极片集流体、极片结构和锂离子电池的制作方法

1.本实用新型属于锂离子电池领域，尤其涉及一种极片集流体、极片结构和锂离子电池。


背景技术：

2.在极片制作时，先将正负极活性材料制成具有一定粘度和流动性的浆料，然后涂敷在集流体表面烘干。由于浆料的流动性，在烘干的过程中，浆料会向集流体两侧的留白区域流动，导致浆料在边缘区域的涂层厚度低于中间位置。这种由浆料流动而导致涂层厚度变薄的边缘区域在几毫米到十几毫米。一旦负极极片的浆料在边缘区域涂层厚度低于设计值，将带来边缘区域的n/p降低，而容易在负极析锂产生安全问题。虽然在设计时考虑了析锂风险而将负极极片的尺寸设定为大于正极极片尺寸，但该增加的尺寸远小于浆料变薄区域的尺寸，n/p比依旧偏低，而具有析锂风险。对于正极极片，边缘的涂敷量低于设计值，造成正极容量偏低，达不到设计容量。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种极片集流体、极片结构和锂离子电池，其旨在减低浆料在边缘区域厚度的减少量。
4.为实现上述目的，本实用新型实施例提供了如下技术方案：
5.第一方面，提供一种极片集流体，包括：
6.集流本体，为片状并沿其宽度方向具有位于居中位置的主体区域、位于两端部的留白区域，以及位于所述主体区域和所述留白区域之间的边缘区域；
7.阻流凸起，有两个并分别设于所述边缘区域。通过采用上述技术方案，通过在集流本体的边缘区域设置阻流凸起，阻流凸起在活性浆料涂覆在集流体层时对活性浆料向两侧的流动起到阻碍作用，从而减少浆料到达留白区域的量，减少活性浆料在边缘区域变薄的量。在活性浆料烘干固化后形成活性材料层。通过本实用新型提供的极片结构能够降低活性材料层在边缘区域的厚度减少量而提高边缘区域的n/p比，使之更接近设计值而降低析锂的风险，提高锂离子电池的安全性，改善因边缘厚度不够而导致的容量不足。
8.可选的，阻流凸起的高度为0.1-5μm。
9.通过采用上述技术方案，阻流凸起对活性浆料的堆高效果明显高于阻流凸起本身占用的高度，从而有利于降低活性材料层在边缘区域的厚度减少量。
10.可选的，阻流凸起的宽度为1～40mm。
11.通过采用上述技术方案，进一步降低活性材料层在边缘区域的厚度减少量。
12.可选的，阻流凸起的横截面为矩形、半圆形、锥形、波浪形、锯齿形或哑铃形。
13.通过采用上述技术方案，阻流凸起对活性浆料的流动产生阻碍。
14.可选的，阻流凸起在朝向主体区域的表面凹陷设置。
15.通过采用上述技术方案，提高活性浆料的填充空间，提高浆料和阻流凸起的接触
面积而有利于提高浆料和阻流凸起的连接紧固性。
16.可选的，阻流凸起为电镀件。
17.通过采用上述技术方案，有利于阻流凸起尺寸的精准控制，并能够提高阻流凸起和集流体层的连接紧固性。
18.可选的，集流体层为铜箔或铝箔。
19.通过采用上述技术方案，正极片的集流体层选用铝箔而负极片的集流体层选用铜箔。
20.可选的，集流体层和阻流凸起为同一材质。
21.通过采用上述技术方案，有利于降低连接处的电阻提高电学性能。
22.第二方面，提供一种极片结构，包括：
23.极片集流体，为上述的极片集流体；
24.活性材料层，包括涂覆部和溢出部，所述涂覆部设于所述主体区域并延伸至所述边缘区域且覆盖所述阻流凸起，所述涂覆部在所述边缘区域的厚度不小于在所述主体区域的厚度，所述溢出部连接所述涂覆部并部分覆盖所述留白区域。
25.通过采用上述技术方案，能够降低活性材料层在边缘区域的厚度减少量而不丧失正负极活性材料的n/p比，使之更接近设计值而降低析锂的风险，提高锂离子电池的安全性，改善因边缘厚度不够而导致的容量不足。
26.可选的，主体区域与其两侧的边缘区域的宽度等于涂覆部的设计宽度。
27.通过采用上述技术方案，通过活性材料层的设计宽度便利凸块的位置的设置。
28.第三方面，提供一种锂离子电池，包括如上述的极片结构。
29.通过采用上述技术方案，能够降低活性材料层在边缘区域的厚度减少量而不丧失正负极活性材料的n/p比，使之更接近设计值而降低析锂的风险，提高锂离子电池的安全性，改善因边缘厚度不够而导致的容量不足。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本实用新型实施例中集流体的结构示意图；
32.图2为本实用新型实施例提供的极片结构的示意图一，其中，活性材料层的溢出部未显示；
33.图3为本实用新型实施例提供的极片结构的示意图二，其中，活性材料层的溢出部未显示。
34.其中，图中各附图标记：
35.10、极片集流体；11、集流本体；12、阻流凸起；101、主体区域；102、边缘区域；103、留白区域；20、活性材料层。
具体实施方式
36.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
37.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
38.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
39.请参照图1至图3，现对本技术提供的极片集流体10、以及采用该极片集流体10的极片结构和锂离子电池进行示例性说明。
40.极片结构包括极片集流体10和活性材料层20。极片结构可以为正极片或负极片。将正极浆料或负极浆料(为便于描述，统称为活性浆料)涂覆在对应的极片集流体10上，活性浆料经烘烤固化后形成活性材料层20。而后经辊压、分切、模切得到正极片或负极片。
41.现有极片结构中，极片集流体10为片材，活性浆料涂覆在极片集流体10的中间区域，极片集流体10宽度的两侧留有一段留白区域不涂覆活性浆料。该活性浆料在涂覆作业到烘干作业的期间，由于液体表面张力，而具有向两侧流动的趋势，活性浆料的两侧边缘向留白区域流动而使原设计涂覆区域尤其是边缘位置被摊平变薄。以负极片为例，极片集流体10宽度为525mm，负极浆料涂覆厚度为120μm，在涂覆之后，负极浆料向两侧留白区域延伸，负极浆料在原设计涂覆位置尤其是边缘位置10-12mm区域将变薄，而使n/p降低，容易在负极析锂产生安全问题。
42.本实施例中，极片集流体10包括集流本体11和阻流凸起12。集流本体11为片状并沿其宽度方向具有位于居中位置的主体区域101、位于两端部的留白区域103，以及位于主体区域101和留白区域103之间的边缘区域102，阻流凸起12有两个并分别设于边缘区域102。
43.在该极片集流体10涂覆有活性浆料并烘干而形成极片结构。
44.具体的，极片结构包括极片集流体10和活性材料层20，活性材料层20包括涂覆部和溢出部，涂覆部设于主体区域101并延伸至边缘区域102且覆盖阻流凸起12，溢出部连接涂覆部并部分覆盖留白区域103。
45.极片结构的制作方法如下：
46.制备极片集流体10，使得极片集流体10包括集流本体11和位于边缘区域102的阻流凸起12；
47.制备活性材料层20，将活性材料制备的活性浆料涂覆在极片集流体10上，涂敷时将活性浆料控制在集流体主体区域101和边缘区域102。涂覆完成后进行烘烤，形成活性材料层20。
48.需要说明的是，在涂覆作业至到烘干作业的期间，涂覆于阻流凸起12上的活性浆料在液体表面张力的作用下会有部分浆料流向留白区域103，经烘干后形成溢出部，而留在
主体区域101和阻流凸起12上的活性浆料烘干后形成涂覆部。图2和图3所示结构中，活性材料层20仅示出涂覆部而未显示溢出部。
49.优选的，涂覆部在边缘区域102的厚度不小于在主体区域101的厚度。涂覆部在边缘区域102的厚度大于在主体区域101的厚度，所大于的厚度弥补阻流凸起12所占用空间带来的厚度损失，使得涂覆部在主体区域101和边缘区域102的绝对厚度趋于一致而不丧失正负极活性材料的n/p比，更有利于提高电池的能量密度。
50.本实施例通过在集流本体11的边缘区域102设置阻流凸起12，阻流凸起12在活性浆料涂覆在极片集流体10时对活性浆料向两侧的流动起到阻碍作用，从而减少浆料到达留白区域103的量，减少活性浆料在边缘区域102变薄的量。活性浆料烘干固化后形成活性材料层20。本实施例提供的极片结构能够降低活性材料层20在边缘区域102的厚度减少量而不丧失正负极活性材料的n/p比使之更接近设计值而降低析锂的风险，提高锂离子电池的安全性，改善因边缘厚度不够而导致的容量不足。
51.由上，本实施例提供的极片集流体10和采用该极片集流体10的极片结构和锂离子电池，能够降低活性材料层20在边缘区域102的厚度减少量而不丧失正负极活性材料的n/p比，使之更接近设计值而降低析锂的风险，提高锂离子电池的安全性，改善因边缘厚度不够而导致的容量不足。
52.本实施例中，主体区域101与其两侧的边缘区域102的宽度等于涂覆部的设计宽度。本实施例中，阻流凸起12所在的位置为边缘区域102，换言之，阻流凸起12的宽度即为边缘区域102的宽度。在实际生产中，活性材料层20的设计宽度(涂覆部的设计宽度)为固定值，根据该设计宽度的数值设置阻流凸起12的位置，使得设于极片集流体10的两个阻流凸起12相背的两侧表面之间的距离等于设计宽度。在涂覆活性浆料作业时，将活性浆料涂覆于两个阻流凸起12之间的主体区域101和阻流凸起12背离极片集流体10的表面，且覆盖阻流凸起12背离极片集流体10的表面，完成涂覆作业。
53.图1所示结构中，极片集流体10的上下两个表面均设置有两个阻流凸起12，极片集流体10两侧均设置有活性材料层20。在其它实施例中，也可以仅在极片集流体10一侧表面设置两个阻流凸起12并涂覆活性浆料，换言之，活性材料层20有一个并设于极片集流体10的一侧表面。
54.可以理解，活性浆料涂覆在极片集流体10的上表面时，活性浆料的上表面趋于水平，在边缘区域102略微向下倾斜。阻流凸起12的设置，占据活性浆料在边缘区域102的填充空间，使得活性材料层20在边缘区域102的厚度有所减少。因此，需要对阻流凸起12进行高度的限制。结合极片结构的常规尺寸，将阻流凸起12的高度优选为0.1-5μm。该高度下，活性材料层20虽然由于阻流凸起12的设置而在边缘区域102的厚度有所降低，但同时由于阻流凸起12对活性浆料向留白区域103方向流动的阻碍而减少活性浆料向留白区域103流动，而有利于活性浆料在边缘区域102的堆高效果。在阻流凸起12高度为0.1-5μm的情况下，阻流凸起12对活性浆料的堆高效果明显高于阻流凸起12本身占用的高度，从而有利于降低活性材料层20在边缘区域102的厚度减少量。本领域技术人员可以将阻流凸起12的高度具体设为0.1μm、0.3μm、0.5μm、0.8μm、2.0μm、2.1μm、2.4μm、2.5μm、3μm、3.5μm、3.6μm、3.8μm、4μm、4.2μm、4.5μm、4.6μm、4.8μm、5μm。
55.在本技术另一实施例中，阻流凸起12的宽度为1～40mm。该尺寸下，能够进一步降
低活性材料层20在边缘区域102的厚度减少量。本领域技术人员可以将阻流凸起12的宽度具体设为1mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、15mm、18mm、20mm、21mm、24mm、25mm、29mm、30mm、32mm、33mm、35mm、37mm、38mm、40mm。
56.图1和图2所示结构中，阻流凸起12的横截面为矩形。在其它实施例中，阻流凸起12的横截面形状也可以为圆形、锥形、波浪形、锯齿形或哑铃形等。只要其突出于极片集流体10而对活性浆料的流动产生阻碍即可。
57.在本技术另一实施例中，阻流凸起12在朝向主体区域101的表面凹陷设置。该设置能够提高活性浆料的填充空间，提高浆料和阻流凸起12的接触面积而有利于提高浆料和阻流凸起12的连接紧固性。图3所示结构中，阻流凸起12在朝向主体区域101的表面的截面形状为半圆形，在其它实施例中，阻流凸起12在朝向主体区域101的表面的截面形状也可以为波浪形或其它形状，在此不作限制。
58.本实施例中，阻流凸起12为电镀件。在极片结构为正极片时，集流本体11为铝箔，在该铝箔上通过电镀工艺在边缘区域102镀上一层铝，而形成该阻流凸起12。在极片结构为负极片时，集流本体11为铜箔，在该铜箔上通过电镀工艺在边缘区域102镀上一层铜，而形成该阻流凸起12。采用电镀工艺在集流本体11上生成阻流凸起12，有利于阻流凸起12尺寸的精准控制，并能够提高阻流凸起12和集流本体11的连接紧固性。阻流凸起12和集流本体11采用同一材质制成，有利于降低连接处的电阻提高电学性能。
59.结合具体参数，对负极片的生产过程示例如下：
60.集流本体11选用厚度为6μm的铜箔，将铜箔划分主体区域101、边缘区域102和留白区域103。其中，两侧的边缘区域102和留白区域103的连接线的距离为活性材料层20的设计宽度。用电镀的方法在铜箔的边缘区域102电镀生成截面为方形的铜镀层，该铜镀层为阻流凸起12，阻流凸起12的高度a为2μm，宽度b为6μm。
61.将活性材料：人造石墨、导电剂super-p、粘结剂sbr、增稠剂cmc、粘结剂sfc按照质量比95.7：1：2：1.2：0.1在溶剂去离子水中搅拌混合均匀后，过筛，得到负极浆料，将得到的负极浆料按照常规方法涂敷在上述制备的集流体上，涂敷时负极浆料控制在集流体主体区域101和边缘区域102，单面涂覆厚度在120μm左右，负极浆料涂覆后经烘烤固化形成活性材料层20。极片集流体10和活性材料层20一起经辊压、分切、模切得到负极极片。
62.结合具体参数，对正极片的生产过程示例如下：
63.集流本体11选用厚度为13μm的铝箔，将铝箔划分主体区域101、边缘区域102和留白区域103。其中，两侧的边缘区域102和留白区域103的连接线的距离为活性材料层20的设计宽度。用电镀的方法在铝箔的边缘区域102电镀生成截面为方形的铝镀层，该铝镀层为阻流凸起12，阻流凸起12的高度a为2μm，宽度b为6μm。
64.将活性材料：lini0.5co0.2mn0.3、导电剂super-p、导电剂cnts、粘结剂pvdf按照重量比96.7：1.5：0.3：1.5在溶剂nmp中搅拌混合均匀后，过筛，得到正极浆料；将得到的正极浆料按照常规方法涂敷于上述制备的集流体上，涂敷时正极浆料控制在集流体的主体区域101和边缘区域102，单面涂覆厚度在94μm左右，正极浆料涂覆后经烘烤固化形成活性材料层20。极片集流体10和活性材料层20一起经而后经辊压、分切、模切得到正极极片。
65.可以理解，将正极极片和负极极片按照负极极片/隔膜/正极极片的顺序进行层叠得到层叠体，层叠体焊接极耳后封装在铝塑膜内，经过烘烤后注液、化成、老化、分容等工序
得到锂离子电池。
66.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种极片集流体，其特征在于，包括：集流本体，为片状并沿其宽度方向具有位于居中位置的主体区域、位于两端部的留白区域，以及位于所述主体区域和所述留白区域之间的边缘区域；阻流凸起，有两个并分别设于所述边缘区域。2.如权利要求1所述的极片集流体，其特征在于，所述阻流凸起的高度为0.1-5μm。3.如权利要求1所述的极片集流体，其特征在于，所述阻流凸起的宽度为1～40mm。4.如权利要求1所述的极片集流体，其特征在于，所述阻流凸起的横截面为矩形、半圆形、锥形、波浪形、锯齿形或哑铃形。5.如权利要求1所述的极片集流体，其特征在于，所述阻流凸起在朝向所述主体区域的表面凹陷设置。6.如权利要求1所述的极片集流体，其特征在于，所述阻流凸起为电镀件。7.如权利要求1所述的极片集流体，其特征在于，所述集流本体和所述阻流凸起为同一材质。8.一种极片结构，其特征在于，包括：极片集流体，为如权利要求1至7任一所述的极片集流体；活性材料层，包括涂覆部和溢出部，所述涂覆部设于所述主体区域并延伸至所述边缘区域且覆盖所述阻流凸起，所述涂覆部在所述边缘区域的厚度不小于在所述主体区域的厚度，所述溢出部连接所述涂覆部并部分覆盖所述留白区域。9.如权利要求8所述的极片结构，其特征在于，所述主体区域与其两侧的所述边缘区域的宽度等于所述涂覆部的设计宽度。10.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的极片结构。

技术总结
本实用新型适用于锂离子电池领域，提供了极片集流体、极片结构和锂离子电池。其中，极片集流体包括：集流本体，为片状并沿其宽度方向具有位于居中位置的主体区域、位于两端部的留白区域，以及位于所述主体区域和所述留白区域之间的边缘区域；阻流凸起，有两个并分别设于所述边缘区域。通过本实用新型提供的极片结构能够降低活性材料层在边缘区域的厚度减少量而提高边缘区域的N/P比，使之更接近设计值而降低析锂的风险，提高锂离子电池的安全性，改善因边缘厚度不够而导致的容量不足。善因边缘厚度不够而导致的容量不足。善因边缘厚度不够而导致的容量不足。


技术研发人员：何俊伍
受保护的技术使用者：恒大新能源技术（深圳）有限公司
技术研发日：2021.04.01
技术公布日：2022/5/25