CN219892200U - 负极极片、电极组件、电池单体以及电池包 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种负极极片、电极组件、电池单体以及电池包，负极极片包括集流体、第一材料层和第二材料层，集流体包括相对设置的第一表面和第二表面，第一材料层设于第一表面，第二材料层设于第二表面，其中，第二材料层的材料区别于第一材料层的材料，第一材料层和第二材料层的厚度为15μm～200μm。根据本申请实施例的负极极片、电极组件、电池单体以及电池包，能够减缓或者消除充电过程中负极极片产生褶皱。

Description

负极极片、电极组件、电池单体以及电池包

技术领域

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种负极极片、电极组件、电池单体以及电池包。

背景技术

电池作为供电装置被广泛的用于用电装置中，为了提高电池的能量密度，负极极片中会引入克容量大的材料，但是克容量大的材料在充电过程中体积膨胀较大，在垂直集流体的方向上会产生较大的应力，在应力分布不均的情况下，集流体两侧应力拉扯，从而导致充电过程中负极极片产生褶皱，因此，如何减缓或者消除充电过程中负极极片产生褶皱的是本领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请实施例提供一种负极极片、电极组件、电池单体以及电池包，能够减缓或者消除充电过程中负极极片产生褶皱。

本申请第一方面实施例提供一种负极极片，包括集流体、第一材料层和第二材料层，集流体包括相对设置的第一表面和第二表面，第一材料层设于第一表面，第二材料层设于第二表面，其中，第二材料层的材料区别于第一材料层的材料，第一材料层和第二材料层的厚度为15μm～200μm。

根据本申请第一方面的实施方式，第一材料层的克容量大于第二材料层的克容量。

根据本申请第一方面的实施方式，第一材料层的克容量大于372mAh/g，和/或，第二材料层的克容量小于或等于372mAh/g。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，第一材料层的总容量大于或等于第二材料层的总容量。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，第一材料层的孔隙率小于第二材料层的孔隙率。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，第一材料层的粒径小于第二材料层的粒径。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，集流体的厚度为1μm～30μm。

本申请第二方面实施例提供了一种电极组件，包括正极极片、前述第一方面实施例中任一项的负极极片以及隔离膜，隔离膜设于正极极片和负极极片之间。

本申请第三方面实施例提供了一种电池单体，包括前述第二方面实施例中的电极组件。

本申请第四方面实施例提供了一种电池包，包括前述第三方面实施例中的电池单体。

本申请实施例的负极极片、电极组件、电池单体以及电池包，在集流体相对的第一表面和第二表面上分别设置第一材料层和第二材料层，且第一材料层和第二材料层的材料不同。由于第一材料层和第二材料层的厚度为15μm～200μm，并且材料不同，因此第一材料层和第二材料层的膨胀效应也不同，在充电过程中，第一材料层和第二材料层中一者的体积膨胀大于另一者的体积膨胀，在垂直集流体第一表面和第二表面的方向上，集流体一侧的应力大于另一侧的应力，且集流体两侧的应力方向相反，从而抵消体积膨胀小的一侧的应力，降低或者消除集流体两侧应力拉扯的情况，并且第一材料层2和第二材料层3以15μm～200μm的厚度也能够避免膨胀或者应力过大造成第一材料层2和第二材料层3褶皱或者破碎，从而减缓或者消除充电过程中负极极片产生褶皱。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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为本申请第一方面实施例的一种负极极片的结构示意图。

附图标记：

10、负极极片；1、集流体；11、第一表面；12、第二表面；2、第一材料层；3、第二材料层。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解，在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本申请造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

需要说明的是，在本文中，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的实施例的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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；可以是直接相连，也可以间接相连。应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

电池作为供电装置被广泛的用于用电装置中，为了提高电池的能量密度，负极极片中会引入克容量大的材料，但是克容量大的材料在充电过程中体积膨胀较大，在垂直集流体的方向上会产生较大的应力，同时由于材料局部分布不均匀或者嵌锂不均等情况的存在，导致负极极片两侧垂直集流体方向上的应力分布不均，造成集流体两侧应力拉扯，从而导致充电过程中负极极片产生褶皱。负极极片产生褶皱之后在前期会产生紫斑，循环后期随着电解液的消耗，会引发电池提前跳水的风险，还会降低热失控的温度，对保证电池的全生命周期安全非常不利。

为解决上述问题，本申请实施例提供了一种负极极片、电极组件、电池单体以及电池包，能够减缓或者消除充电过程中负极极片产生褶皱。

请参照图1，本申请第一方面实施例提供了一种负极极片10，包括集流体1、第一材料层2和第二材料层3，集流体1包括相对设置的第一表面11和第二表面12，第一材料层2设于第一表面11，第二材料层3设于第二表面12，其中，第二材料层3的材料区别于第一材料层2的材料，第一材料层2和第二材料层3的厚度为15μm～200μm。

其中，集流体1用于将第一材料层2和第二材料层3产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，集流体1应与第一材料层2和第二材料层3充分接触，并且集流体1的电阻应尽可能的小以减少电流的损耗。示例性的，集流体1的材料为金属箔，如铜箔、铝箔，第一材料层2和第二材料层3完全覆盖集流体1的第一表面11和第二表面12。可选的，第一材料层2和第二材料层3经涂布、辊压工艺制成。第一材料层2的厚度D2可以小于、等于或者等于第二材料层的厚度D3，本申请不做限制。

本申请提供的负极极片10，在集流体1相对的第一表面11和第二表面12上分别设置第一材料层2和第二材料层3，且第一材料层2和第二材料层3的材料不同。由于第一材料层2和第二材料层3的厚度为15μm～200μm，并且材料不同，因此第一材料层2和第二材料层3的膨胀效应也不同，在充电过程中，第一材料层2和第二材料层3中一者的体积膨胀大于另一者的体积膨胀，在垂直集流体1的第一表面11和第二表面12的方向上，集流体1一侧的应力大于另一侧的应力，且集流体1两侧的应力方向相反，从而抵消体积膨胀小的一侧的应力，降低或者消除集流体1两侧应力拉扯的情况，并且第一材料层2和第二材料层3以15μm～200μm的厚度也能够避免膨胀或者应力过大造成第一材料层2和第二材料层3褶皱或者破碎，从而能够减缓或者消除充电过程中负极极片10产生褶皱。

在一些可选实施例中，第一材料层2的克容量大于第二材料层3的克容量。第一材料层2的克容量为第一材料层2所能释放出的电容量与第一材料层2的质量之比，第二材料层3的克容量为第二材料层3所能释放出的电容量与第二材料层3的质量之比。材料的克容量越大，在充电时，材料的膨胀效应就越大，在集流体1表面产生的应力就越大。因此第一材料层2的膨胀效应大于第二材料层3的膨胀效应，集流体1的第一表面11的应力大于第二表面12的应力，从而抵消第二表面12的应力。

在一些可选实施例中，第一材料层2的克容量大于372mAh/g，和/或，第二材料层3的克容量小于或等于372mAh/g。

在这些可选实施例中，选用负极极片10常用的活性物质石墨的克容量372mAh/g为分界线，第一材料层2的克容量大于372mAh/g，第二层材料层小于或等于372mAh/g，可以选用常用的负极活性材料石墨材料，便于第一材料层2和第二材料层3材料选型。

在一些可选实施例中，第一材料层2包括第一活性物质、第一粘结剂和第一导电剂，和/或，第二材料层3包括第二活性物质、第二粘结剂和第二导电剂。

第一粘结剂和第二粘结剂分别用于提高第一材料层2以及第二材料层3与集流体1之间的连接强度，使得第一材料层2以及第二材料层3与集流体1充分接触。第一粘结剂和第二粘结剂的含量不宜过高，第一粘结剂和第二粘结剂的含量太高会影响电池的能量密度，示例性的，第一粘结剂和第二粘结剂分别占第一材料层2和第二材料层3的质量的1％～7％。第一粘结剂和第二粘结剂可以是相同的材料也可以是不同的材料。可选的，第一粘结剂和第二粘结剂的材料可以包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种。

第一导电剂和第二导电剂分别用于增强第一材料层2和第二材料层3的导电性能。可选的，第一导电剂和第二导电剂可以包括导电炭黑、片层石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种。

在这些可选实施例中，将第一活性物质、第一粘结剂和第一导电剂组合作为第一材料层2，将第二活性物质、第二粘结剂和第二导电剂组合作为第二材料层3，提高第一材料层2以及第二材料层3与集流体1的连接强度，增强了第一材料层2和第二材料层3的导电性能。

在一些可选实施例中，第一材料层2包括第一活性物质，第一活性物质包括锡基合金、硅基合金、锡氧化物、硅氧化物、硅碳材料、石墨掺硅氧混合物、石墨掺硅碳混合物中的一种或多种。

在这些可选实施例中，锡基合金、硅基合金、锡氧化物、硅氧化物、硅碳材料、石墨掺硅氧混合物、石墨掺硅碳混合物的克容量均较大，那么在充电时，集流体1第一表面11一侧的应力较大，便于抵消第二表面12一侧的应力，减小或者消除发生褶皱的可能。

在一些可选实施例中，第二材料层3包括第二活性物质，第二活性物质包括石墨和钛酸锂中的至少一种。在这些可选实施例中，石墨和钛酸锂克容量较小，那么在充电时，集流体1第二表面12一侧的应力较小，便于被第一表面11一侧的应力抵消，减缓或者消除负极极片10充电过程产生的褶皱。

在一些可选实施例中，第一材料层2的总容量大于或等于第二材料层3的总容量。第一材料层2的总容量为第一材料层2所能释放出的总的电容量，第二材料层3的总容量为第二材料层3所能释放出的总的电容量。

在这些可选实施例中，在第一材料层2的克容量大于第二材料层3的克容量的前提下，第一材料层2的总容量大于或者等于第二材料层3的总容量，能够保证集流体1第一表面11一侧的应力充分抵消第一表面11一侧的应力，减缓或者消除负极极片10充电过程产生的褶皱。

在一些可选实施例中，第一材料层2的孔隙率小于第二材料层3的孔隙率。应当理解的是，孔隙能够对膨胀效应形成一定的缓冲，因此，孔隙率越大，对膨胀效应的缓冲效果越好，在集流体1表面产生的应力会相应的减小。

在这些可选实施例中，第一材料层2的孔隙率小于第二材料层3的孔隙率，那么第二材料层3的膨胀效应相比于第一材料层2的膨胀效应被孔隙更好的缓冲抵消，有利于减小集流体1的第二表面12的应力，使得第一表面11的应力更好的抵消第二表面12的应力，减缓或者消除负极极片10充电过程产生的褶皱。

在一些可选实施例中，第一材料层2的粒径小于第二材料层3的粒径。粒径越大，形成的材料层的孔隙就越大，第一材料层2的粒径小于第二材料层3的粒径，那么第一材料层2的孔隙就小于第二材料层3的孔隙，更有利于对第二材料层3的膨胀效应造成缓冲，有利于减小集流体1的第二表面12的应力，使得第一表面11的应力更好的抵消第二表面12的应力，减缓或者消除负极极片10充电过程产生的褶皱。应当理解的是，第一材料层2和第二材料层3的粒径不宜过大，粒径越小，在充放电过程中，锂离子更容易扩散，从而分布更加均匀，提高表面平整度，使得应力分布更加均匀，减缓或者消除负极极片10充电过程产生的褶皱。

在一些可选实施例中，集流体1的厚度D1为1μm～30μm，如此，集流体1在冷压加工过程中产生卷取，并且能保证集流体1具有较薄的厚度，降低集流体1的单位面积重量，降低非活性物质的占比，从而有利于提高电池的能量密度。

本申请第二方面实施例提供了一种电极组件，包括正极极片、前述第一方面实施例中任一项的负极极片10以及隔离膜，隔离膜设于正极极片和负极极片10之间。

其中，正极极片的活性材料可以包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝酸锂和镍钴锰酸锂中的一种或几种。隔离膜可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和芳纶中的一种或几种。电极组件可以是正极极片、负极极片10以及隔离膜卷绕形成的卷绕式结构，还可以是叠片结构，即正极极片、隔离膜和负极极片10依次层叠形成一个电极组件单元，多个电极组件单元再层叠成电极组件。

该电极组件具有前述第一方面实施例的负极极片10的相关结构，可参见上述各实施例提供的负极极片10，具有前述负极极片10所有有益效果，为避免重复，在此不再赘述。

本申请第三方面实施例提供了一种电池单体，包括前述第二方面实施例中的电极组件。该电池单体还包括电解液、电池外壳、电极端子、安全阀等结构。示例性的，该电池为锂离子电子，具体的可以是，锰酸锂电池、三元材料锂电池、磷酸铁锂电池或钛酸锂电池等。该电池具有前述第一方面实施例的负极极片10的相关结构，可参见上述各实施例提供的负极极片10，具有前述负极极片10所有有益效果，为避免重复，在此不再赘述。

本申请第四方面实施例提供了一种电池包，包括前述第三方面实施例中的电池单体。

依照本申请如上文的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本申请以及在本申请基础上的修改使用。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负极极片，其特征在于，包括：

集流体，包括相对设置的第一表面和第二表面；

第一材料层，设于所述第一表面；

第二材料层，设于所述第二表面；

其中，所述第二材料层的材料区别于所述第一材料层的材料，所述第一材料层和所述第二材料层的厚度为15μm～200μm。

2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一材料层的克容量大于所述第二材料层的克容量。

3.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于，所述第一材料层的克容量大于372mAh/g，和/或，第二材料层的克容量小于或等于372mAh/g。

4.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于，所述第一材料层的总容量大于或等于所述第二材料层的总容量。

5.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一材料层的孔隙率小于所述第二材料层的孔隙率。

6.根据权利要求4所述的负极极片，其特征在于，所述第一材料层的粒径小于所述第二材料层的粒径。

7.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述集流体的厚度为1μm～30μm。

8.一种电极组件，其特征在于，包括：

正极极片；

如权利要求1至7中任一项所述的负极极片；

隔离膜，设于所述正极极片和所述负极极片之间。

9.一种电池单体，其特征在于，包括如权利要求8所述的电极组件。

10.一种电池包，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池单体。