电芯及电池的制作方法

1.本技术涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电芯及电池。


背景技术：

2.随着锂离子电池技术的迅速发展，锂离子电池在笔记本电脑、智能手机等便携式移动电子设备上的应用越来越广泛，人们对电池充电速度的要求也越来越高。目前，锂离子电池在大倍率快速充电的情况下，锂离子电池负极靠近极耳的边缘区域容易析锂，导致锂离子电池的使用寿命较短。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种电芯及电池，解决了锂离子电池负极靠近极耳的边缘区域容易析锂的问题。
4.为达到上述目的，第一方面，本技术实施例提供一种电芯，包括负极片和正极片，所述负极片和所述正极片相对设置；所述正极片包括集流体，所述集流体的表面包括依次邻接的第一区域和第二区域；
5.所述负极片设置有负极极耳和邻近所述负极极耳的第一负极活性层；
6.所述正极片的第二区域与所述第一负极活性层相对设置；
7.所述第一区域设有第一涂层，所述第二区域设有第二涂层，所述第二涂层上设有第三涂层，所述第二涂层包括第一活性物质，所述第三涂层包括第二活性物质。
8.可选地，所述第一活性物质的中值粒径小于所述第二活性物质的中值粒径。
9.可选地，所述负极片包括位于头部的空箔区以及与所述空箔区相连的第一活性物质涂覆区；
10.所述负极极耳设置在所述空箔区；
11.所述第一负极活性层设置在所述第一活性物质涂覆区。
12.可选地，所述负极片包括第二活性物质涂覆区、第三活性物质涂覆区以及位于所述第二活性物质涂覆区和第三活性物质涂覆区之间的空箔区；
13.所述负极极耳设置在所述空箔区；
14.所述第一负极活性层分别设置在第二活性物质涂覆区和第三活性物质涂覆区靠近负极极耳的区域。
15.可选地，第一负极活性层包括层叠设置的第四涂层和第五涂层；
16.所述第四涂层包括第三活性物质；
17.所述第五涂层包括第四活性物质。
18.可选地，所述第二涂层的厚度与所述第三涂层的厚度之和与所述第一涂层的厚度的差值范围为
‑
10至10μm。
19.可选地，所述第二涂层的厚度与所述第三涂层的厚度之和的取值范围为30μm至80μm；所述第二涂层的厚度占所述第二涂层和第三涂层的厚度之和的30％至70％。
20.可选地，所述第一活性物质的粒径分布满足：3.5μm＜d10＜6.5μm，12μm＜d50＜17μm，22μm＜d90＜34μm；
21.所述第二活性物质的粒径分布满足：5μm＜d10＜10μm，15μm＜d50＜20μm，35μm＜d90＜48μm。
22.可选地，所述第二涂层的压实密度大于所述第三涂层的压实密度。
23.可选地，所述正极片还设有第六涂层，所述第六涂层与所述第二涂层和所述第三涂层邻接；
24.可选地，所述第六涂层的材料包括陶瓷和勃姆石中的至少一项。
25.可选地，所述第一活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料中的至少一项；
26.所述第二活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料中的至少一项。
27.可选地，所述集流体的表面还包括第三区域，所述第三区域为空箔区，所述第三区域上设有正极耳。
28.第二方面，本技术实施例提供一种电池，包括如第一方面所述的电芯。
29.本技术实施例中，电芯包括负极片和正极片，负极片和正极片相对设置；正极片包括集流体，集流体的表面包括依次邻接的第一区域和第二区域；负极片设置有负极极耳和邻近负极极耳的第一负极活性层；正极片的第二区域与第一负极活性层相对设置；第一区域设有第一涂层，第二区域设有第二涂层，第二涂层上设有第三涂层，第二涂层包括第一活性物质，第三涂层包括第二活性物质。通过调整第一活性物质和第二活性物质的动力学性能，可以实现降低锂离子电池负极靠近极耳的边缘区域析锂的可能性。
附图说明
30.为了更清楚的说明本技术实施例中的技术方案，现对说明书附图作如下说明，显而易见地，下述附图仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据所列附图获得其他附图。
31.图1是本技术实施例提供的电芯中的正极片的结构示意图之一；
32.图2是本技术实施例提供的电芯中的正极片的结构示意图之二；
33.图3是本技术实施例提供的电芯中的正极片的结构示意图之三；
34.图4是现有技术中极片的结构示意图；
35.图5是本技术实施例提供的电芯的结构示意图；
36.图6是本技术实施例提供的电芯中的负极片的结构示意图之一；
37.图7是本技术实施例提供的电芯中的负极片的结构示意图之二；
38.图8是本技术实施例提供的电芯中的负极片的结构示意图之三。
具体实施方式
39.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本技术中的实施例的基础上，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，都属于本技术保护的范围。
40.参见图1和图5，本技术实施例提供一种电芯，包括负极片和正极片，所述负极片和所述正极片相对设置；所述正极片包括集流体4，所述集流体4的表面包括依次邻接的第一区域和第二区域；
41.所述负极片设置有负极极耳6和邻近所述负极极耳的第一负极活性层7；
42.所述正极片的第二区域与所述第一负极活性层7相对设置；
43.所述第一区域设有第一涂层1，所述第二区域设有第二涂层2，所述第二涂层2上设有第三涂层3，所述第二涂层2包括第一活性物质，所述第三涂层3包括第二活性物质。
44.在一个具体实例中，正极片的集流体的表面还包括第三区域，所述第三区域为空箔区，所述第三区域上设有正极耳。
45.在极片为正极片的情况下，集流体4的材质可以为铝箔；集流体4的形状可以为长方形。在一个具体示例中，第一负极活性层7中包括负极活性物质，负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、复合石墨、中间相炭微球、软碳及碳纳米材料、硬碳中的至少一种材料。
46.集流体4的表面包括第一面和第二面，集流体4的第一面和第二面上均设有第一区域，第一区域上设有第一涂层1。集流体4的第一面的第一区域在集流体4上的投影可与集流体4的第二面的第一区域在集流体4上的投影重叠。
47.具体实现时，可以仅在集流体4的一个表面设有第二区域，也可以在集流体4的两个表面均设有第二区域。
48.作为一个示例，参见图1，图1所示的正极片仅在集流体4的一个表面设有第二区域，第二区域上设有第二涂层2，第二涂层2上设有第三涂层3。第二涂层2与第三涂层3的厚度之和可与第一涂层1的厚度相等。
49.作为另一个示例，参见图2，图2所示的正极片在集流体4的两面均设有第二区域，集流体4的第一面的第二区域在集流体4上的投影可与集流体4的第二面的第二区域在集流体4上的投影重叠。在该实施方式中，可以采用斑马涂布的方式制作该极片。
50.本技术实施例中，电芯包括负极片和正极片，负极片和正极片相对设置；正极片包括集流体，集流体的表面包括依次邻接的第一区域和第二区域；负极片设置有负极极耳和邻近负极极耳的第一负极活性层；正极片的第二区域与第一负极活性层相对设置；第一区域设有第一涂层，第二区域设有第二涂层，第二涂层上设有第三涂层，第二涂层包括第一活性物质，第三涂层包括第二活性物质。通过调整第一活性物质和第二活性物质的动力学性能，可以降低锂离子电池负极靠近极耳的边缘区域析锂的可能性。
51.可选地，所述第一活性物质的动力学性能大于所述第二活性物质的动力学性能。
52.具体的，第一活性物质可以为钴酸锂，第二活性物质可以锰酸锂。可选地，第一活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料中的至少一项。第二活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料中的至少一项。可以通过控制第一活性物质和第二活性物质的粒径大小或者含量等，使第一活性物质的动力学性能大于第二活性物质的动力学性能。
53.正极片中的活性物质的动力学性能越小，单位时间内释放的锂离子越少，但正极片中的活性物质的动力学性能越小，会使电池的充电速度越小。本技术实施例中，通过在第二涂层上设有第三涂层，并使第三涂层中的第二活性物质的动力学性能，小于第二涂层中第一活性物质的动力学性能，可以在兼顾电池充电速度的前提下，减少正极片第二区域单
位时间内极片释放的锂离子。正极片的第二区域与负极片邻近负极极耳的第一负极活性层相对设置，即邻近负极极耳的区域单位时间内接收到的锂离子减小，从而降低了锂离子电池负极靠近极耳的边缘区域析锂的可能性。
54.具体实现时，负极极耳可以设置在负极片的端部位置，负极极耳仅一侧与第一负极活性层相邻；负极极耳也可以设置在负极片的中间位置，负极极耳的两侧均与第一负极活性层相邻。
55.作为一个示例，参见图6，所述负极片包括位于头部的空箔区8以及与所述空箔区8相连的第一活性物质涂覆区9；所述负极极耳设置在所述空箔区8；所述第一负极活性层设置在所述第一活性物质涂覆区9。
56.作为另一个示例，参见图7，所述负极片包括第二活性物质涂覆区10、第三活性物质涂覆区11以及位于所述第二活性物质涂覆区10和第三活性物质涂覆区11之间的空箔区8；所述负极极耳设置在所述空箔区8；所述第一负极活性层分别设置在第二活性物质涂覆区10和第三活性物质涂覆区11靠近负极极耳的区域。
57.本技术的另一个实施例中提供一种电芯，包括正极片和负极片，负极片和正极片相对设置，所述正极片包括集流体，所述集流体的表面包括依次邻接的第一区域和第二区域；其中，负极片包括负极极耳和第一负极活性层，负极极耳的两侧均设置有第一负极活性层，正极片的第二区域与负极极耳两侧的第一负极活性层呈相对设置。通过将正极片的第二区域与负极极耳两侧的第一负极活性层相对设置，可使邻近负极极耳的区域单位时间内接收到的锂离子减小，从而降低了锂离子电池负极靠近极耳的边缘区域析锂的可能性。
58.可选地，参见图8，第一负极活性层包括层叠设置的第四涂层12和第五涂层13，所述第四涂层12包括第三活性物质，所述第五涂层13包括第四活性物质。通过使第一负极活性层包括层叠设置的第四涂层12和第五涂层13，可通过调整第三活性物质和第四活性物质的动力学性能，如使第三活性物质的动力学性能小于第四活性物质的动力学性能，进一步降低锂离子电池负极靠近极耳的边缘区域析锂的可能性。
59.具体实现时，第三活性物质的动力学性能小于第四活性物质的动力学性能。负极片中的活性物质的动力学性能越大，对锂离子的接收能力越强，但负极片中的活性物质的动力学性能越大，会使涂层的厚度越厚，导致电池的能量密度越小。通过使第三活性物质的动力学性能小于第四活性物质的动力学性能，可以在兼顾电池能量密度的前提下，提升极片对锂离子的接收能力，从而降低锂离子电池负极靠近极耳的边缘区域析锂的可能性。
60.具体实现时，可使第三活性物质的中值粒径大于第四活性物质的中值粒径。粒径分布曲线上小于中值粒径的粒子占粒子的总颗粒数的50％。活性物质的粒径越小，活性物质的动力学性能越大，通过限定第三活性物质的中值粒径大于第四活性物质的中值粒径，可以使得第三活性物质的动力学性能小于第四活性物质的动力学性能，从而可以在兼顾电池能量密度的前提下，提升极片对锂离子的接收能力，降低锂离子电池负极靠近极耳的边缘区域析锂的可能性。
61.可选地，所述第二涂层2的厚度与所述第三涂层3的厚度之和与所述第一涂层1的厚度的差值范围为
‑
10μm至10μm。通过该限定，可以使极片表面较为平整，提高电池的安全性能。示例性地，第二涂层2的厚度与第三涂层3的厚度之和等于第一涂层1的厚度。
62.可选地，参见图3，正极片还可以设有第六涂层5，第六涂层5与第二涂层2和第三涂
层3均邻接。可选地，第六涂层5中包括绝缘性材料，如陶瓷、勃姆石等。第六涂层5可设于第三区域，第六涂层5的厚度可与第二涂层2和第三涂层3的厚度之和相等。
63.可选地，所述第一活性物质的粒径分布满足：3.5μm＜d10＜6.5μm，12μm＜d50＜17μm，22μm＜d90＜34μm；
64.所述第二活性物质的粒径分布满足：5μm＜d10＜10μm，15μm＜d50＜20μm，35μm＜d90＜48μm；
65.其中，d10表示第一粒径，粒径分布曲线上小于所述第一粒径的粒子占粒子的总颗粒数的10％，d50表示中值粒径，d90表示第二粒径，粒径分布曲线上小于所述第二粒径的粒子占粒子的总颗粒数的90％。
66.具体的，粒径分布曲线上小于中值粒径的粒子占粒子的总颗粒数的50％。通过控制第一活性物质的粒径和第二活性物质的粒径满足上述分布，可以使第一活性物质的动力学性能大于第二活性物质的动力学性能，从而可以在兼顾电池充电速度的前提下，减少单位时间内极片释放的锂离子，进而降低锂离子电池负极靠近极耳的边缘区域析锂的可能性。
67.可选地，所述第二涂层2的压实密度大于所述第三涂层3的压实密度。通过使第二涂层2的压实密度大于第三涂层3的压实密度，可以增强涂层与集流体4之间的粘结力，降低过压现象发生的可能性。
68.可选地，所述第二涂层2的厚度与所述第三涂层3的厚度之和的范围为30μm至80μm，所述第二涂层2的厚度占所述第二涂层2和第三涂层3的厚度之和的30％至70％。
69.具体实现时，第二涂层2的厚度与第三涂层3的厚度之和可以为30μm、40μm、48μm、52μm、60μm、77μm、80μm等。第二涂层2的厚度可占第二涂层2和第三涂层3的厚度之和的30％、41％、53％、59％、68％、70％等。应理解，在第二涂层2的厚度占第二涂层2和第三涂层3的厚度之和的30％时，第三涂层3的厚度占第二涂层2和第三涂层3的厚度之和的70％。
70.通过上述限定，可以在兼顾电池充电速度的前提下，减少单位时间内极片释放的锂离子，从而降低锂离子电池负极靠近极耳的边缘区域析锂的可能性。
71.本技术实施例还提供一种包括本技术实施例提供的电芯的制作方法，具体如下：
72.负极片制备：将96.9g石墨、0.5g导电剂sp、1.3g粘结剂羧甲基纤维素钠(cmc)、1.3g粘结剂丁苯橡胶(sbr)、150g去离子水，以湿法工艺制成浆料；将负极浆料均匀涂覆于厚度为6μm的铜箔上；烘烤后，将该极片进行辊压，分切得到负极片；
73.正极浆料1：将97g正极活性物质钴酸锂1、2g导电剂导电炭黑、1g粘结剂进行混合，加入50gn
‑
甲基吡咯烷酮(nmp)，在真空搅拌机作用下搅拌，直至混合成均一流动性的正极浆料；
74.正极浆料2：将97g正极活性物质钴酸锂2、2g导电剂导电炭黑、1g粘结剂进行混合，加入50gn
‑
甲基吡咯烷酮(nmp)，在真空搅拌机作用下搅拌，直至混合成均一流动性的正极浆料；
75.对比例：将正极浆料1涂覆在12μm的铝箔上，得到与图4所示结构一致的负极片，烘烤后进行辊压，分切得到正极片1；
76.然后负极片、正极片1、隔膜进行卷绕，采用铝塑膜包装，烘烤去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺，化成即可得到电芯。
77.实施例1：将正极浆料1涂覆第一涂层1和第二涂层2，正极浆料2涂覆第三涂层3，得到与图1所示结构一致的正极片，第二涂层2与第三涂层3的涂布厚度按1:1进行管控，烘烤后进行辊压，分切得到正极片2；
78.然后正极片2、负极片、隔膜进行卷绕，采用铝塑膜包装，烘烤去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺，化成即可得到电芯。
79.实施例2：将正极浆料1涂覆第一涂层1和第二涂层2，负极浆料3涂覆在第三涂层3，得到与图1所示结构一致的正极片，第二涂层2与第三涂层3的涂布厚度按7:3进行管控，烘烤后进行辊压，分切得到正极片3；
80.然后负极、正极片3、隔膜进行卷绕，采用铝塑膜包装，烘烤去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺，化成即可得到电芯。
81.上述所有正极片的涂布厚度均为50μm。
82.经实验，得到上述实施例与对比例中正极片的剥离力如表1所示。
[0083] 实施例1实施例2对比例极片剥离力/n0.14620.14560.1389
[0084]
表1
[0085]
由表1中的剥离力数据对比可知，在上层采用动力学稍差的正极片，单面区(即图1中仅集流体4单面涂覆涂层的第二区域)正极片的剥离力与对比例中没有显著差别，采用新结构进行生产，不会对极片造成影响。
[0086]
经实验，得到上述实施例与对比例的电芯的循环性能数据如表2所示。
[0087][0088]
表2
[0089]
由表2可知，正极片单面区(即图1中仅集流体4单面涂覆涂层的第二区域)采用新的结构可以进行涂布，可以解决负极边缘区域析锂的问题，对电池整体的容量保持率及厚度膨胀率均有很好的改善，尤其是厚度膨胀问题。
[0090]
本技术实施例还提供一种电池，所述电池包括本技术实施例提供的电芯。本技术实施例提供的电芯的结构和工作原理可以参考上述实施例，在此不再赘述。由于本技术实施例提供的电池包括本技术实施例提供的电芯，因此具有本技术实施例提供的电芯的全部有益效果。
[0091]
上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。