CN116960261A - 极片及其制备方法、电极组件、电池单体、电池、用电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种极片及其制备方法、电极组件、电池单体、电池、用电设备，属于电池技术领域。该极片包括：基材；底涂层，涂覆于所述基材的表面；活性物质层，涂覆于所述底涂层的表面，所述底涂层位于所述基材和所述活性物质层之间；其中，所述底涂层面向所述活性物质层的一面为凹凸面。该极片，具有较佳的质量。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种极片及其制备方法、电极组件、电池单体、电池、用电设备。
背景技术
节能减排是汽车产业可持续发展的关键，电动车辆由于其节能环保的优势成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。
极片是电池的重要组成部分，现有技术中，如果极片的质量较差，则会影响电池的制造成本及安全性。因此，如何提高极片的质量，是电池技术一个亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种极片及其制备方法、电极组件、电池单体、电池、用电设备。该极片，具有较佳的质量。
本申请是通过下述技术方案实现的：
第一方面，本申请提供了一种极片，包括：基材；底涂层，涂覆于所述基材的表面；活性物质层，涂覆于所述底涂层的表面，所述底涂层位于所述基材和所述活性物质层之间；其中，所述底涂层面向所述活性物质层的一面为凹凸面。
根据本申请实施例的极片，在基材与活性物质层之间设置底涂层，底涂层的面向活性物质层的一面为凹凸面，基于凹凸面的立体结构，能够增加活性物质层与基材的粘接面积，有效提升活性物质层与基材的粘接力，同时，底涂层能够作为缓冲层，降低活性物质层对基材的损伤风险，提高极片的断裂延展强度。
根据本申请的一些实施例，所述底涂层包括第一底涂层和第二底涂层，所述第一底涂层涂覆于所述基材的表面，所述第二底涂层涂覆于所述第一底涂层背离所述基材的一面。
在上述方案中，第一底涂层和第二底涂层分体设置，便于涂覆操作，以使底涂层的面向活性物质层的一面形成凹凸面。
根据本申请的一些实施例，所述第一底涂层的厚度均匀，所述第二底涂层的厚度不均匀。
在上述方案中，第一底涂层的厚度均匀、第二底涂层的厚度不均匀，以便于形成凹凸面，能够增加厚度方向与活性物质层的粘接面积，进而增大活性物质层与基材的粘结力。
根据本申请的一些实施例，所述第二底涂层具有镂空部。
在上述方案中，第二底涂层具有镂空部，以便于增大厚度方向与活性物质层的粘接面积。
根据本申请的一些实施例，所述第二底涂层包括多个凸起，所述多个凸起凸出于所述第一底涂层背离所述基材的一面，所述多个凸起间隔设置。
在上述方案中，第二底涂层包括多个凸起，结构分散，具有较多的表面积，从而使得底涂层与活性物质层能够具有较多的粘接面积。
根据本申请的一些实施例，所述多个凸起呈矩形阵列排布。
在上述方案中，多个凸起呈矩形阵列，便于制造涂覆模具，便于第二底涂层的涂覆，降低涂覆难度。
根据本申请的一些实施例，每个所述凸起呈柱状或半球形。
在上述方案中，凸起呈柱状或半球形，便于制造涂覆模具，便于第二底涂层的涂覆，降低涂覆难度。
根据本申请的一些实施例，所述第二底涂层为栅格结构。
在上述方案中，第二底涂层为栅格结构，便于制造涂覆模具，便于涂覆作业。
根据本申请的一些实施例，所述第一底涂层的厚度为D1，所述第二底涂层的厚度为D2，所述活性物质层的活性物质的中值粒径为Dv50，满足0.1≤(D1+D2)/Dv50≤1.0。
在上述方案中，第一底涂层的厚度与第二底涂层的厚度之和为底涂层的整体厚度，底涂层的整体厚度与活性物质的中值粒径满足上述关系，以适配不同的活性物质层。在极片厚度确定的情况下，如果底涂层的整体厚度过大，不利于极片的活性物质容量和电极组件的能量密度的提升；如果底涂层的整体厚度过小，则对活性物质层与基材的粘结力、以及对极片的断裂延展强度改善的效果有限。因此，将活性物质的中值粒度控制于0.1≤(D1+D2)/Dv50≤1.0，以提高极片的活性物质容量和电极组件的能量密度，且兼顾活性物质层与基材的粘结力、以及对极片的断裂延展强度的改善。
根据本申请的一些实施例，所述第一底涂层的厚度为D1，所述第二底涂层的厚度为D2，满足0.1≤D1/D2≤3。
在上述方案中，第一底涂层的厚度和第二底涂层的厚度满足上述关系，以平衡对粘结力的提升与活性物质容量损失之间的关系。
根据本申请的一些实施例，所述第一底涂层的厚度为D1，所述第二底涂层的厚度为D2，所述活性物质层的活性物质的中值粒径为Dv50，满足0.1Dv50≤D1≤0.3Dv50。
在上述方案中，第一底涂层的厚度与活性物质的粒径满足上述关系，以平衡对断裂延展强度提升与活性物质容量损失之间的关系。
根据本申请的一些实施例，所述第一底涂层在所述基材上的投影的面积为S1，所述第二底涂层在所述基材上的投影的面积为S2，满足0.2≤S2/S1＜1。
在上述方案中，第二底涂层的投影的面积和第一底涂层的投影的面积满足上述关系，便于增加对活性物质层的粘结力。
根据本申请的一些实施例，所述活性物质层的活性物质的中值粒径为Dv50，满足0.2μm≤DV50≤20μm。
在上述方案中，活性物质的粒径满足上述范围，能够保证极片具有较多的活性物质容量，同时便于极片生产的合浆与涂敷。
根据本申请的一些实施例，所述基材为铜箔或铝箔。
在上述方案中，基材为铜箔或铝箔，导电性好、韧性高、密度低。
根据本申请的一些实施例，所述底涂层包括导电剂和粘结剂，所述导电剂为导电炭黑、导电碳管、石墨烯、科琴黑中的至少一种，所述粘结剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯及其改性物中的至少一种。
第二方面，本申请提供了一种电极组件，包括：正极极片；负极极片；隔膜，设置于所述正极极片和所述负极极片之间；其中，所述正极极片和/或所述负极极片为上述实施例中的极片。
第三方面，本申请提供了一种电池单体，包括上述实施例提供的电极组件。
第四方面，本申请提供了一种电池，包括上述实施例提供的电池单体。
第五方面，本申请提供了一种用电设备，包括上述实施例提供的电池。
第六方面，本申请提供了一种极片的制备方法，包括：在基材的表面涂覆底涂层，所述底涂层背离所述基材的一面为凹凸面；在所述底涂层的表面涂覆活性物质层，使所述底涂层位于所述基材和所述活性物质层之间。
根据本申请实施例的极片的制备方法，制备出的极片，活性物质层与基材具有较好的粘结力，极片的质量较佳。
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
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图；
图2为本申请一些实施例提供的电池的分解结构示意图；
图3为本申请一些实施例提供的电池单体的分解结构示意图；
图4为本申请一些实施例提供的极片的结构示意图；
图5为本申请一些实施例提供的基材与底涂层的结构示意图；
图6为本申请另一些实施例提供的基材与底涂层的结构示意图；
图7为本申请一些实施例提供的第二底涂层的结构示意图；
图8为本申请另一些实施例提供的第二底涂层的结构示意图；
图9示出了本申请一些实施例的极片的制备方法的示意性流程图。
图标：100-电池；10-箱体；11-第一部分；12-第二部分；20-电池单体；21-端盖；22-壳体；23-电极组件；231-极片；2311-基材；2312-底涂层；23121-第一底涂层；23122-第二底涂层；23122a-镂空部；23122b-凸起；2313-活性物质层；24-电极端子；200-控制器；300-马达；1000-车辆。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，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、特定顺序或主次关系。
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申请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。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：存在A，同时存在A和B，存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)，除非另有明确具体的限定。
在本申请实施例的描述中，技术术语“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”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”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申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通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申请实施例中的具体含义。
在本申请中，所提及的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本申请中所提及的电池可以包括电池模块或电池包等。
电池单体包括电极组件和电解液，电极组件由正极片、负极片和隔膜组成。电池单体主要依靠金属离子在正极片和负极片之间移动来工作。正极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面，未涂覆正极活性物质层的集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的集流体，未涂覆正极活性物质层的集流体作为正极极耳。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面，未涂覆负极活性物质层的集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的集流体，未涂覆负极活性物质层的集流体作为负极极耳。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为碳或硅等。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。隔膜的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。
极片包括基材和涂覆于基材表面的活性物质层。现有技术中，活性物质层与基材的粘结力较低，随着循环过程中活性物质层的活性物质体积的膨胀收缩，极易造成活性物质层与基材的分离，导致极片脱膜，进而带来内阻升高、循环性变差；同时，活性物质层容易损伤基材，降低极片的断裂延展强度。例如，当活性物质具有不规则形貌(如无定型碳、金属氧化物等)时，活性物质具有较多的凸出棱角，由于这些活性物质在辊压过程中不易形变，其与基材的接触较差，粘结力较小，同时，活性物质的棱角会在辊压过程中对基材造成损伤，降低极片的断裂延展强度，不利于后续加工，使得极片的质量较差。当活性物质层与基材的粘结力较小时，随着循环过程中活性物质体积的膨胀收缩，极易造成贴紧基体表层的活性物质层与基材表面的分离，导致极片脱膜，进而带来内阻升高、循环性变差，严重时，引起电池单体爆炸起火，该极片构成的电池单体的安全性较差。当极片的断裂延展强度低时，一方面，在电极组件的热压、整形等过程中容易发生拐角断裂，此时的电极组件便无法使用，需要报废，导致电池的制造成本升高；另一方面，循环过程中极片容易断裂，在锂离子电池中，断裂的极片边缘无法嵌入锂离子，造成析锂，影响电池的容量，同时，断裂的极片容易刺穿隔膜，造成正极极片与负极极片接触短路，引发安全事故。
鉴于此，为了解决极片的质量差导致的制造成本高、安全性较差的问题，发明人经过深入研究，设计了一种极片，该极片包括基材、底涂层和活性物质层，底涂层涂覆于基材的表面，活性物质层涂覆于底涂层的表面，底涂层位于基材和活性物质层之间，底涂层面向活性物质层的一面为凹凸面，提升活性物质层与底涂层的粘结力，同时，降低活性物质层对基材的损伤风险，提高极片的断裂延展强度，使得极片具有较佳的质量。
在这样的极片中，底涂层的面向活性物质层的一面为凹凸面，基于凹凸面的立体结构，能够增加活性物质层与基材的粘接面积，有效提升活性物质层与基材的粘结力；同时，底涂层能够作为缓冲层，降低活性物质层对基材的损伤风险，提高极片的断裂延展强度，使得极片具有较佳的质量。
本申请中，电池单体可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。
本申请实施例公开的电池单体可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电设备中。可以使用具备本申请公开的电池单体组成该用电设备的电源系统。
本申请实施例提供一种使用电池作为电源的用电设备，用电设备可以为但不限于手机、平板电脑、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。
以下实施例为了方便说明，以本申请一实施例的一种用电装置为车辆为例进行说明。
请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆1000的结构示意图。车辆1000可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。车辆1000的内部设置有电池100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源，用于车辆1000的电路系统，例如用于车辆1000的启动、导航和运行时的工作用电需求。
车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300供电，例如，用于车辆1000的启动、导航和行驶时的工作用电需求。
在本申请一些实施例中，电池100不仅可以作为车辆1000的操作电源，还可以作为车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。
请参照图2，图2为本申请一些实施例提供的电池100的分解结构示意图。电池100包括箱体10和电池单体20，电池单体20容纳于箱体10内。其中，箱体10用于为电池单体20提供容纳空间，箱体10可以采用多种结构。在一些实施例中，箱体10可以包括第一部分11和第二部分12，第一部分11与第二部分12相互盖合，第一部分11和第二部分12共同限定出用于容纳电池单体20的容纳空间。第二部分12可以为一端开口的空心结构，第一部分11可以为板状结构，第一部分11盖合于第二部分12的开口侧，以使第一部分11与第二部分12共同限定出容纳空间；第一部分11和第二部分12也可以是均为一侧开口的空心结构，第一部分11的开口侧盖合于第二部分12的开口侧。
在电池100中，电池单体20可以是多个，多个电池单体20之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体20中既有串联又有并联。多个电池单体20之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体20构成的整体容纳于箱体10内；当然，电池100也可以是多个电池单体20先串联或并联或混联组成电池模块形式，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体10内。电池100还可以包括其他结构，例如，该电池100还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体20之间的电连接。
其中，每个电池单体20可以为二次电池或一次电池；还可以是锂硫电池、钠离子电池或镁离子电池，但不局限于此。
请参照图3，图3为本申请一些实施例提供的电池单体20的分解结构示意图。电池单体20是指组成电池的最小单元。如图3，电池单体20包括有端盖21、壳体22、电极组件23以及其他的功能性部件。
端盖21是指盖合于壳体22的开口处以将电池单体20的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，端盖21的形状可以与壳体22的形状相适应以配合壳体22。可选地，端盖21可以由具有一定硬度和强度的材质(如铝合金)制成，这样，端盖21在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体20能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。端盖21上可以设置有如电极端子24等的功能性部件。电极端子24可以用于与电极组件23电连接，以用于输出或输入电池单体20的电能。在一些实施例中，端盖21上还可以设置有用于在电池单体20的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。端盖21的材质也可以是多种的，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。在一些实施例中，在端盖21的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体22内的电连接部件与端盖21，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。
壳体22是用于配合端盖21以形成电池单体20的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电极组件23、电解液以及其他部件。壳体22和端盖21可以是独立的部件，可以于壳体22上设置开口，通过在开口处使端盖21盖合开口以形成电池单体20的内部环境。不限地，也可以使端盖21和壳体22一体化，具体地，端盖21和壳体22可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体22的内部时，再使端盖21盖合壳体22。壳体22可以是多种形状和多种尺寸的，例如长方体形、圆柱体形、六棱柱形等。具体地，壳体22的形状可以根据电极组件23的具体形状和尺寸大小来确定。壳体22的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。
电极组件23是电池单体20中发生电化学反应的部件。壳体22内可以包含一个或更多个电极组件23。电极组件23主要由正极极片和负极极片卷绕或层叠放置形成，并且通常在正极极片与负极极片之间设有隔膜，隔膜用于分隔正极极片和负极极片，以避免正极极片和负极极片内接短路。正极极片和负极极片具有活性物质的部分构成电极组件23的主体部，正极极片和负极极片不具有活性物质的部分各自构成极耳。正极极耳和负极极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳连接电极端子以形成电流回路。
请参见图4至图8，图4为本申请一些实施例提供的极片231的结构示意图，图5为本申请一些实施例提供的基材2311与底涂层2312的结构示意图，图6为本申请另一些实施例提供的基材2311与底涂层2312的结构示意图，图7为本申请一些实施例提供的第二底涂层23122的结构示意图，图8为本申请另一些实施例提供的第二底涂层23122的结构示意图。根据本申请的一些实施例，参照图4至图8，本申请提供了一种极片231，该极片231包括基材2311、底涂层2312和活性物质层2313。底涂层2312涂覆于基材2311的表面，活性物质层2313涂覆于底涂层2312的表面，底涂层2312位于基材2311和活性物质层2313之间。其中，底涂层2312面向活性物质层2313的一面为凹凸面。
底涂层2312涂覆于基材2311的表面，可以为，底涂层2312涂覆于基材2311的厚度方向Z的一侧的表面，也可以为，底涂层2312涂覆于基材2311的厚度方向的两侧的表面。图中，字母Z所指示的方向为基材2311的厚度方向。
活性物质层2313涂覆于底涂层2312的表面，底涂层2312位于基材2311和活性物质层2313之间，可以为，基材2311、底涂层2312及活性物质层2313沿基材2311的厚度方向排布。
底涂层2312面向活性物质层2313的一面为凹凸面，也即，底涂层2312背离基材2311的一面为凹凸面。
基材2311也可以称为集流体，为汇集电流的部件。
底涂层2312为用于将活性物质层2313粘接于基材2311的涂层，底涂层2312实现活性物质层2313与基材2311的电连接，也即，底涂层2312具有导电的性能。
活性物质层2313为活性物质构成的结构，根据活性物质的极性，活性物质分为正极活性物质和负极活性物质，负极活性物质可以为石墨(人造石墨、天然石墨)、无定形碳(软碳、硬碳、其他无定形碳)、钛酸锂中至少一种，正极活性物质材料可以钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、富锂锰酸锂、镍钴铝酸锂中至少一种。
根据本申请实施例的极片231，在基材2311与活性物质层2313之间设置底涂层2312，底涂层2312的面向活性物质层2313的一面为凹凸面，基于凹凸面的立体结构，能够增加活性物质层2313与基材2311的接触面积，有效提升活性物质层2313与基材2311的粘结力，同时，底涂层2312能够作为缓冲层，降低活性物质层2313对基材2311的损伤风险，提高极片231的断裂延展强度，使得极片231具有较佳的质量。
根据本申请的一些实施例，底涂层2312可以为一体式结构，底涂层2312也可以为分体式结构，根据不同的需求，选取不同底涂层2312结构形式。
根据本申请的一些实施例，如图5至图8所示，底涂层2312可以包括第一底涂层23121和第二底涂层23122，第一底涂层23121涂覆于基材2311的表面，第二底涂层23122涂覆于第一底涂层23121背离基材2311的一面。
换句话说，沿基材2311的厚度方向，第一底涂层23121位于基材2311和第二底涂层23122之间。
第一底涂层23121和第二底涂层23122分体设置，便于涂覆操作，以使底涂层2312的面向活性物质层2313的一面形成凹凸面。
根据本申请的一些实施例，第一底涂层23121的厚度均匀，第二底涂层23122的厚度不均匀。
第一底涂层23121与第二底涂层23122分别处理，第一底涂层23121的厚度均匀、第二底涂层23122的厚度不均匀，以便于形成凹凸面，能够增加基材2311的厚度方向与活性物质层2313的粘接面积，进而增大活性物质层2313与基材2311的粘结力。
根据本申请的一些实施例，如图5至图8所示，第二底涂层23122具有镂空部23122a。
第二底涂层23122具有镂空部23122a，第二底涂层23122在基材2311的厚度方向上具有较多的表面积，以便于增大与活性物质层2313的粘接面积。
根据本申请的一些实施例，如图5所示，第二底涂层23122为栅格结构。
栅格结构可以为：第二底涂层23122包括横向设置的多个第一单元和纵向设置的多个第二单元，第一单元与第二单元呈夹角设置，第一单元与第二单元之间的部分为镂空部23122a，如夹角可以大于或等于60°、小于或等于90°，可选地，夹角可以为90°。需要指出的是，横向可以为极片231的长度方向，纵向可以为极片231的宽度方向；或者，横向可以为极片231的宽度方向，纵向可以为极片231的长度方向；又或者，横向可以与极片231的长度方向呈一定的夹角(不为90°)，纵向可以与极片231的宽度方向呈一定的夹角(不为90°)。
当涂覆第二底涂层23122时，可以在涂覆辊的辊面设置多个与栅格结构对应的凸起23122b，当浆料转移至第一底涂层23121的表面后，浆料形成第二底涂层23122。
在上述方案中，第二底涂层23122为栅格结构，便于制造涂覆模具，便于涂覆作业。
根据本申请的一些实施例，如图6至图8所示，第二底涂层23122包括多个凸起23122b，多个凸起23122b凸出于第一底涂层23121背离基材2311的一面，多个凸起23122b间隔设置。
在涂覆第二底涂层23122时，可以在涂覆模具的表面(如涂覆辊的辊面)设置多个与凸起23122b对应的凹坑，将浆料(构成第二底涂层23122的物料)涂覆于涂覆辊的辊面，涂覆辊将浆料转移至第一底涂层23121的表面从而形成第二底涂层23122。
多个凸起23122b间隔设置，相邻的两个凸起23122b之间具有间隙，该间隙为镂空部23122a，使得第二底涂层23122具有较多表面积。
在上述方案中，第二底涂层23122包括多个凸起23122b，结构分散，具有较多的表面积，从而使得底涂层2312与活性物质层2313能够具有较多的粘接面积。
根据本申请的一些实施例，如图6至图8所示，多个凸起23122b呈矩形阵列排布。
多个凸起23122b呈矩形阵列排布，可以为，任意相邻两个凸起23122b之间的距离相同，或者，也可以为，每列中相邻两个凸起23122b之间的距离与每排中相邻两个凸起23122b之间的距离不同。
多个凸起23122b呈矩形阵列，便于制造涂覆模具，便于第二底涂层23122的涂覆，降低涂覆难度。
根据本申请的一些实施例，每个凸起23122b呈柱状或半球形。
如图7所示，凸起23122b呈柱状，凸起23122b的横截面可以为圆形，也可以为矩形或者异形等。凸起23122b沿基材2311的厚度方向Z延伸，凸起23122b的横截面是指垂直于凸起23122b的延伸方向的面。如图8所示，凸起23122b呈半球形，凸起23122b朝向远离基材2311的方向拱起。
凸起23122b呈柱状或半球形，便于制造涂覆模具，便于第二底涂层23122的涂覆，降低涂覆难度。
根据本申请的一些实施例，第一底涂层23121的厚度为D1，第二底涂层23122的厚度为D2，活性物质层2313的活性物质的中值粒径为Dv50，满足0.1≤(D1+D2)/Dv50≤1.0。
如图7和图8所示，第一底涂层23121的厚度D1，是指第一底涂层23121在基材2311的厚度方向Z上的尺寸。
如图7和图8所示，第二底涂层23122的厚度D2，是指第二底涂层23122在基材2311的厚度方向Z上的尺寸，例如，当第二底涂层23122呈柱状时，第二底涂层23122的厚度D2为柱状的高度；当第二底涂层23122呈半球形时，第二底涂层23122的厚度D2为半球形的半径；当第二底涂层23122为栅格结构时，第二底涂层23122的厚度D2为栅格结构的厚度。
第一底涂层23121的厚度D1与第二底涂层23122的厚度D2之和为D1+D2，可以为底涂层2312的整体厚度。
Dv50是指活性物质的中值粒度，具体为，大于此粒度值的颗粒数占50％，小于此粒度值的颗粒数也占50％。
底涂层2312的整体厚度与活性物质层2313的中值粒径Dv50满足上述关系，以适配不同的活性物质层2313。在极片231厚度确定的情况下，如果底涂层2312的整体厚度过大，不利于极片231的活性物质容量和电极组件23的能量密度的提升；如果底涂层2312的整体厚度过小，则对活性物质层2313与基材2311的粘结力、以及对极片231的断裂延展强度改善的效果有限。因此，将活性物质的中值粒度Dv50控制于0.1≤(D1+D2)/Dv50≤1.0，以提高极片231的活性物质容量和电极组件23的能量密度，且兼顾活性物质层2313与基材2311的粘结力、以及对极片231的断裂延展强度的改善。
根据本申请的一些实施例，第一底涂层23121的厚度为D1，第二底涂层23122的厚度为D2，满足0.1≤D1/D2≤3。
在上述方案中，第一底涂层23121的厚度D1和第二底涂层23122的厚度D2满足上述关系，以平衡对粘结力的提升与活性物质容量损失之间的关系。在底涂层2312的整体厚度相同的情况下，当第一底涂层23121的厚度D1过小时，则底涂层2312的粘结力较小，影响活性物质层2313与基材2311的粘接效果；当第一底涂层23121的厚度D1过大时，则第二底涂层23122的厚度较小，在基材2311的厚度方向上，活性物质层2313与第二底涂层23122的粘接面积较小，从而使得活性物质层2313的活性物质容量较小。
根据本申请的一些实施例，第一底涂层23121的厚度为D1，第二底涂层23122的厚度为D2，活性物质层2313的活性物质的中值粒径为Dv50，满足0.1Dv50≤D1≤0.3Dv50。
在上述方案中，第一底涂层23121的厚度D1与活性物质的中值粒径Dv50满足上述关系，以平衡对断裂延展强度提升与活性物质容量损失之间的关系。
根据本申请的一些实施例，第一底涂层23121在基材2311上的投影的面积为S1，第二底涂层23122在基材2311上的投影的面积为S2，满足0.2≤S2/S1＜1。
第一底涂层23121在基材2311上的投影和第二底涂层23122在基材2311上的投影，是指，沿基材2311的厚度方向，第一底涂层23121在基材2311上的投影和第二底涂层23122在基材2311上的投影。
第二底涂层23122的投影的面积和第一底涂层23121的投影的面积满足上述关系，第二底涂层23122的投影的免洗小于第一底涂层23121的投影的面积，可以为第二底涂层23122的投影位于第一底涂层23121的投影内，使得活性物质层2313与底涂层2312具有较多的接触面积，进而便于增加对活性物质层2313的粘结力。
根据本申请的一些实施例，活性物质层2313的活性物质的中值粒径为Dv50，满足0.2μm≤DV50≤20μm。
活性物质的中值粒径满足上述范围，能够保证具有较多的活性物质容量。
根据本申请的一些实施例，基材2311为铜箔或铝箔。
基材2311为铜箔或铝箔，导电性好、韧性高、密度低。
根据本申请的一些实施例，底涂层2312包括导电剂和粘结剂，导电剂为导电炭黑、导电碳管、石墨烯、科琴黑中的至少一种，粘结剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯及其改性物中的至少一种。
第一底涂层23121和第二底涂层23122可以采用相同的配方，如材料组成相同、配比相同，或者，材料组成相同、配比不同，又或者，材料组成不同。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电极组件23，该电极组件23包括正极极片、负极极片及隔膜，隔膜设置于正极极片和负极极片之间；其中，正极极片和/或负极极片为上述方案中的极片231。
例如，正极极片为上述实施例中的极片231，或者，负极极片为上述方案中的极片231，又或者，正极极片和负极极片均为上述方案中的极片231。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电池单体20，该电池单体20包括上述方案中的电极组件23。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电池100，该电池100包括上述方案中的电池单体20。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种用电设备，该用电设备包括上述方案中的电池100，电池100用于为用电设备提供电能。
用电设备可以是前述任一应用电池100的设备或系统。
上文描述了本申请实施例的极片231、电极组件23、电池单体20、电池和用电设备，下面将描述本申请实施例的极片231的制备方法，其中未详细描述的部分可参见前述各实施例。
图9示出了本申请一些实施例的极片的制备方法400的示意性流程图。如图9所示，该极片的制备方法400可以包括：
在基材2311的表面涂覆底涂层2312，底涂层2312背离基材2311的一面为凹凸面；
在底涂层2312的表面涂覆活性物质层2313，使底涂层2312位于基材2311和活性物质层2313之间。
根据本申请实施例的极片的制备方法400，制备出的极片231，活性物质层2313与基材2311具有较好的粘结力，极片231的质量较佳。
根据本申请的一些实施例，参见图4至图8，本申请提供了一种极片231，该极片231包括基材2311、底涂层2312和活性物质层2313。底涂层2312涂覆于基材2311的表面，活性物质层2313涂覆于底涂层2312的表面，底涂层2312位于基材2311和活性物质层2313之间，底涂层2312面向活性物质层2313的一面为凹凸面。底涂层2312包括第一底涂层23121和第二底涂层23122，第一底涂层23121涂覆于基材2311的表面，第二底涂层23122涂覆于第一底涂层23121背离基材2311的一面，第二底涂层23122包括多个凸起23122b，多个凸起23122b凸出于第一底涂层23121背离基材2311的一面，多个凸起23122b呈矩形阵列排布，每个凸起23122b呈半球形。
下文以负极极片的制备为例，介绍具体实施例：
负极极片的底涂基材2311的制备：将60％导电炭黑、35％丁苯橡胶与5％羧甲基纤维素钠溶于去离子水混合，搅拌均匀，得到第一底涂层23121浆料，将该第一底涂层23121浆料均匀地涂布在厚度为6μm的铜箔上，在50℃下烘烤10min，得到前处理基材2311。之后将40％导电炭黑、55％丁苯橡胶与5％羧甲基纤维素钠溶于去离子水混合，搅拌均匀，得到第二底涂层23122浆料，使用带有凹坑的涂覆辊，将该第二底涂层23122浆料涂覆于前处理基材2311上，得到底涂基材2311。
实施例1，负极极片的制备，将负极活性物质(硬碳，Dv50＝5μm)、导电炭黑、丁苯橡胶与羧甲基纤维素钠按95:1.5:2.0:1.5的质量比例与去离子水混合，搅拌均匀，得到负极浆料。将负极浆料涂覆在上述底涂基材2311上，得到负极极片。负极极片经过冷压机处理，压密0.95。
实施例2-3与对比例1-3中所述底涂基材2311与极片231的制备方法均与实施例1一致，不同之处在于第一底涂层23121与第二底涂层23122的厚度不同。
实施例4-6与对比例4-5中所述底涂基材2311与极片231的制备方法均与实施例1一致，不同之处在于第一底涂层23121与第二底涂层23122在基材2311上的投影的面积比不同。
实施例7-8中所述底涂基材2311与极片231的制备方法均与实施例1一致，不同之处在于第二底涂层23122的结构同步。
对比例6中所述极片231不做底涂处理，其余处理方式与实施例1一致。
实施例与对比例的各项性能的测试方法如下：
1、粘结力测试方法：
(1)取干燥后的极片231，用刀片截取宽30mm×长度为100-160mm的试样；
(2)将双面胶贴于钢板上，胶带宽度20mm×长度为90-150mm；
(3)将第(1)步截取的极片231试样贴在双面胶上，测试面朝向双面胶；
(4)若极片231长度小于钢板长度，将宽度与极片231等宽，长度大于试样长度80-150mm的纸带插入极片231下方，并且用皱纹胶固定；
(5)打开高铁拉力机电源，待仪器正常运行后，调整限位块到合适位置；
(6)测试流程与标准参考GB/T 2790 1995。
2、断裂延展强度测试方法：
(1)取干燥后的极片231，用刀片截取宽30mm×长度为100mm的试样。
(2)用皱纹胶将硬纸片固定在试样的两端，将试样固定在高铁拉力机测试段；
(3)打开高铁拉力机电源，待仪器正常运行后，调整限位块到合适位置，进行测试；
(4)测试流程与标准参考GB/T 29847-2013印制板用铜箔试验方法，第7章节。
3、底涂层2312厚度表征方法：
第一底涂层23121与第二底涂层23122的厚度可通过离子抛光扫描电子显微镜断面分析得到。
(1)加热离子抛光处理样品台，用石蜡固定样品在离子抛光处理样品台上；
(2)将样品台装进样品座内并锁好后，进行抽真空操作；
(3)待真空度达到后，对氩气进行最优化，后对样品进行离子抛光；
(4)抛光处理完后，将样品的横截面进行扫描电子显微镜断面分析，测量其底涂层2312的厚度与形貌。
测试结果：
表1.不同底涂层2312厚度(D1/D2)案例对比
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由实施例1-4与对比例1-3可以看出，当D1、D2满足上述方案的公式关系时，极片231的粘结力和断裂延展强度会有明细的提升。若D1/D2的厚度过小，粘结力和断裂延展强度提升很不明显，D1、D2厚度过大，对粘结力、断裂延展强度的提升有限，但不利于电极组件23成本的降低与整体能量密度的提升。
表2.不同投影面积比例的案例对比
由实施例5-7和对比例4-5可以看出，当S2/S1满足上述方案的关系式时，对粘结力有很好的提升，处在范围之外，对粘结力提升均不明显。极片231的断裂延展强度主要和第一底涂层23121的厚度有关。
表3.第二底涂层23122不同排布的案例对比
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由实施例8-10与对比例6的数据可以看出，使用第二底涂层23122的排布结构对粘结力均有良好的提升作用，当不使用排布图案时(对比例5)对材料的粘结力提升有限。
虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (20)
1.一种极片，其特征在于，包括：
基材；
底涂层，涂覆于所述基材的表面；
活性物质层，涂覆于所述底涂层的表面，所述底涂层位于所述基材和所述活性物质层之间；
其中，所述底涂层面向所述活性物质层的一面为凹凸面。
2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述底涂层包括第一底涂层和第二底涂层，所述第一底涂层涂覆于所述基材的表面，所述第二底涂层涂覆于所述第一底涂层背离所述基材的一面。
3.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述第一底涂层的厚度均匀，所述第二底涂层的厚度不均匀。
4.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述第二底涂层具有镂空部。
5.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述第二底涂层包括多个凸起，所述多个凸起凸出于所述第一底涂层背离所述基材的一面，所述多个凸起间隔设置。
6.根据权利要求5所述的极片，其特征在于，所述多个凸起呈矩形阵列排布。
7.根据权利要求5所述的极片，其特征在于，每个所述凸起呈柱状或半球形。
8.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述第二底涂层为栅格结构。
9.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述第一底涂层的厚度为D1，所述第二底涂层的厚度为D2，所述活性物质层的活性物质的中值粒径为Dv50，满足0.1≤(D1+D2)/Dv50≤1.0。
10.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述第一底涂层的厚度为D1，所述第二底涂层的厚度为D2，满足0.1≤D1/D2≤3。
11.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述第一底涂层的厚度为D1，所述第二底涂层的厚度为D2，所述活性物质层的活性物质的中值粒径为Dv50，满足0.1Dv50≤D1≤0.3Dv50。
12.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述第一底涂层在所述基材上的投影的面积为S1，所述第二底涂层在所述基材上的投影的面积为S2，满足0.2≤S2/S1＜1。
13.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述活性物质层的活性物质的中值粒径为Dv50，满足0.2μm≤Dv50≤20μm。
14.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述基材为铜箔或铝箔。
15.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述底涂层包括导电剂和粘结剂，所述导电剂为导电炭黑、导电碳管、石墨烯、科琴黑中的至少一种，所述粘结剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯及其改性物中的至少一种。
16.一种电极组件，其特征在于，包括：
正极极片；
负极极片；
隔膜，设置于所述正极极片和所述负极极片之间；
其中，所述正极极片和/或所述负极极片为根据权利要求1-15中任一项所述的极片。
17.一种电池单体，其特征在于，包括如权利要求16所述的电极组件。
18.一种电池，其特征在于，包括如权利要求17所述的电池单体。
19.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求18所述的电池。
20.一种极片的制备方法，其特征在于，包括：
在基材的表面涂覆底涂层，所述底涂层背离所述基材的一面为凹凸面；
在所述底涂层的表面涂覆活性物质层，使所述底涂层位于所述基材和所述活性物质层之间。
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