CN114171743A - 一种负极片、电芯结构及电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种负极片、电芯结构和电池，负极片包括：负极集流体、第一负极涂片和第二负极涂片，其中，所述第一负极涂片涂覆在所述负极集流体的第一表面，所述第二负极涂片涂敷在所述负极集流体的第二表面，所述负极集流体的第一表面和第二表面相背；所述负极集流体为锂铜合金材料。本发明实施例通过将负极集流体的材料从铜箔替换为锂铜合金，在第一次放电过程中锂铜合金作为锂源补充首次充电过程中在电极表面形成固体电解质膜等反应而消耗的锂，有效提高电池的首次效率，从而实现提高电池的容量。

Description

一种负极片、电芯结构及电池

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种负极片、电芯结构及电池。

背景技术

锂电池的较高能量密度和功率密度使其被应用于便携电子产品和电动车上。为了获得能量密度更高的锂电池，目前将负极片的活性物质替换为硅负极材料。但在该技术中，由于负极活性材料替换为硅负极材料，相对于石墨材料90％以上的首效，硅负极材料的首效极低，仅为69％，从而造成锂电池的容量较低。

可见，相关技术中存在着锂电池的容量较低的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种负极片、电芯结构和电池，以解决现有技术中存在着电池的容量较低的问题。

为达到上述目的，本发明实施例提供一种负极片，包括：负极集流体、第一负极涂片和第二负极涂片，其中，

所述第一负极涂片涂覆在所述负极集流体的第一表面，所述第二负极涂片涂敷在所述负极集流体的第二表面，所述负极集流体的第一表面和第二表面相背；

所述负极集流体为锂铜合金材料。

作为一种可选的实施方式，所述负极集流体中锂含量为5％-80％，所述负极集流体第一表面和第二表面之间距离为4-12um。

作为一种可选的实施方式，所述锂铜合金材料包括铜材料和锂材料，所述铜材料为设有多个空隙的网状多孔骨架结构，所述锂材料填充所述空隙。

作为一种可选的实施方式，所述第一负极涂片和所述第二负极涂片分别包括纯硅、硅氧、石墨、硬碳、石墨掺硅、硬碳掺硅材料中的至少一种。

本发明还提供一种电芯结构，包括上述负极片，还包括正极片和隔膜，所述隔膜设于所述正极片和所述负极片之间，所述正极片、所述隔膜和所述负极片卷绕沿着起始端形成卷芯结构。

作为一种可选的实施方式，所述负极片的第一表面设有第一空箔区和第一涂覆区，所述第一空箔区和所述第一涂覆区相邻，所述第一负极涂片涂覆在所述第一涂覆区；

所述负极片的第二表面设有第二空箔区、中间区和第二涂覆区，所述中间区位于所述第二空箔区和所述第二涂覆区之间，所述第二负极涂片涂覆在所述第二涂覆区。

作为一种可选的实施方式，所述正极片涂覆有正极活性物质，所述正极片的所述正极活性物质的起始端在所述卷芯结构的厚度方向上的投影与所述第一负极涂片的起始端对应。

作为一种可选的实施方式，所述正极片的所述正极活性物质的起始端在所述卷芯结构的厚度方向上的投影与所述第二负极涂片的起始端对应。

作为一种可选的实施方式，还包括正极极耳和负极极耳，所述正极极耳固定在所述正极片表面，所述负极极耳固定在所述负极片的所述第一空箔区，或所述第二空箔区，或所述中间区的表面。

本发明实施例还提供一种电池，包括上述电芯结构。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明实施例通过将负极集流体的材料从铜箔替换为锂铜合金，在第一次充电过程中负极片形成固体电解质膜，锂铜合金释作为锂源补充所消耗的锂，能够有效提高电池首次效率，从而实现提高电池的容量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种负极片的平面示意图；

图2是本发明实施例提供的一种负极片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种负极片的平面示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种负极片，包括：负极集流体10、第一负极涂片11和第二负极涂片12，其中，

第一负极涂片11涂覆在负极集流体10的第一表面，第二负极涂片12涂敷在负极集流体10的第二表面，负极集流体10的第一表面和第二表面相背；

负极集流体10为锂铜合金材料。

该实施方式中，在首次充放电过程中，锂离子在电池电极的表面形成固体电解质膜，使可逆锂离子含量降低，导致电池容量较低。本发明实施例中将负极集流体10的材料使用锂铜合金，能够在电池充电过程中补充形成固体电解质膜消耗的锂离子，从而提高电池的首次效率，实现提高电池的容量。

具体的，在电池的首次充电过程中，电解液中的锂离子在电池的负极形成固体电解质膜。在形成固体电解质膜的同时，锂铜合金中的锂材料作为锂源补充电解液中的锂离子，使电解液中的锂离子保持在较高水平。在首次充电完成后，充电前电解液中的锂离子含量和充电后电解液中的锂离子含量保持在较低的差别内，实现提高电池的首次效率的目的。

作为一种可选的实施方式，负极集流体10中锂含量为5％-80％，负极集流体10第一表面和第二表面之间距离为4-12um。

该实施方式中，对于不同的负极材料，由于其首效的差异，对锂离子的补充量也需要进行相应的适配，通常负极集流体10中锂铜合金材料中的锂含量为5％-80％。

另外，将负极集流体10第一表面和第二表面之间距离设为4-12um能够是负极集流体10具有更高的电导率和稳定性。

另外，在本发明实施例中，由电池正极片内的铝箔包裹住卷芯结构的最外层，故负极集流体10的第一表面的完全覆盖住第一负极涂片11，而负极集流体10的第二表面存在单片区，故负极集流体10的第二表面仅有第一区域完全覆盖住第二负极涂片12，以提升能量密度的同时降低原材料浪费。

作为一种可选的实施方式，锂铜合金材料包括铜材料和锂材料，铜材料为设有多个空隙的网状多孔骨架结构，锂材料填充空隙。

该实施方式中，在负极集流体10释放出锂离子后，剩余为网状多孔骨架结构，其为铜骨架，使电池维持稳定的结构形态。同时，铜骨架能够保留铜的导电性和热稳定性，使电池能够保证电循环性能。

其中，锂材料填充在网状多孔骨架结构的空隙中，能够在电解液中锂离子含量降低的情况下作为锂源持续补充锂离子，使电池的循环性能保持较高水平。同时，在锂材料被消耗后剩下的网状多孔骨架结构保持连续，避免出现锂材料消耗后负极集流体10出现断裂情况造成电池失效。另外，铜材料具有较好的导电性能，网状多孔材料结构的通骨架同样能够实现导电效果，保持电池的正常电循环。

作为一种可选的实施方式，第一负极涂片11和第二负极涂片12分别包括纯硅、硅氧、石墨、硬碳、石墨掺硅、硬碳掺硅材料中的至少一种。

该实施方式中，将第一负极涂片11和第二负极涂片12的材料使用纯硅、硅氧、硬碳、石墨掺硅、硬碳掺硅材料能够相比现有的石墨材料具有更优良的能量密度和容量。

另外，在本发明实施例中，第一负极涂片11和第二负极涂片12为纯硅、硅氧、石墨、硬碳、石墨掺硅、硬碳掺硅材料，其掺硅量的范围为0-100％以适应不同锂含量的负极集流体10。

如图2所示，本发明还提供一种电芯结构，包括上述负极片，还包括正极片20和隔膜30，隔膜30设于正极片20和负极片之间，正极片20、隔膜30和负极片卷绕沿着起始端形成卷芯结构。

该实施方式中，正极片20、隔膜30和负极片卷绕沿着起始端形成的卷芯结构能够有效存储电解液，提高电池的能量密度和容量。

其中，正极片20和负极片卷绕能够有效的增加正极片20和负极片的用于进行电循环的面积，电循环的面积增加能够有效的提高电池的能量密度。

另外，隔膜30设置在正极片20和负极片之间，防止正极片20和负极片之间接触造成电池短路的问题出现。

作为一种可选的实施方式，负极片的第一表面设有第一空箔区和第一涂覆区，第一空箔区和第一涂覆区相邻，第一负极涂片11涂覆在第一涂覆区；

负极片的第二表面设有第二空箔区、中间区和第二涂覆区，中间区位于第二空箔区和第二涂覆区之间，第二负极涂片12涂覆在第二涂覆区。

该实施方式中，由于卷芯结构中的最里层为负极片，在卷绕过程中位于最里层的负极片存在负极片与负极片对应的区域，该区域不存在对应的正极片，不能实现电子交换进行电循环，故在该区域内不设置涂层，避免材料的浪费。

其中，第一空箔区和第二空箔区在负极集流体10厚度的方向投影相适配，该区域根据不同的工艺设计存在着或大或小的区别，部分设计中可能不存在该区域。在第一空箔区和第二空箔区中，由于对应正极片20表面均未设有正极活性物质，故在第一空箔区和第二空箔区不涂覆涂层避免材料浪费。

另外，中间区的在负极集流体10厚度的方向投影对应仍为中间区，如图2所示，在中间区内不存在对应的正极片，故中间区未涂覆涂层。中间区自第二空箔区延伸至第二负极涂片12，经过第二弯折处和第三弯折处，其中，中间区经过第二弯折处，使中间区在第二弯折处的两侧能够对应；中间区经过第三弯折处后，此时对应卷芯结构中的正极片20的正极活性物质，设置第二涂层12与正极片20对应，实现电池的正常电循环。

作为一种可选的实施方式，正极片20涂覆有正极活性物质，正极片20的正极活性物质的起始端在卷芯结构的厚度方向上的投影与第一负极涂片11的起始端对应。

该实施方式中，电池的正极片20的正极活性物质需要与电池负极片的第一负极涂片11的位置对应才能有效的进行电循环。在本发明实施例中，将极片20的第一表面的正极活性物质的起始端在正极片20的厚度方向上的投影与第一负极涂片的起始端对应，实现电芯在起始端的位置对应适配，能够充分的用于进行电循环，在避免材料浪费的同时提高电池的循环性能。

另外，在本发明实施例中，由于正极片20的正极活性物质需要与负极片的涂层相对应以实现电池的电循环，故将正极片20的第一表面的正极活性物质的形状设为与第一负极涂片11的形状相适配，正极片20的第一表面的正极活性物质的大小设为与第一负极涂片11的大小相适配。

作为一种可选的实施方式，正极片20的正极活性物质的起始端在卷芯结构的厚度方向上的投影与第二负极涂片12的起始端对应。

该实施方式中，与正极片20和第一负极涂片11位置对应相同，需要将正极片20和第二负极涂片12位置对应才能有效的进行电循环。故在本发明实施例中，正极片20的第二表面的正极活性物质的起始端在正极片20的厚度方向上的投影与第二负极涂片12的起始端对应，实现电芯在起始端的位置对应适配，能够充分的用于进行电循环，在避免材料浪费的同时提高电池的循环性能。

另外，在本发明实施例中，由于正极片20的正极活性物质需要与负极片的涂层相对应以实现电池的电循环，将正极片20的第二表面的正极活性物质的形状设为与第二负极涂片12的形状相适配，将正极片20的第二表面的正极活性物质的大小设为与第二负极涂片12的大小相适配。

作为一种可选的实施方式，还包括正极极耳21和负极极耳13，正极极耳21固定在正极片20表面，负极极耳13固定在负极片的第一空箔区，或第二空箔区，或中间区的表面。

该实施方式中，通过正极极耳21和负极极耳13连接外部工作电路，实现电池的正常电循环。其中，正极极耳21和负极极耳13具有较好的导电性能，能够通过集流体快速将电子传导到正极片20的表面或负极片的表面。

本申请实施例还提供一种电池，包括上述电芯结构。

需要说明的是，上述负极片实施例的实现方式同样适应于该电芯结构的实施例中，并能达到相同的技术效果，在此不再赘述。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括上述电池。

需要说明的是，上述电池实施例的实现方式同样适应于该电子设备的实施例中，并能达到相同的技术效果，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种负极片，其特征在于，包括：负极集流体、第一负极涂片和第二负极涂片，其中，

所述第一负极涂片涂覆在所述负极集流体的第一表面，所述第二负极涂片涂敷在所述负极集流体的第二表面，所述负极集流体的第一表面和第二表面相背；

所述负极集流体为锂铜合金材料。

2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述负极集流体中锂含量为5％-80％，所述负极集流体第一表面和第二表面之间距离为4-12um。

3.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述锂铜合金材料包括铜材料和锂材料，所述铜材料为设有多个空隙的网状多孔骨架结构，所述锂材料填充所述空隙。

4.根据权利要求3所述的负极片，其特征在于，所述第一负极涂片和所述第二负极涂片分别包括纯硅、硅氧、石墨、硬碳、石墨掺硅、硬碳掺硅材料中的至少一种。

5.一种电芯结构，包括如权利要求1-4中任一权利要求所述的负极片，其特征在于，还包括正极片和隔膜，所述隔膜设于所述正极片和所述负极片之间，所述正极片、所述隔膜和所述负极片卷绕沿着起始端形成卷芯结构。

6.根据权利要求5所述的电芯结构，其特征在于，所述负极片的第一表面设有第一空箔区和第一涂覆区，所述第一空箔区和所述第一涂覆区相邻，所述第一负极涂片涂覆在所述第一涂覆区；

所述负极片的第二表面设有第二空箔区、中间区和第二涂覆区，所述中间区位于所述第二空箔区和所述第二涂覆区之间，所述第二负极涂片涂覆在所述第二涂覆区。

7.根据权利要求5所述的电芯结构，其特征在于，所述正极片涂覆有正极活性物质，所述正极片的所述正极活性物质的起始端在所述卷芯结构的厚度方向上的投影与所述第一负极涂片的起始端对应。

8.根据权利要求7所述的电芯结构，其特征在于，所述正极片的所述正极活性物质的起始端在所述卷芯结构的厚度方向上的投影与所述第二负极涂片的起始端对应。

9.根据权利要求6所述的电芯结构，其特征在于，还包括正极极耳和负极极耳，所述正极极耳固定在所述正极片表面，所述负极极耳固定在所述负极片的所述第一空箔区，或所述第二空箔区，或所述中间区的表面。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求5-9中任一项所述的电芯结构。

Images