CN205376640U - 一种电池极片及采用该电池极片的二次电池 - Google Patents

Abstract

本申请涉及锂离子电池领域，具体讲，涉及一种电池极片及采用该电池极片的二次电池。本申请的电池极片，包括极耳、集流体和附着在集流体至少一个表面的膜片，膜片上设置有凹槽，极耳镶嵌于凹槽内并与集流体电连接，极耳包括镶嵌于凹槽内的内嵌部和外露于凹槽的外露部，内嵌部的上表面覆盖有活性物质覆盖层。本申请采用嵌入式极耳，在内嵌部表面覆盖膜片，不需要使用绝缘胶纸，减少极耳厚度对电芯厚度的叠加；并减少绝缘胶对极耳厚度的叠加，提升电池的容量密度。

Description

一种电池极片及采用该电池极片的二次电池

技术领域

本申请涉及储能元件领域，具体讲，涉及一种电池极片及采用该电池极片的二次电池。

背景技术

锂离子电池因能量密度高、平均开路电压高和循环寿命长等优点已广泛应用于移动、便携式电器中。商品化的锂离子电池的极片包含集流体、极耳和活性物质层，其中活性物质层为连续均匀的涂层。阴极极片、阳极极片与隔离膜一起组成电芯，电芯的厚度由阴极极片和阳极极片的厚度、隔离膜的厚度、极耳的厚度共同累加组成。在电芯的不同部位，厚度并不相同，其中在焊接极耳处的厚度最大。商品化的锂离子电池一般均以电池的最大厚度定义该型号电池的厚度。

随着电子产品向小型化、多功能化发展，其对锂离子电池的能量密度要求也越来越高，这就要求电池在同样的空间内要贡献出更多的容量。而传统的锂离子电池的厚度由于极耳厚度的累加，使得焊接极耳区域的厚度为电池的最大厚度，而未焊接极耳的区域厚度则相对较小，这部分空间不能被充分利用，导致在一定型号尺寸内，电池的容量难以进一步提高。极耳的厚度对电池厚度的累加已经成为制约传统锂离子电池能量密度进一步提升的瓶颈之一。

常规锂离子电池电芯存在极耳以及绝缘胶对电芯厚度的叠加问题，使得极耳区成为电池的最大厚度区，极耳区以外的电芯尺寸空间白白浪费，导致能量密度损失；虽然有采用设计极耳容纳槽位区的方式来改善极耳厚度叠加带来的能力密度损失问题，但极耳容纳槽位区并无能量发挥，且极片上粘贴的绝缘胶带来的厚度叠加问题并未解决，影响能量密度的充分提升。

现有技术主要是通过在极片上开设凹槽，将极耳焊接在凹槽内，从而达到提升能量密度的目的。专利文献CN203733894U公开了一种锂离子电池，其中阴极膜片上设置有第一凹槽，阳极膜片上设置有第二凹槽，阴极极耳焊接于第一凹槽内，阳极极耳焊接于第二凹槽内，阴极极耳的上下两个表面上覆盖有第一绝缘胶层，第二凹槽对应的阴极膜片的表面贴有第二绝缘胶层。由于第一凹槽和第二凹槽挖除了活性物质层，此区域并无能量发挥，绝缘胶层也占据了电池内部分空间，影响了能量密度的充分提升。

针对现有技术的缺陷，特提出本申请。

发明内容

本申请提供一种电池极片，能够提高电池的容量密度。

本申请还提供一种采用本申请的电池极片制备的二次电池。

为了完成本申请的目的，采用的技术方案为：一种电池极片，包括极耳、集流体和附着在集流体至少一个表面的膜片，所述膜片上设置有凹槽，所述极耳镶嵌于所述凹槽内并与所述集流体电连接，所述极耳包括镶嵌于所述凹槽内的内嵌部和外露于所述凹槽的外露部，所述内嵌部的上表面覆盖有活性物质覆盖层。

优选的，所述内嵌部的厚度与所述活性物质覆盖层的厚度之和不大于所述膜片的厚度。

优选的，所述内嵌部的厚度与所述活性物质覆盖层的厚度之和等于所述膜片的厚度。

优选的，所述凹槽的深度等于膜片的厚度。

优选的，所述膜片和所述活性物质覆盖层为相同材质或不同材质。

优选的，所述凹槽与所述内嵌部的大小相适应。

优选的，所述电池极片为阴极极片3，包括阴极极耳4、阴极集流体31和附着在阴极集流体至少一个表面的阴极膜片32，所述阴极膜片32上设置有第一凹槽G31，所述阴极极耳4镶嵌于所述第一凹槽G31并与所述阴极集流体电31连接，所述阴极极耳4包括镶嵌于所述第一凹槽G31内的第一内嵌部和外露于所述第一凹槽G31的第一外露部，所述第一内嵌部的上表面覆盖有阴极活性物质覆盖层33。

优选的，所述电池极片为阳极极片1，包括阳极极耳2、阳极集流体11和附着在阳极集流体至少一个表面的阳极膜片12，所述阳极膜片12上设置有第二凹槽G11，所述阳极极耳2镶嵌于所述第二凹槽G11内并与所述阳极集流体11电连接，所述阳极极耳2包括镶嵌于所述第二凹槽G11内的第二内嵌部和外露于所述第二凹槽G11的第二外露部，所述第二内嵌部的上表面覆盖有阳极活性物质覆盖层13。

本申请还涉及一种二次电池，包括阴极极片3和阳极极片1，所述阴极极片3为本申请的电池极片和/或所述阳极极片1为本申请的电池极片。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

首先，本申请采用嵌入式极耳，并将极耳内嵌部的表面再覆盖一层活性物质覆盖层，不需要使用绝缘胶纸，不仅可减少极耳的厚度对电芯厚度的叠加；还可进一步减少绝缘胶对极耳厚度的叠加，提升容量密度。

其次，本申请最大限度的利用了电池内部的空间，提高了活性物质的涂覆量，进一步提升了容量密度。

针对阴极极片，现有技术在阴极极片上设置凹槽，此区域并无能量发挥，同时绝缘胶层也占据了电池内部分空间，影响了能量密度的充分提升，本申请中是在阴极极耳上表面补上阴极活性物质，例如钴酸锂等，从而提高阴极极片的能量密度。

针对阳极极片，现有技术在阳极极片上设置凹槽造成阳极活性物质减少，使阳极片的凹槽处不能接受来自对应阴极的锂离子，不仅影响了能量密度的充分提升，同时还会造成电池产生析锂从而给电池带来安全隐患。本申请中在阳极极耳上表面补上阳极活性物质，阳极活性物质可以为石墨，不仅提高了能量密度，还可以解决析锂的问题。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的电池电芯截面示意图；

图2为本申请实施例的阴极极片横截面示意图；

图3为图2中极耳区局部A放大视图；

图4为本申请实施例的阳极极片横截面示意图，

图5为图4中极耳区局部B放大视图；

图6为对比例1的电池电芯截面示意图；

图7为对比例1的阴极极片横截面示意图；

图8为对比例1的阳极极片横截面示意图；

图9为对比例2的电池电芯截面示图；

图10为对比例2的阴极极片横截面示意图；

图11为图10中区域C的极耳区局部放大视图；

图12为对比例2的阳极极片横截面示意图；

图13为图12中区域D的极耳区局部放大视图。

其中：

1-阳极极片；

11-阳极集流体；

12-阳极膜片；

13-阳极活性物质覆盖层；

G11-第二凹槽；

R11-第二凹槽配对凹部；

2-阳极极耳；

3-阴极极片；

31-阴极集流体；

32-阴极膜片；

33-阴极活性物质覆盖层；G31-第一凹槽；

R31-第一凹槽配对凹部；

G32-阴极极片对位凹槽；

R32-阴极极片对位凹部；

4-阴极极耳；

5-隔离膜；

T0-对比例1中阳极极耳绝缘胶带；

T1/T2-对比例1中阴极极耳绝缘胶带；

T2’/T3’-对比例2中G31和R31绝缘胶带；

T1’/T4’-对比例2中G32和R32绝缘胶带。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中所述“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中的膜片的放置状态为参照。

一种电池极片，包括极耳、集流体和附着在集流体至少一个表面的膜片，膜片上设置有凹槽，极耳镶嵌于凹槽内并与集流体电连接，极耳包括镶嵌于凹槽内的内嵌部和外露于凹槽的外露部，内嵌部的上表面覆盖有活性物质覆盖层。如图1所示，内嵌部的上表面完全被活性物质所覆盖。

优选的，极耳内嵌部的厚度小于膜片的厚度；极耳内嵌部的厚度与极耳外露部的厚度可相同，也可不同。在此，本申请中仅要求极耳内嵌部的厚度较小，低于膜片的厚度，这样可在内嵌部的表面设置活性物质覆盖层，将极耳嵌入到活性物质层的内部。

优选的，本申请中极耳外露部的厚度大于内嵌部。

优选的，极耳内嵌部的厚度与活性物质覆盖层的厚度之和不大于膜片的厚度；优选的，极耳内嵌部的厚度与活性物质覆盖层的厚度之和等于膜片的厚度。从而制备得到一种极耳嵌入到膜层内部且膜片厚度均匀一致的极片，该极片可消除极耳对电芯厚度的叠加，并且最大限度利用了电芯内的空间，提高了活性物质的涂覆量。

优选的，凹槽的深度等于膜片的厚度，即内嵌部的厚度小于凹槽的深度，从而将极耳内嵌部焊接于凹槽内后，内嵌部与膜片之间仍形成凹槽，将活性物质填充于该凹槽内，形成活性物质覆盖层。

优选的，膜片和活性物质覆盖层为相同材质或不同材质。

优选地，凹槽与内嵌部的大小相适应，本申请提出的与内嵌部的大小相适应的凹槽，指该凹槽与内嵌部的大小完全吻合，从而使极耳内嵌部与膜片无缝隙的紧密接触。该凹槽可由设置于极耳内嵌部的相适应的凹槽直接形成；或者该凹槽仅仅是为了容纳极耳内嵌部，不在制备过程中直接形成。例如，可通过先设置面积更大的预留凹槽，焊接极耳后，再补充活性材料于缝隙中的形式而间接形成；或者可以通过先焊接极耳，然后直接涂覆活性材料形成膜片和极片内嵌部表面的活性材料覆盖层。从而不仅没有浪费极片周边的空间所能带来的电容量，并且不需要使用绝缘胶，从而避免了绝缘胶对电芯厚度的叠加，进一步提升容量密度。

优选的，该电池极片为阴极极片3，包括阴极极耳4、阴极集流体31和附着在阴极集流体至少一个表面的阴极膜片32，阴极膜片32上设置有第一凹槽G31，阴极极耳4镶嵌于第一凹槽G31内与阴极集流体31电连接，阴极极耳4包括镶嵌于第一凹槽G31内的第一内嵌部和外露于第一凹槽的第一外露部，第一内嵌部的上表面覆盖有阴极活性物质覆盖层33。

优选的，该电池极片为阳极极片1，包括阳极极耳2、阳极集流体11和附着在阳极集流体至少一个表面的阳极膜片12，阳极膜片上设置有第二凹槽G11，阳极极耳镶嵌于第二凹槽G11并与所述阳极集流体11电连接，阳极极耳2包括镶嵌于第二凹槽G11内的第二内嵌部和外露于第二凹槽G11的第二外露部，第二内嵌部的上表面覆盖有阳极活性物质覆盖层13。

本申请还涉及一种锂离子电池，包括阴极极片3、阳极极片1、间隔于所述阴极极片3和阳极极片1之间的隔离膜5，以及电解液，其中阴极极片3可采用本申请的阴极极片，或阳极极片1采用本申请的阳极极片，或阴极极片3和阳极极片1均采用申请的极片。其电芯的截面示意图如图1所示。

本申请的极片可通过先在集流体上焊接极耳、再涂覆活性物质得到；或通过先涂覆活性物质并设置凹槽、再焊接极耳于凹槽内、最后填充活性物质得到。其一为：将极耳内嵌部焊接在集流体上，然后在集流体上涂覆活性物质，活性物质附着于集流体和极耳内嵌部的表面。另一方式为：在集流体上涂覆活性物质形成膜片，在膜片上设置为嵌入极耳的凹槽，将极耳内嵌部焊接于凹槽内，然后将活性物质填充于凹槽并覆盖所述内嵌部上表面以形成所述活性物质覆盖层。具体的填充方式可采用挤压、喷涂、蘸涂活性物质的方式，只要满足将活性物质填充于该缝隙中即可。经过上述制备方法，制备得到的极耳内嵌部的厚度与其上表面覆盖的活性物质覆盖层的厚度之和不大于膜片的厚度；并优选等于膜片的厚度。

实施例1

以494090型号软包装锂离子电池(成品电池厚度为4.9mm、宽度为40mm、长度为90mm)为例，阳极极耳2与阴极极耳4尺寸一致，极耳的焊接长度为15mm，极耳宽度为6mm、厚度为0.06mm。

该电池的阴极极片3包括阴极极耳4、阴极集流体31和附着在阴极集流体两表面的阴极膜片32，阴极膜片32上设置有第一凹槽G31，阴极极耳4镶嵌于第一凹槽G31内与阴极集流体31电连接，阴极极耳4包括镶嵌于第一凹槽G31内的第一内嵌部和外露于第一凹槽G31的第一外露部，第一内嵌部的上表面覆盖有阴极活性物质覆盖层33。阴极膜片32和阴极活性物质覆盖层33为相同材质，均为LiCoO₂。

该电池的阳极极片1为常规阳极极片，包括阳极极耳2、阳极集流体11和附着在阳极集流体两表面的阳极膜片12，阳极膜片12上设置有第二凹槽G11，阳极极耳镶嵌于第二凹槽G11并与阳极集流体11电连接。阳极膜片12的材质为石墨。

其制备方法为：采用激光在阴极膜片32上清洗出用于焊接阴极极耳4的第一凹槽G31，随后采用超声焊接或钎焊或电阻焊或粘接方式将阴极极耳4的内嵌部焊接到第一凹槽G31中，再采用挤压或喷涂或蘸涂阴极活性物质填充覆盖阴极极耳4形成两面完整连续的阴极膜片32。该阴极膜片32也可采用先焊接阴极极耳4再涂覆阴极活性物质的方法制备。

其中：图2为阴极极片的截面示意图，图3为极耳区局部A放大视图。采用激光在阳极膜片12上清洗出用于焊接阳极极耳2的第二凹槽G11，随后采用超声焊接或钎焊或电阻焊或粘接方式将阳极极耳2的内嵌部焊接到第二凹槽G11中，不进行填充阳极活性物质的步骤，制备得到常规阳极极片1。

阳极极片1、阴极极片3和隔离膜5卷绕形成二次电池电芯。

实施例2

以494090型号软包装锂离子电池(成品电池厚度为4.9mm、宽度为40mm、长度为90mm)为例，阳极极耳2与阴极极耳4尺寸一致，即极耳的焊接长度为15mm，极耳宽度为6mm、厚度为0.06mm。

该电池的阳极极片1包括阳极极耳2、阳极集流体11和附着在阳极集流体两表面的阳极膜片12，阳极膜片12上设置有第二凹槽G11，阳极极耳2镶嵌于第二凹槽G11并与阳极集流体11电连接，阳极极耳2包括镶嵌于第二凹槽G11内的第二内嵌部和外露于第二凹槽G11的第二外露部，第二内嵌部的上表面覆盖有阳极活性物质覆盖层13。阳极膜片12和阳极活性物质覆盖层13为相同材质，均为石墨。

该电池的阴极极片3为常规极片，包括阴极极耳4、阴极集流体31和附着在阴极集流体两表面的阴极膜片32，阴极膜片32上设置有第一凹槽G31，阴极极耳4镶嵌于第一凹槽G31内与阴极集流体31电连接。阴极膜片32的材质为LiCoO2。

其制备方法为：

采用激光在阳极膜片12上清洗出用于焊接阳极极耳2的第二凹槽G11，随后采用超声焊接或钎焊或电阻焊或粘接方式将阳极极耳2的内嵌部焊接到第二凹槽G11中，再采用挤压或喷涂或蘸涂阳极活性物质填充覆盖阳极极耳2的内嵌部形成两面完整连续的膜片12。也可采用先焊接阳极极耳2再涂覆阳极活性物质的方法制备。其中：图4为阳极极片的截面示意图，图5为极耳区局部B放大视图。

采用激光在阴极极片3上清洗出用于焊接阴极极耳4的第一凹槽G31，随后采用超声焊接或钎焊或电阻焊或粘接方式将阴极极耳4的内嵌部焊接到第一凹槽G31中，不进行填充阴极活性物质的步骤，制备得到常规阴极极片3。

阳极极片1、阴极极片3和隔离膜5卷绕形成二次电池电芯。

实施例3

以494090型号软包装锂离子电池(成品电池厚度为4.9mm、宽度为40mm、长度为90mm)为例，阳极极耳2与阴极极耳4尺寸一致，即极耳的焊接长度为15mm，极耳宽度为6mm、厚度为0.06mm。

该电池的阴极极片3包括阴极极耳4、阴极集流体31和附着在阴极集流体至少一个表面的阴极膜片32，阴极膜片32上设置有第一凹槽G31，阴极极耳4镶嵌于第一凹槽G31内与阴极集流体31电连接，阴极极耳4包括镶嵌于第一凹槽G31内的第一内嵌部和外露于第一凹槽的第一外露部，第一内嵌部的上表面覆盖有阴极活性物质覆盖层33。阴极膜片32和阴极活性物质覆盖层33为相同材质，均为LiCoO2。

该电池的阳极极片1包括阳极极耳2、阳极集流体11和附着在阳极集流体至少一个表面的阳极膜片12，阳极膜片上设置有第二凹槽G11，阳极极耳镶嵌于第二凹槽G11并与所述阳极集流体11电连接，阳极极耳2包括镶嵌于第二凹槽G11内的第二内嵌部和外露于第二凹槽G11的第二外露部，第二内嵌部的上表面覆盖有阳极活性物质覆盖层13。阳极膜片12和阳极活性物质覆盖层13为相同材质，均为石墨。

其制备方法为：

采用激光在阴极膜片32上清洗出用于焊接阴极极耳4的第一凹槽G31，随后采用超声焊接或钎焊或电阻焊或粘接方式将阴极极耳4的内嵌部焊接到第一凹槽G31中，再采用挤压或喷涂或蘸涂阴极活性物质填充覆盖阴极极耳4形成两面完整连续的膜片32。也可采用先焊接阴极极耳4再涂覆阴极活性物质的方法制备。其中：图2为阴极极片的截面示意图，图3为极耳区局部A放大视图。

采用激光在阳极极片1上清洗出用于焊接阳极极耳2的第二凹槽G11，随后采用超声焊接或钎焊或电阻焊或粘接方式将阳极极耳2的内嵌部焊接到第二凹槽G11中，再采用挤压或喷涂或蘸涂阳极活性物质填充覆盖阳极极耳2的内嵌部形成两面完整连续的膜片12。也可采用先焊接阳极极耳2再涂覆阳极活性物质的方法制备。其中：图4为阳极极片的截面示意图，图5为极耳区局部B放大视图。

阳极极片1、阴极极片3和隔离膜5卷绕形成二次电池电芯，其电芯的截面示意图如图1所示。

对比例1

如图6～8所示，与实施例1不同的是：阴极极片3和阳极极片1上没有开设任何凹槽以及粘贴覆盖凹槽的绝缘胶，阳极极耳2和阴极极耳4分别焊接在极片头部的空白阳极集流体11和阴极集流体31上。采用绝缘胶T0粘贴覆盖阳极极耳2，采用绝缘胶T1和T2分别粘贴覆盖阴极极耳4和阴极极耳4背部的集流体。阳极极片1、阴极极片3和隔离膜5采用同向平行卷绕且阳极极片1位于内侧，由此形成二次电池电芯。

其中：图6为电池电芯截面示意图，图7阴极极片的横截面示意图，图8为阳极极片的横截面示意图。

对比例2

如图9～13所示，与实施例1不同的是：阳极极片1上开设第二凹槽G11、阳极背部凹槽R11(G11的配对凹部)；阴极极片3上开设G31(第一凹槽)、R31(第一凹槽配对凹部)、G32(阴极极片对位凹槽)和R32(阴极极片对位凹部)。

完成极耳焊接后均不填充活性物质，采用绝缘胶T2’(第二凹槽用双面绝缘胶带)和T3’(第二凹槽配对凹部用双面绝缘胶带)粘贴覆盖凹槽G31和R31，绝缘胶T1’(阴极极片对位凹槽用双面绝缘胶带)和T4’(阴极极片对位凹部用双面绝缘胶带)分别粘贴覆盖凹槽G32和R32。阳极极片1、阴极极片3和隔离膜5卷绕形成二次电池电芯。

其中：图9为对比例2的电池电芯截面示图；图10为阴极极片横截面示意图，图11为图10中区域C的极耳区局部放大视图；图12为阳极极片横截面示意图，图13为图12中区域D的极耳区局部放大视图。

电池性能检测

对实施例1和对比例1、2所得的电池进行容量测试、厚度直流测量。

容量测试：采用标称电流将电芯充电到标称上限电压，然后再以标称电流放电到截至电压所释放出来的电量。

体积能量密度测试：(容量×标称电压)/体积。

厚度测试：用PPG测厚仪测量。

所得的测试结果示于表1，由表中统计可知，实施例的平均容量和平均体积能量密度比对比例均有较大提升；DCR也相对较小。

表1实施例1～3和对比例1、2电池的容量、体积能量密度和电池厚度

本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种电池极片，包括极耳、集流体和附着在集流体至少一个表面的膜片，所述膜片上设置有凹槽，所述极耳镶嵌于所述凹槽内并与所述集流体电连接，所述极耳包括镶嵌于所述凹槽内的内嵌部和外露于所述凹槽的外露部，其特征在于，所述内嵌部的上表面覆盖有活性物质覆盖层。

2.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述内嵌部的厚度与所述活性物质覆盖层的厚度之和不大于所述膜片的厚度。

3.根据权利要求2所述的电池极片，其特征在于，所述内嵌部的厚度与所述活性物质覆盖层的厚度之和等于所述膜片的厚度。

4.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述凹槽的深度等于膜片的厚度。

5.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述膜片和所述活性物质覆盖层为相同材质或不同材质。

6.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述凹槽与所述内嵌部的大小相适应。

7.根据权利要求1～6任一权利要求所述的电池极片，其特征在于，所述电池极片为阴极极片，包括阴极极耳、阴极集流体和附着在阴极集流体至少一个表面的阴极膜片，所述阴极膜片上设置有第一凹槽，所述阴极极耳镶嵌于所述第一凹槽内并与所述阴极集流体电连接，所述阴极极耳包括镶嵌于所述第一凹槽内的第一内嵌部和外露于所述第一凹槽的第一外露部，所述第一内嵌部的上表面覆盖有阴极活性物质覆盖层。

8.根据权利要求1～6任一权利要求所述的电池极片，其特征在于，所述电池极片为阳极极片，包括阳极极耳、阳极集流体和附着在阳极集流体至少一个表面的阳极膜片，所述阳极膜片上设置有第二凹槽，所述阳极极耳镶嵌于所述第二凹槽内并与所述阳极集流体电连接，所述阳极极耳包括镶嵌于所述第二凹槽内的第二内嵌部和外露于所述第二凹槽的第二外露部，所述第二内嵌部的上表面覆盖有阳极活性物质覆盖层。

9.一种二次电池，包括阴极极片和阳极极片，其特征在于，所述阴极极片为权利要求7所述的电池极片和/或所述阳极极片为权利要求8所述的电池极片。