CN220382157U - 电芯、锂电池及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种电芯、锂电池及电子设备，其中电芯包括电芯包括层叠设置的负极集流体、负极材料层、隔膜、正极材料层和正极集流体，正极集流体具有朝向正极材料层的第一表面，负极材料层具有背离负极集流体的第二表面；至少一层保护涂层，设置于第一表面和第二表面之间，各保护涂层的导电率低于正极材料层的导电率；其中，电芯以预设分界面划分为第一区域以及位于第一区域外围的第二区域，预设分界面沿电芯的厚度方向延伸，保护涂层设置在第二区域，或者，保护涂层包括位于第一区域的第一部分以及位于第二区域的第二部分，第二部分的厚度大于第一部分的厚度。如此设计，能够同时兼顾锂电池的安全性能和电化学性能，从而有效提升用户的使用体验。

Description

电芯、锂电池及电子设备

技术领域

本公开涉及电子设备领域，尤其涉及一种电芯、锂电池及电子设备。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、重量轻，体积小、绿色环保等优点，被广泛应用于各个领域。锂电池在应用过程中，容易在滥用场景下导致发生起火燃烧，影响了锂电池的安全性能。对此，相关技术通常在正极集流体上设置保护涂层等来提升锂电池的安全性能。

然而，相关技术中提升锂电池安全性能的方式无法同时兼顾锂电池的安全性能和电化学性能，降低了用户的使用体验。

实用新型内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供了一种电芯、锂电池及电子设备。

根据本公开的第一方面，提供了一种电芯，所述电芯包括层叠设置的负极集流体、负极材料层、隔膜、正极材料层和正极集流体，所述正极集流体具有朝向所述正极材料层的第一表面，所述负极材料层具有背离所述负极集流体的第二表面；至少一层保护涂层，设置于所述第一表面和所述第二表面之间，各所述保护涂层的导电率低于所述正极材料层的导电率；其中，所述电芯以预设分界面划分为第一区域以及位于所述第一区域外围的第二区域，所述预设分界面沿所述电芯的厚度方向延伸，所述保护涂层设置在所述第二区域，或者，所述保护涂层包括位于所述第一区域的第一部分以及位于所述第二区域的第二部分，所述第二部分的厚度大于所述第一部分的厚度。

本公开的一些实施例中，所述第二区域围绕所述第一区域的第一边沿设置，所述第一区域的第二边沿用于连接极耳。

本公开的一些实施例中，所述保护涂层设置在所述第二区域，所述保护涂层的厚度为2～10μm；或者，所述第二部分的厚度为2～10μm，所述第一部分的厚度为0～1μm。

本公开的一些实施例中，所述保护涂层包括保护涂层本体以及设置于所述保护涂层本体中的固态电解质颗粒。

本公开的一些实施例中，所述固态电解质颗粒的粒径为10～200nm。

本公开的一些实施例中，所述保护涂层本体为粘结剂层。

本公开的一些实施例中，所述至少一层保护涂层包括设置于所述第一表面上的第一保护涂层；和/或，所述至少一层保护涂层包括设置于所述第二表面的第二保护涂层；和/或，所述至少一层保护涂层包括设置于所述隔膜相对两个表面中的至少一个表面上的第三保护涂层。

本公开的一些实施例中，所述负极材料层包括石墨颗粒，所述第二保护涂层包裹至少部分所述石墨颗粒的表面。

根据本公开的第二方面，提供了一种锂电池，所述锂电池包括如上所述的电芯。

根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的锂电池。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开提供的电芯中，正极集流体具有朝向正极材料层的第一表面，负极材料层具有背离负极集流体的第二表面，在第一表面和第二表面之间设置至少一层保护涂层，各保护涂层的导电率低于正极材料层的导电率，通过设置保护涂层，有效避免正极集流体与负极材料层之间发生接触短路，从而有效提高了锂电池的安全性能。电芯以预设分界面划分为第一区域以及位于第一区域外围的第二区域，将保护涂层只设置在第二区域上，或者将在第二区域上的保护涂层的厚度设置为大于第一区域上的保护涂层的厚度，如此设计，在保证锂电池的安全性能的同时，有效提升了锂电池的能量密度和充放电效率等电化学性能。本公开提供的电芯能够同时兼顾锂电池的安全性能和电化学性能，从而有效提升了用户的使用体验。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的电芯的结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的电芯的结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的电芯的剖面示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的电芯的剖面示意图。

图中：

1-电芯；101-第一侧壁；102-第二侧壁；103-第三侧壁；104-第四侧壁；11-正极集流体；111-第一区域；112-第二区域；113-第一表面；12-负极材料层；121-石墨颗粒；122-第二表面；13-隔膜；131-第三表面；132-第四表面14-正极材料层；15-负极集流体；20-保护涂层；21-第一保护涂层；22-第二保护涂层；31-第一界面；32-第二界面；33-第三界面。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、重量轻，体积小、绿色环保等优点，被广泛应用于各个领域。锂电池在应用过程中，容易在滥用场景下导致发生起火燃烧，影响了锂电池的安全性能。

对此，相关技术中通常在正极集流体上涂覆电子导电性能较差的保护涂层，以防止在针刺、重物冲击等引起正极集流体与负极的石墨材料发生接触短路，可以最大限度地拦截锂电池温升过快、燃烧起火的发生，从而提升锂电池的安全性能。然而，正极安全底涂的设计会显著降低锂电池的能量密度，锂电池的阻抗较高、动力学较差，从而降低了锂电池的充放电效率和循环性能。而为提升电池能量密度对保护涂层进行减薄的设计，则会降低锂电池的安全性能。

相关技术中还通过将锂电池中易燃的电解液替换为不易燃的固态电解质，从而减少锂电池起火的发生。然而，因固态电解质存在导锂性能差、界面接触不良等问题使得全固态锂电池没有得到应用。

综上，相关技术中提升锂电池安全性能的方式无法同时兼顾锂电池的安全性能和电化学性能，降低了用户的使用体验。

为了解决以上技术问题，本公开提供的电芯中，正极集流体具有朝向正极材料层的第一表面，负极材料层具有背离负极集流体的第二表面，在第一表面和第二表面之间设置至少一层保护涂层，各保护涂层的导电率低于正极材料层的导电率，通过设置保护涂层，有效避免正极集流体与负极材料层之间发生接触短路，从而有效提高了锂电池的安全性能。电芯以预设分界面划分为第一区域以及位于第一区域外围的第二区域，将保护涂层只设置在第二区域上，或者将在第二区域上的保护涂层的厚度设置为大于第一区域上的保护涂层的厚度，如此设计，在保证锂电池的安全性能的同时，提升了锂电池的能量密度和充放电效率等电化学性能。本公开提供的电芯能够同时兼顾锂电池的安全性能和电化学性能，从而有效提升了用户的使用体验。

本公开一示例性实施例提供了一种电芯1，如图1和图3所示，电芯1包括层叠设置的负极集流体15、负极材料层12、隔膜13、正极材料层14和正极集流体11。

负极材料层12形成于负极集流体15的表面，负极集流体15的作用是提供电子的导电通道，使负极材料层12能够与锂电池的负极端子连接，从而实现电子的流动，示例性地，负极集流体15的材料采用铜箔。

负极材料层12和正极材料层14用于锂离子的脱嵌或嵌入，从而实现锂电池的充放电功能。

隔膜13是位于负极材料层12和正极材料层14之间的一层薄膜，示例性地，隔膜13由聚合物材料构成，例如可以是聚乙烯。隔膜13具有良好的离子传导性能，用于阻止正极集流体11和负极材料层12之间的直接接触，以防止两者之间发生接触短路，并允许锂离子在电解液中传输。

正极材料层14形成于正极集流体11的表面，正极集流体11的作用同样也是提供电子的导电通道，使正极材料层14能够与锂电池的正极端子连接，从而实现电子的流动。示例性地，正极集流体11的材料采用铝箔。

在负极集流体15、负极材料层12、隔膜13、正极材料层14和正极集流体11之间还填充有电解液，电解液中的锂盐可以分解成锂离子和相应的阴离子。当锂电池在充电时，锂离子从正极材料层14中脱嵌，通过电解液中的离子移动以穿过隔膜13嵌入至负极材料层12中，嵌入至负极材料层12中的锂离子越多，充电容量越高。当锂电池在放电时，锂离子从负极材料层12中脱嵌，通过电解液中的离子移动以穿过隔膜13嵌入至正极材料层14中，回到正极材料层14中的锂离子越多，放电容量越高。通过锂离子在充放电过程中的嵌入和脱嵌，以及电子的导电传输，从而实现了锂电池的正常运行。

正极集流体11具有朝向正极材料层14的第一表面113，负极材料层12具有背离负极集流体15的第二表面122，电芯1还包括至少一层保护涂层20，设置于第一表面113和第二表面122之间，示例性地，保护涂层20可以设置于正极材料层14的第一表面113上，也可以将保护涂层20设置在第一表面113与隔膜13之间、以及第二表面122与隔膜13之间。如此设计，与相关技术中的保护涂层20只能设置在正极集流体11上相比，本实施例中的保护涂层20可根据实际需求设置在第一表面113和第二表面122的任意位置，进而能够有效提升设置保护涂层20位置的灵活性。在能够有效阻隔正极集流体11与负极材料层12之间发生接触短路的同时，还不影响锂电池内锂离子的传导。

各保护涂层20的导电率低于正极材料层14的导电率，通过设置保护涂层20，有效避免正极集流体11与负极材料层12之间发生接触短路，从而有效提高了锂电池的安全性能。

如图1和图3所示，电芯1以预设分界面划分为第一区域111以及位于第一区域111外围的第二区域112，示例性地，第一区域111为电芯1承担安全压力风险较低或无需承担安全压力风险的区域，例如为电芯1的中间位置区域。第二区域112为电芯1承担安全压力风险较高的区域，例如为电芯1的四周边沿以及边角位置区域。预设界面沿电芯1的厚度方向延伸，示例性地，如图2所示，电芯1大致呈矩形板状结构，其外表面具有相对的第一侧壁101和第二侧壁102、以及相对的第三侧壁103和第四侧壁104。预设界面包括第一界面31、第二界面32和第三界面33，第一界面31、第二界面32和第三界面33均沿电芯1的厚度方向延伸，进而使第一界面31与第一侧壁101相平行、第二界面32与第二侧壁102相平行、第三界面33与第三侧壁103相平行，第三界面33的两端分别与第一界面31和第二界面32相连，以形成连续的界面，从而实现将电芯1划分为第一区域111和第二区域112，第二区域112位于第一区域111的外围。示例性地，可根据实际需求设置预设界面的形状以对电芯1进行划分，例如只设置第一界面31。

一实施例中，参考图1，保护涂层20包括位于第一区域111的第一部分以及位于第二区域112的第二部分，第二部分的厚度大于第一部分的厚度，如此设计，对第一区域111上的保护涂层20进行减薄，在保证锂电池的安全性能的同时，提升了锂电池的能量密度，从而提高了锂电池的容量、充放电效率和循环稳定性。可以理解的是，第一部分位于第一区域111上并非只是使保护涂层20的第一部分设置于第一表面113上，只需使第一部分的设置位置与第一区域111对应即可。第二部分位于第二区域112上也并非只是使保护涂层20的第二部分设置于第一表面113上，只需使第二部分的设置位置与第二区域112对应即可。

继续参考图1，另一实施例中，保护涂层20设置在第二区域112上，只对承担安全压力风险较高的第二区域112设置保护涂层20，承担安全压力风险较低或无需承担安全压力风险的第一区域111上无需设置保护涂层20，采用这样的设置形式，有效地减少了保护涂层20的设置面积，从而在保证锂电池的安全性的同时，能够进一步地提升锂电池的能量密度和充放电效率等电化学性能。

在本实施例提供的一种电芯1中，通过在第一表面113和第二表面122之间设置至少一层保护涂层20，以及对保护涂层20的设置位置和设置厚度的设计，能够同时兼顾锂电池的安全性能和电化学性能，从而有效提升了用户的使用体验。

如图1和图2所示，一实施例中，第二区域112围绕第一区域111的第一边沿设置，示例性地，如图2所示，第一界面31、第二界面32和第三界面33对电芯1进行划分后为使第一区域111也大致呈矩形板状结构，第一界面31、第二界面32和第三界面33构成第一区域111的三个壁面，这三个壁面构成第一区域111的第一边沿，而与第三界面33相对的壁面构成第一区域的第二边沿。

第二边沿用于连接极耳，示例性地，极耳由金属材料制成，通过极耳以使电流能够在正极集流体11与外部电路之间传输。示例性地，极耳可由正极集流体11形成，也即极耳与正极集流体11为一体成型结构设计，也可以是将极耳通过焊接或螺钉紧固的方式设置在第二边沿上，也即极耳与正极集流体11为分体结构的设计。

如此设计，在第一区域111的第二边沿设置极耳，将第二区域112围绕第一区域111的第二边沿设置，在能够提升锂电池的安全性能的同时，还保证了正极集流体11能够正常使用。

一实施例中，保护涂层20包括位于第一区域111的第一部分以及位于第二区域112的第二部分，第一部分的厚度为0～1μm，第二部分的厚度为2～10μm，以使第二部分的厚度大于第一部分的厚度，实现对第一区域111上的保护涂层20的减薄设计，从而使得锂电池能够同时兼顾锂电池的安全性能和电化学性能。

另一实施例中，保护涂层20设置在第二区域112上，保护涂层20的厚度为2～10μm，如此设计，有效地减少了保护涂层20的设置面积，减小了保护涂层20的使用，在保证锂电池的安全性的同时，能够进一步地提升锂电池的能量密度和充放电效率。

固态电解质颗粒不仅具有较高的热稳定性和抗燃性，从而减少了火灾和爆炸的风险，还具有较高的能量密度，从而能够提高锂电池的能量密度。基于此，一实施例中，保护涂层20包括保护涂层本体以及设置于保护涂层本体中的固态电解质颗粒，通过在保护涂层本体中设置固态电解质颗粒，能够避免正极集流体11与负极材料层12之间发生接触电路，从而能够进一步提高锂电池的安全性能。同时，在保护涂层本体中设置固态电解质颗粒，还能够提高锂电池的能量密度，从而能够提升锂电池容量和充放电速度。

示例性地，固态电解质颗粒可以是无机陶瓷固态电解质颗粒，也可以是有机聚合物固态电解质颗粒，还可以是无机陶瓷固态电解质颗粒与有机聚合物固态电解质颗粒的复合固态电解质颗粒，对此，本实施例不做具体限定。

一实施例中，为进一步降低保护涂层20带来的锂电池能量密度的损失，对固态电解质颗粒的粒径进行缩减，示例性地，固态电解质颗粒的粒径由300nm减小至10～200nm。采用这样的设置形式，一方面能够提高固态电解质颗粒在保护涂层20中的均匀性，从而能够降低保护涂层20的厚度。另一方面，能够提高对锂离子的传导性能，减小了锂离子在固态电解质颗粒中的扩散路径，进而降低了电阻，提高了锂离子的迁移速率，从而能够提高锂电池的性能和循环稳定性。

一实施例中，保护涂层本体为粘结剂层，通过粘结剂层能够将正极集流体11与正极材料层14进行粘结，并能够提高正极集流体11与正极材料层14之间的连接稳定性，有效防止在锂电池的使用过程中正极集流体11和正极材料层14发生移位或脱落，从而有助于提高锂电池的结构完整性和稳定性。示例性地，粘结剂层中设置有导电性物质，导电性物质例如可以是碳黑，以促进电子和锂离子的传输，从而提高了锂电池的性能和循环稳定性。

一实施例中，如图4所示，至少一层保护涂层20包括设置于第一表面113上的第一保护涂层21，通过在正极集流体11朝向正极材料层14的第一表面113设置一层保护涂层20，能够阻隔正极集流体11与负极材料层12之间发生接触短路。另一实施例中，至少一层保护涂层20包括设置于第二表面122的第二保护涂层22，通过在负极材料层12背离负极集流体15的第二表面122设置第二保护涂层22，也能够阻隔正极集流体11与负极材料层12之间发生接触短路。另一实施例中，至少一层保护涂层20包括设置于隔膜13相对两个表面中的至少一个表面上的第三保护涂层，示例性地，隔膜13包括相对的第三表面131和第四表面132，第三表面131朝向正极材料层14，第四表面132朝向负极材料层12，在第三表面131和第四表面132中的至少一个表面上设置第三保护涂层，例如，只在第三表面131上设置第三保护涂层，或者只在第四表面132上设置第三保护涂层，也可以是在第三表面131上和第四表面132上均设置有第三保护涂层。

本实施例中，可根据需求设置保护涂层20，例如只设置第一保护涂层21、或者只设置第二保护涂层22，或者只设置第三保护涂层，也可以设置第一保护涂层21、第二保护涂层22和第三保护涂层之间的任意组合。如此设计，使得保护涂层20的设置位置具有多样性，提高了设置保护涂层20设置的灵活性，从而有利于对锂电池的设计。

继续参考图4，一实施例中，负极材料层12包括石墨颗粒121，通过石墨颗粒121可以存储大量的锂离子，锂离子在充放电过程中可以嵌入和脱嵌于石墨颗粒121的晶格结构中，从而实现锂电池的充放电过程。此外，负极材料层12包括石墨颗粒121，一方面，石墨颗粒121具有较高的比容量，从而能够提高锂电池的能量密度和容量。另一方面，石墨颗粒121还具有良好的导电性能，可以提供良好的电子传导路径，不仅有助于提高电子的传输速率以及有助于锂电池的高功率输出，还有助于减小电阻，从而有效提高锂电池的性能和循环稳定性。

当至少一层保护涂层20包括设置于第二表面122的第二保护涂层22时，第二保护涂层22可以包裹至少部分石墨颗粒121的表面，示例性地，第二保护涂层22在辊压的作用下可渗入负极材料层12内，进而包裹住靠近正极材料层14的石墨颗粒121的表面，以对正极集流体11与负极材料层12中的石墨颗粒121发生接触短路，从而有效提高了锂电池的安全性能。

本公开一示例性实施例提供了一种锂电池，如图1至图4所示，锂电池包括如上所述的电芯1。电芯1的正极集流体11具有朝向正极材料层14的第一表面113，电芯1的负极材料层12具有背离负极集流体15的第二表面122，电芯1还包括至少一层保护涂层20，设置于第一表面113和第二表面122之间。通过在第一表面113和第二表面122之间设置至少一层保护涂层20，以及对保护涂层20的设置位置和设置厚度的设计，使得采用上述电芯1的锂电池能够同时兼顾锂电池的安全性能和电化学性能，从而有效提升了用户的使用体验。

本公开一示例性实施例提供了一种电子设备，电子设备例如可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，简称UMPC)、上网本或者个人数字助理(personal digitalassistant，简称PDA)等移动设备，还可以为个人计算机(personal computer，简称PC)、电视机(television，简称TV)、柜员机或者自助机等非移动设备等。电子设备包括如上所述的锂电池，如此设计，能够同时兼顾锂电池的安全性能和电化学性能，从而有效提高了电子设备的性能，提升了用户的使用体验。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括层叠设置的负极集流体、负极材料层、隔膜、正极材料层和正极集流体，所述正极集流体具有朝向所述正极材料层的第一表面，所述负极材料层具有背离所述负极集流体的第二表面；

至少一层保护涂层，设置于所述第一表面和所述第二表面之间，各所述保护涂层的导电率低于所述正极材料层的导电率；

其中，所述电芯以预设分界面划分为第一区域以及位于所述第一区域外围的第二区域，所述预设分界面沿所述电芯的厚度方向延伸，所述保护涂层设置在所述第二区域，或者，所述保护涂层包括位于所述第一区域的第一部分以及位于所述第二区域的第二部分，所述第二部分的厚度大于所述第一部分的厚度。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第二区域围绕所述第一区域的第一边沿设置，所述第一区域的第二边沿用于连接极耳。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述保护涂层设置在所述第二区域，所述保护涂层的厚度为2～10μm；或者，

所述第二部分的厚度为2～10μm，所述第一部分的厚度为0～1μm。

4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述保护涂层包括保护涂层本体以及设置于所述保护涂层本体中的固态电解质颗粒。

5.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述固态电解质颗粒的粒径为10～200nm。

6.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述保护涂层本体为粘结剂层。

7.根据权利要求1至6任一项所述的电芯，其特征在于，所述至少一层保护涂层包括设置于所述第一表面上的第一保护涂层；和/或，

所述至少一层保护涂层包括设置于所述第二表面的第二保护涂层；和/或，

所述至少一层保护涂层包括设置于所述隔膜相对两个表面中的至少一个表面上的第三保护涂层。

8.根据权利要求7所述的电芯，其特征在于，所述负极材料层包括石墨颗粒，所述第二保护涂层包裹至少部分所述石墨颗粒的表面。

9.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括如权利要求1至8任一项所述的电芯。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求9所述的锂电池。