CN218215363U - 极片、电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种极片、电池单体、电池及用电装置，包括集流体、正极活性层和非活性层，集流体具有位于自身厚度方向上的第一承载面，正极活性层覆设于第一承载面。非活性层包括第一非活性层和第二非活性层，第一非活性层覆设在第一承载面、且位于正极活性层在集流体宽度方向上的两侧，第二非活性层覆设在正极活性层在集流体长度方向上的两端。其中，锂离子在非活性层的扩散速率小于在正极活性层的扩散速率。本申请能够降低了因锂离子数量过多而无法全部嵌入负极活性层内造成的析锂，同时使得负极嵌锂更加均匀。

Description

极片、电池单体、电池及用电装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种极片、电池单体、电池及用电装置。

背景技术

电池在充电时，正极失去电子，锂离子可以从正极活性层的晶格脱嵌，而后穿过隔离膜迁移至负极，并嵌入负极活性层的空穴内。与此同时，电子也经由外电路到达负极，负极得到的电子与嵌入的锂离子结合形成锂碳层间化合物。

当正极脱嵌的锂离子无法全部嵌入负极内时，会沉积在负极极片的表面上并形成锂枝晶，造成析锂。电池析锂时容易出现电池内部短路、电池容量降低等问题，电池性能严重下降。

实用新型内容

鉴于上述问题，本申请提供一种极片、电池单体、电池及用电装置，能够缓解电池析锂导致的电池性能下降的问题。

第一方面，本申请提供了一种极片，包括集流体、正极活性层和非活性层，集流体具有位于自身厚度方向上的第一承载面，正极活性层覆设于第一承载面。非活性层包括第一非活性层和第二非活性层，第一非活性层覆设在第一承载面、且位于正极活性层在集流体宽度方向上的两侧，第二非活性层覆设在正极活性层在集流体长度方向上的两端。其中，锂离子在非活性层的扩散速率小于在正极活性层的扩散速率。

本申请实施例的技术方案中，第一非活性层的设置减小了正极活性层可以覆设的空间，进而可以使得正极活性层的面积小于对应的负极上的负极活性层的面积，如此，便能够减少正极活性层可脱嵌的锂离子数量，降低了因锂离子数量过多而无法全部嵌入负极活性层内造成的析锂。同时，第一非活性层的设置可以避免正极活性层的边缘与电解液直接接触，正极活性层各处锂离子经电解液进入到负极内部的速率更加均匀，负极嵌锂更加均匀。另外，第二非活性层的设置阻挡于锂离子从正极活性层扩散到负极活性层的路径上，减少并减缓了从正极活性层扩散到负极活性层的锂离子数量和速度，进一步降低了负极析锂。

在一些实施例中，第二非活性层沿宽度方向延伸至覆盖部分第一非活性层。正极活性层未被第二非活性层覆设的部分（即有效正极活性层）具有较为均匀的锂离子扩散速度，继而能够使得负极的嵌锂均匀性较好。同时，在实际生产时，第二非活性层的覆设可以沿宽度方向延伸涂布形成，简化了第二非活性层的涂布工艺。

在一些实施例中，第一非活性层在宽度方向上的最小尺寸为L1，第二非活性层在长度方向上的最小尺寸为L2，满足：2mm≤L1≤6mm，2mm≤L2≤6mm。经试验证明，当L1和L2满足上述取值范围时，电池具备的循环寿命和能量密度均能满足要求。

在一些实施例中，第一非活性层的覆设厚度为h1，第二非活性层的覆设厚度为h2，满足：3um≤h1≤70um，3 um≤h2≤70 um。经试验证明，当h1和h2满足上述取值范围时，电池的能量密度和循环寿命均较好。

在一些实施例中，非活性层为陶瓷层。当非活性层为陶瓷层时，在形成非活性层时，可以通过涂布的方式将陶瓷材料制备的浆料涂覆在集流体及正极活性层上，非活性层的加工工艺较为简单。而且，陶瓷的导离子率较低，可以有效减小或者避免锂离子的扩散，降低负极的嵌锂数量，避免负极析锂。

在一些实施例中，第一承载面构造有第一留白区，在宽度方向上，第一留白区相邻布置于第一非活性层背离正极活性层的一侧。在第一承载面上构造第一留白区，可以用作极耳或方便焊接极耳，实现电流的输出。同时，第一留白区还可以减小正极活性层的覆设面积，进而减小正极活性层所脱嵌的锂离子数量，减缓负极析锂。

在一些实施例中，集流体还包括在厚度方向上的第二承载面，第一承载面和第二承载面在厚度方向上相背布置；极片还包括覆设于第二承载面的负极活性层，在厚度方向上的投影，负极活性层的面积大于未被第二非活性层所覆盖的正极活性层的面积。此时，极片可作为正负双极片，并具有较好的缓解析锂的效果，能够用于制备性能优良的电池。

在一些实施例中，在厚度方向上，负极活性层的投影与非活性层和正极活性层形成的整体的投影重合。当负极活性层的投影与非活性层和正极活性层两者形成的整体的投影重合时，负极与正极组装形成电池单体后，负极活性层与非活性层和正极活性层两者形成的整体正对设置，不会有负极活性层超出正极范围，或者正极超出负极范围，可避免正极活性物质/负极活性物质/非活性物质的浪费，提高电池的能量密度。

在一些实施例中，第二承载面构造有第二留白区，第二留白区布置于负极活性层在宽度方向上的至少一侧。此时，在第二承载面上构造第二留白区，可以用作极耳或方便焊接极耳，实现电流的输出。

在一些实施例中，集流体在厚度方向上的两侧均配置为第一承载面，各第一承载面上均覆设有正极活性层和非活性层。此时，极片可以用作双面正极的极片，且双面的正极均具有减缓对应负极析锂的效果。

第二方面，本申请提供了一种电池单体，包括电芯组件，电芯组件包括沿设定的堆叠方向堆叠布置的第一极片、隔离件和第二极片，隔离件设置于第一极片和第二极片之间；其中，第一极片和/或第二极片为上述实施例的极片。

在一些实施例中，隔离件为固态电解质层。利用固态电解质层作用隔离件，无需添加液态电解质，可降低高度易燃的液态电解质所造成的电池爆炸的风险，同时高模量的固态电解质还能从物理上阻碍锂枝晶的形成和穿透，避免电池内部短路。

在一些实施例中，电池单体还包括密封部，密封部包裹于电芯组件的外围，用于隔绝电芯组件及空气。密封部可以隔绝电芯组件和空气，使得电芯组件所处环境密封，提高电池单体的的安全性能。

在一些实施例中，在堆叠方向上，第一极片的投影和第二极片的投影均在隔离件的投影范围之内。此时，超出第一极片和第二极片的隔离件部分可以阻挡离子从外围电连通第一极片和第二极片，避免由此引发的电池内部短路问题。

第三方面，本申请提供了一种电池，其包括上述实施例中的电池单体。

第四方面，本申请提供了一种用电装置，其包括上述实施例中的电池，电池用于提供电能。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请一些实施例中的车辆的结构示意图；

图2为本申请一些实施例中的电池的分解示意图；

图3为本申请一些实施例中的极片在厚度方向上的一侧正视图；

图4为本申请一些实施例中的极片在厚度方向上的另一侧的正视图；

图5为图4所示实施例中的极片的侧视图；

图6为图5所示实施例中的极片在图3所示的正视图中的A-A处的剖视图；

图7为图5所示实施例中的极片在图3所示的正视图中的B-B处的剖视图；

图8为本申请一些实施例中的极片的侧视图；

图9为图8所示实施例中的极片在图3所示的正视图中的A-A处的剖视图；

图10为图8所示实施例中的极片在图3所示的正视图中的B-B处的剖视图；

图11为本申请一些实施例中的电芯组件的侧视图；

图12为图11所示的电芯组件在C-C处的剖视图；

图13为本申请一些实施例中的电池单体的使用示意图；

图14为本申请另一些实施例中的电池单体的使用示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：

1000、车辆；100、电池；200、控制器；300、马达；10、箱体；11、第一部分；12、第二部分；20、电池单体；23、电芯组件；23a、极片；a1、集流体；s1、第一承载面；q1、第一留白区；s2、第二承载面；q2、第二留白区；a2、正极活性层；a3、非活性层；a31、第一非活性层；a32、第二非活性层；a4、负极活性层；23A、第一极片；23B、第二极片；23C、隔离件；C1、固态电解质层；X、厚度方向；Y、宽度方向；Z、长度方向。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“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。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，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、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上（包括两个），同理，“多组”指的是两组以上（包括两组），“多片”指的是两片以上（包括两片）。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”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申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”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，或成一体；也可以是机械连接，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

电池在充电时，正极失去电子，锂离子可以从正极活性层的晶格脱嵌，而后穿过隔离膜迁移至负极，并嵌入负极活性层的空穴内。与此同时，电子也经由外电路到达负极，负极得到的电子与嵌入的锂离子结合形成锂碳层间化合物。当正极脱嵌的锂离子无法全部嵌入负极内时，会沉积在负极表面上并形成锂枝晶，造成析锂，严重降低电池的性能。

本申请人注意到，电池的极片边缘区域因与电解液接触更为充分，从正极脱嵌的锂离子相比极片中部区域脱嵌的锂离子更容易到达负极，使得负极边缘区域更容易析锂。

为了解决析锂造成电池性能下降的问题，本申请人认为，可以减小正极边缘区域覆设的活性层面积，进而减少正极活性层面积，以使得负极具有足够的空穴来容纳正极析出的锂离子，从而缓解负极出现析锂。然而，若在正极边缘设置空白区来减小正极活性层面积，正极活性物质边缘脱嵌的锂离子仍旧与电解液接触更为充分，更容易到达负极，使得负极嵌锂均匀性不好，影响电池性能。

基于以上考虑，为了缓解析锂导致电池性能下降的问题，申请人经过深入研究，设计了一种极片，包括集流体、正极活性层和非活性层，集流体具有位于自身厚度方向上的第一承载面，正极活性层覆设于第一承载面。非活性层包括第一非活性层和第二非活性层，第一非活性层覆设在第一承载面、且位于正极活性层在集流体宽度方向上的两侧，第二非活性层覆设在正极活性层在集流体长度方向上的两端，且与全部第一非活性层相连。其中，锂离子在非活性层的扩散速率小于在正极活性层的扩散速率。该极片通过设置第一非活性层和第二非活性层，能够减小正极脱嵌的锂离子，降低负极析锂，而且可使得负极嵌锂更加均匀。

本申请实施例中提及的电池单体可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。可以使用具备本申请公开的电池单体、电池等组成该用电装置的电源系统。

本申请实施例提供一种使用电池作为电源的用电装置，用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。

以下实施例为了方便说明，以本申请一实施例的一种用电装置为车辆1000为例进行说明。

请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆1000的结构示意图。车辆1000可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。车辆1000的内部设置有电池100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源。车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300供电，例如，用于车辆1000的启动、导航和行驶时的工作用电需求。

在本申请一些实施例中，电池100不仅可以作为车辆1000的操作电源，还可以作为车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。

请参照图2，图2为本申请一些实施例提供的电池100的爆炸图。电池100包括箱体10和电池单体20，电池单体20容纳于箱体10内。其中，箱体10用于为电池单体20提供容纳空间，箱体10可以采用多种结构。在一些实施例中，箱体10可以包括第一部分11和第二部分12，第一部分11与第二部分12相互盖合，第一部分11和第二部分12共同限定出用于容纳电池单体20的容纳空间。第二部分12可以为一端开口的空心结构，第一部分11可以为板状结构，第一部分11盖合于第二部分12的开口侧，以使第一部分11与第二部分12共同限定出容纳空间；第一部分11和第二部分12也可以是均为一侧开口的空心结构，第一部分11的开口侧盖合于第二部分12的开口侧。当然，第一部分11和第二部分12形成的箱体10可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。

在电池100中，电池单体20可以是多个，多个电池单体20之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体20中既有串联又有并联。多个电池单体20之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体20构成的整体容纳于箱体10内；当然，电池100也可以是多个电池单体20先串联或并联或混联组成电池模块形式，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体10内。电池100还可以包括其他结构，例如，该电池100还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体20之间的电连接。

其中，每个电池单体20可以为二次电池或一次电池；还可以是锂硫电池、钠离子电池或镁离子电池，但不局限于此。电池单体20可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。

本申请实施例提供的电池单体，是指组成电池的最小单元。通常，电池单体20包括有端盖、壳体、电芯组件23以及其他的功能性部件。

端盖与壳体合围形成电池单体的内部环境，形成的内部环境可以用于容纳电芯组件23、电解液以及其他部件。端盖上可以设置有如电极端子等的功能性部件。电极端子可以用于与电芯组件23电连接，以用于输出或输入电池单体的电能。壳体和端盖可以是独立的部件，可以于壳体上设置开口，通过在开口处使端盖盖合开口以形成电池单体20的内部环境。不限地，也可以使端盖和壳体一体化，

电芯组件23是电池单体20中发生电化学反应的部件，主要由正极片和负极片层叠放置形成，并且通常在正极片与负极片之间设有隔离件。正极片和负极片具有活性物质的部分构成电芯组件的主体部，正极片和负极片不具有活性物质的部分各自构成极耳。正极极耳和负极极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳连接电极端子以形成电流回路。

根据本申请的一些实施例，请参照图3，并结合图5和图8，本申请实施例提供的极片23a，包括集流体a1、正极活性层a2和非活性层a3，集流体a1具有位于自身厚度方向X上的第一承载面s1，正极活性层a2覆设于第一承载面s1。非活性层a3包括第一非活性层a31和第二非活性层a32，第一非活性层a31覆设在第一承载面s1、且位于正极活性层a2在集流体a1宽度方向Y上的两侧，第二非活性层a32覆设在正极活性层a2在集流体a1长度方向Z上的两端。其中，锂离子在非活性层a3的扩散速率小于在正极活性层a2的扩散速率。

集流体a1是一种用于汇集电流的部件，用于将极片23a产生的电流汇集起来，以便形成较大的电流对外输出。集流体a1具备导电性能，可以是金属集流体a1，如金箔、银箔、铝箔、镍箔、钨箔、不锈钢箔，也可以是复合集流体a1，如金属箔与聚合物形成的复合结构（金属箔、聚合物和金属箔形成的层叠结构）。聚合物可以但不限于是聚乙烯、聚丙烯撑层、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇、聚苯硫醚、聚全氟乙丙烯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚亚苯基砜树脂、聚醚醚酮和聚醚砜树脂中的一种或多种混合。也可以是金属箔与金属箔的直接层叠，如铝-铜复合箔。

正极活性层a2是包含正极活性物质的浆料固化后所形成的层状结构，正极活性层a2具有锂离子传导性，能够脱出/嵌入锂离子。正极活性物质可以但不限于为锂金属氧化物（如LiNi_1/3 Mn_1/3 Co_1/3 O₂、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiCoMnO₄、Li₂NiMn₃O₈等）、磷酸金属锂（如LiFePO₄、LiMnPO₄、LiNiPO₄、LiCoPO₄、Li₃Fe₂(PO4)₃和Li₃V₂(PO4)₃等）。可理解地，作为构成正极活性层a2的材料，除了正极活性物质之外，也可以包括但不限于导电助剂、烧结助剂、粘结剂等。导电助剂、烧结助剂、粘结剂的具体成分可以参考本领域的常规设置，在不进行限定和赘述。

锂离子的扩散速度是指从靠近集流体a1的一侧向背离集流体a1的另一侧运动的速度。锂离子在非活性层a3的扩散速率小于在正极活性层a2的扩散速率，是指锂离子在非活性层a3的扩散速率大于或等于零，且小于在正极活性层a2的扩散速率，即非活性层a3可以传导锂离子也可以绝缘锂离子，只要能够阻碍或者减缓锂离子的运动即可。在一示例中，非活性层a3的锂离子扩散速率为0，可以完全避免锂离子从正极运动到负极，防析锂效果较好。

非活性层a3是包括非活性物质的浆料固化后所形成的层状结构。第一非活性层a31和第二非活性层a32所包含的非活性物质可以相同，也可以不同。非活性物质可以但不限于包括聚合物或陶瓷，陶瓷可以包括如金属氧化物（氧化铝、氧化锆、氮化铝）、硅氧化物（如氧化硅）、硫化物（如硫酸钡）、碳酸钙中的一种或者多种成分，聚合物可以包括聚丙烯、聚乙烯等。可理解地，作为构成非活性层a3的材料，除了非活性物质之外，也可以包括但不限于导电助剂、烧结助剂、粘结剂。导电助剂、烧结助剂、粘结剂的具体成分可以参考本领域的常规设置，在不进行限定和赘述。

可理解地，集流体a1的宽度方向Y与长度方向Z均与集流体a1的厚度方向X垂直。集流体a1在宽度方向Y上的尺寸和在长度方向Z上的尺寸可以相等也可以不等。通常，集流体a1的宽度方向Y对应于极片23a极耳所在的方向。

第一承载面s1是集流体a1在厚度方向X上的一侧表面。第一非活性层a31和正极活性层a2均覆设在第一承载面s1。第一非活性层a31和正极活性层a2可以通过涂布、流延等方式覆设在第一承载面s1。第二非活性层a32覆设在正极活性层a2背离集流体a1的表面，其可以通过涂布、流延等方式覆设在正极活性层a2上。

第一非活性层a31邻接于正极活性层a2在宽度方向Y上的两侧，在第一非活性层a31的阻隔下，与第一非活性层a31邻接的正极活性层a2在宽度方向Y上的第一边缘区域的锂离子脱嵌速率能够与正极活性层a2的中部区域的锂离子脱嵌速率基本保持一致。

第二非活性层a32覆设于正极活性层a2在长度方向Z上的第二边缘区域之上，从第二边缘区域脱嵌的锂离子嵌入到负极的路径被第二非活性层a32阻挡，使得与第二非活性层a32相对的负极活性层a4的嵌锂速度得到减缓。

上述极片23a，第一非活性层a31的设置减小了正极活性层a2可以覆设的空间，进而可以使得正极活性层a2的面积小于对应的负极上的负极活性层a4的面积，如此，便能够减少正极活性层a2可脱嵌的锂离子数量，降低了因锂离子数量过多而无法全部嵌入负极活性层a4内造成的析锂。同时，第一非活性层a31的设置可以避免正极活性层a2的边缘与电解液直接接触，正极活性层a2各处锂离子经电解液进入到负极内部的速率更加均匀，负极嵌锂更加均匀。另外，第二非活性层a32的设置阻挡于锂离子从正极活性层a2扩散到负极活性层a4的路径上，减少并减缓了从正极活性层a2扩散到负极活性层a4的锂离子数量和速度，进一步降低了负极析锂。

需要说明的是，第二非活性层a32覆设在正极活性层a2上，可以待在集流体a1上覆设第一非活性层a31和正极活性层a2后，裁切形成的极片坯料上分别覆设第二非活性层a32形成最终的极片，可提高极片的生产效率。

在一些实施例中，请参照图3，第二非活性层a32沿宽度方向Y延伸至覆盖部分第一非活性层a31。

第二非活性层a32覆盖部分第一非活性层a31，包括在宽度方向Y上，第二非活性层a32的尺寸等于全部第一非活性层a31和正极活性层a2的尺寸之和，还包括在宽度方向Y上，第二非活性层a32的尺寸大于正极活性层a2的尺寸且小于全部第一非活性层a31和正极活性层a2的尺寸之和。

当第二非活性层a32沿宽度方向Y延伸至覆盖部分第一非活性层a31，第二非活性层a32与第一非活性层a31搭接，在第一承载面s1上，第一非活性层a31和第二非活性层a32的投影（即非活性层a3的投影）包围正极活性层a2未被第二非活性层a32覆设的部分的投影。需要说明的是，在第一承载面s1上，第一非活性层a31和第二非活性层a32的投影（即非活性层a3的投影）的形状可以为圆形、方形、矩形或者其他形状，具体不限定，只要能够将正极活性层a2未被第二非活性层a32覆设的部分的投影包围在内部即可。

当在第一承载面s1上，非活性层a3的投影包围正极活性层a2未被第二非活性层a32的覆设的部分的投影，正极活性层a2未被第二非活性层a32覆设的部分（即有效正极活性层）具有较为均匀的锂离子扩散速度，继而能够使得负极的嵌锂均匀性较好。同时，在实际生产时，第二非活性层a32的覆设可以沿宽度方向Y延伸涂布形成，简化了第二非活性层a32的涂布工艺。

在一些实施例中，结合图3，第一非活性层a31在宽度方向Y上的最小尺寸为L1，第二非活性层a32在长度方向Z上的最小尺寸为L2，满足：2mm≤L1≤6mm，2mm≤L2≤6mm。

第一非活性层a31在宽度方向Y上的最小尺寸L1，是指面向第一承载面s1看，第一非活性层a31在平行于宽度方向Y的所有方向上的尺寸中的最小者。同时，第二非活性层a32在长度方向Z上的最小尺寸L2，是指面向第一承载面s1看，第二非活性层a32在平行与长度方向Z的所有方向上的尺寸中的最小者。

在实验过程中，通过涂布工艺制备的矩形极片23a，并通过设计不同L1和L2值得到多组实施例和对比例，来对比不同大小的L1和L2对电池100性能的影响，具体结果请见表1。矩形极片23a中，非活性层a3和正极活性层a2在集流体a1厚度方向X上的投影为矩形，且等于对应的负极的负极活性层a4在集流体a1厚度方向X上的投影。

在涂布工艺中，对于正极的涂布，先在集流体a1的第一承载面s1沿集流体a1的长度方向Z涂覆正极活性层a2，当L1大于0，并在第一承载面s1沿集流体a1的长度方向Z涂覆L1涂覆宽度的第一非活性层a31于正极活性层a2的两侧。待正极活性层a2和第一非活性层a31固化，当L2大于0，继续在正极活性层a2在长度方向Z上的两端分别沿集流体a1的宽度方向Y涂覆L2涂覆宽度的第二非活性层a32。对于负极的涂布，在第一承载面s1的投影，满足负极活性层a4的投影与非活性层a3和正极活性层a2形成的整体的投影重合即可。

表1

序号	L1/mm	L2/mm	能量密度（Wh/kg）	循环寿命（h）
					实施例1	4	4	320	1000
实施例2	1	1	340	500
					实施例3	7	7	280	1100
对比例1	0	0	350	400
					对比例2	0	4	340	450
对比例3	4	0	340	450

在对比例1中，L1和L2均为0，也就表示正极活性层a2和负极活性层a4的涂覆宽度和长度均相等，正极活性层a2的面积与负极活性层a4的面积相当。此时电池100可实现较高的能量密度，但析锂/锂枝晶极易产生，导致电池100循环寿命较差，安全风险高。

在对比例2中，L1为0，L2为4mm，也就表示正极活性层a2的涂布宽度与负极活性层a4的涂布宽度相同，且在长度方向Z上，未被第二非活性层a32覆盖的正极活性层a2的部分的尺寸与负极活性层a4两侧各相差4mm，此时电池100能量密度略下降，循环寿命略提升，但由于仍会有析锂/锂枝晶产生，安全风险仍然较高，循环寿命仍无法满足需求。

在对比例3中，L1为4mm，L2为0，也就表示仅在正极活性层a2两侧凸部第一非活性层a31，在宽度方向Y上，正极活性层a2的尺寸与负极活性层a4两侧各相差4mm，此时电池100能量密度略下降，循环寿命略提升，但由于仍会有析锂/锂枝晶产生，安全风险仍然较高，循环寿命仍无法满足需求。

根据对比例1与实施例1，在涂布时控制L1=4mm，再控制L2=4mm，此时电池100的能量密度会有少量下降，但能够极大地提升电池100循环寿命与安全性，收益远大于损耗。

根据实施例2与实施例1，控制L1=L2=1mm，此时电池100能量密度提升，但由于锂枝晶/析锂导致循环寿命大幅下降，同时安全风险升高。

根据实施例3与实施例1，控制L1=L2=7mm，此时电池100循环性能提升，安全风险小，但由于正极面积过小，电池100能量密度过低。

经试验证明，当L1和L2满足上述取值范围时，电池100具备的循环寿命和能量密度均能满足要求。

具体地，L1可以为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm。L2可以为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm。

优选地，L1和L2满足：3mm≤L1≤5mm，3mm≤L2≤5mm，此时电池100的循环寿命和能量密度均较佳。

在一些实施例中，参照图8，第一非活性层a31的覆设厚度为h1，第二非活性层a32的覆设厚度为h2，满足：3um≤h1≤70um，3um≤h2≤70um。

覆设厚度是指在集流体a1厚度方向X上的尺寸。

具体地，h1可以选值为3um、5um、10um、12um、15um、18um、20um、22um、25um、28um、30um、32um、35um、38um、40um、42um、45um、48um、50um、52um、55um、58um、60um、62um、65um、68um、70um。

具体地，h2可以选值为3um、5um、10um、12um、15um、18um、20um、22um、25um、28um、30um、32um、35um、38um、40um、42um、45um、48um、50um、52um、55um、58um、60um、62um、65um、68um、70um。

h1越小，正极活性层a2的厚度越小，电池100能量密度越低。h1越大，正极活性层a2的厚度越大，在相同电池100尺寸下，需要牺牲负极活性层a4厚度或者隔离膜厚度，加重电池100析锂，影响电池100的循环寿命。h2越小，第二非活性层a32对锂离子的阻隔效果越小，负极析锂越严重，电池100循环寿命低。h2越大，第二非活性层 a32所占用的隔离膜或者电解质空间较大，容易因电解质不足而影响电池100的循环寿命。

经试验证明，当h1和h2满足上述取值范围时，电池100的能量密度和循环寿命均较好。

在一些实施例中，第一非活性层a31的覆设厚度h1与正极活性层a2的覆设厚度相等。如此，更加方便在第一承载面s1上涂布和冷压第一非活性层a31和正极活性层a2。需要说明地，在本申请提供的各实施例中，第一非活性层a31的覆设厚度h1与正极活性层a2的覆设厚度相等。

当然，在其他实施例中，第一非活性层a31的覆设厚度h1也可以正极活性层a2的覆设厚度不等。本申请实施例对第一非活性层a31的覆设厚度h1与正极活性层a2的覆设厚度的大小关系不作具体限定。

在一些实施例中，非活性层a3为陶瓷层。

陶瓷层可以包括如金属氧化物（氧化铝、氧化锆、氮化铝）、硅氧化物（如氧化硅）、硫化物（如硫酸钡）、碳酸钙中的一种或者多种成分。

当非活性层a3为陶瓷层时，在形成非活性层a3时，可以通过涂布的方式将陶瓷材料制备的浆料涂覆在集流体a1及正极活性层a2上，非活性层a3的加工工艺较为简单。而且，陶瓷的导离子率较低，可以有效减小锂离子的扩散，降低负极的嵌锂数量，避免负极析锂。

在一些实施例中，参照图3，第一承载面s1构造有第一留白区q1，在宽度方向Y上，第一留白区q1相邻布置于第一非活性层a31背离正极活性层a2的一侧。

第一留白区q1是指第一承载面s1上未覆设非活性层a3和正极活性层a2的区域，第一留白区q1通常用作极耳或者用作焊接极耳，可将集流体a1汇集的电流向外输送。可以仅在其中之一第一非活性层a31背离正极活性层a2的一侧设置第一留白区q1，也可以在两个第一非活性层a31背离正极活性层a2的一侧均设置第一留白区q1。

此时，在第一承载面s1上构造第一留白区q1，可以用作极耳或方便焊接极耳，实现电流的输出。同时，第一留白区q1还可以减小正极活性层a2的覆设面积，进而减小正极活性层a2所脱嵌的锂离子数量，减缓负极析锂。

在一些实施例中，请参照图4、图5、图6和图7，集流体a1还包括在厚度方向X上的第二承载面s2，第一承载面s1和第二承载面s2在厚度方向X上相背布置，极片23a还包括覆设于第二承载面s2的负极活性层a4，在厚度方向X上的投影，负极活性层a4的面积大于未被第二非活性层a32所覆盖的正极活性层a2的面积。

第二承载面s2是集流体a1在厚度方向X上与第一承载面s1相背离的表面。第二承载面s2用于承载负极活性层a4。第一承载面s1和第二承载面s2可以但不限于均为平面。

负极活性层a4是由包括有负极活性物质的浆料形成于第二承载面s2的层状结构。负极活性物质可以是人工石墨、天然石墨、钛酸锂、硅基材料等中的一种或多种。可理解地，除负极活性物质之外，负极活性层a4还可以包括导电助剂、烧结助剂、粘结剂的具体成分可以参考本领域的常规设置，在此不进行限定和赘述。

未被第二非活性层a32所覆盖的正极活性层a2为有效正极活性层，正极活性层a2中，因第二非活性层a32的阻挡，基本上仅有效正极活性层脱嵌形成锂离子能够顺利运动到负极。在厚度方向X上的投影，负极活性层a4的面积大于有效正极活性层的面积，可以使得负极活性层a4内供锂离子嵌入的空间大于有效正极活性层所脱嵌的锂离子的数量，可保证有效正极活性层所脱嵌的锂离子能够顺利嵌入到负极活性层a4内部，有助于缓解负极析锂，改善电池100的性能。

此时，极片23a可作为正负双极片，并具有较好的缓解析锂的效果，能够用于制备性能优良的电池100。

在一些实施例中，在厚度方向X上，负极活性层a4的投影与非活性层a3和正极活性层a2形成的整体的投影重合。

可理解地，非活性层a3和正极活性层a2形成的整体的投影由第一非活性层a31的投影、有效正极活性层的投影和第二非活性层a32的投影共同组合形成。

当负极活性层a4的投影与非活性层a3和正极活性层a2两者形成的整体的投影重合时，负极与正极组装形成电池单体20后，负极活性层a4与非活性层a3和正极活性层a2两者形成的整体正对，不会有负极活性层a4超出正极范围，或者正极超出负极范围，可避免正极活性物质/负极活性物质/非活性物质的浪费，提高电池100的能量密度。

在一些实施例中，第二承载面s2构造有第二留白区q2，第二留白区q2布置于负极活性层a4在宽度方向Y上的至少一侧。

第二留白区q2是指第二承载面s2上未覆设负极活性层a4的区域，第二留白区q2通常用作极耳或者用作焊接极耳，可将集流体a1汇集的电流向外输送。可以仅在负极活性层a4在宽度方向Y上的一侧设置第二留白区q2，也可以在两侧均设置第二留白区q2。

此时，在第二承载面s2上构造第二留白区q2，可以用作极耳或方便焊接极耳，实现电流的输出。

在一些实施例中，请参照图8、图9和图10，集流体a1在厚度方向X上的两侧均配置为第一承载面s1，各第一承载面s1上均覆设有正极活性层a2和非活性层a3。

当集流体a1在厚度方向X上的两侧表面均配置为第一承载面s1时，可以在集流体a1的两侧表面均覆设正极活性层a2和非活性层a3，至于正极活性层a2和非活性层a3的布置方式参照上述描述，在此不赘述。

此时，极片23a可以用作双面正极的极片23a，且双面的正极均具有减缓对应负极析锂的效果。

在本申请的一实施例中，极片23a包括集流体a1、正极活性层a2、非活性层a3和负极活性层a4，集流体a1具有位于自身厚度方向X上且相背设置的第一承载面s1和第二承载面s2，正极活性层a2覆设于第一承载面s1。非活性层a3包括第一非活性层a31和第二非活性层a32，第一非活性层a31覆设在第一承载面s1、且位于正极活性层a2在集流体a1宽度方向Y上的两侧，第二非活性层a32覆设在正极活性层a2在集流体a1长度方向Z上的两端。其中，锂离子在非活性层a3的扩散速率小于在正极活性层a2的扩散速率。负极活性层a4覆设在第二承载面s2，在集流体a1的厚度方向X上，负极活性层a4的投影与非活性层a3和正极活性层a2形成的整体的投影相重合。

在本申请的一些实施例中，极片23a的制备过程是：第一步，在集流体a1的第二承载面s2涂覆负极活性物质形成负极活性层a4；第二步，在集流体a1的第一承载面s1先后沿长度方向Z涂覆正极活性物质和L1涂覆宽度非活性物质以分别形成正极活性层a2和第一非活性层a31，且保证负极活性层a4的投影与正极活性层a2和第一非活性层a31的投影之和相重合；第三步，进行烘干、冷压后从长度方向Z上裁切成多段，形成多段极片坯料；第四步，在各极片坯料的正极活性层a2的在长度方向Z的两端分别沿宽度方向Y涂覆L2涂覆宽度的非活性物质形成第二非活性物质层；第五步，烘干、冷压。

第二方面，本申请提供了一种电池单体20，包括电芯组件23，电芯组件23包括沿设定的堆叠方向堆叠布置的第一极片23A、隔离件23C和第二极片23B，隔离件23C设置于第一极片23A和第二极片23B之间；其中，第一极片23A和/或第二极片23B为上述实施例的极片23a。

隔离件23C用于隔离第一极片23A和第二极片23B避免两者直接接触而短路，且能够允许离子穿过，以在电池100内部产生电化学反应。隔离件23C可以是聚乙烯膜、聚丙烯膜等。隔离件23C作为本领域的常规部件，具体类型在此不进行限定。

当上述实施例中的极片23a中，集流体a1包括第一承载面s1和第二承载面s2，极片23a可以作为正负双极片。此时第一极片23A和第二极片23B均可以为该正负双极片。此时电芯组件23的组装方式可以参见图13所示结构。

当上述实施例中的极片23a中，集流体a1包括两个第一承载面s1时，极片23a可以作为双极正极片，此时第一极片23A和第二极片23B中的一者可以为双极正极片，另一者应选用与该双极正极片相匹配的双极负极片。此时电芯组件23的组装方式可以参见图14所示结构。

可理解地，利用上述实施例中的极片23a可以用于制备叠片式电芯组件23。

由于该电池单体20中第一极片23A和/或第二极片23B由上述实施例中的极片23a构成，因此其包括上述所有有益效果，在此不赘述。

在一些实施例中，隔离件23C为固态电解质层C1。

固态电解质层C1是一种固态的离子导体，其由非导电离子形成具有离子扩散通道的刚性骨架，导电离子在通道中可以自由移动。固态电解质层C1可以由氧化物、硫化物、氮化物、磷酸盐、聚合物等制备形成。固态电解质的具体类型不限定，可以参考本领域中固态电解质的常规设置。

在实际制备时，可以将固态电解质粉末经过冷压或者涂布的方式涂覆到极片23a表面。然后将按照正极、固态电解质层C1、负极、固态电解质层C1、正极...的方式交替叠合形成电芯组件23（如图13所示），此时可制备内部串联电池100。

利用固态电解质层C1作用隔离件23C，无需添加液态电解质，可降低高度易燃的液态电解质所造成的电池100爆炸的风险，同时高模量的固态电解质还能从物理上阻碍锂枝晶的形成和穿透，避免电池100内部短路。

在一些实施例中，电池单体20还包括密封部（未图示），密封部包裹于电芯组件23的外围，用于隔绝电芯组件23及空气。密封部可以是密封胶或密封圈。当密封部是密封胶，可以通过涂覆的方式覆设在电芯组件23的外围。密封部可以隔绝电芯组件23和空气，使得电芯组件23所处环境密封，提高电池单体20的的安全性能。

在一些实施例中，请参照图11和图12，在堆叠方向上，第一极片23A的投影和第二极片23B的投影均在隔离件23C的投影范围之内。

堆叠方向是指第一极片23A、隔离件23C、第二极片23B的叠放方向，其与第一极片23A、和第二极片23B的厚度方向X相对应。第一极片23A的投影和第二极片23B的投影通常由集流体a1的投影决定。

第一极片23A的投影和第二极片23B的投影均在隔离件23C的投影范围之内，超出第一极片23A和第二非活性层a32的隔离件23C部分可以阻挡离子从外围电连通第一极片23A和第二极片23B，避免由此引发的电池100内部短路问题。

可理解地，电池单体20还可以包括上文中提及的端盖、壳体以及其他功能性部件。

第三方面，本申请提供了一种电池100，其包括上述实施例中的电池单体20。

第四方面，本申请提供了一种用电装置，其包括上述实施例中的电池100，电池100用于提供电能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种极片，其特征在于，包括：

集流体，具有位于自身厚度方向上的第一承载面；

正极活性层，覆设于所述第一承载面；

非活性层，包括：

第一非活性层，覆设在所述第一承载面、且位于所述正极活性层在所述集流体宽度方向上的两侧；和，

第二非活性层，覆设在所述正极活性层在所述集流体长度方向上的两端；其中，锂离子在所述非活性层的扩散速率小于在所述正极活性层的扩散速率。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第二非活性层沿所述宽度方向延伸至覆盖部分所述第一非活性层。

3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一非活性层在所述宽度方向上的最小尺寸为L1，所述第二非活性层在所述长度方向上的最小尺寸为L2，满足：

2mm≤L1≤6mm，2mm≤L2≤6mm。

4.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一非活性层的覆设厚度为h1，所述第二非活性层的覆设厚度为h2，满足：

3um≤h1≤70um，3um≤h2≤70um。

5.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述非活性层为陶瓷层。

6.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一承载面构造有第一留白区，在所述宽度方向上，所述第一留白区相邻布置于所述第一非活性层背离所述正极活性层的一侧。

7.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述集流体还包括在所述厚度方向上的第二承载面，所述第一承载面和所述第二承载面在所述厚度方向上相背布置；

所述极片还包括覆设于所述第二承载面的负极活性层，在所述厚度方向上的投影，所述负极活性层的面积大于未被所述第二非活性层所覆盖的所述正极活性层的面积。

8.根据权利要求7所述的极片，其特征在于，在所述厚度方向上，所述负极活性层的投影与所述非活性层和所述正极活性层形成的整体的投影重合。

9.根据权利要求7所述的极片，其特征在于，所述第二承载面构造有第二留白区，所述第二留白区布置于所述负极活性层在所述宽度方向上的至少一侧。

10.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述集流体在所述厚度方向上的两侧均配置为所述第一承载面，各所述第一承载面上均覆设有所述正极活性层和所述非活性层。

11.一种电池单体，其特征在于，包括：

电芯组件，所述电芯组件包括沿设定的堆叠方向堆叠布置的第一极片、隔离件和第二极片，所述隔离件设置于所述第一极片和第二极片之间；

其中，所述第一极片和/或所述第二极片为如权利要求1至10任一项所述的极片。

12.根据权利要求11所述的电池单体，其特征在于，所述隔离件为固态电解质层。

13.根据权利要求12所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体还包括密封部，所述密封部包裹于所述电芯组件的外围，用于隔绝所述电芯组件及空气。

14.根据权利要求11所述的电池单体，其特征在于，在堆叠方向上，第一极片的投影和第二极片的投影均在所述隔离件的投影范围之内。

15.一种电池，其特征在于，包括如权利要求11至14任一项所述的电池单体。

16.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求15所述的电池，所述电池用于提供电能。

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