CN208385526U - 一种锂电池负极片及锂电池 - Google Patents

Abstract

一种锂电池负极片及锂电池，所述锂电池负极片包括集流体基体，所述集流体基体为锂带，还包括：沿所述锂带的长度方向延伸并叠置于所述锂带上的非锂金属箔材，所述非锂金属箔材的一端沿宽度方向露出于所述锂带，所述非锂金属箔材与所述锂带重叠部分的宽度大于1毫米且小于所述锂带宽度的一半。本实用新型的负极片采用锂带作为集流体基体，在锂带的至少一长侧边上叠置其他非锂的金属箔材，增加了负极片的韧性和强度，改善了锂金属负极的加工性能，同时也减少了负极片非活性物质的含量，提高了锂电池的能量密度。

Description

一种锂电池负极片及锂电池

技术领域

本实用新型属于锂电池技术领域，更具体地说，涉及一种锂电池负极片及使用该负极片的锂电池。

背景技术

随着化石能源的逐渐消耗和环境问题的日益加剧，发展清洁的替代能源成为必然趋势。可充放电池在日常生活中已得到广泛应用，给人们的生活带来便利，同时也是解决能源问题和环境问题的重要媒介。铅酸电池、镍氢电池和锂电池等电池体系中，锂电池是能量密度最高的。而石墨是目前应用最广泛的锂电池负极材料，但石墨的理论容量仅为372mAh/g，采用石墨作为负极材料的锂电池正在逐渐接近能量密度的极限，越来越难以满足人们对高能量密度电池的需求。

相比于石墨负极，锂金属负极的理论容量更高，可达到3860mAh/g，采用锂金属负极来替代目前的石墨负极，从而提高锂电池的能量密度，是锂电池技术发展的一个重要方向。采用锂金属负极的锂电池，其正极无论是搭配目前成熟的正极材料体系，或是以硫作为正极活性材料的体系，或是固态电解质体系，都能够得到更高的能量密度。

锂金属负极的活性物质是锂金属，锂金属可以制作成锂箔(带)作为负极片，或者与其他金属箔材复合组成负极片。如申请号为201611205855.3的中国发明专利申请、申请号为201511031618.5的中国发明专利申请以及申请号为201611236487.9的中国发明专利申请均公开了含锂金属的负极片，并应用于高能量密度的电池体系中。以上负极片中，有的是将锂带与金属箔压合在一起形成负极片，金属箔与锂带等宽或宽度大于锂带的宽度，但金属箔作为负极的非活性物质，其质量较大，不利于提高锂电池的能量密度；有的是直接采用锂箔作为负极片的集流体基体，但由于锂箔质地较为柔软，使得单以锂箔作为负极片在后续的电芯制造过程中存在较大的工艺难度，同时还存在极耳焊接的问题，电芯在使用过程中稳定性差甚至容易失效。如何能进一步改进现有锂金属负极，使其具有更高的能量密度，以及更优化的结构是各电池厂商的重点研发内容。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可以提高锂电池能量密度的负极片，以及使用该负极片的锂电池。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种锂电池负极片，包括集流体基体，所述集流体基体为锂带，沿所述锂带的长度方向延伸并叠置于所述锂带上的非锂金属箔材，所述非锂金属箔材的一端沿宽度方向露出于所述锂带，所述非锂金属箔材与所述锂带重叠部分的宽度大于1毫米且小于所述锂带宽度的一半。

更具体的，所述集流体基体由两条锂带叠置而成，所述非锂金属箔材位于两条锂带之间。

更具体的，所述锂带的宽度方向的两端分别叠置有所述非锂金属箔材。

更具体的，所述锂带为纯金属锂箔或锂复合材料制成的箔材。

更具体的，所述非锂金属箔材为铜带或涂碳铜带或镍带或涂碳镍带。

优选的，所述非锂金属箔材裁切后形成与其连为一体的箔材极耳。

优选的，还包括夹层锂带，所述夹层锂带叠置于所述锂带上，并与所述非锂金属箔材紧密相邻设置，所述夹层锂带宽度等于两非锂金属箔材相对的尾部边缘之间的距离。

优选的，所述锂带的宽度方向的一端叠置有非锂金属箔材；还包括夹层锂带，所述夹层锂带叠置于所述锂带上，并与所述非锂金属箔材紧密相邻设置，所述夹层锂带的宽度等于非锂金属箔材的尾部边缘与锂带未设置非锂金属箔材的端部边缘之间的距离。

优选的，所述夹层锂带的厚度与所述非锂金属箔材的厚度相同。

更具体的，所述锂带为单层结构，或为由锂层和锂复合材料层叠加而成的多层结构，或为由多重锂层和锂复合材料层交替叠加而成的多层结构，或为由不同组分的锂复合材料层叠加而成的多层结构。

锂电池，包括正极片、隔膜和负极片，所述负极片为前述锂电池负极片。

由以上技术方案可知，本实用新型的负极片采用锂带作为集流体基体，在锂带的至少一长侧边(宽度方向上的至少一端)的表面上叠置铜箔、镍箔等其他非锂的金属箔材，相较于单以锂箔作为集流体基体的负极片，复合其它金属箔材可以使得负极片具有一定的韧性，增加了强度，改善了锂金属负极的加工性能。同时由于锂带既是负极片的集流体，也是负极活性物质，其它金属箔材只沿长度方向叠置于锂带的部分区域上，且宽度小于锂带的宽度，从而尽可能地减少了电池负极的非活性物质的含量，实现了锂电池能量密度的提高。在优选方案中，金属箔材还可以模切形成箔材极耳，制作电极时直接将硬极耳焊接到箔材极耳上，箔材极耳与金属箔材的一体式结构解决了现有部分锂金属负极存在的极耳焊接问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为将实施例1的负极片应用于单极耳卷绕工艺的示意图；

图3为箔材极耳与硬极耳的焊接示意图；

图4为将实施例1的负极片应用于多极耳卷绕工艺的示意图；

图5为将实施例1的负极片模切后应用于叠片工艺的示意图；

图6为沿图5中A线的剖视图；

图7为沿图5中B线的剖视图；

图8为本实用新型实施例2的结构示意图；

图9为本实用新型实施例2的剖视图；

图10为本实用新型实施例3的结构示意图；

图11为本实用新型实施例4的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

实施例1

如图1所示，锂电池负极片包括锂带1和非锂金属箔材2，非锂金属箔材2沿锂带1的长度方向延伸，叠设于锂带1一长侧边的边缘部分上，非锂金属箔材的一端沿宽度方向露出于锂带1，锂带1为锂电池负极片的集流体基体。本实施例的锂带1有两条，非锂金属箔材2夹设于两条锂带1之间。为了便于描述，将非锂金属箔材2露出于锂带1的一端定义为头部，则其另一端为尾部，头部为预留焊接硬极耳的区域。锂带的长侧边是指锂带的与极耳同侧的侧边，以及与极耳相对的侧边。由于非锂金属箔材2叠设于锂带1上，因此其与锂带1之间具有重叠的部分，该重叠部分的宽度l大于1毫米且小于锂带1宽度l₀的一半(图7)。非锂金属箔材2的宽度可以根据需要设置为10mm～100mm，优选为20mm～100mm。

锂带本身作为金属，具有导电子的功能，可以起到负极活性物质的作用，同时还可以作为集流体基体，从而省去常规负极片中作为集流体基体的铜箔、镍箔等箔材，减少了负极片中非活性物质的含量，有利于提高电池的能量密度。本实施例的锂带可以是纯金属锂箔，也可以是锂复合材料制成的箔材，该锂复合材料为金属锂与铝、镁、硼、硅、铟、锌、银、钙、锰等元素中的一种或多种形成的二元或多元合金，锂复合材料中其他元素质量百分比含量可为0.1％～40％。

叠设于锂带边缘表面上的非锂金属箔材2可以是铜带、涂碳铜带、镍带、涂碳镍带等金属带，锂带和其他金属带构成的复合结构，可以改善锂带的加工性能，尤其是极耳部分的加工性能。而且，优选采用可以用于制作箔材极耳的金属带与锂带叠置，通过模切的方式直接在非锂金属箔材上形成与其连为一体的箔材极耳，方便后续极耳制备工序中硬极耳的焊接。当非锂金属箔材选用铜带或镍带时，铜带或镍带的厚度可以是3微米～20微米；非锂金属箔材选用涂碳铜带或涂碳镍带时，金属带上涂碳层的厚度可以是0.1微米～3微米。选用涂碳铜带或涂碳镍带，在模切出相应形状的极片之后，焊接硬极耳之前需擦去箔材极耳表面上的涂碳层。

本实施例的锂电池负极片由两条锂带和一条非锂金属箔材叠置而成，非锂金属箔材位于两条锂带之间，锂带的厚度可为1微米至100微米，优选为10微米～50微米，两条锂带的厚度差不超过10微米。非锂金属箔材的厚度为3微米～20微米。制备锂电池负极时，可以先将一条锂带与非锂金属箔材(如铜带)轧制在一起后，再轧制另一条锂带；或者先将一条锂带与非锂金属箔材(如铜带)轧制在一起后，再通过真空镀膜的方式镀上另一条锂带。

图2为将本实施例的负极片用于制备卷绕式电芯的负极片的一种实施方式的示意图，如图2所示，通过模切的方式在非锂金属箔材上形成一个箔材极耳3，负极片与隔膜、正极片一起卷绕形成卷芯。如图3所示，在非锂金属箔材上形成箔材极耳3后，可直接将硬极耳焊接在箔材极耳3上。硬极耳包括金属带4(镍带或铜镀镍带)和极耳胶5，金属带4采用激光焊工艺焊接在箔材极耳3上。图4为将本实施例的负极片用于制备卷绕式电芯的负极片的另一种实施方式的示意图，如图4所示，通过模切的方式在非锂金属箔材上形成多个均匀间隔布置的箔材极耳3，负极片与隔膜、正极片一起卷绕形成电芯。图5、图6和图7为将本实施例的负极片用于制备叠片式电芯的负极片的一种实施方式的示意图，如图5、图6和图7所示，将负极片模切为多个小的极片，每一小的极片上都具有与非锂金属箔材连为一体的箔材极耳3，将负极片与隔膜、正极片依次叠放形成电芯。

将电芯装入电池外壳(铝塑膜外壳或金属壳)中，与电解质一起组装成电池，电池的正极片为常规的正极片，包括正极集流体(铝箔或涂碳铝箔)和涂布在集流体表面的正极材料涂膏。正极材料涂膏包括正极活性物质、粘结剂和导电剂，正极活性物质可以是钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝三元材料、镍钴锰三元材料、五氧化二钒、单质硫或空气等；导电剂可以是石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、导电碳黑(Super P)、乙炔黑、科琴黑等；粘结剂可以是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)，CMC/SBR等；电解质可以是酯类电解液，醚类电解液，离子液体等电解液或凝胶电解质、固态电解质。

实施例2

参照图8和图9，本实施例与实施例1不同的地方在于：本实施例在锂带1的两长侧边的边缘表面上均叠置有非锂金属箔材2，非锂金属箔材2与锂带1的两端均有重叠的部分。

实施例3

如图10所示，本实施例与实施例1不同的地方在于：本实施例还包括夹层锂带6，夹层锂带6叠置于锂带1上，并与非锂金属箔材2紧密相邻设置，夹层锂带6与非锂金属箔材2一起设置于它们两侧的锂带1之间，夹层锂带6的厚度与非锂金属箔材2的厚度相同，宽度等于非锂金属箔材2的尾部边缘与锂带1未设置非锂金属箔材的端部边缘之间的距离。通过设置与非锂金属箔材2的厚度相同的夹层锂带6，可以使负极片的表面平整度保持一致，以避免负极片表面不平对电池性能带来不良影响。

实施例4

如图11所示，本实施例与实施例2不同的地方在于：本实施例还包括夹层锂带6，夹层锂带6与非锂金属箔材2一起设置于它们两侧的锂带1之间，夹层锂带6的厚度与非锂金属箔材2的厚度相同，宽度等于两非锂金属箔材2相对的尾部边缘之间的距离。

实施例5

本实施例与实施例1不同的地方在于：本实施例的锂电池负极由一条锂带和一条非锂金属箔材组成，非锂金属箔材叠设于该锂带的一长侧边的上。优选的，当只有一条锂带时，也可以在锂带上叠置夹层锂带，夹层锂带与非锂金属箔材紧密相邻设置，从而使负极片的表面保持平整。

当然，本实用新型的技术构思并不仅限于上述实施例，还可以依据本实用新型的构思得到许多不同的具体方案，例如，前述实施例中，锂带为单层结构，但锂带也可以是多层结构，例如锂带由锂层和锂复合材料层叠加而成，或者由多重锂层和锂复合材料层交替叠加而成，或者由不同组分的锂复合材料层叠加而成；诸如此等改变以及等效变换均应包含在本实用新型所述的范围之内。

Claims (12)

1.一种锂电池负极片，包括集流体基体，所述集流体基体为锂带，其特征在于，还包括：

沿所述锂带的长度方向延伸并叠置于所述锂带上的非锂金属箔材，所述非锂金属箔材的一端沿宽度方向露出于所述锂带，所述非锂金属箔材与所述锂带重叠部分的宽度大于1毫米且小于所述锂带宽度的一半。

2.如权利要求1所述的锂电池负极片，其特征在于：所述集流体基体由两条锂带叠置而成，所述非锂金属箔材位于两条锂带之间。

3.如权利要求1或2所述的锂电池负极片，其特征在于：所述锂带的宽度方向的两端分别叠置有所述非锂金属箔材。

4.如权利要求1或2所述的锂电池负极片，其特征在于：所述锂带为纯金属锂箔或锂复合材料制成的箔材。

5.如权利要求1所述的锂电池负极片，其特征在于：所述非锂金属箔材为铜带或涂碳铜带或镍带或涂碳镍带。

6.如权利要求1或2或5所述的锂电池负极片，其特征在于：所述非锂金属箔材裁切后形成与其连为一体的箔材极耳。

7.如权利要求3所述的锂电池负极片，其特征在于：还包括夹层锂带，所述夹层锂带叠置于所述锂带上，并与所述非锂金属箔材紧密相邻设置，所述夹层锂带宽度等于两非锂金属箔材相对的尾部边缘之间的距离。

8.如权利要求7所述的锂电池负极片，其特征在于：所述夹层锂带的厚度与所述非锂金属箔材的厚度相同。

9.如权利要求1或2所述的锂电池负极片，其特征在于：所述锂带的宽度方向的一端叠置有非锂金属箔材；

还包括夹层锂带，所述夹层锂带叠置于所述锂带上，并与所述非锂金属箔材紧密相邻设置，所述夹层锂带的宽度等于非锂金属箔材的尾部边缘与锂带未设置非锂金属箔材的端部边缘之间的距离。

10.如权利要求9所述的锂电池负极片，其特征在于：所述夹层锂带的厚度与所述非锂金属箔材的厚度相同。

11.如权利要求4所述的锂电池负极片，其特征在于：所述锂带为单层结构，或为由锂层和锂复合材料层叠加而成的多层结构，或为由多重锂层和锂复合材料层交替叠加而成的多层结构，或为由不同组分的锂复合材料层叠加而成的多层结构。

12.锂电池，包括正极片、隔膜和负极片，其特征在于：所述负极片为如权利要求1至11任一项所述的锂电池负极片。