CN116666775B

CN116666775B - 锂离子电池、电化学装置以及电子设备

Info

Publication number: CN116666775B
Application number: CN202310931524.1A
Authority: CN
Inventors: 曹维毅; 吴华
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date: 2023-07-27
Filing date: 2023-07-27
Publication date: 2023-11-14
Anticipated expiration: 2043-07-27
Also published as: CN116666775A

Abstract

本申请公开了一种锂离子电池、电化学装置以及电子设备，所述锂离子电池包括：卷绕式电芯，所述卷绕式电芯包括阴极极片、阳极极片、隔离膜，所述隔离膜设置在所述阴极极片和所述阳极极片之间，所述阴极极片、所述阳极极片和所述隔离膜卷绕形成所述卷绕式电芯，所述卷绕式电芯的最内圈为阴极极片，阴极极片最内圈为单面阴极极片，单面设置阴极涂层，所述单面阴极极片未设置阴极涂层的一面为空箔面，所述空箔面朝向所述卷绕式电芯内侧，所述阴极极片最内圈上设置有第一极耳。本申请通过将卷芯的单面阴极设置在最内圈，相较于单面阳极内置于最内圈，可以减少一道发泡胶纸和一道保护胶纸，降低电芯制造成本。

Description

锂离子电池、电化学装置以及电子设备

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池、电化学装置以及电子设备。

背景技术

锂离子电池因其使用寿命长、能量密度高等优点被广泛应用于各领域的电子产品中，目前，卷绕式的锂离子电池在制造时，通常采用单面阳极位于最内圈，阴极极耳位于第N层（N≥2），在阴极制备过程中会在铝箔两侧对应位置处粘贴两道发泡胶纸，以构造铝极耳焊接区，而且铝极耳正对的阳极区域也需要粘贴两道保护胶纸起到双重防护的作用，如此设计，极大地增加了电芯的成本。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种锂离子电池、电化学装置以及电子设备，以解决上述技术问题，降低电芯制造成本。

第一方面，本申请提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括卷绕式电芯，所述卷绕式电芯包括阴极极片、阳极极片、隔离膜，所述隔离膜设置在所述阴极极片和所述阳极极片之间，所述阴极极片、所述阳极极片和所述隔离膜卷绕形成所述卷绕式电芯，所述阴极极片和所述阳极极片均卷绕为多圈，所述卷绕式电芯的最内圈为阴极极片，阴极极片最内圈为单面阴极极片，单面设置阴极涂层，所述阴极极片最内圈空箔面朝向所述卷绕式电芯内侧，所述阴极极片最内圈上设置有第一极耳。本申请通过将卷绕式电芯的最内圈设置为单面阴极极片，单面涂覆阴极涂层，在阴极制备过程中仅需在涂层一侧设置一道发泡胶纸，以构造极耳焊接区，所述极耳焊接区用以焊接第一极耳，如此，相比于现有技术减少了一道阴极极耳焊接预留区胶纸（发泡胶纸）和与其对应的一道保护胶纸，降低了电芯的成本，提高了电芯的制造速率。

在一些实施方式中，阴极极片最外圈的至少部分为单面阴极极片，所述阴极极片最外圈空箔面朝向所述卷绕式电芯外侧，所述阴极极片最外圈的卷绕末端为空箔段，所述空箔段上设置有第二极耳。通过在所述卷绕式电芯最外圈卷绕末端的空箔段上设置所述第二极耳，一方面可以改善电芯的电流密度，提升电池的倍率性能，另一方面还能够兼顾提升电芯的安全性能。

在一些实施方式中，所述阴极极片最内圈包括第一起始段、第一弯折段、第一中间段以及第二弯折段，第一起始段末端与第一弯折段首端连接，第一弯折段末端与第一中间段首端连接，第一中间段末端与第二弯折段首端连接，所述第一极耳设置在所述第一起始段和/或所述第一中间段上。

具体地，在一些示例中，所述第一极耳设置在所述第一起始段上，在另一些示例中，所述第一极耳设置在所述第一中间段上，在其他示例中，所述第一极耳分别设置在所述第一起始段上以及所述第一中间段上。

在一些实施方式中，所述第一极耳包括与所述第一弯折段相邻的第一端，沿第一方向，将所述第一弯折段顶点与所述第二弯折段顶点之间的距离记为A，将所述第一端与所述第一弯折段顶点之间的距离记为a，即所述第一端和所述第一弯折段顶点在水平线上的投影距离为a，满足：0.3≤a/A≤0.8，所述第一方向为所述卷绕式电芯的长度方向，所述第二方向为所述卷绕式电芯的厚度方向，所述第一方向和所述第二方向垂直。

示例性地，a/A为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或a/A大小处于上述任意两个值组成的范围内。

在一些实施方式中，所述阴极极片最外圈包括第三弯折段、第二中间段以及第四弯折段，第三弯折段末端与第二中间段首端连接，第二中间段末端与第四弯折段首端连接，第四弯折段末端与空箔段连接，所述第二极耳包括与所述第四弯折段相邻的第二端，沿第一方向，将所述第三弯折段顶点与所述第四弯折段顶点之间的距离记为B，将所述第二端与所述第四弯折段顶点之间的距离记为b，即所述第二端和所述第四弯折段顶点在水平线上的投影距离为b，满足：0.2≤b/B≤0.8。

示例性地，b/B为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或b/B大小处于上述任意两个值组成的范围内。

在一些实施方式中，满足以下条件中的至少一者：（1）0.5≤a/A≤0.8；（2）0.2≤b/B≤0.5。满足上述条件时，可以进一步改善电芯的电流密度，更利于提升电池的倍率性能，尤其是高倍率下的循环性能。

示例性地，a/A为0.5、0.6、0.7、0.8或a/A大小处于上述任意两个值组成的范围内。

示例性地，b/B为0.2、0.3、0.4、0.5或b/B大小处于上述任意两个值组成的范围。

在一些实施方式中，沿第二方向，所述第一极耳和所述第二极耳的投影至少部分重叠。优选地，沿第二方向，所述第一极耳和所述第二极耳在第二方向上的投影完全重叠，此时，高倍率下的循环性能最好。

在一些实施方式中，所述阳极极片上设置有阳极极耳，在所述阳极极片的展开状态下，所述阳极极耳设置在所述阳极极片中间，所述的中间是指所述阳极极片展开后，沿其长度方向的中心位置。

第二方面，本申请提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括如上述的锂离子电池。

第三方面，本申请提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上述的锂离子电池，或者所述电子设备包括如上述的电化学装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所述的卷绕式电芯的一种实施方式的结构示意图；

图2为本申请实施例所述的卷绕式电芯的另一种实施方式的结构示意图。

图中：1、卷绕式电芯；11、阴极极片；111、第一极耳；112、第二极耳；12、阳极极片；121、阳极极耳；13、隔离膜；101、第一起始段；102、第一弯折段；103、第一中间段；104、第二弯折段；201、第三弯折段；202、第二中间段；203、第四弯折段；204、空箔段。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

卷绕式电芯

实施例一

请参阅图1并结合图2，所述卷绕式电芯1包括阴极极片11、阳极极片12、隔离膜13，所述隔离膜13设置在所述阴极极片11和所述阳极极片12之间，所述阴极极片11、所述阳极极片12和所述隔离膜13卷绕形成所述卷绕式电芯1，所述阴极极片11和所述阳极极片12均卷绕为多圈，所述卷绕式电芯1的最内圈为单面阴极，单面设置阴极涂层，阴极极片最内圈空箔面朝向所述卷绕式电芯1内侧，阴极极片最内圈上设置有第一极耳111，阴极极片最外圈的至少部分为单面阴极极片，所述阴极极片最外圈空箔面朝向所述卷绕式电芯1外侧，所述阴极极片最外圈的卷绕末端为空箔段204，所述空箔段204上设置有第二极耳112，所述阳极极片12上设置有阳极极耳121，在所述阳极极片12的展开状态下，所述阳极极耳121设置在所述阳极极片12中间。

本申请通过将卷绕式电芯的最内圈设置为单面阴极极片，在阴极制备过程中仅需在涂层一侧设置一道发泡胶纸，相比于现有技术减少了一道发泡胶纸和与其对应的一道保护胶纸，降低了电芯的成本，同时，本申请为了改善电芯的充电能力，在所述阴极极片最外圈的空箔段上进一步设置所述第二极耳112，通过所述第一极耳111与所述第二极耳112的协同配合，改善了电芯的电流密度分布，提升了充电倍率。

所述阴极极片11包括阴极集流体以及设置在所述阴极集流体上的阴极活性材料层，本申请对阴极集流体没有特别限制，可以包括铝箔、铝合金箔或复合集流体（例如聚合物层表面设置金属层的复合集流体）等，本申请对阴极集流体的厚度也没有特别限制，例如，阴极集流体的厚度为5μm至12μm。本申请对阴极活性材料层的厚度没有特别限制，例如，阴极活性材料层的厚度为30μm至120μm。需要说明的是，本申请中所述的空箔段204即为阴极集流体，所述的单面阴极即仅在所述阴极集流体的一侧表面涂覆阴极活性材料层，其他没有特殊说明的位置（除阴极极片最内圈和阴极极片最外圈的其他层），均为双面涂覆，即在所述阴极集流体的两侧表面均涂覆阴极活性材料层。

所述阳极极片12包括阳极集流体以及设置在所述阳极集流体上的阳极活性材料层，本申请对阳极集流体没有特别限制，可以包括铜箔、铜合金箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或复合集流体（例如聚合物层表面设置金属层的复合集流体）等。本申请对阳极集流体的厚度也没有特别限制，例如，阳极集流体的厚度为5μm至12μm。本申请对阳极活性材料层的厚度没有特别限制，例如，阳极活性材料层的厚度为30μm至120μm。本申请中的所述阳极极片12均为双面涂覆，即在所述阳极集流体的两侧表面均涂覆阳极活性材料层。请继续参阅图1，所述阴极极片最内圈包括第一起始段101、第一弯折段102、第一中间段103以及第二弯折段104，第一起始段101末端与第一弯折段102首端连接，第一弯折段102末端与第一中间段103首端连接，第一中间段103末端与第二弯折段104首端连接，所述第一极耳111设置在所述第一起始段101上。所述阴极极片最外圈包括第三弯折段201、第二中间段202以及第四弯折段203，第三弯折段201末端与第二中间段202首端连接，第二中间段202末端与第四弯折段203首端连接，第四弯折段203末端与所述空箔段204连接，所述第二极耳112设置在所述空箔段204上。

请继续参阅图2，所述第一极耳111包括与所述第一弯折段102相邻的第一端。沿第一方向（X所示方向），将所述第一弯折段102顶点与所述第二弯折段104顶点之间的距离记为A，将所述第一端与所述第一弯折段顶点之间的距离记为a，满足：0.3≤a/A≤0.8。优选地，0.5≤a/A≤0.8。

所述第二极耳112包括与所述第四弯折段相邻的第二端，沿第一方向，将所述第三弯折段顶点与所述第四弯折段顶点之间的距离记为B，将所述第二端与所述第四弯折段顶点之间的距离记为b，0.2≤b/B≤0.8。优选地，0.2≤b/B≤0.5。

需要说明的是，在本申请实施例中，沿第二方向（Y所示方向），所述第一极耳和所述第二极耳的投影完全重叠，在本申请的其他实施例中，所述第一极耳和所述第二极耳在第二方向上的投影也可以是部分重叠或者不重叠，只要满足上述范围即可，本申请并不限制。

其他实施方式

与实施例一不同的是，卷绕式电芯1的阴极极片11仅设置第一极耳111，在其最外圈的空箔段上没有设置第二极耳112，阳极极耳121的设置与实施例一相同，具体参见图2；或者，

与实施例一不同的是，第一极耳111设置在所述第一中间段103上，其他与实施例一相同；或者，

与实施例一不同的是，第一极耳111的数量为两个，两个第一极耳111分别设置在第一起始段101上和第一中间段103上，其他与实施例一相同。

电化学装置

所述电化学装置包括上述的卷绕式电芯。本申请的电化学装置可以包括发生电化学反应的任何装置，它的具体实施例包括所有种类的一次电池或二次电池。特别地，该电化学装置是锂二次电池，包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。

电子设备

本申请所述的电子设备包括上述任意一种电化学装置。本申请的电子设备包括，但不限于，手机、笔记本电脑、平板电脑、游戏机、无人机、电动汽车、电动自行车、电动工具、蓝牙耳机、智能手表和智能手环等。

以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。

以内部为卷绕式电芯的锂离子电池为例，采用单面阴极位于最内圈，进行双极耳引出的验证试验。

本申请中极片组装电池，本领域技术人员可以根据实际需求进行设计，本申请对锂离子电池的设计并不限制，下面介绍一种可能的方式。

（一）锂离子电池的制备

实施例以及对比例中的锂离子电池均按照下述方法进行制备：

（1）阴极极片的制备

将阴极活性材料镍钴锰酸锂LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂、粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）、导电剂Super-P按质量比96：2：2溶于N-甲基吡咯烷酮（NMP）中混合均匀制成阴极浆料。将阴极浆料均匀地涂布在厚度为12μm的集流体铝箔上，120℃烘干得到单面涂覆有阴极活性材料层的阴极极片。然后在铝箔的另一个面的至少部分表面重复以上步骤，之后经过压实、分切得到所述阴极极片。双面阴极的涂布重量为371.6mg/1540.25mm²，压实密度为4.1g/cm³。

（2）阳极极片的制备

将阳极活性材料、增稠剂羧甲基纤维素钠（CMC）、粘结剂丁苯橡胶按质量比96：2：2溶于水中，充分搅拌混合均匀后得到阳极浆料，其中，阳极活性材料为石墨和硅基材料SiO按照质量比为40:60混合得到，硅基材料的平均粒径为7μm。将阳极浆料均匀地涂布在厚度为12μm的集流体铜箔上，在120℃烘干得到单面涂覆有阳极活性材料层的阳极极片。然后在铜箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂覆有阳极活性材料层的阳极极片，之后经过压实、分切得到所述阳极极片。

（3）隔离膜的制备

选用9μm厚的聚乙烯（PE）多孔膜作为隔离膜。

（4）电解液的制备

将碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）及碳酸二乙酯（DEC）按照质量比为1:1:1混合均匀，得到有机溶剂。将LiPF₆溶解于上述有机溶剂中，再加入碳酸亚乙烯酯混合均匀，得到电解液。其中，基于电解液的总质量，LiPF₆的质量百分含量为12.5%、碳酸亚乙烯酯的质量百分含量为3%。

（5）锂离子软包电池的制备

将阴极极片、隔离膜和阳极极片依次层叠，使隔离膜隔离阴极极片和阳极极片，卷绕时保证卷绕的最内圈为单面阴极，卷绕的最外圈也为单面阴极，而且最外圈的卷绕末端为空箔段，在所述阴极极片最内圈焊接第一极耳，在所述空箔段焊接第二极耳，以形成裸电芯，将所述裸电芯放入待封口的外壳铝塑膜中，经过高温烘烤、注入电解液、真空封装、静置、化成、整形和容量测试等工序后，得到实施例1~4的锂离子电池，实施例1~4的参数部分以及测试见表1。软包电池的厚度为4.6mm，宽度为52mm，长度为74mm。

在实施例5中，与实施例1的区别在于，实施例5仅设置了所述第一极耳，没有在空箔段设置所述第二极耳，实施例5的参数部分以及测试结果也见表1。

（二）测试方法

倍率测试：将锂离子电池在25℃下搁置30min，随后以0.2C的倍率充电至4.48V，4.48V恒压充电至截止电流为0.05C，搁置10min，最后以不同的倍率放电至3V，分别测试0.2C、0.5C、1C、2C、3C、3.5C、4C倍率放电的容量，并计算容量保持率=不同倍率的放电容量/0.2C倍率放电容量×100%。

表1

实施例5和实施例1相比，可以看出，在卷绕式电芯最外圈卷绕末端的空箔段上进一步设置第二极耳，第一极耳和第二极耳的协同配合，利于改善电流密度，拓宽析锂窗口，进而提升电池的倍率性能。实施例1至实施例4相比，可以看出，进一步调整第一极耳和第二极耳的设置位置，能够更好地提升电池高倍率下的循环性能。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括卷绕式电芯，所述卷绕式电芯包括阴极极片、阳极极片、隔离膜，所述隔离膜设置在所述阴极极片和所述阳极极片之间，所述阴极极片、所述阳极极片和所述隔离膜卷绕形成所述卷绕式电芯，所述卷绕式电芯的最内圈为阴极极片；

阴极极片最内圈为单面阴极极片，单面设置阴极涂层，所述单面阴极极片未设置阴极涂层的一面为空箔面，所述空箔面朝向所述卷绕式电芯内侧，所述单面阴极极片的阴极涂层设置有凹槽，所述凹槽内嵌设有第一极耳，所述阴极极片最外圈的卷绕末端为空箔段，所述空箔段上设置有第二极耳；

所述阴极极片最内圈包括第一起始段、第一弯折段、第一中间段以及第二弯折段，所述阴极极片最外圈包括第三弯折段、第二中间段以及第四弯折段，所述第一极耳包括与所述第一弯折段相邻的第一端，所述第二极耳包括与所述第四弯折段相邻的第二端；

沿第一方向，将所述第一弯折段顶点与所述第二弯折段顶点之间的距离记为A，将所述第一端与所述第一弯折段顶点之间的距离记为a，将所述第三弯折段顶点与所述第四弯折段顶点之间的距离记为B，将所述第二端与所述第四弯折段顶点之间的距离记为b；满足以下条件中的至少一者：

（1）0.5≤a/A≤0.8；

（2）0.2≤b/B≤0.5；

所述第一方向为所述卷绕式电芯的长度方向。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，

所述阴极极片最外圈的至少部分为单面阴极极片；

所述阴极极片最外圈空箔面朝向所述卷绕式电芯外侧。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，

第一起始段末端与第一弯折段首端连接，第一弯折段末端与第一中间段首端连接，第一中间段末端与第二弯折段首端连接；

所述第一极耳设置在所述第一起始段和/或所述第一中间段上。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，第三弯折段末端与第二中间段首端连接，第二中间段末端与第四弯折段首端连接，第四弯折段末端与空箔段连接。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，沿第二方向，所述第一极耳和所述第二极耳的投影至少部分重叠；

所述第二方向为所述卷绕式电芯的厚度方向；

所述第一方向和所述第二方向垂直。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述阳极极片上设置有阳极极耳；

在所述阳极极片的展开状态下，所述阳极极耳设置在所述阳极极片中间。

7.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括如权利要求1至6任一项所述的锂离子电池。

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至6任一项所述的锂离子电池；或者，

所述电子设备包括如权利要求7所述的电化学装置。