CN218333860U - 防止拐角析锂的补锂负极片、卷绕电芯及锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种防止拐角析锂的补锂负极片、卷绕电芯及锂离子电池。该补锂负极片包括负极片和补锂涂层，所述补锂涂层包括平直区补锂涂层，或平直区补锂涂层和拐角区补锂涂层；所述拐角区补锂涂层的厚度小于平直区补锂涂层；所述拐角区补锂涂层包括凹面补锂涂层，或凹面补锂涂层和凸面补锂涂层；所述凸面补锂涂层的厚度不超过凹面补锂涂层。本实用新型补锂负极片能够在拐角处制造出间隙，给负极预留膨胀的空间，减小负极膨胀的应力，改善析锂，且拐角也更不容易析锂，同时，避免了拐角处负极凸面过量系数小于负极大面与凹面的问题。

Description

防止拐角析锂的补锂负极片、卷绕电芯及锂离子电池

技术领域

本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种防止拐角析锂的补锂负极片、卷绕电芯及锂离子电池。

背景技术

随着新能源汽车的飞速发展，锂离子电池作为重要的组成部件也被广泛的关注；目前汽车行业普遍要求锂离子电池可以同时兼顾高能量密度及长循环性能，为达到此性能目标，部分电池企业将研发的重心放在了补锂技术。目前，现有的补锂技术有正极极片中添加富锂氧化物、负极极片表面涂覆含金属锂粉的浆料(浆料补锂)或者将锂膜与负极极片压合为一个整体(压延补锂)。其中，负极浆料补锂与压延补锂效果较好，使用较多。

现有的卷芯结构主要还是以方形卷绕为主，拐角与大面的应力，以及负极过量系数存在差异，在长期循环中，拐角更易发生析锂。因此，方形卷绕电芯补锂时，应针对大面与拐角进行差异性的补锂。另外，拐角区负极凸面，即正极包负极时，正极的长度大于负极，导致负极凸面的过量系数小于负极大面，小于负极凹面。因此，长期循环中，负极凸面比其他位置也更容易析锂。而现有补锂技术均未考虑到这点。如申请号为2019107445960.9的实用新型专利提供了一种补锂极片及锂离子电池。该补锂极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极活性材料层；在负极活性材料层远离负极集流体的表面上呈阵列排布有若干补锂区；极片化成后，若干补锂区残留的补锂氧化层在负极活性材料层上的投影面积之和S1与负极活性材料层的面积S0的比值 S1/S0为30％～99％；该补锂极片通过阵列排布的补锂区有效改善极片散热性及浸润电解液的性能，同时增加了电芯拐角间隙，为极片膨胀预留空间，提高电池的使用安全和稳定性。申请号为2019112424229的实用新型专利公开了一种锂离子电池的补锂电极片、补锂隔膜及其制备方法，其中，补锂电极片包括集流体层、电极材料层和补锂层，所述电极材料层涂覆于集流体层上，所述补锂层涂覆于所述电极材料层上；补锂隔膜，包括补锂层和隔膜层，所述补锂层在所述隔膜层的表面；所述补锂层的厚度介于200nm至10μm之间，所述补锂层的成分包括金属锂和添加成分，所述添加成分包括：表面含有卤族元素官能团的无机材料，和/或，能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料；所述补锂层中金属锂的质量含量占50wt.％-99wt.％；该补锂层的具有超薄可控的厚度，能够调节补锂的量，金属锂的含量高，具有更有效的补锂效率。上述方案均未能解决拐角析锂问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种防止拐角析锂的补锂负极片、卷绕电芯及锂离子电池，拐角的补锂层厚度与补锂量与大面存在差异，在不影响整体补锂效果的前提下，能够解决卷绕电芯循环中拐角易析锂的问题。

按照本实用新型的技术方案，所述防止拐角析锂的补锂负极片，包括负极片和补锂涂层，所述负极片包括平直区(大面)和拐角区，所述拐角区呈弧形，

所述补锂涂层包括平直区补锂涂层，或平直区补锂涂层和拐角区补锂涂层；所述平直区补锂涂层设置于负极片平直区的表面，所述拐角区补锂涂层设置于负极片拐角区的表面，拐角区补锂涂层的厚度小于平直区补锂涂层；

所述拐角区补锂涂层包括凹面(负极包正极面)补锂涂层，或凹面补锂涂层和凸面(正极包负极面)补锂涂层；所述凹面补锂涂层设置于负极片拐角区的内表面，所述凸面补锂涂层设置于负极片拐角区的外表面，凸面补锂涂层的厚度不超过凹面补锂涂层。

具体的，负极片包括负极集流体和附着在负极集流体表面的负极片活性材料；在一个实施例中，负极片活性材料为硅碳材料，包括质量比为96:2:2的硅碳、导电剂和粘结剂；

平直区补锂涂层设置于负极片平直区的内外(正反)表面，其中，设置于负极片平直区的内表面的平直区补锂涂层与凹面补锂涂层一体成型；设置于负极片平直区的外表面的平直区补锂涂层与凸面补锂涂层一体成型。

进一步的，所述拐角区补锂涂层与平直区补锂涂层的厚度差为5-25um，即拐角区补锂涂层厚度比平直区补锂涂层薄5-25um。

进一步的，拐角区补锂涂层的补锂量比平直区补锂涂层的补锂量少 40％-100％。

进一步的，所述凹面补锂涂层与凸面补锂涂层的厚度差为0-15um，凹面补锂涂层厚度比凸面补锂涂层薄0-15um。

具体的，凹面补锂涂层的补锂量比凸面补锂涂层的补锂量少0％-60％。

进一步的，所述平直区补锂涂层的厚度为25-30um，优选为25um。

进一步的，所述凹面补锂涂层的厚度不超过25um，优选为5-20um。

进一步的，所述凸面补锂涂层的厚度不超过25um，优选为5-10um。

进一步的，所述补锂涂层为涂覆在负极片表面的补锂浆料，所述补锂浆料为含有金属锂粉的浆料，即采用负极浆料补锂。

在一个实施例中，补锂浆料由金属锂粉、导电炭黑和聚偏氟乙烯按质量比为60:5:35加入四氢呋喃溶剂中分散均匀，控制固含量35％±2％，制备得到。

进一步的，所述补锂涂层为压合在负极片表面的锂膜，即采用压延补锂。

本实用新型采用负极浆料补锂或压延补锂，控制拐角的补锂层厚度与补锂量小于大面的补锂层厚度与补锂量；同时，拐角处，负极包正极面(凹面)与正极包负极面(凸面)的负极补锂层厚度与补锂量也有差异，负极凸面的补锂层厚度与补锂量小于负极凹面的补锂层厚度与补锂量。

本实用新型的第二方面提供了一种卷绕电芯，包括正极片、补锂负极片以及隔膜，所述补锂负极片为上述防止拐角析锂的补锂负极片。

具体的，所述卷绕电芯由正极片、补锂负极片以及隔膜卷绕而成。其中，正极片包括正极集流体和附着在正极集流体表面的正极片活性物质，在一个实施例中，正极片活性物质为811体系的NCM三元材料，包括质量比为97:2:1 的NCM、导电剂和粘结剂。

将上述补锂负极片用于卷绕电芯，能够有效解决拐角区应力比较集中；在长期循环过程中，负极膨胀变厚，导致拐角区域应力增大，电解液保有量降低，动力学变差，易出现析锂的问题。

本实用新型的第三方面提供了一种锂离子电池，包括上述卷绕电芯。

具体的，所述锂离子电池包括壳体、卷绕电芯和电解液，所述壳体可以为铝壳。

本实用新型的技术方案相比现有技术具有以下优点：本实用新型补锂负极片能够在拐角处制造出间隙，给负极预留膨胀的空间，减小负极膨胀的应力，改善析锂；另外，拐角处的补锂量(厚度)小于大面，即拐角处的负极过量系数更大，相对来说，拐角也更不容易析锂；同时，负极凸面的补锂量会更小一些，避免了拐角处负极凸面过量系数小于负极大面与凹面的问题。

附图说明

图1为本实用新型防止拐角析锂的补锂负极片的结构示意图。

图2为本实用新型卷绕电芯的结构示意图。

附图标记说明：1-负极片、2-正极片、3-隔膜、4-补锂涂层、4.1-平直区补锂涂层、4.2-拐角区补锂涂层、4.21-凹面补锂涂层、4.22-凸面补锂涂层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，防止拐角析锂的补锂负极片包括负极片1和补锂涂层4，其中，负极片1包括一体成型的平直区和拐角区，拐角区设置于平直区的端部(图1 中仅显示一端结构)，呈弧形。

补锂涂层4为涂覆在负极片表面的补锂浆料或压合在负极片表面的锂膜，包括设置于负极片1平直区两侧表面的平直区补锂涂层4.1，以及设置于负极片1拐角区的拐角区补锂涂层4.2，拐角区补锂涂层4.2的厚度小于平直区补锂涂层4.1的厚度。

拐角区补锂涂层4.2包括凹面补锂涂层4.21和凸面补锂涂层4.22，其中，凹面补锂涂层4.21设置于负极片1拐角区的内表面，与设置于负极片1平直区内表面的平直区补锂涂层4.1一体成型；凸面补锂涂层4.22设置于负极片1拐角区的外表面，与设置于负极片1平直区外表面的平直区补锂涂层4.1一体成型；凹面补锂涂层4.21的厚度不小于凸面补锂涂层4.22的厚度。

具体的，拐角区补锂涂层4.2与平直区补锂涂层4.1的厚度差为5-25um；凹面补锂涂层4.21与凸面补锂涂层4.22的厚度差为0-15um。其中，平直区补锂涂层4.1的厚度为25-30um；凹面补锂涂层4.21的厚度不超过25um；凸面补锂涂层4.22的厚度不超过25um。

如图2所示，一种卷绕电芯，由正极片2、图1所示补锂负极片和隔膜3卷绕而成。

实施例1

采用金属锂粉、导电炭黑、聚偏氟乙烯(三种物质质量比为60:5:35)加入四氢呋喃溶剂中分散均匀，控制固含量35％±2％，得到补锂浆料；将补锂浆料均匀涂覆于负极片正反面，负极片大面正反面的单面补锂层厚度(平直区补锂涂层4.1)25um，拐角正反面的单面补锂层厚度(拐角区补锂涂层4.2)20um，拐角补锂量比大面少20％；其中，负极片活性材料为硅碳材料(硅碳、导电剂、粘结剂的质量比为96:2:2)；正极片活性物质为811体系的NCM(镍钴锰)三元材料(NCM、导电剂、粘结剂的质量比为97:2:1)；隔膜为9um厚的PE隔膜；电解液为1mol/L的LiPF6与EC/DMC/EMC(V/V＝1:1:1)混合而成，然后采用卷绕的方式制作成设计容量51Ah的方形铝壳锂离子电池。

实施例2

补锂浆料、正负极片、隔膜、电解液、电芯设计容量与实施例1相同；不同点：负极片大面正反面的单面补锂层厚度25um，拐角正反面的单面补锂层厚度15um，拐角补锂量比大面少40％。

实施例3

补锂浆料、正负极片、隔膜、电解液、电芯设计容量与对比例1相同；不同点：负极片大面正反面的单面补锂层厚度25um，拐角正反面的单面补锂层厚度10um，拐角补锂量比大面少60％；

实施例4

补锂浆料、正负极片、隔膜、电解液、电芯设计容量与对比例1相同；不同点：负极片大面正反面的单面补锂层厚度25um，拐角正反面的单面补锂层厚度5um，拐角补锂量比大面少80％。

实施例5

补锂浆料、正负极片、隔膜、电解液、电芯设计容量与对比例1相同；不同点：负极片大面正反面的单面补锂层厚度25um，拐角正反面的单面补锂层厚度0um，拐角补锂量比大面少100％，即拐角无补锂涂层。

实施例6

补锂浆料、正负极片、隔膜、电解液、电芯设计容量与对比例1相同；不同点：负极片大面正反面的单面补锂层厚度25um，拐角凹面补锂层(凹面补锂涂层4.21)厚度10um，拐角补锂量比大面少60％；拐角凸面补锂层(凸面补锂涂层4.22)厚度5um，补锂量比大面少80％。

对比例1

补锂浆料、正负极片、隔膜、电解液、电芯设计容量与对比例1相同；不同点：单面补锂涂层厚度25um(不区分大面和拐角)。

对比例2

补锂浆料、正负极片、隔膜、电解液、电芯设计容量与对比例1相同；不同点：大面单面补锂涂层厚度10um，拐角单面补锂涂层厚度6um，拐角补锂量比大面少40％。

对实施例1-6和对比例1-2中锂离子电池进行首效、容量、循环与安全测试，其结果如表1所示。

表1

由表1可知，对比例1拐角与大面补锂涂层厚度一致，其首效、容量比较高、但循环寿命较差，循环1000周后拐角析锂；对比例2通过降低补锂层厚度来降低补锂量，且拐角的补锂量比大面低40％，但由于拐角与大面补锂涂层的厚度差异只有4um，无法为拐角负极膨胀预留足够的间隙，循环后期依然会析锂，且大面补锂量的降低会导致补锂效果变差，首效、容量及循环均会受到影响。

实施例1-实施施5，随着拐角补锂涂层的厚度与补锂量减小，首效与容量略微降低，但循环大幅改善。其中，实施例1循环1000周后，拐角存在轻微析锂；实施例5，拐角无补锂涂层，循环后期，锂消耗，拐角无额外锂补偿，容量保持率较实施例3与实施例4低；实施例6，负极拐角凹面补锂涂层按实施例3控制，凸面按实施例4控制，其首效与容量介于实施例3与实施例4之间，循环高于两者。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种防止拐角析锂的补锂负极片，包括负极片和补锂涂层，所述负极片包括平直区和拐角区，所述拐角区呈弧形，其特征在于，

所述补锂涂层包括平直区补锂涂层，或平直区补锂涂层和拐角区补锂涂层；所述平直区补锂涂层设置于负极片平直区的表面，所述拐角区补锂涂层设置于负极片拐角区的表面，拐角区补锂涂层的厚度小于平直区补锂涂层；

所述拐角区补锂涂层包括凹面补锂涂层，或凹面补锂涂层和凸面补锂涂层；所述凹面补锂涂层设置于负极片拐角区的内表面，所述凸面补锂涂层设置于负极片拐角区的外表面，凸面补锂涂层的厚度不超过凹面补锂涂层。

2.如权利要求1所述的防止拐角析锂的补锂负极片，其特征在于，所述拐角区补锂涂层与平直区补锂涂层的厚度差为5-25um。

3.如权利要求1或2所述的防止拐角析锂的补锂负极片，其特征在于，所述凹面补锂涂层与凸面补锂涂层的厚度差为0-15um。

4.如权利要求1所述的防止拐角析锂的补锂负极片，其特征在于，所述平直区补锂涂层的厚度为25-30um。

5.如权利要求1所述的防止拐角析锂的补锂负极片，其特征在于，所述凹面补锂涂层的厚度不超过25um。

6.如权利要求1所述的防止拐角析锂的补锂负极片，其特征在于，所述凸面补锂涂层的厚度不超过25um。

7.如权利要求1所述的防止拐角析锂的补锂负极片，其特征在于，所述补锂涂层为涂覆在负极片表面的补锂浆料。

8.如权利要求1所述的防止拐角析锂的补锂负极片，其特征在于，所述补锂涂层为压合在负极片表面的锂膜。

9.一种卷绕电芯，包括正极片、补锂负极片以及隔膜，其特征在于，所述补锂负极片为权利要求1-8中任一项所述的防止拐角析锂的补锂负极片。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的卷绕电芯。

Images