CN219626686U - 负极片和电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电池领域，具体涉及负极片以及包括该负极片的电池。所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面的负极活性材料层；在所述负极片的宽度方向上，所述负极活性材料层两侧表面设置有若干个孔；设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度占所述负极活性材料层总宽度L的40％‑85％。本实用新型的负极片在宽度方向两侧表面设置若干个孔，并且设置有孔的负极活性材料层的宽度在一定的范围内，可以在保证电池能量密度的前提下，改善电解液的浸润和吸收，有效解决了负极片在宽度方向两侧容易析锂的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池领域，具体涉及负极片以及包括该负极片的电池。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、充电速度快等优点，已经成为了目前应用最为广泛的二次电池。随着数码产品应用越来越广，消费者对电池充电速度的要求也越来越高，手段之一是提升充电倍率，但是，在大倍率充电下，循环中后期，在极片宽度方向两侧的位置，容易形成析锂黑斑，影响电池的使用寿命和安全性能。
因此，发现一种具有大倍率充电能力并且析锂风险小的电池是十分重要的。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种负极片以及包括该负极片的电池。本实用新型的负极片在宽度方向两侧表面设置若干个孔，并且设置有孔的负极活性材料层的宽度在一定的范围内，可以在保证电池能量密度的前提下，改善电解液的浸润和吸收，有效解决了负极片在宽度方向两侧容易析锂的问题。
本实用新型第一方面提供了一种负极片，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面的负极活性材料层；在所述负极片的宽度方向上，所述负极活性材料层两侧表面设置有若干个孔；设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度占所述负极活性材料层总宽度L的40％-85％。
在一实例中，设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度占所述负极活性材料层总宽度L的60％-70％。
在一实例中，所述负极片还包括极耳槽和极耳，所述极耳槽设置在所述负极集流体宽度方向上的任意一侧，所述极耳设置在所述极耳槽上；在设置有所述极耳的一侧，设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度为L1；在未设置有所述极耳的一侧，设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度为L2；满足L1≥L2。
在一实例中，L1：L2＝(2-8)：1。
在一实例中，L2至少占L的5％。
在一实例中，所述极耳槽在所述负极集流体上的长度为D，满足L1-D≥5mm。
在一实例中，L1-D为10mm-25mm。
在一实例中，所述孔的孔径为5μm-150μm；所述孔的孔深为5μm-100μm；所述孔的孔距为10μm-1000μm。
本实用新型第二方面提供了一种电池，所述电池包括本实用新型第一方面所述的负极片。
在一实例中，所述电池还包括正极片，在所述负极片宽度方向上，所述负极片超出所述正极片的尺寸为E，满足L1+L2-E为37mm-62mm。
通过上述技术方案，本实用新型与现有技术相比至少具有以下优势：
(1)本实用新型的负极片在宽度方向两侧表面设置若干个孔，有利于电解液的浸润和吸收，提升了负极片宽度方向上两侧区域的动力学性能，有效解决了负极片在宽度方向两侧容易析锂的问题；
(2)本实用新型的负极片在宽度方向上，两侧设置有孔的负极活性材料层的宽度在一定的范围内，能够在改善电池析锂问题的基础上尽可能减小对电池能量密度的影响；
(3)本实用新型的负极片，在设置有极耳的一侧，设置有孔的负极活性材料层的宽度与在未设置有极耳的一侧，设置有孔的负极活性材料层的宽度具有特定的比例，能够进一步解决极耳侧更容易析锂的问题。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
附图说明
图1所示为本实用新型所述负极片的截面示意图。
图2所示为本实用新型所述负极片的俯视示意图。
图3所示为本实用新型所述负极片的极耳设置示意图。
图4所示为本实用新型所述负极片的俯视示意图。
附图标记说明
1-负极集流体；2-负极活性材料层；3-孔；4-极耳槽；5-极耳。
具体实施方式
以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
本实用新型第一方面提供了一种负极片，所述负极片可以包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面的负极活性材料层。例如图1所示为本实用新型所述负极片的截面示意图，其中图1(a)为所述负极活性材料层单侧设置的情况，图1(b)为所述负极活性材料层两侧设置的情况；在图1(a)中，所述负极片包括负极集流体1和设置在所述负极集流体1一侧表面的负极活性材料层2；在图1(b)中，所述负极片包括负极集流体1和设置在所述负极集流体1两侧表面的负极活性材料层2。
在本实用新型中，所述负极活性材料层可以为单层负极活性材料层，也可以为多层负极活性材料层。例如，所述负极片包括负极集流体和依次层叠设置在所述负极集流体一侧表面的第一活性材料层和第二活性材料层；又例如，所述负极片包括负极集流体和依次层叠设置在所述负极集流体两侧表面的第一活性材料层、第二活性材料层和第三活性材料层。
在本实用新型中，在所述负极片的宽度方向上，所述负极活性材料层两侧表面设置有若干个孔；设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度可以占所述负极活性材料层总宽度L的40％-85％(例如40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％或85％)。
在本实用新型中，“所述负极片的宽度方向”指的是沿所述负极片的短边的方向；“设置有所述孔的得到负极活性材料层的宽度”指的是，在所述负极片的宽度方向上，所述负极活性材料层边缘至所述孔的边缘的最大尺寸。如图2所示为本实用新型所述负极片的俯视示意图，在图2中，在所述负极片宽度方向上，所述负极活性材料层两侧表面设置有若干个孔3，设置有所述孔3的所述负极活性材料层的宽度为a+b，所述负极活性材料层的总宽度为L。
在大倍率充电条件下，电池循环的中后期，在极片宽度方向两侧的位置容易析锂形成黑斑，影响电池的使用寿命和安全性能，本实用新型的发明人发现，在负极活性材料层宽度方向上的两侧表面设置孔，能够有效降低负极片宽度方向两侧析锂的风险，并提高电池的快充能力，其原因可能在于：在负极活性材料层宽度方向上的两侧表面进行造孔，可以显著改善电解液对负极片宽度方向上两侧的负极活性材料的浸润性，缩短了锂离子在充电过程中的扩散距离，减小了锂离子在充电过程中的传输阻力，从而提高了电池的快充能力，减小了电池在大倍率充电环境下负极片宽度方向上两侧析锂的风险。
在一实例中，设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度占所述负极活性材料层总宽度L的50％-80％。
在一实例中，设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度占所述负极活性材料层总宽度L的60％-70％。
本实用新型的发明人发现，当设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度占所述负极活性材料层总宽度L的值在特定范围内时，电池在大倍率充电条件下，所述负极片宽度方向两侧析锂风险较低，且可以提升电池的能量密度。
在本实用新型中，所述负极片还可以包括极耳槽和极耳，所述极耳槽可以设置在所述负极集流体宽度方向上的任意一侧，所述极耳设置在所述极耳槽上。如图3所示为本实用新型所述负极片的极耳设置示意图，其中图3(a)和图3(b)分别为所述极耳槽在所述负极集流体宽度方向上不同侧设置的情况；在图3(a)和图3(b)中所述极耳5设置在所述极耳槽4上。
在本实用新型中，在设置有所述极耳的一侧，设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度为L1；在未设置有所述极耳的一侧，设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度为L2；满足L1≥L2。如图4所示为本实用新型所述负极片的俯视示意图，在图4中，在设置有所述极耳5的一侧，设置有所述孔3的所述负极活性材料层的宽度为L1，在未设置有所述极耳5的一侧，设置有所述孔3的所述负极活性材料层的宽度为L2。
在一实例中，所述L1>L2。
在大倍率充电条件下，电池循环的中后期，在极片宽度方向上，极耳侧比非极耳侧更容易析锂形成黑斑，本实用新型的发明人发现，当极耳侧设置有孔的所述负极活性材料层的宽度比非极耳侧设置有孔的所述负极活性材料层的宽度大时，可以显著改善极耳侧的析锂问题。
在本实用新型中，L1：L2＝(2-8)：1，例如2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1或8:1。
在一实例中，L1：L2＝(5-6)：1。
在本实用新型中，L2至少占L的5％，例如L2占L的5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％。
在一实例中，L2至少占L的10％。
本实用新型的发明人发现，当L2与L的比值大于某特定值内时，所述非极耳侧析锂的风险显著降低。
在本实用新型中，所述极耳槽在所述负极集流体上的长度为D，满足L1-D≥5mm，例如L1-D等于5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm或30mm。如图4所示，所述极耳槽4在所述负极集流体上的长度为D。
在一实例中，L1-D为6mm-30mm。
在一实例中，L1-D为10mm-25mm。
在本实用新型中，所述孔的孔径可以为5μm-150μm(例如5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm或150μm)。
在一实例中，所述孔的孔径为50μm-70μm。
在本实用新型中，所述孔的孔深可以为5μm-100μm(例如5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm或100μm)。
在一实例中，所述孔的孔深为20μm-35μm。
在本实用新型中，所述孔的孔距可以为10μm-1000μm(例如10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm)。
在一实例中，所述孔的孔距为100μm-150μm。
在本实用新型中，所述孔在所述负极活性材料层表面的投影的形状可以是规则的，也可以是非规则的，均可以实现很好的效果。所述“孔径”、“孔深”和“孔距”具有本领域常规的含义，所述“孔径”通常可以理解为，当所述孔在所述负极活性材料层表面的投影的形状是圆形时，所述孔径为该圆形的直径；当所述孔在所述负极活性材料层表面的投影的形状是非圆形时，所述孔径为与其具有相同技术效果的某一圆形的直径的等效直径。所述“孔深”指的是，所述孔内最低点至所述负极活性材料层表面的垂直距离。所述“孔距”指的是，相邻的两个孔的边缘的最短距离。
在本实用新型中，所述孔径可以通过SEM进行测试，测量得到。所述孔深可以先对所述负极片进行氩离子抛光测试，后通过SEM测量得到。所述孔距可以通过显微镜或SEM进行测试，测量得到。
在本实用新型中，对所述孔的造孔方式不做特殊限定，所述孔的造孔方式可以是激光打孔，也可以是物理打孔，均可以实现很好的效果。
在本实用新型中，所述孔的孔深与所述负极活性材料层的厚度的比值H可以为0<H≤70％，例如H＝0.1％、0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％或70％。
在一实例中，所述孔的孔深与所述负极活性材料层的厚度的比值H为50％-70％。
在本实用新型中，所述负极活性材料层的厚度指的是单侧负极活性材料层的厚度。
在本实用新型中，所述负极活性材料层可以包括负极活性材料、导电剂和粘结剂。
所述负极活性材料可以选用本领域常规使用的负极活性材料，例如为石墨、硅碳复合物、硅合金、硅氧化物、硅碳化物或金属颗粒。所述导电剂可以选用本领域常规使用的导电剂，例如为导电炭黑、乙炔黑、科琴黑或碳纳米管。所述粘结剂可以选用本领域常规使用的粘结剂，例如为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶或羧甲基纤维素钠。
在本实用新型中，以所述负极活性材料层的总重量为基准，所述负极活性材料的含量可以为80％-99％重量份(例如80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％重量份)，所述导电剂的含量可以为0.5％-10％重量份(例如10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％或0.5％重量份)，所述粘结剂的含量可以为0.5％-10％重量份(例如10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％或0.5％重量份)。
所述负极集流体可以选自本领域常规使用的负极集流体，例如可以为铜箔。
本实用新型的负极片在宽度方向两侧表面设置若干个孔，并且设置有孔的负极活性材料层的宽度在一定的范围内，可以在保证电池能量密度的前提下，改善电解液的浸润和吸收，有效解决了负极片在宽度方向两侧容易析锂的问题。
本实用新型第二方面提供了一种电池，所述电池包括本实用新型第一方面所述的负极片。
在本实用新型中，所述电池还可以包括正极片，在所述负极片宽度方向(与所述正极片的宽度方向相同)上，所述负极片超出所述正极片的尺寸为E，满足L1+L2-E为37mm-62mm，例如37mm、38mm、39mm、40mm、41mm、42mm、43mm、44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm、50mm、51mm、52mm、53mm、54mm、55mm、56mm、57mm、58mm、59mm、60mm、61mm或62mm。
在一实例中，L1+L2-E为45mm-54mm。
在本实用新型中，所述正极片可以包括正极集流体和设置于所述正极集流体至少一侧表面的正极活性涂层。
在本实用新型中，所述电池除所述负极片以外的材料和制备方法均可以按照本领域的方式进行，均能够实现兼顾降低析锂风险和提高快充性能的目的。
在本实用新型中，所述电池可以为卷绕式电池，也可以为叠片式电池。
所述电池还可以包括隔膜和电解液。
例如，所述隔膜采用聚乙烯膜。
以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。本实用新型所描述的实施例仅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，都属于本实用新型保护的范围。
在以下实例中，在没有特别说明的情况下，所用的材料均为商购的分析纯。
实施例1
制备本实用新型的电池至少包括以下步骤：
(1)正极片的制备：
将钴酸锂、乙炔黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为97:1.5:1.5混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌均匀，制备得到固含量为75％的正极活性浆料；将制备得到的正极活性浆料均匀涂布在铝箔(厚度为9μm)两侧外表面上，100℃条件下烘干，冷压，裁切成77mm×1225mm的规格并焊接极耳，得到正极片，其中，所述正极片的厚度为80μm；
(2)负极片的制备：
将人造石墨、乙炔黑、丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠按照质量比为97:1:1:1混合，加入去离子水，制备得到固含量为60％的负极活性浆料；将制备得到的负极活性浆料均匀涂布在铜箔(厚度为4μm)两侧外表面上，110℃条件下烘干，冷压，裁切成78.5mm×1227mm的规格并焊接极耳，激光打孔，得到负极片，其中，所述负极片的厚度为95μm；
(3)电解液的制备：
在含水量小于10ppm的环境下，将非水有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸亚丙酯(PC)、丙酸丙酯(PP)和碳酸亚乙烯酯(VC)按照质量比为20:30:20:28:2混合，再加入六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，得到电解液，其中，LiPF6与非水有机溶剂的质量比为9:91；
(4)电池的制备：
将步骤(1)得到的正极片、步骤(2)得到的负极片和隔膜(聚乙烯膜)卷绕制成电芯，注入步骤(3)得到的电解液，制备得到电池。
实施例2-7参照实施例1进行，所不同的是，孔的参数和设置位置以及极耳槽的设置位置不同，具体如表1所示。
表1
| L1/mm | L2/mm | L1:L2 | L/mm | (L1+L2)/L | D/mm | L1-D/mm | 孔径/μm | 孔深/μm | 孔距/μm | |
| 实施例1 | 43.1 | 7.9 | 5.5:1 | 78.5 | 65％ | 25 | 18.1 | 59.6 | 27.3 | 120 |
| 实施例2 | 39.2 | 7.9 | 5:1 | 78.5 | 60％ | 25 | 14.2 | 50.6 | 22.8 | 100 |
| 实施例3 | 47.1 | 7.9 | 6:1 | 78.5 | 70％ | 25 | 22.1 | 68.5 | 31.9 | 150 |
| 实施例4a | 33.3 | 6 | 5.5:1 | 78.5 | 50％ | 15.2 | 18.1 | 59.6 | 27.3 | 120 |
| 实施例4b | 53.1 | 9.7 | 5.5:1 | 78.5 | 80％ | 35 | 18.1 | 59.6 | 27.3 | 120 |
| 实施例5a | 34 | 17 | 2:1 | 78.5 | 65％ | 15.9 | 18.1 | 59.6 | 27.3 | 120 |
| 实施例5b | 45.3 | 5.7 | 8:1 | 78.5 | 65％ | 27.2 | 18.1 | 59.6 | 27.3 | 120 |
| 实施例6 | 25.5 | 25.5 | 1:1 | 78.5 | 65％ | 15.5 | 10 | 59.6 | 27.3 | 120 |
| 实施例7a | 43.1 | 7.9 | 5.5:1 | 78.5 | 65％ | 37.1 | 6 | 59.6 | 27.3 | 120 |
| 实施例7b | 43.1 | 7.9 | 5.5:1 | 78.5 | 65％ | 15.1 | 28 | 59.6 | 27.3 | 120 |
对比例1
参照实施例1进行，所不同的是，不进行激光打孔。
对比例2
参照实施例1进行，所不同的是，在负极活性材料层两侧外表面整面打孔。
测试例
(1)快充测试
将实施例和对比例制备得到的电池在25℃温度下，进行充电和放电循环20次，之后对电池进行拆解，观察是否析锂，将结果记于表2，其中充电方法具体如下：2.0C/2.5C/3.0C充电至满电电压，充电电流0.05C截止；放电方法具体如下：0.5C放电至截止电压3.0V。
(2)能量密度测试
能量密度＝容量*平台电压/电芯尺寸(具体为长*宽*厚)。
表2
备注：0：代表不析锂；1代表轻微析锂；2代表中度析锂；3代表严重析锂。
从表2可以看出，本实用新型的负极片所制备的电池和对比例相比，在保持较高能量密度的前提下，显著改善了电池在2.0C/2.5C/3.0C条件下极耳侧与非极耳侧的析锂问题。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面的负极活性材料层；在所述负极片的宽度方向上，所述负极活性材料层两侧表面设置有若干个孔；设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度占所述负极活性材料层总宽度L的40％-85％。
2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度占所述负极活性材料层总宽度L的60％-70％。
3.根据权利要求1或2所述的负极片，其特征在于，所述负极片还包括极耳槽和极耳，所述极耳槽设置在所述负极集流体宽度方向上的任意一侧，所述极耳设置在所述极耳槽上；在设置有所述极耳的一侧，设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度为L1；在未设置有所述极耳的一侧，设置有所述孔的所述负极活性材料层的宽度为L2；满足L1≥L2。
4.根据权利要求3所述的负极片，其特征在于，L1：L2＝(2-8)：1。
5.根据权利要求3所述的负极片，其特征在于，L2至少占L的5％。
6.根据权利要求3所述的负极片，其特征在于，所述极耳槽在所述负极集流体上的长度为D，满足L1-D≥5mm。
7.根据权利要求6所述的负极片，其特征在于，L1-D为10mm-25mm。
8.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述孔的孔径为5μm-150μm；所述孔的孔深为5μm-100μm；所述孔的孔距为10μm-1000μm。
9.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-8中任意一项所述的负极片。
10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述电池还包括正极片，在所述负极片宽度方向上，所述负极片超出所述正极片的尺寸为E，满足L1+L2-E为37mm-62mm。
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