CN217933851U - 一种具有凹陷结构的正极片及二次电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有凹陷结构的正极片及二次电池，属于二次电池的技术领域，能够提高电池的循环寿命。该正极片包括正极基材和正极材料，所述正极材料覆盖所述正极基材形成正极材料区，所述正极片还包括未覆盖有所述正极材料的基材暴露区，所述基材暴露区设置有若干凹陷结构；所述正极材料区和所述基材暴露区间隔设置，使得所述正极片经过与负极片卷绕后形成跑道型的电池芯后，所述跑道型的电池芯的拐弯处均为所述基材暴露区。本实用新型提供的技术方案解决了卷芯应力分布不均和卷芯电解液分布不均的质量问题，有效地提高了电池芯的循环寿命。

Description

一种具有凹陷结构的正极片及二次电池

技术领域

本实用新型涉及二次电池技术领域，尤其是涉及一种具有凹陷结构的正极片及二次电池。

背景技术

随着锂离子电池、钠离子电池等二次电池的材料技术和制造工艺的不断突破，二次电池被广泛应用到消费类电池产品、电动汽车、风光发电储能、家庭储能等领域。

随着二次电池的广泛应用，为降低二次电池的使用成本，同时为了节约生产资源、提高二次电池的环保，电池的使用寿命越来越被重视，尤其是风光电力储能领域，对整个生命周期的电池寿命提出了高达20年的使用需求。现市场上占比超过50％的电池，皆是使用卷绕结构的方壳电芯，该结构电芯使用后期会出现由于卷芯应力分布不均和卷芯电解液分布不均的质量问题，导致电芯循环寿命的降低。

基于以上存在的问题，在先专利“一种改善锂电池变形的负极片及不易变形的锂电池”(申请号2019208063897)公开了一种不易变形的锂电池，该锂电池通过在其负极片上相间设有厚涂区域和薄涂区域，并且卷绕时负极片的薄涂区域位于卷芯的转角处，改善了锂电池极片膨胀的问题。但是，就该方案来说，由于负极片设置有薄涂区域，也就相当于减少了负极片的容量，在电池循环充放电的过程中，负极片上容易产生析锂现象，从而影响锂电池的循环寿命。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种具有凹陷结构的正极片及二次电池。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种具有凹陷结构的正极片，包括正极基材和正极材料，所述正极材料覆盖所述正极基材形成正极材料区，所述正极片还包括未覆盖有所述正极材料的基材暴露区，所述基材暴露区设置有若干凹陷结构，所述正极材料区和所述基材暴露区间隔设置，使得所述正极片经过与负极片卷绕后形成跑道型的电池芯后，所述跑道型的电池芯的拐弯处均为所述基材暴露区。

进一步的，凹陷结构阵列式均匀设置于所述基材暴露区。

进一步的，凹陷结构为半球体型。

进一步的，凹陷结构的半径为20至50微米。

进一步的，凹陷结构的半径为30微米。

进一步的，各凹陷结构在所述基材暴露区上的投影面积的总和与所述基材暴露区的面积的比值为40％至60％。

进一步的，各凹陷结构在所述基材暴露区上的投影面积的总和与所述基材暴露区的面积的比值为50％。

进一步的，凹陷结构通过压花工艺形成。

本实用新型提供了一种具有凹陷结构的正极片。该正极片包括正极基材和覆盖于所述正极基材上的正极材料形成的正极材料区，还包括未覆盖有所述正极材料的基材暴露区，所述基材暴露区设置有若干凹陷结构。在所述正极片卷绕形成横截面为跑道型的电池芯后，所述跑道型的电池芯的拐弯处包括所述基材暴露区和所述正极材料区。这样的设计，使得电池在充放电的循环运转中，电池芯的拐弯处不会因为正极材料的存在而发生金属离子(例如锂离子、钠离子)的嵌入脱离的情况，导致正极片的厚度发生变化，进而拐弯处不会产生应力变化，保证了电池芯各个位置的级片动力学维持原状；同时因为没有金属离子的脱嵌现象的发生，也就不会产生局部析出金属离子的现象，能够有效地防止电池芯出现容量快速衰减、寿命快速减少的问题。此外，本实用新型提供的正极片形成跑道型的电池芯后，由于该电池芯的拐弯处的正极设置有凹陷结构，此时正极的基材、隔离膜和负极之间会产生一定的相互接触的界面，得益于该相互接触的界面，存储在电池底部的电解液会在界面毛细现象的作用下渗透到电池芯的整个拐弯处，进而向电池芯的储能大面传递，极大的改善了卷芯的电解液均匀分布性。以上两点的结合，很大程度上改善了电池的循环寿命。

第二方面，本实用新型提供了一种二次电池，包括由上述的正极片和负极片卷绕形成的电池芯，所述电池芯的拐弯处均为由所述正极片的基材暴露区形成的基材暴露层。

进一步的，所述二次电池为锂电池或钠电池。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的正极片的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的二次电池的电池芯的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的电池芯拐弯处的结构示意图。

图中标号说明：

1-基材暴露区；2-正极材料区；3-基材暴露层；4-负极片；5-凹陷结构。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型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。

本实用新型实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本实用新型实施例提供了一种具有凹陷结构的正极片。如图1所示，该正极片包括正极基材和正极材料，正极材料覆盖正极材料形成的区域为正极材料区2。此外，该正极片还包括未覆盖有所述正极材料的基材暴露区1，所述基材暴露区1设置有若干凹陷结构5。如图2所示，在所述正极片与负极片4卷绕形成横截面为跑道型的电池芯后，所述跑道型电池芯的拐弯处均为基材暴露区1。这样的设计，使得电池在充放电的循环运转中，电池芯的拐弯处不会因为正极材料的存在而发生金属离子(例如锂离子、钠离子)的嵌入脱离的情况，导致正极片的厚度发生变化，进而拐弯处不会产生应力变化，保证了电池芯各个位置的级片动力学维持原状；同时因为没有金属离子的脱嵌现象的发生，也就不会产生局部析出金属离子的现象，能够有效地防止电池芯出现容量快速衰减、寿命快速减少的问题。

此外，本实用新型实施例提供的正极片形成跑道型的电池芯后，由于该电池芯的拐弯处的正极片设置有凹陷结构5，此时正极的正极基材、隔离膜和负极之间会产生一定的相互接触的界面。得益于该相互接触的界面，存储在电池底部的电解液会在界面毛细现象的作用下渗透到电池芯的整个拐弯处，进而向电池芯的储能大面传递，极大的改善了卷芯的电解液均匀分布性。以上两点的结合，很大程度上的改善了电池的循环寿命。

本实用新型通过在正极的正极基材、隔离膜和负极之间产生接触面改善电解液的分布情况来实现电池的循环寿命的提高，因此，为了保证接触面的均匀程度，进而确保电解液的均匀分布，同时为了便于通过压花工艺加工制得该正极片，凹陷结构阵列式均匀设置于基材暴露区1。同时，由于基材暴露区1设置有凹陷结构5后，导致基材暴露区1不再平整，应力分布情况会发生变化，为了保证基材暴露区1的强度、韧性，保证电池的循环寿命，本实用新型实施例的凹陷结构5优选为应力分布较均匀的半球体型，进一步的，通过实验筛选得到凹陷结构5的半径为20至50微米(优选30微米)，并且，凹陷结构5在所述基材暴露区1上的投影面积的总和与所述基材暴露区1的面积的比值为40％至60％，如果面积占比过大，将严重影响正极片的韧性，甚至导致正极片破损无法制成二次电池。优选地，所述基材暴露区1上的投影面积的总和与所述基材暴露区1的面积的比值为50％。

进一步地，本实用新型实施例还提供了一种二次电池，在该二次电池的电池芯的拐弯处，全部设置为带有凹陷结构5的基材暴露层4。以下将通过各个实施例来说明各种设置方式带来的对电池寿命的改善效果。并且本实用新型实施例所涉及的二次电池可为锂电池、钠电池或其他具有类似原理、类似工艺、类似结构的金属离子电池。

经过实验发现，对于传统的正极片全部覆盖有正极材料的锂电池而言，在室温下(即25℃)时，1C(即电池的电量在一小时放光)的循环次数为4519周。而根据该实用新型实施例提供的方案制作的锂电池，该锂电池的基材暴露区1的凹陷结构5的半径为50微米，凹陷结构5的面积总和占基材暴露区的面积的50％时，电池在相同条件下的循环寿命为8941周，超出传统锂电池将近1倍，有效地提高了电池的循环寿命。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种具有凹陷结构的正极片，包括正极基材和正极材料，所述正极材料覆盖所述正极基材形成正极材料区，其特征在于，所述正极片还包括未覆盖有所述正极材料的基材暴露区，所述基材暴露区设置有若干凹陷结构，所述正极材料区和所述基材暴露区间隔设置，使得所述正极片经过与负极片卷绕后形成跑道型的电池芯后，所述跑道型的电池芯的拐弯处均为所述基材暴露区。

2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，凹陷结构阵列式均匀设置于所述基材暴露区。

3.根据权利要求2所述的正极片，其特征在于，凹陷结构为半球体型。

4.根据权利要求3所述的正极片，其特征在于，凹陷结构的半径为20至50微米。

5.根据权利要求4所述的正极片，其特征在于，凹陷结构的半径为30微米。

6.根据权利要求4所述的正极片，其特征在于，各凹陷结构在所述基材暴露区上的投影面积的总和与所述基材暴露区的面积的比值为40％至60％。

7.根据权利要求6所述的正极片，其特征在于，各凹陷结构在所述基材暴露区上的投影面积的总和与所述基材暴露区的面积的比值为50％。

8.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，凹陷结构通过压花工艺形成。

9.一种二次电池，其特征在于，包括由权利要求1至8任一项所述的正极片和负极片卷绕形成的电池芯，所述电池芯的拐弯处均为由所述正极片的基材暴露区形成的基材暴露层。

10.根据权利要求9所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池为锂电池或钠电池。

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