极片、涂布装置、电芯、电池包和电芯的制作方法与流程

1.本公开涉及电池技术领域领域，尤其涉及一种极片、涂布装置、电芯、电池包和电芯的制作方法。


背景技术：

2.以锂电池为代表的可充电电池因其重量轻、符合绿色能源发展趋势等优点被广泛应用。然而，充电时间较长等因素限制了电池进一步发展，有鉴于此，如何加快充电速度，提高电池性能是急需解决的问题。


技术实现要素：

3.本公开提供一种极片、涂布装置、电芯、电池包和电芯的制作方法。
4.根据本公开实施例的第一方面，提供一种极片，包括：
5.第一集流体；
6.第一活性层，形成在所述第一集流体的至少一个表面上，且所述第一活性层背离所述第一集流体的表面具有多个锯齿状凸起；
7.所述第一集流体为正极极流体，所述第一活性层为正极活性层；或所述第一集流体为负极极流体，所述第一活性层为负极活性层。
8.在一些实施例中，所述锯齿状凸起为三角形状凸起、矩形状凸起或拱形状凸起。
9.根据本公开实施例的第二方面，提供一种涂布装置，用于制作上述任一实施例所述的极片，包括：
10.涂辊，表面具有凹槽，形成所述第一活性层的浆料位于所述涂辊表面，所述凹槽用于形成所述第一活性层上的锯齿状凸起；
11.背辊，位于所述涂辊的侧面，与所述涂辊之间具有间隔，所述间隔用于供第一集流体穿过，所述第一集流体随所述背辊的转动而移动，所述浆料随所述涂辊的转动转移至移动的所述第一集流体上。
12.在一些实施例中，所述涂布装置还包括：
13.加热机构，与所述涂辊连接，加热所述涂辊，固化位于所述涂辊上的所述浆料。
14.根据本公开实施例的第三方面，提供一种电芯，包括：
15.上述任意实施例所述的极片；
16.隔膜，呈锯齿状，并与所述第一活性层背离所述第一集流体的表面贴合；
17.第二活性层，与所述隔膜贴合，且背离所述隔膜的表面为平面；
18.第二集流体，与所述第二活性层背离所述隔膜的表面贴合；
19.所述第一集流体为正极极流体，所述第一活性层为正极活性层时，所述第二集流体为负极集流体，所述第二活性层为负极活性层；
20.所述第一集流体为负极极流体，所述第一活性层为负极活性层时，所述第二集流体为正极集流体，所述第二活性层为正极活性层。
21.在一些实施例中，所述第二活性层包括：至少两层活性浆料层，及位于相邻两层活性浆料层之间的粘结层。
22.在一些实施例中，所述粘结层包括：粘结剂和导电剂。
23.在一些实施例中，所述粘结层的厚度为2～10μm。
24.在一些实施例中，所述隔膜的拉伸率为50～80％。
25.根据本公开实施例的第四方面，提供一种电池包，包括：
26.上述任意实施例所述的电芯；
27.封装壳，所述电芯位于所述封装壳内；
28.电解液，位于所述封装壳内，所述电芯浸入所述电解液内。
29.根据本公开实施例的第四方面，提供一种电芯的制作方法，包括：
30.上述任一实施例所述的极片；
31.将隔膜放置在第一活性层上，其中，隔膜呈锯齿状，并与所述第一活性层背离所述第一集流体的表面贴合；
32.在隔膜背离所述第一活性层的表面形成第二活性层和第二集流体，其中，所述第二活性层与所述隔膜贴合，且背离所述隔膜的表面为平面；所述第二集流体与所述第二活性层背离所述隔膜的表面贴合；
33.所述第一集流体为正极极流体，所述第一活性层为正极活性层时，所述第二集流体为负极集流体，所述第二活性层为负极活性层；
34.所述第一集流体为负极极流体，所述第一活性层为负极活性层时，所述第二集流体为正极集流体，所述第二活性层为正极活性层。
35.在一些实施例中，将第二活性层和第二集流体形成在隔膜的第二表面，其中，所述第二活性层与所述隔膜的所述第二表面贴合，且背离所述隔膜的表面为平面；所述第二集流体与所述第二活性层背离所述隔膜的表面贴合；包括：
36.将第一活性浆料形成在所述第二集流体上；
37.固化所述第一活性浆料，形成第一活性浆料层；
38.将第二浆料形成在所述隔膜上；
39.固化所述第二浆料，形成第二活性浆料层；
40.在所述第一活性浆料层背离所述第二集流体的表面形成粘结层，或在所述第二活性浆料层背离所述隔膜的表面形成粘结层；
41.将带有所述第二集流体的所述第一活性浆料层通过所述粘结层固定在所述第二活性浆料层上。
42.在一些实施例中，将带有所述第二集流体的所述第一活性浆料层通过所述粘结层固定在所述第二活性浆料层上，包括：
43.碾压复合所述第二集流体、所述第一活性浆料层、所述粘结层、所述第二活性浆料层、所述隔膜和所述极片。
44.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
45.由上述实施例可知，本公开在第一活性层表面形成多个锯齿状凸起，利用多个锯齿状凸起增加了第一活性层的表面面积，使位于第一活性层的活性反应位点增多，有利于提高极片的动力学性能，进而提高充电速度。不仅如此，相对于不具有锯齿状凸起的平面的
第一活性层而言，形成锯齿状凸起后，提高了单位面积第一集流体负载的第一活性层的量，进而提高了电池包的能量密度。
46.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
47.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
48.图1是根据一示例性实施例示出的极片和隔膜叠加后的结构示意图；
49.图2是根据一示例性实施例示出的涂布装置的结构示意图；
50.图3是图2中涂辊的结构示意图。
具体实施方式
51.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置的例子。
52.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。
53.在电池包的生产过程中，通过在极片表面打孔可以改善电池包的性能，这种方式是在正极片及负极片的表面面积保持不变，极片与膜片之间相对的表面积也并未增加的情况下，利用开孔增加了电解液对极片表面活性层的浸润实现改善电池包的性能的目的。为了进一步提高电池包性能，本公开提出来以下技术方案。
54.如图1所示，本公开实施例提供了一种极片，包括：
55.第一集流体10；
56.第一活性层20，形成在所述第一集流体10的至少一个表面上，且所述第一活性层20背离所述第一集流体10的表面具有多个锯齿状凸起21；
57.所述第一集流体10为正极极流体，所述第一活性层20为正极活性层；或所述第一集流体10为负极极流体，所述第一活性层20为负极活性层。
58.本公开实施例中，集流体能够将活性层产生的电流汇集，以便进行大电流输出。第一集流体可以是正极极流体，例如：铝箔或镍箔等导电材料。第一集流体也可以是负极集流体，例如：铜箔或镍箔等导电材料。
59.第一活性层可以是正极活性层，正极活性层形成在正极极流体表面。第一活性层也可以是负极活性层，负极活性层形成在负极极流体表面。以锂电池包为例，活性层包括能够吸收和释放锂的活性物质。作为正极活性层时，第一活性层的正极活性物质包括但不限于钴酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴锰氧化物、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂或钛酸锂中的一种或者多种的组合。作为负极活性层时，第一活性层的负极活性物质包括但不限于选自过渡金属氧化物naxmo2(m为过渡金属，例如mn、fe、ni、co、v、cu、cr中的一种或几种，0《x≤1)或聚阴离子材料(磷酸盐、氟磷酸盐、焦磷酸盐、硫酸盐)等中的一种或多
种的组合。
60.以电池包充电过程中，充电过程一般包括：从正极活性层中脱出的活性离子(例如锂离子、钠离子等)进入电解液中，电解液将活性离子传递至负极极片，并与负极活性层进行电荷交换。以负极极片为例，负极活性层的面积越大，可供活性离子反应的活性位点越多，活性离子与负极活性层电荷的交换速度越快，由极片形成的电池包的动力学性能越好，越能承受较大倍率的充电速度。
61.如图1所示，本公开实施例中，多个锯齿状凸起21可以增加第一活性层20的表面积，使位于第一活性层20的活性反应位点增多，有利于极片的动力学性能，进而提高充电速度。
62.不仅如此，相对于具有平整表面的第一活性层而言，本公开的极片提高了单位面积第一集流体负载的第一活性层的量，进而提高了电池包的能量密度。相对于具有平整表面的第一活性层组成的电池包而言，同一尺寸的电池包中，本公开的极片形成的电池包具有更大的容量。而且，本公开还降低了单位面积第一活性层的电流密度。
63.在其他可选的实施例中，所述锯齿状凸起为三角形状凸起、矩形状凸起或拱形状凸起。
64.图1示例性地示出了具有多个三角形状锯齿凸起21的第一活性层20，其中，多个三角形状锯齿凸起21依次首尾相接，并列分布。非限制地，三角形状锯齿凸起21的底面宽度位于10-200um之间，例如，三角形状锯齿凸起21的底面宽度l为10um、20um、50um、100um、150um、170um或200um中的任意值或任意两个值所在的范围区间。厚度h是在10-100um之间。例如，三角形状锯齿凸起21的厚度为10um、20um、50um、65um、70um、90um或100um中的任意值或任意两个值所在的范围区间。
65.可以理解的是，锯齿状凸起并不限于三角形状凸起、矩形状凸起或拱形状凸起。
66.本公开实施例还提供了一种涂布装置，用于制作上述任一实施例所述的极片，如图2所示，包括：
67.涂辊110，表面具有凹槽111，形成所述第一活性层20的浆料160位于所述涂辊110表面，所述凹槽111用于形成所述第一活性层20上的锯齿状凸起21；
68.背辊120，位于所述涂辊110的侧面，与所述涂辊110之间具有间隔130，所述间隔130用于供第一集流体10穿过，所述第一集流体10随所述背辊120的转动而移动，所述浆料160随所述涂辊110的转动转移至移动的所述第一集流体10上。
69.本公开实施例中，如图3所示，涂辊110表面沿其周向具有多个并列分布的凹槽111，因具有凹槽111，涂辊110表面呈现出凹凸不平的纹路。凹槽111用于形成第一活性层20表面的锯齿状凸起21。具体地，位于涂辊110表面的浆料160至少部分流入凹槽111内，位于凹槽111内的浆料160会具有凹槽111的形状，待涂辊110表面的浆料160转移至第一集流体10上时，位于第一集流体10上的第一活性层20也具有锯齿状凸起21。
70.可选地，第一活性层上任意两个锯齿状凸起实质上形状和规格相同的，这样不仅方便调整电池的充电速率，还能够保证第一活性层不同位置处电流密度的均一性。
71.对应的涂辊的任意两个凹槽实质上形状和规格也是相同的，以保证形成相同的任意两个锯齿状凸起。
72.在一些具体示例中，涂辊的表层可以更替，从而可更换不同规格的凹槽，形成不同
规格和形状的锯齿状凸起。
73.非限制地，以图2所示的转移涂布为例，在实际应用中，涂辊110和背辊120可以同步转动，且转动方向一致。其中，涂辊110转动会带动浆料160的转移，第一集流体10随背辊120的转动而移动，且第一集流体10穿过涂辊110和背辊120之间的间隔130。
74.在一些具体示例中，如图2所示，涂布装置还包括：刮刀140，刮刀140位于涂辊110上方，并与涂辊110之间具有间隙150，该间隙150供形成第一活性层20的浆料160穿过，即通过调整刮刀140和涂辊110之间的间隙150调节浆料160转移量，进而控制第一活性层20的厚度。
75.在其他可选的实施例中，所述涂布装置还包括：
76.加热机构，与所述涂辊连接，加热所述涂辊，固化位于所述涂辊上的所述浆料。
77.加热机构用于通过涂辊间接地对位于涂辊上的浆料进行加热，在涂辊转移浆料的过程中，使位于涂辊表面的浆料快速加热固化，抑制因浆料流动性较大，转移至第一集流体表面的浆料的锯齿状凸起消声，加热机构保证了最终在第一集流体表面形成所需的锯齿状凸起。
78.在一具体示例中，加热机构包括电阻丝，电阻丝与涂辊接触。通电时，电阻丝可以将电能转换为热能，加热涂辊，涂辊再将热量传递给浆料，对浆料进行固化。
79.本公开实施例还提供了一种电芯，如图1所示，电芯包括：
80.上述任一实施例所述的极片；
81.隔膜30，呈锯齿状，并与所述第一活性层20背离所述第一集流体10的表面贴合；
82.第二活性层40，与所述隔膜30贴合，且背离所述隔膜30的表面为平面；
83.第二集流体50，与所述第二活性层40背离所述隔膜30的表面贴合；
84.所述第一集流体10为正极极流体，所述第一活性层20为正极活性层时，所述第二集流体50为负极集流体，所述第二活性层40为负极活性层；
85.所述第一集流体10为负极极流体，所述第一活性层20为负极活性层时，所述第二集流体50为正极集流体，所述第二活性层40为正极活性层。
86.本公开实施例中，电芯可以由极片、隔膜及具有第二活性层的第一集流体依次叠加后形成的膜片组通过卷绕工序形成，也可以是至少一个所述膜片组通过叠片工序形成。
87.非限制地，隔膜为微孔膜，例如：聚丙烯微孔膜或聚乙烯微孔膜等。隔膜用于隔离正极极片和负极极片，并利用微孔实现离子导通的作用。
88.如图1所示，隔膜30与第一活性层20上的多个锯齿状凸起21贴合，进而隔膜30呈与锯齿状凸起21相匹配的锯齿状结构。位于隔膜30背离第一活性层20侧面的第二活性层40也具有锯齿状结构，且第二活性层40上的锯齿状结构填充隔膜30的相邻锯齿状结构之间的间隙，外观上看，极片、隔膜30及具有第二活性层40的第一集流体10依次叠加后形成的膜片组为平整的结构，保证了膜片组可正常进行后续的卷绕工序或叠片工序。第一活性层20、隔膜30和第二活性层40具有的锯齿形结构，在增加相互之间接触界面的接触面积，进一步提升快充性能的基础上，还有效保证了接触界面接触的可靠性。
89.在其他可选的实施例中，所述第二活性层40包括：至少两层活性浆料层41和43，及位于相邻两层活性浆料层之间的粘结层42。
90.两侧活性浆料层中，其中一个与第二集流体贴合，另一个与隔膜贴合。在实际应用
中，两层浆料层可以相同，也可以不同。
91.非限制地，可以利用两种不同的活性浆料层来提升电池包的性能，其中，与第二集流体贴合的浆料层可以是能够提高能量密度的浆料层，与隔膜贴合的浆料层可以是能够提高快充形成的浆料层。例如，相对而言，与第二集流体贴合的浆料层可以采用更大的压实密度，以便获得更高的能量密度。而与隔膜贴合的浆料层压实密度较小，以便获得快充效果。或者，还可以采用不同的组成成分形成不同的两个活性浆料层。
92.非限制地，在制作过程中，可以在第二集流体上涂布一侧浆料层，并在该浆料层上涂布形成粘结层；另一层浆料层可采用喷涂的方式在隔膜表面形成，然后将第二集流体通过粘结层与隔膜贴合。
93.在其他可选的实施例中，所述粘结层包括：粘结剂和导电剂。
94.粘结剂用于保证界面粘接力，保证活性层在集流体上附着的牢固性。导电剂用于保证电荷的传递。
95.非限制地，粘结剂可选自聚偏氟乙烯、聚氨酯、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、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯或丁苯橡胶中的一种或多种的组合。导电剂可选用碳纳米管、碳纤维、导电炭黑、乙炔黑、石墨烯或科琴黑等中的一种或多种的组合。
96.在其他可选的实施例中，所述粘结层的厚度为2～10μm。例如，粘结层厚度为2μm、3μm、5μm、6μm、8μm或10μm中的任意一个值或任意两个值所在的范围区间。
97.在其他可选的实施例中，所述隔膜的拉伸率(拉伸后长度与原始长度的比值)为50～80％。
98.在实际应用中，隔膜是没有完全拉伸的，覆盖在第一活性层的表面。
99.非限制地，隔膜的拉伸率可以为50％、55％、60％、70％、75％或80％中的任意一个值或任意两个值所在的范围区间。
100.本公开实施例还提供了一种电池包，包括：
101.上述任一实施例所述的电芯；
102.封装壳，所述电芯位于所述封装壳内；
103.电解液，位于所述封装壳内，所述电芯浸入所述电解液内。
104.一般地，一个封装壳内具有至少一个电芯，当电芯数量为两个以上时，两个以上的电芯可以并联和/或串联。封装壳可以是铝塑膜等软性壳，形成软包电池。也可以是钢壳等硬质金属壳或合金壳。
105.本公开实施例还提供了一种电芯的制作方法，至少包括以下步骤：
106.s101、制作上述任一实施例所述的极片；
107.s102、将隔膜放置在第一活性层上，其中，隔膜呈锯齿状，并与所述第一活性层背离所述第一集流体的表面贴合；
108.s103、在隔膜背离所述第一活性层的表面形成第二活性层和第二集流体，其中，所述第二活性层与所述隔膜贴合，且背离所述隔膜的表面为平面；所述第二集流体与所述第二活性层背离所述隔膜的表面贴合；
109.所述第一集流体为正极极流体，所述第一活性层为正极活性层时，所述第二集流
体为负极集流体，所述第二活性层为负极活性层；
110.所述第一集流体为负极极流体，所述第一活性层为负极活性层时，所述第二集流体为正极集流体，所述第二活性层为正极活性层。
111.本公开实施例中，电芯为上述任一实施例所述的电芯。如图1所示，隔膜30位于第一活性层20和第二活性层40之间，隔膜30与第一活性层20之间的接触界面呈锯齿状，隔膜30与第二活性层40之间的接触界面也呈锯齿状，相对于平整的接触界面，这种接触界面面积更大，有利于提高电池包的动力学性能，提高充电速度和能量密度。
112.在一具体示例中，制作上述任一实施例所述的极片包括：在第一集流体上涂布形成第一活性层。具体地，可利用图2和图3所示的涂布装置将浆料160涂布在第一集流体10上，待浆料160固化后形成第一活性层20。
113.非限制地，第一活性层形成之后，无需对第一活性层进行滚压等工序，可以直接在第一活性层上覆盖没有完全拉伸的隔膜。
114.在其他可选的实施例中，将第二活性层和第二集流体形成在隔膜的第二表面，其中，所述第二活性层与所述隔膜的所述第二表面贴合，且背离所述隔膜的表面为平面；所述第二集流体与所述第二活性层背离所述隔膜的表面贴合；如图1所示，包括：
115.将第一活性浆料形成在所述第二集流体50上；
116.固化所述第一活性浆料，形成第一活性浆料层43；
117.将第二浆料形成在所述隔膜30上；
118.固化所述第二浆料，形成第二活性浆料层41；
119.在所述第一活性浆料层43背离所述第二集流体50的表面形成粘结层42，或在所述第二活性浆料层41背离所述隔膜30的表面形成粘结层；
120.将带有所述第二集流体50的所述第一活性浆料层43通过所述粘结层42固定在所述第二活性浆料层41上。
121.在实际应用中，可以将第二浆料通过喷涂等方式形成在隔膜上。利用粘结层粘结固定第二活性浆料层和第一活性浆料层，实现第二集流体和隔膜的复合。在其他可选的实施例中，将带有所述第二集流体的所述第一活性浆料层通过所述粘结层固定在所述第二活性浆料层上，包括：
122.碾压复合所述第二集流体、所述第一活性浆料层、所述粘结层、所述第二活性浆料层、所述隔膜和所述极片。
123.如图1所示，碾压可增强第二活性浆料层41、粘结层42和第一活性浆料层43之间的结合力，也能够进一步提高第二集流体50、第一活性浆料层43、粘结层42、第二活性浆料层41、隔膜30和极片的复合效果。将碾压后的膜片组复合完成后进行常规的卷绕或者叠片等工序制备电芯。
124.本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
125.本公开实施例基于上述设备实施例提供一个具体的硬件，包括处理器(cpu，
central processing unit)、存储介质以及至少一个外部通信接口；所述处理器、存储介质以及外部通信接口均通过总线连接。所述处理器可为微处理器、中央处理器、数字信号处理器或可编程逻辑阵列等具有处理功能的电子元器件。所述存储介质中存储有计算机可执行代码。所述处理器执行所述计算机可执行代码时，至少能实现以下功能：制作上述任一实施例所述的极片；
126.将隔膜放置在第一活性层上，其中，隔膜呈锯齿状，并与所述第一活性层背离所述第一集流体的表面贴合；
127.在隔膜背离所述第一活性层的表面形成第二活性层和第二集流体，其中，所述第二活性层与所述隔膜贴合，且背离所述隔膜的表面为平面；所述第二集流体与所述第二活性层背离所述隔膜的表面贴合；
128.所述第一集流体为正极极流体，所述第一活性层为正极活性层时，所述第二集流体为负极集流体，所述第二活性层为负极活性层；
129.所述第一集流体为负极极流体，所述第一活性层为负极活性层时，所述第二集流体为正极集流体，所述第二活性层为正极活性层。
130.本公开所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
131.本公开所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
132.本技术所提供的几个方法或产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或产品实施例。
133.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
134.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。