CN220543946U - 一种极片及锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种极片及锂离子电池，包括集流体；安全底涂层，涂覆在所述集流体的至少一面；活性涂层，涂覆在所述安全底涂层的表面；其中，所述安全底涂层具有多个镂空纹或多个镂空孔，所述活性涂层穿过所述镂空纹或所述镂空孔，并接触所述集流体。本实用新型通过优化极片结构，能够降低电池的内阻，避免内阻增大导致电池电性能恶化的风险。

Description

一种极片及锂离子电池

技术领域

本实用新型属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种极片及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种新型二次电池，具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、循环寿命长、安全性好、绿色环保等优点，在便携式电器、电动工具、大型储能、电动交通动力电源等方面具有广阔的应用前景。

现有结构中，安全电池大都改善正极片的安全性，即在铝箔上涂上一层安全性较高的活性材料，这种材料的作用：当电池在受到机械滥用，重物冲击、针刺、挤压时，避免负极材料或负极集流体与正极集流体接触，可以很大程度上避免热量聚集发生热失控。但这种结构的导电性能比较差，导致电池的内阻显著增加，存在降低电池的充放电速率，增加温升等风险。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种极片，通过优化极片结构，能够降低电池的内阻，避免内阻增大导致电池电性能恶化的风险。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种极片，包括集流体；安全底涂层，涂覆在所述集流体的至少一面；活性涂层，涂覆在所述安全底涂的表面；其中，所述安全底涂层具有多个镂空纹或多个镂空孔，所述活性涂层穿过所述镂空纹或所述镂空孔，并接触所述集流体。

优选的，多个所述镂空纹围成多个规则或不规则的图案，多个所述图案分布在所述安全底涂层的表面。

优选的，多个所述镂空纹平行或交叉设置。

优选的，所述镂空纹与所述集流体的长度方向之间形成的夹角为0°～180°。

优选的，多个镂空纹的间距和/或大小相同；

或，多个所述镂空纹的间距和/或大小不完全相同。

优选的，所述镂空纹为连续或间断的线段。

优选的，多个所述镂空孔分布在所述安全底涂层的表面，所述镂空孔的形状为圆形、椭圆形或多边形。

优选的，多个所述镂空孔的形状和/或大小相同；

或，多个所述镂空孔的形状和/或大小不完全相同。

优选的，所述集流体具有涂覆区和空箔区，所述安全底涂层涂覆在所述涂覆区的集流体，所述空箔区位于所述涂覆区的至少一端。

本实用新型的目的之二在于提供锂离子电池，包括第一极片、隔膜及第二极片，所述第一极片、所述隔膜及所述第二极片依次卷绕形成卷芯，所述第一极片和所述第二极片中的至少一者采用上述的极片。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果

本实用新型通过优化极片结构，采用镂空安全底涂层的设计，即在安全底涂层设计多个镂空纹或多个镂空孔，在涂覆活性涂层时，活性物质可直接接触集流体，能够增加集流体和活性涂层的接触面积，从而起到降低电池内阻的作用，在保证电池安全性的情况下，提升电池的充电速率和降低电池的温度。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施方式的特征、优点和技术效果。

图1为本实用新型中实施例1的安全底涂层涂覆示意图。

图2为本实用新型中实施例2的安全底涂层涂覆示意图。

图3为本实用新型中实施例3的安全底涂层涂覆示意图。

图4为本实用新型中实施例4的安全底涂层涂覆示意图。

图5为本实用新型中实施例5的安全底涂层涂覆示意图。

图6为本实用新型中实施例6的安全底涂层涂覆示意图。

图7为本实用新型中实施例7的安全底涂层涂覆示意图。

图8为本实用新型中对比例1的安全底涂层涂覆示意图。

其中，附图标记说明如下：

1-集流体；

2-安全底涂层；

3-镂空纹。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

由于现有结构导电性能比较差，导致电池的内阻显著增加，存在降低电池的充放电速率，增加温升等风险。

本实用新型的极片包括集流体1；安全底涂层2，涂覆在集流体1的至少一面；活性涂层，涂覆在安全底涂的表面；其中，安全底涂层2具有多个镂空纹3或多个镂空孔，活性涂层穿过镂空纹3或镂空孔，并接触集流体1。本实用新型通过优化极片结构，采用镂空安全底涂层2的设计，即在安全底涂层2设计多个镂空纹3或多个镂空孔，在涂覆活性涂层时，活性物质可直接接触集流体1，能够增加集流体1和活性涂层的接触面积，从而起到降低电池内阻的作用，在保证电池安全性的情况下，提升电池的充电速率和降低电池的温度。

在根据本实用新型的极片中，多个镂空纹3围成多个规则或不规则的图案，多个图案分布在安全底涂层2的表面。具体的，镂空纹3对应集流体1的位置，此处没有安全底涂层2涂覆，在涂覆活性涂层前，此处的集流体1通过镂空纹3暴露在外，镂空纹3可以为直线段或曲线段，多个镂空纹3可以组成一个图案或多个图案，参见图1和图2所示，多个镂空纹3围成规则图案，如类似蜂窝状结构，但本实用新型不以此为限，还可以是其它不规则的图案，这里不做限定。

在根据本实用新型的极片中，多个镂空纹3平行或交叉设置，镂空纹3与集流体1的长度方向之间形成的夹角为0°～180°。具体的，镂空纹3可以为直线段，多个镂空纹3沿相同方向依次排布在涂覆区，参见图5所示，若镂空纹3的方向不同，则可形成镂空纹3交叉。

在根据本实用新型的极片中，多个镂空纹3的间距和/或大小相同；或，多个镂空纹3的间距和/或大小不完全相同。需要说明的是：镂空纹3的间距可以理解为相邻两个镂空纹3之间的间距，镂空纹3的大小可以理解为镂空纹3的粗细，可根据实际生产需求，调整镂空纹3的间距和/或大小，以满足不同电池的需求。在一些实施方式中，镂空纹3还可以为连续或间断的线段，以满足不同的涂覆需求，这里不做限定。

在根据本实用新型的极片中，多个镂空孔分布在安全底涂层2的表面，镂空孔的形状为圆形、椭圆形或多边形。具体的，镂空孔对应集流体1的位置，此处没有安全底涂层2涂覆，在涂覆活性涂层前，此处的集流体1通过镂空孔暴露在外，镂空孔可以理解为采用区域镂空设计，多个镂空区域分布在安全底涂层2的表面，在涂覆活性涂层时，活性物质也可镂空孔可通过直接接触集流体1，能够增加集流体1和活性涂层的接触面积。其中，多个镂空孔的形状和/或大小相同；或，多个镂空孔的形状和/或大小不完全相同，可根据实际涂覆需求进行调整，这里不做限定。

在根据本实用新型的极片中，集流体1具有涂覆区和空箔区，安全底涂层2涂覆在涂覆区的集流体1，空箔区位于涂覆区的至少一端。极片包括集流体及涂覆在集流体1表面的活性物质，极片的表面具有空箔区，空箔区的厚度小于中间正常区域，其中，集流体1暴露于极片的空箔区表面，且与极耳的端部焊接，极耳包括正极耳和负极耳，即可以用于正极片的极耳，也可以用于负极片的极耳。

本实用新型的锂离子电池，包括第一极片、隔膜及第二极片，第一极片、隔膜及第二极片依次卷绕形成卷芯，第一极片和第二极片中的至少一者采用上述的极片。

在一些实施方式中，包括正极片、负极片、隔膜、铝塑膜、电解液、极耳、胶带。

正极片结构，若采取两面涂覆结构，即依次为活性涂层、安全底涂层2、集流体1、安全底涂层2、活性涂层；活性涂层为钴酸锂(LCO)、三元材料(NCA、NCM)等高能量密度材料；此外，还有粘结剂和导电剂，起到容量发挥作用。安全底涂层2为磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸钴锂、磷酸钛铝锂等磷酸盐类材料，除此之外还有粘结剂、导电剂和分散剂，起到安全作用。本实用新型通过对安全底涂层2进行镂空设计，提升活性涂层与集流体1的电子导通，降低电池内阻。正极集流体主要是铝箔，起到电子导通作用。

电池可以包括至少两个相互叠设且极性相反的极片，极性相反的极片分别为电池的正极极片和负极极片。为了避免正负极极片之间短路，每相邻两个极片之间设置有隔膜，极性相反的极片通过隔膜实现电性隔离。

具体的，将安全底涂层2涂覆在铜箔或铝箔上，涂覆区为大致整个箔材表面，同时，预留出极耳位置，对涂覆后的箔材进行阴极浆料或阳极浆料涂覆，再经制片、卷绕、封装、活化可得到成品电芯。

集流体1为汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要是金属箔，如铜箔、铝箔、复合集流体等，主要是将电池活性物质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与活性物质需保证充分接触，并且保证内阻较小。

极片和极耳的连接方式包括但不限于超声波焊接、激光焊接、锡焊加导电胶带等，还可以是其它固定方式。

为了避免正负极片之间短路，每相邻两个极片之间设置有隔膜，极性相反的极片通过隔膜电性隔离。第一极片和第二极片的极性相反，且第一极片和第二极片相互叠设。

另外，第一极片可以为正极片，第二极片可以是负极片；或者，第一极片可以为负极片，第二极片可以是正极片，此处不做限制。

实施例1

参见图1所示，本实施例的多个镂空纹3围成多个规则图案，规则图案为方格，多个方格均匀排布在集流体1的涂覆区。

实施例2

与实施例1不同的是：本实施例的多个镂空纹3围成多个规则图案，规则图案为六边形或其他多边形，多个六边形均匀间隔设在集流体1的涂覆区。

其他结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例3

与实施例1不同的是：本实施例的多个镂空纹3为直线，且相互平行设置，镂空纹3和集流体1的长度方向之间形成的夹角为0°或180°，可以理解为多个直线的镂空纹3均与集流体1的长度方向平行。

其他结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例4

与实施例1不同的是：本实施例的多个镂空纹3为直线，且相互平行设置，镂空纹3和集流体1的长度方向之间形成的夹角为60°，还可以是40°、45°、50°、55°、65°、70°等，这里不做限定。

其他结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例5

与实施例1不同的是：本实施例的多个镂空纹3为直线，且交叉设置，如：一部分镂空纹3和集流体1的长度方向之间的夹角为60°，另一部分镂空纹3和集流体1的长度方向之间的夹角为120°，还可以是其它角度，这里不做限定。

其他结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例6

与实施例1不同的是：本实施例的多个镂空纹3为直线，且相互平行设置，镂空纹3和集流体1的长度方向之间形成的夹角大致为120°，还可以是110°、130°、140°、150°、160°等，这里不做限定。

其他结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例7

与实施例1不同的是：本实施例的多镂空纹3为直线，且相互平行设置，镂空纹3和集流体1的长度方向之间形成的夹角为90°。

其他结构与实施例1相同，这里不再赘述。

对比例1

与实施例1不同的是：本实施例的安全底涂层2是满涂，可以理解为安全底涂层2是铺满整个涂覆区。

将实施例1～7、对比例1的极片结构制备的电池，进行针刺测试和重物冲击测试，在25度环境下，测试锂电芯的容量，然后再满充测试针刺、重物冲击通过率。

其中，电池的制备过程包括：

将磷酸铁锂、胶、导电剂、分散剂按照一定的比例混合物分散到NMP溶剂中，通过双行星搅拌后，获得安全底涂层2浆料，将该浆液通过凹版辊的方式涂到正极集流体上，初步得到带有安全底涂的集流体1；将钴酸锂、PVDF、导电剂按照一定的重量比混合，加入N-甲基吡咯烷酮，搅拌一定的时间，获得浆料，将浆料抽真空、过筛网后涂布到安全底涂层2两侧表面，再进行辊压和分切后得到正极极片；

将负极活性物质、粘结剂、防沉降剂按照一定的重量比例混合，加入去离子水，通过双行星搅拌罐分散后，抽真空过筛后涂布到铜箔集流体上，接着辊压、分切得到负极极片；

采用非水电解液，电解液包括溶剂、锂盐、添加剂，溶剂为直链酯和环状酯混合溶液，锂盐为六氟磷酸锂，添加剂为改善成膜、改善高低温的功能性添加剂；

最后将正极片、负极片、隔膜通过卷绕方式卷绕后，封装于铝塑膜袋中，烘干后注入电解液，热压化成后得到软包锂电芯，容量为4330mAh。

表1、实施例1～7的电池和对比例1的针刺测试和重物冲击测试结果

当安全底涂层2换成磷酸钛铝锂，其他锂电芯的制备及测试与上述步骤相同，可得到表2的测试结果。

表2、实施例1～7的电池和对比例1的针刺测试和重物冲击测试结果

实施例	针刺测试个数	通过个数	重物冲击测试个数	通过个数
					实施例1	3	3	3	3
实施例2	3	3	3	3
					实施例3	3	3	3	3
实施例4	3	3	3	3
					实施例5	3	3	3	3
实施例6	3	3	3	3
					实施例7	3	3	3	3
对比例1	3	3	3	3

当安全底涂层2换成磷酸钴锂，其他锂电芯的制备及测试与上述步骤相同，可得到表3的测试结果。

表3、实施例1～7的电池和对比例1的针刺测试和重物冲击测试结果

从表1～表3可以看出，实施例1～7制得的电池在针刺测试和重物冲击测试中，均与对比例1相同，说明本实用新型的结构可在保证电池安全性的情况下，通过对安全底涂层2进行镂空设计，提升安全底涂层2与集流体1的电子导通，降低电池内阻，有助于提升电池充电速率和降低电池温升，并且，采用不同材料的安全底涂层2也能达到相同效果，有助于提高本发明结构的兼容性。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.一种极片，其特征在于，包括：

集流体(1)；

安全底涂层(2)，涂覆在所述集流体(1)的至少一面；

活性涂层，涂覆在所述安全底涂层的表面；

其中，所述安全底涂层(2)具有多个镂空纹(3)或多个镂空孔，所述活性涂层穿过所述镂空纹(3)或所述镂空孔，并接触所述集流体(1)。

2.如权利要求1所述的一种极片，其特征在于：多个所述镂空纹(3)围成多个规则或不规则的图案，多个所述图案分布在所述安全底涂层(2)的表面。

3.如权利要求1所述的一种极片，其特征在于：多个所述镂空纹(3)平行或交叉设置。

4.如权利要求3所述的一种极片，其特征在于：所述镂空纹(3)与所述集流体(1)的长度方向之间形成的夹角为0°～180°。

5.如权利要求4所述的一种极片，其特征在于：多个所述镂空纹(3)的间距和/或大小相同；

或，多个所述镂空纹(3)的间距和/或大小不完全相同。

6.如权利要求5所述的一种极片，其特征在于：所述镂空纹(3)为连续或间断的线段。

7.如权利要求1所述的一种极片，其特征在于：多个所述镂空孔分布在所述安全底涂层(2)的表面，所述镂空孔的形状为圆形、椭圆形或多边形。

8.如权利要求7所述的一种极片，其特征在于：多个所述镂空孔的形状和/或大小相同；

或，多个所述镂空孔的形状和/或大小不完全相同。

9.如权利要求1所述的一种极片，其特征在于：所述集流体(1)具有涂覆区和空箔区，所述安全底涂层(2)涂覆在所述涂覆区的集流体(1)，所述空箔区位于所述涂覆区的至少一端。

10.一种锂离子电池，其特征在于：包括第一极片、隔膜及第二极片，所述第一极片、所述隔膜及所述第二极片依次卷绕形成卷芯，所述第一极片和所述第二极片中的至少一者采用权利要求1-9任意一项所述的极片。