CN211455838U - 极片、应用所述极片的电芯及电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种极片，所述极片包括集流体及设置于所述集流体表面的膜片，所述膜片包括第一涂层及第二涂层，所述第一涂层包括多个涂层单元，多个所述涂层单元间隔设置于所述集流体表面；所述第二涂层设置于所述集流体表面并覆盖所述第一涂层；定义多个所述涂层单元的最大高度为D1，所述膜片的厚度D0与D1的差为D2，在所述膜片的厚度方向上，所述第一涂层的截面积与所述第二涂层的截面积的比例范围为0.7×D1/(0.3×D1+D2)至D1/D2。本申请实施例还提供了应用所述极片的电芯及电子装置。

Description

极片、应用所述极片的电芯及电子装置

技术领域

本申请涉及能源技术领域，尤其涉及一种极片、应用所述极片的电芯及电子装置。

背景技术

随着科技的飞速发展，锂离子电池已广泛应用到生活的各个领域中，其安全问题也越来越受到重视。锂离子电池安全事故产生的原因主要是锂离子电池内部或外部短路产生的大电流和高温，进而引发燃烧、爆炸或其他安全问题。在锂离子电池的内部短路中，正极集流体和负极活性物质层短路热失控的风险最大。

在相关技术中，一般采用在正极集流体上涂覆多层正极材料，构筑多层结构的电极极片，此做法可同时降低正极集流体和负极活性物质层短路的可能性和短路时的电流。然而对于多层结构的电极极片，内层通常采用活性差、稳定性高的正极材料，外层通常采用活性较好的正极材料，由该电极结构制成的锂离子电池，虽然在穿钉、挤压、冲击等性能安全检测通过率明显高于单层电极结构的锂离子电池，即提高了锂离子电池的安全性能；但由于内层的正极材料活性较差，该锂离子电池经过多次充放电后，其循环性能恶化，容量衰减严重，其循环性能和寿命明显低于采用单层电极结构的锂离子电池。

如何解决上述问题，是本领域技术人员需要考虑的。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种极片，所述极片包括集流体及设置于所述集流体表面的膜片，所述膜片包括第一涂层及第二涂层，所述第一涂层包括多个涂层单元，多个所述涂层单元间隔设置于所述集流体表面；所述第二涂层设置于所述集流体表面并覆盖所述第一涂层；定义多个所述涂层单元的最大高度为D1，所述膜片的厚度D0与D1的差为D2，在所述膜片的厚度方向上，所述第一涂层的截面积与所述第二涂层的截面积的比例范围为0.7×D1/(0.3×D1+D2)至D1/D2。本申请实施例还提供应用所述极片的电芯及电子装置。

于一实施例中，所述D1的范围为0μm至15μm，所述D2的范围为50μm至150μm。

于一实施例中，所述涂层单元的形状为圆柱体、圆锥体、长方体或立方体中的至少一种。

于一实施例中，多个所述涂层单元的形状不完全一样。

于一实施例中，任意两个相邻的所述涂层单元之间的间距不完全一样。

于一实施例中，所述第二涂层的至少部分与所述集流体连接。

于一实施例中，所述第一涂层与所述集流体之间的粘结力大于所述第二涂层与所述集流体之间的粘结力。

于一实施例中，所述第一涂层的电阻大于所述第二涂层的电阻。

本申请实施例还提供了一种电芯，包括前述的任一种极片。

本申请实施例还提供了一种电池，包括前述的任一种电芯。

本申请实施例还提供了一种电子装置，包括前述的任一种电池。

相比于现有技术，本申请实施例通过对极片的结构进行设计，该极片中的膜片包括第一涂层及第二涂层，在对电芯进行穿钉等安全测试时，利用第一涂层与集流体(如铝箔)之间的强粘结性来隔绝阳极材料与铝箔的接触，能够保证电芯的安全性能。同时因为第一涂层没有完全涂覆于铝箔表面，可以保证铝箔与阴极材料的接触，进而可以保证阴极的动力学性能。

附图说明

图1为本申请第一实施例的极片的截面示意图。

图2为本申请第一实施例的极片的平面示意图。

图3为本申请第二实施例的极片的截面示意图。

图4为本申请第二实施例的极片的平面示意图。

图5为本申请第二实施例的极片的平面示意图。

图6为本申请第三实施例的极片的截面示意图。

图7为本申请第三实施例的极片的平面示意图。

图8为本申请第四实施例的电芯的示意图。

图9为本申请实施例1的电芯的循环示意图。

图10为本申请实施例1的电芯的循环示意图。

图11为本申请第五实施例的电子装置的立体示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

以下描述将参考附图以更全面地描述本申请内容。附图中所示为本申请的示例性实施例。然而，本申请可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。提供这些示例性实施例是为了使本申请透彻和完整，并且将本申请的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的附图标记表示相同或类似的组件。

本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不意图限制本申请。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。此外，当在本文中使用时，“包括”和/或“包含”或“包括”和/或“包括”或“具有”和/或“具有”，整数，步骤，操作，组件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，区域，整数，步骤，操作，组件，组件和/或其群组。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本申请所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。此外，除非文中明确定义，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关技术和本申请内容中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的含义。

以下内容将结合附图对示例性实施例进行描述。须注意的是，参考附图中所描绘的组件不一定按比例显示；而相同或类似的组件将被赋予相同或相似的附图标记表示或类似的技术用语。

下面参照附图，对本申请的具体实施方式作进一步的详细描述。

第一实施例

如图1及图2所示，为本申请第一实施例提供的一种极片10。

极片10包括集流体11及设置于集流体11表面的膜片12，膜片12至少设置于集流体11的一个表面。膜片12包括第一涂层121及第二涂层122。

第一涂层121包括多个涂层单元123，多个涂层单元123间隔设置于集流体11表面。于一实施例中，多个涂层单元123可以呈矩阵排列。

于一实施例中，可以通过旋转涂布或者凹版涂布的方式在集流体11表面形成涂层单元123，采用旋转涂布工艺制作涂层单元123时，所形成的涂层单元123可以为岛状，采用凹版涂布工艺制作涂层单元123时，所形成的涂层单元123还可以为其他分布形态。

于一实施例中，涂层单元123的形状可以相同，多个涂层单元123之间的间距可以相同，涂层单元123的形状可以为圆柱体，在其他实施例中，涂层单元123的形状还可以为圆锥形。

在其他实施例中，涂层单元123的形状可以不完全相同，多个涂层单元123之间的间距可以不完全相同。

第一涂层121可以包括金属氧化物、过渡金属氧化物、第一导电剂以及第一粘结剂。所述金属氧化物及过渡金属氧化物的组分可以包括氧化铝、磷酸铁、磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂中的一种或多种的组合，上述材料组分可以以掺杂、包覆等方式进行组合。所述第一导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的一种或多种的组合。所述第一粘结剂选自聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶、聚乙烯醇中的至少一种及其组合。其中，第一导电剂的含量可以为第一涂层121总量的0％-2wt％。

第二涂层122设置于集流体11表面并覆盖第一涂层121，第二涂层122的至少部分与集流体11连接，具体的，第二涂层122可通过涂层单元123之间的非连接区域与集流体11接触并连接。于一实施例中，第二涂层122为阴极活性材料涂层。

于一实施例中，第二涂层122可以采用挤压涂布或转移涂布的工艺形成。

第二涂层122可以包括过渡金属氧化物、第二导电剂以及第二粘结剂。第二涂层122中过渡金属氧化物的组分可以包括磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂中的一种或多种的组合，上述材料组分可以以掺杂、包覆等方式进行组合。所述第二导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的一种或多种的组合。所述第二粘结剂选自聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶、聚乙烯醇中的至少一种及其组合。其中，第二导电剂的含量可以为第二涂层122总量的0.5％-2wt％，活性材料的含量可以为第二涂层122总量的93％-98.9wt％。

于一实施例中，第一涂层121的第一粘结剂的含量为第二涂层122的第二粘胶的含量的3-10倍。

于一实施例中，第一涂层121与集流体11之间的粘结力大于第二涂层122与集流体11之间的粘结力。第一涂层121具备更强的粘附力，可作为强支撑的骨架涂层。

于一实施例中，第一涂层121的电阻大于第二涂层122的电阻。第一涂层121具备更大的电阻可降低短路时电流强度，第二涂层122具备更小的电阻可提升电循环效率。

于一实施例中，定义集流体11一侧的膜片12的厚度为D0，定义多个涂层单元123的最大高度为D1，D0与D1的差为D2，在膜片12的厚度方向上，第一涂层121的截面积与第二涂层122的截面积的比例范围为0.7×D1/(0.3×D1+D2)至D1/D2。于一实施例中，多个涂层单元123的高度可不相同。

于一实施例中，D1的范围可以为0μm至15μm，D2的范围可以为50μm至150μm。

于一实施例中，阳极材料可以为石墨烯材料，极片10可以通过堆叠或者卷绕的方式设置。

第二实施例

如图3及图5所示，为本申请第一实施例提供的一种极片20。

极片20包括集流体21及设置于集流体21表面的膜片22，膜片22至少设置于集流体21的一个表面。膜片22包括第一涂层221及第二涂层222。

第一涂层221包括多个涂层单元223，多个涂层单元223间隔设置于集流体21表面。于一实施例中，多个涂层单元223可以呈矩阵排列。

于一实施例中，可以通过旋转涂布或者凹版涂布的方式在集流体21表面形成涂层单元223，采用旋转涂布工艺制作涂层单元223时，所形成的涂层单元223可以为岛状，采用凹版涂布工艺制作涂层单元223时，所形成的涂层单元223还可以为其他分布形态。

于一实施例中，涂层单元223的形状可以相同，多个涂层单元223之间的间距可以相同，涂层单元223的形状可以为立方体或正方体，在其他实施例中，涂层单元223的形状还可以为截面为矩形的立体形状。

在其他实施例中，涂层单元223的形状可以不完全相同，多个涂层单元223之间的间距可以不完全相同。

第一涂层221可以包括金属氧化物、过渡金属氧化物、第一导电剂以及第一粘结剂。所述金属氧化物及过渡金属氧化物的组分可以包括氧化铝、磷酸铁、磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂中的一种或多种的组合，上述材料组分可以以掺杂、包覆等方式进行组合。所述第一导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的一种或多种的组合。所述第一粘结剂选自聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶、聚乙烯醇中的至少一种及其组合。其中，第一导电剂的含量可以为第一涂层221总量的0％-2wt％。

第二涂层222设置于集流体21表面并覆盖第一涂层221，第二涂层222的至少部分与集流体21连接，具体的，第二涂层222可通过涂层单元223之间的非连接区域与集流体21接触并连接。于一实施例中，第二涂层222为阴极活性材料涂层。

于一实施例中，第二涂层222可以采用挤压涂布或转移涂布的工艺形成。

第二涂层222可以包括过渡金属氧化物、第二导电剂以及第二粘结剂。第二涂层222中过渡金属氧化物的组分可以包括磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂中的一种或多种的组合，上述材料组分可以以掺杂、包覆等方式进行组合。所述第二导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的一种或多种的组合。所述第二粘结剂选自聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶、聚乙烯醇中的至少一种及其组合。其中，第二导电剂的含量可以为第二涂层222总量的0.5％-2wt％，活性材料的含量可以为第二涂层222总量的93％-98.9wt％。

于一实施例中，第一涂层221的第一粘结剂的含量为第二涂层222的第二粘胶的含量的3-10倍。

于一实施例中，第一涂层221与集流体21之间的粘结力大于第二涂层222与集流体21之间的粘结力。第一涂层221具备更强的粘附力，可作为强支撑的骨架涂层。

于一实施例中，第一涂层221的电阻大于第二涂层222的电阻。第一涂层221具备更大的电阻可降低短路时电流强度，第二涂层222具备更小的电阻可提升电循环效率。

于一实施例中，定义集流体21一侧的膜片22的厚度为D0，定义多个涂层单元223的最大高度为D1，D0与D1的差为D2，在膜片22的厚度方向上，第一涂层221的截面积与第二涂层222的截面积的比例范围为0.7×D1/(0.3×D1+D2)至D1/D2。于一实施例中，多个涂层单元223的高度可不相同。

于一实施例中，D1的范围可以为0μm至15μm，D2的范围可以为50μm至150μm。

于一实施例中，阳极材料可以为石墨烯材料，极片20可以通过堆叠或者卷绕的方式设置。

第三实施例

如图6及图7所示，为本申请第一实施例提供的一种极片30。

极片30包括集流体31及设置于集流体31表面的膜片32，膜片32至少设置于集流体31的一个表面。膜片32包括第一涂层321及第二涂层322。

第一涂层321包括多个涂层单元323，多个涂层单元323间隔设置于集流体31表面。于一实施例中，多个涂层单元323可以呈矩阵排列。

于一实施例中，可以通过旋转涂布或者凹版涂布的方式在集流体31表面形成涂层单元323，采用旋转涂布工艺制作涂层单元323时，所形成的涂层单元323可以为岛状，采用凹版涂布工艺制作涂层单元323时，所形成的涂层单元323还可以为其他分布形态。

于一实施例中，涂层单元323的形状可以不完全相同，多个涂层单元323之间的间距可以相同或不完全相同，涂层单元323的形状可以为圆柱形及立方体的组合，在其他实施例中，涂层单元323的形状还可以为圆锥形及长方体的组合。

第一涂层321可以包括金属氧化物、过渡金属氧化物、第一导电剂以及第一粘结剂。所述金属氧化物及过渡金属氧化物的组分可以包括氧化铝、磷酸铁、磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂中的一种或多种的组合，上述材料组分可以以掺杂、包覆等方式进行组合。所述第一导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的一种或多种的组合。所述第一粘结剂选自聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶、聚乙烯醇中的至少一种及其组合。其中，第一导电剂的含量可以为第一涂层321总量的0％-2wt％。

第二涂层322设置于集流体31表面并覆盖第一涂层321，第二涂层322的至少部分与集流体31连接，具体的，第二涂层322可通过涂层单元323之间的非连接区域与集流体31接触并连接。于一实施例中，第二涂层322为阴极活性材料涂层。

于一实施例中，第二涂层322可以采用挤压涂布或转移涂布的工艺形成。

第二涂层322可以包括过渡金属氧化物、第二导电剂以及第二粘结剂。第二涂层322中过渡金属氧化物的组分可以包括磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂中的一种或多种的组合，上述材料组分可以以掺杂、包覆等方式进行组合。所述第二导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的一种或多种的组合。所述第二粘结剂选自聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶、聚乙烯醇中的至少一种及其组合。其中，第二导电剂的含量可以为第二涂层322总量的0.5％-2wt％，活性材料的含量可以为第二涂层322总量的93％-98.9wt％。

于一实施例中，第一涂层321的第一粘结剂的含量为第二涂层322的第二粘胶的含量的3-10倍。

于一实施例中，第一涂层321与集流体31之间的粘结力大于第二涂层322与集流体31之间的粘结力。第一涂层321具备更强的粘附力，可作为强支撑的骨架涂层。

于一实施例中，第一涂层321的电阻大于第二涂层322的电阻。第一涂层321具备更大的电阻可降低短路时电流强度，第二涂层122具备更小的电阻可提升电循环效率。

于一实施例中，定义集流体31一侧的膜片32的厚度为D0，定义多个涂层单元323的最大高度为D1，D0与D1的差为D2，在膜片32的厚度方向上，第一涂层321的截面积与第二涂层322的截面积的比例范围为0.7×D1/(0.3×D1+D2)至D1/D2。于一实施例中，多个涂层单元323的高度可不相同。

于一实施例中，D1的范围可以为0μm至15μm，D2的范围可以为50μm至150μm。

于一实施例中，阳极材料可以为石墨烯材料，极片30可以通过堆叠或者卷绕的方式设置。

第四实施例

如图8所示，为本申请第四实施例提供的电芯1的示意图。电芯1包括堆叠或卷绕设置的极片，所述极片可以为第一实施例至第三实施例任意一项所述的极片。本申请还提供一种电池，所述电池包括电芯1。

接下来结合具体的实验数据(即实施例1)来说明本申请的技术效果。

实施例1

采用凹版涂布工艺制作第一涂层121，第一涂层121的厚度为5um，采用挤压涂布工艺制作第二涂层122，第二涂层122的厚度为60um，第一涂层121的截面积与阴极活性材料的截面积比例为0.06。第一涂层121为磷酸铁锂+粘结剂+导电碳，其中，磷酸铁锂含量为94.5％，导电碳含量为0.5％，粘结剂聚四氟乙烯含量为5％；第二涂层122为钴酸锂涂层+粘结剂+导电碳，其中钴酸锂含量为97.5％，导电碳含量为1％，粘结剂聚四氟乙烯含量为1.5％。如图9及图10所示为电芯循环示意图，下表1和表2为相应的性能对比表：

表1

底涂类型	全覆盖底涂	部分覆盖底涂
			内阻R(mohm)	42	32

表2

底涂类型	无底涂	全覆盖底涂	部分覆盖底涂
				通过/总数	0/10	10/10	10/10

第五实施例

本申请实施例还提供了一种电子装置100，如图11所示，为本申请第五实施例提供的电子装置100的立体示意图。该电子装置包括本体101及设置于本体101内的包含有电芯1的电池。图11中仅以电子装置100为手机为例，在其它实施例中，该电子装置100也可为个人计算机、智能家电、工业控制器、储能装置或电动工具等。

上文中，参照附图描述了本申请的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本申请的精神和范围的情况下，还可以对本申请的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本申请所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种极片，所述极片包括集流体及设置于所述集流体表面的膜片，其特征在于，所述膜片包括：

第一涂层，所述第一涂层包括多个涂层单元，多个所述涂层单元间隔设置于所述集流体表面；

第二涂层，所述第二涂层设置于所述集流体表面并覆盖所述第一涂层；以及

定义多个所述涂层单元的最大高度为D1，所述膜片的厚度D0与D1的差为D2，在所述膜片的厚度方向上，所述第一涂层的截面积与所述第二涂层的截面积的比例范围为0.7×D1/(0.3×D1+D2)至D1/D2。

2.如权利要求1所述的极片，其特征在于，所述D1的范围为0μm至15μm，所述D2的范围为50μm至150μm。

3.如权利要求1所述的极片，其特征在于，所述涂层单元的形状为圆柱体、圆锥体、长方体或立方体中的至少一种。

4.如权利要求3所述的极片，其特征在于，多个所述涂层单元的形状不完全一样。

5.如权利要求3所述的极片，其特征在于，任意两个相邻的所述涂层单元之间的间距不完全一样。

6.如权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第二涂层的至少部分与所述集流体连接。

7.如权利要求6所述的极片，其特征在于，所述第一涂层与所述集流体之间的粘结力大于所述第二涂层与所述集流体之间的粘结力。

8.如权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一涂层的电阻大于所述第二涂层的电阻。

9.一种电芯，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的极片。

10.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求9所述的电芯。

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