CN212848492U - 一种极片和锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种极片和锂离子电池。本实用新型提供了一种极片，所述极片包括集流体和设置在集流体表面的活性层，所述活性层上设置有凹槽，极耳设置于所述凹槽处与所述集流体电连接；其中，所述活性层的厚度和/或宽度由靠近所述凹槽一侧至靠近所述活性层的端面一侧逐渐增大。本实用新型提供的极片，通过活性层厚度和/或宽度的改变，使得活性层的阻抗也由靠近凹槽一侧至靠近活性层端面一侧逐渐变大，有效降低了锂离子电池在充电过程中的升温，提高了锂离子电池的循环性能。

Description

一种极片和锂离子电池
技术领域
本实用新型涉及一种极片和锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域。
背景技术
随着5G时代的到来，锂离子电池的地位显得愈发重要。目前锂离子电池向着能量密度高，快充能倍率大的方向不断发展。目前，采用将极耳的连接位置从极片边缘调整到极片侧面中间部分的方式，以提高锂离子电池的充电速度。
但是，当对包含该种极耳连接方式的锂离子电池进行充电时，由于极耳连接处电流密度大，会导致极耳连接处温度升高，从而造成锂离子电池的循环衰减加快，循环性能变差。因此，如何改善由该种极耳连接方式导致的锂离子电池充电温度升高和循环性能变差的问题受到了越来越多的关注。
实用新型内容
本实用新型提供一种极片，用于改善由该种极耳连接方式导致的锂离子电池充电温度升高和循环性能变差的问题。
本实用新型第一方面提供了一种极片，所述极片包括集流体和设置在集流体表面的活性层，所述活性层上设置有凹槽，极耳设置于所述凹槽处与所述集流体电连接；
其中，所述活性层的厚度和/或宽度由靠近所述凹槽一侧至靠近所述活性层的端面一侧逐渐增大。
本实用新型提供了一种极片，包括集流体以及设置在集流体表面的活性层，活性层上设置有凹槽，该凹槽设置于活性层侧面中间部分，且该凹槽连通活性层的上表面和下表面，即活性层的俯视图为“凹”字形，其中，中间并不仅限于活性层侧面中心部分，即凹槽可以设置于活性层侧面中心部分(凹槽两侧的活性层长度相同)，或者凹槽可以设置于活性层侧面1/3处，凹槽的具体位置可依据实际制备需要进行设置，本实用新型在此不做进一步限制；极耳设置于凹槽处并与集流体电连接，为了进一步改善由该种极耳连接方式导致的锂离子电池充电温度升高和循环性能变差的问题，本实用新型将靠近凹槽一侧的活性层厚度和/或宽度变小，随着逐渐靠近活性层的端面一侧，活性层的厚度和/或宽度逐渐增大，活性层的端面是指在活性层长度方向上的两个端面，其中，本申请中对长度、宽度和厚度的定义与现有技术中的定义相同，即极片中最长边为长度，最短边为厚度，介于最长边和最短边的边为宽度。本实用新型提供的极片，通过活性层厚度和/或宽度的改变，使得活性层的阻抗也由靠近凹槽一侧至靠近活性层端面一侧逐渐变大，有效降低了锂离子电池在充电过程中的升温，提高了锂离子电池的循环性能。
为了更好的阐述本实用新型提供的极片结构，以下将进一步结合附图对极片结构进行详细阐述：
图1a为本实用新型现有技术中提供的极片结构的主视图，图1b为本实用新型现有技术中提供的极片结构的俯视图，如图1a-1b所示，集流体1的上表面设置有活性层2，且活性层2侧面中心部分设置有凹槽，极耳3设置于凹槽处与集流体1电连接，极片的长度为图1a和图1b中的较长边，厚度为图1a中的较短边，宽度为图1b中的较短边。由于凹槽的存在，凹槽处的活性层的宽度较小且厚度为零，而活性层其他区域的宽度和厚度均相同。
图2a为本实用新型一实施例中提供的极片结构的主视图，图2b为本实用新型一实施例中提供的极片结构的俯视图，如图2a-2b所示，该极片包括集流体1和活性层2，活性层2侧面中心部分设置有凹槽，极耳3设置于凹槽处与集流体1电连接，由图2a可以清楚看出，活性层2的厚度由靠近凹槽一侧至靠近活性层的端面一侧逐渐增大。
图3a为本实用新型又一实施例中提供的极片结构的主视图，图3b为本实用新型又一实施例中提供的极片结构的俯视图，如图3a-3b所示，该极片包括集流体1和活性层2，活性层2侧面中心部分设置有凹槽，极耳3设置于凹槽处与集流体1电连接，由图3b可以清楚看出，活性层2的宽度由靠近凹槽一侧至靠近活性层的端面一侧逐渐增大。
此外，本实用新型提供的极片结构并不限于以上两种实施方式，本领域技术人员可依据实际制备需要设计活性层的宽度和厚度，例如，可以单独采用图2a-2b或者图3a-3b所示的实施方式，或者也可以将图2a-2b和图3a-3b 所示的极片结构结合，即同时改变活性层的厚度和宽度，即该极片结构的主视图如图2a所示，俯视图如图3b所示。
可以理解的是，活性层的厚度和/或宽度是由活性层相对两面之间的距离决定的，为了方便极片的制备，可固定活性层厚度和/或宽度相对两面中一面的位置，通过改变另一面的位置改变活性层的厚度和/或宽度，具体地：
在一种实施方式中，所述活性层远离集流体的上表面向所述凹槽处凹陷，其中，所述上表面由所述活性层的长度方向和宽度方向确定。
可以理解的是，活性层的厚度由活性层靠近集流体的下表面和远离集流体的上表面之间的距离决定，其中，上表面和下表面由活性层的长度方向和宽度方向确定，当活性层的厚度发生改变时，可以固定靠近集流体的下表面的位置，将活性层远离集流体的上表面向凹槽处发生凹陷得到该极片。继续参考图2a可知，活性层远离集流体1的上表面向凹槽处凹陷。
在另一种实施方式中，所述活性层靠近凹槽一侧的第一侧面向所述凹槽处凹陷，其中，所述第一侧面由所述活性层的长度方向和厚度方向确定。
活性层的宽度由活性层的长度方向和厚度方向确定的第一侧面和第二侧面之间的距离决定，当活性层的宽度发生改变时，可以固定远离凹槽的第二侧面的位置，将靠近凹槽一侧的第一侧面向凹槽处发生凹陷得到该极片。继续参考图3b可知，活性层靠近凹槽一侧的第一侧面向凹槽处凹陷。
当活性层的宽度和厚度同时发生改变时，则可以固定活性层第二侧面和下表面的位置，将第一侧面和上表面同时向凹槽处凹陷。
为了便于极片的制备，所述集流体上与所述凹槽的非对应区域中，所述活性层在所述集流体上的竖直投影与所述集流体完全重合。
在极片的制备过程中，通常是将活性层完整的涂布在集流体表面，随后在活性层侧面中间部分清洗出一定体积的活性层材料，得到凹槽，最后将极耳设置于凹槽处并与集流体电连接，得到最终的极片，而本实用新型提供的极片中活性层的厚度和/或宽度发生了变化，本领域技术人员可控制涂布方式或者在活性层完整涂布后将不需要的活性层部分进行切除，例如，当活性层的厚度发生改变时，可首先涂布一定厚度的活性层，随后在活性层上表面，从活性层两个端面的顶点处向凹槽处斜切一部分活性层，得到图2a-2b所示的活性层结构；当活性层的宽度发生改变时，可在活性层第一侧面，从第一侧面两端的顶点处向凹槽处斜切一部分活性层，得到图3a-3b所示的活性层结构。当活性层的宽度发生改变时，为了便于极片的制备，申请人研究发现，可将活性层和集流体上相应部分一起切除，但需要注意，为了保证极耳的连接，集流体上与凹槽的对应区域应当保留，即所述集流体上与所述凹槽的非对应区域中，所述活性层在所述集流体上的竖直投影与所述集流体完全重合。
图4a为本实用新型再一实施例中提供的极片结构的主视图，图4b为本实用新型再一实施例中提供的极片结构的俯视图，如图4a-4b所示，极片包括集流体1和活性层2，活性层2侧面中心部分设置有凹槽，极耳3设置于凹槽处并与集流体1电连接，由图4b可以清楚看出，活性层的宽度由靠近凹槽一侧至靠近活性层端面一侧逐渐增大，并且在集流体上与凹槽的非对应区域中，所述活性层在所述集流体上的竖直投影与所述集流体完全重合，即集流体的宽度也由靠近凹槽一侧至靠近集流体端面一侧逐渐增大。在制备过程中，本领域技术人员可首先依据现有技术制备得到极片，随后将活性层2和集流体1非对应区域统一切除，得到图4a-4b所示的极片结构。
为了进一步提高锂离子电池的性能，活性层的宽度和厚度的变化应当保持在一定范围内，具体地：
当活性层的宽度发生改变时，靠近所述凹槽一侧的活性层宽度为靠近所述活性层端面一侧的10-90％。
进一步地，靠近所述凹槽一侧的活性层宽度为靠近所述活性层端面一侧的70-90％。
当活性层的厚度发生改变时，以面密度表征活性层厚度的变化，具体地，靠近所述凹槽一侧的活性层的面密度为靠近所述活性层端面一侧的10-90％。
进一步地，靠近所述凹槽一侧的活性层的面密度为靠近所述活性层端面一侧的70-90％。
此外，在实际的极片制备过程中，所述集流体上与所述凹槽的对应区域中，极耳连接区的面积小于所述对应区域的面积。
在以上实施例的基础上，为了方便极耳的连接，在对活性层进行清洗得到凹槽时，通常将凹槽在集流体上的竖直投影面积适当扩大，使得集流体对应区域中极耳连接区的面积小于该对应区域的面积。
例如，图5为本实用新型再一实施例中提供的极片结构的俯视图，如图 5所示，在集流体上与凹槽的对应区域的面积大于对应区域中极耳连接区的面积。图6为本实用新型再一实施例中提供的极片结构的俯视图，如图6所示，对应区域的面积大于对应区域中极耳连接区的面积。图7为本实用新型再一实施例中提供的极片结构的俯视图，如图7所示，对应区域的面积大于对应区域中极耳连接区的面积。
本实用新型提供的极片适用于正极片和/或负极片，正极片和负极片的结构相同，区别在于集流体和活性层材料不同，例如，当所述极片为正极片时，集流体可以为铝箔，并将正极活性材料涂布在铝箔上；当所述极片为负极片时，集流体可以为铜箔，并将负极活性材料涂布在铜箔上，得到相应的极片。
需要注意的是，当锂离子电池中正极片或负极片使用本实用新型提供的极片结构时，在相应的负极片或正极片中活性层的厚度和/或宽度应当与正极片或负极片活性层的厚度和/或宽度保持一致，即二者区别仅在于，负极片或正极片中不包括凹槽和极耳。例如，当正极片为本实用新型提供的极片结构时，相应的负极片活性层不设置凹槽和极耳，且活性层的厚度和/或宽度与该正极片活性层的厚度和/或宽度相同；当负极片为本实用新型提供的极片结构时，则相应的正极片活性层不设置有凹槽和极耳，且活性层的厚度和/或宽度与该负极片活性层的厚度和/或宽度相同。
综上，本实用新型提供的极片适用于正极和/或负极，通过活性层厚度和 /或宽度的改变，使得活性层的阻抗也由靠近凹槽一侧至靠近活性层端面一侧逐渐变大，有效降低了锂离子电池在充电过程中的升温，提高了锂离子电池的循环性能。
本实用新型第二方面提供了一种锂离子电池，包括上述任一所述的极片。
本实用新型第二方面提供了一种锂离子电池，在制备得到正极片和负极片的基础上，根据本领域现有技术搭配隔膜、电解液制备得到锂离子电池即可。本实用新型提供的锂离子电池，可有效降低锂离子电池充电过程中的升温，具有良好的循环性能。
本实用新型的实施，至少具有以下优势：
1、本实用新型提供的极片适用于正极和/或负极，通过活性层厚度和/或宽度的改变，使得活性层的阻抗也由靠近凹槽一侧至靠近活性层端面一侧逐渐变大，有效降低了锂离子电池在充电过程中的升温，提高了锂离子电池的循环性能。
2、本实用新型提供的锂离子电池，可有效降低锂离子电池充电过程中的升温，具有良好的循环性能。
附图说明
图1a为本实用新型现有技术中提供的极片结构的主视图；
图1b为本实用新型现有技术中提供的极片结构的俯视图；
图2a为本实用新型一实施例中提供的极片结构的主视图；
图2b为本实用新型一实施例中提供的极片结构的俯视图；
图3a为本实用新型又一实施例中提供的极片结构的主视图；
图3b为本实用新型又一实施例中提供的极片结构的俯视图；
图4a为本实用新型再一实施例中提供的极片结构的主视图；
图4b为本实用新型再一实施例中提供的极片结构的俯视图；
图5为本实用新型再一实施例中提供的极片结构的俯视图；
图6为本实用新型再一实施例中提供的极片结构的俯视图；
图7为本实用新型再一实施例中提供的极片结构的俯视图。
附图标记说明：
1-集流体；
2-活性层；
3-极耳。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的实施例，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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。
实施例1
本实施例提供的极片为正极片，其结构主视图如图4a所示，俯视图如图 7所示，活性层2侧面中心设置有凹槽，靠近凹槽一侧的活性层宽度为72mm，靠近活性层端面一侧的宽度为80mm；活性层的厚度为100μm。
实施例2
本实施例提供的极片为正极片，其结构主视图如图4a所示，俯视图如图 7所示，活性层2侧面中心设置有凹槽，靠近凹槽一侧的活性层宽度为64mm，靠近活性层端面一侧的宽度为80mm；活性层的厚度为100μm。
实施例3
本实施例提供的极片为正极片，其结构主视图如图4a所示，俯视图如图 7所示，活性层2侧面中心设置有凹槽，靠近凹槽一侧的活性层宽度为56mm，靠近活性层端面一侧的宽度为80mm；活性层的厚度为100μm。
实施例4
本实施例提供的极片为负极片，其结构主视图如图3a所示，俯视图如图 6所示，活性层2侧面中心设置有凹槽，靠近凹槽一侧的活性层宽度为72mm，靠近活性层端面一侧的宽度为80mm；活性层的厚度为100μm。
实施例5
本实施例提供的极片为负极片，其结构主视图如图3a所示，俯视图如图 6所示，活性层2侧面中心设置有凹槽，靠近凹槽一侧的活性层宽度为64mm，靠近活性层端面一侧的宽度为80mm；活性层的厚度为100μm。
实施例6
本实施例提供的极片为负极片，其结构主视图如图3a所示，俯视图如图 6所示，活性层2侧面中心设置有凹槽，靠近凹槽一侧的活性层宽度为56mm，靠近活性层端面一侧的宽度为80mm；活性层的厚度为100μm。
实施例7
本实施例提供的极片为负极片，其结构主视图如图2a所示，俯视图如图 5所示，活性层2侧面中心设置有凹槽，活性层的宽度为80mm；靠近凹槽一侧的活性层面密度为7.2mg/cm2，靠近活性层端面一侧的活性层面密度为8 mg/cm2。
实施例8
本实施例提供的极片为负极片，其结构主视图如图2a所示，俯视图如图 5所示，活性层2侧面中心设置有凹槽，活性层的宽度为80mm；靠近凹槽一侧的活性层面密度为6.4mg/cm2，靠近活性层端面一侧的活性层面密度为8 mg/cm2。
实施例9
本实施例提供的极片为负极片，其结构主视图如图2a所示，俯视图如图 5所示，活性层2侧面中心设置有凹槽，活性层的宽度为80mm；靠近凹槽一侧的活性层面密度为5.6mg/cm2，靠近活性层端面一侧的活性层面密度为8 mg/cm2。
对比例1
本对比例提供的极片为负极片，其结构如图1a-1b所示，其中，活性层的厚度为100μm，宽度为80mm。
在实施例1-9以及对比例1提供的极片基础上制备得到锂离子电池，并对锂离子电池的充电升温和循环性能进行测试，测试结果见表1：
其中，锂离子电池的制备方法包括：根据本实用新型提供的正极片或负极片的结构，制备相应结构的负极片或正极片，即，在实施例1-3提供的正极片的基础上，相应的负极片中活性层的宽度和厚度与正极片活性层的宽度和厚度相同；在实施例4-9提供的负极片的基础上，相应的正极片中活性层的宽度和厚度与负极片活性层的宽度和厚度相同。
极片可依据现有技术制备，将极片材料搭配辅材搅拌成浆液，涂布在集流体上得到极片，其中，正极片使用铝箔为集流体，负极片使用铜箔为集流体，正极材料购自厦门厦钨新能源材料有限公司，负极材料购自上海杉杉科技有限公司。
在制备得到正极片和负极片的基础上，搭配隔膜、电解液制备得到锂离子电池，其中，隔膜购自东莞市卓高电子科技有限公司，电解液购自深圳新宙邦科技股份有限公司。
锂离子电池性能测试方法包括：将制备得到的锂离子电池在25℃条件下进行2C/0.7C的充放电循环测试，计算其循环保持率(％)；并用温度传感器监控电芯表面温度，将最大值与初始温度的差值记为锂离子电池的升温 (℃)。
表1实施例1-9以及对比例1提供的锂离子电池的性能测试结果
极耳升温(℃) 循环保持率(％)
实施例1 17.5 83.0％
实施例2 16.2 84.5％
实施例3 14.9 85.3％
实施例4 17.4 83.2％
实施例5 16.4 84.7％
实施例6 15.0 85.3％
实施例7 17.4 84.0％
实施例8 16.4 85.0％
实施例9 15.0 86.0％
对比例1 18.0 82.0％
由表1提供的数据可知，实施例1-9提供的锂离子电池在充电过程中，电芯表面的升温均低于对比例1，其循环保持率也均高于对比例1。综上，本实用新型提供的极片适用于正极和/或负极，通过活性层厚度和/或宽度的改变，使得活性层的阻抗也由靠近凹槽一侧至靠近活性层端面一侧逐渐变大，有效降低了锂离子电池在充电过程中的升温，提高了锂离子电池的循环性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种极片，其特征在于，所述极片包括集流体和设置在集流体表面的活性层，所述活性层上设置有凹槽，极耳设置于所述凹槽处与所述集流体电连接；
其中，所述活性层的厚度和/或宽度由靠近所述凹槽一侧至靠近所述活性层的端面一侧逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述活性层远离集流体的上表面向所述凹槽处凹陷，其中，所述上表面由所述活性层的长度方向和宽度方向确定。
3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述活性层靠近凹槽一侧的第一侧面向所述凹槽处凹陷，其中，所述第一侧面由所述活性层的长度方向和厚度方向确定。
4.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述集流体上与所述凹槽的非对应区域中，所述活性层在所述集流体上的竖直投影与所述集流体完全重合。
5.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，靠近所述凹槽一侧的活性层宽度为靠近所述活性层端面一侧的10-90％。
6.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，靠近所述凹槽一侧的活性层的面密度为靠近所述活性层端面一侧的10-90％。
7.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，靠近所述凹槽一侧的活性层宽度为靠近所述活性层端面一侧的70-90％。
8.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，靠近所述凹槽一侧的活性层的面密度为靠近所述活性层端面一侧的70-90％。
9.根据权利要求1-8任一项所述的极片，其特征在于，所述集流体上与所述凹槽的对应区域中，极耳连接区的面积小于所述对应区域的面积。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一项所述的极片。
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