CN117219894B - 一种极片、电池和用电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种极片、电池和用电设备，该极片包括活性物质层、导电层和聚合物层，导电层的外部覆盖有所述活性物质层；聚合物层的至少一侧覆盖有导电层，聚合物层内部具有多个孔洞和/或聚合物层的内部具有至少一个毛细通道。本发明还公开了一种电池和用电设备。本发明可以有效避免在电池循环过程中，由于电解液的不足而导致的析理现象。

Description

一种极片、电池和用电设备

技术领域

本发明涉电池技术领域，尤其是指一种极片、电池和用电设备。

背景技术

循环性能是锂电池重要的性能指标，循环性能越好，就意味着锂电池容量衰减的越慢，在使用一段时间后，里程衰减越少。在锂电池循环的过程中，电芯会发生析锂现象，尤其是在电芯上部拐角部极易发生析锂现象，现有的锂电池的电芯通常包括正极片、负极片和隔膜，且卷绕形成卷芯结构，其电芯截面如图1所示，电芯具有平直部和两侧的拐角部。

导致锂电池析锂的主要原因在于：电芯的吸液和保液能力不足，在长期的循环过程中，电解液不断被消而得不到补充，且在重力的作用下，更多的电解液在电池壳体底部聚集，而电芯上部离底部电解液较远，则在电芯上部容易发生析锂现象，尤其是电芯上部的拐角部吸液能力较差，最容易发生析锂现象。由于电解液是锂电池中锂离子传输的媒介，电解液不足会导致锂离子无法正常嵌入负极，从而在表面得电子而导致极片表面会有金属锂析出。极片析锂是极其危险的，锂枝晶生长到一定程度就会刺穿隔膜导致电芯内部短路，内部短路后会产生大量的热，严重时甚至会导致电芯起火爆炸。

为防止上述析锂现象，可采用以下方式：一种是直接在极片表面刻蚀形成小孔，以利用小孔存储电解液，该方式虽然可以存储更多的电解液，但是也增大了极片的表面积，在极片表面形成SEI（Solid Electrolyte Interface，固体电解质界面）膜时，反而会消耗更多的电解液；还有的是在隔膜上涂覆具有吸液保液能力的材料，但是这种方式会增加电芯的内阻，从而影响电芯的功率性能。因此，上述防止析锂现象的手段均会对电池性能产生不良影响，无法满足使用需求，效果不佳。

综上，现有的电池结构无法有效防止电芯因电解液不足而导致的析理问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的电池结构无法有效防止电芯因电解液不足而导致的析理问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种极片，包括，

活性物质层；

导电层，所述导电层的外部覆盖有所述活性物质层；

聚合物层，所述聚合物层的至少一侧覆盖有所述导电层，所述聚合物层内部具有多个孔洞和/或聚合物层的内部具有至少一个毛细通道。

在本发明的一个实施例中，所述聚合物层与所述导电层的接触面被所述导电层完全覆盖。

在本发明的一个实施例中，所述聚合物层具有暴露面，所述暴露面暴露在极片外部。

在本发明的一个实施例中，所述聚合物层包括本体部，所述本体部上连接有凸起部，所述凸起部具有所述暴露面，所述暴露面暴露在极片的外部。

在本发明的一个实施例中，所述凸起部内部具有多个孔洞和/或凸起部的内部具有至少一个毛细通道。

在本发明的一个实施例中，所述本体部的两侧均连接有所述凸起部。

在本发明的一个实施例中，所述暴露面上设置有多个凹槽。

在本发明的一个实施例中，所述暴露面设置有至少一个吸液条。

在本发明的一个实施例中，所述凸起部的宽度为极片总宽度的5%～18%。

在本发明的一个实施例中，所述聚合物层内部具有多个孔洞和至少一个毛细通道，每个毛细通道的单侧或两侧均分散布置有多个所述孔洞。

一种电池，包括壳体、顶盖和电芯，所述电芯包括上述任一项所述的极片，所述顶盖扣合且密封所述壳体的开口，所述壳体内部容纳有所述电芯。

在本发明的一个实施例中，所述电芯采用卷芯结构，所述聚合物层具有暴露面，所述暴露面暴露在极片外部，所述暴露面位于所述卷芯结构的拐角部。

在本发明的一个实施例中，所述聚合物层具有暴露面，所述暴露面暴露在极片外部，所述暴露面从所述壳体底部吸收电解液并沿所述聚合物层向上传输。

在本发明的一个实施例中，所述聚合物层包括本体部，所述本体部上连接有凸起部，所述凸起部具有所述暴露面，所述暴露面暴露在极片的外部；所述凸起部从所述壳体底部吸收电解液并沿所述聚合物层向上传输。

一种用电设备，包括上述任一项所述的电池。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的极片、电池和用电设备，通过在极片内部设置聚合物层，使得极片本身具有良好的吸液保液能力，使得电芯各部位始终被电解液浸润，从而有效避免了在电池循环过程中，由于电解液的不足而导致的析理现象。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术中电芯采用卷芯结构时的示意图；

图2是本发明的第一种极片的结构示意图；

图3是本发明的第二种极片的结构示意图；

图4是本发明的第三种极片的结构示意图；

图5是图4中聚合物层的结构示意图；

图6是本发明的一种电池的内部结构示意图；

图7是本发明的另一种电池的内部结构示意图；

图8是电芯的一种结构示意图；

图9是电芯的另一种结构示意图；

图10是一种电芯的三维结构示意图；

说明书附图标记说明：

1、极片；11、活性物质层；12、导电层；13、聚合物层；131、孔洞；132、毛细通道；133、暴露面；134、凹槽；135、本体部；136、凸起部；

2、顶盖；

3、壳体；

4、电芯；41、负极片；42、正极片；43、隔膜；44、负极耳；45、正极耳；46、平直部；47、拐角部；48、卷绕面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

现有技术中电池结构无法有效防止电芯因电解液不足而导致的析理问题。为解决该问题，本实施例提供一种极片、电池和用电设备。其中，电池用于为用电设备供电。

本发明实施例的用电设备，包括电池。用电设备可以是汽车、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。汽车可以是燃油汽车、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；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具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；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本申请实施例对上述用电设备不做特殊限制。

本发明实施例的电池，包括壳体、电芯和顶盖，顶盖密封壳体的开口，并与壳体之间形成有容置空间，容置空间内部用于容纳电芯、电解液以及其他部件。电芯通过极耳（正极耳和负极耳）和顶盖上的极柱电连接。

本发明实施例的壳体，可以为一侧开口的空心结构，也可以是两侧开口的空心结构。壳体可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体、六棱柱形等。

本发明实施例的电芯，包括正极片、负极片和隔膜。电芯主要由正极片和负极片卷绕或层叠放置形成，并且通常正极片和负极片之间设置有上述隔膜。正极片表面涂覆有正极活性物质层，负极片表面涂覆有负极活性物质层，正极片和负极片具有活性物质的活性物质层构成电芯的主体部，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。其中，正极活性物质层包括正极活性物质，通常由金属氧化物或多相化合物构成，这些材料在充放电过程中,能够嵌入或脱出离子,从而参与电池的反应；负极活性物质层包括负极活性物质，通常由碳材料或硅材料制成，这些材料在充放电过程中,能够嵌入或脱出离子,从而参与电池的反应。隔膜的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。

以下将结合图2-图10，对本实施例的极片和电池结构作进一步描述。

实施例一

参照图2所示，本实施例公开了一种极片1，包括活性物质层11、导电层12和聚合物层13；

导电层12的外部覆盖有活性物质层11；

聚合物层13的至少一侧覆盖有导电层12，聚合物层13为吸液保液层，由非导电材料制成，内部具有多个孔洞131和/或聚合物层13的内部具有至少一个毛细通道132，以吸收和存储一定量的电解液。

例如，可以仅在聚合层的单侧覆盖导电层12，并在导电层12外部涂覆活性物质层11；或者，如图2所示，在聚合物层13两侧均覆盖导电层12，并在导电层12外部均涂覆活性物质层11。

上述孔洞131均为直径较小的微孔，毛细通道132是指直径较小的细小管道，通过孔洞131和毛细通道132的设置，可以使得极片1吸收电解液的同时在聚合物层13内部储存一定量的电解液，当极片外部电解液不足时，聚合物内部的电解液还可以释放利用，以保证电芯上部、尤其是电芯上部拐角位置始终具有充足的电解液，从而有效避免析锂现象。

另外，毛细通道132的设置，也可以提升聚合物层13的吸液能力，促进电解液的传输。

其中，活性物质层11是进行电化学反应产生电流的材料层，活性物质层11中的活性物质用于在电池的充放电过程中与电解液发生反应，从而嵌入或脱出离子,进而参与电池的反应。

上述极片1为正极片或负极片，若极片1为正极片，则上述活性物质层11可以由钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂材质中的一种制成；若极片1为负极片，则上述活性物质层11可以由碳或硅材质中的一种制成。

导电层12可以是金属层，也可以是其他具有导电功能的材质层；当导电层12是金属层时，若极片1是负极片，则金属层可以是铜层，若极片1是正极片，则金属层可以是铝层。

聚合物层13可以采用聚对苯二甲酸乙二酯（PET， Polyethyleneterephthalate）、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚或聚酯中的一种材质制成。

聚合物层13本身可以为吸液体，吸收电解液后在内部孔洞131和/或毛细通道132中储存，也可以使得内部孔洞131和毛细通道132直接与外界连通，使得电解液直接进入孔洞131和毛细通道132中储存。

上述极片1结构，通过在聚合物层13内部设置多个孔洞131和/或至少一个毛细通道132，可以在浸润电解液后，在毛细现象的作用下具有吸液的能力，同时内部的多孔结构可以存储电解液，以在外部电解液不足时释放使用，从而避免电芯4因电解液不足而导致的析理问题；同时在极片1内部的聚合物层13设置孔洞131和毛细通道132，而不是在电芯的隔膜上设置吸液保液材料，也可以避免电芯内阻的增加，在极片内部的聚合物层设置孔洞和毛细通道，既不会影响锂离子的迁移和脱嵌，也不会影响电子的移动，因为锂离子是从正极片的正极活性物质层和负极片的负极活性物质层之间来回移动，电子是从极片的导电层上移动。

在其中一个实施方式中，如图2所示，聚合物层13与导电层12的接触面被导电层12完全覆盖，此时，极片1表面没有露出聚合物层13，电解液只能从聚合物层13的左右两侧进入聚合物层13，并在聚合物层13中存储。

在另外一个实施方式中，如图3所示，聚合物层13具有暴露面133，暴露面133暴露在极片1外部，使得外部电解液不仅可以从聚合层的左右两侧进入聚合物层13，也可以从暴露面133处进入聚合物层13，增加了进液方向和进液面积，更利于提升聚合物层13的吸液保液能力。

在其中一个实施方式中，暴露面133上设置有多个凹槽134，以更好地吸收和存储电解液。

制备时，可以通过腐蚀或其他等方法在暴露面133上形成上述凹槽134。

进一步地，暴露面133设置有至少一个吸液条（图中未示出），以进一步地促进电解液的吸收。

在其中一个实施方式中，聚合物层13内部具有多个孔洞131和至少一个毛细通道132，每个毛细通道132的单侧或两侧均分散布置有多个孔洞131，以更好地提升聚合物层13的吸液和保液能力。

上述极片1在进行制备时：将导电层12通过气相沉积法、真空离子镀或电镀法覆盖在聚合物层13的表面；再将活性物质层11涂覆在导电层12的表面，然后经过辊压和烘烤后，得到极片1。

如图6所示，本实施例还公开了一种电池，包括壳体3、顶盖2和电芯4，电芯4包括上述任一项所述的极片1，顶盖2扣合且密封壳体3的开口，壳体3内部容纳有电芯4。

在其中一个实施方式中，电芯4采用如图1所示的卷芯结构，卷芯结构的极片1呈卷绕状态；聚合物层13具有暴露面133，暴露面133暴露在极片1外部，卷芯结构包括平直部46和拐角部47，平直部46的两端形成有拐角部47；上述暴露面133位于卷芯结构的拐角部47，以使得拐角部47可以直接从暴露面133处吸收电解液，避免拐角部47因电解液不足而发生析锂现象。

在其中一个实施方式中，聚合物层13具有暴露面133，暴露面133暴露在极片1外部，暴露面133从壳体3底部吸收电解液并沿聚合物层13向上传输扩散。

电池中更多的电解液通常在壳体3底部聚集，通过暴露面133从壳体3底部吸收电解液，更利于保证吸液量，从而能够将壳体3底部储存的电解液，通过毛细作用扩散到极片1的上部区域，使得电芯4的上部也能充分被电解液浸润。

具体设置时，可以根据实际需要设置聚合物层13的区域面积和位置，只要可以使电芯4上部区域被很好的浸润就行。

具体地，电芯4包括正极片和负极片，可以仅对负极片做改进，使得负极片具有聚合物层13；也可以仅对正极片做改进，使得正极片具有聚合物层13；或者，也可以对正极片和负极片均做改进，使得正极片和负极片均具有聚合物层13。

上述实施例的电池结构，通过具有聚合物层的极片结构，使得极片本身具有良好的吸液保液能力，能够有效改善电池循环过程中，由于电解液不足而导致的析锂的问题，能够使得电池性能始终维持良好状态，保证了电池的使用寿命。

实施例二

参阅图4-图5，本实施例公开了一种极片1，本实施例和实施一的主要区别在于：本实施例的聚合物层13包括本体部135，本体部135上连接有凸起部136，凸起部136具有暴露面133，暴露面133暴露在极片1的外部，以使得电解液还可以通过凸起部136处的暴露面133吸收电解液，增加了进液方向和吸液面积，更利于提升聚合物层13的吸液保液能力。

上述结构中，凸起部136的材质和本体部135的材质可以相同，也可以不同；凸起部136和本体部135可以一体成型，也可以分体加工再连接在一起。

在其中一个实施方式中，凸起部136内部具有多个孔洞131和/或凸起部136的内部具有至少一个毛细通道132，以提升凸起部136的吸液和保液能力。

在其中一个实施方式中，本体部135的两侧均连接有凸起部136。

其中，本体部135两侧的凸起部136可以呈对称布置。

在其中一个实施方式中，如图10所示，凸起部136的宽度L1为极片1的总宽度L的5%～18%，若小于5%，则不利于提供足够的电解液而影响循环，若大于18%，则凸起部136会占据过大的面积而影响电池的能量密度。

如图7所示，本实施例还公开了一种电池，包括壳体3、顶盖2和电芯4，电芯4包括上述极片1，顶盖2扣合且密封壳体3的开口，壳体3内部容纳有电芯4。

在其中一个实施方式中，凸起部136从壳体3底部吸收电解液并沿聚合物层13向上传输。

电池中更多的电解液通常在壳体3底部聚集，通过凸起部136从壳体3底部吸收电解液，更利于保证吸液量，从而能够将壳体3底部储存的电解液，通过毛细作用扩散到极片1的上部区域，使得电芯4的上部也能充分被电解液浸润。

其中，如图8-图9所示，电芯4可采用卷芯结构，卷芯结构中的极片1呈卷绕状态，卷芯结构具有相对设置的两个卷绕面48。

如图8所示，当电芯4在壳体3中竖置时（一个卷绕面48朝向顶盖2），凸起部136的设置方向为：自电芯4的一个卷绕面48延伸至另一卷绕面48，以使得凸起部136从壳体3底部吸收电解液并沿聚合物层13向上传输扩散；

如图9所示，当电芯4在壳体3中横置时（两个卷绕面48分别朝向壳体3侧壁），凸起部136的设置方向为：凸起部136位于两个卷绕面48之间且环绕电芯4的轴线设置，以使得凸起部136从壳体3底部吸收电解液并沿聚合物层13向上传输扩散。

具体地，电芯4包括正极片42和负极片41，正极片42和负极片41之间具有隔膜43，电芯4一端设置有负极耳44，另一端设置有正极耳45，如图10所示，可以仅对负极片41做改进，使得负极片41具有聚合物层13，该聚合物层13具有凸起部136；也可以仅对正极片42做改进（图中未示出），使得正极片42具有上述聚合物层13；或者，也可以对正极片42和负极片41均做改进，使得正极片42和负极片41均具上述有聚合物层13。

上述实施例的电池结构，通过具有聚合物层的极片结构，使得极片本身具有良好的吸液保液能力，从而有效解决由于电解液不足而导致的析锂的问题，尤其是防止电芯上部拐角部发生析锂现象，使得电池性能始终维持良好状态。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种极片，其特征在于：包括，

活性物质层（11）；

导电层（12），所述导电层（12）的外部覆盖有所述活性物质层（11）；

聚合物层（13），所述聚合物层（13）的两侧均覆盖有所述导电层（12），所述聚合物层（13）内部具有多个孔洞（131）和至少一个毛细通道（132）；

所述聚合物层（13）具有暴露面（133），所述暴露面（133）暴露在极片（1）外部；

所述聚合物层（13）包括本体部（135），所述本体部（135）上连接有凸起部（136），所述凸起部（136）具有所述暴露面（133），所述暴露面（133）暴露在极片（1）的外部。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于：所述聚合物层（13）与所述导电层（12）的接触面被所述导电层（12）完全覆盖。

3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于：所述凸起部（136）内部具有多个孔洞（131）和/或凸起部（136）的内部具有至少一个毛细通道（132）。

4.根据权利要求1所述的极片，其特征在于：所述本体部（135）的两侧均连接有所述凸起部（136）。

5.根据权利要求1所述的极片，其特征在于：所述暴露面（133）上设置有多个凹槽（134）。

6.根据权利要求1所述的极片，其特征在于：所述暴露面（133）设置有至少一个吸液条。

7.根据权利要求1所述的极片，其特征在于：所述凸起部（136）的宽度为极片（1）总宽度的5%～18%。

8.根据权利要求1所述的极片，其特征在于：所述聚合物层（13）内部具有多个孔洞（131）和至少一个毛细通道（132），每个毛细通道（132）的单侧或两侧均分散布置有多个所述孔洞（131）。

9.一种电池，其特征在于：包括壳体（3）、顶盖（2）和电芯（4），所述电芯（4）包括权利要求1-8任一项所述的极片（1），所述顶盖（2）扣合且密封所述壳体（3）的开口，所述壳体（3）内部容纳有所述电芯（4）。

10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于：所述电芯（4）采用卷芯结构，所述聚合物层（13）具有暴露面（133），所述暴露面（133）暴露在极片（1）外部，所述暴露面（133）位于所述卷芯结构的拐角部（47）。

11.根据权利要求9所述的电池，其特征在于：所述聚合物层（13）具有暴露面（133），所述暴露面（133）暴露在极片（1）外部，所述暴露面（133）用于从所述壳体（3）底部吸收电解液并沿所述聚合物层（13）向上传输。

12.根据权利要求11所述的电池，其特征在于：所述聚合物层（13）包括本体部（135），所述本体部（135）上连接有凸起部（136），所述凸起部（136）具有所述暴露面（133），所述暴露面（133）暴露在极片（1）的外部；所述凸起部（136）从所述壳体（3）底部吸收电解液并沿所述聚合物层（13）向上传输。

13.一种用电设备，其特征在于：包括如权利要求9-12任一项所述的电池。