CN220041914U - 一种集流体、正极片、极芯及电池 - Google Patents

Abstract

为了克服现有电池长循环后电芯锅盖变形，循环容量保持率下降的技术问题，本申请提供一种集流体、正极片、极芯及电池。集流体包括中间区域和设置在中间区域两侧的边缘区域，边缘区域的厚度大于中间区域的厚度，边缘区域包括第一边缘区域和第二边缘区域，第一边缘区域和第二边缘区域分别位于中间区域两端，第一边缘区域在水平方向上的投影长度为L1，第二边缘区域在水平方向上的投影长度为L2，其中L1、L2满足关系式L₂ ²‑L₁ ²‑6L₁≥0。本申请提供的集流体，能够减少或避免对应的负极片边缘区域析锂，解决电池长循环后电芯锅盖变形的问题，提高电池能量密度和循环容量保持率。

Description

一种集流体、正极片、极芯及电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种集流体、正极片、极芯及电池。

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。对于体积能量密度要求高的电子设备领域，比如电子产品设备，集流体呈现不断变薄的趋势，集流体变薄对提升电芯能量密度有明显作用，但是较薄的集流体制备得到的极片存在削薄区。现有锂离子电池，对于卷绕型电芯而言，电芯底部、头部的负极片存在削薄区，削薄区的正极片、负极片的N/P小，正极片削薄区锂离子浓度高，造成负极片削薄区析锂，随着电池充放电次数的增加，电芯头部、底部析锂严重，出现电芯底部和/或头部起翘现象，长循环更为严重，循环之后的电芯呈现锅盖变形、电芯厚度超标、循环容量保持率下降。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题：现有电池长循环后电芯锅盖变形，循环容量保持率下降的技术问题，本申请提供一种集流体、正极片、极芯及电池。

本申请提供了一种集流体，所述集流体包括中间区域和设置在中间区域两侧的边缘区域，所述边缘区域的厚度大于所述中间区域的厚度，所述边缘区域包括第一边缘区域和第二边缘区域，所述第一边缘区域和所述第二边缘区域分别位于所述中间区域两端，所述第一边缘区域在水平方向上的投影长度为L1，所述第二边缘区域在水平方向上的投影长度为L2，L₂ ²-L₁ ²-6L₁≥0。

优选的，所述中间区域的厚度为D1，所述第一边缘区域的厚度为D2，所述第二边缘区域的厚度为D3，D1、D2、D3满足关系式0.3≤(D2-D1)≤3，0.3≤(D3-D1)≤3，其中D1、D2、D3的单位均为μm。

优选的，D1、D2、D3满足关系式0.3≤(D2-D1)≤2，0.3≤(D3-D1)≤2。

优选的，中间区域的厚度D1为3-12μm。

优选的，L1的范围为2～10mm，L2的范围为L2≤10L1。

优选的，L1的范围为2～8mm。

第二方面，本申请提供一种正极片，包括上述所述的集流体和正极活性物质层，所述第二边缘区域包括第一区域和第二区域，所述第一区域设置在所述中间区域和所述第二区域之间，所述第一边缘区域、所述第一区域和所述中间区域上分别涂覆所述正极活性物质层。

优选的，所述第一区域在水平方向上的投影长度为L3，L1＝L3。

第三方面，本申请提供一种极芯，包括正极耳和上述所述的正极片，所述正极耳焊接在所述第二区域。

第四方面，本申请提供一种电池，包括上述所述的极芯。

有益效果：

与现有技术相比，本申请提供的集流体，边缘区域的厚度大于中间区域的厚度，且第一边缘区域在水平方向上的投影长度小于第二边缘区域在水平方向上的投影长度，集流体表面进行正极浆料涂覆时，能够减少正极涂层的厚度，提高电芯边缘区域的N/P值，降低电芯边缘区域正极的锂离子浓度，减少或避免对应的负极片边缘区域析锂，解决电池长循环后电芯锅盖变形的问题，提高电池能量密度和循环容量保持率；同时在第二边缘区域焊接极耳，有利于提高集流体的极耳焊接优率，提高生产效率和生成成本。

附图说明

图1是是本实用新型一实施例提供的集流体结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的正极片结构示意图。

是本实用新型一实施例提供的极芯-导流层涂覆于正极片表面的俯视图；

其中，1、集流体；11、中间区域；12、第一边缘区域；13、第二边缘区域；131、第一区域；132、第二区域；2、正极片。

具体实施方式

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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了说明本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图1-图2所示，本实用新型提供一种集流体1，所述集流体1包括中间区域11和设置在中间区域11两侧的边缘区域，所述边缘区域的厚度大于所述中间区域11的厚度，所述边缘区域包括第一边缘区域12和第二边缘区域13，所述第一边缘区域12和所述第二边缘区13域分别位于所述中间区域11两端，所述第一边缘区域12在水平方向上的投影长度为L1，所述第二边缘区域13在水平方向上的投影长度为L2，其中L1、L2满足关系式L₂ ²-L₁ ²-6L₁≥0。

具体的，边缘区域的厚度大于中间区域11的厚度，即为第一边缘区域12的厚度大于中间区域11的厚度，且第二边缘区域13的厚度大于中间区域11的厚度；本申请的集流体1制备极片时，如正极浆料涂覆在集流体1表面时，中间区域11的集流体1表面的浆料涂覆厚度就低于边缘区域的集流体1表面的浆料涂覆厚度，得到的正极片2边缘区域的面密度低于中间区域11的面密度，具有减少或避免电池负极片边缘析锂的风险。第一边缘区域12在水平方向上的投影长度L1，第二边缘区域13在水平方向上的投影长度L2，且L1、L2满足关系式L₂ ²-L₁ ²-6L₁≥0，满足上述关系式的L1、L2，不仅能够保证负极片的削薄区对应的第一边缘区域12、第二边缘区域13有足够的正极活性材料，保证电池具有较高的能量密度，且能够在第二边缘区具有极耳焊接的区域，有效防止焊接极耳时出现集流体1焊穿等异常现象。

本申请提供的集流体1，边缘区域的厚度大于中间区域11的厚度，且第一边缘区域12在水平方向上的投影长度L1，第二边缘区域13在水平方向上的投影长度L2，且L1、L2满足关系式L₂ ²-L₁ ²-6L₁≥0，集流体1表面进行正极浆料涂覆时，能够减少正极涂层的厚度，提高电芯边缘区域的N/P值，降低电芯边缘区域正极的锂离子浓度，减少或避免对应的负极片边缘区域析锂，解决电池长循环后电芯锅盖变形的问题，提高电池能量密度和循环容量保持率；同时在第二边缘区域13焊接极耳，有利于提高集流体1的极耳焊接优率，提高生产效率和生成成本。

在一些实施例中，所述中间区域11的厚度为D1，所述第一边缘区域12的厚度为D2，所述第二边缘区域13的厚度为D3，D1、D2、D3满足关系式0.3≤(D2-D1)≤3，0.3≤(D3-D1)≤3，其中D1、D2、D3的单位均为μm。

若D2-D1的值大于3μm，或D3-D1的值大于3μm，集流体1中第一边缘区域12、第二边缘区域13均与中间区域11的厚度相差过大，影响电池的能量密度，降低电池的整体容量。若D2-D1的值小于0.3μm，或D3-D1的值小于0.3μm，集流体1中第一边缘区域12、第二边缘区域13均与和中间区域11的厚度相差过小，对电芯边缘区域的N/P提升较小，负极片边缘区域仍析锂严重，不能有效解决电池长循环后电芯锅盖变形的问题。D1、D2、D3满足关系式0.3≤(D2-D1)≤3，0.3≤(D3-D1)≤3，不仅能提高集流体1的极耳焊接效率，也能提高电芯边缘区域的N/P，降低电芯边缘区域正极的锂离子浓度，减少或避免对应的负极片边缘区域析锂，解决电池长循环后电芯锅盖变形的问题，提高电池能量密度和循环容量保持率。

在一些优选的实施例中，D1、D2、D3满足关系式0.3≤(D2-D1)≤2，0.3≤(D3-D1)≤2。

在此优选的实施例中，能在较低的电池成本条件下，提高集流体1的极耳焊接效率，提高电芯边缘区域的N/P，降低电芯边缘区域正极的锂离子浓度，减少或避免对应的负极片边缘区域析锂，解决电池长循环后电芯锅盖变形的问题，提高电池能量密度和循环容量保持率。

在一些实施例中，中间区域11的厚度D1为3～12μm。具体的，中间区域11的厚度D1可以为3μm、5μm、7μm、9μm、10μm、12μm等，只要中间区域11的厚度D1在3～12μm即可。

在一些实施例中，L1的范围为2～10mm，L2的范围为L2≤10L1。

要求L2的范围为L2≤10L1，即为在第二边缘区域13预留极耳焊接区，极耳焊接区处的集流体1厚度较厚，有利于提高集流体1的极耳焊接效率。

在一些优选的实施例中，L1的范围为2～8mm。

L1的范围为2-8mm，对应负极片的削薄区的宽度，在对应的第一边缘区域12的集流体1表面涂覆正极浆料制备得到的正极涂层厚度变薄，能够提高对应的电芯的N/P比，避免负极削薄区析锂。同时在第二边缘区域13中，第二边缘区域13和中间区域11相交处开始至远离中间区的方向2-8mm位置，也涂覆正极浆料，对应负极片的另一边削薄区的宽度，在此位置涂覆的正极涂层厚度变薄，也能够提高对应的电芯的N/P比，避免负极削薄区析锂。

集流体1的材质可以为铝箔等导电材质。

第二方面，本申请提供一种正极片2，包括上述所述的集流体1和正极活性物质层，所述第二边缘区域13包括第一区域131和第二区域132，所述第一区域131设置在所述中间区域11和所述第二区域132之间，所述第一边缘区域12、所述第一区域131和所述中间区域11上分别涂覆所述正极活性物质层。

本申请提供的正极片2，在第一边缘区域12、第一区域131和中间区域11涂覆所述正极活性物质层，能够减少正极涂层的厚度，提高电芯边缘区域的N/P值，降低电芯边缘区域正极的锂离子浓度，减少或避免对应的负极片边缘区域析锂，解决电池长循环后电芯锅盖变形的问题，提高电池能量密度和循环容量保持率。

在一些实施例中，所述第一区域131在水平方向上的投影长度为L3，L1＝L3。

L1＝L3，且第一边缘区域12、第一区域131的长度相同、宽度相同，制备的电芯对应的就是负极片两侧的削薄区(即为负极片两侧的边缘区域)，能够提高电芯中负极片削薄区的N/P，降低电芯边缘区域正极的锂离子浓度，减少或避免对应的负极片边缘区域析锂，解决电池长循环后电芯锅盖变形的问题，提高电池能量密度和循环容量保持率。

在一些实施例中，所述正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为(92.0％～98.7％)：(0％～6.0％)：(0.8％～5.5％)。

所述正极活性物质为含锂的化合物或含钠的化合物，含锂化合物包括钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元类含锂化合物中的一种或几种。含钠的化合物包括普鲁士蓝、含钠的层状氧化物、含钠的聚阴离子型化合物中的一种或多种。

所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管，石墨烯、碳纤维、乙炔黑、科琴黑、氮化铝中一种或几种。

所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚烯烃类、氢化丁腈中一种或几种；

第三方面，本申请提供一种极芯，包括所述的正极片2和正极耳，所述正极耳焊接在所述第二边缘区域13。

对于第二区域132，主要用于焊接极耳，此区域的集流体1厚度较厚，有利于提高集流体1的极耳焊接优率，提高生产效率和生成成本。

第四方面，本申请提供一种电池，包括上述所述的极芯。

本申请提供的电池，能够提高电芯中负极片削薄区的N/P，降低电芯边缘区域正极的锂离子浓度，减少或避免对应的负极片边缘区域析锂，解决电池长循环后电芯锅盖变形的问题，提高电池能量密度和循环容量保持率。

以下通过实施例对本实用新型进行进一步的说明。

实施例1

制备正极片2：将钴酸锂、导电碳、粘结剂聚偏氟乙烯按质量比97.5％:1.4％:1.1％加入氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀制成正极浆料，铝箔采用本申请提供的集流体1结构，其中集流体1材质为铝箔(中间区域11厚度D1为8um，第一边缘区域12厚度D2为9um，第二边缘区域厚度D3具体见表1，L1为30nm，L2为120nm)，将正极浆料涂布在铝箔A表面，控制单面涂布面密度150.0g/m²，压实4.25g/cm³，之后进行辊压、分条。

制备负极片：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97.8％:0.4％:0.8％:1.0％加入去离子水中混合均匀制成负极浆料，采用现有厚度均匀的铜箔，然后经涂布、压实1.78g/cm³，分条制成负极片。

电池组装：按照正极片2/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2-4和对比例1-3

实施例2-4和对比例1-3与实施例1的区别在于，铝箔的D1、D2、D3、L1、L2不同，其余相同，具体见表1。

表1各实施例和对比例铝箔尺寸表

性能测试：

将实施例1-4和对比例1-3制备得到的锂离子电池进行如下电性能测试。

电池能量密度ED测试

将将锂离子电池在25℃条件下，1.6C恒流充电至4.48V，之后恒压充电，截止电流为0.05C。充电结束后采用0.5C放电至3.0V，测试第一次放电容量C₀。按照公式ED＝C₀/V，V为电池的体积，单位L。

常温循环性能测试

将锂离子电池在25℃条件下，1.6C恒流充电至4.48V，之后恒压充电，截止电流为0.05C。充电结束后采用0.5C放电至3.0V，测试第一次放电容量C₁。按照上述方法如此循环1000次，得到第1000次放电容量C₂，得到电池循环1000周的容量保持率，计算公式如下：

循环1000周的容量保持率＝C₂/C₁×100％。

将循环1000周后的电池进行拆解，观察电芯头底部是否起翘。

测试结果见表2。

表2各实施例和对比例电池性能测试表

通过表1、2可知，对比例2与对比例1对比，集流体1的第一边缘区域12的厚度和第二边缘区域13厚度均大于中间区域11的厚度，但L1、L2不满足关系式L₂ ²-L₁ ²-6L₁≥0，与对比例1相比，对比例2中电池虽然电池循环容量保持率小幅度提升，但电池循环后电芯头底部仍起翘；说明集流体1仅具有中间区域11的厚度低于两边区域的厚度，虽然能提高电池循环容量保持率，但电池负极片削薄区还是会存在析锂风险，随着电池循环次数的增加，电池循环1000周后，电池仍然具有头底部起翘的现象。实施例1与对比例2-3对比，对比例2中集流体1中的L1、L2不满足关系式L₂ ²-L₁ ²-6L₁≥0，电池循环1000周后电芯头部、底部蹊跷，电池25℃循环容量保持率稍差，极耳焊接优率低，电池循环后电芯头底部仍起翘，对比例3中集流体1的各区域厚度都相同，电池仍具有1000周后电芯头部、底部蹊跷现象；说明集流体1的第一边缘区域12的厚度和第二边缘区域13厚度均大于中间区域11的厚度，且L1、L2满足关系式L₂ ²-L₁ ²-6L₁≥0，集流体1表面进行正极浆料涂覆时，能够减少正极涂层的厚度，提高电芯边缘区域的N/P值，降低电芯边缘区域正极的锂离子浓度，减少或避免对应的负极片边缘区域析锂，解决电池长循环后电芯锅盖变形的问题，具有提高电池能量密度和循环容量保持率的作用；同时有利于提高集流体1的极耳焊接优率，提高生产效率和生成成本。

对比例1与实施例3对比，实施例3中的第一边缘区域12的厚度与第二边缘区域13的厚度均高于对比例1，但制备得到的电池与对比例1的能量密度相同，说明实施例3虽然增加了边缘区域的厚度，少涂覆了正极浆料，但制备得到的电池仍然具有高的能量密度；同理对比例2与实施例1对比，实施例1也具有同样的效果。说明本申请的集流体结构，具有提高电池能量密度的作用。

实施例1-4和对比例1-3对比，说明只要集流体1满足第一边缘区域12的厚度和第二边缘区域13厚度均大于中间区域11的厚度，且L1、L2满足关系式L₂ ²-L₁ ²-6L₁≥0，制备得到的电池都具有较高的能量密度、循环容量保持率、提高极耳焊接优率的效果，且电池长循环后无电芯头底部蹊跷。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集流体，其特征在于，所述集流体包括中间区域和设置在中间区域两侧的边缘区域，所述边缘区域的厚度大于所述中间区域的厚度，所述边缘区域包括第一边缘区域和第二边缘区域，所述第一边缘区域和所述第二边缘区域分别位于所述中间区域两端，所述第一边缘区域在水平方向上的投影长度为L1，所述第二边缘区域在水平方向上的投影长度为L2，其中L1、L2满足关系式L₂ ²-L₁ ²-6L₁≥0。

2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述中间区域的厚度为D1，所述第一边缘区域的厚度为D2，所述第二边缘区域的厚度为D3，D1、D2、D3满足关系式0.3≤(D2-D1)≤3，0.3≤(D3-D1)≤3，其中D1、D2、D3的单位均为μm。

3.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，D1、D2、D3满足关系式0.3≤(D2-D1)≤2，0.3≤(D3-D1)≤2。

4.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，中间区域的厚度D1为3μm～12μm。

5.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，L1的范围为2～10mm，L2的范围为L2≤10L1。

6.根据权利要求5所述的集流体，其特征在于，L1的范围为2～8mm。

7.一种正极片，其特征在于，包括权利要求1-6任意一项所述的集流体和正极活性物质层，所述第二边缘区域包括第一区域和第二区域，所述第一区域设置在所述中间区域和所述第二区域之间，所述第一边缘区域、所述第一区域和所述中间区域上分别涂覆所述正极活性物质层。

8.根据权利要求7所述的正极片，其特征在于，所述第一区域在水平方向上的投影长度为L3，L1＝L3。

9.一种极芯，其特征在于，包括正极耳和权利要求7或8所述的正极片，所述正极耳焊接在所述第二区域。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求9所述的极芯。