CN202259533U - 锂离子电池的极片及锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锂离子电池行业，公开了一种锂离子电池的极片及锂离子电池。锂离子电池的极片，包括：集流体、电极材料层，电极材料层涂覆在集流体的上方；其中，集流体表面具有复数个通孔，并且具有复数个凸起部和/或凹陷部。采用该结构有利于增加电极材料层与集流体的粘结结合度，有利于提高电极材料的厚度，从而有利于提高锂离子电池的容量。

Description

锂离子电池的极片及锂离子电池

技术领域 

本实用新型涉及锂离子电池领域，特别涉及一种锂电池的正负极片、以及锂电池、以及锂离子电池的极片的制备方法。 

背景技术

锂离子电池是一种可充电的二次电池，锂离子电池由于具有容量大、安全且重量较轻的优点，广泛应用与各种手持终端，比如手机、照相机等，甚至其可以有电池组进行成组配对组成动力电池组而广泛应用于各种大型用电设备，比如动力汽车等。 

锂离子电池主要依靠锂离子在正极与负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。是现代高性能电池的代表。在锂离子电池中，电池正极或者负极用于附着活性物质的基体金属，例如常用的负极(石墨)的集流体是铜箔，而正极(LiCoO2等)的集流体是铝箔。 

图1是现有技术中的一种锂离子电池所用集流体剖面结构示意图，所用集流体为铝箔、铜箔，其涂覆电极材料厚度有限，电池的容量难以提升，涂覆厚度太厚容易发生极片掉粉、电极导电性能下降等不良现象，从而导致电池性能受到影响。 

另外，锂离子电池的容量与集流体表面的电极材料的量密切相关，可供活动的锂离子越多，放电容量越高，而电池的放电容量越高则满充电池的使用时间越长，也方便人们的生活。 

本发明人在进行本实用新型的研究中发现，由于集中体的便面粘结能力有限，故其表面涂覆层过厚，容易产生上述的电极材料脱落的问题。 

而随着数码产品的快速发展，锂离子电池应用越来越广泛，且提高了对其性能的要求，高容量锂离子电池是锂离子电池的发展趋势。而现有技术中的上述问题限制了锂离子电池的高容量发展。 

实用新型内容

本实用新型实施例第一目的在于提供：一种锂离子电池的极片，采用该结构有利于增加电极材料层与集流体的粘结结合度，有利于提高电极材料的厚度，从而有利于提高锂离子电池的容量。 

本实用新型实施例第二目的在于提供：一种锂离子电池，采用该结构有利于增加电极材料层与集流体的粘结结合度，有利于提高电极材料的厚度，从而有利于提高锂离子电池的容量。 

本实用新型实施例提供的一种锂离子电池的极片，包括：集流体、电极材料层，所述电极材料层涂覆在所述集流体的上方； 

其中，所述集流体表面具有复数个通孔，并且具有复数个凸起部和/或凹陷部。 

可选地，所述极片还包括：导电碳层， 

所述导电碳层位于所述集流体的表面与所述电极材料层之间，所述导电碳层的材料陷于所述集流体表面的各通孔内。 

可选地，所述导电碳层的厚度大于或等于5μm小于或等于10μm。 

本实用新型实施例提供的一种锂离子电池，包括壳体、卷绕体、以及电解液， 

所述电解液以及卷绕体容置在所述壳体内，所述卷绕体浸泡在电解液中。所述卷绕体由层叠的正极片、隔膜以及负极片卷绕而成，所述隔膜位于所述正极片与负极片之间， 

所述正极片或负极片分别包括：集流体、电极材料层，所述电极材料层涂覆在所述集流体的上方； 

其中，所述集流体表面具有复数个通孔，并且具有复数个凸起部和/或凹陷部。 

可选地，所述极片还包括：导电碳层， 

所述导电碳层位于所述集流体的表面与所述电极材料层之间，所述导电 碳层的材料陷于所述集流体表面的各通孔内。 

可选地，所述导电碳层的厚度大于或等于5μm小于或等于10μm。 

由上可见，应用本实施例技术方案，由于本实施例所采用的集流体呈三维网状结构，即在集流体表面具有通孔并且具有凸起部或凹陷部。相对于现有技术中平坦的集流体，本实施例技术方案中的集流体与电极材料的接触面积(即结合面积)大大增加，提高了在集流体表面的涂覆面，有利于加大集流体表面的电极材料量，有利于提高最终利用该极片得到的锂离子电池的容量。 

另外，在本实施里中，相对于现有技术中采用平整完整的集流体，本实施里的集流体除了表面凹凸不平外，还具有通孔(该通孔可以但不限于呈均匀小孔分布)，从而使得在集流体表面涂布的电极材料充分陷入通孔中，并且与集流体另一表面的电极材料连接在一起，即使得集流体两表面的涂覆层达到一体化粘结，与集流体形成“爪”状结合，使得电极材料的粘结强度更高，更有利于将电极材料的涂布厚度做的更厚，从而提升锂离子电池的容量。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中： 

图1为本现有技术中锂离子电池的集流体结构示意图； 

图2为本实用新型实施例1提供的一种锂离子电池的极片的制备方法流程示意图； 

图3为本实用新型实施例1-4中提供的一种三维网状结构集流体结构示意图； 

图4为本实用新型实施例2中提供的种锂离子电池的极片的制备方法流程示意图； 

图5为本实用新型实施例3中提供的一种锂离子电池的极片的纵向横截面结构示意图； 

图6为本实用新型实施例4中提供的种锂离子电池的极片的纵向横截面结构示意图。 

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。 

实施例1： 

参见图2所示，为本实施例提供的一种锂离子电池的极片的制备方法， 

参见图2所示，本流程主要包括以下步骤： 

步骤201：裁片，其中的集流体为三维网状集流体。 

本步骤可以但不限于按照现有技术将大片的集流体材料按照当前锂离子电池的尺寸以及容量要求进行裁片。将其裁成确定宽度的待用集流体。 

在实际操作中通常但不限于在电机材料涂布前，先将集流体按照宽度将成卷的集流体进行裁宽，得到多卷宽度与需要的极片宽度相应的集流体，以便在以后的涂布工艺中可以进行成卷连续涂布，加快生产进行，但是本实用新型并不限于此。 

本实用新型实施例中的集流体是锂离子电池中的正极集流体或者负极集流体，比如铜箔或者铝箔甚至或者是以后新发现可以作为锂离子电池集流体的其他材料。 

在本实施里中的集流体与现有技术中的集流体(参见图3所示)所不同之处包括：本实用新型实施例集流体301是集流体面具有网状通孔302，并且在集流体的表面形成有复数个凸起部、或凹陷部(甚至既具有凸起部也具有凹陷部)的三维网状集流体。 

步骤202：电极材料涂布。 

采用涂布机，在集流体表面涂布电极材料浆料，使电极材料被涂布在导电碳层的表面。 

在本实施例中的涂布具体可以采用现有技术中的极片涂布机，通过传动机构，将待涂布的集流体输送经过涂布机的浆料出口，在浆料出口处设置有可供极片经过的一定高度的缝隙，这样可以控制涂布在集流体上的电极材料的厚度。 

在涂布均匀性控制上，可以通过在浆料出口设置浆料出料调节部件进行出料以及涂布均匀性的调整。其中所谓的均匀性包括出料量的稳定性、均匀性以及出料口各处的出料情况等。 

在涂布过程中可以利用纠偏设备等部件对集流体传输的顺畅性以及准确性进行控制，避免集流体的输送发生偏差，影响涂布效果以及生产进度。 

在本步骤中，当前的极片为正极片时，涂覆的材料为含有活性锂离子的锂盐正极材料，当前的极片为负极片时，涂覆的材料为碳。 

步骤203：极片烘干。 

将进行极片材料涂布后的极片送入烘干室或烘干机，进行烘干工艺处理。 

在本实施例中的烘干温度可以但不限于设定为：大于或等于100摄氏度而等于或小于130摄氏度的温度范围，即100℃--130℃。 

后续，可以将得到的极片进行裁长工艺，具体是将其按照电池容量裁剪成确定的长度，然后进行锂离子电池卷绕、锂离子入壳、注液等工艺得到锂离子电池。 

需要说明的是，本实施例上述工艺既可以应用于刚性的壳体电池，也可以用于聚合物软包锂离子电池等各种锂离子电池，只要其正极或者负极的极片涂布工艺如上所述，均落入本实用新型保护的范围。 

经过本发明人长期实验证明，应用本实施例技术方案，可以制造电极材料厚度大于或等于50μm小于或等于300μm，即电极材料涂覆厚度范围可以宽达：50μm--300μm。 

由上可见，由于本实施例所采用的集流体呈三维网状结构，即在集流体表面具有通孔并且具有凸起部或凹陷部。相对于现有技术中平坦的集流体， 本实施例技术方案中的集流体与电极材料的接触面积(即结合面积)大大增加，提高了在集流体表面的涂覆面，有利于加大集流体表面的电极材料量，有利于提高最终利用该极片得到的锂离子电池的容量。 

另外，在本实施里中，相对于现有技术中采用平整完整的集流体，本实施里的集流体除了表面凹凸不平外，还具有通孔(该通孔可以但不限于呈均匀小孔分布)，从而使得在集流体表面涂布的电极材料充分陷入通孔中，并且与集流体另一表面的电极材料连接在一起，即使得集流体两表面的涂覆层达到一体化粘结，与集流体形成“爪”状结合，使得电极材料的粘结强度更高，更有利于将电极材料的涂布厚度做的更厚，从而提升锂离子电池的容量。 

需要说明的是，为了进一步加大本实施例集流体基体与导电碳层、电极材料层的接触面积，还可以采用表面具有通孔，并且表面即设置有凸起部还设置有凹陷部的集流体。为了凸起部、凹陷部的加工方便以及美观，可以使得其表面的凸起部以及凹陷部相互配对设置，即在每两凸起部之间设置有向背面凹陷的凹陷部。 

其中，本实施例集流体中的通孔可以但不限于采用冲压、打孔或者腐蚀等工艺制作，其中的凸起部、凹陷部可以但不限于采用冲压、腐蚀等工艺获得。其获得该种结构的集流体工艺可以但不限于现有技术。 

实施例2： 

图4所示为本实施例提供的另一种锂离子电池极片的制备方法，参见图3所示，本流程主要包括以下步骤： 

步骤401：裁片，其中的集流体为三维网状集流体。 

本步骤可以参考实施例1中的步骤201。 

参见图2所示，在本实施里中的集流体与现有技术中的集流体(参见图3所示)所不同之处包括：本实用新型实施例集流体301是集流体面具有网状通孔302，并且在集流体的表面形成有复数个凸起部、或凹陷部(甚至即具有凸起部也具有凹陷部)的三维网状集流体。 

步骤402：涂覆导电碳层。 

在裁剪后待用的集流体的表面涂覆一导电碳层。 

在进行导电碳层涂覆时，具体可以但不限于采用涂布机将浆料状的导电碳材料涂布到步骤401三维网状集流体的表面。 

在本发明人进行本实用新型的实验中发现，在本实施例中涂覆在该集流体表面的该导电碳层的厚度可以但不限于大于或等于5μm小于或等于10μm，即厚度范围为5μm--10μm。 

步骤403：烘干。 

将涂覆导电碳层后的集流体送入烘干室或烘干机，进行烘干工艺。 

在本实施例中的烘干温度可以但不限于设定为：大于或等于100摄氏度而等于或小于130摄氏度的温度范围，即100℃--130℃。 

步骤404：滚压。 

对步骤403处干燥处理后的集流体进行滚压。该滚压具体可以但不限于采用自动输送设备将集流体通过两个相对运动的滚轮，并且可以根据需要调整滚轮之间的间隙以调整滚轮对中间通过的集流体的压力。 

通过滚压工艺可以进一步将涂布在集流体表面的导电碳层更密实、均匀地覆盖在集流体的表面。 

步骤405：电极材料涂布。 

本步骤参见实施例1中步骤102所示，在此不作赘述。 

步骤406：烘干极片。 

本步骤的内容具体参见实施例1中步骤203的记载，在此不作赘述。 

后续，可以将得到的极片进行裁长工艺，具体是将其按照电池容量裁剪成确定的长度，然后进行锂离子电池卷绕、锂离子入壳、注液等工艺得到锂离子电池。 

本实施例与实施例1的区别主要在于： 

本实施例在三维网状集流体进行电极材料涂布之前，预先在集流体的表 面涂覆一层导电碳层，并且在烘干后进一步采用滚压工艺处理，然后才进行电极材料的涂布。本实施例技术方案除了具有实施例1的有益效果外，还进一步具有以下的有益效果： 

1、在进行电极材料涂布前，预先在集流体基体表面涂覆一层混有导电材料的导电碳层，该导电碳层有利于改善集流体的导电性。 

2、在涂覆导电碳层后，还依次进行烘干以及滚压处理，使得该涂覆在集流体表面的、已干燥的导电碳层进一步在压力的作用下，更加牢固地“爪”粘结结合在集流体基体的表面。 

3、相对于直接在平整集流体表面涂布电极材料的现有技术，本实施例通过预涂覆导电碳层表面，然后在该牢牢“爪”状粘结连接在集流体表面的导电碳层表面(细小颗粒状的粗糙面)上涂布的电极材料，电极材料层与导电碳层属于颗粒层与颗粒层的粘结，相当于现有技术中平面光滑面与颗粒层之间的粘结，本实施的粘结更加紧密、粘结结合度更强，有利于提高电极材料涂布的厚度，进而有利于提高锂离子电池的容量。 

综上，应用本实施例技术方案，对于小容量电池而言，其有利于改善电极材料与集流体的粘结度，防止在使用过程中容易脱落，从而改善其导电性；另一方面由于其改善了电极材料与集流体的粘结结合强度，从而有利于提高电极材料的厚度，有利于提高电池的容量，利于技术的发展。 

对比试验： 

对比例：采用现有技术，直接在现有技术中的平整片状集流体上涂布电极材料； 

实用新型实施例：采用本实施例技术方案，在三维网状集流体上涂布导电碳层，然后在导电碳层表面涂布电极材料。 

涂布机：深圳浩能科技有限公司出厂的的连续刮涂涂布机，型号为GR-GU500-12C。 

表一：实验数据结果对比表 

实施例3： 

锂离子主要包括壳体、卷绕体(即电芯)、以及电解液。其中电解液以及卷绕体设置在壳体内，该卷绕体浸泡在电解液中。该卷绕体由层叠的正极片、隔膜以及负极片卷绕而成，其中隔膜位于正极片与负极片之间。 

参见图5所示，(正、负)极片包括：集流体201、以及在所述集流体的上方的电极材料层。参见图3所示，在本实施里中的集流体301与现有技术中的集流体101(参见图1所示)所不同之处主要包括：本实用新型实施例集流体301是集流体表面具有网状通孔302，并且在集流体301的表面形成有复数个凸起部、或凹陷部(甚至即具有凸起部也具有凹陷部)的三维网状集流体。 

具体对于正极片，其集流体可以但不限于为三维网状铜箔，其电极材料层501为锂盐材料层，比如磷酸铁锂材料层或者其他锂离子材料； 

对于负极片，其集流体可以但不限于为三维网状铝箔，其电极材料为碳层。 

本实施例提供的锂离子电池中的正极片和/或负极片可以但不限于采用实施例1所示的工艺制成。 

需要说明的是，本实施例上述工艺既可以应用于刚性的壳体电池，也可以用于聚合物软包锂离子电池等各种锂离子电池，只要其正极或者负极的极片涂布工艺如上所述，均落入本实用新型保护的范围。 

经过本发明人长期实验证明，应用本实施例技术方案，可以制造电极材料厚度大于或等于50μm小于或等于300μm，即电极材料涂覆厚度范围可以宽达：50μm--300μm。 

由上可见，由于本实施例所采用的集流体呈三维网状结构，即在集流体表面具有通孔302并且具有凸起部或凹陷部。相对于现有技术中平坦的集流体，本实施例技术方案中的集流体与电极材料的接触面积(即结合面积)大大增加，提高了在集流体表面的涂覆面，有利于加大集流体表面的电极材料量，有利于提高最终利用该极片得到的锂离子电池的容量。 

进一步地，在本实施里中，相对于现有技术中采用平整完整的集流体，本实施里的集流体除了表面凹凸不平外，还具有通孔302(该通孔302可以但不限于呈均匀小孔分布)，从而使得在集流体表面涂布的电极材料充分陷入通孔302中，并且与集流体另一表面的电极材料连接在一起，即使得集流体两表面的涂覆层达到一体化粘结，与集流体形成“爪”状结合，使得电极材料的粘结强度更高，更有利于将电极材料的涂布厚度做的更厚，从而提升锂离子电池的容量。 

需要说明的是，为了进一步加大本实施例集流体基体与导电碳层、电极材料层501的接触面积，还可以采用表面具有通孔302，并且表面即设置有凸起部还设置有凹陷部的集流体。为了凸起部、凹陷部的加工方便以及美观，可以使得其表面的凸起部以及凹陷部相互配对设置，即在每两凸起部之间设置有向背面凹陷的凹陷部。 

其中，本实施例集流体中的通孔302可以但不限于采用冲压、打孔或者腐蚀等工艺制作，其中的凸起部、凹陷部可以但不限于采用冲压、腐蚀等工艺获得。其获得该种结构的集流体工艺可以但不限于现有技术。 

实施例4： 

参见图6所示，本实施例相对于实施例3所不同之处主要在于： 

本实施例提供的锂离子电池的正极片和/或负极片的集流体与电极材料层601之间还间隔有导电碳层502，该导电碳层502涂覆在集流体的表面，并且导电碳层502中的材料陷入集流体中的通孔302中，呈“爪”装粘结在集流体的两表面。该电极材料(碳或者锂离子材料)涂覆在该导电碳层502的表面。 

在本发明人进行本实用新型的实验中发现，在本实施例中涂覆在该集流 体表面的该导电碳层502的厚度可以但不限于大于或等于5μm小于或等于10μm，即厚度范围为5μm--10μm。 

本实施例中所示的锂离子电池中的正极片/负极片可以但不限于采用实施例2所示的工艺流程制成。 

本实施例与实施例3的区别主要在于：在三维网状集流体进行电极材料涂布之前，预先在集流体的表面涂覆一层导电碳层502，并且在烘干后进一步采用滚压工艺处理，然后才进行电极材料的涂布。本实施例技术方案除了具有实施例1的有益效果外，还进一步具有以下的有益效果： 

1、在进行电极材料涂布前，预先在集流体基体表面涂覆一层混有导电材料的导电碳层502，该导电碳层502有利于改善集流体的导电性。 

2、紧涂覆在集流体表面的导电碳层502的材料陷于该三维网状集流体的通孔302内，即呈“爪”状一体化粘结结合在集流体基体的两表面，其粘结强度更强。 

3、相对于直接在平整集流体表面涂布电极材料的现有技术，本实施例通过预涂覆导电碳层502表面，然后在该牢牢“爪”状粘结连接在集流体表面的导电碳层502表面(细小颗粒状的粗糙面)上涂布的电极材料，电极材料层601与导电碳层502属于颗粒层与颗粒层的粘结，相当于现有技术中平面光滑面与颗粒层之间的粘结，本实施的粘结更加紧密、粘结结合度更强，有利于提高电极材料涂布的厚度，进而有利于提高锂离子电池的容量。 

综上。应用本实施例技术方案，对于小容量电池而言，应用本实施例技术方案有利于改善电极材料与集流体的粘结度，防止在使用过程中容易脱落，从而改善其导电性；另一方面由于其改善了电极材料与集流体的粘结结合强度，从而有利于提高电极材料的厚度，有利于提高电池的容量，利于技术的发展。 

对比试验： 

对比例：采用现有技术，直接在现有技术中的平整片状集流体上涂布电极材料，采用该技术得到的极片而制造容量为1000mAh锂离子电池； 

实用新型实施例：采用本实施例技术方案，在三维网状集流体上涂布导电碳层，然后在导电碳层表面涂布电极材料，采用该技术得到的极片而制造同体积的锂离子电池。 

涂布机：深圳浩能科技有限公司出厂的的连续刮涂涂布机，型号为GR-GU500-12C。 

表二：数据对比分析表格 

由上可见，相比现有技术中，采用本实施技术方案，电极材料厚度可提高三倍。采用本实施例得到的涂层厚度为300um的极片，相对于现有技术中涂层厚度为100um的极片，电极材料的剥离强度几乎为现有技术的2倍，并且制作成电池后，循环性能比使用普通箔材电池有容量提升20％。 

综上，采用本实施例技术方案，一方面可以大大提高极片上的电极材料的剥离强度，并且有利于提高锂离子电池的容量。 

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。 

Claims (6)

1.一种锂离子电池的极片，其特征是，包括：集流体、电极材料层，所述电极材料层涂覆在所述集流体的上方；

其中，所述集流体表面具有复数个通孔，并且具有复数个凸起部和/或凹陷部。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的极片，其特征是，

所述极片还包括：导电碳层，

所述导电碳层位于所述集流体的表面与所述电极材料层之间，所述导电碳层的材料陷于所述集流体表面的各通孔内。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池的极片，其特征是，

所述导电碳层的厚度大于或等于5μm小于或等于10μm。

4.一种锂离子电池，包括壳体、卷绕体、以及电解液；

所述电解液以及卷绕体容置在所述壳体内，所述卷绕体浸泡在电解液中。所述卷绕体由层叠的正极片、隔膜以及负极片卷绕而成，所述隔膜位于所述正极片与负极片之间，

所述正极片或负极片分别包括：集流体、电极材料层，所述电极材料层涂覆在所述集流体的上方；

其中，所述集流体表面具有复数个通孔，并且具有复数个凸起部和/或凹陷部。

5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池，其特征是，

所述极片还包括：导电碳层，

所述导电碳层位于所述集流体的表面与所述电极材料层之间，所述导电碳层的材料陷于所述集流体表面的各通孔内。

6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池，其特征是，

所述导电碳层的厚度大于或等于5μm小于或等于10μm。

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