CN218939727U - 一种电极极片和电芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电极极片和电芯，属于新能源电池技术领域。该电极极片包括集流体和极性涂料层。其中极性涂料层涂覆于集流体的至少一侧面上，极性涂料层的厚度大于集流体的厚度，极性涂料层背向集流体的一侧面上设置有多个沉孔。采用本实用新型实施例所提供的电极极片和电芯，通过对极片结构的改进，提高电池中电子和离子在极片间的传输能力，在提高电池的能量密度的同时，保证电极极片的导电性能。

Description

一种电极极片和电芯

技术领域

本实用新型涉及新能源电池技术领域，特别涉及一种电极极片和电芯。

背景技术

环境污染和能源短缺等问题近年来日渐突出。锂离子电池因其绿色环保、高能量密度、低自放电、长循环寿命等诸多优点，已在通讯及电子器件、储能电站、新能源汽车等领域中广泛使用。而随着新能源技术的不断发展，人们对高能量密度的锂离子电池提出了迫切的需求。

在相关技术中，目前提高锂离子电池能量密度的方法主要有材料创新，电芯减重以及对电池包系统进行创新等。其中，通过减少非活性组分的比例，将锂离子电池电极极片的厚度增加，就可以大幅度增加活性材料的负载，从而提高电池的能量密度。

采用相关技术中的改进方式，极片厚度的增加会导致电子和离子在极片间的传输距离以及电阻成比例的增加，进而使得电极的导电性能变差，并且厚度的增加使得极片的电解液浸润性能变差，随着循环次数的增加容易导致结构破坏，加剧锂电池容量的衰减。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种电极极片和电芯，通过对极片结构的改进，提高电池中电子和离子在极片间的传输能力，在提高电池的能量密度的同时，保证电极极片的导电性能。所述技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电极极片，包括：

集流体和极性涂料层，

所述极性涂料层涂覆于所述集流体的至少一侧面上，所述极性涂料层的厚度大于所述集流体的厚度，所述极性涂料层背向所述集流体的一侧面上设置有多个沉孔。

可选地，所述沉孔在垂直于所述集流体的方向上的深度小于或等于所述极性涂料层的厚度的1/2。

可选地，所述极性涂料层的厚度范围为200至400μm，所述极性涂料层的面密度范围为200至500g/㎡。

可选地，所述沉孔的直径为200μm，相邻两个所述沉孔之间的间隔范围为500至5000μm。

可选地，所述集流体呈带状。

可选地，所述极性涂料层在所述集流体长度方向上的宽度小于所述集流体的宽度，所述极性涂料层在长度方向上的至少一侧具有边缘空箔区。

可选地，所述边缘空箔区上设置有镀镍层，所述镀镍层的厚度与所述极性涂料层的厚度相同。

可选地，所述多个沉孔呈矩形均匀阵列布置

可选地，所述集流体为铝箔或者铜箔。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电芯，包括正极片、负极片和设置于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片和所述负极片中的至少一种为如前述第一方面所述的电极极片。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本实用新型实施例所提供的电极极片，与相关技术中传统的电极极片相比，其同样采用在集流体上涂布一层厚度相对较厚的极性涂料层来实现电极极片的整体厚度增加，从而增加活性材料的负载，提高采用该电极极片的锂电池的整体能量密度。同时，通过在作为极性材料的极性涂料层上通过激光冲孔的方式制备出多个沉孔，一方面增加了电极极片堆叠形成电芯并入壳，且锂电池内注液后电解液与极性涂料层中活性物质的接触面积，同时也提高了注液后锂电池内的电解液保液量和浸润性，进而提高了锂电池的循环能力。另一方面，沉孔的制备也降低了电极极片的迂曲度，电解液在由间隙浸入到冲孔中后，其中游离的电子和离子可以从沉孔处由极性涂料层的中部进入电极极片中进行传输，提高了锂电池中电子和离子在电极极片间的传输能力，进而提高锂电池的整体充放电能力，在提高电池的能量密度的同时，保证电极极片的导电性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种电极极片的俯视结构示意图；

图2是如图1中A-A处的结构剖面图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种电极极片的俯视结构示意图；

图4是如图3中的电极极片经过极耳裁切加工后的俯视结构示意图；

图5是如图3中B-B处的结构剖面图。

图中：

1-集流体；2-极性涂料层；11-边缘空箔区；12-镀镍层；21-沉孔；111-极耳。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

在相关技术中，目前提高锂离子电池能量密度的方法主要有材料创新，电芯减重以及对电池包系统进行创新等。其中，通过减少非活性组分的比例，将锂离子电池电极极片的厚度增加，就可以大幅度增加活性材料的负载，从而提高电池的能量密度。

采用相关技术中的改进方式，极片厚度的增加会导致电子和离子在极片间的传输距离以及电阻成比例的增加，进而使得电极的导电性能变差，并且厚度的增加使得极片的电解液浸润性能变差，随着循环次数的增加容易导致结构破坏，加剧锂电池容量的衰减。

图1是本实用新型实施例提供的一种电极极片的俯视结构示意图。图2是如图1中A-A处的结构剖面图。图3是本实用新型实施例提供的另一种电极极片的俯视结构示意图。图4是如图3中的电极极片经过极耳裁切加工后的俯视结构示意图。图5是如图3中B-B处的结构剖面图。如图1至5所示，通过实践，本申请人提供了一种电极极片，包括集流体1和极性涂料层2。

其中，极性涂料层2涂覆于集流体1的至少一侧面上，极性涂料层2的厚度大于集流体1的厚度。极性涂料层2背向集流体1的一侧面上设置有多个沉孔21。

在本实用新型实施例中，该电极极片在进行制备时，首先在呈带状的集流体1，也即是基底箔材上涂布活性浆料，以在其至少一侧面上形成极性涂料层2。在涂布完成后对集流体1和极性涂料层2进行烘干和辊压以完成电极极片的初步成型。最后，对极性涂料层2背向集流体1的一侧面，也即是极性涂料层2的上表面进行激光处理，利用脉冲能量为20至30μJ，功率为2至6W，重复频率为30KHz，波长为515nm的激光在极性涂料层2上进行间隔冲孔，以在极性涂料层2上制备出多个呈矩形均匀阵列布置的沉孔21。最后按照需求尺寸对集流体1和极性涂料层2进行整体分切，以完成电极极片的制备。

本实用新型实施例所提供的电极极片，与相关技术中传统的电极极片相比，其同样采用在集流体1上涂布一层厚度相对较厚的极性涂料层2来实现电极极片的整体厚度增加，从而增加活性材料的负载，提高采用该电极极片的锂电池的整体能量密度。同时，通过在作为极性材料的极性涂料层2上通过激光冲孔的方式制备出多个沉孔21，一方面增加了电极极片堆叠形成电芯并入壳，且锂电池内注液后电解液与极性涂料层2中活性物质的接触面积，同时也提高了注液后锂电池内的电解液保液量和浸润性，进而提高了锂电池的循环能力。另一方面，沉孔21的制备也降低了电极极片的迂曲度，电解液在由间隙浸入到沉孔21中后，其中游离的电子和离子可以从沉孔21处由极性涂料层2的中部进入电极极片中进行传输，提高了锂电池中电子和离子在电极极片间的传输能力，进而提高锂电池的整体充放电能力，在提高电池的能量密度的同时，保证电极极片的导电性能。

示例性地，在本实用新型实施例中，相比相关技术中传统的电极极片，其极性涂料层2上开设的沉孔21结构不仅提高了导电性能以及电解液的浸润性。在电极极片整体厚度增加的同时，开设沉孔21也相应减少了电极极片的整体重量，采用该种极片的锂电池，在相同的重量规格下，其能量密度也相对更高。

可选地，在本实用新型实施例中，集流体1呈带状，方便进行卷绕输送和涂布。

可选地，沉孔21在垂直于集流体1的方向上的深度小于或等于极性涂料层2的厚度的1/2。示例性地，在本发明实施例中，极性涂料层2的厚度范围为200至400μm，极性涂料层2的面密度范围为200至500g/㎡。相应的，沉孔21的冲孔深度范围为100至200μm，沉孔21的直径为200μm，相邻两个沉孔21之间的间隔范围为500至5000μm。以上尺寸为申请人经过多次制备实验样品，结合实际形成电芯并制备成锂电池成品后进行充放电试验所得到的最优规格尺寸，能够在提高电极极片导电性能，以及锂电池整体能量密度的基础上，保证电极极片的本身机械强度和整体使用寿命。

可选地，极性涂料层2在集流体1长度方向上的宽度小于集流体1的宽度，极性涂料层2在长度方向上的至少一侧具有边缘空箔区11。参考图3至图5，示例性地，在本实用新型实施例中，在进行电极极片的制备时，可以优先对集流体1的表面进行区域划分，在进行涂布时控制活性浆料的涂覆范围，在极性涂料层2的至少一侧预留出边缘空箔区11。在完成后续的烘干、辊压和极性涂料层2的激光冲孔等工序后，可以沿集流体1的长度方向对边缘空箔区11进行裁切以形成极耳111。根据实际电极极片的尺寸需求，可以裁切出多个极耳111,以得到单极耳或者多极耳的电极极片，以适应不同规格的电芯制备需求。

可选地，边缘空箔区11上设置有镀镍层12，镀镍层12的厚度与极性涂料层2的厚度相同。示例性地，在本实用新型实施例中，由于极性涂料层2的厚度相对于集流体1的厚度更厚，在完成极性涂料层2的涂布，并进行具有边缘空箔区11的电极极片的辊压时，由于厚度不同存在应力差异，在辊压时会造成电极极片产生波浪、打皱甚至断带的现象。通过边缘空箔区11上镀一层镍，一方面使空箔边缘区11的厚度与极性涂料层2的厚度差异更小，在辊压时能够保证具有相似的延展性，有效避免辊压后的电极极片产生波浪、打皱甚至断带现象。另一方面具有镀镍层12的边缘空箔区11在镀镍后表面能迅速生成一层钝化膜，在模切后能够提高极耳111的硬度、抗腐蚀能力和抗弯折性能。

可选地，集流体1为铝箔或者铜箔。示例性地，在本实用新型实施例中，采用铝箔作为集流体1对应正极电极极片的加工，导电性好，质软方便加工，同时由于正极电位高，铝材外部的氧化膜薄且致密，能够有效防止集流体1的氧化又不影响导电性；采用铜箔作为集流体1则对应负极电极极片的加工，其与石墨等负极活性材料的粘结附着力高，且价格和成本低，能够大幅降低锂电池的生产成本。

本实用新型实施例还提供了一种电芯，正极片、负极片和设置于正极片和负极片之间的隔膜，正极片和负极片中的至少一种为如图1至5所示的电极极片。采用该电极极片堆叠制备的电芯，通过在作为极性材料的极性涂料层2上通过激光冲孔的方式制备出多个沉孔21，一方面增加了电极极片堆叠形成电芯并入壳，且锂电池内注液后电解液与极性涂料层2中活性物质的接触面积，同时也提高了注液后锂电池内的电解液保液量和浸润性，进而提高了锂电池的循环能力。另一方面，沉孔21的制备也降低了电极极片的迂曲度，电解液在由间隙浸入到沉孔21中后，其中游离的电子和离子可以从沉孔21处由极性涂料层2的中部进入电极极片中进行传输，提高了锂电池中电子和离子在电极极片间的传输能力，进而提高锂电池的整体充放电能力。

需要说明的是，为了保证堆叠制备的电芯的整体厚度尺寸，故在正极片和负极片中仅采用其中一种进行本申请中所提及的电极极片加工，而另一种选用极性涂料层2厚度相对较薄的普通电极极片即可。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在其中一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电极极片，其特征在于，包括：集流体(1)和极性涂料层(2)，

所述极性涂料层(2)涂覆于所述集流体(1)的至少一侧面上，所述极性涂料层(2)的厚度大于所述集流体(1)的厚度，所述极性涂料层(2)背向所述集流体(1)的一侧面上设置有多个沉孔(21)。

2.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述沉孔(21)在垂直于所述集流体(1)的方向上的深度小于或等于所述极性涂料层(2)的厚度的1/2。

3.根据权利要求2所述的电极极片，其特征在于，所述极性涂料层(2)的厚度范围为200至400μm，所述极性涂料层(2)的面密度范围为200至500g/㎡。

4.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述沉孔(21)的直径为200μm，相邻两个所述沉孔(21)之间的间隔范围为500至5000μm。

5.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述集流体(1)呈带状。

6.根据权利要求5所述的电极极片，其特征在于，所述极性涂料层(2)在所述集流体(1)长度方向上的宽度小于所述集流体(1)的宽度，所述极性涂料层(2)在长度方向上的至少一侧具有边缘空箔区(11)。

7.根据权利要求6所述的电极极片，其特征在于，所述边缘空箔区(11)上设置有镀镍层(12)，所述镀镍层(12)的厚度与所述极性涂料层(2)的厚度相同。

8.根据权利要求1至7任一项所述的电极极片，其特征在于，所述多个沉孔(21)呈矩形均匀阵列布置。

9.根据权利要求1至7任一项所述的电极极片，其特征在于，所述集流体(1)为铝箔或者铜箔。

10.一种电芯，其特征在于，包括正极片、负极片和设置于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片和所述负极片中的至少一种为如权利要求1至7任一项所述的电极极片。

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