CN116093245A - 一种极片、电池和去除集流体端面毛刺的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种极片、电池和去除集流体端面毛刺的方法。本发明第一方面提供一种极片，包括集流体和位于所述集流体至少一个表面的活性物质层，所述集流体的端面附着有粒径为0～1mm的无尖锐角的颗粒。本发明将集流体端面的毛刺变为无尖锐角的颗粒，消除了因毛刺刺穿隔膜而导致的短路和热失控的可能，改善了电池的自放电性能，提高了电池的电性能和安全性；同时，这种形态的变化不会影响现有的制备工艺和电池性能。

Description

一种极片、电池和去除集流体端面毛刺的方法
技术领域
本发明涉及一种极片、电池和去除集流体端面毛刺的方法，涉及电池技术领域。
背景技术
电池作为一种能够产生电能的装置，已被广泛应用于3C、小动力、电动汽车、储能等诸多领域。然而在发生短路的情况下，很容易发生电池失效甚至着火、***等问题，引起严重危害，因此电池的安全问题很大程度上限制了电池的应用和普及。
集流体作为电池的重要组成部分之一，在分切过程中，会在切割端面形成毛刺，毛刺的尖锐端很容易刺穿隔膜导致电池短路，影响电池的自放电性能，严重情况下还会导致电池失效，发生热失控，出现着火、***等安全问题；因此，如何在保证电池性能的基础上，去除集流体边缘的毛刺，降低电池发生短路和热失控的风险，提高电池的安全性和电性能。
发明内容
本发明提供一种极片和电池，用于在保证电池性能的基础上，去除集流体边缘的毛刺，消除毛刺导致的电池短路和热失控的可能，提高电池的电性能和安全性。
本发明还提供一种去除集流体端面毛刺的方法，该方法能够在保证电池性能的基础上，去除集流体边缘的毛刺，消除毛刺导致的电池短路和热失控的可能，提高电池的电性能和安全性。
本发明第一方面提供一种极片，所述极片包括集流体和位于所述集流体至少一个表面的活性物质层，所述集流体的端面附着有粒径为0～1mm的无尖锐角的颗粒。
如上所述的极片，所述活性物质层包括粘结剂和导电剂；
所述活性物质层包括第一区域和第二区域，所述第一区域靠近附着有所述无尖锐角的颗粒的集流体的端面，所述第二区域远离附着有所述无尖锐角的颗粒的集流体的端面；
所述第一区域中粘结剂和/或导电剂的含量小于所述第二区域中粘结剂和/或导电剂的含量。
如上所述的极片，所述第一区域中粘结剂和/或导电剂出现熔融状态形貌。
如上所述的极片，在所述第一区域内，随着所述活性物质层与附着有所述无尖锐角的颗粒的集流体的端面之间距离的减小，所述活性物质层内粘结剂和/或导电剂的含量越低。
如上所述的极片，所述第一区域的长度小于等于5mm。
如上所述的极片，在所述极片的厚度方向，所述无尖锐角的颗粒不超出所述活性物质层远离集流体的表面。
本发明第二方面提供一种去除集流体端面毛刺的方法，包括：对毛刺进行热处理，使所述毛刺受热熔融，得到端面附着有粒径为0～1mm的无尖锐角的颗粒的集流体；
所述毛刺是对集流体进行分切后形成的。
如上所述的方法，所述热处理包括使用热源对所述毛刺进行加热。
如上所述的方法，所述热处理的温度大于等于所述毛刺的熔点。
如上所述的方法，在热处理时，所述集流体的端面的温度不低于350℃。
本发明第三方面提供一种电池，所述电池包括上述任一所述的极片。
本发明将集流体端面的毛刺变为无尖锐角的颗粒，消除了因毛刺刺穿隔膜而导致的短路和热失控的可能，改善了电池的自放电性能，提高了电池的电性能和安全性；同时，这种形态的变化不会影响现有的制备工艺和电池性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明一实施例提供的集流体端面毛刺处理示意图；
图2为本发明一实施例提供的极片双面涂布区域端面毛刺处理示意图；
图3为本发明一实施例提供的极片单面涂布区域端面毛刺处理示意图；
图4为本发明一实施提供的经热处理后的极片双面涂布区域端面示意图。
附图标记说明：
1-集流体；
2-活性物质层；
3-热源；
4-无尖锐角的颗粒。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，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做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。
电池作为一种能够产生电能的装置，已被广泛应用于3C、小动力、电动汽车、储能等诸多领域。集流体作为电池的重要组成部分之一，在分切过程中，会在切割端面形成毛刺，毛刺的尖锐端很容易刺穿隔膜导致电池短路，影响电池的自放电性能，严重情况下还会导致电池失效，发生热失控，出现着火、***等安全问题。
在集流体端面粘贴胶纸或涂层在一定程度上能够缓解刺穿隔膜的风险，但其对制备工艺的要求较高，并且也会影响电池的能量密度，因此，如何在保证电池性能的基础上，去除集流体边缘的毛刺，降低电池发生短路和热失控的风险，提高电池的安全性和电性能是本发明亟待解决的技术问题。
基于上述技术问题，本发明第一方面提供一种去除集流体端面毛刺的方法，包括：对毛刺进行热处理，使所述毛刺受热熔融，得到端面附着有粒径为0～1mm的无尖锐角的颗粒的集流体；
所述毛刺是对集流体进行分切后形成的。
本发明中“端面”是指集流体分切后所形成的表面，其位于集流体的两端。
本发明通过热处理，将分切形成的毛刺变为较为圆润且无尖锐角的颗粒，不会刺破隔膜，避免了电池发生短路和失效的问题；进一步地，无尖锐角的颗粒的粒径为0～1mm，当无尖锐角的颗粒的粒径为0mm时，则表明集流体端面无颗粒附着，集流体端面较为平整。
本发明中“颗粒”可以为球状、椭球状、不规则状等形状，并且颗粒的朝向可以为任意方向，本发明对此不做进一步限定。
本发明将集流体端面的毛刺变为无尖锐角的颗粒，消除了因毛刺刺穿隔膜而导致的短路和热失控的可能，并改善了电池的自放电性能，提高了电池的电性能和安全性；同时，这种形态的变化不会影响现有的制备工艺和电池性能。
在一种具体实施方式中，所述热处理包括使用热源对所述毛刺进行加热，加热过程中，所述毛刺受热熔融而失去毛刺原有形态，形成无法直接刺穿隔膜的无尖锐角的颗粒形态，粒径较大的颗粒从集流体端面脱落，而小粒径的颗粒附着在集流体端面。
其中，热处理可以是任何的加热方式，例如，所述热源为火焰、激光、电磁感应中的一种或多种。
进一步地，所述火焰是任何可燃物形成的火焰；激光加热是指通过在毛刺表面产生一定的感应电流，使毛刺的温度迅速提高并达到熔融状态；电磁感应是指交变的磁场在毛刺中产生感应电流，从而导致毛刺发热并达到熔融状态。
可以理解，热源产生的温度需要使微米级箔材受热发生形变，即所述热处理的温度应当大于等于所述毛刺的熔点；进一步地，在热处理后，所述集流体端面的温度不低于350℃。
图1为本发明一实施例提供的集流体端面毛刺处理示意图，如图1所示，集流体1的端面有分切形成的毛刺，使用热源3对毛刺进行热处理，热源3具体为火焰，达到一定温度后，毛刺受热熔融变为无尖锐角的颗粒，部分粒径较大的颗粒会从集流体端面脱落，而粒径较小的颗粒会附着在集流体端面，得到与图4相同效果的附着在集流体1端面的无尖锐角的颗粒4。
可以理解，集流体端面的毛刺方向可以为任意方向，热源3的方面也并不局限于图1所示的方向，可以为任意方向，只要能使毛刺受热熔融发生形变即可。
可以理解，本发明提供的集流体可以为正极集流体和/或负极集流体，分切形成的毛刺可以位于集流体一侧的端面，也可以同时位于集流体两侧的端面。
本发明提供的毛刺处理方法，在分切设备下游设置加热装置即可，可兼容现有的分切设备，不会对现有制备工艺造成影响，并且所需增设的加热装置成本较低。
综上，本发明将集流体端面的毛刺变为无尖锐角的颗粒，消除了因毛刺刺穿隔膜而导致的短路和热失控的可能，改善了电池的自放电性能，提高了电池的电性能和安全性；同时，这种形态的变化不会影响现有的制备工艺和电池性能。
本发明第二方面提供一种极片，其包括上述任一所述的集流体和位于所述集流体至少一个表面的活性物质层，可以理解，活性物质层可以位于集流体的上表面或下表面，也可以同时位于上表面和下表面。
当集流体的至少一个表面设置有活性物质层时，通常对极片整体进行分切，并在集流体的端面形成毛刺，在对毛刺进行热处理时，靠近毛刺的活性物质层会受到热处理的影响，使得该区域内的粘结剂和/或导电剂出现受热熔融状态形貌，与其他未受热处理影响的活性物质层区域出现差异。
因此，本发明将活性物质层分为第一区域和第二区域，第一区域靠近附着有所述无尖锐角的颗粒的集流体的端面，即为受到热影响的区域，位于活性物质层边缘，第二区域远离附着有所述无尖锐角的颗粒的集流体的端面，即为未受到热处理影响的区域，位于活性物质层中间部分，所述第一区域中粘结剂和/或导电剂的含量小于所述第二区域中粘结剂和/或导电剂的含量。
进一步地，第一区域中粘结剂和/或导电剂出现熔融状态形貌。
进一步地，在第一区域中，随着活性物质层与附着有无尖锐角的颗粒的集流体的端面之间距离的减小，活性物质层受热处理的影响越大，活性物质层内粘结剂和/或导电剂的含量也就越低。
进一步地，随着加热时间的延长，活性物质层内粘结剂和/或导电剂的含量也会逐渐降低，为了避免热处理对活性物质层内组分含量的影响，热处理时间不宜过长，只需使毛刺受热熔融并发生形变即可。
进一步地，第一区域的长度过长可能会降低活性物质层的克容量，影响电池的能量密度，因此，第一区域的长度不宜过高，具体地，第一区域的长度小于等于5mm，在热处理过程中，应尽量避免热处理对活性物质层的影响。
在一种实施方式中，沿所述极片的厚度方向，无尖锐角的颗粒不超出所述活性物质层远离集流体的表面，即无尖锐角的颗粒的高度小于等于极片的总厚度。
在另一种实施方式中，沿所述极片的厚度方向，无尖锐角的颗粒的至少部分超出活性物质层的远离集流体的表面，即无尖锐角的颗粒能够与电池中的隔膜抵接。
第一区域的长度是指沿极片长度方向，第一区域的距离，即第一区域的长度所在的方向与极片长度方向相同，极片长度方向为本领域常规定义，即极片中最长边所在方向。极片的厚度方向同样为本领域常规定义，即极片中最短边所在方向，介于最长边和最短边的边所在方向为极片的宽度方向；活性物质层的远离集流体的表面是指沿极片长度和宽度方向所组成的平面。
本发明提供的极片可以为正极极片和/或负极极片，当极片为正极极片时，正极集流体可以为铝箔等常规金属箔材，正极活性物质层按照质量百分含量包括70～99wt％的正极活性材料、0.5～15wt％的导电剂、0.5～15wt％的粘结剂。正极活性材料、导电剂和粘结剂的选择并无特殊，可以为本领域常规选择，以锂离子电池为例，正极活性材料包括钴酸锂(LCO)、镍钴锰三元材料(NCM)、镍钴铝三元材料(NCA)、镍钴锰铝四元材料(NCMA)、磷酸铁锂(LFP)、磷酸锰锂(LMP)、磷酸钒锂(LVP)、锰酸锂(LMO)、富锂锰基中的一种或多种，导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、单壁碳纳米管、多臂碳纳米管、碳纤维中的一种或多种，粘结剂选自偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、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、聚六氟丙烯和丁苯橡胶中的一种或多种。
当极片为负极极片时，负极集流体可以为铜箔等常规金属箔材，负极活性层按照质量百分含量包括70～99wt％的负极活性材料、0.5～15wt％的导电剂、0.5～15wt％的粘结剂，负极活性材料选自人造石墨、天然石墨、硬炭、中间相碳微球、软碳、硬碳、钛酸锂、硅碳、氧化亚硅中的一种或多种，导电剂和粘结剂的选择同正极极片。
图2为本发明一实施例提供的极片的双面涂布区域端面毛刺处理示意图，图4为本发明一实施提供的经热源处理后极片端面示意图，如图2、4所示，极片包括集流体1和位于集流体表面的活性物质层2，分切后的集流体1的端面有分切形成的毛刺，使用热源3对毛刺进行热处理，达到一定温度后，毛刺受热熔融变为无尖锐角的颗粒4，部分粒径较大的颗粒会从集流体端面脱落，而粒径较小的颗粒会附着在集流体端面；同时，位于集流体上下表面的活性物质层2边缘受到热处理影响，内部的粘结剂和/或导电剂出现受热熔融状态形貌，导致边缘区域与中间未受热处理影响的活性物质层区域出现差异。
图3为本发明一实施例提供的极片的单面涂布区域端面毛刺处理示意图，如图3所示，对于活性物质层2仅设置在集流体一个表面的极片，采用相同的热处理方法对集流体端面的毛刺进行热处理，实现与图4相同的效果。
综上，本发明将极片端面的毛刺变为无尖锐角的颗粒，消除了因毛刺刺穿隔膜而导致的短路和热失控的可能，改善了电池的自放电性能，提高了电池的电性能和安全性；同时，这种形态的变化不会影响现有的制备工艺和电池性能。
本发明第三方面提供一种电池，所述电池包括上述任一所述的集流体或者上述任一所述的极片。
基于本发明上述提供的集流体和极片的特性，包括上述集流体或极片的电池具有较好的电性能和安全性。
在一种具体实施方式中，电池还包括隔膜和电解液。
示例性地，电解液为本领域已知的包括锂盐和溶剂的常规电解液，溶剂含有碳酸乙烯酯(简写为EC)、碳酸二乙酯(简写为DEC)、碳酸丙烯酯(简写为PC)、氟代碳酸乙烯酯(简写为FEC)。
示例性地，隔膜为聚丙烯为基材的材料，或在此基础上单面或双面涂覆陶瓷的涂胶隔膜。
以下，通过具体实施例对本发明提供的极片进行介绍。
实施例1
本实施例提供一种极片的处理方法，极片为正极极片和负极极片，包括集流体1和位于集流体上下两个表面的活性物质层2，集流体1的端面有分切形成的毛刺，使用热源3对毛刺进行热处理，达到一定温度后，毛刺受热熔融变为无尖锐角的颗粒4，部分粒径较大的颗粒会从集流体端面脱落，而粒径较小的颗粒会附着在集流体1端面；同时，位于集流体上下表面的活性物质层2边缘受到热处理影响，内部的粘结剂和/或导电剂出现受热熔融形态，导致边缘区域与中间未受热处理影响的活性物质层区域出现差异。
对比例1
本对比例提供的极片不对集流体端面的毛刺进行热处理，其它同实施例1。
将实施例1和对比例1提供的极片搭配隔膜和电解液制备得到电池，并对电池的电性能和安全性进行测试，测试方法如下，结果如表1所示。
K值测试：K值(电芯衰减率)定义为每小时电压衰减值可用来表征电池自放电情况，单位为mV/h，测试不同时间的电压内阻，通过公式K＝(OCV1-OCV2)/两次测试的时间间隔，测试跌落前后的K值。
安全性测试方法：将电池以1.5C恒流恒压充电至4.48V，截止0.02C，将满电电池置于85℃烘箱中，当电芯表面温度达到85℃后，恒温搁置持续6h，电池不起火不***则视为通过。
表1实施例和对比例提供的电池的性能测试结果
K值(mV/h) 安全性(通过数/测试总数)
实施例1 0.027 8/10
对比例1 0.042 3/10
根据表1提供的数据可知，本发明将集流体端面的毛刺变为无尖锐角的颗粒，消除了因毛刺刺穿隔膜而导致的短路和热失控的可能，改善了电池的自放电性能，提高了电池的电性能和安全性；同时，这种毛刺的处理方法及形态的变化不会影响现有的制备工艺和电池性能，相比粘贴胶纸的处理方法，简化了制备工艺，也避免了粘贴胶纸对电池能量密度的影响。
在本发明的描述中，术语“顶”、“底”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种极片，其特征在于，所述极片包括集流体和位于所述集流体至少一个表面的活性物质层，所述集流体的端面附着有粒径为0～1mm的无尖锐角的颗粒。
2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述活性物质层包括粘结剂和导电剂；
所述活性物质层包括第一区域和第二区域，所述第一区域靠近附着有所述无尖锐角的颗粒的集流体的端面，所述第二区域远离附着有所述无尖锐角的颗粒的集流体的端面；
所述第一区域中粘结剂和/或导电剂的含量小于所述第二区域中粘结剂和/或导电剂的含量。
3.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述第一区域中粘结剂和/或导电剂出现熔融状态形貌。
4.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，在所述第一区域内，随着所述活性物质层与附着有所述无尖锐角的颗粒的集流体的端面之间距离的减小，所述活性物质层内粘结剂和/或导电剂的含量越低。
5.根据权利要求2～4任一项所述的极片，其特征在于，所述第一区域的长度小于等于5mm。
6.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，在所述极片的厚度方向，所述无尖锐角的颗粒不超出所述活性物质层远离集流体的表面。
7.一种去除集流体端面毛刺的方法，其特征在于，包括：对毛刺进行热处理，使所述毛刺受热熔融，得到端面附着有粒径为0～1mm的无尖锐角的颗粒的集流体；
所述毛刺是对集流体进行分切后形成的。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热处理包括使用热源对所述毛刺进行加热。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述热处理的温度大于等于所述毛刺的熔点。
10.根据权利要求7～9任一项所述的方法，其特征在于，在热处理时，所述集流体的端面的温度不低于350℃。
11.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1～6任一项所述的极片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117219725A (zh) * 2023-11-08 2023-12-12 宁德时代新能源科技股份有限公司 极片表面处理装置及工艺、极片生产设备、电池生产线

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