CN215731782U - 电芯及电池 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电芯及电池，其中，电芯包括正极片、负极片和至少一片隔膜，正极片包括正极集流体，正极集流体的表面覆盖有第一涂层，第一涂层上覆盖有第二涂层，第二涂层包括依次设置的第一子涂层，第二子涂层和第三子涂层。本申请实施例中，通过使第一涂层在正极集流体上的正投影，位于第二涂层在正极集流体上的正投影内，第一子涂层和第三子涂层中活性物质的中值粒径，大于第一涂层中活性物质的中值粒径。第二子涂层中活性物质的中值粒径，不小于第一涂层中活性物质的中值粒径，且小于第一子涂层和第三子涂层中活性物质的中值粒径中最小的中值粒径，可以提高负极片边缘电势，从而降低了析锂发生的可能性，减小了安全隐患。

Description

电芯及电池

技术领域

本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种电芯及电池。

背景技术

随着电池技术的发展，电池在人们生活中的应用日益广泛，人们对电池性能的要求也越来越高。电池通常采用多极耳卷绕结构，通过增加极耳数量降低电池内阻，优化充放电过程中极片上电流密度的分布，以提高电池的充电速度。但是，该方案导致极耳周围电势降低，负极极耳附近区域的电位容易达到析锂电位，导致析锂发生，安全隐患高。

申请内容

本申请实施例提供一种电芯及电池，解决了负极耳附近区域容易发生析锂，安全隐患高的问题。

为达到上述目的，第一方面，本申请实施例提供一种电芯，包括正极片、负极片和至少一片隔膜；

所述正极片包括正极集流体，所述正极集流体的表面覆盖有第一涂层，所述第一涂层上覆盖有第二涂层，所述第一涂层在所述正极集流体上的正投影，位于所述第二涂层在所述正极集流体上的正投影内；

所述第二涂层包括正极片宽度方向上依次设置的第一子涂层和第二子涂层；

所述第一子涂层中活性物质的中值粒径，大于所述第一涂层中活性物质的中值粒径；所述第二子涂层中活性物质的中值粒径，不小于所述第一涂层中活性物质的中值粒径，且小于所述第一子涂层中活性物质的中值粒径；

所述负极片包括负极集流体，所述负极集流体在负极片宽度方向的边缘区域设有负极耳；

所述正极片和所述负极片层叠设置，且所述至少一片隔膜设置在所述正极片和所述负极片之间，所述第一子涂层与所述负极耳的最小距离小于所述第二子涂层与所述负极耳的最小距离。

可选的，所述第二涂层还包括第三子涂层，所述第三子涂层与所述第二子涂层邻接，且所述第二子涂层位于所述第一子涂层和所述第三子涂层之间；

所述第一子涂层和所述第三子涂层中的活性物质的中值粒径相同，所述第二子涂层中活性物质的中值粒径与所述第一涂层中活性物质的中值粒径相同。可选的，所述第一子涂层的粒径分布满足7μm<粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的10％对应的粒径<12μm，16μm<中值粒径<20μm，26μm<粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的90％对应的粒径<45μm；

所述第二子涂层的粒径分布满足3μm<粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的10％对应的粒径<6μm，8μm<中值粒径<15μm，22μm<粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的90％对应的粒径<30μm。

可选的，所述第一涂层和所述第二涂层的厚度比在3:7至7:3的范围内。

可选的，所述第一涂层和所述第二涂层的厚度之和小于130μm。

可选的，所述第一子涂层、所述第二子涂层和所述第三子涂层厚度相同。

可选的，所述第一子涂层和所述第三子涂层的面积之和为所述第二涂层的面积的十分之一至二分之一。

可选的，所述正极片还包括从所述正极集流体延伸出的多个延伸部。

可选的，所述第一涂层包括第一活性物质，第一导电剂和第一粘结剂，所述第一活性物质的质量占所述第一涂层质量的70％至99％，所述第一导电剂的质量占所述第一涂层质量的0.5％至15％，所述第一粘结剂的质量占所述第一涂层质量的0.5％至15％。

第二方面，本申请实施例提供一种电池，其特征在于，所述电池包括第一方面所述的电芯。

本申请实施例中，通过使第一涂层在正极集流体上的正投影，位于第二涂层在正极集流体上的正投影内，第一子涂层和第三子涂层中活性物质的中值粒径，大于第一涂层中活性物质的中值粒径。第二子涂层中活性物质的中值粒径，不小于第一涂层中活性物质的中值粒径，且小于第一子涂层和第三子涂层中活性物质的中值粒径中最小的中值粒径，可以降低正极片表面的极化，从而提高负极片边缘区域电势。负极耳位于负极片的边缘区域，负极片边缘区域的电势提高即是负极耳周围电势提高，负极极耳附近区域的电位不易达到析锂电位，从而降低了析锂发生的可能性，减小了安全隐患。

附图说明

为了更清楚的说明本申请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，下述附图仅是本申请的实施例，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是本申请实施例提供的电芯的结构示意图之一；

图2是本申请实施例提供的电芯的结构示意图之二；

图3是本申请实施例提供的电芯的结构示意图之三；

图4是本申请实施例提供的电芯的结构示意图之四。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本申请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，都属于本申请保护的范围。

参见图1和图2，第一方面，本申请实施例提供一种电芯，包括正极片、负极片和至少一片隔膜；

所述正极片包括正极集流体30，所述正极集流体30的表面覆盖有第一涂层10，所述第一涂层10上覆盖有第二涂层20，所述第一涂层10在所述正极集流体30上的正投影，位于所述第二涂层20在所述正极集流体30上的正投影内；

所述第二涂层20包括正极片宽度方向上依次设置的第一子涂层21和第二子涂层22；

所述第一子涂层21中活性物质的中值粒径，大于所述第一涂层10中活性物质的中值粒径；所述第二子涂层22中活性物质的中值粒径，不小于所述第一涂层10中活性物质的中值粒径，且小于所述第一子涂层21中活性物质的中值粒径；

所述负极片包括负极集流体，所述负极集流体在负极片宽度方向的边缘区域设有负极耳；

所述正极片和所述负极片层叠设置，且所述至少一片隔膜设置在所述正极片和所述负极片之间，所述第一子涂层与所述负极耳的最小距离小于所述第二子涂层与所述负极耳的最小距离。

具体的，中值粒径为粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的50％对应的粒径。正极片、隔膜和负极片层叠设置形成电芯，也可以卷绕后形成电芯。正极集流体30的材质可以为微孔铝箔或涂碳铝箔，正极集流体30的形状通常为长方形。第一涂层10包括第一活性物质，第一导电剂和第一粘结剂，第一活性物质，第一导电剂和第一粘结剂混合后形成该第一涂层10。第一活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料和钛酸锂这几种材料中的一种或多种。第一导电剂可以为导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉和碳纤维这几种材料中的一种或多种。第一粘结剂可以为聚偏氟乙烯PVDF、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚丙烯腈PAN、聚氧化乙烯PEO、丁苯橡胶SBR类和聚丙烯酸酯类这几种材料中的一种或多种。第二涂层20包括第二活性物质，第二导电剂和第二粘结剂，第二活性物质，第二导电剂和第二粘结剂混合后形成该第二涂层20。第二活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料和钛酸锂这几种材料中的一种或多种。第二导电剂可以为导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉和碳纤维这几种材料中的一种或多种。第二粘结剂可以为聚偏氟乙烯PVDF、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚丙烯腈PAN、聚氧化乙烯PEO、丁苯橡胶SBR类和聚丙烯酸酯类这几种材料中的一种或多种。

作为优选，所述第一涂层10包括第一活性物质，第一导电剂和第一粘结剂，所述第一活性物质的质量占所述第一涂层10质量的70％至99％，所述第一导电剂的质量占所述第一涂层10质量的0.5％至15％，所述第一粘结剂的质量占所述第一涂层10质量的0.5％至15％。

进一步的，所述第二涂层20包括第二活性物质，第二导电剂和第二粘结剂，所述第二活性物质的质量占所述第二涂层20质量的70％至99％，所述第二导电剂的质量占所述第二涂层20质量的0.5％至15％，所述第二粘结剂的质量占所述第二涂层20质量的0.5％至15％。

参见图1，第二涂层20在极片宽度方向上的长度，可以大于，也可以等于第一涂层10在极片宽度方向上的长度，但需要满足正极集流体30上的正投影，位于第二涂层20在正极集流体30上的正投影内，即在第一涂层10边缘区域上覆盖有第一子涂层21。此外，第一子涂层21中活性物质的中值粒径，大于第一涂层10中活性物质的中值粒径。第二子涂层22中活性物质的中值粒径，不小于第一涂层10中活性物质的中值粒径，且小于第一子涂层21中活性物质的中值粒径，这样，可以在电池能量密度基本不变的前提下，降低正极片边缘区域的动力学性能和整个正极片表面的极化，从而提高负极片边缘电势，从而降低了负极极耳附近区域析锂发生的可能性，减小了安全隐患。此外，还可以在不降低电池充电能力的前提下提高锂离子电池循环寿命，改善循环膨胀和安全问题。

本申请实施例中，通过使第一涂层在正极集流体上的正投影，位于第二涂层在正极集流体上的正投影内，第一子涂层中活性物质的中值粒径，大于第一涂层中活性物质的中值粒径。第二子涂层中活性物质的中值粒径，不小于第一涂层中活性物质的中值粒径，且小于第一子涂层中活性物质的中值粒径，可以降低正极片表面的极化，从而提高负极片边缘区域的电势。负极耳位于负极片的边缘区域，负极片边缘区域的电势提高即是负极耳周围电势提高，负极极耳附近区域的电位不易达到析锂电位，从而降低了析锂发生的可能性，减小了安全隐患。

可选的，参见图1，所述第二涂层20还包括第三子涂层23，所述第三子涂层23与所述第二子涂层22邻接，且所述第二子涂层22位于所述第一子涂层21和所述第三子涂层23之间；

所述第一子涂层21和所述第三子涂层23中的活性物质的中值粒径相同，所述第二子涂层22中活性物质的中值粒径与所述第一涂层10中活性物质的中值粒径相同。

可选的，所述第一子涂层21的粒径分布满足7μm<粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的10％对应的粒径<12μm，16μm<中值粒径<20μm，26μm<粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的90％对应的粒径<45μm；

所述第二子涂层22的粒径分布满足3μm<粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的10％对应的粒径<6μm，8μm<中值粒径<15μm，22μm<粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的90％对应的粒径<30μm。

具体的，在第一子涂层21和第三子涂层23中的活性物质的中值粒径相同，第二子涂层22中活性物质的中值粒径与第一涂层10中活性物质的中值粒径相同的情况下，通过使第一子涂层21的粒径分布满足7μm<粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的10％对应的粒径<12μm，16μm<中值粒径<20μm，26μm<粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的90％对应的粒径<45μm，第二子涂层22的粒径分布满足3μm<粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的10％对应的粒径<6μm，8μm<中值粒径<15μm，22μm<粒径分布曲线上小于该粒径直径的土粒占土的总颗粒数的90％对应的粒径<30μm。可以进一步提高负极耳周围电势，降低了析锂发生的可能性，减小了安全隐患。

进一步的，在第一子涂层21和第三子涂层23中的活性物质的中值粒径相同，第二子涂层22中活性物质的中值粒径与第一涂层10中活性物质的中值粒径相同的情况下，第二子涂层22中导电剂的含量高于第一子涂层21和第三子涂层23中导电剂的含量，以进一步的确保第一涂层10和第二子涂层22的锂离子脱嵌速度，大于第一子涂层21和第三子涂层23的锂离子脱嵌速度，进一步提高负极耳周围电势，降低了析锂发生的可能性，减小了安全隐患。

可选的，所述第一涂层10和所述第二涂层20的厚度比在3:7至7:3的范围内。

具体的，通过限定第一涂层10和第二涂层20的厚度比在3:7至7:3的范围内，可以兼顾电池的快充性能和能量密度，避免电池能量密度过低，电池储能性能过差，或电池快充性能过差，电池充电速度较慢的情况发生。

可选的，所述第一涂层10和所述第二涂层20的厚度之和小于130μm。

具体的，通过使第一涂层10和第二涂层20的厚度之和小于130μm，可以避免极片过厚占用电池体积，导致电池能量密度降低的情况发生。

可选的，所述第一子涂层21、所述第二子涂层22和所述第三子涂层23厚度相同。第一子涂层21、第二子涂层22和第三子涂层23厚度相同可以使电池表面平整，便于电池装配。

可选的，所述第一子涂层21和所述第三子涂层23的面积之和为所述第二涂层20的面积的十分之一至二分之一。这样，可以兼顾电池的快充性能和能量密度，进一步提高电池性能。

可选的，参见图2，所述正极片还包括从所述正极集流体30延伸出的多个延伸部31。

具体的，延伸部31的形状可以为长方形，延伸部31为正极集流体30的一部分，延伸部31上不覆盖涂层，正极极耳可以通过极耳胶粘附于延伸部31上。

参见图3，下面根据具体实施例和对比例，对本申请提供的方案进一步说明。

参见图4，所述正极片可通过双层涂布的方式，底层涂布第一涂层，顶层涂布第二涂层，第二涂层边缘区域(从涂布边缘起往极片中间延伸，面积占总涂布面积的比为1/10～1/2则定义为边缘区域)与第一涂层边缘区域厚度比为6:4～9:1，第二涂层中间区域(面积占比1/2～9/10)与第一涂层中间区域厚度比为1:9～4:6。

实施例1：

(1)在96.9wt％钴酸锂1(中值粒径＝10um)中加入1.8wt％导电炭黑、1.3wt％聚偏氟乙烯(PVDF)，然后用N-甲基吡咯烷酮(NMP)调节成正极第一活性物质A。在96.9wt％钴酸锂2(中值粒径＝17um)中加入1.8wt％导电炭黑、1.3wt％PVDF，然后用NMP调节成正极第二活性物质B。通过涂布设备把正极第一活性物质A涂覆于正极集流体30表面，形成第一涂层；通过双层涂布设备将正极第一活性物质A和正极第二活性物质B涂覆在第一涂层上，形成第二涂层，随后烘干、辊压分切和制片得到正极片。其中，第二涂层中正极第一活性物质A面积占第二涂层面积的4/5；正极第二活性物质B面积和占第二涂层面积的1/5。第一涂层与第二涂层厚度比为4:6，第一涂层与第二涂层厚度和为100um。

(2)将负极活性物质人造石墨、导电剂导电炭黑和粘接剂SBR+CMC按(96.9wt％、0.5wt％、1.3wt％+1.3wt％)比例混合，然后加入去离子水分散制成适当固含量的负极浆料。然后把负极浆料涂布在负极集流体上，烘干、辊压分切和制片得到负极片。

(3)将第一步制得的正极片、第二步制得的负极片与隔膜叠放在一起卷绕制成卷芯，再用铝塑膜封装制成电芯，然后进行注液、陈化、化成、二次封装等工序，最后对电池的电化学性能进行测试。

实施例2：

其他与实施例1相同，仅双层涂覆的面积不同，即第二涂层中正极第一活性物质A区域的面积占第二涂层面积的1/2。

实施例3：

其他与实施例1相同，区别在于正极第一活性物质浆料A和正极第二活性物质浆料B的组成不同。在96.9wt％钴酸锂中加入1.8wt％导电炭黑、1.3wt％PVDF，然后用NMP调节成正极第一活性物质A。在97.2wt％钴酸锂中加入1.5wt％导电炭黑、1.3wt％PVDF，然后用NMP调节成正极第二活性物质B。

实施例4：

其他与实施例1相同，区别在于正极第一活性物质A和正极第二活性物质B的中值粒径中值粒径不同。在96.9wt％钴酸锂1(中值粒径＝8um)中加入1.8wt％导电炭黑、1.3wt％PVDF，然后用NMP调节成正极第一活性物质A。在96.9wt％钴酸锂2(中值粒径＝20um)中加入1.8wt％导电炭黑、1.3wt％PVDF，然后用NMP调节成正极第二活性物质B。

实施例5：

其他与实施例1相同，区别在于采用双层涂布方式，底层涂布正极第一活性物质A，顶层涂布正极第二活性物质B。顶层边缘区域(从涂布边缘起往极片中间延伸，面积占总涂布面积的比为1/5则定义为边缘区域)与第一涂层边缘区域厚度比为7:3，第二涂层中间区域(面积占比4/5)与第一涂层中间区域厚度比为3:7。

对比例1：

其他与实施例1相同，改为仅单层涂覆正极第一活性物质浆料A。

对比例2：

其他与实施例1相同，改为仅单层涂覆正极第二活性物质浆料B。

对上述制备得到的电池进行如下性能测试，测试过程为：

(1)快充循环寿命测试：

将上述实施例和对比例提供的电池首先在25℃的温度条件下，以1.5C倍率恒流充电到4.45V，再在4.45V的电压下恒压充电，截止电流为0.025C，之后再以0.5C倍率恒流放电，截止电压是3V，此为一个充放电循环过程，重复该充放电循环过程，直至电池的容量保持率低于80％或循环次数达到1000次。

(3)析锂情况：

将上述实施例和对比例提供的电池首先在25℃的温度条件下，以1.5C倍率恒流充电到4.45V，再在4.45V的电压下恒压充电，截止电流为0.025C，之后再以0.5C倍率恒流放电，截止电压是3V，此为一个充放电循环过程，重复该充放电循环过程10次，结束后将电池满充，在干燥房的环境中拆解电芯，观察负极表面的析锂情况。析锂程度分为不析锂、轻微析锂和严重析锂。轻微析锂表示负极表面的析锂区域为整体区域的1/10以下，严重析锂表示负极表面的析锂区域超过整体区域的1/3。

得到测试结果如表1所示。

表1

分析表1结果，可以发现，通过实施例1和对比例1的对比，仅涂覆A涂层，可显著提升电芯快充性能，但能量密度降低，且极耳附近区域电流密度大导致严重析锂，容量衰减严重；

通过实施例1和对比例2的对比，仅涂覆B涂层，快充能力会有所降低，电芯的能量密度提高，但同样未解决极耳附近区域极化问题，循环寿命较对比例1有提高但仍存在析锂问题。

实施例2、3、4分别考察了不同涂覆面积、不同导电剂含量及不同正极活性物质粒径的情况，总体能量密度接近，快充能力差异不大。涂覆在边缘的正极第二活性物质B的动力学较正极第一活性物质A的动力学差，可降低极耳附近区域的极化，提高负极极耳附近区域的电势，降低析锂发生的可能性，减小安全隐患。

实施例5考察了双层涂布不同活性物质对于电池快充性能和能量密度的影响。顶层涂布正极第二活性物质B，底层涂布正极第一活性物质A，B的动力学较A差，即顶层的动力学差于底层动力学，正极动力学有所降低；且边缘区域B物质占主体，则边缘区域动力学进一步弱于中间区域，降低了极耳附近区域的极化，降低额析锂发生的可能性，提高了电池循环性能；且顶层涂布的正极第二活性物质B有利于提高电芯整体的能量密度。

第二方面，本申请实施例提供一种电池，该电池包括上述实施例提供的电芯，该电芯的结构和工作原理可以参照上述实施例，在此不再赘述。由于本申请实施例提供的电池包括上述实施例的电芯，因此本申请实施例提供的电池具有上述实施例中电芯的全部有益效果。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请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申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (8)

1.一种电芯，其特征在于，包括正极片、负极片和至少一片隔膜；

所述正极片包括正极集流体，所述正极集流体的表面覆盖有第一涂层，所述第一涂层上覆盖有第二涂层，所述第一涂层在所述正极集流体上的正投影，位于所述第二涂层在所述正极集流体上的正投影内；

所述第二涂层包括正极片宽度方向上依次设置的第一子涂层和第二子涂层；

所述第一子涂层中活性物质的中值粒径，大于所述第一涂层中活性物质的中值粒径；所述第二子涂层中活性物质的中值粒径，不小于所述第一涂层中活性物质的中值粒径，且小于所述第一子涂层中活性物质的中值粒径；

所述负极片包括负极集流体，所述负极集流体在负极片宽度方向的边缘区域设有负极耳；

所述正极片和所述负极片层叠设置，且所述至少一片隔膜设置在所述正极片和所述负极片之间，所述第一子涂层与所述负极耳的最小距离小于所述第二子涂层与所述负极耳的最小距离。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第二涂层还包括第三子涂层，所述第三子涂层与所述第二子涂层邻接，且所述第二子涂层位于所述第一子涂层和所述第三子涂层之间；

所述第一子涂层和所述第三子涂层中的活性物质的中值粒径相同，所述第二子涂层中活性物质的中值粒径与所述第一涂层中活性物质的中值粒径相同。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一涂层和所述第二涂层的厚度比在3:7至7:3的范围内。

4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一涂层和所述第二涂层的厚度之和小于130μm。

5.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述第一子涂层、所述第二子涂层和所述第三子涂层厚度相同。

6.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述第一子涂层和所述第三子涂层的面积之和为所述第二涂层的面积的十分之一至二分之一。

7.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极片还包括从所述正极集流体延伸出的多个延伸部。

8.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求1至7中任一项所述的电芯。

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