制备得到的隔离层厚度为20μm以外，其余与实施例1相同。
实施例12：
正极片10的制备：
与实施例1相同。
负极片20的制备：
1)将PVDF，丙烯腈和三氟化硼按质量百分比95％：4.5％：0.5％的比例分散在DMF/丙酮(7:3)溶剂中，得到溶液A；
2)将负极活性材料石墨(Graphite)、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)、导电炭黑(Super P)按照重量比97:1.2:1.3:0.5进行混合，加入去离子水(H2O)作为溶剂，并搅拌均匀，将浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的一个表面上。然后，在该负极片20的另一个表面上重复以上步骤，得到双面涂布负极活性材料的负极片20；
3)在负极片20的一个表面上，利用溶液A作为原料，通过电纺丝的方法，制备厚度为10μum的纳米纤维多孔基体。其中，所采用的纳米纤维的直径为120nm，中间区域的隔离层的平均孔径为800nm，纺丝量为4.5g/m2；孔隙率为65％；边缘区域的隔离层平均孔径为500nm，平均孔隙率为40％，纺丝量为4.5g/m2；
在纺丝的同时，将无机颗粒勃姆石同样分散在DMF/丙酮(7:3)溶剂中，将得到的悬浊液B作为原料，利用电喷涂的方法将无机颗粒同步喷涂，进而使得勃姆石填充在纤维多孔基体中。其中，勃姆石颗粒的平均粒径为500nm，勃姆石填充量占隔离层固体物质总体积的20％。
以上步骤完成后，即已完成负极片20的单面涂布。之后，在负极片20的另一个表面上重复以上步骤，并在40℃条件下真空烘干去除DMF等分散剂，随后升高温度至80℃热处理6h以完成交联过程，即可得到双面涂布隔离层的负极片20。
实施例13：
除了边缘区域的纺丝量为4.3g/m2、勃姆石占整个隔离层固体物质总体积的50％以外，其余与实施例12相同。
实施例14：
除了非极耳非拐角区的纺丝量为4.1g/m2、勃姆石占整个隔离层固体物质总体积的80％以外，其余与实施例12相同。
实施例15：
除了非极耳非拐角区的纺丝量为4.1g/m2、勃姆石颗粒的平均粒径为300nm、勃姆石占整个隔离层固体物质总体积的50％以外，其余与实施例12相同。
实施例16：
除了非极耳非拐角区的纺丝量为4.1g/m2、勃姆石颗粒的平均粒径为1000nm、勃姆石占整个隔离层固体物质总体积的50％以外，其余与实施例12相同。
对比例1：
采用总厚度为8μm作为涂覆型复合隔离膜(5μm基材+3μm涂层)，放置于常规的正极片和负极片之间作为隔离膜，将负极极片、正极极片和隔离膜一起卷绕，形成卷芯，并经过封装、注液、陈化、化成、二封、分选后，形成锂离子电池。
对比例2：
除中间区域的隔离层平均孔径为500nm、平均孔隙率为65％、纺丝量为1.5g/m2；边缘区域的隔离层的纺丝量为1.2g/m2，制备得到的隔离层厚度为1μm以外，其余与实施例1相同。
将常规的正极片和对比例2制得的负极片一起卷绕，形成卷芯，并经过封装、注液、陈化、化成、二封、分选后，形成锂离子电池。
对比例3：
除中间区域的隔离层平均孔径为500nm、平均孔隙率为40％，纺丝量为5.3g/m2以外，其余与实施例1相同。
将常规的正极片和对比例2制得的负极片一起卷绕，形成卷芯，并经过封装、注液、陈化、化成、二封、分选后，形成锂离子电池。
将实施例1-16、对比例1-3制得的电池进行测试：常温25℃下，恒流1C充满电，截止电流0.05C，静止10min，0.5C放电，记录循环容量保持率。依次循环50次、100次、300次，500次，满电后拆解确认负极片中间位置析锂状况。其测试结果如下表1和表2所示：
表1：
Figure BDA0003899591770000171
表2：
Figure BDA0003899591770000172
Figure BDA0003899591770000181
由上述实施例及对比例分析可知，通过隔离层(第一隔离层30和第二隔离层40)替代了正极片10和负极片20之间的隔膜，减少了电池能量密度的损失。并且，通过调整隔离层的孔径和/或孔隙率在不同位置的不均匀发布，使得隔离层中间区域的孔径和孔隙率中的至少一项大于任一边缘区域的孔径和孔隙率，使得中间区域的吸液能力大于边缘区域的吸液能力，提高了中间区域的保液量，改善了中间区域因为电解液过少而动力学性能不足的问题，减少了负极片中间区域析锂的情况，提升了电池的循环性能，增强了电池的安全性。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本发明实施方式中的方法和装置的范围不限于按所讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明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发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (14)

1.一种电极组件，其特征在于，包括正极片和负极片，所述正极片和所述负极片之间具有第一隔离层，沿极片的宽度方向，所述第一隔离层依次包括第一边缘区域、中间区域和第二边缘区域；
所述中间区域的孔径大于任一边缘区域的孔径；和/或
所述中间区域的孔隙率大于任一边缘区域的孔隙率。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一隔离层涂覆于所述正极片的第一表面或所述负极片的第一表面。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，还包括第二隔离层，沿极片的宽度方向，所述第二隔离层依次包括所述第一边缘区域、所述中间区域和所述第二边缘区域；
在所述第一隔离层涂覆于所述正极片的第一表面的情况下，所述第二隔离层涂覆于所述正极片的第二表面，或者，所述第二隔离层涂覆于所述负极片的第二表面；
在所述第一隔离层涂覆于所述负极片的第一表面的情况下，所述第二隔离层涂覆于所述负极片的第二表面，或者，所述第二隔离层涂覆于所述正极片的第二表面。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述中间区域的宽度与第一宽度之间的比值范围为1:20至1:1，所述第一宽度为所述第一边缘区域的宽度与所述第二边缘区域的宽度之和。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，在所述中间区域的孔径大于任一边缘区域的孔径的情况下，所述中间区域的孔径与所述第一边缘区域的孔径的差值的范围为50纳米至3000纳米。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，在所述中间区域的孔径大于任一边缘区域的孔径的情况下，所述中间区域的孔径与所述第二边缘区域的孔径的差值的范围为50纳米至3000纳米。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，在所述中间区域的孔隙率大于任一边缘区域的孔隙率的情况下，所述中间区域的孔隙率与所述第一边缘区域的孔隙率的差值的范围为10％至50％。
8.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，在所述中间区域的孔隙率大于任一边缘区域的孔隙率的情况下，所述中间区域的孔隙率与所述第二边缘区域的孔隙率的差值的范围为10％至50％。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一隔离层的孔径范围为0.2微米至30微米。
10.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一隔离层的孔隙率范围为20％至95％。
11.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一隔离层的宽度大于任一极片的宽度0.1毫米至10毫米；
所述第一隔离层的长度大于任一极片的长度0.1毫米至10毫米。
12.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一隔离层的厚度范围为1微米至20微米。
13.一种电极组件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将聚合物纳米纤维、交联剂、引发剂混合，制得第一溶液；
基于所述第一溶液在电极片的至少一侧表面进行纺丝，制得纳米纤维基体，所述纳米纤维基体依次涂覆在所述电极片至少一侧表面的第一边缘区域、中间区域和第二边缘区域；
对所述纳米纤维基体进行热处理，以在所述电极片的至少一侧表面形成隔离层，在所述中间区域的隔离层的孔径和孔隙率中的至少一项大于任一边缘区域的隔离层的孔径和孔隙率。
14.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1至12中任一项所述的电极组件。
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