CN212625654U - 一种极片和锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种极片和锂离子电池，极片包括极耳、集流体和活性材料层。集流体至少有一面涂覆有活性材料层，集流体设有第一区域和空箔区，第一区域和空箔区均为集流体表面未涂覆活性材料层的区域。极耳设于集流体的第一区域。通过在集流体上设空箔区，可以增大锂离子电池的保液空间，从而解决了锂电池高温循环性能的稳定性较差问题。

Description

一种极片和锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及电池应用领域，尤其涉及一种极片和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是继镍氢等传统蓄电池之后的新一代可充电电池，其工作原理简单，具有较好的安全性和较长的充放电寿命，被认为是新型动力源的首选。目前，为满足锂电池能量密度的需求，通常会增大极片的压实和面密度。然而由于极片的压实过大，会使极片的孔隙率下降，导致电池的保液量降低，进而使得锂电池高温循环性能的稳定性较差。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种极片和锂离子电池，解决了锂电池高温循环性能的稳定性较差问题。

为达到上述目的，本实用新型实施例提供一种极片，所述极片包括极耳、集流体和活性材料层，所述集流体至少有一面涂覆有所述活性材料层。所述集流体设有第一区域和空箔区，所述第一区域和所述空箔区均为集流体表面未涂覆活性材料层的区域，所述极耳设于所述集流体的所述第一区域。

可选的，所述集流体沿着第一端卷绕成电池卷芯，所述空箔区为位于所述集流体的中心位置与所述第一端之间的区域。

可选的，所述集流体沿着第一端卷绕成电池卷芯，所述空箔区连通所述集流体的第一边和第二边，所述集流体的第一边和第二边均为极片长度方向的边缘，所述第一边和所述第二边位于所述集流体的同一表面。

可选的，所述空箔区为四边形区域。

可选的，以所述极片的宽度方向为第一方向，与所述极片的长度方向为第二方向，所述空箔区在所述第二方向上的最长长度小于等于所述集流体在第一方向上长度的二分之一。

可选的，所述空箔区与第一端在第二方向上的最长距离大于等于所述集流体在第一方向上的长度。

可选的，所述极片为正极片，所述集流体为微孔铝箔或涂碳铝箔。

可选的，所述第一区域与所述空箔区在极片厚度方向上不重叠。

可选的，所述集流体的相对两面上设有在厚度方向上对称的所述空箔区。

本实用新型还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述极片。

本实用新型实施例中，锂离子电池极片中的集流体上设空箔区，空箔区为集流体表面未涂覆活性材料层的区域。通过在集流体上设空箔区，可以增大锂离子电池的保液空间，从而解决了锂电池高温循环性能的稳定性较差问题。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例中的技术方案，现对说明书附图作如下说明，显而易见地，下述附图仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据所列附图获得其他附图。

图1是本实用新型实施例提供的极片之一的结构图；

图2是本实用新型实施例提供的极片之二的结构图；

图3是本实用新型实施例提供的极片之三的结构图；

图4是本实用新型实施例提供的极片之四的结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。在本实用新型中的实施例的基础上，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，本实用新型实施例提供一种极片，所述极片包括极耳40、集流体和活性材料层30，所述集流体至少有一面涂覆有所述活性材料层30。所述集流体设有第一区域20和空箔区10，所述第一区域20和所述空箔区10均为集流体表面未涂覆活性材料层30的区域，所述极耳40设于所述集流体的所述第一区域20。

上述极片为正极片，则集流体可采用铝箔，正极片的活性材料可以为本领域常用活性材料，可以为钴酸锂体系、磷酸铁锂材料体系、三元材料体系的掺杂或未掺杂的含锂盐材料中一种或多种混合。具体地，钴酸锂体系的掺杂或未掺杂的含锂盐材料可以是钴酸锂等，磷酸铁锂体系的掺杂或未掺杂的含锂盐材料可以是磷酸铁锂、磷酸铁锰锂等，三元材料体系的掺杂或未掺杂的含锂盐材料可以是镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等；空箔区10为集流体表面未涂覆活性材料层30的区域，可以为锯齿形状、波浪形状、圆形等形状等，空箔区10至少有1个。

极耳40是极片与电池外壳之间的导电通道，正负极间的电压差通过极耳40传递给锂离子电池使用体。正极极耳40可以为铝极耳40，负极极耳40可以为镍极耳40，在极片中的集流体上可设极耳40容置槽，将极耳40贴焊于所述极耳40容置槽中，实现极耳40与集流体的电连接。

本实用新型实施例中，锂离子电池极片中的集流体上设空箔区10，空箔区10为集流体表面未涂覆活性材料层30的区域，集流体在空箔区10的周围区域涂覆有活性材料层30。未涂覆活性材料层30的区域可以是涂覆活性材料层时在集流体上预留未涂覆区域形成的，或是在集流体上涂覆活性材料层后清洗掉活性材料层从而形成的未涂覆活性材料层的区域。通过在集流体上设空箔区10，可以增大锂离子电池的保液空间，从而解决了锂电池高温循环性能的稳定性较差问题。

作为第一个示例，如图1所示，空箔区10为平行四边形区域，极耳40位于集流体的第一端，集流体与极耳40接触的所在边为第一边，与第一边相对的边为第二边，空箔区10位于第一边的边与极耳40的距离小于空箔区10位于第二边的边与极耳40的距离。

使tanθ＝1，c＝0.1a。其中，a为活性材料层30第一端所在边的长度、b为与第一端相邻且位于空箔区10一侧的活性材料层30的所在边的长度、c为空箔区10的宽度、d为与b所在边同边且位于空箔区10另一侧的活性材料层30的所在边的长度、θ为空箔区10与活性材料层30第一边/第二边的夹角。

作为第二个示例，如图2所示，空箔区10为平行四边形区域，极耳40位于集流体的第一端，集流体与极耳40接触的所在边为第一边，与第一边相对的边为第二边，空箔区10位于第一边的边与第一区域20接触，空箔区10位于第二边的边与集流体位于第一端的相对端且与第一方向平行的边接触。

使tanθ＝a/b，c＝0.1a。其中，a为活性材料层30第一端所在边的长度、b为与第一端相邻且位于空箔区10一侧的活性材料层30的所在边的长度、c为空箔区10的宽度、d为与b所在边同边且位于空箔区10另一侧的活性材料层30的所在边的长度、θ为空箔区10与活性材料层30第一边/第二边的夹角。其余条件与第一个示例完全相同。

作为第三个示例，如图3所示，空箔区10为平行四边形区域，极耳40位于集流体的第一端，集流体与极耳40接触的所在边为第一边，与第一边相对的边为第二边，空箔区10位于第一边的边与极耳40的距离大于空箔区10位于第二边的边与极耳40的距离。其余条件与第一个示例完全相同。

作为第四个示例，如图4所示，极耳40位于集流体的中间，其余条件与第一个示例完全相同。

作为第五个示例，c＝0.5a，其中，a为活性材料层30第一端所在边的长度、c为空箔区10的宽度。其余条件与第一个示例完全相同。

设置一个对照组，对照组中的极片不设置空箔区10，其余条件与第一个示例完全相同。

上述实施例中极片的制备方法可以为：将由97.8％的钴酸锂，1.1％％的导电剂和1.1％的粘结剂组成的混合物均匀分散在NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶剂中制成正极浆料；将浆料置于涂布机中，将其涂覆于集流体上；涂覆完成后，将形成的极片前体置于由刮料段和烘干段组成的烘箱中，控制刮料段的刮料装置与集流体表面空箔区10域的活性材料层30的接触区域、接触面积，对集流体表面按预设条件进行刮料，形成空箔区10；在烘箱的烘干段对处理后的极片前体进行烘干，将烘干后的极片前体辊压后得到上述示例中的极片。

对上述示例和对照组进行残液量测定得到极片的残液量，并对上述示例和对照组在45℃1.5C(放电倍率)/0.7C条件下进行循环测试得到极片的容量保持率，具体测试结果如表1所示，其中，残液量通过测定注液前以及二封后电池的重量进行测定，1.5C/0.7C循环方法具体为：在45℃下，将锂离子电池以1.5C充满至额定电压后0.7C放电，充放电均以0.05C截止。

表1

由表1结果分析可得：集流体上设有空箔区10的极片的电池残液量均高于集流体上未设有空箔区10的极片的电池残液量，即集流体上设有空箔区10的极片的电池保液量较高。45℃循环300T条件下，集流体上设有空箔区10的极片的容量保持率均高于集流体上未设有空箔区10的极片的容量保持率，即集流体上设有空箔区10的极片的容量保持率较高。这表明在极片的集流体上设空箔区10，可以增大锂离子电池的保液空间，有效提高电池的保液量，从而解决了锂电池高温循环性能的稳定性较差问题。

此外，由表1还可以分析得出：空箔区10面积越大，极片的电池残液量越高，极片的容量保持率也越高。空箔区10面积不变的条件下，极片的电池残液量和容量保持率还与空箔区10位于集流体上的位置有关。

可选的，如图1所示，所述集流体沿着第一端卷绕成电池卷芯，所述空箔区10为位于所述集流体的中心位置与所述第一端之间的区域。

集流体沿着第一端卷绕成电池卷芯，空箔区10离第一端越近，保液量越大，通过限定空箔区10为位于所述集流体的中心位置与所述第一端之间的区域，可以有效提高电池的保液量，从而使锂电池高温循环性能的稳定性更好。

可选的，如图1所示，所述集流体沿着第一端卷绕成电池卷芯，所述空箔区10连通所述集流体的第一边和第二边，所述集流体的第一边和第二边为极片长度方向的边缘，所述第一边和所述第二边位所述于集流体的同一表面。

集流体沿着第一端卷绕成电池卷芯，空箔区10连通集流体的第一边和第二边，所述集流体的第一边和第二边为极片长度方向的边缘。可以保证锂离子电池卷绕后整体的平整度。

可选的，如图1至4所示，所述空箔区10为四边形区域。

作为一个示例，所述四边形区域可以为平行四边形区域。因本实用新型实施例是通过控制涂覆过程或辊压前对极片进行刮料处理(即刮掉部分活性材料，削薄活性材料层30的厚度)，来获得空箔区10，刮料时，形状为平行四边形的空箔区10更便于操作实现。

可选的，如图1所示，以所述极片的宽度方向为第一方向，与所述极片的长度方向为第二方向，所述空箔区10在所述第二方向上的最长长度小于等于所述集流体在第一方向上长度的二分之一。

空箔区10在第二方向上的最长长度最长也不可超过集流体在第一方向上长度的二分之一，通过此限定可以保证活性材料的用量，避免因空箔区10所占面积过大导致活性材料不足，从而影响锂离子电池的能量密度，使锂离子电池能量密度降低，单位体积内可储存的电能减少。

可选的，如图1所示，所述空箔区10与第一端在第二方向上的最长距离大于等于所述集流体在第一方向上的长度。。可使集流体沿着第一端卷绕成电池卷芯至少卷2折，可以加强锂离子电池的结构强度，保证锂离子电池整体平整度。

可选的，所述极片为正极片，所述集流体为微孔铝箔或涂碳铝箔。

微孔铝箔可以直接有效提升锂电池比能量：同等规格的箔材，孔隙率17％的微孔箔，重量减少17％；同等面密度，正负极压实提高；有效提升锂电池倍率性能：常规箔材的锂电池，锂离子的迁移通过箔材二维方向向极耳40端扩散，箔材通孔后，锂离子的扩散路径可转化为立体全方位穿透，且可通过进入到孔隙间的正负极材料与箔材的接触面增加，缩小锂离子迁移半径，提高导电效率；有效降低锂电池内阻：同等箔材做的对比显示，同时使用用冲孔铜箔与铝箔可有效降低内阻8％～20％。

集流体还可以为涂碳铝箔，涂碳铝箔可以显著提高电池组使用一致性，大幅降低电池组成本。如：明显降低电芯动态内阻增幅、提高电池组的压差一致性、延长电池组寿命、大幅降低电池组成本；提高活性材料和集流体的粘接附着力，降低极片制造成本。如：改善使用水性体系的正极材料和集电极的附着力、改善纳米级或亚微米级的正极材料和集电极的附着力、改善钛酸锂或其他高容量负极材料和集电极的附着力、提高极片制成合格率，降低极片制造成本；减小极化，提高倍率和克容量，提升电池性能。如：部分降低活性材料中粘接剂的比例、提高克容量、改善活性物质和集流体之间的电接触和减少极化，提高功率性能；保护集流体，延长电池使用寿命。如：防止集流极腐蚀氧化、提高集流极表面张力，增强集流极的易涂覆性能、可替代成本较高的蚀刻箔或用更薄的箔材替代原有的标准箔材。

可选的，如图1所示，所述第一区域20与所述空箔区10在极片厚度方向上不重叠，以保证锂离子电池整体平整度。

可选的，所述集流体的相对两面上设有在厚度方向上对称的所述空箔区。通过在集流体相对两面上设空箔区10，可以进一步增大电池的保液空间，提高锂电池高温循环性能的稳定性。此外，集流体相对两面上的空箔区10在厚度方向上对称，可以保证锂离子电池的平整度。

本实用新型还提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括上述实施例的极片，该极片的结构和工作原理可以参照上述实施例，在此不再赘述。由于本实用新型实施例提供的锂离子电池包括上述实施例的极片，因此本实用新型实施例提供的锂离子电池具有上述实施例中极片的全部有益效果。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种极片，其特征在于，所述极片包括极耳、集流体和活性材料层；

所述集流体至少有一面涂覆有所述活性材料层；

所述集流体设有第一区域和空箔区，所述第一区域和所述空箔区均为集流体表面未涂覆活性材料层的区域；

所述极耳设于所述集流体的所述第一区域。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述集流体沿着第一端卷绕成电池卷芯，所述空箔区为位于所述集流体的中心位置与所述第一端之间的区域。

3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述集流体沿着第一端卷绕成电池卷芯，所述空箔区连通所述集流体的第一边和第二边，所述集流体的第一边和第二边均为极片长度方向的边缘，所述第一边和所述第二边位于所述集流体的同一表面。

4.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述空箔区为四边形区域。

5.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，以所述极片的宽度方向为第一方向，与所述极片的长度方向为第二方向；

所述空箔区在所述第二方向上的最长长度小于等于所述集流体在第一方向上长度的二分之一。

6.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述空箔区与第一端在第二方向上的最长距离大于等于所述集流体在第一方向上的长度。

7.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极片为正极片，所述集流体为微孔铝箔或涂碳铝箔。

8.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一区域与所述空箔区在极片厚度方向上不重叠。

9.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述集流体的相对两面上设有在厚度方向上对称的所述空箔区。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1至9任一项所述的极片。

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