一种极片、电芯及叠片式电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种极片、电芯及叠片式电池。

背景技术

叠片式锂离子电池由于其内结构优势，经常使用于高倍率快充电池方向。但因为叠片式电池的充电倍率高，叠片式电池的电子相斥效应及尖端放电效应也更明显，较常规的卷绕式电芯而言，叠片式电池的极片边缘区域与中间区域的电流密度差更大，导致在低温情况或电池寿命中后期，电池的边缘更容易析锂，析锂会造成电池寿命的进一步衰减；同时析锂产生的锂枝晶也容易刺穿隔膜造成电池短路，引发安全事故。

发明内容

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，本发明提出一种极片，能有效地降低叠片式电池的析锂风险。

本发明还提出一种具有上述极片的电芯及叠片式电池。

根据本发明第一方面实施例的极片，包括：

极片本体，包括箔片和极耳；

涂覆层，涂覆于所述箔片的表面；所述涂覆层包括中心区域和造孔区域，所述造孔区域设置于所述中心区域的外侧，所述造孔区域设置有储液腔。

根据本发明实施例的极片，至少具有如下有益效果：

通过在极片的涂覆层外周设置一圈造孔区域，造孔区域设置有储液腔，储液腔能减少部分锂离子的传输距离，从而提升造孔区域的动力学性能；同时造孔区域能在电池的寿命中后期为电池的边缘提供电解液，从而降低电池的边缘析锂风险。

根据本发明的一些实施例，所述造孔区域围设于所述中心区域外周。

根据本发明的一些实施例，所述造孔区域包括两个第一区域带，两个所述第一区域带设置于所述箔片宽度方向上相对的两侧，所述第一区域带的宽度之和不超过所述箔片宽度的1/5；

和/或，所述造孔区域包括两个第二区域带，两个所述第二区域带设置于所述箔片长度方向上相对的两侧，所述第二区域带的宽度之和不超过所述箔片长度的1/5。

根据本发明的一些实施例，所述第一区域带的宽度与所述第二区域带的宽度相等。

根据本发明的一些实施例，所述储液腔的深度不超过所述涂覆层厚度的2/3。

根据本发明的一些实施例，所述储液腔的容积沿所述造孔区域边缘至中心位置的方向依次减小，和/或，相邻所述储液腔之间的间距沿所述造孔区域边缘至中心位置的方向依次增大。

根据本发明的一些实施例，沿所述造孔区域边缘至中心位置的方向，所述造孔区域依次设有第一层区和第二层区，所述第一层区的所述储液腔的容积大于所述第二层区的所述储液腔的容积。

根据本发明的一些实施例，沿所述造孔区域边缘至中心位置的方向，所述造孔区域依次设有第一层区和第二层区，所述第一层区内相邻所述储液腔之间的间距小于所述第二层区内相邻所述储液腔之间的间距。

根据本发明第二方面实施例的电芯，包括隔膜和上述的极片，极片和隔膜交替层叠设置。

根据本发明实施例的电芯，由于包括上述的极片，也即至少具有极片的全部有益效果；本发明实施例的极片通过在极片的涂覆层外周设置一圈造孔区域，造孔区域设置有储液腔，储液腔能存储更多的电解液并增大锂离子的嵌锂面积，从而提升造孔区域的动力学性能，进而降低叠片式电池边缘的析锂风险；在造孔区域加工储液腔能使造孔区域部分增厚，从而提高电芯的平整度和提升极片的动力学性能，改善电芯的快充能力。

根据本发明第三方面实施例的叠片式电池，包括上述的电芯。

根据本发明实施例的叠片式电池，由于包括上述的电芯，也即至少具有电芯的全部有益效果；本发明实施例的叠片式电池通过在极片的涂覆层外周设置一圈造孔区域，造孔区域设置有储液腔，储液腔能存储电解液以减少部分锂离子的传输距离，同时造孔区域能在电池的寿命中后期为叠片式电池的边缘提供电解液，从而降低叠片式电池的边缘析锂风险；在造孔区域加工储液腔能使造孔区域部分增厚，从而提高电芯的平整度和提升极片的动力学性能，改善电池的快充能力。

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

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明一种实施例的极片的结构示意图；

图2为本发明一种实施例的极片的第一区域带和第二区域带的结构示意图；

图3为本发明一种实施例的极片的第一层区和第二层区的结构示意图；

图4为本发明一种实施例的极片的造孔区域的剖视图。

附图标号：

极片本体100、箔片110、极耳120；

涂覆层200、中心区域210、造孔区域220、第一层区221、第二层区222、第一区域带223、第二区域带224、储液腔230。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

叠片式锂离子电池具备较高的充电倍率，因此其在电子相斥效应及尖端放电效应的作用下，叠片式锂离子电池的极片边缘区域与中间区域的电流密度差更大，进而导致在低温环境下叠片式锂离子电池的边缘容易产生析锂现象，同时在电池寿命的中后期，由于极片的动力学性能降低，极片边缘的电解液减少，叠片式锂离子电池的边缘也容易产生析锂现象，而析锂所产生的锂枝晶容易刺穿隔膜导致电池短路引发安全事故。为了解决上述的技术问题，本发明提出了一种极片、电芯及叠片式电池，能有效地改善叠片式电池的边缘析锂问题。以下结合附图1至附图4对本发明实施例的极片、电芯及叠片式电池做详细的说明。

实施例一

本发明第一方面实施例的极片，包括极片本体100和涂覆于极片本体100表面的涂覆层200，极片本体100包括箔片110和极耳120，极耳120可以是通过模切箔片110的方式得到，也可以是通过焊接的方式连接于箔片110上；涂覆层200只涂覆于箔片110上，且涂覆层200包括中心区域210和造孔区域220，造孔区域220设置于中心区域210的外侧，造孔区域220设置有储液腔230。需要了解的是，储液腔230仅设置于涂覆层200上而不会穿过涂覆层200，也即储液腔230的底部与箔片110之间还具有涂覆层200。

在包含本实施例的极片的叠片式电池内，极片的储液腔230会填满电解液，因此电解液中的部分锂离子能通过储液腔230的内侧壁传输到箔片110，从而降低了部分锂离子的传输距离，改善了极片的动力学性能，进而降低了叠片式电池边缘的析锂风险；叠片式电池在长期使用后会消耗电解液，同时电池边缘的电解液是最先消耗完的，但储液腔230内存储的电解液由于具有一定的深度，因此会消耗地比较慢一些，也即储液腔230能在电池寿命的中后期为电池的边缘提供电解液，从而有效地降低了电池边缘因电解液不足而导致的析锂风险。

参照图1至图3，本发明实施例的造孔区域220围设于中心区域210的外周。由上文可知，只要涂覆层200的边缘设置有储液腔230，均能起到一定的降低电池析锂风险的效果，因此造孔区域220并一定是围设于中心区域210的外周，也可以是只在箔片110宽度方向上的一侧或两侧边缘设置造孔区域220，或只在箔片110长度方向上的一侧或两侧边缘设置造孔区域220，或只在箔片110宽度方向上的一侧边缘和箔片110长度方向上的一侧边缘设置造孔区域220，但在箔片110长度方向上和宽度方向上的边缘均设置造孔区域220能起到更好的降低析锂风险的效果，因此优选将造孔区域220设置成围设于中心区域210的外周。

需要了解的是，中心区域210和造孔区域220是为了便于理解人为做出的划分，中心区域210和造孔区域220的厚度、所使用的活性物质基本都是一致的。常规的叠片式锂离子电池其涂覆层200是不设置有储液腔230的，也即常规的叠片式锂离子电池并不需要将涂覆层200划分为中心区域210和造孔区域220。

在本发明的一些实施例中，造孔区域220设置有多个储液腔230，多个储液腔230间隔设置。储液腔230的形状可以是圆台形、棱台形、圆柱形、棱柱形、圆锥形、棱锥形等形状中的一种或几种；储液腔230也可以是长条形的槽，长条形的储液腔230的截面形状可以为矩形、梯形或三角形等形状中的任意一种或几种；甚至，储液腔230可以是部分为长条形的槽，部分不设置为长条形的槽；但优选造孔区域220的所有储液腔230采用同样的形状，能降低生产成本。

进一步的，若储液腔230不为长条形的槽，则优选储液腔230的形状为圆台形；若储液腔230为长条形的槽，则优选储液腔230的截面形状为梯形，且优选多个储液腔230平行间隔设置。目前一般是采用激光造孔的方式进行储液腔230的加工，激光造孔的加工方式决定了储液腔230的开口端的尺寸会大于储液腔230的腔底位置的尺寸，因此优选储液腔230为圆台形或优选长条形的储液腔230的截面形状为梯形能有效地降低加工成本；优选多个长条形的储液腔230平行间隔设置也能有效地降低加工难度，从而降低生产成本。

需要了解的是，图1、图3中所示的储液腔230为长条形的槽，但图1、图3中的储液腔230只是作为示意图，储液腔230并不能像图1、图3中所示的那样延伸至涂覆层200的边缘，也即储液腔230与涂覆层200的边缘之间必须具有一定的间隔。

进一步的，若储液腔230为长条形的槽，储液腔230的长度延伸方向并不限于如图1、图3所示的那样，储液腔230的长度延伸方向也可以是与箔片110的长度方向平行或垂直等方向，具体可以根据实际的情况设置合适的储液腔230的长度延伸方向。

在本发明的一些实施例中，造孔区域220包括两个第一区域带223和两个第二区域带224，两个第一区域带223设置于箔片110宽度方向上相对的两侧，两个第二区域带224设置于箔片110长度方向上相对的两侧；第一区域带223的宽度之和不超过箔片110宽度的1/5，第二区域带224的宽度之和不超过箔片110长度的1/5。具体的，参照图2所示，第一区域带223和第二区域带224相互垂直，且优选第一区域带223和第二区域带224的宽度相等；第一区域带223的宽度与第二区域带224的宽度相等能实现更快的加工，从而降低加工成本。越靠近箔片110的边缘，储液腔230所起到的改善电池边缘析锂的效果越好，越靠近箔片110的中心，储液腔230所起到的改善电池边缘析锂的效果会逐渐变差，也即沿造孔区域220边缘至中心位置的方向，储液腔230所起到的效果是逐渐递减的，因此第一区域带223的宽度之和若超过箔片110宽度的1/5，不仅对于改善电池边缘析锂的效果有限，而且会增加加工成本；第二区域带224同理，第二区域带224的宽度之和若超过箔片110长度的1/5，对于改善电池边缘析锂的效果也是有限的。

需要了解的是，造孔区域220在任意位置的宽度优选为均不小于0.5mm，也即第一区域带223的宽度和第二区域带224的宽度均不小于0.5mm；造孔区域220任意位置的宽度小于0.5mm，也会极大地提升加工难度，从而提升加工成本。

需要注意的是，第一区域带223和第二区域带224是为了便于解释本实施例的方案而人为做出的划分，在实际生产中是否需要将造孔区域220划分为第一区域带223和第二区域带224可根据实际情况进行考虑。

可以想到的是，可以是在第一区域带223设置圆台形的储液腔230，在第二区域带224设置长条形的储液腔230；或者在第一区域带223设置长条形的储液腔230，在第二区域带224设置圆台形的储液腔230。

在本发明的一些实施例中，储液腔230的深度不超过涂覆层200厚度的2/3。具体的，参照图4所示，由上文可知，叠片式电池中，电解液中的部分锂离子能通过储液腔230的内侧壁传输到箔片110，从而降低部分锂离子的传输距离，改善极片的动力学性能，进而降低叠片式电池边缘的析锂风险；但若储液腔230的深度超过了涂覆层200厚度的2/3，使得储液腔230区域的涂覆层200厚度过薄，石墨量减少，可能反而会导致储液腔230位置产生析锂的现象，进而影响极片后续的加工性能。

在本发明的一些实施例中，储液腔230的容积沿造孔区域220边缘至中心位置的方向依次减小，和/或，相邻储液腔230之间的间距沿造孔区域220边缘至中心位置的方向依次增大。

具体的，储液腔230的容积沿造孔区域220边缘至中心位置的方向依次减小包括以下方案：

1、针对不同的储液腔230，靠近造孔区域220边缘的储液腔230的容积要大于靠近中心区域220的储液腔230的容积；

2、针对单个长条形的储液腔230，例如参照图1所示的情况，则单个储液腔230的横截面积是沿其长度方向变化的，具体表现为沿造孔区域220边缘至中心位置的方向，靠近造孔区域220边缘处的横截面积大于靠近造孔区域220中心处的横截面积；

3、包括方案1和方案2。

相邻储液腔230之间的间距沿造孔区域220边缘至中心位置的方向依次增大包括以下方案：

4、在第一区域带223、第二区域带224的宽度方向上的相邻储液腔230之间的间距，会沿造孔区域220边缘至中心位置的方向依次增大；

5、在第一区域带223、第二区域带224的长度方向上的相邻储液腔230的间距，会沿造孔区域220边缘至中心位置的方向依次增大；

6、包括方案4和方案5。

在实际生产中，具体采用以上哪种技术方案可以出于生产成本等因素进行选用。例如，可以选用方案1+方案4、方案1+方案5、方案1+方案6、方案2+方案4、方案2+方案5、方案2+方案6、方案3+方案4、方案3+方案5、方案3+方案6中的任意一种。

在本发明的一些实施例中，改变储液腔230的容积可以通过改变储液腔230的尺寸或深度，或同时改变尺寸和深度。

由上文可知，沿造孔区域220边缘至中心位置的方向，储液腔230所起到的改善电池边缘析锂的效果是逐渐递减的，因此沿造孔区域220边缘至中心位置的方向依次减小储液腔230的容积，和/或相邻储液腔230之间的间距，能有效地降低生产成本，也能使储液腔230产生最好的技术效果。

在本发明的一些实施例中，沿造孔区域220边缘至中心位置的方向依次减小储液腔230的容积，和/或，相邻储液腔230之间的间距，还包括以下几种情况：

一：沿造孔区域220边缘至中心位置的方向，储液腔230的容积逐渐减小，和/或，相邻储液腔230之间的间距逐渐增大；逐渐增大意思是对于不同的储液腔230，沿造孔区域220边缘至中心位置的方向，储液腔230的容积可能都不相同；对于单个长条形的储液腔230，沿造孔区域220边缘至中心位置的方向，单个长条形的储液腔230的横截面积可能是线性变化的；

同时，在第一区域带223、第二区域带224的宽度方向上的相邻储液腔230之间的间距，和/或，在第一区域带223、第二区域带224的宽度方向上的相邻储液腔230之间的间距，会沿造孔区域220边缘至中心位置的方向线性增大；

二、沿造孔区域220边缘至中心位置的方向，储液腔230的容积阶梯性减小，和/或，相邻储液腔230之间的间距阶梯性增大；具体可以参照图3所示，造孔区域220包括第一层区221和第二层区222，第一层区221的相邻储液腔230之间的间距小于第二层区222的相邻储液腔230之间的间距；和/或，第一层区221的储液腔230的容积大于第二层区222的储液腔230的容积。

一般来说，第二种情况的加工成本相比第一种情况的加工成本更低。

可以想到的是，沿造孔区域220边缘至中心的位置不仅限于分为第一层区221和第二层区222两个层区，也可以是分为三个、四个层区等，但由于造孔区域220的宽度本身有限，且分为过多的层区不仅会极大地增加加工成本，也可能也不一定能进一步地改善电池边缘析锂现象。

进一步的，若第一层区221或第二层区222均具有足够的宽度，也可以在第一层区221，和/或第二层区222采用上述的第一种情况，也即在第一层区221，和/或第二层区222采用沿造孔区域220边缘至中心位置的方向，储液腔230的容积逐渐减小，和/或，相邻储液腔230之间的间距逐渐增大的方案。

实施例二

本发明第二方面实施例的电芯，包括隔膜和上述的极片，极片和隔膜交替层叠设置。需要注意的是，电芯包括阳极极片和阴极极片，阳极极片和阴极极片采用的极片本体和涂覆层均存在差异，但阳极极片和阴极极片上的涂覆层200均包括中心区域210和造孔区域220，且阳极极片和阴极极片上的造孔区域220均设置有储液腔230。阳极极片一般为铜箔，涂覆层200中的活性物质一般包括石墨、CMC、导电剂SP等物质，阴极极片一般为铝箔，涂覆层200的活性物质一般包括钴酸锂、三元镍钴锰、磷酸铁锂中的一种或多种混合、导电剂SP、导电剂CNTS、PVDF等物质。

需要了解的是，由上文可知，极片造孔区域220的储液腔230一般是通过激光造孔的方式进行储液腔230的加工，由于激光造孔会对极片输送热量，同时造孔时会对储液腔230外周侧的极片造成挤压，因此会使得造孔区域220增厚0.5％至1.5％，从而使得相邻极片的造孔区域220之间的间隙更小，从而提高电芯的平整度；相邻极片的造孔区域220之间的间隙更小也会使得锂离子传输路径变短，从而能提升极片的动力学性能，进而改善电芯的快充能力，降低后续电池析锂风险。同时由于电芯包括实施例一的极片，因此电芯也至少具有实施例一的极片的全部有益效果，在此不做赘述。

实施例三

本发明第三方面实施例的叠片式电池，包括上述的电芯和隔膜、电解液、包装材料等结构。由于本发明实施例的叠片式电池包括上述的电芯，因此至少具有电芯的全部有益效果，在此不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必须针对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。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。