CN217983399U - 极片及电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种极片及电池，所述极片包括集流体，所述集流体具有相对的第一面和第二面，所述第一面设有极耳；所述第二面设有第二功能层、以及与所述极耳相对的隔热导电层，所述隔热导电层设于所述第二功能层与所述集流体之间。通过在第二功能层与极耳对应的部分与集流体之间设置隔热导电层，可避免由于焊接极耳时所产生的热量等因素对第二功能与极耳对应的部分造成的不利影响，避免该部分的第二功能层失活，从而提高极片和电池性能。

Description

极片及电池

技术领域

本实用新型涉及电化学储能装置领域，具体涉及一种极片及电池。

背景技术

以锂离子电池为代表的电化学装置受到广泛应用，例如，锂离子电池具有较高的能量密度和功率密度等优点，在便携式消费类电子产品及电动车等行业。极片是电池的重要组成部分，在极片的制作过程中，通常是通过激光焊接等方式将极耳焊接在极片上，然而，这样会对极片另一面(与极耳所在的一面相对的一面)与极耳对应的区域的功能层(如活性物质层)造成影响，使该区域的活性物质层失活，影响极片和电池性能。

实用新型内容

本实用新型提供一种极片及电池，以至少解决现有技术存在的焊接极耳对极片另一面的功能层造成不利影响、导致功能层失活等问题。

本实用新型的一方面，提供一种极片，包括集流体，所述集流体具有相对的第一面和第二面，所述第一面设有极耳；所述第二面设有第二功能层、以及与所述极耳相对的隔热导电层，所述隔热导电层设于所述第二功能层与所述集流体之间。

根据本实用新型的一实施方式，所述极耳焊接在所述集流体上，所述隔热导电层在所述集流体上的投影覆盖由所述焊接形成的焊印在所述集流体上的投影。

根据本实用新型的一实施方式，所述焊印在所述集流体上的投影至所述隔热导电层在所述集流体上的投影的外缘的距离大于或等于0.5mm。

根据本实用新型的一实施方式，所述隔热导电层在所述集流体上的投影覆盖所述极耳与所述集流体对应的部分在所述集流体上的投影。

根据本实用新型的一实施方式，所述隔热导电层沿所述极片长度方向的宽度为W2，所述极耳沿所述极片长度方向的宽度为W1，W2大于W1，且W2与W1的差值为0.5mm-30mm。

根据本实用新型的一实施方式，所述隔热导电层的厚度为3μm-20μm。

根据本实用新型的一实施方式，所述第一面设有第一功能层，所述第一功能层设有凹槽，所述极耳设于所述凹槽内。

根据本实用新型的一实施方式，所述凹槽的至少两侧存在所述第一功能层。

根据本实用新型的一实施方式，所述极片为正极片或负极片。

本实用新型的另一方面，提供一种电池，包括上述极片。

本实用新型中，极耳设置在集流体的第一面，隔热导电层设置在第二面与极耳相对的区域，亦即，在第二功能层与极耳对应的部分与集流体之间设置隔热导电层，从而避免由于焊接极耳时所产生的热量等因素对第二功能与极耳对应的部分造成的不利影响，避免该部分的第二功能层失活，从而提高极片和电池性能。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的极片的结构示意图；

图2为示出本实用新型一实施例的焊接极耳形成的焊印与隔热导电层在集流体上的投影的位置关系示意图；

图3为示出负极片出现斑点的区域与正极耳的位置关系的示意图；

图4为对比例1中循环后的负极片面向正极片的一面的照片(形貌图)；

图5为实施例1中的循环后的负极片面向正极片的一面的照片(形貌图)。

附图标记说明：

1：集流体；

20：凹槽；

21：第一功能层；

22：第二功能层；

23：隔热导电层；

3：极耳；

31：极耳与集流体对应的部分；

32：外延部分；

A：负极片面向正极片的第二面的一面上与正极耳对应的区域。

B：焊印；

L：焊印在集流体上是投影至隔热导电层在集流体上的投影的外缘的距离；

W1：极耳沿极片长度方向的宽度；

W2：隔热导电层沿极片长度方向的宽度。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的方案，下面对本实用新型作进一步地详细说明。以下所列举具体实施方式只是对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例仅用于解释本实用新型，并非限定本实用新型的范围。基于本实用新型实施例，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

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”、“设于”“连接”、“相连”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接、也可以是可拆卸连接，也可以是一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通信连接(网络连接)；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，也可以是两个元件内部连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述属于在本实用新型中的具体含义。此外，“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，例如区分各部件，以更清楚说明/解释技术方案，而不能理解为指示或暗示所指示的技术特征的数量或具有实质性意义的顺序等含义。

通常，可以采用激光焊接、超声波焊接等焊接方式将极耳焊接于集流体上，然而，焊接时产生的高能量/热量会对极片上位于极耳背面的涂层(即下述第二面与极耳位置对应的部分的第二功能层))产生影响，造成其失活，导致在电池的充放电循环过程中，在极片表面产生黑点、甚至析锂等现象，对电池的循环性和安全性产生影响。

针对上述问题，本实用新型实施例提供一种极片，如图1和图2所示，该极片包括集流体1，集流体1具有相对的第一面和第二面，第一面设有极耳3；第二面设有第二功能层22、以及与极耳3相对的隔热导电层23，隔热导电层23设于第二功能层22与集流体1之间。

具体地，隔热导电层23与极耳3位置对应，亦即，第二功能层22与极耳3对应的区域记为第一区域，隔热导电层23设置在该第一区域和集流体1之间，这样，在极耳3焊接过程中，可以通过隔热导电层23防止焊接产生的能量传递到第二功能层22的第一区域，避免造成第一区域失活，亦即，在将极耳3焊接于集流体1的第一面时，可以避免由于焊接产生的热量等因素对第二功能层22造成失活等影响，避免产生黑点、析锂等现象，提高极片和电池的循环性和安全性等性能。

隔热导电层23具有隔热、导电等作用，从而避免焊接极耳3时产生的热量对第二功能层22造成的不利影响，同时保证极片的电性能。

具体地，隔热导电层23可以为由热导率为(3.0～25.0)W/(m·K)的隔热导电材料形成的隔热导电结构，隔热导电层23包括隔热导电材料，该隔热导电材料的热导率为(3.0～25.0)W/(m·K)，例如3W/(m·K)、5W/(m·K)、8W/(m·K)、10W/(m·K)、15W/(m·K)、20W/(m·K)、25W/(m·K)等，这样，利于进一步提高对第二功能层22的保护效果，避免其失活等现象的发生。

一般情况下，隔热导电材料可以包括高分子材料和/或无机材料，示例性地，无机材料包括无机氧化物材料、无机复合物材料等，在一些优选实施例中，隔热导电材料包括Ni-ZrO₂复合材料。

此外，隔热导电层23还可以包括粘结剂，可以提高隔热导电材料之间的粘结力、以及隔热导电层23集流体1之间的粘结力，进一步优化极片性能。

示例性地，隔热导电层23的材质为上述隔热导电材料与粘结剂的混合材料，即隔热导电层23由上述隔热导电材料与粘结剂的混合材料形成。

其中，粘结剂可以为本领域常规粘结材料，例如包括聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素(CMC)类、丁苯橡胶(SBR)中的至少一种。

示例性地，隔热导电层23中，隔热导电材料的质量百分含量一般为8～80％，例如8％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％等，余量为粘结剂，但不局限于此。

在一些实施例中，隔热导电层23的厚度为3-20μm，例如3μm、5μm、10μm、15μm、20μm等，利于兼顾对第二功能层22的保护效果及极片的能量密度等性能。

如图2所示，极耳3焊接在集流体1上，形成焊印B，具体实施时，可以采用激光焊接、超声波焊接等焊接方式将极耳3焊接于集流体1上，相对而言，激光焊接具有焊接质量和焊接精度高、使用寿命长、换型简单、柔性高等优点，在锂离子电池中的应用更为广泛。激光焊接的原理是利用高能量的激光脉冲对待焊接材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料融化后形成特定熔池，实现待焊接材料的连接。

具体地，隔热导电层23在集流体1上的投影与该焊印B在集流体1上的投影至少部分重叠，即隔热导电层23对应于极耳3焊接区设置，从而可以降低焊接极耳3时产生的热量对第二功能层22造成不利影响。

在一些优选实施例中，隔热导电层23在集流体1上的投影覆盖该焊印B在集流体1上的投影，这样，利于进一步降低焊接极耳3时产生的热量对第二功能层22造成不利影响。

具体地，隔热导电层23在集流体1上的投影的面积、沿极片长度方向的长度W、以及沿极片宽度方向的长度等参数等于或大于焊印B在集流体1上的投影，隔热层与焊印B例如同轴设置，但不局限于此。

其中，隔热导电层23在集流体1上的投影可以与焊印B在集流体1上的投影重合(即隔热导电层23在集流体1上的投影与焊印B在集流体1上的投影形状、大小等参数基本相同)。

或者，如图2所示，隔热导电层23在集流体1上的投影面积大于焊印B在集流体1上的投影面积，焊印B在集流体1上的投影位于隔热导电层23在集流体1上的投影内，并与隔热导电层23在集流体1上的投影的外缘之间的距离L大于0。

在一些具体实施例中，焊印B在集流体1上的投影至隔热导电层23在集流体1上的投影的外缘的距离L≥0.5mm，例如0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.5mm、2.8mm、3mm等，这样，利于进一步避免第二功能层22受焊接极耳3时产生的热量等因素的影响。

极耳3与集流体1对应的部分31在集流体1上的投影覆盖焊印B在集流体1上的投影，具体实施时，如图2所示，可以使隔热导电层23在集流体1上的投影覆盖极耳3与集流体1对应的部分31在集流体1上的投影，利于进一步避免焊接极耳3时产生的热量等因素对第二功能层22的影响。

具体地，隔热导电层23沿极片长度方向的宽度W2等于或大于极耳3沿极片长度方向的宽度W1，隔热导电层23在集流体1上的投影的面积等于或大于极耳3与集流体1对应的部分在集流体1上的投影的面积，隔热导电层23在集流体1上的投影沿极片宽度方向的长度等于或大于极耳3沿极片宽度方向的长度。

其中，极耳3与集流体1对应的部分和隔热导电层23例如同轴设置，但不局限于此。

在一些具体实施例中，W2与W1的差值为0.5mm-30mm，即W2-W1＝(0.5～30)mm，例如0.5mm、1mm、3mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm等。

隔热导电层23的形状(垂直于其厚度方向的截面形状)可以为圆形、多边形或其他规则或不规则的形状，其中，所述的多边形例如为长方形或正方形等，但不局限于此。

此外，上述焊印B的形状可以为圆形、多点形、多边形或其他规则或不规则的形状，对此不作特别限制。

此外，第一面设有第一功能层21，第一功能层21设有凹槽20，极耳3设于凹槽20内。

具体地，凹槽20作为用于设置极耳3的极耳槽，凹槽20的底面的至少部分区域为集流体1(即凹槽20的底面的至少部分区域露出集流体1)，极耳3与凹槽20底面露出的集流体1连接，具体为焊接。

极耳3至少部分位于凹槽20内，如图2所示，极耳3包括与集流体1对应的部分31(亦为位于凹槽20内的部分)、以及伸出集流体1外缘的外延部分32，其中，极耳3的与集流体1对应的部分与极耳3焊接，形成上述焊印B。

此外，极片可以是极耳中置结构(CTP)，即极耳3设置在极片的中部，而非端部。

具体地，凹槽20的至少两侧存在第一功能层21。在一些实施例中，在垂直于集流体1的厚度方向的平面上，凹槽20的一侧与集流体1的一个长边持平，其余侧被第一功能层21围绕，即凹槽20具有朝向集流体1的一个长边的开口，设置极耳3后，极耳3的一端通过该开口伸出集流体1的外缘，具体可以是极耳3沿极耳3的长度方向通过该开口伸出集流体1的外缘，形成外延部分32。

在一些具体实施例中，凹槽20在集流体1上的投影为长方形，其一个边与集流体1的一个长边持平，其余三个边被第一功能层21围绕。

一般情况下，凹槽20沿极片的长度方向的宽度等于或大于极耳3沿极片的长度方向的宽度，以使极耳3设于凹槽20内。

此外，上述极片可以为正极片，极耳3为正极耳，上述集流体1为正极集流体，例如包括铝箔；或者，上述极片为负极片，极耳3为负极耳，集流体1为负极集流体，例如包括铜箔。

上述功能层(第一功能层21/第二功能层22)包括活性物质层，该活性物质层包括活性物质、粘结剂和导电剂。其中，第一功能层21和第二功能层22的组成可以相同或不同。

其中，当上述极片为正极片时，上述活性物质为正极活性物质，具体可以包括含锂活性材料，例如包括钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料等；当上述极片为负极片时，上述活性物质为负极活性物质，例如包括石墨和/或硅基材料等。

具体地，可通过涂层法等本领域常规方法形成上述隔热导电层、第一功能层和第二功能层，一般先在集流体上的预设位置涂布隔热导电层23，再进行正常涂布(即涂布第一功能层和第二功能层)，涂布完成后，清洗掉预设极耳位的涂层，形成凹槽20，然后在凹槽20露出的集流体1上焊接极耳3，制得极片；然后可以进一步经卷绕等过程，制成电池。

一般情况下，电池包括依次层叠设置的正极片和负极片，在电池循环过程中，正极片脱锂，负极片嵌锂。

根据本实用新型的研究，当正极片的第二面(正极耳设于第一面)未设置上述隔热导电层时，将采用该正极片的电池进行循环后，负极片面向正极片的第二面的一面上与正极耳对应的区域A会出现斑点等异常现象(如图3所示)，例如，当负极功能层的活性材料为石墨等黑色材料时，负极片面向正极片的第二面的一面上与正极耳对应的区域A会出现黑色斑点(黑点)，该黑点具体为石墨等负极活性材料层中的负极活性物质，原因在于，正极片的第二面与正极耳对应的部分失活，导致该部分的第二功能层无法正常脱锂，从而使负极片与该部分/正极耳对应的区域无法正常嵌锂，即同样导致负极片与该部分/正极耳对应的区域失活，由此产生斑点等异常现象。

而当上述极片为正极片时，即在正极片的第二面与极耳对应的区域设置隔热导电层，可以避免正极片的第二功能层与极耳对应的部分失活，保持该部分第二功能层的脱锂功能，使负极片不会出现斑点等现象。

需要说明的是，图3是示出负极片出现斑点的区域与正极耳的对应关系的示意图，而并非是正极耳设置在负极片上。

此外，当负极片的第二面(负极耳设于第一面)未设置上述隔热导电层时，将采用该负极片的电池进行循环后，负极片易产生析锂等现象，原因在于，负极片的第二面与极耳对应的部分失活，导致该部分的第二功能层无法正常嵌锂，从而导致析锂等现象。

而当上述极片为负极片时，即在负极片的第二面与极耳对应的区域设置隔热导电层，可以避免负极片的第二功能层与极耳对应的部分失活，保持该部分第二功能层的嵌锂功能，使负极片不会出现析锂等现象。

本实用新型实施例提供的电池包括上述极片，该电池具体可以包括锂离子电池。

具体地，该电池包括电芯，电芯包括依次层叠设置的正极片、隔膜和负极片，其中，可以是正极片为上述设有隔热导电层的极片，或者，负极片为上述设有隔热导电层的极片，或者，正极片、负极片均具有上述设有隔热导电层的极片结构。

此外，该电池可以是卷绕式电池，即上述电芯具有卷绕式结构(一般称卷绕式电芯或卷芯)，亦即，电芯由正极片、隔膜、负极片依次层叠设置后卷绕而成。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例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。

实施例1

本实施例的电池为锂离子电池，其包括卷绕式电芯，卷绕式电芯由第一极片、隔膜、第二极片依次层叠设置后卷绕而成；其中，第一极片为正极片，第二极片为负极片；

第一极片结构如图1和图2所示，即第一极片包括第一极集流体，第一极集流体具有相对的第一面和第二面，第一面设有第一功能层和第一极耳，第一功能层设有凹槽，极耳设于凹槽内，第二面设有第二功能层、以及与第一极耳相对的隔热导电层，隔热导电层设于第二功能层与集流体之间；

隔热导电层为由热导率约为10W/(m·K)左右的Ni-ZrO₂复合材料形成的隔热导电结构；

隔热导电层的厚度为4μm。

极耳具有与集流体对应的部分、以及伸出集流体外缘的外延部分，隔热导电层在第一极集流体上的投影覆盖第一极耳与集流体对应的部分在第一极集流体上的投影；

采用激光焊接，将第一极耳焊接在凹槽底面露出的第一极集流体上，形成的焊印在集流体上的投影至隔热导电层在第一极集流体上的投影的外缘的距离L＝2mm；

隔热导电层在第一极集流体上的投影沿极片长度方向的长度W2＝9mm，极耳沿极片长度方向的宽度W1＝6mm。

对比例1：与实施例1的区别在于，第一极集流体的第二面未设置隔热导电层，其余条件相同。

将实施例1和对比例1的电池进行循环，循环200次后，将电池拆解，测得对比例1的负极片面向正极片的第二面的一面的形貌图如图4所示、实施例1的负极片面向正极片的第二面的一面的形貌图如图5所示。

从图4可以看到，对比例1的负极片面向正极片的第二面的一面上与正极耳对应的区域A出现黑点等异常现象，说明正极片的第二面与正极耳对应的部分失活。

从图5可以看到，实施例1的负极片面向正极片的第二面的一面上与正极耳对应的区域A未出现黑点等现象，界面一致性较好，说明通过设置隔热导电层，可以防止焊接极耳时产生的能量传递到集流体第二面的第二功能层上，从而避免造成第二功能层对应于极耳的部分失活，避免产生黑点等现象，提高极片和电池的循环性和安全性等性能。

实施例2：与实施例1的区别在于，第一极片为负极片，第二极片为正极片，其余条件相同；

对比例2：与实施例2的区别在于，第一极集流体的第二面未设置隔热导电层，其余条件相同；

按照上述过程将电池进行循环后拆解，观测负极片表面，发现实施例2无析锂现象，而对比例2出现较为严重的析锂现象，说明通过设置隔热导电层，可以避免焊接极耳时产生的能量传递到集流体第二面的第二功能层上，从而避免造成第二功能层对应于极耳的部分失活，避免产生析锂等现象，提高极片和电池的循环性和安全性等性能。

以上对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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)

1.一种极片，其特征在于，包括集流体，所述集流体具有相对的第一面和第二面，所述第一面设有极耳；所述第二面设有第二功能层、以及与所述极耳相对的隔热导电层，所述隔热导电层设于所述第二功能层与所述集流体之间。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极耳焊接在所述集流体上，所述隔热导电层在所述集流体上的投影覆盖由所述焊接形成的焊印在所述集流体上的投影。

3.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述焊印在所述集流体上的投影至所述隔热导电层在所述集流体上的投影的外缘的距离大于或等于0.5mm。

4.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述隔热导电层在所述集流体上的投影覆盖所述极耳与所述集流体对应的部分在所述集流体上的投影。

5.根据权利要求1或4所述的极片，其特征在于，所述隔热导电层沿所述极片长度方向的宽度为W2，所述极耳沿所述极片长度方向的宽度为W1，W2大于W1，且W2与W1的差值为0.5mm-30mm。

6.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述隔热导电层的厚度为3μm-20μm。

7.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一面设有第一功能层，所述第一功能层设有凹槽，所述极耳设于所述凹槽内。

8.根据权利要求7所述的极片，其特征在于，所述凹槽的至少两侧存在所述第一功能层。

9.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极片为正极片或负极片。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的极片。

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