CN218274643U - 一种极片、电芯及二次电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种极片、电芯及二次电池，其中极片包括集流体和活性物质层；所述活性物质层包括位于同一平面且交替设置的第一活性物质层和第二活性物质层；相邻的所述第一活性物质层和所述第二活性物质层之间间隔形成有间隙。本实用新型通过将集流体上的活性物质层设计为由位于同一平面且交替设置的第一活性物质层和第二活性物质层组成，并令相邻的第一活性物质层和第二活性物质层之间间隔形成有间隙，使得最终形成的极片在局部上间断不均匀但在整体上连续均匀，以匹配、中和极片在不同空间位置所面临的固有不均匀影响，从而实现在电池充放电过程中极片整体的均匀一致性改善，提升电池性能，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种极片、电芯及二次电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种极片、电芯及二次电池。

背景技术

近年来，新能源相关的行业发展十分迅速，锂离子电池技术在电动汽车、基站储能、电动工具等细分领域都得到了爆发式的推广应用，同时市场对锂离子电池的性能需求也越发严苛。

锂离子电池主要靠锂离子在正、负极片之间的往返迁移来实现能量存储。其中，极片作为活性材料的载体和电化学反应的场所，毫无疑问，其对电池性能的影响是直接而显著的。极片的重要参数包括面密度、厚度、孔隙率、延伸率、弧形率等，人们对于该些参数应该如何优化搭配的研究已经开展已久，且也取得了一定的成效，但实际上，极片的发展过程中依然面临许多现实的问题。如图1-2所示，现有技术中的锂离子电池极片一般由金属集流体1和活性涂膜2组成，金属集流体1一般为金属薄膜或其改进产物(比如打孔箔材，复合箔材等)，活性涂膜2则一般为一层均匀活性涂膜。除了少数有底涂、交界边陶瓷安全涂布或者其他特殊工艺的情况(比如颗粒梯度分层涂布实现低迂曲度等)，以及活性涂膜2在极片厚度方向出现不均匀分层(即第一分层21和第二分层22)外，其在极片的平面方向上，涂重、浆料、孔隙率等都是均匀分布的，而当前面临的主要现实问题是：极片在充放电后容易在其平面方向上出现局部褶皱、掉粉、析锂等不均匀现象，且往往周期性地出现在极片的特定区域(与极片在卷芯中所处空间位置相关)。

目前，常用的比如恒/变张力卷绕，恒/变位置、恒/变压力Pattern等手段虽然能有效地改善均一极片在不同空间位置的匹配问题，但这类措施一般未从最底层的极片生产入手，导致其适用的范围较窄，当遇上一些情况(比如高膨胀、高脆性材料、厚极片、大尺寸极片等)时，其适用效果较差。

因此，需要对现有技术进行改进。

以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。

实用新型内容

本实用新型提供一种极片、电芯及二次电池，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种极片，包括集流体100和活性物质层200；其中，

所述活性物质层200包括位于同一平面且交替设置的第一活性物质层201和第二活性物质层202；

相邻的所述第一活性物质层201和所述第二活性物质层202之间间隔形成有间隙300。

进一步地，所述极片中，所述第一活性物质层201和所述第二活性物质层202的极性相同且活性物质浆料相同；

或，所述第一活性物质层201和所述第二活性物质层202的极性相同但活性物质浆料不同。

进一步地，所述极片中，所述第一活性物质层201和所述第二活性物质层202的面积相同或不同。

进一步地，所述极片中，所述第一活性物质层201和所述第二活性物质层202的形状相同或不同。

进一步地，所述极片中，所述第一活性物质层201的活性物质浆料为高能量密度的活性物质浆料；

所述第二活性物质层202的活性物质浆料为高功率的活性物质浆料。

进一步地，所述极片中，所述第一活性物质层201的面积大于所述第二活性物质层202的面积，且所述第一活性物质层201的活性物质浆料的动力学性能高于所述第二活性物质层202的活性物质浆料的动力学性能。

进一步地，所述极片中，所述第一活性物质层201的面积大于所述第二活性物质层202的面积，且所述第二活性物质层202的活性物质浆料的安全性能高于所述第一活性物质层201的活性物质浆料的安全性能。

进一步地，所述极片中，所述活性物质层200覆盖在所述集流体100相对的两个表面中的至少一个表面上。

第二方面，本实用新型提供一种电芯，包括负极极片、正极极片和设置于所述正极极片与所述负极极片之间的隔离膜，所述正极极片和所述负极极片中的至少一种为如上述第一方面所述的极片。

第三方面，本实用新型提供一种二次电池，包括电芯和容纳所述电芯的壳体，所述电芯为如上述第二方面所述的电芯。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型实施例提供的一种极片、电芯及二次电池，通过将集流体上的活性物质层设计为由位于同一平面且交替设置的第一活性物质层和第二活性物质层组成，并令相邻的第一活性物质层和第二活性物质层之间间隔形成有间隙，使得最终形成的极片在局部上间断不均匀但在整体上连续均匀，以匹配、中和极片在不同空间位置所面临的固有不均匀影响，从而实现在电池充放电过程中极片整体的均匀一致性改善，提升电池性能，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1是现有技术中极片的结构俯视示意图；

图2是现有技术中极片的结构侧视示意图；

图3是本实用新型实施例一提供的一种极片的结构俯视示意图；

图4是本实用新型实施例一提供的一种极片的局部放大结构俯视示意图；

图5是本实用新型实施例一提供的一种极片的局部放大结构侧视示意图。

附图标记：

金属集流体1，活性涂膜2；

第一分层21，第二分层22；

集流体100，活性物质层200，间隙300；

第一活性物质层201，第二活性物质层202。

具体实施方式

为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本实用新型的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例一

有鉴于上述现有的极片结构设计存在的缺陷，本申请人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得极片结构设计更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

请参考图3-5，本实用新型实施例提供一种极片，包括集流体100和活性物质层200；其中，

所述活性物质层200包括位于同一平面且交替设置的第一活性物质层201和第二活性物质层202；

相邻的所述第一活性物质层201和所述第二活性物质层202之间间隔形成有间隙300。

需要说明的是，由于锂离子电池存在一定的空间尺寸，其在充放电过程中将不可避免地将受到所处环境及其自身产生的温度场、力场及电流密度分布场等影响，这些影响因素都是呈非均匀分布的，电池内部不同层的极片以及同一层的极片(即极片的平面方向)因分布位置不同而受到上述提及因素的影响程度也是非均匀的，所以即使在生产制造环节将极片的初始状态控制得均匀(即传统极片的做法)，但在充放电后，极片也容易出现不均匀现象，即最终的极片状态为不均匀，尤其是在一些高膨胀负极、大尺度负极、高倍率负极(上述提及的因素，即温度场、力场、电流密度场等的不均一性增加)中，不均匀现象出现的概率和频次会显著增加。有鉴于此，本实施例提出一种“非均匀”的极片设计，在本实施例中，极片的初始状态是不均匀的(具体是局部不均匀，但整体均匀)，这与现有技术中初始状态为均匀的极片完全不同，然后本实施例借助于极片的初始状态的不均匀和电池充放电过程中影响因素的不均匀相互匹配、中和，最终实现在经历充放电过程后极片整体表现趋于均匀化。

具体来讲，本实施例提出的“非均匀”的极片的显著特征为：在集流体100上的活性物质层在集流体的平面方向上不再是均一连续涂覆，而是由两种活性物质层(即第一活性物质层201和第二活性物质层202)交替涂覆后拼接而成，最终形成的连续涂覆层呈现为局部(短程)非均匀但整体(长程)均匀。

在本实施例中，由于极片在整体上呈连续、均匀分布，这种设计与传统的极片设计一样，并不会引入新的异常，但从局部上会在第一活性物质层201和第二活性物质层202之间新增许多细微的间隙300，此间隙300相当于将一个极片裁切成许多微小的极片单元，从而在充放电过程中，这些微小的极片单元内的应力会在临近的间隙300内释放，使得极片的应力无法大量累积，从而有效改善局部褶皱、析锂等极片不良，提升了电池性能。

在本实施例中，所述第一活性物质层201和所述第二活性物质层202的极性相同且活性物质浆料相同；

或，所述第一活性物质层201和所述第二活性物质层202的极性相同但活性物质浆料不同。

所述第一活性物质层201和所述第二活性物质层202的面积相同或不同。

所述第一活性物质层201和所述第二活性物质层202的形状相同或不同。

需要说明的是，所述第一活性物质层201和所述第二活性物质层202可以是由同一种活性物质浆料涂覆而成，也可以是由不同种活性物质浆料涂覆而成。另外，两者各自的涂覆面积、形状等也可以自行调整，使得最终形成在集流体上的活性物质层200呈现的形状可为斑马条纹状、网格状、蜂窝六边形、菱形等，本实施例仅以斑马条纹状为例进行图示。

在本实施例中，可以对所述第一活性物质层201和所述第二活性物质层202各自对应的活性物质浆料的电学特性适当进行调配，以调整极片在不同位置上的不均匀程度，从而达到更好的改善效果。

在第一种所述方式中，所述第一活性物质层201的活性物质浆料为高能量密度的活性物质浆料；

所述第二活性物质层202的活性物质浆料为高功率的活性物质浆料。

需要说明的是，在此方式中，所述第一活性物质层201的活性物质浆料的粉体材质、粒径、形貌、配方等因素偏向高能量密度应用，而所述第二活性物质层202的活性物质浆料则采用偏向高功率应用，使得最终形成的极片可以兼顾高能量和高功率应用。

在第二种所述方式中，所述第一活性物质层201的面积大于所述第二活性物质层202的面积，且所述第一活性物质层201的活性物质浆料的动力学性能高于所述第二活性物质层202的活性物质浆料的动力学性能。

需要说明的是，在此方式中，较大面积的所述第一活性物质层201采用克容量较高、膨胀系数较高、活性占比较多的先进材料，以获得高性能目标，而较小面积的所述第二活性物质层202则采用性质普通、膨胀系数小、离子导通快、活性占比较小的成熟材料，以抵消、中和所述第一活性物质层201所用材料带来的脱膜、衰减快等潜在缺点。

在第三种所述方式中，所述第一活性物质层201的面积大于所述第二活性物质层202的面积，且所述第二活性物质层202的活性物质浆料的安全性能高于所述第一活性物质层201的活性物质浆料的安全性能。

需要说明的是，在此方式中，较大面积的所述第一活性物质层201采用常规的极片设计，即安全性能一般，而较小面积的所述第二活性物质层202则引入一些具有特殊功能，比如安全性能更好(具体是导热性能好，热稳定性更好)的材料，最终使得采用所述极片的电池的安全性能更佳。

在本实施例中，所述活性物质层200覆盖在所述集流体100相对的两个表面中的至少一个表面上。

需要说明的是，所述集流体100可以是一个表面覆盖有所述活性物质层200，也可以是相对的两个表面均覆盖有活性物质层200，可根据实际需要自行选择。

另外，所述极片还应包括极耳等必要组成设计，该些组成设计的具体作用是保证极片的各功能正常工作，鉴于该些组成设计在现有技术中已多有实现，也不是本方案设计的重点，在此不做深入的阐述。

尽管本文中较多的使用了集流体，活性物质层，间隙，第一活性物质层，第二活性物质层等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

本实用新型实施例提供的一种极片，通过将集流体上的活性物质层设计为由位于同一平面且交替设置的第一活性物质层和第二活性物质层组成，并令相邻的第一活性物质层和第二活性物质层之间间隔形成有间隙，使得最终形成的极片在局部上间断不均匀但在整体上连续均匀，以匹配、中和极片在不同空间位置所面临的固有不均匀影响，从而实现在电池充放电过程中极片整体的均匀一致性改善，提升电池性能，具有广阔的市场应用前景。

实施例二

本实用新型提供一种电芯，包括负极极片、正极极片和设置于所述正极极片与所述负极极片之间的隔离膜，所述正极极片和所述负极极片中的至少一种为如上述实施例一所述的极片。

需要说明的是，本实施例只是对正极极片和/或负极极片进行了改进，从而改善了局部褶皱、析锂等极片不良问题，隔离膜还是与常规技术中的一致，，鉴于该些设计在现有技术中已多有实现，也不是本方案设计的重点，在此不做深入的阐述。

在本实施例中，所述电芯由所述正极极片、隔离膜、负极极片通过叠片、卷绕、叠片加卷绕中的任意一种形成。

本实用新型实施例提供的一种电芯，通过将集流体上的活性物质层设计为由位于同一平面且交替设置的第一活性物质层和第二活性物质层组成，并令相邻的第一活性物质层和第二活性物质层之间间隔形成有间隙，使得最终形成的极片在局部上间断不均匀但在整体上连续均匀，以匹配、中和极片在不同空间位置所面临的固有不均匀影响，从而实现在电池充放电过程中极片整体的均匀一致性改善，提升电池性能，具有广阔的市场应用前景。

实施例三

本实用新型提供一种二次电池，包括电芯和容纳所述电芯的壳体，所述电芯为如上述实施例二所述的电芯。

需要说明的是，所述二次电池还应包括电解液、顶盖等必要组成设计，该些组成设计的具体作用是保证二次电池的各功能正常工作，鉴于该些组成设计在现有技术中已多有实现，也不是本方案设计的重点，在此不做深入的阐述。

另外，本实施例中的所述二次电池可以但不限于应用于电子装置、电动车辆或电力储存系统等电子设备中。其中，电子装置例如可为使用二次电池作为驱动电源的各种电脑、手机、显示屏等设备。电动车辆例如可为利用二次电池作为驱动电源的电动汽车、电动三轮车、电动自行车等。电力储存系统例如可以为利用二次电池作为电力储存源的电力储存系统。

在这些电子设备中，二次电池可与用电元件电连接，以为用电元件提供电能。由于本申请提供的二次电池的快速充电能力较为优异，这样有利于电子设备用于户外储能、短时备电以及移动储能等应用场景中，从而使电子设备的应用场景更加广泛。

本实用新型实施例提供的一种二次电池，通过将集流体上的活性物质层设计为由位于同一平面且交替设置的第一活性物质层和第二活性物质层组成，并令相邻的第一活性物质层和第二活性物质层之间间隔形成有间隙，使得最终形成的极片在局部上间断不均匀但在整体上连续均匀，以匹配、中和极片在不同空间位置所面临的固有不均匀影响，从而实现在电池充放电过程中极片整体的均匀一致性改善，提升电池性能，具有广阔的市场应用前景。

综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本申请提出，并且在本申请的示例性实施例的精神和范围内。

此外，本申请中的某些术语已被用于描述本申请的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本申请的一个或多个实施例中适当地组合。

应当理解，在本申请的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本申请的目的，本申请将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。

本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。

最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的实施例。

Claims (10)

1.一种极片，其特征在于，包括集流体(100)和活性物质层(200)；其中，

所述活性物质层(200)包括位于同一平面且交替设置的第一活性物质层(201)和第二活性物质层(202)；

相邻的所述第一活性物质层(201)和所述第二活性物质层(202)之间间隔形成有间隙(300)。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一活性物质层(201)和所述第二活性物质层(202)的极性相同且活性物质浆料相同；

或，所述第一活性物质层(201)和所述第二活性物质层(202)的极性相同但活性物质浆料不同。

3.根据权利要求1或2所述的极片，其特征在于，所述第一活性物质层(201)和所述第二活性物质层(202)的面积相同或不同。

4.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一活性物质层(201)和所述第二活性物质层(202)的形状相同或不同。

5.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述第一活性物质层(201)的活性物质浆料为高能量密度的活性物质浆料；

所述第二活性物质层(202)的活性物质浆料为高功率的活性物质浆料。

6.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述第一活性物质层(201)的面积大于所述第二活性物质层(202)的面积，且所述第一活性物质层(201)的活性物质浆料的动力学性能高于所述第二活性物质层(202)的活性物质浆料的动力学性能。

7.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述第一活性物质层(201)的面积大于所述第二活性物质层(202)的面积，且所述第二活性物质层(202)的活性物质浆料的安全性能高于所述第一活性物质层(201)的活性物质浆料的安全性能。

8.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述活性物质层(200)覆盖在所述集流体(100)相对的两个表面中的至少一个表面上。

9.一种电芯，包括负极极片、正极极片和设置于所述正极极片与所述负极极片之间的隔离膜，其特征在于，所述正极极片和所述负极极片中的至少一种为如权利要求1-8中任一项所述的极片。

10.一种二次电池，包括电芯和容纳所述电芯的壳体，其特征在于，所述电芯为如权利要求9所述的电芯。

Images