CN218827238U - 一种负极片及电池 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种负极片及电池；该负极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体上的负极活性涂层；负极活性涂层包括第一涂层区和第二涂层区；第一涂层区位于第二涂层区的边缘；第一涂层区涂覆有第一负极活性物质；第二涂层区涂覆有第二负极活性物质；其中，第一负极活性物质的电势高于第二负极活性物质的电势。本申请的负极片，保证了第一涂层区始终处于高电势的状态下，有效限制了第一涂层区的锂离子在充放电循环中迁移至第二涂层区与第一涂层区的邻近区域，进而保证了该邻近区域的嵌锂能力不降低，进而降低了该邻近区域即负极片边缘处发生析锂的风险。

Description

一种负极片及电池

技术领域

本申请涉及电池技术领域，更具体地说涉及一种负极片，还涉及一种具有上述负极片的电池。

背景技术

随着新能源技术的发展，锂离子电池因其能量密度高、快充、寿命长等优点在新能源汽车领域、移动终端领域具有广泛应用。因此，消费者对于锂离子电池的安全性具有更高的要求。其中，锂离子在负极片表面以金属形式析出是目前锂离子电池的一大安全问题。降低锂离子电池析锂风险是提高锂离子电池安全性的一大重要策略。

现有技术中，为了避免卷绕过程中正负极片覆盖出现位置偏差而导致的正极容量损失和安全性问题，往往将负极片的尺寸设置得比正极片的尺寸稍微大一点。然而在电池的充放电循环使用过程中，很容易在负极片超出正极片的区域附近即负极片的边缘处发生析锂问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供了一种负极片，还提供了一种具有上述负极片的电池，其解决了电池在充放电循环使用过程中，导致负极片边缘处析锂的问题。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种负极片，包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体上的负极活性涂层；

所述负极活性涂层包括第一涂层区和第二涂层区，且所述第一涂层区位于所述第二涂层区的边缘；

所述第一涂层区涂覆有第一负极活性物质；

所述第二涂层区涂覆有第二负极活性物质；

其中，所述第一负极活性物质的电势高于所述第二负极活性物质的电势。

可选的，上述负极片中，

所述负极集流体包括负极过量区和负极本体区，且所述负极过量区位于所述负极本体区的边缘；

其中，所述负极过量区与所述第一涂层区位置相对；

沿所述负极片的边缘至所述负极片的中心的方向，所述负极过量区具有第一宽度L1，所述第一涂层区具有第二宽度L2；所述L1和所述L2满足：L1≤L2。

可选的，上述负极片中，

所述第一涂层区环绕所述第二涂层区；

所述负极过量区环绕所述负极本体区。

可选的，上述负极片中，

所述第一涂层区通过过渡涂层区与所述第二涂层区连接；

所述过渡涂层区涂覆有过渡负极活性物质；

沿所述负极片的边缘至所述负极片的中心的方向，所述过渡负极活性物质的电势逐渐降低。

可选的，上述负极片中，

沿所述负极片的厚度方向，所述过渡负极活性物质具有叠加的所述第一负极活性物质和所述第二负极活性物质；

沿所述负极片的边缘至所述负极片的中心的方向，所述过渡负极活性物质中的所述第一负极活性物质的厚度逐渐降低，且所述过渡负极活性物质中的所述第二负极活性物质的厚度逐渐升高。

可选的，上述负极片中，

所述过渡负极活性物质中的所述第二负极活性物质涂覆于所述过渡负极活性物质中的所述第一负极活性物质的表面；

和/或，

所述第一负极活性物质的厚度、所述第二负极活性物质的厚度以及所述过渡负极活性物质的厚度相等；

和/或，

沿所述负极片的边缘至所述负极片的中心的方向，所述第一涂层区具有第二宽度L2，所述过渡涂层区具有第三宽度L3；所述L2、所述L3满足：1≤(L3/L2)≤10。

可选的，上述负极片中，所述L1、所述L2满足：0.5mm≤(L2-L1)≤3mm。

可选的，上述负极片中，

所述第一负极活性物质的电势为0.4V至1.5V；

和/或，

所述第二负极活性物质的电势≤0.2V。

一种电池，包括正极片和负极片；所述负极片为上文所述的负极片。

可选的，上述电池中，

所述负极片包括负极本体区和环绕所述负极本体区的负极过量区；

沿所述负极片的短轴方向，所述负极过量区具有第一宽度L1，所述负极片具有第四宽度L4；

沿所述正极片的短轴方向，所述正极片具有第五宽度L5；

所述L1、所述L4、所述L5满足：L1＝(L4-L5)/2。

本申请公开的负极片及电池中，将负极片划分成了第二涂层区和位于第二涂层区边缘的第一涂层区，并且管控第一涂层区的第一负极活性物质的电势高于第二涂层区的第二负极活性物质的电势；如上，保证了第一涂层区始终处于高电势的状态下，有效限制了第一涂层区的锂离子在充放电循环中迁移至第二涂层区与第一涂层区的邻近区域，进而保证了该邻近区域的嵌锂能力不降低，进而降低了该邻近区域即负极片边缘处发生析锂的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请的负极片的俯视图；

图2为本申请的负极片的主视图；

图3为本申请的负极片(负极集流体)的结构示意图；

图4为本申请的正极片(正极集流体)的结构示意图。

图1-图4中：

1-负极集流体，2-负极活性涂层，3-负极耳；

101-负极过量区，102-负极本体区；

201-第一涂层区，202-第二涂层区，203-过渡涂层区；

L1-负极过量区的第一宽度；

L2-第一涂层区的第二宽度；

L3-过渡涂层区的第三宽度；

L4-负极片的第四宽度；

L5-正极片的第五宽度；

L6-第二涂层区的第六宽度。

具体实施方式

本申请提供了一种负极片，还提供了一种具有上述负极片的电池。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

如附图1-4所示，本申请实施例提供了一种负极片，负极片包括负极集流体1和涂覆于负极集流体1表面的负极活性涂层2。负极活性涂层包括第一涂层区201和第二涂层区202，且第一涂层区201位于第二涂层区202的边缘。第一涂层区201涂覆有第一负极活性物质；第二涂层区202涂覆有第二负极活性物质；且第一负极活性物质的电势高于第二负极活性物质的电势。

负极片划分成了第二涂层区202和位于第二涂层区202边缘的第一涂层区201，并且管控第一涂层区201的第一负极活性物质的电势高于第二涂层区202的第二负极活性物质的电势；如上，保证了第一涂层区201始终处于高电势的状态下，有效限制了第一涂层区201的锂离子在充放电循环中迁移至第二涂层区202与第一涂层区201的邻近区域，进而保证了该邻近区域的嵌锂能力不降低，进而降低了该邻近区域即负极片边缘处发生析锂的风险。

请参阅附图3，在本申请的某些实施例中，负极集流体1包括负极本体区102和位于负极本体区102边缘的负极过量区101。负极过量区101与第一涂层区201位置相对；且沿负极片的边缘至负极片的中心的方向，负极过量区101具有第一宽度L1，第一涂层区201具有第二宽度L2；所述L1和所述L2满足：L1≤L2。

其中需要说明的是，负极片的短轴方向与负极片的长轴方向垂直；

沿负极片的边缘至负极片的中心的方向与短轴方向或是与长轴方向平行；

负极片中负极本体区102所在的区域与正极片对正；负极片中负极过量区101所在的区域即为负极片超出正正极片的区域。

其中需要说明的是，沿负极片的长轴方向，负极活性涂层2的长度小于负极集流体1的长度；负极集流体1未涂覆负极活性涂层2的区域为空箔区域；负极片还包括负极耳3，负极耳3设置于空箔区域。

由于第一涂层区201的宽度L2大于等于负极过量区101的宽度L1，即可保证负极过量区101始终被第一涂层区201覆盖，进而保证负极过量区101始终处于高电势的状态下。如上，在避免负极片与正极片覆盖出现位置偏差的同时，可保证即使在空电状态下负极过量区101的电势仍大于负极本体区102的电势，进而有效限制了负极过量区101的锂离子向负极本体区102迁移，进而保证了负极本体区102与负极过量区101的邻近区域的嵌锂能力不降低，降低了该邻近区域即负极片边缘处发生析锂的风险。

在本申请的某些实施例中，负极过量区101为环形结构；负极过量区101环绕负极本体区102。第一涂层区201为环形结构；第一涂层区201环绕第二涂层区202。

进一步的，负极过量区101为负极集流体1的环形边缘区域；负极本体区102为负极集流体1的中心区域。第一涂层区201为负极活性涂层2的环形边缘区域，第二涂层区202为负极活性涂层2的中心区域。

如上设置，进一步避免了负极片与正极片的覆盖出现位置偏差，且有效保证了负极过量区101被第一涂层区201覆盖。

进一步的，负极过量区101为等宽的环形结构；第一涂层区201为等宽的环形结构。

如上设置，负极片的结构规则，简化了加工的工艺流程，增加了生产效率。

进一步的，负极过量区101除了设置成环绕负极本体区102的环形结构外，也可以是仅设置在负极本体区102一侧边缘的条形结构；与之对应的，第一涂层区201也为设置在第二涂层区202一侧边缘的条形结构。

在本申请的某些实施例中，第一涂层区201通过过渡涂层区203与第二涂层区202连接。过渡涂层区203涂覆有过渡负极活性物质。沿负极片的边缘至负极片的中心的方向，过渡负极活性物质的电势逐渐降低。

通过设置过渡涂层区203，实现了第一涂层区201至第二涂层区202的过渡连接，而且实现了过渡涂层区203从第一涂层区201侧至第二涂层区202侧的电势的逐渐降低的效果，进一步防止了负极过量区101与负极本体区102之间的锂离子扩散，降低了负极片边缘处发生析锂的风险。

在本申请的某些实施例中，沿极片的厚度方向，过渡负极活性物质具有叠加的低电势的第一负极活性物质和高电势的第二负极活性物质；沿负极片的边缘至负极片的中心的方向，过渡负极活性物质中的第一负极活性物质的厚度逐渐降低，且过渡负极活性物质中的第二负极活性物质的厚度逐渐升高。

其中需要说明的是，高电势的第一负极活性物质为钛酸锂、硅、硅化合物、硬碳、软碳、锡化合物中的一种或多种的组合；低电势的第二负极活性物质为石墨。

过渡涂层区203由高电势的第一负极活性物质和低电势的第二负极活性物质叠加而成，且两者含量分布成一定梯度分布(楔形分布)，其中第一负极活性物质在靠近第一涂层区201侧为高含量，靠近第二涂层区202侧为低含量；第二负极活性物质在靠近第二涂层区202侧为高含量，靠近第一涂层区201侧为低含量。

过渡涂层区203中的第一负极活性物质能够与第一涂层区201的第一负极活性物质一体式涂覆加工而成；且过渡涂层区203中的第二负极活性物质能够与第二涂层区202的第二负极活性物质一体式涂覆加工而成；如上，过渡涂层区203的形状规则，负极活性涂层2的涂覆加工更加便捷快速，且巧妙的实现了过渡涂层区203从第一涂层区201侧至第二涂层区202侧的电势逐渐降低的效果。

在本申请的某些实施例中，过渡涂层区203中的第二负极活性物质涂覆于第一负极活性物质的表面。

其中需要说明的是，过渡涂层区203中的第一负极活性物质先涂覆于负极集流体1上，然后过渡涂层区203中的第二负极活性物质再涂覆于过渡涂层区203中的第一负极活性物质的表面。如上设置，可有效保证过渡涂层区203的面容量，进一步降低了过渡涂层区203处发生析锂的风险。

进一步的，第一负极活性物质的厚度、第二负极活性物质的厚度以及过渡负极活性物质的厚度相等。

如上设置，保证了负极活性涂层2的整体表面的平滑性，进而保证了负极片表面的平滑一致性，其不存在尖锐凸出区域，降低了负极片表面发生析锂的风险。

在本申请的某些实施例中，第一负极活性物质的电势为0.4V至1.5V。

其中需要说明的是，钛酸锂电势为1.5V；硬碳和软碳电势为0.5V；硅和硅化合物电势为0.4V；锡化合物电势为1.0V。

进一步的，第二负极活性物质的电势≤0.2V。

其中需要说明的是，石墨电势≤0.2V。

如上设置，保证了第一涂层区201与第二涂层区202的电势差，进而保证了第一涂层区201在不同荷电状态下的电势均高于第二涂层区202在空电状态下的电势。

在本申请的某些实施例中，负极过量区101的第一宽度L1、第一涂层区201的第二宽度L2满足：0.5mm≤(L2-L1)≤3mm。

如上设置，在保证负极片具有较高面容量的同时，保证第一涂层区201能够覆完全盖住负极过量区101，并且尽可能多的覆盖住负极本体区102与负极过量区101相邻的区域，可靠限制了负极过量区101的锂离子在充放电循环中迁移至负极本体区102，降低了负极片边缘区发生析锂的风险。

在本申请的某些实施例中，沿负极片的边缘至负极片的中心的方向，过渡涂层区203具有第三宽度L3。第一涂层区201的第二宽度L2、过渡涂层区203的第三宽度L3满足：1≤(L3/L2)≤10。

如上设置，在保证负极片具有较高面容量的同时，将过渡涂层区203的第三宽度L3与第一涂层区的第二宽度L2的比值限定在了合理的范围内，有效降低负极片边缘处发生析锂的风险。

一种电池，包括正极片和负极片；负极片为上文所述的负极片。

由于本申请的电池具有上文所述的负极片，电池由负极片带来的有益效果请参见上文，在此不再赘述。

在本申请的某些实施例中，当负极过量区101环绕负极本体区102时，沿负极片的短轴方向，负极过量区101具有第一宽度L1，负极片具有第四宽度L4。沿所述正极片的短轴方向，正极片具有第五宽度L5。负极过量区101的第一宽度L1、负极片的第四宽度L4、正极片的五宽度L5满足：L1＝(L4-L5)/2。

如上设置，能够使负极本体区101与正极片恰巧对正，而负极过量区101正好位于负极片超出正极片的边缘，即使正极片与负极片发生错位，也能够保证正极片的整个区域均在负极片上存在对正区域。

进一步的，当第一涂层区201环绕第二涂层区202时，沿负极片的短轴方向，第二涂层区202具有第六宽度L6。第一涂层区201的第二宽度L2、过渡涂层区203的第三宽度L3、第二涂层区202的第六宽度L6、负极片的第四宽度L4满足：2L2+2L3+L6＝L4。

实施例1

实施例1的锂离子电池包括卷绕成型的正极片和负极片，电芯总厚度为6mm。其中：

正极片包括正极集流体和涂覆于正极集流体表面的正极活性涂层；正极集流体为铝箔；正极活性涂层的宽度(即正极片的第五宽度L5)为80mm。正极活性涂层包括97.9wt％钴酸锂、0.6wt％导电炭黑、0.4wt％碳纳米管以及1.1wt％聚偏氟乙烯。

负极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极活性涂层；负极集流体为铜箔；负极活性涂层的宽度(即负极片的第四宽度L4)为82mm。负极活性涂层包括第一涂层区和第二涂层区。

第一涂层区的高电势的第一负极活性涂物质为钛酸锂；第一涂层区包括97wt％的钛酸锂、1wt％导电炭黑、1.4％丁苯橡胶以及0.6％羧甲基纤维素；第一涂层区的第二宽度L2为1mm。

第二涂层区的低电势的第二负极活性涂物质为钛酸锂石墨；第二涂层区包括97wt％的石墨、1wt％导电炭黑、1.4％丁苯橡胶以及0.6％羧甲基纤维素；第二涂层区的第六宽度L6为76mm。

过渡涂层区同时包括高电势的第一负极活性涂层和低电势的第二负极活性涂层；过渡涂层区的第三宽度L3为2mm。

实施例2

实施例2的锂离子电池参考实施例1，区别在于，第一涂层区的第二宽度L2为1.5mm；第二涂层区的第六宽度L6为75mm；过渡涂层区的第三宽度L3为2mm。

实施例3

实施例3的锂离子电池参考实施例1，区别在于，第一涂层区的第二宽度L2为1mm，第二涂层区的第六宽度L6为70mm；过渡涂层区的第三宽度L3为5mm。

实施例4

实施例4的锂离子电池参考实施例1，区别在于，第一涂层区的高电势的第一负极活性物质为锡化合物。

对比例1

对比例1的锂离子电池包括卷绕成型的正极片和负极片，电芯总厚度为6mm。其中：

正极片包括正极集流体和涂覆于正极集流体表面的正极活性涂层；正极集流体为铝箔；正极活性涂层的宽度(即正极片的五宽度L5)为80mm。正极活性涂层包括97.9wt％钴酸锂、0.6wt％导电炭黑、0.4wt％碳纳米管以及1.1wt％聚偏氟乙烯。

负极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极活性涂层；负极集流体为铜箔；负极活性涂层的宽度(即负极片的第四宽度L4)为82mm。负极活性涂层包括97wt％的石墨、1wt％导电炭黑、1.4％丁苯橡胶以及0.6％羧甲基纤维素。

为了更清楚的了解本发明，对实施例1-4以及对比例1提供的锂离子电池所涉及的参数进行列表说明，详见表1：

表1.实施例1-4以及对比例1提供的锂离子电池参数

对实施例1-4以及对比例1提供的锂离子电池进行25℃循环测试，循环条件为：3C充电至4.2V后在4.2V下恒压充电至截止电流1.5C，转1.5C充电至4.4V后再4.4V下恒压充电至截止电流0.05C，静置15min，0.7C放电至3V，静置15min。循环300圈后将锂离子电池拆解后观察负极片边缘处是否析锂，测试结果见表2所示：

表2.实施例1-4以及对比例1提供的锂离子电池性能测试结果

	循环300圈后观察负极片边缘是否出现析锂
		实施例1	轻微析锂
实施例2	不析锂
		实施例3	不析锂
实施例4	轻微析锂
		对比例1	严重析锂

根据表2可知，相比对比例1，实施例1-4提供的锂离子在循环300圈后在负极片边缘处未发现析锂问题，说明本发明通过优化第一涂层区的高电势的第一负极活性物质的选择，并限制第一涂层区与第二涂层区的电势关系有助于提高锂离子电池的安全性。

根据实施例1-3和对比例1可知，选用钛酸锂作为第一涂层区的高电势的第一负极活性物质有助于降低负极片边缘处发生析锂的风险。

根据实施例4和对比例1可知，选用锡化合物作为第一涂层区的高电势的第一负极活性物质有助于降低负极片边缘处发生析锂的风险。

根据实施例1-2可知，增大第一涂层区的第二宽度L2有助于降低负极片边缘处发生析锂的风险。

根据实施例1和实施例3可知，增大过渡涂层区的第三宽度L3有助于降低负极片边缘处发生析锂的风险。

综上所述，由于第一涂层区在不同荷电状态下的电势高于第二涂层区在空电状态下的电势，进而有效限制了第一涂层区中多余的锂离子在充放电循环过程中迁移至于第二涂层区，从而降低了电池发生边缘析锂的风险。

本申请中涉及的部件、装置仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照附图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些部件、装置。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置中，各部件是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负极片，包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体上的负极活性涂层；其特征在于，

所述负极活性涂层包括第一涂层区(201)和第二涂层区(202)，且所述第一涂层区(201)位于所述第二涂层区(202)的边缘；

所述第一涂层区(201)涂覆有第一负极活性物质；

所述第二涂层区(202)涂覆有第二负极活性物质；

其中，所述第一负极活性物质的电势高于所述第二负极活性物质的电势。

2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，

所述负极集流体包括负极过量区(101)和负极本体区(102)，且所述负极过量区(101)位于所述负极本体区(102)的边缘；

其中，所述负极过量区(101)与所述第一涂层区(201)位置相对；

沿所述负极片的边缘至所述负极片的中心的方向，所述负极过量区(101)具有第一宽度L1，所述第一涂层区(201)具有第二宽度L2；所述L1和所述L2满足：L1≤L2。

3.根据权利要求2所述的负极片，其特征在于，

所述第一涂层区(201)环绕所述第二涂层区(202)；

所述负极过量区(101)环绕所述负极本体区(102)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的负极片，其特征在于，

所述第一涂层区(201)通过过渡涂层区(203)与所述第二涂层区(202)连接；

所述过渡涂层区(203)涂覆有过渡负极活性物质；

沿所述负极片的边缘至所述负极片的中心的方向，所述过渡负极活性物质的电势逐渐降低。

5.根据权利要求4所述的负极片，其特征在于，

沿所述负极片的厚度方向，所述过渡负极活性物质具有叠加的所述第一负极活性物质和所述第二负极活性物质；

沿所述负极片的边缘至所述负极片的中心的方向，所述过渡负极活性物质中的所述第一负极活性物质的厚度逐渐降低，且所述过渡负极活性物质中的所述第二负极活性物质的厚度逐渐升高。

6.根据权利要求5所述的负极片，其特征在于，

所述过渡负极活性物质中的所述第二负极活性物质涂覆于所述过渡负极活性物质中的所述第一负极活性物质的表面；

和/或，

所述第一负极活性物质的厚度、所述第二负极活性物质的厚度、所述过渡负极活性物质的厚度均相等；

和/或，

沿所述负极片的边缘至所述负极片的中心的方向，所述第一涂层区(201)具有第二宽度L2，所述过渡涂层区(203)具有第三宽度L3；所述L2、所述L3满足：1≤(L3/L2)≤10。

7.根据权利要求2-3中任一项所述的负极片，其特征在于，所述L1、所述L2满足：0.5mm≤(L2-L1)≤3mm。

8.根据权利要求1-3中任一项或权利要求5-6中任一项所述的负极片，其特征在于，

所述第一负极活性物质的电势为0.4V至1.5V；

和/或，

所述第二负极活性物质的电势≤0.2V。

9.一种电池，包括正极片和负极片；其特征在于，所述负极片为权利要求1-8中任一项所述的负极片。

10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，

所述负极片包括负极本体区(102)和环绕所述负极本体区(102)的负极过量区(101)；

沿所述负极片的短轴方向，所述负极过量区(101)具有第一宽度L1，所述负极片具有第四宽度L4；

沿所述正极片的短轴方向，所述正极片具有第五宽度L5；

所述L1、所述L4、所述L5满足：L1＝(L4-L5)/2。

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