CN219267693U - 一种极片和电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种极片和电池。本实用新型的极片，包括集流体以及与所述集流体电连接的极耳；所述集流体包括基体层以及设置在所述基体层至少一个功能表面的导电层；所述基体层在厚度方向上具有通孔，所述通孔中填充有导电体，所述导电体与所述导电层电连接；所述基体层的孔隙率沿远离所述极耳的方向增加。该极片能够使电池在大倍率充放电过程中，电池的温度保持一致，提高电池的安全性能，并且，包括该极片的电池受到针刺等滥用时，集流体不会产生较大的毛刺，有助于进一步改善电池的安全性能。

Description

一种极片和电池

技术领域

本实用新型实施例涉及新能源技术领域，尤其涉及一种极片和电池。

背景技术

目前，电池中的极片通常包括集流体以及与集流体相互焊接的极耳，其中，正极片包括正极集流体以及与正极集流体相互焊接的正极极耳，负极片包括负极集流体以及与负极集流体相互焊接的负极极耳，通常情况下，正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔。

在电池的充放电过程中，极耳会将电子导出，从而引发极片中靠近极耳的位置温度升高，尤其是在电池的大倍率充放过程中，会使电池的温度一致性较差；并且，当电池受到针刺等滥用时，铜箔和/或铝箔会产生较大的毛刺，进而影响电池的安全性能。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种极片，该极片能够使电池在大倍率充放电过程中，电池的温度保持一致，提高电池的安全性能，并且，包括该极片的电池受到针刺等滥用时，极片中的集流体不会产生较大的毛刺，有助于进一步改善电池的安全性能。

本实用新型的电池，由于包括上述的极片，因此具有优异的倍率性能以及安全性能。

本实用新型提供一种极片，其中，包括集流体以及与所述集流体电连接的极耳；

所述集流体包括基体层以及设置在所述基体层至少一个表面的导电层；

所述基体层在厚度方向上具有通孔，所述通孔中填充有导电体，所述导电体与所述导电层电连接；

所述基体层的孔隙率沿远离所述极耳的方向增加。

如上所述的极片，其中，所述集流体包括基体层以及分别设置在所述基体层两个表面的导电层。

如上所述的极片，其中，所述基体层的厚度为1μm-1mm。

如上所述的极片，其中，所述基体层的厚度为3μm-20μm。

如上所述的极片，其中，所述通孔的截面形状选自圆形、椭圆形以及方形中的至少一种。

如上所述的极片，其中，所述通孔的截面形状为圆形，所述圆形的直径为1nm-200nm。

如上所述的极片，其中，所述圆形的直径为10nm-50nm。

如上所述的极片，其中，所述导电层的厚度为0.1μm-1mm。

如上所述的极片，其中，所述导电层的厚度为1μm-10μm。

如上所述的极片，其中，所述极耳位于所述集流体的端部或所述集流体的中部。

本实用新型还提供一种电池，其中，包括如上所述的极片。

本实用新型的极片中，集流体的基体层具有通孔，通孔中填充有导电体，且导电体与导电层电连接，并且基体层的孔隙率沿远离极耳的方向增加，因此本实用新型的极片沿远离极耳的方向电子电导率增加，有助于使极片中远离极耳的位置的电子更多的导出，从而与靠近极耳的位置导出的电子近似相等，使电池在大倍率充放电过程中温度保持一致；并且，由于极片中的集流体包含基体层，当包含该极片的电池受到针刺等滥用时，集流体的毛刺较少，有助于提高电池的安全性能。

本实用新型的电池，由于包括上述的极片，因此在电池进行大倍率充放电时，电池中靠近极耳的位置的温度与远离极耳的位置的温度基本一致，有助于提高电池的安全性能以及倍率性能，并且该电池在受到针刺等滥用时，集流体不容易产生毛刺，能够进一步改善电池的安全性能。

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一简单地介绍，而易见地，下面描述中的附图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为本实用新型一些实施方式中极片的侧视图；

图2为本实用新型另一些实施方式中极片的侧视图。

附图标记说明：

1：极耳；

21：基体层；

22：导电层；

211：通孔；

212：导电体。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型一些实施方式中极片的侧视图；图2为本实用新型另一些实施方式中极片的侧视图。如图1或2所示，本实用新型的第一方面提供一种极片，包括集流体以及与集流体电连接的极耳1；

集流体包括基体层21以及设置在基体层21至少一个功能表面的导电层22；

基体层21在厚度方向上具有通孔211，通孔211中填充有导电体212，导电体212与导电层22电连接；

基体层21的孔隙率沿远离极耳1的方向增加。

可以理解，本实用新型中，集流体与极耳1可以通过模切一体成型实现电连接，也可以通过将极耳1与集流体焊接实现集流体与极耳1的电连接。并且，本实用新型的极片还包括活性层。

本实用新型中，基体层21中面积最大且相对设置的两个表面为基体层21的表面。

本实用新型可以在基体层21的一个表面设置导电层22形成集流体；也可以如图1或2所示，在基体层21的两个表面皆设置导电层22形成集流体。

本实用新型的基体层21具有贯穿厚度方向的通孔211，且通孔211中填充有导电体212，导电体212与导电层22电连接。

本实用新型中，基体层21的孔隙率指的是通孔211的体积占基体层21体积的百分比。

本实用新型对通孔211的大小以及形状都不做特别限定，只要基体层21的孔隙率沿远离极耳1的方向增加即可。

在一些实施方式中，可以使每个通孔211的体积相同，并且沿远离极耳1的方向，使通孔211的个数增加，从而实现基体层21的孔隙率沿远离极耳1的方向增加。

本实用新型中，基体层21的孔隙率可以沿远离极耳1的方向逐渐增加，基体层21的孔隙率也可以沿远离极耳1的方向梯度增加。

可以理解，本实用新型中，每个通孔211中填充的导电体212的材料以及含量皆相同。

由于基体层21的孔隙率沿远离极耳1的方向增加，因此基体层21沿远离极耳1的方向可以填充的导电体212含量增加，进而使集流体沿远离极耳1的方向电子电导率增加。

本实用新型对基体层21不做特别限定，基体层21可以通过本领域常用的具有延展性地材料形成。

在一些实施方式中，基体层21可以包括聚酰亚胺和/或碳布。

当基体层21包括碳布时，基体层21具有优异的机械稳定性以及电化学性能；

本实用新型中，碳布可以为本领域常用的碳布，示例性地，碳布可以为静电纺丝技术制造的高分子材料。

本实用新型的极片可以为正极片，也可以为负极片。

当极片为正极片时，导电层22可以为铝箔，活性层为正极活性层；

当极片为负极片时，导电层22可以为铜箔，活性层为负极活性层。

在本实用新型的一些实施方式中，正极活性层可以包括正极活性材料、导电剂以及粘结剂，并且，基于正极活性层的总质量，导电剂的质量百分含量为0.1-10％，粘结剂的质量百分含量为0.1-10％，其余为正极活性材料。

其中，正极活性层中的导电剂可以选自乙炔黑(AB)、导电炭黑、科琴黑、纳米碳管和石墨烯中的至少一种；

正极活性层中的粘结剂可以选自海藻酸钠(SA)、聚偏氟乙烯、羟基纤维素钠、羟基纤维素锂、丁苯橡胶、聚丙烯酸、四氟乙烯单聚物、六氟丙烯单聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物以及聚乙烯醇中的至少一种；

正极活性材料可以选自镍酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、富锂锰基材料、镍钴铝酸锂、钴酸锂、锰酸锂以及磷酸铁锂中的至少一种。

在本实用新型的一些实施方式中，负极活性层可以包括负极活性材料、导电剂以及粘结剂，并且，基于负极活性层的总质量，导电剂的质量百分含量为0.1-10％，粘结剂的质量百分含量为0.1-10％，其余为负极活性材料。

本实用新型中，负极活性层中的导电剂可以选自天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、碳纤维、导电炭黑、科琴黑、纳米碳管和石墨烯中的至少一种；

负极活性层中的粘结剂可以选自羧甲基纤维素、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、含环氧乙烷的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯酸钠、聚偏氟乙烯、羟基纤维素钠、羟基纤维素锂、丁苯橡胶、聚丙烯酸、四氟乙烯单聚物、六氟丙烯单聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物以及聚乙烯醇中的至少一种；

负极活性材料可以选自中间相碳微球、软碳、硅材料、硅氧材料、钛酸锂、石墨、硬碳以及硅碳中的至少一种。

本实用新型对导电体的材料不做特别限定，导电体212的材料与导电层22的材料可以相同，也可以不同。

示例性地，当极片为正极片时，导电层22为铝箔，导电体的材料可以为铝，也可以为碳粉；

当极片为负极片时，导电层22为铜箔，导电体的材料可以为铜，也可以为碳粉。

本实用新型中，若导电体212的材料与导电层22的材料相同，在制备过程中，导电层22和导电体212可以通过一步实现，例如，可以通过静电喷涂或电镀在基体层21上设置导电层22，在导电层22的设置过程中，导电层22可以进入基体层21的通孔211中，从而使通孔211中填充有导电体212。

本实用新型中，若导电体212的材料与导电层22的材料不相同，在制备过程中，可以先在基体层21的通孔211中填充导电体212，然后在基体层21的表面设置导电层22。

本实用新型的极片，由于极片沿远离极耳1的方向电子电导率增加，有助于使极片中远离极耳1的位置的电子更多的导出，从而与靠近极耳1的位置导出的电子近似相等，使电池在大倍率充放电过程中温度能够保持一致，有助于提高电池的安全性能以及倍率性能；

并且，由于极片中的集流体包含基体层21，当包含该极片的电池受到针刺等滥用时，集流体的毛刺较少，不容易刺穿隔膜，能够避免由于隔膜损坏导致的正极片和负极片的接触，进而避免电池因正极片和负极片接触而引发短路的情况发生，有助于进一步提高电池的安全性能。

如图1或2所示，在本实用新型的一些实施方式中，集流体包括基体层21以及分别设置在基体层21两个表面的导电层22。

本实用新型中，当基体层21的两个功能表面皆设置有导电层22时，导电体212能够使两个表面的导电层22实现电导通，进而有助于进一步提高电池的电化学性能。

在本实用新型的一些实施方式中，当基体层21的厚度为1μm-1mm时，能够在保证电池的机械性能的情况下，提高电池的能量密度。

进一步地，在本实用新型的一些实施方式中，基体层21的厚度为3μm-20μm时，电池具有更为优异的机械性能以及能量密度。

本实用新型对基体层21的通孔211的形状不做特别限定，在本实用新型的一些实施方式中，通孔211的截面形状可以选自圆形、椭圆形以及方形中的至少一种。

在本实用新型的一些实施方式中，当通孔211的截面形状为圆形时，圆形的直径可以为1nm-200nm。

当通孔211的截面为上述尺寸的圆形时，不仅制备方便，能够简化制备工艺，而且能够在保证电池机械性能的情况下，提高电池的能量密度。

进一步地，在本实用新型的一些实施方式中，圆形的直径为10nm-50nm时，电池具有更为优异的机械性能以及能量密度，并且制备工艺简单，适用于广泛推广应用。

本实用新型还可以通过对导电层22的厚度进行进一步地选择，以期在保证电池的机械性能的情况下，进一步提高电池的能量密度以及倍率性能。

在本实用新型的一些实施方式中，导电层22的厚度为0.1μm-1mm。

进一步地，在本实用新型的一些实施方式中，导电层22的厚度为1μm-10μm时，电池具有更为优异的机械性能、能量密度以及倍率性能。

本实用新型对极耳1的设置位置不做特别限定，只要能够实现极耳1与集流体电连接即可。

在本实用新型的一些实施方式中，极耳1位于集流体的端部或集流体的中部。

如图1所示，集流体在长度方向上具有两个相对的端部，可以将极耳1设置于集流体的任意一个端部处。当极耳1位于集流体的端部时，基体层21的孔隙率沿远离端部的方向增加。

如图2所示，可以将极耳1设置于集流体的中部。当极耳1位于集流体的中部时，基体层21的孔隙率沿远离中部的方向增加。

本实用新型的集流体，其厚度处处一致。

本实用新型一些实施方式中的极片可以通过包括以下步骤的方法制备得到：

1)对中间自支撑碳布材料进行清洗处理，然后干燥备用；

2)对碳布材料进行造孔得到包含通孔的基体层21；

3)在基体层21的至少一个表面设置导电层22，设置极耳1，使极耳1与导电层22电连接，并且使基体层21的孔隙率沿远离极耳1的方向增加，得到极片。

其中，步骤1)中的清洗处理，包括使碳布材料依次浸入丙酮、乙醇和去离子水中并进行超声清洗；

步骤2)中的造孔方式可以为激光造孔或物理模板冲切造孔；

步骤3)中导电层22的设置方式可以为静电喷涂或电镀，在导电层22的设置过程中，导电层22可以进入基体层21的通孔211中，从而使通孔211中填充有导电体212。

本实用新型的第二方面提供一种电池，包括上述的极片。

可以理解，本实用新型中可以通过上述的正极片与常规的负极片相互匹配得到，也可以通过上述的负极片与常规的正极片相互匹配得到，还可以通过上述的正极片与上述的负极片相互匹配得到。

可以理解，本实用新型的电池还包括隔膜、外包装以及电解液。

本实用新型一些实施方式中，电池可以通过包括以下步骤的方法制备得到：

将正极片、隔膜以及负极片进行层叠设置得到叠芯，将叠芯置于外包装中，向外包装注入电解液，得到电池。

本实用新型一些实施方式中，电池还可以通过包括以下步骤的方法制备得到：

将正极片、隔膜以及负极片进行层叠设置得到叠芯，对叠芯进行卷绕处理得到电芯，将电芯置于外包装中，向外包装注入电解液，得到电池。

本实用新型中，隔膜设置于正极片和负极片之间，用于防止正极片和负极片因接触而引发短路的现象发生。

本实用新型对隔膜不做特别限定，隔膜可以为本领域常用的隔膜。隔膜的材料可以为聚丙烯隔膜(PP)、聚乙烯隔膜(PE)、聚丙烯/聚乙烯双层复合膜(PP/PE)、聚酰亚胺静电纺丝隔膜(PI)、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合膜(PP/PE/PP)、纤维素无纺布隔膜、带陶瓷涂层的隔膜中的一种。

本实用新型对电解液不做特别限定，电解液可以为本领域常用的电解液。例如，电解液可以包括溶剂以及锂盐，其中，溶剂可以选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、二氟代碳酸乙烯酯(DFEC)、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯(EMC)、乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、环丁砜和γ-丁内酯中的至少一种；锂盐可以选自六氟磷酸锂(LiPF₆)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)和双(三氟甲基磺酸酰)亚氨锂(LiTFSI)中的至少一种。

本实用新型的电池，由于包括上述的极片，因此在电池进行大倍率充放电时，电池中的温度基本一致(靠近极耳1的位置的温度与远离极耳1的位置的温度基本一致)，有助于提高电池的安全性能以及倍率性能，并且该电池在受到针刺等滥用时，集流体不容易产生毛刺，能够进一步改善电池的安全性能。

本实用新型还提供一种装置，该装置的驱动源或能量存储源为前述的电池。

例如，该装置可以是手表、手机、导航仪、无人机、数码式电子设备等任何利用电池作为驱动源或能量存储源的装置。该装置尤其可以为数码式电子设备。

本实用新型的装置，由于包括了前述的电池，因此其驱动源或能量存储源在进行大倍率充放电时，驱动源或能量存储源中的温度基本一致，具有优异的安全性能以及倍率性能，并且该驱动源或能量存储源在受到针刺等滥用时，内部的集流体不容易产生毛刺，能够进一步改善装置的安全性能。因此本实用新型的装置具有优异的安全性能以及较长的使用寿命，客户满意度高。

需要说明的是，在本实用新型的描述中所涉及的数值和数值范围均为近似值，受制造工艺和测量精度的影响，可能会存在一定范围的误差，这部分误差本领域技术人员可以认为忽略不计。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“上”、“下”(如果存在)等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种极片，其特征在于，包括集流体以及与所述集流体电连接的极耳；

所述集流体包括基体层以及设置在所述基体层至少一个表面的导电层；

所述基体层在厚度方向上具有通孔，所述通孔中填充有导电体，所述导电体与所述导电层电连接；

所述基体层的孔隙率沿远离所述极耳的方向增加。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述集流体包括基体层以及分别设置在所述基体层两个表面的导电层。

3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述基体层的厚度为1μm-1mm；和/或，

所述导电层的厚度为0.1μm-1mm。

4.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述基体层的厚度为3μm-20μm；和/或，

所述导电层的厚度为1μm-10μm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的极片，其特征在于，所述通孔的截面形状选自圆形、椭圆形以及方形中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的极片，其特征在于，所述通孔的截面形状为圆形，所述圆形的直径为1nm-200nm。

7.根据权利要求6所述的极片，其特征在于，所述圆形的直径为10nm-50nm。

8.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极耳位于所述集流体的端部。

9.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极耳位于所述集流体的中部。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的极片。

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