CN220233231U - 一种极片及电芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种极片及电芯，负极片包括：集流体、涂覆在所述集流体表面的涂膏层和至少一个极耳，至少一个所述极耳沿极片的延伸方向设置在所述集流体的一侧；所述涂膏层的表面具有若干个第一区域，以及与所述第一区域相间分布的若干个第二区域；其中，所述第一区域包括第一活性物质颗粒，在所述第一区域内，部分所述第一活性物质颗粒外形成有无机盐层。本实用新型实施例提供的一种极片及电芯，在掺硅电池中，通过在涂膏层中设置多个第一活性物质颗粒，实现了提高掺硅电池能量密度的效果。

Description

一种极片及电芯

技术领域

本实用新型涉及掺硅电池技术，尤其涉及一种极片及电芯。

背景技术

硅材料理论比容量高，是替代石墨负极，提高锂离子电池能量密度的理想材料。在实际应用当中，掺硅电池的首次充放电循环的库伦效率比石墨负极低，而在在首次循环中会存在消耗不可逆的情况，因此会出现掺硅电池能量密度较低的问题。

发明内容

本实用新型实施例提供的一种极片及电芯结构，解决了现有技术中掺硅电池能量密度较低的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种极片，包括：集流体、涂覆在所述集流体表面的涂膏层和多个极耳，所述多个极耳沿极片的延伸方向依次设置在所述集流体的一侧；

所述涂膏层的表面具有若干个第一区域，以及与所述第一区域相间分布的若干个第二区域；

其中，所述第一区域包括第一活性物质颗粒，在所述第一区域内，部分所述第一活性物质颗粒外形成有无机盐层。

可选的，所述极片的沿第一方向的尺寸与所述第一区域的条数之比值范围在0.55-2之间。

可选的，所述涂膏层包括靠近所述极耳的第一侧边，所述第一区域与所述第一侧边形成的角度范围在60°到120°之间。

可选的，所述第一侧边与第一目标区域之间的距离小于0.5mm，第一目标区域为多个所述第一区域中距离所述第一侧边最近的第一区域。

可选的，所述涂膏层包括有延伸至极耳的第一凸起；

所述第一凸起包括靠近所述极耳的第二侧边，所述第二侧边与第二目标区域的距离小于0.5mm，所述第二目标区域为所述多个第一区域中距离所述第二侧边最近的第一区域。

可选的，所述涂膏层还包括沿第二方向设置的第三侧边，所述第三侧边与第三目标区域的距离小于0.5mm，所述第三目标区域为所述多个第一区域中距离所述第三侧边最近的第一区域。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电芯，所述电芯包括如第一方面中任一项所述的极片。

可选的，所述极片为负极片，还包括隔膜、正极片；

所述隔膜设置在所述正极片与所述负极片之间，

所述正极片包括正极集流体、位于所述正极集流体上的正极涂膏层以及位于所述涂膏层的一侧边缘的绝缘层。

可选的，

所述负极片的第一区域在所述电芯的厚度方向上的投影与所述绝缘层至少部分重叠。

可选的，所述第一区域靠近所述极耳的边缘在所述电芯的厚度方向上的投影和所述绝缘层的边缘之间的距离大于0.1mm。

可选的，所述负极片包括沿第二方向延伸的第三侧边和第四侧边；

所述负极片的第三侧边在所述电芯的厚度方向上的投影超出所述正极片的对应侧边；和/或

所述负极片的第四侧边在所述电芯的厚度方向上的投影超出所述正极片的对应侧边。

可选的，所述负极片包括有远离所述极耳的第五侧边；

靠近所述第五侧边的第一区域的边界在所述电芯的厚度方向上的投影超出所述正极片的与所述第五侧边对应的侧边边缘。

本实用新型实施例提供了一种极片及电芯，极片包括：集流体、涂覆在所述集流体表面的涂膏层和至少一个极耳，至少一个所述极耳沿极片的延伸方向设置在所述集流体的一侧；所述涂膏层的表面具有若干个第一区域，以及与所述第一区域相间分布的若干个第二区域；其中，所述第一区域包括第一活性物质颗粒，在所述第一区域内，部分所述第一活性物质颗粒外形成有无机盐层。本实用新型实施例提供的一种极片及电芯，在掺硅电池中，通过在涂膏层中设置多个第一活性物质颗粒，实现了提高掺硅电池能量密度的效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种极片的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种极片的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种电芯的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

此外，术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种方向、动作、步骤或元件等，但这些方向、动作、步骤或元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个方向、动作、步骤或元件与另一个方向、动作、步骤或元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一速度差值为第二速度差值，且类似地，可将第二速度差值称为第一速度差值。第一速度差值和第二速度差值两者都是速度差值，但其不是同一速度差值。术语“第一”、“第二”等而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的一种极片的结构示意图，包括：

集流体1、涂覆在所述集流体表面的涂膏层2和至少一个极耳4，所述至少一个极耳4沿极片的延伸方向设置在所述集流体1的一侧；

所述涂膏层2的表面具有若干个第一区域3，以及与所述第一区域3相间分布的若干个第二区域；

其中，所述第一区域3包括第一活性物质颗粒，在所述第一区域3内，部分所述第一活性物质颗粒外形成有无机盐层。

在本实施例中，极片以负极片为例进行说明，为满足电池快充性能的需求，多级耳电池应运而生。多级耳电池是指利用具有多个极耳4区设定的正、负极片，采用卷绕或叠片工艺制成的电池。其中，涂膏层2为活性物质层，具体地，首先采用斑马涂布工艺将涂膏层2涂敷在集流体1上，随后辊压分切，分切后的极片再经过模切工序完成极耳4区的设置。多级耳极片补锂工艺一般设置在分切工序与模切工序之间，即分切后的极片先进行补锂，随后对补锂极片模切极耳4。

在本实施例中，第一活性物质颗粒嵌入在所述涂膏层2中形成第一区域和第二区域，所述第一区域为包含所述第一活性物质颗粒的涂膏层2，所述第二区域为不包含所述第一活性物质颗粒的涂膏层2。在电池通电之后，第一区域为亮区，第二区域为暗区，涂膏层2中存在斑马纹样式的亮暗区。

可选的，所述极片4的沿第一方向的尺寸与所述第一区域3的条数之比值范围在0.55-2之间。

在本实施例中，第一方向可以为极片4的宽度方向或者极片4的长度方向，第一活性物质颗粒为含锂化合物。如图2所示，在极耳4处可能形成的第一活性物质颗粒的数量较多，出现这种情况的原因为工艺过程中出现的影响。具体地，在工艺过程中，先对极片的正面进行补锂，然后再对件进行裁切极耳4，从而留出极耳4，由此，则会导致极耳4处出现补锂的特征，需要进行说明的是，在先进行补锂在进行模切的工艺都会出现此特征。需要进行说明的是，设计极耳4宽度规格不同，锂带面密度不同，则在该区域所包含的含锂化合物数目不同，进而在电池充放电后形成的亮暗斑马纹数目不同。例如，如表1所示，表1为不同的极耳4宽度规格与含锂化合物数量的关系表。

表1

可选的，所述涂膏层2包括靠近所述极耳的第一侧边5，所述第一区域3与所述第一侧边5形成的角度范围在60°到120°之间。

在本实施例中，由于含锂化合物的不规则性，不一定所有都垂直。所述第一侧边5与第一目标区域之间的距离小于0.5mm，第一目标区域为多个所述第一区域3中距离所述第一侧边最近的第一区域3。

所述涂膏层2包括有延伸至极耳4的第一凸起；

所述第一凸起包括靠近所述极耳的第二侧边6，所述第二侧边6与第二目标区域的距离小于0.5mm，所述第二目标区域为所述多个第一区域3中距离所述第二侧边最近的第一区域3。

所述涂膏层2还包括沿第二方向设置的第三侧边7，所述第三侧边7与第三目标区域的距离小于0.5mm，所述第三目标区域为所述多个第一区域3中距离所述第三侧边最近的第一区域3。

在本实施例中，如图2所示，第二方向为极耳的宽度方向，模切会损失一部分非极耳4区活性层，造成的结果是第二侧边6比第一侧边5高，活性层中的含锂化合物3垂直于第一侧边5。在第一侧边5上，距离第一侧边5最近的第一目标含锂化合物3与第一侧边5的距离小于0.5mm，从而提高了补锂效果。

在第一侧边5上的凸起部分，设置有第二侧边6，第二侧边6的一面与极耳4接触，另一面与第一侧边5接触，与第一侧边5相同，距离第二侧边6最近的第二目标含锂化合物3与第二侧边6的距离小于0.5mm。

在本实施例中，还包括第三侧边7，第三侧边7与第二侧边6相邻，第三侧边7与含锂化合物3的方向平行，在第三侧边7处，活性层与含锂化合物3接近，与第一侧边5相同，距离第三侧边7最近的第三目标含锂化合物3与第三侧边7的距离小于0.5mm。

本实用新型实施例提供了一种极片及电芯，极片包括：集流体、涂覆在所述集流体表面的涂膏层和至少一个极耳，至少一个所述极耳沿极片的延伸方向设置在所述集流体的一侧；所述涂膏层的表面具有若干个第一区域，以及与所述第一区域相间分布的若干个第二区域；其中，所述第一区域包括第一活性物质颗粒，在所述第一区域内，部分所述第一活性物质颗粒外形成有无机盐层。本实用新型实施例提供的一种极片及电芯，在掺硅电池中，通过在涂膏层中设置多个第一活性物质颗粒，实现了提高掺硅电池能量密度的效果。

在另一个可选的实施例中，还提供了一种电芯，该电芯包括上述实施例中任一项所述的极片40。

可选的，所述极片为负极片40，所述电芯还包括隔膜30、正极片10；

所述隔膜30设置在所述正极片10与所述负极片40之间，

所述正极片10包括正极集流体、位于所述正极集流体上的正极涂膏层以及位于所述涂膏层的一侧边缘的绝缘层20。

如图3所示，所述负极片40在垂直方向上，所述负极片40的第一区域在所述电芯的厚度方向上的投影与所述绝缘层20至少部分重叠。

所述第一区域靠近所述极耳的边缘在所述电芯的厚度方向上的投影和所述绝缘层的边缘之间的距离大于0.1mm。

所述负极片40包括沿第二方向延伸的第三侧边和第四侧边；

所述负极片40的第三侧边在所述电芯的厚度方向上的投影超出所述正极片10的对应侧边；和/或

所述负极片40的第四侧边在所述电芯的厚度方向上的投影超出所述正极片10的对应侧边。

所述负极片40包括有远离所述极耳的第五侧边；

靠近所述第五侧边的第一区域的边界在所述电芯的厚度方向上的投影超出所述正极片10的与所述第五侧边对应的侧边边缘。

在本实施例中，为了防止模切边缘的毛刺刺穿隔膜30导致正负极接触短路，正极头部边缘会设置一道绝缘层20防护。负极补锂片模切边第二侧面锂带层边界高于正极头部模切边绝缘层20的下边界，即二者的间距D1＞0.1 mm；在叠片电芯中，补锂负极模切边第三侧面分别超出正极对应模切边D2＞0.1 mm。

在一些实施例中，正极活性物质层包括正极极活性物质，正极活性物质包括可逆地嵌入和脱嵌锂离子的化合物。在一些实施例中，正极活性物质可以包括复合氧化物，复合氧化物含有锂以及从钴、锰和镍中选择的至少一种元素。在又一些实施例中，正极活性物质选自钴酸锂(LiCoO₂)、锂镍锰钴三元材料、锰酸锂(LiMn₂O₄ )、镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5 O₄ )、磷酸铁锂(LiFePO₄)中的一种或几种。

在一些实施例中，正极活性物质层还包含正极粘合剂，粘合剂用于提高正极活性物质颗粒彼此间的结合，并且还提高正极活性物质与极片主体的结合。正极粘合剂的非限制性示例包括聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。

在一些实施例中，正极活性物质层还包括正极导电剂，从而赋予电极导电性。正极导电剂可以包括任何导电材料，只要它不引起化学变化。导电材料的非限制性示例包括基于碳的材料(例如，天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、基于金属的材料(例如，金属粉、金属纤维等，包括例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物(例如，聚亚苯基衍生物)和它们的混合物。

在本实施例中，负极片40包括负极片40包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一表面的负极活性物质层，负极集流体的材质包括但不限于铜箔，负极活性物质层的具体种类不受到具体限制，可根据需求进行选择。

在一些实施例中，负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、中间相微碳球(简称为MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO₂ 、尖晶石结构的锂化TiO₂-Li₄Ti₅O₁₂ 、Li-Al合金中的一种或几种。

在一些实施例中，负极活性物质层可以包括负极粘结剂，负极粘合剂用于提高负极活性物质颗粒彼此间的结合和负极活性物质与集流体的结合。粘合剂的非限制性示例包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。

在一些实施例中，负极活性物质层还包括用于赋予电极导电性的负极导电剂。负极导电剂可以包括任何导电材料，只要它不引起化学变化。负极导电剂的非限制性示例包括基于碳的材料(例如，天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、基于金属的材料(例如，金属粉、金属纤维等，例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物(例如，聚亚苯基衍生物)和它们的混合物。

在本实施例中，隔膜30可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。具体的，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或几种的组合。粘结剂选自聚偏氟乙烯、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、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种的组合。聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料选自聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。

本实用新型实施例提供了一种极片及电芯，极片包括：集流体、涂覆在所述集流体表面的涂膏层和至少一个极耳，至少一个所述极耳沿极片的延伸方向设置在所述集流体的一侧；所述涂膏层的表面具有若干个第一区域，以及与所述第一区域相间分布的若干个第二区域；其中，所述第一区域包括第一活性物质颗粒，在所述第一区域内，部分所述第一活性物质颗粒外形成有无机盐层。本实用新型实施例提供的一种极片及电芯，在掺硅电池中，通过在涂膏层中设置多个第一活性物质颗粒，实现了提高掺硅电池能量密度的效果。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种极片，其特征在于，包括：集流体、涂覆在所述集流体表面的涂膏层和至少一个极耳，至少一个所述极耳沿极片的延伸方向设置在所述集流体的一侧；

所述涂膏层的表面具有若干个第一区域，以及与所述第一区域相间分布的若干个第二区域；

其中，所述第一区域包括第一活性物质颗粒，在所述第一区域内，部分所述第一活性物质颗粒外形成有无机盐层。

2.根据权利要求1中所述的极片，其特征在于，所述极片的沿第一方向的尺寸与所述第一区域的条数之比值范围在0.55-2之间。

3.根据权利要求1中所述的极片，其特征在于，所述涂膏层包括靠近所述极耳的第一侧边，所述第一区域与所述第一侧边形成的角度范围在60°到120°之间。

4.根据权利要求3中所述的极片，其特征在于，

所述第一侧边与第一目标区域之间的距离小于0.5mm，第一目标区域为多个所述第一区域中距离所述第一侧边最近的第一区域。

5.根据权利要求4中所述的极片，其特征在于，

所述涂膏层包括有延伸至极耳的第一凸起；

所述第一凸起包括靠近所述极耳的第二侧边，所述第二侧边与第二目标区域的距离小于0.5mm，所述第二目标区域为所述多个第一区域中距离所述第二侧边最近的第一区域。

6.根据权利要求5中所述的极片，其特征在于，所述涂膏层还包括沿第二方向设置的第三侧边，所述第三侧边与第三目标区域的距离小于0.5mm，所述第三目标区域为所述多个第一区域中距离所述第三侧边最近的第一区域。

7.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括如权利要求1-6中任一项所述的极片。

8.根据权利要求7中所述的电芯，其特征在于，所述极片为负极片，还包括隔膜、正极片；

所述隔膜设置在所述正极片与所述负极片之间，

所述正极片包括正极集流体、位于所述正极集流体上的正极涂膏层以及位于所述涂膏层的一侧边缘的绝缘层。

9.根据权利要求8中所述的电芯，其特征在于，

所述负极片的第一区域在所述电芯的厚度方向上的投影与所述绝缘层至少部分重叠。

10.根据权利要求9中所述的电芯，其特征在于，

所述第一区域靠近所述极耳的边缘在所述电芯的厚度方向上的投影和所述绝缘层的边缘之间的距离大于0.1mm。

11.根据权利要求9中所述的电芯，其特征在于，所述负极片包括沿第二方向延伸的第三侧边和第四侧边；

所述负极片的第三侧边在所述电芯的厚度方向上的投影超出所述正极片的对应侧边；和/或

所述负极片的第四侧边在所述电芯的厚度方向上的投影超出所述正极片的对应侧边。

12.根据权利要求9中所述的电芯，其特征在于，

所述负极片包括有远离所述极耳的第五侧边；

靠近所述第五侧边的第一区域的边界在所述电芯的厚度方向上的投影超出所述正极片的与所述第五侧边对应的侧边边缘。