CN216671686U - 负极片、极卷结构以及锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种负极片、极卷结构以及锂离子电池，负极片包括：集流体，集流体的一端设置有极耳；活性物质层，活性物质层设置在集流体的相对两侧，活性物质层包括主体段和减薄段，减薄段与集流体远离极耳的一端连接；其中，减薄段的厚度小于主体段的厚度。本实用新型的负极片解决了现有技术中的磷酸铁锂电池的负极片的底角位置容易发生析锂的问题。

Description

负极片、极卷结构以及锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及电池领域，具体而言，涉及一种负极片、极卷结构以及锂离子电池。

背景技术

目前，市场上的电池中，锂离子电池(锂离子电池和锂高聚合物电池)的性能最好，同质量的锂离子电池其能量是铅酸电池的4～6倍，是镍氢电池的2～3倍。相对的目前价格略微昂贵，价格劣势主要是相对铅酸蓄电池等而言。锂离子电池的主要原材料为锂，锂离子也存在于海水中，未来可利用太阳能从海水中提取。此外，锂离子电池具有循环使用的潜力，可解决对原材料的需求问题。最终，锂离子电池的价格在大规模商业化之后会下降。

实际上，国内外越来越多的汽车厂家选择锂离子电池作为电动汽车的动力电池，锂离子电池技术方面的研究也在不断地取得突破。

随着磷酸铁锂电池循环次数的增加，负极片的底角位置容易发生析锂，加速磷酸铁锂电池循环寿命衰减，导致循环跳水，而且析出的锂金属慢慢形成锂枝晶，锂枝晶会刺穿隔膜，导致正负极片短路，内部短路的锂离子电池有非常大的安全隐患，锂离子电池容易起火，甚至爆炸等。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种负极片、极卷结构以及锂离子电池，以解决现有技术中的磷酸铁锂电池的负极片的底角位置容易发生析锂的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的第一个方面，提供了一种负极片，包括：集流体，集流体的一端设置有极耳；活性物质层，活性物质层设置在集流体的相对两侧，活性物质层包括主体段和减薄段，减薄段与集流体远离极耳的一端连接；其中，减薄段的厚度小于主体段的厚度。

进一步地，减薄段为条形，减薄段的延伸方向垂直于减薄段和极耳之间的分布方向；其中，减薄段的延伸方向为Y方向，减薄段和极耳之间的分布方向为X方向。

进一步地，主体段的厚度与减薄段的厚度之间的差值的取值范围为3μm至5μm。

进一步地，活性物质层还包括过渡段，过渡段位于主体段和减薄段之间；沿主体段至减薄段的方向，过渡段的厚度逐渐减小。

进一步地，沿减薄段和极耳的分布方向，减薄段和过渡段的长度之和为主体段的长度的十分之一至五分之一。

进一步地，主体段为厚度均匀的板状结构。

进一步地，减薄段的最小厚度小于集流体的最小厚度。

进一步地，沿减薄段的延伸方向，减薄段包括第一端部和第二端部，集流体包括第一侧壁和第二侧壁；第一端部的端面与第一侧壁的壁面相平齐，第二端部的端面与第二侧壁的侧面相平齐，其中，减薄段的延伸方向为Y方向。

根据本实用新型的第二个方面，提供了一种极卷结构，包括：多个负极片；其中，多个负极片成对设置，成对的两个负极片的沿预定方向分布，成对的两个负极片的减薄段沿预定方向相对设置。

根据本实用新型的第二个方面，提供了一种锂离子电池，包括正极片和负极片，负极片为上述的负极片。

应用本实用新型的技术方案，本实用新型的负极片包括集流体和活性物质层，集流体的一端设置有极耳，活性物质层设置在集流体的相对两侧，活性物质层包括主体段和减薄段，减薄段与集流体远离极耳的一端连接；其中，减薄段的最小厚度小于主体段的最小厚度，这样，为负极片在底部的膨胀预留出了空间，使得正负极片中间的电解液在极片的膨胀过程中不会减少的太多，维持了正负极片之间的离子通路，使得正负极片底部位置能够进行正常的锂离子转移，负极片底角表面就不会有锂金属析出，不会形成锂枝晶，使电池内部短路的几率大大降低，从而提升了电池的循环寿命和安全性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书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示出了根据本实用新型的负极片的实施例的平面示意图；

图2示出了根据本实用新型的极卷结构的实施例的俯视图；

图3示出了根据图2中的极卷结构的A-A截面的截面图；

图4示出了根据图3中的极卷结构的一个负极片的截面图；

图5示出了根据本实用新型的锂离子电池的实施例的夹具夹住锂离子电池的示意图；以及

图6示出了根据本实用新型的锂离子电池的实施例的整体结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、负极片；2、锂离子电池；3、卷芯；200、盖板；300、极柱；100、极耳；10、集流体；20、活性物质层；21、主体段；22、减薄段；23、过渡段；221、第一端部；222、第二端部；30、夹具。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如图5所示，在实验过程中，为了模拟电池在模组中的状态，锂离子单体电池都是带夹具30进行测试的，磷酸铁锂锂离子电池在多次的循环过程中，由于内部电化学反应，电池内部会有气体产出，产气的结果就是局部区域受力不均，电池会发生轻微的鼓胀，夹具也会发生变形，由于夹具的形变通常为中间部位变厚，对应的电池中间部分膨胀力得到一定释放，因此电池底边受力更大，导致正负极片中间部位的锂离子转移困难，负极片表面会有锂金属析出，加速磷酸铁锂电池循环寿命衰减，导致循环跳水，析出的锂金属慢慢形成锂枝晶，锂枝晶会刺穿隔膜，导致正负极片短路，内部短路的锂离子电池有非常大的安全隐患，锂离子电池容易起火，甚至爆炸等。

为了提升磷酸铁锂电池的循环寿命，降低锂离子电池内部的负极片底角位置出现析锂，设计一种新型锂离子电池极片。

请参考图1至图5，本实用新型提供了一种负极片，包括：集流体10，集流体10的一端设置有极耳100；活性物质层20，活性物质层20设置在集流体10的相对两侧，活性物质层20包括主体段21和减薄段22，减薄段22与集流体10远离极耳100的一端连接；其中，减薄段22的厚度小于主体段21的厚度。

本实用新型的负极片包括集流体10和活性物质层20，集流体10的一端设置有极耳100，活性物质层20设置在集流体10的相对两侧，活性物质层20包括主体段21和减薄段22，减薄段22与集流体10远离极耳100的一端连接；其中，减薄段22的厚度小于主体段21的厚度，这样，为负极片在底部的膨胀预留出了空间，使得正负极片中间的电解液在极片的膨胀过程中不会减少的太多，维持了正负极片之间的离子通路，使得正负极片底部位置能够进行正常的锂离子转移，负极片底角表面就不会有锂金属析出，不会形成锂枝晶，使电池内部短路的几率大大降低，从而提升了电池的循环寿命和安全性。

如图2所示，减薄段22为条形，减薄段22的延伸方向垂直于减薄段22和极耳100之间的分布方向；其中，减薄段22的延伸方向为Y方向，减薄段22和极耳100之间的分布方向为X方向。

在本实用新型的实施例中，主体段21的厚度与减薄段22的厚度之间的差值的取值范围为3μm至5μm。

如图4所示，活性物质层20还包括过渡段23，过渡段23位于主体段21和减薄段22之间；沿主体段21至减薄段22的方向，过渡段23的厚度逐渐减小，以使减薄段22和主体段21之间平滑过渡。

具体地，沿减薄段22和极耳3的分布方向，减薄段22和过渡段23的长度之和为主体段21的长度的十分之一至五分之一。

在本申请的实施例中，主体段21为厚度均匀的板状结构。

具体地，减薄段22的最小厚度小于集流体10的最小厚度。

具体地，沿减薄段22的延伸方向，减薄段22包括第一端部221和第二端部222，集流体10包括第一侧壁和第二侧壁；第一端部221的端面与第一侧壁的壁面相平齐，第二端部222的端面与第二侧壁的侧面相平齐，其中，减薄段22的延伸方向为Y方向。

本实用新型提供了一种极卷结构，包括：多个负极片1；其中，多个负极片1成对设置，成对的两个负极片1的沿预定方向分布，成对的两个负极片1的减薄段22沿预定方向相对设置。

其中，成对的两个负极片1的减薄段22沿减薄段22和极耳100的分布方向相对设置。

如图2所示，在本实用新型的实施例中，极卷结构由两个成对的负极片1组成，沿减薄段22的延伸方向，一对负极片1的远离极耳的一侧和另一对靠近极耳的一侧相对接。

在本实用新型的实施例的具体实施过程中，负极片1可以通过刀版模切或者五金模切，亦或者激光模切制成，然后通过特殊的辊压形成减薄段22和过渡段23后进行涂布，将涂布后的极片制成极卷结构，极卷结构如图2所示，该极卷结构的中间位置较薄，为负极片在底部膨胀预留出了空间。

本实用新型还提供了一种锂离子电池2，锂离子电池内部包含卷芯3，卷芯3包括隔膜、正极片和负极片1，负极片1为上述的负极片。

具体地，卷芯位于锂离子电池内部，负极片1设置在锂离子电池2的下方。

可选地，如图6所示，锂离子电池2里面可包含一个卷芯3，或者两个卷芯，或者是4个卷芯。

具体地，电池内部包含卷芯3和连接片，连接片通过焊接将卷芯的极耳与盖板200焊接在一起，并且盖板200上设置有与极耳连接的极柱300。极柱300为两个，各个极柱300与极耳对应连接。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

本实用新型的负极片包括集流体10和活性物质层20，集流体10的一端设置有极耳100，活性物质层20设置在集流体10的相对两侧，活性物质层20包括主体段21和减薄段22，减薄段22与集流体10远离极耳100的一端连接；其中，减薄段22的最小厚度小于主体段21的最小厚度，这样，为负极片在底部的膨胀预留出了空间，使得正负极片之间的电解液在极片的膨胀过程中不会减少的太多，维持了正负极片之间的离子通路，使得正负极片底部位置能够进行正常的锂离子转移，负极片底角表面就不会有锂金属析出，不会形成锂枝晶，使电池内部短路的几率大大降低，从而提升了电池的循环寿命和安全性。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种负极片，其特征在于，包括：

集流体(10)，集流体(10)的一端设置有极耳(100)；

活性物质层(20)，所述活性物质层(20)设置在所述集流体(10)的相对两侧，所述活性物质层(20)包括主体段(21)和减薄段(22)，所述减薄段(22)与所述集流体(10)远离所述极耳(100)的一端连接；

其中，所述减薄段(22)的厚度小于所述主体段(21)的厚度。

2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述减薄段(22)为条形，所述减薄段(22)的延伸方向垂直于所述减薄段(22)和所述极耳(100)之间的分布方向；其中，所述减薄段(22)的延伸方向为Y方向，所述减薄段(22)和所述极耳(100)之间的分布方向为X方向。

3.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述主体段(21)的厚度与所述减薄段(22)的厚度之间的差值的取值范围为3μm至5μm。

4.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述活性物质层(20)还包括过渡段(23)，所述过渡段(23)位于所述主体段(21)和所述减薄段(22)之间；沿所述主体段(21)至所述减薄段(22)的方向，所述过渡段(23)的厚度逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的负极片，其特征在于，沿所述减薄段(22)和所述极耳(100)的分布方向，所述减薄段(22)和所述过渡段(23)的长度之和为所述主体段(21)的长度的十分之一至五分之一。

6.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述主体段(21)为厚度均匀的板状结构。

7.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述减薄段(22)的最小厚度小于所述集流体(10)的最小厚度。

8.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，沿所述减薄段(22)的延伸方向，所述减薄段(22)包括第一端部(221)和第二端部(222)，所述集流体(10)包括第一侧壁和第二侧壁；所述第一端部(221)的端面与所述第一侧壁的壁面相平齐，所述第二端部(222)的端面与所述第二侧壁的侧面相平齐，其中，所述减薄段(22)的延伸方向为Y方向。

9.一种极卷结构，其特征在于，包括：

多个负极片(1)，权利要求1至8中任一项所述的多个负极片(1)；

其中，所述多个负极片(1)成对设置，成对的两个负极片(1)的沿预定方向分布，成对的两个所述负极片(1)的减薄段(22)沿所述预定方向相对设置。

10.一种锂离子电池，包括正极片和负极片(1)，其特征在于，所述负极片(1)为权利要求1至8中任一项所述的负极片。

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