CN218513484U - 正极片、电极组件、电池和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种正极片、电极组件、电池和车辆，包括正极集流体、导电涂层和正极活性物质层，正极集流体包括正极涂覆区和正极耳区，正极耳区沿第一方向位于正极涂覆区的一侧，正极涂覆区包括第一区域以及沿第一方向位于第一区域两侧的第二区域；导电涂层，设置于正极集流体上且位于各第二区域；正极活性物质层，包括设置于正极集流体上且位于第一区域的第一部分、以及设置于导电涂层背离正极集流体一侧的第二部分。本申请提供的正极片可改善电池组件的析锂问题，同时兼顾了其储能性能，且装配简单。

Description

正极片、电极组件、电池和车辆

技术领域

本申请属于动力电池领域，尤其涉及一种正极片、电极组件、电池和车辆。

背景技术

随着锂离子电池技术的发展，锂离子电池性能的提高成为主要要解决的技术问题，现有的锂离子电池存在析锂问题，原因在于：电池中的正极片中的锂离子在充电时向负极片移动并聚集在负极片表面附近，未嵌入负极片的石墨层内的锂离子在小于或等于0V的电位下，开始在表面形成锂金属沉积。在锂电池使用过程中，电池内电极组件中靠近极耳的端部是析锂的高风险区。主要原因是在锂电池极片制备过程中，集流体包括涂覆区和极耳区，由于制备工艺的原因，涂布工艺使用的是挤压涂布方式，此法涂布的极片浆料(用于形成活性物质涂层的浆料)会由极片涂覆区的中间区域向靠近极耳方向延展，即在极片两侧形成削薄区，削薄区活性物质涂层的厚度比中间区域更薄，削薄区的存在使电极组件两头的活性物质更少，负极片的削薄区的负极活性物质较少，使得实际N/P值(负极活性物质质量*负极活性物质客容量)/(正极活性物质质量*正极客容量)比设计值偏小，从而在锂电池使用过程中，该区域的锂电位冗余、析锂风险显著高于其他区域；另一个原因是靠近极耳处的局部电流密度较大，因此更易产生析锂，形成高风险区。在现有材料体系基础上，防止削薄区析锂的方法主要有如下几种，提高电极组件N/P值(提高负极活性物质用量)，使得正极活性物质质量/电极组件总重量，负极活性物质增加会增加电极组件总重量，造成重量能量密度降低，使得电极组件储能性能降低。另一种方式为采用限制充电倍率的方法减小极化降低析锂风险，该方式牺牲了电极组件的快充性能。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种正极片、电极组件、电池和车辆，本申请提供的正极片可改善电池组件的析锂问题，同时兼顾了其储能性能，且装配简单。

本申请实施例第一方面的实施例提供了一种正极片，包括：

正极集流体，所述正极集流体包括正极涂覆区和正极耳区，所述正极耳区沿第一方向位于所述正极涂覆区的一侧，所述正极涂覆区包括第一区域以及沿所述第一方向位于所述第一区域两侧的第二区域；

导电涂层，设置于所述正极集流体上且位于各所述第二区域；

正极活性物质层，包括设置于所述正极集流体上且位于所述第一区域的第一部分、以及设置于所述导电涂层背离所述正极集流体一侧的第二部分。

根据本申请第一方面的实施方式，所述导电涂层中的正极活性物质与所述导电涂层的重量比小于所述正极活性物质层中的正极活性物质与所述正极活性物质层的重量比。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，所述第二部分和所述导电涂层的厚度和小于或等于所述第一部分的厚度。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，沿所述第一方向，所述导电涂层的宽度为所述正极活性物质层宽度的8％～15％；沿所述正极集流体的厚度方向，所述导电涂层的厚度为所述正极活性物质层厚度的1％～10％。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，所述正极集流体包括沿第二方向排列的第一表面和第二表面，所述导电涂层设置于所述正极集流体的第一表面和第二表面、且位于各所述第二区域；

所述正极活性物质层中的所述第一部分设置于所述第一表面和所述第二表面，所述第二部分设置于位于所述第一表面的所述导电涂层背离所述第一表面的一侧以及位于所述第二表面的所述导电涂层背离所述第二表面的一侧。

本申请第二方面的实施例还提供了一种电极组件，包括本申请第一方面提供的任意一种正极片。

根据本申请第二方面的实施方式，还包括：负极片，所述负极片包括：

负极集流体，所述负极集流体包括负极涂覆区和负极耳区；

负极活性物质层，设置于所述负极集流体上；

其中，所述负极耳区位于所述负极集流体远离所述正极耳区的一侧。

根据本申请第二方面的前述任一实施方式，所述负极活性物质层包括与所述第二部分相对设置的减薄区。

本申请第三方面的实施例还提供了一种电池，包括本申请第二方面提供任意一种电极组件。

本申请第四方面的实施例还提供了一种车辆，包括本社请第三方面提供的电池。

本申请第二方面的实施例还提供了一种车辆，包括本申请第一方面提供的任意一种。

本申请提供的正极片中，通过在正极集流体的每个第二区域形成导电涂层，从而可在后续通过涂覆工艺形成正极活性物质层时，使得正极活性物质层的第二部分的厚度降低，即，使得第二部分内的正极活性物质质量降低，以便于在该正极片应用于电池组件中时，提升与第二区域相对的区域内的N/P的值，从而减小与第二区域相对的区域内的锂电位冗余，以降低电池组件中与第二区域相对的区域内的析锂风险。同时由于导电涂层仅位于正极集流体的第二区域，从而可仅在第二区域内调大N/P的值，对电极组件整体的重量能量密度影响较小，从而兼顾了其储能性能。且该正极片中在各第二区域内均形成导电涂层，从而在该正极片应用于电池组件中时，与电池组件中的负极片的装配方向无特殊限制，同时适用于正极耳区与负极片中的负极耳区同向或异向的两种电池组件。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种正极片的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种正极片的俯视结构示意图；

图3是本申请实施例提供的另一种正极片的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种电极组件的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的另一种电极组件的的局部结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种电池的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的一种车辆的结构示意图。

附图中：

1-正极片；11-正极集流体；111-第一表面；112-第二表面；12-导电涂层；13-正极活性物质层；Q-正极涂覆区；Q1-第一区域；Q2-第二区域；P-正极耳区；x-第一方向；y-第二方向；L-宽度；H-厚度；2-电极组件；21-负极片；211-负极集流体；212-负极活性物质层；M-负极涂覆区；N-负极耳区；A-减薄区；22-隔膜；3-电池；4-车辆。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了更好地理解本申请，下面结合图1至图7根据本申请实施例的正极片、电极组件、电池和车辆进行详细描述。

请参阅图1，本申请实施例提供了一种正极片1，包括正极集流体11、导电涂层12和正极活性物质层13，正极集流体11包括正极涂覆区Q和正极耳区P，正极耳区P沿第一方向x位于正极涂覆区Q的一侧，正极涂覆区Q包括第一区域Q1以及沿第一方向x位于第一区域Q1两侧的第二区域Q2。导电涂层12设置于正极集流体11上且位于各第二区域Q2。正极活性物质层13包括设置于正极集流体11上且位于第一区域Q1的第一部分131、以及设置于导电涂层12背离正极集流体11一侧的第一部分132。

本申请提供的正极片1中，通过在正极集流体11的每个第二区域Q2形成导电涂层12，从而可在后续通过涂覆工艺形成正极活性物质层13时，使得正极活性物质层13的第一部分132的厚度降低，即，使得第一部分132内的正极活性物质质量降低，以便于在该正极片1应用于电池3组件中时，提升与第二区域Q2相对的区域内的N/P的值，从而减小与第二区域Q2相对的区域内的锂电位冗余，以降低电池3组件中与第二区域Q2相对的区域内的析锂风险。同时由于导电涂层12仅位于正极集流体11的第二区域Q2，从而可仅在第二区域Q2内调大N/P的值，对电极组件2整体的重量能量密度影响较小，从而兼顾了其储能性能。且该正极片1中在各第二区域Q2内均形成导电涂层12，从而在该正极片1应用于电池3组件中时，与电池3组件中的负极片21的装配方向无特殊限制，同时适用于正极耳区P与负极片21中的负极耳区同向或异向的两种电池3组件。

在上述实施方式中，涂覆工艺使用的是挤压涂布方式，通过涂覆工艺形成正极活性物质层13的时候，由于制备工艺的原因，用于形成正极活性物质层13的浆料会由第一区域Q1向第二区域Q2方向延展，位于第二区域Q2的导电涂层12具有一定的厚度H，阻碍了浆料向第二区域Q2的延展，从而使得正极活性物质层13的第一部分132的厚度可更薄，以减小第一部分132内的正极活性物质质量，从而提升电池3组件与第二区域Q2相对的区域内的N/P的值。

在上述实施方式中，导电涂层12的厚度每增加1um，电池3组件与第二区域Q2相对的区域内的N/P的值会增加2％，可通过调节导电涂层12的厚度，达到调控电池3组件与第二区域Q2相对的区域内的N/P的值的作用，从而可根据电池3组件的体系设计选用合适的导电涂层12的厚度。

在上述实施方式中，N/P的值＝(负极活性物质质量*负极活性物质客容量)/(正极活性物质质量*正极客容量)，当正极活性物质层13的第一部分132的厚度降低从而使得第一部分132内的正极活性物质质量降低后可提升N/P的值。

在一种可行的实施方式中，如图1所示，正极集流体11包括沿第二方向y排列的第一表面111和第二表面112，导电涂层12设置于正极集流体11的第一表面111和第二表面112、且位于各第二区域Q2。正极活性物质层13中的第一部分131设置于第一表面111和第二表面112，第一部分132设置于位于第一表面111的导电涂层12背离第一表面111的一侧以及位于第二表面112的导电涂层12背离第二表面112的一侧。

在上述实施方式中，在正极集流体11的第一表面111和第二表面112均形成正极活性物质层13，从而可提升应用该正极片1的电池3组件的储能效果，在正极集流体11的第一表面111和第二表面112均形成位于第二区域Q2的导电涂层12，从而在该正极片1应用于电池3组件中时，与电池3组件中的负极片21的装配方向无特殊限制，即正极片1与负极片21对位后，正极片1中的正极集流体11的第一表面111可位于第二表面112靠近负极片21的一侧、或者位于第二表面112远离第一表面111的一侧，均可起到改善析锂的效果，使得装配更为简单。

在一种可行的实施方式中，如图2所示，正极片1中正极集流体11的正极耳区P包括一个或多个正极耳14，本申请不做特别限定。

在一种可行的实施方式中，导电涂层12中的活性物质与导电涂层12的重量比小于正极活性物质层13中的活性物质与正极活性物质层13的重量比，从而可进一步降低第一部分132与导电涂层12内的正极活性物质质量和，以便于在该正极片1应用于电池3组件中时，提升与第二区域Q2相对的区域内的N/P的值，从而减小与第二区域Q2相对的区域内的锂电位冗余，以降低电池3组件中与第二区域Q2相对的区域内的析锂风险。

具体地，导电涂层12中的活性物质与导电涂层12的重量比可以为0，即导电涂层12中不含有正极活性物质，从而使得对电池3组件中与第二区域Q2相对的区域内的N/P的值的提升作用更大。

在一种可行的实施方式中，第一部分132和导电涂层12的厚度和小于或等于第一部分131的厚度，即第一部分131的厚度大于第一部分132的厚度，从而使得第一部分132内的正极活性物质质量较低，以便于在该正极片1应用于电池3组件中时，电池3组件中与第二区域Q2相对的区域内的N/P的值较高，从而减小与第二区域Q2相对的区域内的锂电位冗余，以降低电池3组件中与第二区域Q2相对的区域内的析锂风险。

在制备正极片1时，如图1所示，可通过斑马涂布设备将用于形成正极活性物质层13的浆料涂覆于正极集流体11以及导电涂层12，然后对涂覆后的正极集流体11进行烘干、辊压分切和模切，得到正极片1。此时，临近模切位置处(即远离正极耳区P一侧)的第一部分132和导电涂层12的厚度和等于第一部分131的厚度，临近正极耳区P的第一部分132和导电涂层12的厚度和小于第一部分131的厚度。

在制备正极片1时，如图3所示，可不通过模切直接形成正极片1，此时将用于形成正极活性物质层13的浆料涂覆于正极集流体11的正极涂覆区Q的第一区域Q1的中间位置处，浆料由第一区域Q1向第二区域Q2内延展，从而使得第一部分132和导电涂层12的厚度和可小于第一部分131的厚度。

在一种可行的实施方式中，沿所述第一方向x，所述导电涂层12的宽度L为所述正极活性物质层13宽度L的8％～15％。可在减小对正极片1重量能量密度的影响，并减小对正极片1一致性的影响，使得正极片1的性能更优。

其中，所述导电涂层12的宽度L可为5～25mm，具体可为5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、15mm等，本申请不做特别限定。

在一种可行的实施方式中，如图3所示，沿所述正极集流体11的厚度方向，所述导电涂层12的厚度H为所述正极活性物质层13厚度H的1％～10％。可在减小对正极片1重量能量密度的影响，使得正极片1的性能更优。

其中，所述导电涂层12的厚度H可为1～8um，具体可为1mm、2mm、3mm、6mm、8mm等，本申请不做特别限定。

在一种可行的实施方式中，所述导电涂层12包括粘结剂、导电碳、分散剂和溶剂，所述导电碳包括乙炔黑、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管、科琴黑、石墨烯中的一种或多种。

在一种可行的实施方式中，导电涂层12的导电性能优于正极活性物质层13。具体地，导电涂层12的电阻小于正极活性物质层13的电阻。正极片1中靠近正极耳区P的区域为电流密度集中区，位于靠近正极耳区P的第二区域Q2内的导电涂层12与正极集流体11以及正极活性物质层13可更好的接触，从而在导电涂层12与正极集流体11接触的表面、以及导电涂层12与正极活性物质层13接触的表面可形成更好的导电网络，可提高电子电导，降低正极片1厚度方向上的接触电阻，改善动力学性能，在改善析理问题的同时兼顾充放电效率。

粘接剂包括丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚物、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸及其共聚物、聚酰亚胺、聚乙烯醇中的一种或多种。

粘接剂能够提高正极活性材料层与导电涂层12的粘接强度，提高正极片1的第二区域Q2的剥离力，降低正极片1在加工过程中出现损坏的概率。

溶剂包括N-甲基吡咯烷酮。

分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮，羧甲基纤维素钠，羧甲基纤维素锂，聚丙烯腈，聚苯乙烯中的一种或多种。分散剂是一种有机聚合物表面活性剂，对用于形成正极性物质成的浆料均一性起到辅助效果，使具有高比表面积的导电涂层12材料(例如导电碳)能够更加均匀的分散在浆料中，提高导电碳与浆料以及粘结剂之间的相容性，同时提高匀浆工艺的效率。

本申请还提供了一种电极组件2，如图4所示，包括上述实施方式中提供的任意一种正极片1。

上述电极组件2中，通过在正极片1中设置导电涂层12，使得正极片1中的正极活性物质层13中的第一部分132减薄，即，使得第一部分132内的正极活性物质质量降低。该电池3组件中与第二区域Q2相对的区域内的N/P的值得以提升，从而减小了与第二区域Q2相对的区域内的锂电位冗余，降低了电池3组件中与第二区域Q2相对的区域内的析锂风险

上述实施方式中，电极组件2还包括负极片21，负极片21包括负极集流体211和负极活性物质层212，负极集流体211包括负极涂覆区M和负极耳区N。负极活性物质层212设置于负极集流体211上。其中，负极耳区N位于负极集流体211远离正极耳区P的一侧。

上述电极组件2中，由于正极片1在两个第二区域Q2上均设置有导电涂层12，从而在装配过程中，正极片1与负极片21对位过程中，无论如图4所示、负极耳区位于负极集流体远离正极耳区P的一侧，还是如图5所示，负极耳位于负极集流体靠近正极耳区P的一侧均可实现改善析锂的效果，简化了装配工艺。

上述实施方式中，电极组件2还包括用于隔离正极片1与负极片21的隔膜22。

在一种可行的实施方式中，负极活性物质层包括与第一部分132相对设置的减薄区A，由于制作工艺原因不可避免的形成上述减薄区A，由于该减薄区A厚度较薄，从而在于第一部分132相对时，第一部分132的锂离子向减薄区A运动的过程中，容易造成析锂，当第一部分132下方设置导电涂层12后，第一部分132的厚度减薄，从而减少了锂离子含量，进而可改善析锂问题。

本申请还提供了一种电池3，如图6所示，包括本申请上述实施方式中提供的任意一种电极组件2。

该电池3的析锂问题得以改善，电池3的安全和循环寿命得到增加，使得电池3的性能更好。

本申请还提供了一种车辆4，如图7所示，该车辆包括本申请上述实施方式中提供的电池3。

本申请提供的车辆4可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等，本申请不做特别限定。

依照本申请如上文的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该申请仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本申请以及在本申请基础上的修改使用。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种正极片，其特征在于，包括：

正极集流体，所述正极集流体包括正极涂覆区和正极耳区，所述正极耳区沿第一方向位于所述正极涂覆区的一侧，所述正极涂覆区包括第一区域以及沿所述第一方向位于所述第一区域两侧的第二区域；

导电涂层，设置于所述正极集流体上且位于各所述第二区域；

正极活性物质层，包括设置于所述正极集流体上且位于所述第一区域的第一部分、以及设置于所述导电涂层背离所述正极集流体一侧的第二部分。

2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述导电涂层中的正极活性物质与所述导电涂层的重量比小于所述正极活性物质层中的正极活性物质与所述正极活性物质层的重量比。

3.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第二部分和所述导电涂层的厚度和小于或等于所述第一部分的厚度。

4.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，沿所述第一方向，所述导电涂层的宽度为所述正极活性物质层宽度的8％～15％；沿所述正极集流体的厚度方向，所述导电涂层的厚度为所述正极活性物质层厚度的1％～10％。

5.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述正极集流体包括沿第二方向排列的第一表面和第二表面，所述导电涂层设置于所述正极集流体的第一表面和第二表面、且位于各所述第二区域；

所述正极活性物质层中的所述第一部分设置于所述第一表面和所述第二表面，所述第二部分设置于位于所述第一表面的所述导电涂层背离所述第一表面的一侧以及位于所述第二表面的所述导电涂层背离所述第二表面的一侧。

6.一种电极组件，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的正极片。

7.根据权利要求6所述的电极组件，其特征在于，还包括：负极片，所述负极片包括：

负极集流体，所述负极集流体包括负极涂覆区和负极耳区；

负极活性物质层，设置于所述负极集流体上；

其中，所述负极耳区位于所述负极集流体远离所述正极耳区的一侧。

8.根据权利要求7所述的电极组件，其特征在于，所述负极活性物质层包括与所述第二部分相对设置的减薄区。

9.一种电池，其特征在于，包括如权利要求6-8任一项所述的电极组件。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池。

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