极片、电芯以及电池的制作方法

本发明涉及电池领域，尤其是涉及一种极片、电芯以及电池。

背景技术：

目前，锂离子电池结构主要有卷绕式与叠片式，考虑到叠片式电池的生产工艺复杂，优率低，成本高，大部分电池均采用卷绕式结构，常见的卷绕式结构电池需要正极极片、负极极片和两条隔离膜叠加为四层结构同时卷绕，卷绕极片错位难控制。常见锂离子电池均使用铜箔、铝箔作为集流体，通过涂布工艺，在铜箔两面涂覆负极材料制备负极极片，铝箔两面涂覆正极材料制备正极极片，极片裁切时，毛刺较大，需保证切刀足够锋利，避免毛刺超标。常见锂离子电池极耳焊接位置均处于极片留白位置，因此在制备正、负极极片时，需预留部分空箔材区域，用于焊接极耳，造成金属铝外露较多，金属铝与满充负极接触，极易造成电池短路热失控。

常见锂离子电池的缺点为：电池能量密度低，隔离膜与集流体占据锂离子电池较多的空间；电池安全性能较差，金属集流体裁切毛刺大，空铝箔外露多，电池短路后热失控风险大；电池生产成本高，分条、裁切频换切刀；卷绕设备复杂；生产优率低，品质参差不齐。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种极片，该极片可以减少片卷绕时错位，从而可以提升电池的生产合格率，还可以提高电池质量能量密度。

本发明进一步地提出了一种电芯。

本发明进一步地提出了一种电池。

根据本发明的极片包括：绝缘基体、第一导电层、第二导电层、第一活性物质层和第二活性物质层。所述绝缘基体包括相对的第一表面和第二表面；所述第一导电层设置于所述第一表面；所述第二导电层设置于所述第二表面；所述第一活性物质层设置于所述第一导电层；所述第二活性物质层设置于所述第二导电层，所述第一活性物质层与所述第二活性物质层极性相反。

根据本发明的极片，通过绝缘基体、第一导电层、第二导电层、第一活性物质层和第二活性物质层配合，能够将正极极片和负极极片集成在一条极片上，可以降低对电池的卷绕设备的要求，也可以减少极片卷绕时错位，从而可以提升电池的生产合格率，并且，通过在绝缘基体上设置第一导电层、第二导电层，能够降低极片金属含量，可以提高电池质量能量密度。

在本发明的一些示例中，所述绝缘基体的厚度为6-8um，所述第一导电层和所述第二导电层的厚度均为2-3um，所述绝缘基体、所述第一导电层和所述第二导电层的总厚度为10-14um。

在本发明的一些示例中，在所述绝缘基体的长度方向上，所述绝缘基体包括相对的第一端面和第二端面，所述第一导电层与所述第一端面的最小距离为l1；所述第二导电层与所述第一端面的最小距离为l2，其中l2大于l1。

在本发明的一些示例中，在所述绝缘基体的长度方向上，所述第一活性物质层与所述第一端面的最小距离为l1’；所述第二活性物质层与所述第一端面的最小距离为l2’，其中l2’大于l1’。

在本发明的一些示例中，l1’大于l1，所述第一导电层包括第一未涂覆区，用于设置第一极耳。

在本发明的一些示例中，所述第一极耳与所述第一端面的距离为l3，l3小于l2。

在本发明的一些示例中，在所述绝缘基体的长度方向上，所述第一导电层与所述第二端面的最小距离为l4；所述第二导电层与所述第二端面的最小距离为l5，其中l4大于l5。

在本发明的一些示例中，在所述绝缘基体的长度方向上，所述第一活性物质层与所述第二端面的最小距离为l4’；所述第二活性物质层与所述第二端面的最小距离为l5’，其中l4’大于l5’。

在本发明的一些示例中，l5’大于l5，所述第二导电层包括第二未涂覆区，用于设置第二极耳。

在本发明的一些示例中，所述第二极耳与所述第二端面的距离为l6，l6小于l4。

在本发明的一些示例中，所述绝缘基体包括聚酰亚胺、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或多种。

在本发明的一些示例中，所述第一导电层包括铝、钛、不锈钢、铝合金和钛合金中的一种或多种；所述第二导电层包括铜、钛、镍、铜合金、镍合金和钛合金的一种或多种。

在本发明的一些示例中，所述第一活性物质层包括钴酸锂、锰酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂以及镍钴锰酸锂中的一种或多种；所述第二活性物质层包括石墨、硅、钛酸锂中的一种或多种。

根据本发明的电芯包括：隔离膜和极片，所述极片为上述的极片，所述极片与所述隔离膜卷绕设置。

根据本发明的电池包括：电解质、包装壳和电芯，所述电芯为上述的电芯。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的极片的剖视图；

图2是根据本发明实施例的极片的绝缘基体、第一导电层、第二导电层、第一活性物质层、第二活性物质层的层叠示意图；

图3是根据本发明实施例的电芯的剖视图；

图4是据本发明实施例的电池的卷绕设备的示意图。

附图标记：

极片10；

绝缘基体1；第一表面11；第二表面12；第一端面13；第二端面14；

第一导电层2；第一未涂覆区21；第一极耳22；

第二导电层3；第二未涂覆区31；第二极耳32；

第一活性物质层4；第二活性物质层5；绿胶6；

电芯20；隔离膜201；

卷绕设备30；卷芯301；第一辊302；第二辊303；

极片10’；第一活性物质4’；第二活性物质5’。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图4描述本发明实施例的极片10。

如图1和图2所示，本发明实施例的极片10包括：绝缘基体1、第一导电层2、第二导电层3、第一活性物质层4和第二活性物质层5。绝缘基体1可以包括相对设置的第一表面11和第二表面12，需要说明的是，如图1所示，第一导电层2设置于第一表面11上，第二导电层3设置于第二表面12上，第一活性物质层4设置于第一导电层2上，第二活性物质层5设置于第二导电层3上。第一活性物质层4与第二活性物质层5的极性相反，需要解释的是，如果第一活性物质层4为正极活性物质层，那么第二活性物质层5为负极活性物质层，如果第一活性物质层4为负极活性物质层，那么第二活性物质层5为正极活性物质层。

其中，通过将绝缘基体1、第一导电层2、第二导电层3、第一活性物质层4和第二活性物质层5层叠在一起，能够将正极极片和负极极片集成在一条极片10上，使极片10兼顾正极极片和负极极片特性。另外，还可以降低对电池的卷绕设备30的要求，并且，通过将正极极片和负极极片集成在一起，能够提升正极极片与负极极片的相对位置稳定性，可以防止分离的正极极片、负极极片以及隔膜在卷绕时错位，从而可以提升电池的生产合格率。同时，通过在绝缘基体1上设置第一导电层2、第二导电层3作为集流体，能够使极片10的相对于常规的金属箔作为基体的集流体的质量小，从而可以提高电池质量能量密度。

在本发明的一些实施例中，绝缘基体1的厚度可以设置为6-8um，第一导电层2和第二导电层3的厚度都可以设置为2-3um，绝缘基体1、第一导电层2和第二导电层3的总厚度为10-14um。其中，可以通过磁控溅射的方法，在厚度6-8um的绝缘基体1的上表面、下表面分别镀上第一导电层2、第二导电层3。第一导电层2、第二导电层3都可以为导电金属，如此设置能够使极片10与现有的极片相对厚度减小，可以提高电池的体积能量密度。

在本发明的一些实施例中，在绝缘基体1的长度方向上(即：图1中的左右方向)，绝缘基体1可以包括相对设置的第一端面13和第二端面14，第一导电层2与第一端面13的最小距离为l1，第二导电层3与第一端面13的最小距离为l2，l2大于l1，其中，在第一导电层2上焊接极耳时，极耳可以靠近第一导电层2的右端设置，这样设置能够使极耳的设置区域与第二导电层3在上下方向上没有重合区域，如果焊接毛刺刺穿绝缘基体1，可以防止第一导电层2与第二导电层3导通，从而可以降低极片10短路的风险，进而可以提高极片10的使用安全性。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，在绝缘基体1的长度方向上，第一活性物质层4与第一端面13的最小距离为l1’，第二活性物质层5与第一端面13的最小距离为l2’，l2’大于l1’。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，第一导电层2可以包括：第一未涂覆区21，第一未涂覆区21可以用于设置第一极耳22。其中，l1’大于l1，这样设置能够保证在第一活性物质层4的右侧形成第一未涂覆区21，可以保证第一极耳22的焊接位置。并且，同时设置l2大于l1，能够保证绝缘基体1的第二表面12上与第一极耳22相对的区域未设置第二导电层3和第二活性物质层5，可以避免焊接毛刺刺穿绝缘基体1后造成极片10内部短路的情况发生，从而可以提高极片10的安全性能。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，第一极耳22与第一端面13的距离可以设置为l3，l3小于l2，其中，第一极耳22的最左端与第一端面13的距离可以设置为l3，如此设置能够进一步保证绝缘基体1的第二表面12上与第一极耳22相对的区域未设置第二导电层3和第二活性物质层5，可以更好地避免焊接毛刺刺穿绝缘基体1后造成极片10内部短路的情况发生，从而可以进一步提高极片10的安全性能。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，在绝缘基体1的长度方向上，第一导电层2与第二端面14的最小距离可以设置为l4，第二导电层3与第二端面14的最小距离可以设置为l5，l4大于l5，其中，在第二导电层3上焊接极耳时，极耳可以靠近第二导电层3的左端设置，这样设置能够使极耳的设置区域与第一导电层2在上下方向上没有重合区域，如果焊接毛刺刺穿绝缘基体1，可以防止第一导电层2与第二导电层3导通，从而可以降低极片10短路的风险，进而可以提高极片10的使用安全性。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，在绝缘基体1的长度方向上，第一活性物质层4与第二端面14的最小距离可以设置为l4’，第二活性物质层5与第二端面14的最小距离可以设置为l5’，l4’大于l5’。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，第二导电层3可以包括：第二未涂覆区31，第二未涂覆区31可以用于设置第二极耳32。其中，l5’大于l5，这样设置能够保证在第二活性物质层5的左侧形成第二未涂覆区31，可以保证第二极耳32的焊接位置。

在本发明的一些实施例中，第二极耳32与第二端面14的距离可以设置为l6，l6小于l4，其中，所述l6为第二极耳32的最右端与第二端面14的距离，如此设置能够进一步保证绝缘基体1的第一表面11上与第一极耳22相对的区域未设置第一导电层2和第一活性物质层4，可以更好地避免焊接毛刺刺穿绝缘基体1后造成极片10内部短路的情况发生，从而可以进一步提高极片10的安全性能。

在本发明的一些实施例中，绝缘基体1可以包括：聚酰亚胺、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或者多种，这样设置能够使绝缘基体1的制造材料为绝缘有机材料，可以进一步降低极片10的金属含量，从而可以实现极片10的轻量化设计，进而可以进一步提高极片10的质量能量密度。

在本发明的一些实施例中，第一导电层2为正极导电层时，第一导电层2可以包括铝、钛、不锈钢、铝合金和钛合金中的一种或者多种，第二导电层3为负极导电层时，第二导电层3可以包括铜、钛、镍、铜合金、镍合金和钛合金的一种或者多种，如此设置能够使第一导电层2、第二导电层3的制造材料更加合理，可以保证第一导电层2、第二导电层3的工作性能,并且，通过采用薄膜镀层的方式将第一导电层2、第二导电层3设置在绝缘基体1上，能够减少金属材料的用量，可以更好地提高极片10的质量能量密度。

在本发明的一些实施例中，第一活性物质层4为正极活性材料时，第一活性物质层4可以包括钴酸锂、锰酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂以及镍钴锰酸锂中的一种或者多种，第二活性物质层5为负极活性材料时，第二活性物质层5可以包括石墨、硅、钛酸锂中的一种或者多种。其中，通过将正极极片和负极极片集成在一条极片10上，这样设置能够提高活性材料所占极片10的比例，可以提高电池的体积能量密度。

如图3所示，根据本发明实施例的电芯20包括：隔离膜201和极片10。极片10可以设置为上述实施例的极片10，极片10与隔离膜201卷绕设置。其中，通过常规的卷绕工艺，一条极片10与一个隔离膜201即可卷绕成单颗电芯20，能够减少隔离膜201的用量，可以使活性材料占比变高，从而可以提高电芯20的体积能量密度。并且，申请的极片10对卷绕设备30要求较低，本申请的极片10可改善卷绕时正极极片与负极极片错位问题，可以提高电芯20生产优率与效率，从而可以降低电芯20的生产成本。

在本发明的一些实施例中，第一导电层2和第二导电层3的长、宽尺寸可以根据极耳的焊接位置而定。如图1所示，第一活性物质层4的右端和左端均可以设置有绿胶6，位于第一活性物质层4右端的绿胶6距离第一端面13的距离小于第一导电层2的右端距离第一端面13的距离，如此设置可以使绿胶6覆盖住第一极耳22，从而可以防止焊接毛刺刺穿极片10，进而可以降低电芯20发生热失控的风险。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，第二活性物质层5的左端可以设置有绿胶6，此处绿胶6距离第二端面14的距离可以大于第二导电层3距离第二端面14的距离，这样设置可以使绿胶6覆盖住第二极耳32，从而可以防止焊接毛刺刺穿极片10，进而而可以降低电芯20发生热失控的风险。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，卷绕设备30可以包括：卷芯301、第一辊302和第二辊303，第一辊302可以为极片10放卷辊，第二辊303可以为隔离膜201放卷辊，极片10和隔离膜201通过卷芯301卷绕成单颗电芯20(如图3所示)，单条极片10卷绕时，错位容易控制，可减少因正极极片、负极极片错位造成的优率损失，从而可以提高产品优率，降低电芯20的生产成本。

根据本发明实施例的电池包括：电解质、包装壳和电芯20。电芯20可以设置为上述实施例的电芯20，如此设置可以提高电池的能量密度，也可以降低电池内短路的风险，还可以提高电池的安全性能。

在本发明的一些实施例中，由于第一导电层2和第二导电层3的长宽尺寸可控，在极片10裁切时可避开金属镀层，仅对绝缘基体1进行裁切即可，如图1所示，裁切位置均为绝缘材质，避开金属材质位置裁切，可有效控制裁切毛刺，可以改善电池k值，也可以提高电池的安全性能。需要解释的是：裁切位置是指绝缘基体1上未涂覆任何物质的区域，电池k值指的是单位时间内电池的电压降，是用来衡量锂电池自放电率的一种指标。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。