CN212161973U

CN212161973U - 电极极片和二次电池

Info

Publication number: CN212161973U
Application number: CN202020656873.9U
Authority: CN
Inventors: 李柳; 程芳燕; 张耀
Original assignee: Sunwoda Electric Vehicle Battery Co Ltd
Current assignee: Xinwangda Power Technology Co ltd
Priority date: 2020-04-26
Filing date: 2020-04-26
Publication date: 2020-12-15
Anticipated expiration: 2030-04-26

Abstract

本实用新型涉及一种电极极片和二次电池。一种电极极片，包括导电基体、第一材料层及第二材料层，第一材料层设置在导电基体的表面上，第二材料层设置在第一材料层远离导电基体的一侧表面上，第二材料层和第一材料层均朝导电基体的长度方向延伸，第二材料层的宽度小于第一材料层的宽度。上述电极极片的第二材料层的宽度小于第一材料层的宽度，而使第一材料层未被第二材料层覆盖的部分更容易实现电解液的浸润，提高电解液的保液量；同时，电极极片在循环过程中膨胀更低，以提升电芯的循环寿命；第二活性层的宽度较小，能够节省第二活性层的材料，降低电极极片的成本。

Description

电极极片和二次电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别是涉及一种电极极片和二次电池。

背景技术

随着技术的进步，二次电池被广泛应用于电动汽车、储能基站、3C产品等方面，伴随各类型产品对于能量密度提升的需求，高能量密度电极的设计和制造也成为了研究热点。为了不断提升器件的能量密度，电极中的活性物质所占的比例也需要不断提升，其中一个方法就是采用双层结构的厚电极。但双层结构极片的电解液保液量较低、膨胀性较大、成本较高。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种能够提高电解液保液量、降低膨胀和降低成本的电极极片。

此外，还提供了一种二次电池。

一种电极极片，包括：

导电基体；

第一材料层，所述第一材料层设置在导电基体的表面上；

及第二材料层，所述第二材料层设置在所述第一材料层远离所述导电基体的一侧表面上，所述第二材料层和所述第一材料层均朝所述导电基体的长度方向延伸，所述第二材料层的宽度小于所述第一材料层的宽度。

上述电极极片的第二材料层的宽度小于第一材料层的宽度，而使第一材料层未被第二材料层覆盖的部分更容易实现电解液的浸润，提高电解液的保液量；同时，第一材料层和第二材料层不等宽的设计使第二材料层的侧边具有预留空间，第一材料层和第二材料层中的活性物质的膨胀能够通过预留空间得到良好释放，而使电极极片在循环过程中膨胀更低，以提升电芯的循环寿命；第二活性层的宽度较小，能够节省第二活性层的材料，降低电极极片的成本。

在其中一个实施例中，所述第二材料层的宽度与所述第一材料层的宽度的比为1:1.005～1:1.05。

在其中一个实施例中，所述第二材料层的宽度与所述第一材料层的宽度之差为6mm以下。

在其中一个实施例中，所述第一材料层具有相对的第一侧边和第二侧边，所述第二材料层具有相对的第三侧边和第四侧边，所述第一侧边所在的直线与所述第三侧边所在的直线平行，所述第二侧边所在的直线与所述第四侧边所在的直线平行。

在其中一个实施例中，所述第一侧边到所述第三侧边的距离与所述第二侧边到所述第四侧边的距离相等。

在其中一个实施例中，所述第一侧边到所述第三侧边的距离为3mm以下。

在其中一个实施例中，所述第一材料层的宽度与所述导电基体的宽度相等。

在其中一个实施例中，所述第一材料层的厚度为所述第一材料层和所述第二材料层总厚度的25％-70％。

在其中一个实施例中，所述第一材料层和所述第二材料层均为两个，所述导电基体具有相对的两个表面，两个所述第一材料层分别设置在所述导电基体的相对的两个表面上，两个所述第二材料层分别设置在两个所述第一材料层远离所述导电基体一侧的表面上。

一种二次电池，包括上述的电极极片。

附图说明

图1为一实施方式的电极极片的结构示意图；

图2为图1所示的电极极片的俯视图；

图3为另一实施方式的电极极片的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1，一实施方式的电极极片10，包括导电基体110、第一材料层120及第二材料层130。

导电基体110具有相对的两个表面。进一步地，导电基体110表面上设有凸起或者凹槽，以使导电基体110与第一材料层120的接触面积更大，增加导电基体110与第一材料层120之间的粘附性。

其中，导电基体110的长度方向为导电基体110的延伸方向。具体地，导电基体110为条形片状结构。更具体地，导电基体110为矩形片状结构。进一步地，导电基体110的厚度为4μm-18μm。

进一步地，导电基体110可以由铜、铝、镍、不锈钢、钛和烧结碳，或表面处理过的铜、铝、不锈钢，或上述元素的合金形成。

第一材料层120设置在导电基体110的表面上。进一步地，第一材料层120朝导电基体110的长度方向延伸。具体地，第一材料层120为条形结构。更具体地，第一材料层120为条形层状结构。进一步地，第一材料层120为矩形层状结构。

请一并参阅图2，在其中一个实施例中，第一材料层120的宽度与导电基体110的宽度相等。进一步地，第一材料层120具有相对的第一侧边121和第二侧边122，第一侧边121和第二侧边122分别与导电基体110的长边对齐。

其中，第一材料层120包括第一活性物质、第一导电剂和第一粘合剂。

在一实施例中，电极极片10为正极极片，第一活性物质包括锂钴氧化物(LiCoO₂)或锂镍氧化物(LiNiO₂)之类的层状化合物，或由一种或多种过渡金属取代的化合物；锂铁磷酸盐LiFe_1-xM_xPO₄(M＝Co、Mn、Ni、Al、Zr、W、Cu、Zn、Mg、B或Ga且0≤x≤1)；锂锰氧化物，如Li_1+xMn_2-xO₄(0≤x≤0.33)、LiMn₂O₃或LiMnO₂；锂铜氧化物(Li₂CuO₂)；钒氧化物，如LiV₃O₈、V₂O₅或类似物；由化学式Li_1+xM_1-xO2(其中M＝Co、Mn、Ni、Al、Zr、W、Cu、Zn、Fe、Mg、B或Ga，且0≤x≤1)表示的氧化物。需要说明的是，以上化合物的Li位、金属位取代物或类似物均在保护范围内。

第一导电剂选自导电石墨、炭黑(SP)、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米线、碳微米球、碳纤维及石墨烯中的至少一种。

第一粘合剂选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丙烯腈多元共聚物、聚丙烯酸丁脂、聚丙烯腈中的至少一种。

在另一实施例中，电极极片10为负极极片。

第一活性物质包括碳材料、金属复合氧化物、锂金属、锂合金、硅系合金、锡系合金、金属氧化物、导电聚合物、钛氧化物及锂钛氧化物，或其类似物中的至少一种。例如，金属复合氧化物为Li_xFe₂O₃(0≤x≤1)、Li_xWO₂(0≤x≤1)等；导电聚合物为聚乙炔等。

第一导电剂包括导电石墨、炭黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米线、碳微米球、碳纤维及石墨烯等中的至少一种。但不限于此。

第一粘合剂选自羟甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸(PAA)及聚丙烯酸盐中的至少一种。

第二材料层130设置在第一材料层120远离导电基体110的一侧表面上，第二材料层130和朝导电基体110的长度方向延伸，第二材料层130的宽度小于第一材料层120的宽度。其中，第一材料层120和第二材料层130不等宽的设计使第二材料层130的侧边具有预留空间133，第一材料层120和第二材料层130中的活性物质的膨胀能够通过预留空间133得到良好释放，而使电极极片10在循环过程中膨胀更低，以提升电芯的循环寿命。

进一步地，第二材料层130的宽度与第一材料层120的宽度的比为1:1.005～1:1.05，以在提高电解液保液量、降低膨胀和降低成本的同时，减少对电池容量的影响。更进一步地，第二材料层130的宽度与第一材料层120的宽度之差为6mm以下。

进一步地，第二材料层130具有相对的第三侧边131和第四侧边132，第一侧边121所在的直线与第三侧边131所在的直线平行，第二侧边122所在的直线与第四侧边132所在的直线平行，以避免电极极片10出现短路。

更进一步地，第一侧边121到第三侧边131的距离与第二侧边122到第四侧边132的距离相等。这种等边距设计使得电极极片10受力更均匀。具体地，第一侧边121到第三侧边131的距离为3mm以下；第二侧边122到第四侧边132的距离为3mm以下，以保证电池的容量。

其中，第一材料层120的厚度为第一材料层120和第二材料层130总厚度的25％-70％。第一材料层120太薄，会造成第二材料层130太厚，容易脱膜；第一材料层120太厚，会造成粘结剂用量偏多，不利于成本，也不利于电子电导。进一步地，第一材料层120和第二材料层130的总厚度为20μm-200μm。

具体地，第二材料层130为条形结构。更具体地，第二材料层130为条形层状结构。进一步地，第二材料层130为矩形层状结构。

请参阅图3，在其中一个实施例中，第一材料层120和第二材料层130均为两个，导电基体110具有相对的两个表面，两个第一材料层120分别设置在导电基体110的相对的两个表面上，两个第二材料层130分别设置在两个第一材料层120远离导电基体110一侧的表面上。

其中，第二材料层130包括第二活性物质、第二导电剂和第二粘合剂。

在一实施例中，电极极片10为正极极片，第二活性物质包括锂钴氧化物(LiCoO₂)或锂镍氧化物(LiNiO₂)之类的层状化合物，或由一种或多种过渡金属取代的化合物；锂铁磷酸盐LiFe_1-xM_xPO₄(M＝Co、Mn、Ni、Al、Zr、W、Cu、Zn、Mg、B或Ga且0≤x≤1)；锂锰氧化物，如Li_1+xMn_2-xO₄(0≤x≤0.33)、LiMn₂O₃或LiMnO₂；锂铜氧化物(Li₂CuO₂)；钒氧化物，如LiV₃O₈、V₂O₅或类似物；由化学式Li_1+xM_1-xO2(其中M＝Co、Mn、Ni、Al、Zr、W、Cu、Zn、Fe、Mg、B或Ga，且0≤x≤1)表示的氧化物。需要说明的是，以上化合物的Li位、金属位取代物或类似物均在保护范围内。

第二导电剂选自导电石墨、炭黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米线、碳微米球、碳纤维及石墨烯中的至少一种。

第二粘合剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丙烯腈多元共聚物、聚丙烯酸丁脂、聚丙烯腈中的至少一种。

在另一实施例中，电极极片10为负极极片。

第二活性物质包括碳材料、金属复合氧化物、锂金属、锂合金、硅系合金、锡系合金、金属氧化物、导电聚合物、钛氧化物及锂钛氧化物，或其类似物中的至少一种。例如，金属复合氧化物为Li_xFe₂O₃(0≤x≤1)、Li_xWO₂(0≤x≤1)等；导电聚合物为聚乙炔等。

第二导电剂包括导电石墨、炭黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米线、碳微米球、碳纤维及石墨烯等中的至少一种。但不限于此。

第二粘合剂选自羟甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸(PAA)及聚丙烯酸盐中的至少一种。

上述电极极片10至少具有如下优点：

上述电极极片10的第二材料层130的宽度小于第一材料层120的宽度，而使第一材料层120未被第二材料层130覆盖的部分更容易实现电解液的浸润，提高电解液的保液量；同时，第一材料层120和第二材料层130不等宽的设计使第二材料层130的侧边具有预留空间133，第一材料层120和第二材料层130中的活性物质的膨胀能够通过预留空间133得到良好释放，而使电极极片10在循环过程中膨胀更低，以提升电芯的循环寿命；第二活性层的宽度较小，能够节省第二活性层的材料，降低电极极片10的成本。

一种二次电池，包括上述的电极极片。其中，二次电池中的正极极片和负极极片中的至少一个为上述的电极极片。具体地，二次电池选自锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池、铝离子电池中的一种。进一步地，二次电池为电池类似物，例如电容器、超级电容器或赝电容器等，但不限于此。该二次电池的循环寿命较高，能量密度较高。

以下为具体实施例部分：

实施例1

本实施例的电极极片包括依次层叠的导电基体、第一材料层及第二材料层，第二材料层和第一材料层均朝所述导电基体的长度方向延伸，第一材料层的宽度为60mm，第二材料层的宽度为58mm；第一材料层具有相对的第一侧边和第二侧边，第二材料层具有相对的第三侧边和第四侧边，第一侧边到第三侧边的距离与第二侧边到第四侧边的距离相等，均为1mm。

实施例2

本实施例的电极极片包括依次层叠的导电基体、第一材料层及第二材料层，第二材料层和第一材料层均朝所述导电基体的长度方向延伸，第一材料层的宽度为60mm，第二材料层的宽度为58mm；第一材料层具有相对的第一侧边和第二侧边，第二材料层具有相对的第三侧边和第四侧边，第一侧边到第三侧边的距离为0.5mm，第二侧边到第四侧边的距离为1.5mm。

实施例3

本实施例的电极极片包括依次层叠的导电基体、第一材料层及第二材料层，第二材料层和第一材料层均朝所述导电基体的长度方向延伸，第一材料层的宽度为60mm，第二材料层的宽度为58mm；第一材料层具有相对的第一侧边和第二侧边，第二材料层具有相对的第三侧边和第四侧边，第一侧边到第三侧边的距离为0mm，第二侧边到第四侧边的距离为2mm。

实施例4

本实施例的电极极片的制备步骤如下：

本实施例的电极极片包括依次层叠的导电基体、第一材料层及第二材料层，第二材料层和第一材料层均朝所述导电基体的长度方向延伸，第一材料层的宽度为60mm，第二材料层的宽度为57.8mm；第一材料层具有相对的第一侧边和第二侧边，第二材料层具有相对的第三侧边和第四侧边，第一侧边到第三侧边的距离为1.1mm，第二侧边到第四侧边的距离为1.1mm。

实施例5

本实施例的电极极片包括依次层叠的导电基体、第一材料层及第二材料层，第二材料层和第一材料层均朝所述导电基体的长度方向延伸，第一材料层的宽度为182mm，第二材料层的宽度为180mm。第一材料层具有相对的第一侧边和第二侧边，第二材料层具有相对的第三侧边和第四侧边，第一侧边到第三侧边的距离为0.8mm，第二侧边到第四侧边的距离为1.2mm。

实施例6

本实施例的电极极片包括依次层叠的导电基体、第一材料层及第二材料层，第二材料层和第一材料层均朝所述导电基体的长度方向延伸，第一材料层的宽度为93mm，第二材料层的宽度为91.6mm；第一材料层具有相对的第一侧边和第二侧边，第二材料层具有相对的第三侧边和第四侧边，第一侧边到第三侧边的距离为0.7mm，第二侧边到第四侧边的距离为0.7mm。

实施例7

本实施例的电极极片包括依次层叠的导电基体、第一材料层及第二材料层，第二材料层和第一材料层均朝所述导电基体的长度方向延伸，第一材料层的宽度为63mm，第二材料层的宽度为62mm。第一材料层具有相对的第一侧边和第二侧边，第二材料层具有相对的第三侧边和第四侧边，第一侧边到第三侧边的距离为0mm，第二侧边到第四侧边的距离为1mm。

对比例1

本对比例的电极极片与实施例1的电极极片大致相同，其区别在于，本对比例的电极极片的第一材料层和第二材料层的宽度均为60mm，第一侧边到第三侧边的距离与第二侧边到第四侧边的距离相等，均为0mm。

测试：

1)将实施例1～7及对比例1制得的电极极片进膜片电阻测试，结果如表1所示，具体测试方法如下。

膜片电阻测试方法：使用四探针电阻率测试仪测试五组碾压后、1540mm²大小的极片的电阻，取平均值；

2)将实施例1～7及对比例1制得的电极极片制成软包形式的二次电池，然后进行电芯保液量测试、电芯直流内阻测试、电芯实际容量测试、电芯循环寿命测试及BOM成本计算，结果如表1所示，具体测试方法如下。

电芯保液量测试方法：测量五颗电芯注液后的重量与电芯二次封口后的重量差值，取平均值。

电芯直流内阻测试方法：取五颗电芯，将电芯调整到50％SOC状态，测试3C放电10s的内阻，取平均值；

电芯实际容量测试方法：在室温下，用1C恒流充电到4.2V，4.2V恒压充电到电流降低到0.15A，静置十分钟后，1C放电到2.8V，以上充放电条件循环3次，取3次的放电容量平均值作为单颗电芯的实际容量。测试五颗电池，取五颗电池的容量均值。

电芯循环寿命测试方法：取两颗电芯，用1C/1C充放电条件在室温下循环500周，计算两颗电芯第500周放电容量与第1周放电容量的比值的平均值。

BOM成本计算方法：单颗电芯的原材料价格(按照市场均价)总和与单颗电芯的能量比值。

膨胀测试：用数显千分尺测量极片碾压后24h时的厚度记为d₀。电芯循环500周后拆解电池，将极片用DMC清洗5min后在室温条件下晾干，用数显千分尺测量极片厚度d。极片膨胀率＝(d-d₀)/d₀。

其中，软包电池的制备方法为：将95.5wt％的人造石墨颗粒、1wt％的sp、2wt％的SBR、1.5wt％的CMC加入水中搅拌得到均匀稳定的浆料；将浆料均匀涂覆在铜箔的表面，并进行烘干、碾压。烘干温度为80℃，辊压压力为30MPa，辊压速度为3m/min；以上方式制造的负极极片作为负极，厚度为20微米的PE材质的隔膜纸作为隔离膜，用1M的LiPF₆溶解于碳酸亚乙酯、碳酸二亚甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂中形成的液体作为电解质，分别采用实施例1～3及对比例1制得的电极极片作为正极制造了四组容量为3.1Ah的电池，采用实施例4～5制得的电极极片作为正极制造了两组容量为1.8Ah的电池。将96.5wt％的LiMn_0.6Ni_0.2Co_0.2O₂颗粒、2wt％的sp、1.5wt％的pvdf加入NMP中搅拌得到均匀稳定的浆料；将浆料均匀涂覆在铝箔的表面，并进行烘干、碾压。烘干温度为110℃，辊压压力为10MPa，辊压速度为5m/min；以上方式制造的正极极片作为正极，厚度为20微米的PE材质的隔膜纸作为隔离膜，用1M的LiPF₆溶解于碳酸亚乙酯、碳酸二亚甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂中形成的液体作为电解质，分别采用实施例6～7制得的电极极片作为负极制造了两组容量为3.1Ah的电池。

表1

从表1可以看出，与对比例1制得的电极极片相比，采用实施例1制得的电极极片形成的二次电池的电芯保液量较高，电芯直流内阻较低，电芯实际容量更高，说明本申请的电极极片有利于提高电芯的能量密度。

与对比例1制得的电极极片相比，采用实施例1制得的电极极片形成的二次电池的循环后的极片膨胀率较低，说明本申请的电极极片具有低的膨胀性。且实施例1形成的二次电池500周循环容量保持率更高，说明低膨胀极片对循环性能有提升作用。

与对比例1制得的电极极片相比，采用实施例1制得的电极极片形成的二次电池的成本较低，说明本申请的电极极片能够充分利用电芯内部空间，降低电池成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种电极极片，其特征在于，包括：

导电基体；

第一材料层，所述第一材料层设置在导电基体的表面上；

2.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述第二材料层的宽度与所述第一材料层的宽度的比为1:1.005～1:1.05。

3.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述第二材料层的宽度与所述第一材料层的宽度之差为6mm以下。

4.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述第一材料层具有相对的第一侧边和第二侧边，所述第二材料层具有相对的第三侧边和第四侧边，所述第一侧边所在的直线与所述第三侧边所在的直线平行，所述第二侧边所在的直线与所述第四侧边所在的直线平行。

5.根据权利要求4所述的电极极片，其特征在于，所述第一侧边到所述第三侧边的距离与所述第二侧边到所述第四侧边的距离相等。

6.根据权利要求4所述的电极极片，其特征在于，所述第一侧边到所述第三侧边的距离为3mm以下。

7.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述第一材料层的宽度与所述导电基体的宽度相等。

8.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述第一材料层的厚度为所述第一材料层和所述第二材料层总厚度的25％-70％。

9.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述第一材料层和所述第二材料层均为两个，所述导电基体具有相对的两个表面，两个所述第一材料层分别设置在所述导电基体的相对的两个表面上，两个所述第二材料层分别设置在两个所述第一材料层远离所述导电基体一侧的表面上。

10.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求1～9任意一项所述的电极极片。