CN219873591U - 一种正极片和电池 - Google Patents
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Abstract
一种正极片和电池，属于电池技术领域，具体方案如下：一种正极片，包括正极集流体，所述正极集流体的两个表面均设置有n层活性物质涂层；自靠近正极集流体至远离正极集流体的方向，n层活性物质涂层的宽度逐渐递减，其中n≥2。自靠近正极集流体至远离正极集流体的方向，n层活性物质涂层的厚度逐渐递减。本实用新型所制备正极片采用阶梯多层涂布方式对正极材料进行涂布制备，一方面可以解决电芯头部和底部起翘变形问题，另一方面该实用新型可以通过提高边缘区域CB值削弱由边缘效应带来负极极化增加而引发边缘区域以及overhang区域析锂/钠/钾的情况，从而提高电池长循环性能。
Description
技术领域
本实用新型属于电池技术领域，尤其涉及锂离子、钠离子或钾离子等碱金属元素电池领域，具体涉及一种正极片和电池。
背景技术
随着锂离子电池技术的不断发展，锂离子电池在日常生活中使用率越来越高，人们对于电池能量密度和充电速度的需求也在不断提高，电池尤其是对于便携式电源来说更是朝着体积小型化、轻型化的方向转变。对于卷绕型锂离子电池而言，化成之后电芯底部或者电芯头部容易起棱，长循环之后起棱情况更为严重，电芯拆解之后出现边缘以及overhang区域发暗析锂情况，主要原因为边缘极化效应以及长循环过程中锂离子向overhang区域渗进，电池变形超厚，循环容量下降。同样，钠离子电池、钾离子电池等碱金属元素电池也存在相同的问题。
发明内容
本实用新型旨在解决电芯头部和底部起棱情况，以及负极边缘和负极overhang区域析锂/钠/钾的情况，提高电芯常温循环性能。
为了实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：
一种正极片，包括正极集流体和正极活性物质涂层，所述正极集流体的两个表面均设置有n层活性物质涂层；自靠近正极集流体至远离正极集流体的方向，n层活性物质涂层的宽度逐渐递减，其中n≥2。
进一步的，涂覆在正极集流体上的第一活性物质涂层的厚度为50um-400um，其余活性物质涂层的厚度均大于1μm且小于5μm。
进一步的，相邻两层活性物质涂层的宽度之差大于3mm。
进一步的，所述活性物质涂层中包括正极活性物质，所述正极活性物质包括锂离子电池正极活性物质、钠离子电池正极活性物质或钾离子电池正极活性物质。
进一步的，所述活性物质涂层中还包括导电剂和粘结剂，所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为(92.0％～98.7％)：(0.5％～6.0％)：(0.8％～5.5％)。
进一步的，所述锂离子电池正极活性物质包括钴酸锂、锂酸铁锂、镍钴锰三元锂电正极材料、镍钴铝三元锂电正极材料中的一种或几种的组合，所述钠离子电池正极活性物质包括普鲁士蓝类材料、聚阴离子型钠电正极材料以及层状氧化物钠电正极材料中的一种或几种的组合。
进一步的，所述导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维、乙炔黑、科琴黑中一种或几种的组合。
进一步的，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚烯烃类以及氢化丁腈中一种或几种的组合。
一种包含所述的正极片的电池，所述电池还包括负极片、隔膜和电解液。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型所制备正极片采用阶梯多层涂布方式对正极材料进行涂布制备，一方面可以解决电芯头部和底部起翘变形问题，另一方面该实用新型可以通过提高边缘区域CB值削弱由边缘效应带来负极极化增加而引发边缘区域，有效减缓正极边缘锂/钠/钾离子向overhang区域迁移，解决overhang区域析锂/钠/钾的情况，从而提高电池长循环性能，对能量密度几乎无影响。本实用新型步骤简单，可操作性强。
附图说明
图1电芯底部起拱的图片；
图2是正极片涂布的俯视图；
图3是正极片涂布的侧视图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是实用新型的一部分实施例，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的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。
一种正极片，包括正极集流体，所述正极集流体的两个表面均设置有n层活性物质涂层；自靠近正极集流体至远离正极集流体的方向，n层活性物质涂层的宽度逐渐递减，其中n≥2。即：涂覆在正极集流体的第一活性物质涂层的宽度W1，涂覆在第一活性物质涂层上的第二活性物质涂层的宽度为W2，涂覆在第二活性物质涂层上的第三活性物质涂层的宽度为W3，……依次类推，涂覆在第n-1层活性物质涂层的第n层活性物质涂层的宽度为Wn，需满足，W1＞W2＞W3…Wn-1＞Wn，且，W1-W2≥3mm、W2-W3≥3mm、…Wn-1-Wn≥3mm。
进一步的，涂覆在正极集流体上的第一活性物质涂层的厚度为50um-400um，其余活性物质涂层的厚度均大于1μm且小于5μm；
进一步的，相邻两层活性物质涂层的宽度之差大于3mm。
进一步的，所述活性物质涂层中包括正极活性物质，所述正极活性物质包括锂离子电池正极活性物质、钠离子电池正极活性物质或钾离子电池正极活性物质。
进一步的，所述活性物质涂层中还包括导电剂和粘结剂，所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为(92.0％～98.7％)：(0.5％～6.0％)：(0.8％～5.5％)。
进一步的，所述锂离子电池正极活性物质包括钴酸锂、锂酸铁锂、镍钴锰三元正极材料、镍钴铝三元正极材料中的一种或多种的组合，所述钠离子电池正极活性物质包括普鲁士蓝类材料、聚阴离子型钠电正极材料以及层状氧化物钠电正极材料中的一种或几种的组合。
进一步的，所述导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维、乙炔黑、科琴黑中一种或几种的组合。
进一步的，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚烯烃类以及氢化丁腈中一种或几种的组合。
一种包含上述的正极片的电池，所述电池还包括负极、隔膜和电解液。
对比例1：
①正极片制备：将钴酸锂、导电碳、粘结剂聚偏二氟乙烯按质量比为97.5％:1.4％:1.1％的比例加入氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀制成正极浆料，在正极集流体的两个侧面只进行单层涂布，单层涂布的单面面密度为155.0g/m2，涂布宽度W＝80.0mm，压实密度为4.20g/cm3、分条；
②负极片制备：将石墨、导电碳、增稠剂羧甲基纤维素钠、粘结剂丁苯橡胶按质量比为97.8％:0.4％:0.8％:1.0％的比例加入去离子水中混合均匀制成负极浆料，在负极集流体的两个表面涂布负极浆料、压实密度为1.75g/cm3、涂布宽度为81.2mm，分条制成负极片；
③电池组装：按照正极片/隔膜/负极片的对照方式进行卷绕或者叠片，注入碳酸酯基电解液(溶质为1mol/L LiPF6，溶剂为体积比1:1:1的EC：DMC：DEC)，经封装、化成、分容等完成电池制备工序。
对比例2：
①正极片制备：将普鲁士蓝、导电碳、聚偏二氟乙烯按质量比为93.0％:4.0％:3.0％的比例加入氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀制成正极浆料，在正极集流体的两个表面均进行单层涂布，单层涂布的单面面密度为M＝173.0g/m2，宽度W＝80.0mm，辊压，压实密度为1.60g/cm3，分条；
②负极片制备：将硬碳、导电碳、增稠剂羧甲基纤维素钠、粘结剂丁苯橡胶按质量比为95.0％:2.5％:1.0％:1.5％的比例加入去离子水中混合均匀制成负极浆料，然后在负极集流体的两个表面涂布负极浆料、压实密度为1.75g/cm3、涂布宽度＝81.2mm，分条制成负极片；
③电池组装：按照正极片/隔膜/负极片的对照方式进行卷绕或者叠片，注入碳酸酯基电解液(溶质为1mol/LNaPF6，溶剂为体积比1:1:1的EC：DMC：DEC)，经封装、化成、分容等完成电池制备工序。
实施例1：
①正极片制备：将钴酸锂、导电碳、粘结剂聚偏二氟乙烯按质量比为97.5％:1.4％:1.1％的比例加入氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀制成正极浆料，在正极集流体的两个表面均进行双层涂布，靠近正极集流体的第一活性物质涂层的单面面密度为M1＝145.0g/m2，宽度W1＝80.0mm,第二活性物质涂层涂覆在第一活性物质涂层上，单面面密度M2＝10.0g/m2，宽度W2＝74.0mm，两层活性物质涂层的平均压实密度为4.20g/cm3、分条；
②负极片制备：将石墨、导电碳、增稠剂羧甲基纤维素钠、粘结剂丁苯橡胶按质量比为97.8％:0.4％:0.8％:1.0％的比例加入去离子水中混合均匀制成负极浆料，然后在负极集流体的两个表面涂布负极浆料、压实密度为1.75g/cm3、涂布宽度＝81.2mm，分条制成负极片；
③电池组装：按照正极片/隔膜/负极片的对照方式进行卷绕或者叠片，注入碳酸酯基电解液(溶质为1mol/L LiPF6，溶剂为体积比1:1:1的EC：DMC：DEC)，经封装、化成、分容等完成电池制备工序。
实施例2：
①正极片制备：将钴酸锂、导电碳、粘结剂聚偏氟乙烯按质量比为97.5％:1.4％:1.1％的比例加入氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀制成正极浆料，在正极集流体的两个表面均进行3层涂布，靠近正极集流体的第一活性物质涂层的单面面密度M1＝120g/m2，宽度W1＝80mm,涂覆在第一活性物质涂层上的第二活性物质涂层的单面面密度M2＝18.0g/m2，宽度W2＝76.0mm，涂覆在第二活性物质涂层的第三活性物质层的单面面密度M3＝17.0g/m2，宽度W3＝72.0mm，三层活性物质涂层的平均压实密度为4.20g/cm3、分条；
②负极片制备：将石墨、导电碳、增稠剂羧甲基纤维素钠、粘结剂丁苯橡胶按质量比为97.8％:0.4％:0.8％:1.0％的比例加入去离子水中混合均匀制成负极浆料，然后在负极集流体的两个表面涂布负极浆料、压实密度为1.75g/cm3、涂布宽度＝81.2mm，分条制成负极片；
③电池组装：按照正极片/隔膜/负极片的对照方式进行卷绕或者叠片，注入碳酸酯基电解液(溶质为1mol/L LiPF6，溶剂为体积比1:1:1的EC：DMC：DEC)，经封装、化成、分容等完成电池制备工序。
实施例3：
①正极片制备：将普鲁士蓝、导电碳、聚偏二氟乙烯按质量比为93.0％:4.0％:3.0％的比例加入氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀制成正极浆料，在正极集流体的两个表面均进行双层涂布，靠近正极集流体的第一活性物质涂层的单面面密度为M1＝170.0g/m2，宽度W1＝80.0mm，第二活性物质涂层涂覆在第一活性物质涂层上，单面面密度M2＝3.0g/m2，宽度W2＝76.0mm，辊压，两层活性物质涂层的平均压实密度为1.60g/cm3，分条；
②负极片制备：将硬碳、导电碳、增稠剂羧甲基纤维素钠、粘结剂丁苯橡胶按质量比为95.0％:2.5％:1.0％:1.5％的比例加入去离子水中混合均匀制成负极浆料，然后在负极集流体的两个表面涂布负极浆料、压实密度为1.75g/cm3、涂布宽度＝81.2mm，分条制成负极片；
③电池组装：按照正极片/隔膜/负极片的对照方式进行卷绕或者叠片，注入碳酸酯基电解液(溶质为1mol/LNaPF6，溶剂为体积比1:1:1的EC：DMC：DEC)，经封装、化成、分容等完成电池制备工序。
结论：
相比对比例1，实施例1和实施例2有明显优势，头部和尾部在初始和循环过程中均未出现起翘、边缘析锂和overhang析锂情况，且ED未出现明显降低情况，说明该实用新型对于锂电有实际效果，且优选实施例1，双模头一次涂布，涂布次数少，生产效率高，性能优异；相比对比例2而言，实施例3电芯头部和底部未出现起翘、边缘析钠以及overhang析钠情况，说明本实用新型对钠离子电池亦有效果。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种正极片，包括正极集流体和正极活性物质涂层，其特征在于：所述正极集流体的两个表面均设置有n层活性物质涂层；自靠近正极集流体至远离正极集流体的方向，n层活性物质涂层的宽度逐渐递减，其中n≥2。
2.根据权利要求1所述的一种正极片，其特征在于：涂覆在正极集流体上的第一活性物质涂层的厚度为50um-400um，其余活性物质涂层的厚度均大于1μm且小于5μm。
3.根据权利要求1所述的一种正极片，其特征在于：相邻两层活性物质涂层的宽度之差大于3mm。
4.一种包含权利要求1-3任一权利要求所述的正极片的电池，其特征在于：所述电池还包括负极片、隔膜和电解液。
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Family
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Family Applications (1)
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| CN202320591150.9U Active CN219873591U (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 一种正极片和电池 |
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2023
- 2023-03-23 CN CN202320591150.9U patent/CN219873591U/zh active Active
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