CN219419079U - 一种防褶皱的卷绕式正极极片及卷芯 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种防褶皱的卷绕式正极极片及卷芯，该正极极片包括正极集流体和覆盖在所述正极集流体上的正极材料层；所述正极材料层分为第一涂敷区和第二涂敷区；所述第二涂敷区的厚度小于第一涂敷区的厚度；所述第二涂敷区对应正极级片卷绕时的弯折部；所述第一涂敷区和第二涂敷区的宽度以正极级片卷绕起始部位沿卷绕方向逐渐增大；该极片的正极集流体上均覆盖有正极材料层，减少了能量密度的损失；同时，该极片正极材料层的厚度不用，使其卷绕后，极片卷绕处有更大的弯曲应力，能在卷绕处提供多余的应力释放空间，保障电芯内部应力的均匀性，从而保障卷芯及极片的平整度，减少了卷芯变形及极片的褶皱现象。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池极片技术领域，特别涉及一种防褶皱的卷绕式正极极片及卷芯。
背景技术
随着锂离子电池等二次电池的材料技术和制造工艺的不断突破，二次电池被广泛应用到各个领域，给人们的生产生活带来了各种便利。但在二次电池的大规模生产和应用过程中人们发现，现有的卷芯在生产和使用过程中会出现因应力分布不均而导致正极极片出现褶皱的问题，从而严重影响了卷芯的电性能和寿命，而卷芯作为二次电池的重要组成部件，其直接影响了二次电池的电性能和使用寿命，也限制了二次电池的大规模推广应用。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：针对现有正极极片容易出现褶皱而导致电性能和寿命降低的问题，提出了一种防褶皱的卷绕式正极极片及卷芯。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种防褶皱的卷绕式正极极片，包括正极集流体和覆盖在所述正极集流体上的正极材料层；所述正极材料层分为第一涂敷区和第二涂敷区；所述第二涂敷区的厚度小于第一涂敷区的厚度；所述第二涂敷区对应正极级片卷绕时的弯折部；所述第一涂敷区和第二涂敷区的宽度以正极级片卷绕起始部位沿卷绕方向逐渐增大。
本实用新型一种防褶皱的卷绕式正极极片，正极集流体上均覆盖有正极材料层，从而避免了因为间隔涂覆导致正极集流体上部分未涂覆正极材料层而导致的能量密度的损失，能有效提高正极极片的能量密度和循环次数；同时正极材料层的厚度不同，使其在卷绕后，极片卷绕处的厚度小于其他位置的极片厚度，卷绕完成后卷芯卷绕处的空隙会大于主体面的空隙，从而在极片受热膨胀后，能在卷绕处提供多余的应力释放空间，保障电芯内部应力的均匀性，保障了卷芯及极片的平整度，更好的降低卷芯变形及极片褶皱现象。
其中，优选的，所述第二涂敷区的正极极片厚度是第一涂敷区的正极极片厚度的90-95%；例如，所述第二涂敷区的正极极片厚度是第一涂敷区的正极极片厚度的90%、91%、92%、93%、94%或95%；第二涂敷区正极材料层过厚，正极极片的防褶皱效果差，第二涂敷区正极材料层过薄，压制时容易断裂，且会影响正极极片的性能；优选的厚度比例，防褶皱效果好，压制时极片不易断裂。
其中，优选的，所述正极材料层厚度为50-300μm；例如，所述正极材料层厚度可以是50μm、100μm、150μm、200μm、250μm或300μm；优选的正极材料层厚度，正极电极的电性能更好。
其中，优选的，所述正极集流体的厚度为3~30μm；例如，所述正极集流体的厚度可以是3μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm或30μm；优选的正极集流体厚度，正极集流体的电性能更好。
其中，优选的，所述正极集流体为铝箔；铝箔作为正极集流体，电性能好，成本低，原料来源广。
其中，优选的，所述第二涂敷区的厚度沿正极片卷绕方向逐渐增大；优选的厚度变化，正极片的防褶皱效果更好，电性能更优。
其中，优选的，所述正极材料层上设置有凹陷压花；凹陷压花可以降低正极极片卷绕和使用过程中的应力，达到更好防褶皱的效果。
优选的，所述凹陷压花为圆球型、八边形或十二边形；优选的，凹陷压花形状，容易加工，形状更规则，吸收释放的应力更加均匀，电芯的褶皱程度更低，循环次数更多，倍率性能更好。
其中，优选的，所述凹陷压花的直径为2~5mm；例如，所述凹陷压花的直径可以是2.0μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm、4.0μm、4.5μm或5.0μm；直径过小，会导致极片处受到的压强过大，造成极片失效影响电芯性能，直径过大会造成压花形状变为非圆球形，对于应力的吸收释放效果不佳，进而影响褶皱改善的效果降低电芯性能。
其中，优选的，所述凹陷压花的深度为对应正极极片厚度的1/20~1/5；压花深度过小，难以减缓极片膨胀，压花深度过大，会造成极片过压，引起极片失效，降低电池性能。
进一步的，本实用新型还提出了一种防褶皱的卷绕式卷芯；所述卷芯包括卷针和卷绕在所述卷针上的正极极片、负极极片和隔膜；所述隔膜设置在正极极片和负极极片之间；所述正极极片为上述防褶皱的卷绕式正极极片。
其中，优选的，所述正极集流体上第一涂敷区的宽度dn=d1+（n-1）*（a+b+c）；所述非常涂覆区的宽度Ln=L1+3.14 * n *（a+b+c）；其中，d1为卷绕第一圈正极极片的宽度； L1=0~1mm；n为卷绕层数；a为正极极片厚度；b为负极极片厚度；c为隔膜厚度；优选的涂敷区宽度，能更好的降低卷绕时的应力，更好的降低极片褶皱的产生。
其中，优选的，所述正极极片的厚度为10~800μm；例如，所述正极极片的厚度可以是10μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm或800μm；更优选的，所述正极极片的厚度为100~200μm；优选的极片厚度，卷芯的电性能和力学性能更好。
其中，优选的，所述负极极片的厚度为10~800μm；例如，所述负极极片的厚度可以是10μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm或800μm；更优选的，所述负极极片的厚度为100~200μm；优选的极片厚度，卷芯的电性能和力学性能更好。
其中，优选的，所述隔膜的厚度为3~50μm；例如，所述隔膜的厚度可以是3μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm或50μm；优选的隔膜厚度，卷芯的电性能和力学性能更好。
其中，优选的，所述隔膜的至少一面上设置有涂胶层；通过涂胶层，能更好的将正极极片和负极极片粘合，卷芯的电性能更好。
其中，优选的，所述隔膜为PE/PP基膜；优选的隔膜类型，电性能更好，卷芯性能更优。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型的正极极片在正极集流体上均覆盖有正极材料层，从而避免了因为间隔涂覆导致正极集流体上部分未涂覆正极材料层而导致的能量密度的损失，能有效提高正极极片的能量密度和循环次数。
2、本实用新型的正极极片上厚度不同的正极材料层，使其在卷绕后，极片卷绕处的厚度小于其他位置的极片厚度，卷绕完成后卷芯卷绕处的空隙会大于主体面的空隙，从而在极片受热膨胀后，能在卷绕处提供多余的应力释放空间，保障电芯内部应力的均匀性，保障卷芯及极片的平整度，更好的降低卷芯变形及极片褶皱现象。
3、本实用新型的正极极片上的凹陷压花结构，能更好的吸收和分散正极极片在生产和使用过程中卷绕处产生的应力，从而有效防止极片褶皱的产生，对提高极片性能和寿命具有积极作用。
4、本实用新型的卷芯制成成品电芯后，电芯在循环过程中，卷绕处的褶皱问题得到很大改善，循环性能也明显提高，拆解循环电芯后，卷绕处相比正常极片未出现析锂发黑现象，电芯的可靠性更好。
附图说明
图1是本实用新型实施例1中正极极片的正视示意图；
图2是本实用新型实施例1中正极极片的截面示意图；
图3是本实用新型实施例1中卷芯的结构示意图；
图中标记： 1-第一涂敷区；2-第二涂敷区；3-凹陷压花；4-正极集流体；5-正极材料层；6-正极极片；7-隔膜；8-负极极片；9-卷针。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
一种防褶皱的卷绕式正极极片（图1、2），由正极集流体4（厚度为10μm的铝箔）和覆盖在所述正极集流体两面上的正极材料层5（磷酸铁锂正极）组成；正极材料5分为4个第一涂敷区1和3个第二涂敷区2；第二涂敷区2的厚度为190μm（200*95%）（正极材料层5厚度为180μm），第一涂敷区1的极片厚度为200μm（正极材料层5厚度为190μm）；第二涂敷区2对应正极级片卷绕时的弯折部；第1个第一涂敷区的宽度为5.0 mm（即为的卷针9的宽度，设计尺寸为5mm），第2个第一涂敷区的宽度为5.41mm（5+1*（0.2+0.2+0.01）），第3个第一涂敷区的宽度为5.82mm（5+2*（0.2+0.2+0.01）），第4个第一涂敷区的宽度为6.23mm（5+3*（0.2+0.2+0.01）），第1个第二涂敷区的宽度（L1=0.5mm）为1.756mm（0.5+3.14*1*（0.2+0.19+0.01）），第2个第二涂敷区的宽度为3.012mm（0.5+3.14*2*（0.2+0.19+0.01）），第3个第二涂敷区的宽度为4.268mm（0.5+3.14*3*（0.2+0.19+0.01））；所述正极材料层5上设置有凹陷压花3（圆球形、直径为3mm，第二涂敷区2上的压花深度为11.4μm（190*3/50）；第一涂敷区2上的压花深度为16μm（200*2/25））。
采用上述一种防褶皱的卷绕式正极极片制成一种防褶皱的卷绕式卷芯（图3），卷芯包括卷针9和卷绕在卷针9上的正极极片6、负极极片8（石墨、200μm）和隔膜7（10μm）；隔膜7设置在正极极片6和负极极片8之间。
实施例2
一种防褶皱的卷绕式正极极片，由正极集流体4（厚度为10μm的铝箔）和覆盖在所述正极集流体两面上的正极材料层5（磷酸铁锂正极）组成；正极材料5分为4个第一涂敷区1和3个第二涂敷区2；第二涂敷区2的厚度为190μm（200*95%）（正极材料层5厚度为180μm），第一涂敷区1的极片厚度为200μm（正极材料层5厚度为190μm）；第二涂敷区2对应正极级片卷绕时的弯折部；第1个第一涂敷区的宽度为5.0 mm（即为的卷针9的宽度，设计尺寸为5mm），第2个第一涂敷区的宽度为5.41mm（5+1*（0.2+0.2+0.01）），第3个第一涂敷区的宽度为5.82mm（5+2*（0.2+0.2+0.01）），第4个第一涂敷区的宽度为6.23mm（5+3*（0.2+0.2+0.01）），第1个第二涂敷区的宽度（L1=0.5mm）为1.756mm（0.5+3.14*1*（0.2+0.19+0.01）），第2个的宽度为3.012mm（0.5+3.14*2*（0.2+0.19+0.01）），第3个第二涂敷区的宽度为4.268mm（0.5+3.14*3*（0.2+0.19+0.01））。
采用上述一种防褶皱的卷绕式正极极片制成一种防褶皱的卷绕式卷芯，卷芯包括卷针9和卷绕在卷针9上的正极极片6、负极极片8（石墨、200μm）和隔膜7（10μm）；隔膜7设置在正极极片6和负极极片8之间。
实施例3
一种卷绕式正极极片，与实施例2不同之处仅在于第一涂敷区2有凹陷压花（圆球形、直径为3mm，压花深度为20.5μm）。
采用上述一种卷绕式正极极片制成一种卷绕式卷芯，卷芯包括卷针9和卷绕在卷针9上的正极极片6、负极极片8（200μm）和隔膜7（10μm）；隔膜7设置在正极极片6和负极极片8之间。
实施例4
一种卷绕式正极极片，与实施例2不同之处仅在于第二涂敷区1有凹陷压花（圆球形、直径为3mm，压花深度为19.5μm）。
采用上述一种卷绕式正极极片制成一种卷绕式卷芯，卷芯包括卷针9和卷绕在卷针9上的正极极片6、负极极片8（200μm）和隔膜7（10μm）；隔膜7设置在正极极片6和负极极片8之间。
实施例5
一种防褶皱的卷绕式正极极片，由正极集流体4（厚度为10μm的铝箔）和覆盖在所述正极集流体两面上的正极材料层5（磷酸铁锂正极）组成；正极材料5分为4个第一涂敷区1和3个第二涂敷区2；第二涂敷区2的厚度为184μm（200*92%）（正极材料层5厚度为174μm），第一涂敷区1的极片厚度为200μm（正极材料层5厚度为190μm）；第二涂敷区2对应正极级片卷绕时的弯折部；第1个第一涂敷区的宽度为5.0 mm（即为的卷针9的宽度，设计尺寸为5mm），第2个第一涂敷区的宽度为5.41mm（5+1*（0.2+0.2+0.01）），第3个第一涂敷区的宽度为5.82mm（5+2*（0.2+0.2+0.01）），第4个第一涂敷区的宽度为6.23mm（5+3*（0.2+0.2+0.01）），第1个第二涂敷区的宽度（L1=0.5mm）为1.737mm（0.5+3.14*1*（0.2+0.184+0.01）），第2个的宽度为2.974mm（0.5+3.14*2*（0.2+0.184+0.01）），第3个第二涂敷区的宽度为4.211mm（0.5+3.14*3*（0.2+0.184+0.01）） 。
采用上述一种防褶皱的卷绕式正极极片制成一种防褶皱的卷绕式卷芯，卷芯包括卷针9和卷绕在卷针9上的正极极片6、负极极片8（石墨、200μm）和隔膜7（10μm）；隔膜7设置在正极极片6和负极极片8之间。
实施例6
一种防褶皱的卷绕式正极极片，由正极集流体4（厚度为10μm的铝箔）和覆盖在所述正极集流体两面上的正极材料层5（磷酸铁锂正极）组成；正极材料5分为4个第一涂敷区1和3个第二涂敷区2；第二涂敷区2的厚度为180μm（200*90%）（正极材料层5厚度为170μm），第一涂敷区1的极片厚度为200μm（正极材料层5厚度为190μm）；第二涂敷区2对应正极级片卷绕时的弯折部；第1个第一涂敷区的宽度为5.0mm（即为的卷针9的宽度，设计尺寸为5mm），第2个第一涂敷区的宽度为5.41mm（5+1*（0.2+0.2+0.01）），第3个第一涂敷区的宽度为5.82mm（5+2*（0.2+0.2+0.01）），第4个第一涂敷区的宽度为6.23mm（5+3*（0.2+0.2+0.01）），第1个第二涂敷区的宽度（L1=0.5mm）为1.725mm（0.5+3.14*1*（0.2+0.18+0.01）），第2个第二涂敷区的宽度为2.449mm（0.5+3.14*2*（0.2+0.18+0.01）），第3个第二涂敷区的宽度为4.174mm（0.5+3.14*3*（0.2+0.18+0.01））；所述正极材料层5上设置有凹陷压花3（圆球形、直径为3mm，第二涂敷区2上的压花深度为9.0μm（180*1/20）；第一涂敷区2上的压花深度为10μm（200*1/20））。
采用上述一种防褶皱的卷绕式正极极片制成一种防褶皱的卷绕式卷芯，卷芯包括卷针9和卷绕在卷针9上的正极极片6、负极极片8（石墨、200μm）和隔膜7（10μm）；隔膜7设置在正极极片6和负极极片8之间。
实施例7
一种防褶皱的卷绕式正极极片，由正极集流体4（厚度为10μm的铝箔）和覆盖在所述正极集流体两面上的正极材料层5（磷酸铁锂正极）组成；正极材料5分为4个第一涂敷区1和3个第二涂敷区2；第二涂敷区2的厚度为190μm（200*95%）（正极材料层5厚度为180μm），第一涂敷区1的极片厚度为200μm（正极材料层5厚度为190μm）；第二涂敷区2对应正极级片卷绕时的弯折部；第1个第一涂敷区的宽度为5.0 mm（即为的卷针9的宽度，设计尺寸为5mm），第2个第一涂敷区的宽度为5.41mm（5+1*（0.2+0.2+0.01）），第3个第一涂敷区的宽度为5.82mm（5+2*（0.2+0.2+0.01）），第4个第一涂敷区的宽度为6.23mm（5+3*（0.2+0.2+0.01）），第1个第二涂敷区的宽度（L1=0.5mm）为1.756mm（0.5+3.14*1*（0.2+0.19+0.01）），第2个的宽度为3.012mm（0.5+3.14*2*（0.2+0.19+0.01）），第3个第二涂敷区的宽度为4.268mm （0.5+3.14*3*（0.2+0.19+0.01））；所述正极材料层5上设置有凹陷压花3（圆球形、直径为3mm，第二涂敷区2上的压花深度为36μm（180*1/5）；第一涂敷区2上的压花深度为40μm（200*1/5））。
采用上述一种防褶皱的卷绕式正极极片制成一种防褶皱的卷绕式卷芯，卷芯包括卷针9和卷绕在卷针9上的正极极片6、负极极片8（石墨、200μm）和隔膜7（10μm）；隔膜7设置在正极极片6和负极极片8之间。
对比例1
一种卷绕式正极极片，与实施例2不同之处仅在于第二涂敷区2为空白层（即在该处没有正极材料层）。
采用上述一种卷绕式正极极片制成一种卷绕式卷芯，卷芯包括卷针9和卷绕在卷针9上的正极极片6、负极极片8（200μm）和隔膜7（10μm）；隔膜7设置在正极极片6和负极极片8之间。
对比例2
一种卷绕式正极极片，与实施例2不同之处仅在于正极材料层厚度相同（100μm）。
采用上述一种卷绕式正极极片制成一种卷绕式卷芯，卷芯包括卷针9和卷绕在卷针9上的正极极片6、负极极片8（200μm）和隔膜7（10μm）；隔膜7设置在正极极片6和负极极片8之间。
实验例：极片结构对卷芯性能的影响实验
对实施例1-7和对比例1-2的卷芯进行电芯褶皱程度、循环次数（25℃、80%SOH）和电芯倍率性能（3C/1C）的检测实验（每组随机20个样品，取平均值），检测结果如下：
| 序号 | 电芯褶皱程度（%） | 循环次数（次） | 电芯倍率性能（%） |
| 实施例1 | 0.76 | 4675 | 98.3 |
| 实施例2 | 3.12 | 3687 | 95.6 |
| 实施例3 | 2.37 | 3914 | 96.2 |
| 实施例4 | 1.67 | 4187 | 96.7 |
| 实施例5 | 2.98 | 3742 | 94.9 |
| 实施例6 | 0.83 | 4656 | 97.5 |
| 实施例7 | 0.86 | 4636 | 98.1 |
| 对比例1 | 1.12 | 3168 | 93.6 |
| 对比例2 | 4.26 | 3539 | 95.1 |
通过实验结果可知，本实用新型正极极片的结构能有效防止极片褶皱的产生，同时，对卷芯性能也有较好的提升效果。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种防褶皱的卷绕式正极极片，其特征在于，包括正极集流体（4）和覆盖在所述正极集流体上的正极材料层（5）；所述正极材料层（5）分为第一涂敷区（1）和第二涂敷区（2），所述第二涂敷区（2）的厚度小于第一涂敷区（1）的厚度；所述第二涂敷区（2）对应正极级片卷绕时的弯折部；所述第一涂敷区（1）和第二涂敷区（2）的宽度以正极级片卷绕起始部位沿卷绕方向逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的卷绕式正极极片，其特征在于，所述第二涂敷区（2）的正极极片厚度是第一涂敷区（1）正极极片厚度的90-95%。
3.根据权利要求1所述的卷绕式正极极片，其特征在于，所述正极材料层（5）厚度为50-300μm；和/或所述正极集流体（4）的厚度为3~30μm。
4.根据权利要求1所述的卷绕式正极极片，其特征在于，所述第二涂敷区（2）的厚度沿正极片卷绕方向逐渐增大。
5.根据权利要求1-4任一项所述的卷绕式正极极片，其特征在于，所述正极材料层（5）上设置有凹陷压花（3）。
6.根据权利要求5所述的卷绕式正极极片，其特征在于，所述凹陷压花（3）的直径为2~5mm。
7.根据权利要求5所述的卷绕式正极极片，其特征在于，所述凹陷压花（3）的深度为对应正极极片厚度的1/20~1/5。
8.一种防褶皱的卷绕式卷芯，所述卷芯包括卷针（9）和卷绕在所述卷针（9）上的正极极片（6）、负极极片（8）和隔膜（7）；所述隔膜（7）设置在正极极片（6）和负极极片（8）之间；其特征在于，所述正极极片（6）为权利要求1-7任一项所述的防褶皱的卷绕式正极极片。
9.根据权利要求8所述的防褶皱的卷绕式卷芯，其特征在于，所述正极集流体（4）上第一涂敷区（1）的宽度dn=d1+（n-1）*（a+b+c）；非常涂覆区（2）的宽度Ln=L1+3.14 * n *（a+b+c）；其中，d1为卷绕第一圈正极极片的宽度； L1=0~1mm；n为卷绕层数；a为正极极片厚度；b为负极极片厚度；c为隔膜厚度。
10.根据权利要求8或9所述的防褶皱的卷绕式卷芯，其特征在于，所述正极极片（6）的厚度为10~800μm；和/或所述负极极片（8）的厚度为10~800μm；和/或所述隔膜（7）的厚度为3~50μm。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024120492A1 (zh) * | 2022-12-08 | 2024-06-13 | 湖北亿纬动力有限公司 | 一种卷绕式正极极片及其制备方法和卷芯 |
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