CN216488153U - 一种新型电池极片和锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型电池极片，极片上有一个孔，该孔位于极片的几何中心，孔面积为1‑900mm²。本实用新型还提供了一种新型电池极片，该极片含有孔，且该极片为叠片电芯中的一层极片或者是卷绕电芯中的每一层极片的大平面单元，孔在每层极片上的相对位置一致，堆叠或卷绕以后，各层极片上的孔可以重叠形成通孔。本实用新型通过在方形电池的单层极片的几何中心位置打孔的方式，提高极片的浸润速度和浸润一致性，进而提高电池的循环稳定性和安全性能，该方法操作简便，效果明显。

Description

一种新型电池极片和锂离子电池

技术领域

本实用新型属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种新型电池极片和锂离子电池。

背景技术

电解液对极片的浸润，涉及到固、液、气三相接触的内容。当把电解液注入电池壳内时，首先电解液要排出壳内的空气，之后电解液会附着在正负极活物质的表面，有的电解液会通过卷芯的隔膜进入正极-隔膜-负极之间。随着时间的延续，会出现电解液浸润极片、隔膜内电解液反向浸润极片的现象，当静置时间长到一定程度时，在表面张力的作用下，对极片的浸润就达到一个平衡的状态。电极中的电解质润湿过程是由毛细管力驱动的自发液体吸附过程，忽略惯性和重力的影响。德国博世公司的工程师W.J.Weydanz等人利用中子衍射技术成功的观测到了电解液在软包锂离子电池内部的浸润过程，可以看到注液2min后大部分电解液还停留在电芯的外部，在47min 后真空注液的电池基本上完成了浸润，但是常压注液的锂离子电池仍然有相当部分的中间位置电芯没有浸润，电芯外部残留了大量的电解液。

目前提高极片浸润性的方法主要有改善注液工艺、添加电解液浸润剂、改变注液后静置的方式等。添加电解液浸润剂能够降低液体的表面张力，提高电解液对极片的润湿和渗透能力，从而提高电池的电化学性能。但当浸润剂的添加量不当时，会对电池的循环性能造成负面影响，且增加了电池成本。注液工艺和静置方式对改善浸润效果有限，且延长抽真空时间、加压、擀压、高温等不但影响生产效率还增加制造成本。

随着电池能量密度越来越高，极片也越来越厚，浸润问题也越来越受到重视。中国科学技术大学的俞书宏团队与斯坦福大学的崔屹教授受到自然界树木的导管结构的启发，为了获得仿生结构LCO电极，俞书宏团队以樟子松为模版，首先将樟子松切割成厚度为1.5mm的薄片，然后利用氨水溶解法将木材导管中的木质素溶解掉，获得均匀的多孔模板，然后将由LiNO₃、 Co(NO₃)₂·6H₂O制备的LCO前驱体溶胶在真空环境下浸入到模板的导管内，并进行干燥形成LCO前驱体凝胶，最后在空气环境中700℃烧结2h，一方面使得LCO结晶化，另一方面将木质模板移除，在煅烧后LCO电极保留了垂直方向上的多孔结构。该结构能大大提高极片厚度，确保电解液的充分浸润，降低锂离子在电极内的扩散阻力，从而在高负载量的情况下也能够保证电池的循环性能和倍率性能。该方法操作困难，不宜商业应用。在专利CN 111755660A中，作者通过采用一块布满钢针的工装对极片进行打孔，该工装的钢针直径为0.1～0.3mm，相邻两个打孔针之间的距离为2～5mm。该工装主要是将极片穿透形成微孔，由于辊压后的极片较硬，该方法引起极片掉料、撕裂，毛刺等问题，无法商业化应用。相比以上两种方法，本案简单易操作，投入成本低，可商业化大规模应用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种新型电池极片和锂离子电池，以提高电解液对极片的润湿和渗透能力，从而提高电池的电化学性能。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种新型电池极片结构，极片上有一个孔，该孔位于极片的几何中心，孔的面积为1-900mm²。

进一步的，孔的面积为6-100mm²，如果孔的面积太小，不利于极片中心的排气和电解液积聚，而孔太大的话则降低了极片的有效使用面积，影响电池的能量密度。

本发明的第二目的在于提供一种新型电池极片，该极片含有孔，且该极片为叠片电芯中的一层极片或者是卷绕电芯中的每一层极片的大平面单元，孔在每层极片上的相对位置一致，堆叠或卷绕以后，各层极片上的孔可以重叠形成通孔。

本发明的第三目的在于提供一种锂离子电池，该电池含有以上极片结构和极片组成的电芯。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过在电池每层极片的几何中心打孔，注液过程中，打孔位置会促进气体排出并积聚电解液，该部分电解液会以孔为中心向四周扩散，既解决了电池中心浸润困难的问题，又缩短了浸润时间。简单易操作，缩短极片浸润时间，提高生产效率，降低制造成本，且可以提高电池的一致性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为叠片电池极片打孔示意图；

图2为卷绕电池极片打孔示意图。

附图标记说明：

1、极片；2、孔；3、极耳。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种新型电池极片结构，极片1上有一个孔2，该孔2位于极片1的几何中心，孔2面积为1-900mm²，孔2的形状为任意形状，优选圆形孔、无明显锐角或钝角的类似圆形孔中的一种，孔2面积为1-900mm²，优选的孔2 面积范围为6-100mm²。

本实用新型还提供了一种新型电池极片，该极片1上设有极耳3，极片 1含有孔2，且该极片1为叠片电芯中的一层极片1或者是卷绕电芯中的每一层极片1的大平面单元，孔2在每层极片1上的相对位置一致，堆叠或卷绕以后，各层极片1上的孔2可以重叠形成通孔。

在方形电池中，注液后，电解液从电池极片1四周向极片1中心扩散，电池的中心位置一般电解液难以浸润。本实用新型是在电池每层极片1的几何中心打孔，注液过程中，打孔位置会促进气体排出并积聚电解液，该部分电解液会以孔2为中心向四周扩散，既解决了电池中心浸润困难的问题，又缩短了浸润时间。

对于叠片电池，极片打孔示意图如图1所示，对于卷绕电池，极片打孔示意图如图2所示。

实施例

制备正极极片：将正极活性材料、导电炭黑SP、碳纳米管(CNT)、聚偏氟乙烯(PVDF)按照95：1.5：1：2.5比例，并添加适量的N-N-二甲基吡咯烷酮搅拌均匀形成正极浆液，均匀涂覆在铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压、模切，将模切后的正极片采用冲切模具按照电芯尺寸要求在极片上冲切3mm的圆孔，制成正极极片。

制备负极极片：将人造石墨、导电炭黑SP、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)按照95：1：1.7：2.3比例，并添加适量的去离子水搅拌均匀形成负极浆液，均匀的涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压、模切，将模切后的正极片采用冲切模具按照电芯尺寸要求在极片上冲切3mm 的圆孔，制成负极极片。

准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，且确保正负极片上的孔对应重叠形成通孔，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成37Ah锂离子动力电池。

对比例

制备正极极片：将正极活性材料、导电炭黑SP、碳纳米管(CNT)、聚偏氟乙烯(PVDF)按照95：1.5：1：2.5比例，并添加适量的N-N-二甲基吡咯烷酮搅拌均匀形成正极浆液，均匀涂覆在铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片。

制备负极极片：将人造石墨、导电炭黑SP、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)按照95：1：1.7：2.3比例，并添加适量的去离子水搅拌均匀形成负极浆液，均匀的涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片。

准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，且确保正负极片上的孔对应重叠形成通孔，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成37Ah锂离子动力电池。

将按照正常生产工艺注液抽真空放置的电芯拆解看电解液的浸润情况。其中颜色较深的地方为电解液浸润区域，白色区域为隔膜未浸润电解液区域。注液15min后，实施例的电芯四周电解液浸润与对比例相同，实施例电芯的中间也开始向四周浸润，对比例中间位置为明显的干区。随着时间的推移，实施例的未浸润区域明显小于对比例。即本案能有效加速电解液在电芯中的浸润，缩短注液后的静置时间，提高生产效率。

对所制备电池进行快速充电测试。对实施例和对比例的电池进行4C快充循环测试150周测试，结果汇总如表1。测试结果表明，对电池极片进行打孔能够提高电芯的快充性能。

表1实施例和对比例的数据对比

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种新型电池极片，其特征在于：极片上有一个孔，该孔位于极片的几何中心，孔的面积为1-900mm²。

2.根据权利要求1所述的新型电池极片，其特征在于：孔的形状为圆形孔、无明显锐角或钝角的类似圆形孔中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的新型电池极片，其特征在于：孔的面积为6-100mm²。

4.一种新型电池极片，其特征在于：该极片含有权利要求1-3任意一项权利要求中的孔，且该极片为叠片电芯中的一层极片或者是卷绕电芯中的每一层极片的大平面单元，孔在每层极片上的相对位置一致，堆叠或卷绕以后，各层极片上的孔可以重叠形成通孔。

5.一种锂离子电池，其特征在于：该电池含有权利要求1-4任意一项权利要求中的极片结构和极片组成的电芯。

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