CN219513132U - 一种电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池，包括电芯，电芯包括第一极片和第二极片，第一极片和第二极片的极性相反；第二极片包括第二集流体，第二集流体包括相连接的第一区域和第二区域，第二区域设置在第一区域的至少一侧边缘，在电芯的厚度方向，第二区域的厚度大于第一区域的厚度；沿电芯的厚度方向，第一极片的至少一个边沿的投影位于第二区域，且第一极片的边沿和第二极片的边沿不重叠。本实用新型解决了现有的电池在长循环过程中存在负极片边缘析锂的问题。

Description

一种电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池。

背景技术

锂离子电池具有比能量大、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等优势，在消费电子领域具有广泛的应用。随着电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对电池安全性的关注度与要求也越来越高。

在现有的锂离子电池中，当正极涂层边缘超出负极涂层边缘时，会导致负极涂层边缘接收过量的锂离子，从而引发析锂现象，存在安全隐患。当负极涂层的长度和宽度大于正极涂层时，可以使负极涂层完全覆盖正极涂层，避免因正负极错位导致的析锂，负极极片长度和宽度超出正极极片之外的区域称为Overhang区域。具有Overhang区域的锂离子电池虽然在循环初期不易析锂，但因锂离子可扩散到Overhang区域的活性物质层中，导致与正极涂层相对的负极涂层边缘区域可接纳锂含量增多，所以在长循环过程中仍然会引发边缘析锂现象。

虽然现有技术中有通过设置绝缘层、贴胶、调注液量和增加边缘功能涂层等方式改善极片边缘析锂的问题，但是存在操作复杂和效果不明显等缺点。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有的电池在长循环过程中存在负极片边缘析锂的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种电池，包括电芯，电芯包括第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片的极性相反；

所述第二极片包括第二集流体，所述第二集流体包括相连接的第一区域和第二区域，所述第二区域设置在所述第一区域的至少一侧边缘，在所述电芯的厚度方向，所述第二区域的厚度大于所述第一区域的厚度；

沿所述电芯的厚度方向，所述第一极片的至少一个边沿的投影位于所述第二区域，且所述第一极片的边沿和所述第二极片的边沿不重叠。

进一步地，所述第二区域包括第一端和第二端，所述第一端为所述第二区域与所述第一区域相连接的一端，所述第二端为所述第二区域背离所述第一区域的一端，所述第一端和所述第二端之间的间距范围为0.2mm至2mm。

进一步地，所述第二极片还包括第二活性物质层，所述第二活性物质层涂敷在所述第二集流体的至少一侧表面，涂敷在所述第一区域单侧表面的第二活性物质层的厚度为k，位于所述第二区域和所述第一区域的所述第二集流体的厚度之差为h，则0＜h≤0.3k。

进一步地，位于所述第二区域的所述第二集流体和所述第二活性物质层的厚度之和等于位于所述第一区域的所述第二集流体和所述第二活性物质层的厚度之和。

进一步地，从所述第一端至所述第二端，位于所述第二区域的所述第二集流体的厚度相同；

或，位于所述第二区域的所述第二集流体的厚度从所述第一端至所述第二端逐渐变厚。

进一步地，所述第一极片包括第一集流体，所述第一集流体包括相连接的第三区域和第四区域，所述第四区域设置在所述第三区域的至少一侧边缘，在所述电芯的厚度方向，所述第四区域的厚度大于所述第三区域的厚度。

进一步地，所述第四区域包括第三端和第四端，所述第三端为所述第四区域与所述第三区域相连接的一端，所述第四端为所述第四区域背离所述第三区域的一端，所述第三端和所述第四端之间的间距范围不大于1mm。

进一步地，所述第一极片还包括第一活性物质层，所述第一活性物质层涂敷在所述第一集流体的至少一侧表面，涂敷在所述第三区域单侧表面的第一活性物质层的厚度为s，位于所述第四区域和所述第三区域的所述第一集流体的厚度之差为t，则0＜t≤0.3s；

和/或，位于所述第四区域的所述第一集流体和所述第一活性物质层的厚度之和等于位于所述第三区域的所述第一集流体和所述第一活性物质层的厚度之和。

进一步地，从所述第三端至所述第四端，位于所述第四区域的所述第一集流体的厚度相同；

或，位于所述第四区域的所述第一集流体的厚度从所述第三端至所述第四端逐渐变厚。

进一步地，所述第一极片为正极片，所述第二极片为负极片。

本实用新型所述的电池，第二区域的厚度大于第一区域的厚度，使得第二区域表面涂敷的负极活性物质层的厚度要小于第一区域表面涂敷的负极活性物质层的厚度，减薄了负极片边缘区域负极活性物质层的厚度，而第二区域的尺寸大于Overhang区域，能够保证Overhang区域的负极活性物质量减少，有利于减少Overhang区域的锂离子储存空间，从而减少了锂离子的累积量，有利于降低负极活性物质层边缘区域长循环析锂的风险，提高了电芯的安全性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中提供的电芯的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的电芯的另一种结构示意图。

附图标记说明：

1-正极片；2-负极片；3-隔膜；

11-正极集流体；12-正极活性物质层；21-负极集流体；22-负极活性物质层；

111-第三区域；112-第四区域；211-第一区域；212-第二区域。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、详尽地描述。在本实用新型地描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。此外，在本实用新型的描述中，“至少一个”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，术语“在上述实施例的基础上”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个优选实施例或优选示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

结合图1至图2所示，本实施例提供了一种电芯，该电芯包括正极片1(即第一极片)、负极片2(即第二极片)和隔膜3，隔膜3位于正极片1和负极片2之间，正极片1、负极片2和隔膜3可以堆叠形成电芯，正极片1、负极片2和隔膜3也可以卷绕形成电芯；

正极片1包括正极集流体11(即第一集流体)和涂敷在正极集流体11至少一侧表面的正极活性物质层12(即第一活性物质层)；负极片2包括负极集流体21(即第二集流体)和涂敷在负极集流体21至少一侧表面的负极活性物质层22(即第二活性物质层)，负极集流体21包括相连接的第一区域211和第二区域212，第二区域212设置在第一区域211的至少一侧边缘，在电芯的厚度方向，第二区域212的厚度大于第一区域211的厚度，且沿电芯的厚度方向，正极片1的至少一个边沿的投影位于第二区域212，正极片1的边沿和负极片2的边沿不重叠，也即，正极片1的边沿和负极片2的边沿之间的距离为c，第二区域212的尺寸为a，则0＜c≤a。

作为一种可选实施方式，若正极片1、负极片2和隔膜3堆叠形成电芯，则第二区域212设置在第一区域211的四周边缘，即第一区域211的外围环绕设置有第二区域212，且沿电芯的厚度方向，正极片1的四个边沿的投影均位于第二区域212，正极片1的边沿和负极片2的边沿不重叠。

作为另一种可选实施方式，若正极片1、负极片2和隔膜3卷绕形成电芯，则负极片2沿卷绕方向的两个侧边的边缘设置有第二区域212，即第二区域212设置在第一区域211沿卷绕方向的两侧边缘，且沿电芯的厚度方向，正极片1沿卷绕方向的两个边沿的投影均位于第二区域212，正极片1的边沿和负极片2的边沿不重叠。

需要说明的是，本实施例中，边沿指正极片1和负极片2沿电芯的长度方向和宽度方向的侧边，边缘指正极片1和负极片2靠近侧边的区域。

本实施例中，正极片的边沿沿电芯的厚度方向的投影位于第二区域，正极片的边沿和负极片的边沿不重叠，可以保证该电芯具有Overhang区域，且第二区域的尺寸大于Overhang区域；本实施例中第二区域的厚度大于第一区域的厚度，使得第二区域表面涂敷的负极活性物质层的厚度要小于第一区域表面涂敷的负极活性物质层的厚度，减薄了负极片边缘区域负极活性物质层的厚度，而第二区域的尺寸大于Overhang区域，能够保证Overhang区域的负极活性物质量减少，有利于减少Overhang区域的锂离子储存空间，从而减少了锂离子的累积量，有利于降低负极活性物质层边缘区域长循环析锂的风险，提高了电芯的安全性。

本实施例中，第二区域212包括第一端和第二端，第一端为第二区域212与第一区域211相连接的一端，第二端为第二区域212背离第一区域211的一端，即第二端为负极片2的边沿。在上述实施例的基础上，第一端和第二端之间的间距范围为0.2mm至2mm，即第二区域212的尺寸为a，0.2mm≤a≤2mm，由此，能够避免第二区域212的尺寸太小，容易造成正负极错位，不利于电芯的装配，同时避免第二区域212的尺寸太大，负极片2的边缘区域过大，使得负极活性物质的余量过多，造成电芯的能量密度损失较大。

本实施例中，位于第二区域212的负极集流体21和涂敷在第二区域212表面的负极活性物质层22的厚度之和等于位于第一区域211的负极集流体21和涂敷在第一区域211表面的负极活性物质层22的厚度之和，以保证负极片2表面的平整性。在上述实施例的基础上，涂敷在第一区域211单侧表面的负极活性物质层22的厚度为k，位于第二区域212和第一区域211的负极集流体21的厚度之差为h，则0＜h≤0.3k，由此，能够避免位于第二区域212和第一区域211的负极集流体21厚度之差过大，使负极集流体21的边缘区域的厚度过大，负极片2的边缘区域涂敷的负极活性物质层22的厚度较小，造成电芯的能量密度损失较大。

本实施例中，位于第二区域212的负极集流体21从第一端至第二端的厚度可以均相同，即如图1所示；位于第二区域212的负极集流体21的厚度从第一端至第二端也可以逐渐变厚，其中，从第一端至第二端的厚度逐渐变厚包括：位于第二区域212的负极集流体21的厚度从第一端至第二端呈直线性逐渐变厚(即如图2所示)、或呈曲线型逐渐变厚、或呈阶梯性逐渐变厚。

本实施例中，在负极集流体21沿厚度方向的至少一个表面，位于第二区域212的负极集流体21凸出设置于位于第一区域211的负极集流体21，具体地，负极集流体21包括沿厚度方向相对设置的第一表面和第二表面，可以是，在第一表面，位于第一区域211和第二区域212的负极集流体21齐平，在第二表面，位于第二区域212的负极集流体21凸出设置于位于第一区域211的负极集流体21(如图1和图2所示)；也可以是，在第一表面和第二表面，位于第二区域212的负极集流体21均凸出设置于位于第一区域211的负极集流体21；若在第一表面和第二表面，位于第二区域212的负极集流体21均凸出设置于位于第一区域211的负极集流体21，则两侧表面的第二区域212的增厚情况可以相同，也可以不同，例如：在第一表面，位于第二区域212的负极集流体21从第一端至第二端的厚度均相同，在第二表面，位于第二区域212的负极集流体21的厚度从第一端至第二端呈直线性逐渐变厚，本领域的技术人员可以根据实际情况进行设置。

本实施例中，正极集流体11可以采用常规结构的集流体，即正极集流体边缘区域和中间区域的厚度均相同；正极集流体11也可以采用边缘区域增厚的集流体。在上述实施例的基础上，正极集流体11采用边缘区域增厚的集流体，具体地，正极集流体11包括相连接的第三区域111和第四区域112，第四区域112设置在第三区域111的至少一侧边缘，在电芯的厚度方向，第四区域112的厚度大于第三区域111的厚度，由此，第四区域112的厚度大于第三区域111的厚度，使得第四区域112表面涂敷的正极活性物质层12的厚度要小于第三区域111表面涂敷的正极活性物质层12的厚度，增大了正极集流体11边缘区域的厚度，减薄了正极片1边缘区域正极活性物质层12的厚度，使正极片1边缘区域的正极活性物质量减少，有利于增大正极片1边缘区域的N/P比值(N代表负极单位面积可逆容量，P代表正极单位面积可逆容量)，从而降低了负极片2边缘区域的嵌锂压力，达到了抑制析锂的目的，有利于进一步提高电芯的安全性。

作为一种可选实施方式，第四区域112设置在第三区域111的四周边缘，即第三区域111的外围环绕设置有第四区域112；作为另一种可选实施方式，正极片1沿卷绕方向的两个侧边的边缘设置有第四区域112，即第四区域112设置在第三区域111沿卷绕方向的两侧边缘。

本实施例中，第四区域112包括第三端和第四端，第三端为第四区域112与第三区域111相连接的一端，第四端为第四区域112背离第三区域111的一端，即第四端为正极片1的边沿。在上述实施例的基础上，第三端和第四端之间的间距范围不大于1mm，即第四区域112的尺寸为b，0＜a≤1mm，由此，能够避免第四区域112的尺寸太大，正极片1的边缘区域过大，使得正极活性物质层的涂敷量减少，造成电芯的能量密度损失较大。

本实施例中，位于第四区域112的正极集流体11和涂敷在第四区域112表面的正极活性物质层12的厚度之和等于位于第三区域111的正极集流体11和涂敷在第三区域111表面的正极活性物质层12的厚度之和，以保证正极片1表面的平整性。在上述实施例的基础上，涂敷在第三区域111单侧表面的正极活性物质层12的厚度为s，位于第四区域112和第三区域111的正极集流体11的厚度之差为t，则0＜t≤0.3s，由此，能够避免位于第四区域112和第三区域111的正极集流体11厚度之差过大，使正极集流体11的边缘区域的厚度过大，正极片1的边缘区域涂敷的正极活性物质层12的厚度较小，造成电芯的能量密度损失较大。

本实施例中，位于第四区域112的正极集流体11从第三端至第四端的厚度可以均相同，即如图1所示，位于第四区域112的正极集流体11的厚度从第三端至第四端也可以逐渐变厚，即如图2所示，其中，从第三端至第四端的厚度逐渐变厚包括：位于第四区域112的正极集流体11的厚度从第三端至第四端呈直线性逐渐变厚、或呈曲线型逐渐变厚、或呈阶梯性逐渐变厚。

本实施例中，在正极集流体11沿厚度方向的至少一个表面，位于第四区域112的正极集流体11凸出设置于位于第三区域111的正极集流体11，具体地，正极集流体11包括沿厚度方向相对设置的第三表面和第四表面，可以是，在第三表面，位于第三区域111和第四区域112的正极集流体11齐平，在第四表面，位于第四区域112的正极集流体11凸出设置于位于第三区域111的正极集流体11(如图1和图2所示)；也可以是，在第三表面和第四表面，位于第四区域112的正极集流体11均凸出设置于位于第三区域111的正极集流体11；若在第三表面和第四表面，位于第四区域112的正极集流体11均凸出设置于位于第三区域111的正极集流体11，则两侧表面的第四区域112的增厚情况可以相同，也可以不同，本领域的技术人员可以根据实际情况进行设置。

为说明正极集流体11和负极集流体21边缘区域的增厚对电池边缘析锂离现象的改善情况，本实施例示出一例对照实验，该实验包括两组实验组和一组对照组，对照组和实验组除了正极片1和负极片2边缘区域的设置不同外，正极片1和负极片2的尺寸等其他变量完全相同，对照组和实验组具体设置如下：

实验组1：在负极集流体21的边缘区域设置增厚的第二区域212，第二区域212的宽度a为1mm，第二区域212的负极集流体21增厚h＝0.15k，k为涂敷在第一区域211单侧表面的负极活性物质层22的厚度，且第二区域212各个位置增加的厚度均相同；

在正极集流体11的边缘区域设置增厚的第四区域112，第四区域112的宽度b为0.5mm，第四区域112增厚t＝0.15s，s为涂敷在第三区域111单侧表面的正极活性物质层12的厚度，且第四区域112各个位置增加的厚度均相同；

实验组1中正极片1和负极片2的结构示意图如图1所示；

实验组2：在负极集流体21的边缘区域设置增厚的第二区域212，第二区域212的宽度a为1mm，位于第二区域212的负极集流体21的厚度从第一端至第二端呈直线性逐渐变厚，距离第一端为xmm的位置，第二区域212的负极集流体21厚度h_x＝(8+11.2x)μm，且h_x≤0.2k，其中8μm为位于第一区域211的负极集流体21的厚度(即负极集流体21未增厚时的厚度)；k为涂敷在第一区域211单侧表面的负极活性物质层22的厚度；

在正极集流体11的边缘区域设置增厚的第四区域112，第四区域112的宽度b为0.5mm，位于第四区域112的正极集流体11的厚度从第三端至第四端呈直线性逐渐变厚，距离第三端为ymm的位置，第四区域112的正极集流体11厚度t_y＝(10+17.6y)μm，且t_y≤0.2s，其中10μm为位于第三区域111的正极集流体11的厚度(即正极集流体11未增厚时的厚度)；s为涂敷在第三区域111单侧表面的正极活性物质层12的厚度；

实验组2中正极片1和负极片2的结构示意图如图2所示；

对照组：正极集流体11边缘区域和负极集流体21的边缘区域均未设置增厚区域。

对上述各组制备得到的电池进行如下性能测试，测试过程为：

将实施例和对比例的电池，在室温下，以150mA恒流充电至4.45V，恒压充电到15mA，静置10min，以75mA放电至3V，静置10min，以此充放电步骤循环测试600次，最后充满电，拆解电池，观察负极片2边缘区域的析锂情况。

实验组1和实验组2中的负极片2的边缘未出现析锂现象，而对照组中的负极片2的边缘出现析锂现象。由此说明，本实施例中通过在正极集流体11的边缘区域和负极集流体21的边缘区域设置增厚区，能够使负极片2边缘的析锂情况得到明显改善。

在一种具体的实施方式中，电池的制作流程如下：

负极集流体21为铜箔，负极活性物质层22为石墨、碳黑、羧甲基纤维素锂、丁苯橡胶质量比为97：0.4：1.2：1.4的均匀混合物；位于负极边缘的第二区域212的尺寸a＝1mm，位于负极内部的第一区域211中，负极集流体21厚度为8μm，单侧表面的负极活性物质层22的厚度k＝56μm，负极活性物质层22的面密度为9.6mg/cm²；位于负极边缘的第二区域212中，负极集流体21厚度为16.4μm，增厚h＝0.15k，负极活性物质层22的厚度为47.6μm，负极活性物质层22的面密度为8.16mg/cm²。

负极集流体21和负极活性物质层22的边沿对齐，负极片2长度8cm，宽度6cm。负极集流体21上焊接有镍极耳。

正极集流体11为铝箔，正极活性物质层12为钴酸锂、碳黑、聚偏氟乙烯质量比为97：1：2的均匀混合物；位于正极边缘的第四区域112的尺寸b＝0.5mm；位于正极内部的第三区域111中，正极集流体11厚度为10μm，单侧表面的正极活性物质层12的厚度s＝44μm，正极活性物质层12的面密度为18mg/cm²；位于正极边缘的第四区域112中，正极集流体11厚度为16.6μm，增厚t＝0.15s，正极活性物质层12的厚度为37.4μm，正极活性物质层12的面密度为15.3mg/cm²。

正极集流体11和正极活性物质层12的边沿对齐，正极片1长度7.9cm，宽度5.9cm。正极集流体11上焊接有铝极耳。

聚乙烯隔膜长度8.2cm，宽度6.2cm。

将正极1、隔膜3、负极2居中对齐堆叠，并用绝缘胶固定位置，此时正极片边沿与负极片边沿的距离c＝0.5mm，得到电芯，将该电芯置于铝塑膜壳体中，注入0.3g含有EC、PC、PP、LiPF₆、FEC、PS且质量比例为13:13:50:15:5:4的电解液，然后经过封口、陈化、化成、二封、分选等工序，得到锂离子电池。

另外，正极片1和负极片2的结构、功能以及工作原理在上述实施例中进行了详细的介绍，此处不再赘述。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于，包括电芯，所述电芯包括第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片的极性相反；

所述第二极片包括第二集流体，所述第二集流体包括相连接的第一区域和第二区域，所述第二区域设置在所述第一区域的至少一侧边缘，在所述电芯的厚度方向，所述第二区域的厚度大于所述第一区域的厚度；

沿所述电芯的厚度方向，所述第一极片的至少一个边沿的投影位于所述第二区域，且所述第一极片的边沿和所述第二极片的边沿不重叠。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第二区域包括第一端和第二端，所述第一端为所述第二区域与所述第一区域相连接的一端，所述第二端为所述第二区域背离所述第一区域的一端，所述第一端和所述第二端之间的间距范围为0.2mm至2mm。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第二极片还包括第二活性物质层，所述第二活性物质层涂敷在所述第二集流体的至少一侧表面，涂敷在所述第一区域单侧表面的第二活性物质层的厚度为k，位于所述第二区域和所述第一区域的所述第二集流体的厚度之差为h，则0＜h≤0.3k。

4.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，位于所述第二区域的所述第二集流体和所述第二活性物质层的厚度之和等于位于所述第一区域的所述第二集流体和所述第二活性物质层的厚度之和。

5.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，从所述第一端至所述第二端，位于所述第二区域的所述第二集流体的厚度相同；

或，位于所述第二区域的所述第二集流体的厚度从所述第一端至所述第二端逐渐变厚。

6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一极片包括第一集流体，所述第一集流体包括相连接的第三区域和第四区域，所述第四区域设置在所述第三区域的至少一侧边缘，在所述电芯的厚度方向，所述第四区域的厚度大于所述第三区域的厚度。

7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述第四区域包括第三端和第四端，所述第三端为所述第四区域与所述第三区域相连接的一端，所述第四端为所述第四区域背离所述第三区域的一端，所述第三端和所述第四端之间的间距范围不大于1mm。

8.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述第一极片还包括第一活性物质层，所述第一活性物质层涂敷在所述第一集流体的至少一侧表面，涂敷在所述第三区域单侧表面的第一活性物质层的厚度为s，位于所述第四区域和所述第三区域的所述第一集流体的厚度之差为t，则0＜t≤0.3s；

和/或，位于所述第四区域的所述第一集流体和所述第一活性物质层的厚度之和等于位于所述第三区域的所述第一集流体和所述第一活性物质层的厚度之和。

9.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，从所述第三端至所述第四端，位于所述第四区域的所述第一集流体的厚度相同；

或，位于所述第四区域的所述第一集流体的厚度从所述第三端至所述第四端逐渐变厚。

10.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一极片为正极片，所述第二极片为负极片。