CN217062164U - 锂离子电池的双极性电极及锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，具体提供一种锂离子电池的双极性电极及锂离子电池，旨在解决现有的锂离子电池的正负极对齐成本较高的问题。为此目的，本实用新型的双极性电极包括正极活性物质层、负极活性物质层以及双极性集流体，正极活性物质层设置于双极性集流体的正极侧，负极活性物质层设置于双极性集流体的负极侧，正极活性物质层在宽度方向上的中心线与负极活性物质层在宽度方向上的中心线对齐且正极活性物质层的宽度小于负极活性物质层的宽度。通过这样的设置，在制作锂离子电池过程中以及锂离子电池使用过程中，正负活性物质层在电极上的位置固定，能够实现正负极对齐度的精确控制，无需昂贵的对齐度检测，减少设备投资。

Description

锂离子电池的双极性电极及锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体提供一种锂离子电池的双极性电极及锂离子电池。

背景技术

近年来，随着动力、储能、智能穿戴等领域的飞速发展，对新能源储能技术提出了越来越高的要求。目前锂离子电池由于其较高的能量密度及较为成熟的制造技术成为这些领域的首要选择。虽然锂离子电池技术自上世纪90年代商业化以来，能量密度已经有了巨大提升，但仍远远不能满足市场需求，更为关键的是，动力及储能领域由于使用的储能装置的容量都较大，因此对高安全性、低成本电池技术的需求极为强烈。

传统的锂离子电池均由正电极、负电极及置于其间的隔膜通过卷绕或叠片的方式形成。在极片制作、叠片或卷绕的过程中，隔膜、负极、正极的对齐度是锂离子电池制造的关键控制点之一，对叠片及卷绕设备的精度、张力控制、纠偏控制及对齐度检测都提出了很高的要求。同时即使在制造过程中正负极对齐度已经保证了很好的控制，由于在后续的制造及使用过程中电池还会经过大量工序及恶劣的使用环境，这种对齐度可能会发生变化从而带来电芯安全性及可靠性的问题。

业界一般通过昂贵的叠片或卷绕设备，昂贵的多道对齐度全检，并留出较大的正负极对齐度冗余来降低风险。即使如此，仍然经常在市场端发现正负极对齐度不良引起的电池失效或安全事故。

因此，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型旨在解决或缓解上述技术问题，即，解决或缓解现有的锂离子电池的正负极对齐成本较高的问题。

在第一方面，本实用新型提供了一种锂离子电池的双极性电极，所述双极性电极包括正极活性物质层、负极活性物质层以及双极性集流体，所述正极活性物质层设置于所述双极性集流体的正极侧，所述负极活性物质层设置于所述双极性集流体的负极侧，所述正极活性物质层在宽度方向上的中心线与所述负极活性物质层在宽度方向上的中心线对齐且所述正极活性物质层的宽度小于所述负极活性物质层的宽度。

在上述锂离子电池的双极性电极的优选技术方案中，所述正极活性物质层的长度小于所述负极活性物质层的长度。

在上述锂离子电池的双极性电极的优选技术方案中，所述负极活性物质层单位面积的有效容量为所述正极活性物质层单位面积的有效容量的102％至130％。

在上述锂离子电池的双极性电极的优选技术方案中，所述负极活性物质层单位面积的有效容量为所述正极活性物质层单位面积的有效容量的104％至120％。

在上述锂离子电池的双极性电极的优选技术方案中，所述双极性集流体包括正极金属层和负极金属层以及位于所述正极金属层和所述负极金属层之间的金属氧化物绝缘层。

在上述锂离子电池的双极性电极的优选技术方案中，所述金属氧化物绝缘层的金属氧化物为对所述正极金属层进行氧化形成的金属氧化物。

在上述锂离子电池的双极性电极的优选技术方案中，所述双极性集流体还包括位于所述金属氧化物绝缘层和所述负极金属层之间的封孔层，所述封孔层将所述金属氧化物绝缘层覆盖。

在上述锂离子电池的双极性电极的优选技术方案中，所述封孔层的厚度不大于3微米。

在上述锂离子电池的双极性电极的优选技术方案中，所述双极性电极的负极面焊接有负极耳组件，所述双极性电极的正极面焊接有正极耳组件。

在第二方面，本实用新型还提供了一种锂离子电池，包括上述的双极性电极。

在采用上述技术方案的情况下，本实用新型的双极性电极包括正极活性物质层、负极活性物质层以及双极性集流体，正极活性物质层设置于双极性集流体的正极侧，负极活性物质层设置于双极性集流体的负极侧，正极活性物质层在宽度方向上的中心线与负极活性物质层在宽度方向上的中心线对齐且正极活性物质层的宽度小于负极活性物质层的宽度。通过这样的设置，即通过直接在双极性集流体的两面分别涂布正负极活性物质形成双极性电极，制作过程中，保证正极活性物质层在宽度方向上的中心线与负极活性物质层在宽度方向上的中心线对齐，在制作锂离子电池过程中以及锂离子电池使用过程中，正负活性物质层在电极上的位置固定，从而能够实现正负极对齐度的精确控制，无需昂贵的对齐度检测，减少设备投资且提高电芯安全性及可靠性，也无需对极片分条，减少设备投资，减少粉尘污染与金属毛刺。此外，还能够减小正负极对齐度设计冗余，单边对齐度可由1毫米降低至0.1毫米，从而使电芯能量密度提高5-10％。另外，在制作圆柱形锂离子电池时，还能够减小圆柱电芯极片设计时NP比冗余，从而使电芯能量密度提高5-10％；此外，通过使正极活性物质层的宽度小于负极活性物质层的宽度，从而使所有的正极材料被负极材料所覆盖，能够保证从正极脱出的锂离子全部在负极被嵌入，避免出现正极脱出的锂离子无处嵌入而形成金属锂枝晶造成短路的情况。

又进一步地，本实用新型的双极性集流体包括正极金属层、负极金属层和金属氧化物绝缘层，其中，金属氧化物绝缘层位于正极金属层和负极金属层之间。通过这样的设置，即通过采用金属氧化物形成绝缘层，能够有效地降低双极性电极的材料成本，此外，有助于简化双极性电极的制造工艺，降低设备投资，提升电芯能量密度，改善电芯安全性及可靠性。

又进一步地，双极性集流体还包括封孔层，其位于金属氧化物绝缘层和负极金属层之间，封孔层将金属氧化物绝缘层覆盖。通过这样的设置，即通过在金属氧化物绝缘层上再覆盖一层封孔层，能够进一步提高金属氧化物绝缘层的绝缘效果。

又进一步地，金属氧化物绝缘层的金属氧化物为对正极金属层进行氧化形成的金属氧化物。通过这样的设置，一方面能够降低双极性集流体的加工成本，另一方面，直接对正极金属层氧化形成金属氧化物绝缘层，能够提高双极性集流体的抗拉强度和柔韧性，从而在制作锂离子电池的过程中，不易出现金属层断裂、褶皱等情况，进而提高金属层的导电性。

此外，本实用新型在上述技术方案的基础上进一步提供的锂离子电池由于采用了上述双极性电极，进而具备了上述双极性电极所具备的技术效果，相比于改进前的锂离子电池，本实用新型的锂离子电池的正负极对齐成本更低。

附图说明

下面结合附图来描述本实用新型的优选实施方式，附图中：

图1是本实用新型的双极性电极的实施例一的结构示意图；

图2是本实用新型的双极性电极的实施例二的结构示意图一；

图3是本实用新型的双极性电极的实施例二的结构示意图二；

图4是本实用新型的双极性电极的实施例二的结构示意图三。

附图标记列表：

1、正极活性物质层；2、负极活性物质层；3、正极金属层；31、正极极耳区；4、负极金属层；41、负极极耳区；5、金属氧化物绝缘层；6、封孔层；7、负极耳组件；8、正极耳组件。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“顶”、“底”、“左”、“右”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，或一体连接。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

基于背景技术指出的现有锂离子电池的正负极对齐成本较高的问题。本实用新型提供了一种锂离子电池的双极性电极及锂离子电池，旨在通过采用双极性电极，以保证锂离子电池的正负极对齐度，降低锂离子电池的正负极对齐成本。

具体地，如图1和图2所示，本实用新型的双极性电极包括正极活性物质层1、负极活性物质层2以及双极性集流体，正极活性物质层1设置于双极性集流体的正极侧，负极活性物质层2设置于双极性集流体的负极侧，正极活性物质层1在宽度方向上的中心线与负极活性物质层2在宽度方向上的中心线对齐。

也就是说，直接在双极性集流体的两面分别涂布正负极活性物质形成双极性电极，制作过程中，保证正极活性物质层1在宽度方向上的中心线与负极活性物质层2在宽度方向上的中心线对齐，在制作锂离子电池过程中以及锂离子电池使用过程中，正负活性物质层在电极上的位置固定，从而能够实现正负极对齐度的精确控制，无需昂贵的对齐度检测，减少设备投资且提高电芯安全性及可靠性，也无需对极片分条，减少设备投资，减少粉尘污染与金属毛刺。此外，还能够减小正负极对齐度设计冗余，单边对齐度可由1毫米降低至0.1毫米，从而使电芯能量密度提高5-10％。另外，在制作圆柱形锂离子电池时，还能够减小圆柱电芯极片设计时NP比冗余,从而使电芯能量密度提高5-10％。

优选地，如图1和图2所示，正极活性物质层1的宽度小于负极活性物质层2的宽度。

通过使正极活性物质层1的宽度小于负极活性物质层2的宽度，从而使所有的正极材料被负极材料所覆盖，能够保证从正极脱出的锂离子全部在负极被嵌入，避免出现正极脱出的锂离子无处嵌入而形成金属锂枝晶造成短路的情况。

进一步优选地，正极活性物质层1的长度小于负极活性物质层2的长度。

优选地，负极活性物质层2单位面积的有效容量为正极活性物质层1单位面积的有效容量的102％至130％。进一步优选地，负极活性物质层2单位面积的有效容量为正极活性物质层1单位面积的有效容量的104％至120％。

优选地，如图1和图2所示，本实用新型的双极性集流体包括正极金属层3、负极金属层4和金属氧化物绝缘层5，其中，金属氧化物绝缘层5位于正极金属层3和负极金属层4之间。

需要说明的是，在实际应用中，金属氧化物绝缘层5可以由正极金属层3经氧化产生，或者，金属氧化物绝缘层5也可以由负极金属层4经氧化产生，再或者，金属氧化物绝缘层5还可以为一独立的金属氧化物层，等等，这种对金属氧化物绝缘层5的具体形成方式的调整和改变并不偏离本实用新型的原理和范围，均应限定在本实用新型的保护范围之内。

此外，还需要说明的是，正极金属层3可以为铝，或者，正极金属层3也可以为钛，再者，正极金属层3还可以为不锈钢，等等，这种对正极金属层3的具体材料的调整和改变也并不偏离本实用新型的原理和范围，均应限定在本实用新型的保护范围之内。

此外，还需要说明的是，负极金属层4可以为铜，或者，负极金属层4也可以为镍，再者，负极金属层4还可以为不锈钢，等等，这种对负极金属层4的具体材料的调整和改变也并不偏离本实用新型的原理和范围，均应限定在本实用新型的保护范围之内。

优选地，金属氧化物绝缘层5的金属氧化物为对正极金属层3进行氧化形成的金属氧化物。

也就是说，金属氧化物绝缘层5由正极金属层3经氧化产生。通过这样的设置，一方面能够降低双极性集流体的加工成本，另一方面，直接对正极金属层3氧化形成金属氧化物绝缘层5，能够提高双极性集流体的抗拉强度和柔韧性，从而在制作锂离子电池的过程中，不易出现金属层断裂、褶皱等情况，进而提高金属层的导电性。

示例性地，在双极性电极的具体制作过程中，第一步，提供正极金属箔材作为正极金属层；第二步，在正极金属箔材表面的非涂布区域覆盖遮蔽膜或遮蔽油墨；第三步，对正极金属箔材进行阳极氧化以形成金属氧化物绝缘层；第四步，在金属氧化物绝缘层上设置负极金属箔材以形成负极金属层；第五步，在正极金属层的上涂布正极活性物质以形成正极活性物质层；第六步，在负极金属层上涂布负极活性物质以形成负极活性物质层。

需要说明的是，负极金属箔材可以通过在金属氧化物绝缘层5的表面化学镀、电镀、真空溅射或气相沉积等方式产生。

进一步优选地，正极金属层3为铝，负极金属层4为铜，金属氧化物绝缘层5为氧化铝。氧化铝绝缘层具有良好的绝缘作用，试验表明，1微米厚的氧化铝绝缘层能够承受25V的击穿电压。

优选地，如图1和图2所示，本实用新型的双极性集流体还包括封孔层6，其位于金属氧化物绝缘层5和负极金属层4之间，封孔层6将金属氧化物绝缘层5覆盖。

通过在金属氧化物绝缘层5上再覆盖一层封孔层6，能够进一步提高金属氧化物绝缘层5的绝缘效果。

在双极性电极的具体制作过程中，在金属氧化物绝缘层5上设置负极金属箔材之前，先对金属氧化物绝缘层5进行封孔，形成封孔层6，完成封孔之后再设置负极金属箔材。

需要说明的是，在实际应用中，可以采用有机材料或者金属材料对金属氧化物绝缘层5进行封孔，以形成封孔层6。

此外，还需要说明的是，在实际应用中，可以将封孔层6的厚度设置为1微米、3微米或者5微米等，这种对封孔层6的具体厚度的调整和改变并不偏离本实用新型的原理和范围，均应限定在本实用新型的保护范围之内。

当然，优选将封孔层6的厚度设置为不大于3微米。

优选地，如图1和图2所示，正极金属层3的厚度为1至20微米。例如，正极金属层3的厚度可以为3微米、5微米、10微米、15微米、19微米等。

优选地，如图1和图2所示，金属氧化物绝缘层5的厚度为1至10微米。例如，金属氧化物绝缘层5的厚度可以为2微米、3微米、5微米、8微米、9微米等。

优选地，如图1和图2所示，负极金属层4的厚度为1至8微米。例如，负极金属层4的厚度可以为2微米、3微米、5微米、6微米、7微米等。

在一种优选的情形中，如图2至图4所示，双极性电极的负极面焊接有负极耳组件7，双极性电极的正极面焊接有正极耳组件8。

此外，从图3和图4的对比中可以看出，负极活性物质层2的宽度和长度均大于正极活性物质层1的宽度和长度。

在另一种优选的情形中，如图1所示，负极金属层4包括负极极耳区41，正极金属层3包括正极极耳区31。

示例性地，如图1所示，负极极耳区41位于负极金属层4的左端部，通过对正极金属层3左端部进行氧化形成绝缘区，该绝缘区与负极极耳区41对应；正极极耳区31位于正极金属层3的右端部，在双极性电极的具体制作过程中，在金属氧化物绝缘层5上设置负极金属箔材之前，先通过遮蔽膜或者遮蔽油墨将金属氧化物绝缘层5右端部的部分区域遮盖，负极金属箔材设置完成后，被遮盖区域形成绝缘区，该绝缘区与正极极耳区31对应。

最后，本实用新型还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括上述介绍的双极性电极。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池的双极性电极，其特征在于，所述双极性电极包括正极活性物质层、负极活性物质层以及双极性集流体，所述正极活性物质层设置于所述双极性集流体的正极侧，所述负极活性物质层设置于所述双极性集流体的负极侧，所述正极活性物质层在宽度方向上的中心线与所述负极活性物质层在宽度方向上的中心线对齐且所述正极活性物质层的宽度小于所述负极活性物质层的宽度。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池的双极性电极，其特征在于，所述正极活性物质层的长度小于所述负极活性物质层的长度。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池的双极性电极，其特征在于，所述负极活性物质层单位面积的有效容量为所述正极活性物质层单位面积的有效容量的102％至130％。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池的双极性电极，其特征在于，所述负极活性物质层单位面积的有效容量为所述正极活性物质层单位面积的有效容量的104％至120％。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池的双极性电极，其特征在于，所述双极性集流体包括正极金属层和负极金属层以及位于所述正极金属层和所述负极金属层之间的金属氧化物绝缘层。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池的双极性电极，其特征在于，所述金属氧化物绝缘层的金属氧化物为对所述正极金属层进行氧化形成的金属氧化物。

7.根据权利要求5所述的锂离子电池的双极性电极，其特征在于，所述双极性集流体还包括位于所述金属氧化物绝缘层和所述负极金属层之间的封孔层，所述封孔层将所述金属氧化物绝缘层覆盖。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池的双极性电极，其特征在于，所述封孔层的厚度不大于3微米。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的锂离子电池的双极性电极，其特征在于，所述双极性电极的负极面焊接有负极耳组件，所述双极性电极的正极面焊接有正极耳组件。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的锂离子电池的双极性电极。

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