电池极片及其制备方法、电极组件以及电池和用电装置与流程

本技术属于电池，具体涉及一种电池极片及其制备方法、电极组件以及电池和用电装置。

背景技术：

1、近年新能源汽车得到蓬勃发展，电池驱动系统是影响新能源汽车性能和成本的主要因素，而二次电池由于具有能量密度高、记忆效应低、工作电压高等特点，成为当前新能源汽车电池驱动系统中动力电池的首选方案。

2、动力电池电池单体一般由正极极片、隔离膜、负极极片卷绕制成裸电芯，经过封装、注液、化成、充电等工序最终形成成品。这样的电池单体在充放电循环过程中，电极组件内的极片容易膨胀，易对最内圈和最外圈形成较大的应力，从而导致紫斑、甚至造成析锂等现象，从而导致电极组件失效，引发安全事故。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本技术提供一种电池极片及其制备方法、电极组件以及电池和用电装置，旨在解决如何提高电池极片对膨胀应力的缓解能力的技术问题。

2、第一方面，本技术实施例提供一种电池极片，电池极片的表面设有可缓解应力的第一涂层和第二涂层，第一涂层设置在电池极片沿长度方向的一端部的表面上，第二涂层设置在电池极片沿长度方向的另一端部的表面上。

3、通过在电池极片的两端部的表面上设置第一涂层和第二涂层，而且第一涂层和第二涂层相互隔开，这样的电池极片从一端部卷绕成电极组件后，电极组件的最内圈部位和最外圈部位都额外增加了涂层，基于第一涂层和第二涂层的增厚作用可以针对电极组件膨胀产生的应力提供应力缓解空间，从而使电极组件的最内圈和最外圈不容易造成紫斑，也不容易析锂，而且涂层可以增加电极组件内圈和外圈层间距，有利于提高电极组件特别是电极组件内圈的电解液保有量。因此，本技术实施例提供的电池极片沿端部卷绕成电极组件后可以提高其循环寿命。

4、在一实施例中，第一涂层含有第一基材、第一柔性材料、第一粘结剂和锂盐；和/或，

5、第二涂层含有第二基材、第二柔性材料和第二粘结剂。

6、基材、柔性材料和粘结剂用在涂层中，可以使第一涂层和第二涂层在电池极片表面很好地缓解因循环膨胀所产生的应力，而第一涂层相对第二涂层增加有锂盐，这样第一涂层部位先卷绕形成电极组件最内圈，这样可以为电极组件内圈提供锂离子来源，从而可以进一步提高电极组件的动力学性能。

7、在一实施例中，以第一涂层的总重量为100%计，第一涂层包括：第一基材80~90%，第一柔性材料1~5%，第一粘结剂1~5%，以及锂盐1~5%；和/或，

8、以第二涂层的总重量为100%计，第二涂层包括：第二基材80~90%，第二柔性材料1~5%，第二粘结剂1~5%。

9、上述比例的第一基材、第一柔性材料、第一粘结剂和锂盐形成的第一涂层在电极组件内圈不仅可以缓解因电极组件膨胀使内圈产生的主要沿法向的正应力，同时也可以为电极组件内圈提供足够的锂离子来源。而上述比例的第二基材、第二柔性材料、第二粘结剂形成的第二涂层在电极组件外圈可以缓解因电极组件膨胀使外圈产生的主要沿切向的剪切应力。

10、在一实施例中，第一基材包括第一固态电解质材料、第一胶粘材料和第一陶瓷材料中的至少一种；和/或，

11、第二基材包括第二固态电解质材料、第二胶粘材料和第二陶瓷材料中的至少一种。

12、固态电解质材料、胶粘材料和陶瓷材料作为涂层的主要基材，均具有一定的韧性和弹性，可以为涂层提供缓解应力的作用。

13、在一实施例中，第一基材为第一固态电解质材料或第一陶瓷材料；和/或，

14、第二基材为质量比（2~2.5）：（5~6）：（2~2.5）的第二固态电解质材料、第二胶粘材料和第二陶瓷材料。

15、因电极组件内圈主要产生沿法向的正应力，外圈主要产生沿切向的剪切应力，固态电解质材料和陶瓷材料相对而言具有更好的韧性，胶粘材料相对而言具有更好的弹性；因此，电池极片从第一涂层一端部开始卷绕成电极组件后，位于内圈的第一涂层中第一固态电解质材料或第一陶瓷材料作为基材可以更好地缓解正应力，而位于外圈的第二涂层中第二固态电解质材料和第二陶瓷材料含量较少、第二胶粘材料含量更多比例，可以更好地缓解剪切应力。

16、在一实施例中，第一基材包括第一固态电解质材料、第一胶粘材料和第一陶瓷材料，且第一固态电解质材料与第一陶瓷材料的质量之和占第一基材总质量的百分比大于等于80%；和/或，

17、第二基材包括第二固态电解质材料、第二胶粘材料和第二陶瓷材料，且第二胶粘材料占第二基材总质量的百分比大于等于60%。

18、上述配比的第一基材使位于电极组件内圈的第一涂层可以更好地缓解正应力，而上述配比的第二基材使位于外圈的第二涂层可以更好地缓解剪切应力。

19、在一实施例中，满足如下（1）~（3）中的一项或多项：

20、（1）第一固态电解质材料和第二固态电解质材料独立包括有机聚合物系电解质、氧化物系电解质、硫化物系电解质中的至少一种；

21、（2）第一胶粘材料和第二胶粘材料独立包括纤维素酯、烯类聚合物、聚酯、聚醚、聚酰胺和氰基丙烯酸酯中的至少一种；

22、（3）第一陶瓷材料和第二陶瓷材料独立包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和金属陶瓷中的至少一种。

23、上述种类的固态电解质材料、胶粘材料和陶瓷材料作为涂层的核心功能的基材，可以为涂层提供很好的缓解应力能力。

24、在一实施例中，满足如下（1）~（3）中的一项或多项：

25、（1）第一柔性材料和第二柔性材料独立包括碳基材料、过渡金属碳/氮化物二维纳米层状材料和高分子纤维类材料中的至少一种；

26、（2）第一粘结剂和第二粘结剂独立包括聚偏二氟乙烯粘结剂、丙烯腈类粘结剂、聚胺酯类粘结剂、丙烯酸类粘结剂、丁苯橡胶类粘结剂、聚乙烯吡咯烷酮粘结剂中的至少一种；

27、（3）锂盐包括高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂和六氟磷酸锂中的至少一种。

28、上述种类的柔性材料用在涂层中可以使涂层面对膨胀应力时具有很好可塑性和柔软性。上述种类的粘结剂用在涂层中可以使涂层面对膨胀应力时涂层材料可以牢固不易脱落。上述种类的锂盐用在涂层中可以提供很好的锂离子来源。

29、在一实施例中，满足如下（1）~（4）中的一项或多项：

30、（1）第一涂层的厚度为3~5μm；

31、（2）第二涂层的厚度为3~5μm；

32、（3）第一涂层沿电池极片表面长度方向的长度为m1，电池极片总长度为l，电池极片卷绕的卷针周长为d，且d/2≤m1≤l/4；

33、（4）第二涂层沿电池极片表面长度方向的长度为m2，电池极片总长度为l，电池极片卷绕的卷针周长为d，且d≤m2≤l/4。

34、上述涂层的厚度、长度的选择，可以使电池极片卷绕成电极组件后具有很好的膨胀应力缓解空间，同时也有利于提高电极组件特别是电极组件内圈的电解液保有量，因此，上述参数范围均可以很好地提高电极组件的循环寿命。

35、在一实施例中，电池极片包括集流体以及与集流体结合的电极活性层，第一涂层和第二涂层设于电极活性层背离所述集流体的表面；或者，集流体沿电池极片长度方向延伸，且在延伸出的裸露的集流体表面设置第一涂层或第二涂层。

36、通过第一涂层和第二涂层在电池极片中不同位置的选择适应不同卷绕结构的电极组件。

37、在一实施例中，电池极片为正极极片或负极极片。

38、第一涂层和第二涂层设置在正极极片或负极极片表面均可以实现提供膨胀应力缓解空间以及提高电解液保有量的效果。

39、第二方面，本技术实施例提供上述电池极片的制备方法，包括如下步骤：

40、配制第一浆料和第二浆料；

41、将第一浆料和第二浆料分别涂覆在电池极片的一端部和另一端部的表面上干燥，形成第一涂层和第二涂层。

42、将配制的第一浆料和第二浆料直接涂覆在电池极片两端部表面干燥形成第一涂层和第二涂层，这样的制备方法不仅工艺简单、容易工业化生产，而且制备得到的电池极片卷绕成电极组件后，可以很好地缓解膨胀应力，使电极组件不易出现紫斑，也不容易析锂，而且可以提高电极组件的电解液保有量，因此本技术实施例的制备方法得到电池极片使卷绕成的电极组件具有很好的循环寿命。

43、第三方面，本技术实施例提供一种电极组件，包括正极、负极以及置于正极与负极之间的隔离膜，正极、隔离膜和负极呈卷绕结构，正极和/或负极为本技术第一方面提供的电池极片和/或本技术第二方面提供的制备方法制备得到的电池极片。

44、卷绕结构的电极组件中，正极和/或负极是由本技术实施例特有的电池极片卷绕成，这样不仅可以很好地缓解电极组件的膨胀应力，使电极组件不易出现紫斑，也不容易析锂，而且可以提高电极组件的电解液保有量，因此本技术实施例的电极组件具有很好的循环寿命。

45、在一实施例中，电池极片表面的第一涂层位于卷绕结构的内圈，第二涂层位于卷绕结构的外圈。

46、利用材料配方选择搭配形成的第一涂层位于卷绕结构的内圈可以很好地缓解内圈产生的主要沿法向的正应力，同时利用材料配方选择搭配形成的第二涂层位于卷绕结构的外圈可以很好地缓解外圈产生的主要沿切向的剪切应力。

47、第四方面，本技术实施例提供一种电池，电池包括本技术第三方面提供的电极组件。

48、通过电池使用本技术第三方面提供的电极组件，该电极组件因涂层设置具有很好的循环寿命，因而这样的电池在充放电过程中具有安全性好、循环性能稳定的特点。

49、第五方面，本技术实施例提供一种用电装置，用电装置包括本技术第四方面提供的电池。

50、通过采用本技术实施例第四方面提供的电池，这样的用电装置循环稳定性好，使用寿命长，可以更长久地进行工作。

51、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。