CN212209657U - 电池负极片及电池卷芯 - Google Patents

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余正发
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李俊义
徐延铭
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Abstract

电池负极片及电池卷芯，电池卷芯包括正极片、负极片和隔膜，正极片、隔膜和负极片叠放在一起，卷绕形成卷芯。所述电池负极片包括：负极集流体、负极涂膏层、负极极耳、设置于负极涂膏层上的第一极耳容纳槽和第二极耳容纳槽，负极极耳焊接于第二极耳容纳槽内、与负极集流体电连接，第一极耳容纳槽用于容纳位于正极片上的正极极耳。本实用新型在电池负极片的涂膏层上清洗出两个极耳容纳槽，一个用于容纳负极极耳，一个用于容纳正极片上的正极极耳，降低了电芯厚度，电池的能量密度得到提升。而且负极片上极耳内嵌式的结构使得负极充电阻抗显著降低，从而负极充电性能得到提升，可以显著改善负极单面区充电析锂的情况，提升锂离子电池快充循环性能。

Description

电池负极片及电池卷芯
技术领域
本实用新型属于锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池负极片及电池卷芯。
背景技术
随着智能手机、笔记本电脑等消费电子产品的普及，相关技术也得到了迅猛发展，锂离子电池作为消费电子类产品使用的储能元件，其发展也迎来了巨大的市场机遇。随着人们对消费电子产品续航时间的要求越来越高，消费电子产品生产商对锂离子电池的能量密度也提出了越来越高的要求。目前，为提升锂离子电池能量密度，锂离子电池关键主材，如正极、负极、隔膜等性能都已几乎发挥至极限，如何还能进一步地提升锂离子电池的能量密度，是业内各厂商亟需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种可以提升电池能量密度、降低电芯内阻的电池负极片及电池卷芯。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：
电池负极片，包括：负极集流体、设置于所述负极集流体表面上的负极涂膏层、设置于所述负极集流体上的负极极耳；设置于所述负极涂膏层上的第一极耳容纳槽和第二极耳容纳槽，所述负极极耳焊接于所述第二极耳容纳槽内、与所述负极集流体电连接，所述第一极耳容纳槽用于容纳位于正极片上的正极极耳。
进一步的，所述负极涂膏层包括分别涂覆于所述负极集流体两侧表面上的第一负极涂膏层和第二负极涂膏层，所述第一负极涂膏层在所述负极集流体表面上的涂覆长度大于所述第二负极涂膏层在所述负极集流体表面上的涂覆长度，所述第一极耳容纳槽和所述第二极耳容纳槽位于所述第一负极涂膏层上。
进一步的，所述第二极耳容纳槽位于电池负极片的双面区。
进一步的，所述第二极耳容纳槽位于所述负极集流体的中间，或位于所述负极集流体的与负极片单面区相对的另一端。
进一步的，所述第二极耳容纳槽位于电池负极片的单面区。
进一步的，所述第一极耳容纳槽位于电池负极片的单面区。
进一步的，所述第一极耳容纳槽位于电池负极片的双面区。
本实用新型还提供了一种电池卷芯，包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片、隔膜和负极片叠放在一起，卷绕形成卷芯，所述负极片为前述电池负极片。
由以上技术方案可知，本实用新型在电池负极片的涂膏层上清洗出两个极耳容纳槽，一个用于容纳负极极耳，负极极耳焊接在该容纳槽中、与负极集流体电连接，另一个用于容纳正极片上的正极极耳，将正、负极耳容纳于极耳容纳槽中可以降低极耳处的厚度，从而可以降低电芯厚度，提升电池的能量密度。而且本实用新型在负极片上设置极耳容纳槽，和常规结构的正极片制成卷芯，正极阻抗不变，负极片上极耳内嵌式的结构使得负极充电阻抗显著降低，从而负极充电性能得到提升，可以显著改善负极单面区充电析锂的情况，提升锂离子电池快充循环性能。此外，本实用新型是在负极片上清洗出容纳电池极耳的极耳容纳槽来降低电池厚度，相较于在正极片上清洗极耳容纳槽需要较为复杂的制造工艺，负极上极耳容纳槽可通过激光等清洗工艺来制备，制造难度低，更容易实现。
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1a为本实用新型实施例负极片的结构示意图；
图1b为沿图1a中箭头A方向的示意图；
图1c为沿图1a中箭头B方向的示意图；
图2为本实用新型实施例正极片的结构示意图；
图3为本实用新型实施例卷芯的结构示意图；
图4为对比例负极片的结构示意图；
图5为对比例卷芯的结构示意图；
图6a和图6b分别为实施例和对比例制得的电芯的表面形貌图；
图7为实施例和对比例制得的电芯的内阻测试箱线图；
图8为本实用新型另一种实施例的负极片的结构示意图；
图9a和图9b分别为本实用新型另外两种卷芯的结构示意图。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。
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。
如图1a、图1b及图1c所示，本实施例的负极片包括负极集流体201、分别涂覆于负极集流体201两侧表面上的第一负极涂膏层202a和第二负极涂膏层202b，第一负极涂膏层202a的长度和第二负极涂膏层202b的长度不同，第一负极涂膏层202a在负极集流体201表面上的涂覆长度要大于第二负极涂膏层202b在负极集流体201表面上的涂覆长度，从而在负极片上形成一单面区(图1a中虚线框内的区域)，该区域只有一侧表面具有涂膏层，对应的，负极集流体的两侧表面都具有涂膏层的区域为负极片的双面区。本实施例在第一负极涂膏层202a上设置有第一极耳容纳槽203和第二极耳容纳槽204，其中，第一极耳容纳槽203用于容纳焊接在正极片上的正极极耳，第二极耳容纳槽204用于容纳负极极耳205，负极极耳205焊接于第二极耳容纳槽204内，与负极集流体201电连接。
本实用新型的负极集流体可采用铜箔，负极涂膏层中的负极活性物质为石墨、硬碳、硅、氧化亚硅等。正极集流体可采用铝箔，正极涂膏层中的正极活性物质可为LiCoO2、LiNiCoMnO2、LiCoAlO2、LiMn2O4等。正极涂膏层涂覆于正极集流体上，正极极耳焊接于正极集流体的空箔处(未涂覆正极涂膏层的区域)。
下面以一具体实施例对本实用新型进行详细说明。
将钴酸锂、炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯(PVDF)及氮甲基吡咯烷酮(NMP)加入搅拌罐中，经搅拌分散之后得到均匀正极浆料；将正极浆料涂覆于铝箔上，烘干后经辊压、分切以及焊接极耳，制备得到特定长度和宽度的正极片(图2)。正极片包括正极集流体101、形成于正极集流体101两侧表面上的正极涂膏层102，正极极耳103焊接于正极集流体101的空箔处。正极集流体101两侧表面上的正极涂膏层的涂覆长度也不相同。
将石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶加入搅拌罐中，经搅拌分散之后得到均匀负极浆料；将负极浆料涂覆于铜箔上，烘干后经辊压、分切、激光清洗部分负极涂膏、焊接极耳制备得到特定长度和宽度的负极片(图1a)。负极片包括负极集流体201、分别涂覆于负极集流体201两侧表面上的第一负极涂膏层202a和第二负极涂膏层202b，在第一负极涂膏层202a上清洗出第一极耳容纳槽203和第二极耳容纳槽204，负极极耳205焊接于第二极耳容纳槽204处的负极集流体201上。
如图3所示，将制备好的正极片、负极片与隔膜401一起卷绕形成卷芯，将卷芯密封于铝塑膜中，向卷芯中注入电解液(环状碳酸酯、链状碳酸酯和氟代碳酸乙烯酯及腈类组成的非水溶剂中溶解电解质而形成的电解液)后，经封口、化成工序制备得到锂离子电池。由于负极片的负极涂膏层上设置有两个极耳容纳槽(203、204)，除了焊接于负极集流体上的负极极耳(205)可以容纳于其中一个极耳容纳槽(204)内，正极片上的正极极耳(103)也可以容纳于负极片上的另一个极耳容纳槽(203)中，每一个极耳对应一个极耳容纳槽，可以消去极耳的厚度，从而降低锂离子电池厚度，提升锂离子电池能量密度。此外，负极耳放置于负极片凹槽内，可降低锂离子电池电芯内阻，进而有利于锂离子电池充放电过程中温升降低。
本实用新型的隔膜为常规的锂电池隔膜，其包含基材和涂覆层，其中基材可为聚乙烯(PE)单层膜、聚丙烯(PP)单层膜或PP/PE/PP三层复合膜，涂覆层可为多孔二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆中的至少一种。
对比例
将钴酸锂、炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯(PVDF)及氮甲基吡咯烷酮(NMP)加入搅拌罐中，经搅拌分散之后得到均匀正极浆料；将正极浆料涂覆于铝箔上，烘干后经辊压、分切、焊接极耳制备得到特定长度和宽度的正极片，对比例的正极片结构和本实施例的正极片结构相同。
将石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶加入搅拌罐中，经搅拌分散之后得到均匀负极浆料；将负极浆料涂覆于铜箔上，烘干后经辊压、分切、焊接极耳制备得到特定长度和宽度的负极片。如图4所示，对比例的负极片包括负极集流体201’、涂覆于负极集流体201’两侧表面上的负极涂膏层202’，负极极耳205’焊接于负极集流体201’的空箔处。
如图5所示，将制备好的正极片、负极片与隔膜一起卷绕形成卷芯，并密封于铝塑膜中。向卷芯中注入电解液(环状碳酸酯、链状碳酸酯和氟代碳酸乙烯酯及腈类组成的非水溶剂中溶解电解质而形成的电解液)后，经封口、化成工序制备得到锂离子电池。
将实施例和对比例制得的电芯用3D轮廓仪测试电芯表面形貌，得到的电芯表面形貌图分别如图6a和图6b所示。从图6a和图6b可以看出，本实施例的卷芯结构和对比例的卷芯结构相比，极耳导致电池表面凸起明显减小，降低了电池极耳处的厚度。图7为实施例和对比例制得的电芯的内阻测试箱线图。从图7可以看出，本实施例的卷芯结构比对比例的卷芯结构的内阻明显要小，内阻降低了约17％。本实施例的负极耳采用极耳内嵌式结构，显著降低了电池的内阻。
作为本实用新型负极片的另一种实施方式，如图8所示，第二极耳容纳槽可以设置在负极集流体上远离单面区的位置，如第二极耳容纳槽204位于负极集流体201的中间，或位于负极集流体上与单面区相对的另一端。和常规的将负极极耳焊接于负极集流体空箔处的结构相比，将负极极耳的位置向负极片中心移动或远离极片单面区，由于负极极耳远离极片单面区，降低了负极片的阻抗，提升负极充电性能，如此一来，正极阻抗不变，而负极阻抗降低，负极充电性能可以得到提升，从而改善负极片单面区充电时易发生析锂现象的情况，提升锂离子电池快充循环性能。图9a和图9b为负极极耳位置远离极片单面区的负极片和正极片及隔膜卷绕形成的另外两种卷绕结构的示意图。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (8)

1.电池负极片，包括：负极集流体、设置于所述负极集流体表面上的负极涂膏层、设置于所述负极集流体上的负极极耳；
其特征在于，还包括：
设置于所述负极涂膏层上的第一极耳容纳槽和第二极耳容纳槽，所述负极极耳焊接于所述第二极耳容纳槽内、与所述负极集流体电连接，所述第一极耳容纳槽用于容纳位于正极片上的正极极耳。
2.根据权利要求1所述的电池负极片，其特征在于：所述负极涂膏层包括分别涂覆于所述负极集流体两侧表面上的第一负极涂膏层和第二负极涂膏层，所述第一负极涂膏层在所述负极集流体表面上的涂覆长度大于所述第二负极涂膏层在所述负极集流体表面上的涂覆长度，所述第一极耳容纳槽和所述第二极耳容纳槽位于所述第一负极涂膏层上。
3.根据权利要求1或2所述的电池负极片，其特征在于：所述第二极耳容纳槽位于电池负极片的双面区。
4.根据权利要求1或2所述的电池负极片，其特征在于：所述第二极耳容纳槽位于所述负极集流体的中间，或位于所述负极集流体的与负极片单面区相对的另一端。
5.根据权利要求1所述的电池负极片，其特征在于：所述第二极耳容纳槽位于电池负极片的单面区。
6.根据权利要求1所述的电池负极片，其特征在于：所述第一极耳容纳槽位于电池负极片的单面区。
7.根据权利要求1所述的电池负极片，其特征在于：所述第一极耳容纳槽位于电池负极片的双面区。
8.电池卷芯，包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片、隔膜和负极片叠放在一起，卷绕形成卷芯，其特征在于：所述负极片为权利要求1至7任一项所述的电池负极片。
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