一种电芯极片及一种电芯极片制备方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电芯极片及一种电芯极片制备方法。

背景技术

随着新能源汽车产业的迅速发展，用户对于车辆动力电池的安全性能的需求也随之日益增长。在锂电池充电的过程中，锂离子从正极脱出到达负极表面，当负极嵌满锂离子时，负极电势会逐渐降低，直至达到析锂电位0V，同时在负极表面析出锂离子，形成锂晶枝，而当锂晶枝达到一定的高度时，会刺破正极极片和负极极片之间的隔离膜，造成正负极直接接触引发电芯内部短路，从而引起动力电池的热失控。

目前的锂电池通常采用石墨制备电芯的负极极片，由于石墨的嵌锂电位在0.1V左右，可以提高动力电池的容量，提升动力电池的实用性，但又因为石墨的嵌锂电位与析锂电位较为接近，在电池使用过程中会导致负极极片处出现的析锂现象更剧烈，析出的锂晶枝更容易刺破正极极片和负极极片之间的隔离膜，进而会增加动力电池热失控的风险，影响动力电池的安全性能和使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种电芯极片及一种电芯极片制备方法，以解决目前的锂电池采用石墨制备电芯负极极片，导致锂晶枝容易在负极极片表面发生析出，刺破正极极片和负极极片之间的隔离膜，从而导致动力电池热失控的风险增加，动力电池的安全性能和使用寿命较差的问题。

第一方面，本发明提供了一种电芯极片，包括：

石墨层；

负极集流体层，所述负极集流体层位于所述石墨层的一侧；

隔离层，所述隔离层位于所述石墨层远离所述负极集流体层的一侧，其中，所述隔离层的对锂电位高于所述石墨层的对锂电位。

可选的，所述隔离层包括至少一个三元正极材料层。

可选的，在所述隔离层包括至少两个所述三元正极材料层的情况下，一个所述三元正极材料层对应的对锂电位与所述石墨层的距离呈正相关关系。

可选的，所述的电芯极片，还包括：

隔离膜层，所述隔离膜层位于所述隔离层远离所述石墨层的一侧，其中，所述隔离膜层为绝缘层。

可选的，所述的电芯极片，还包括：

正极极片，所述正极极片包括正极集流体层和正极材料层，其中，所述正极集流体层为所述正极极片中远离所述隔离层的材料层。

可选的，所述的电芯极片，还包括：

所述隔离层的对锂电位低于所述正极极片的电势。

可选的，所述隔离膜层为聚偏二氟乙烯层。

第二方面，本发明还提供了一种电芯极片制备方法，用于制备如第一方面中任一种所述的电芯极片，包括：

在所述负极集流体层的上层均匀涂布石墨并烘干以获取所述石墨层；

在所述石墨层的上层均匀涂布至少一层三元正极材料并烘干以获取初始负极极片；

对所述初始负极极片进行冷压获取目标负极极片。

可选的，所述的电芯极片制备方法，还包括：

在所述正极集流体层的上层均匀涂布正极材料并烘干以获取初始正极极片；

对所述初始正极极片进行热压获取目标正极极片；

在所述目标正极极片的正极材料层的上层均匀涂布隔离膜材料；

连接所述目标负极极片的隔离层与所述目标正极极片的隔离膜层以制备电芯极片。

可选的，在所述石墨层的上层均匀涂布三元正极材料并烘干以获取初始负极极片的步骤之前，还包括：

获取所述电芯极片的目标容量；

根据所述目标容量，确定所述三元正极材料的种类。

由以上技术方案可知，本发明提供了一种电芯极片及一种电芯极片制备方法，该电芯极片包括：石墨层；负极集流体层，所述负极集流体层位于所述石墨层的一侧；隔离层，所述隔离层位于所述石墨层远离所述负极集流体层的一侧，其中，所述隔离层的对锂电位高于所述石墨层的对锂电位。由于目前的锂电池通常采用石墨制备电芯的负极极片，石墨的嵌锂电位与析锂电位较为接近，在电池使用过程中会导致负极极片处出现的析锂现象更剧烈，析出的锂晶枝更容易刺破正极极片和负极极片之间的隔离膜，进而会增加动力电池热失控的风险，影响动力电池的安全性能和使用寿命。而本申请实施例通过在石墨层远离负极集流体层的一侧设置对锂电位高于石墨的隔离层，可以提高负极极片的电势，从而可以抑制负极极片表面的析锂，降低正极极片与负极极片之间的隔离膜的刺破概率，且由于隔离层材料没有直接接触负极集流体层，带有电荷，进而可以防止正负极直接接触引发的电芯内部短路，可以延长动力电池的使用寿命，提高动力电池的安全性和实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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。

图1为本申请实施例提供的一种电芯极片的示意性结构图；

图2为本申请实施例提供的一种电芯极片的示意性结构图；

图3为本申请实施例提供的一种电芯极片制备方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，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。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。在本申请实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现，以下所描述的装置实施例仅仅是示例性的。

如图1所示，图1为本申请实施例提供的一种电芯极片的示意性结构图，本申请实施例提供了一种电芯极片，包括：

石墨层111；

负极集流体层112，上述负极集流体层位于上述石墨层的一侧；

隔离层113，上述隔离层位于上述石墨层远离上述负极集流体层的一侧，其中，上述隔离层的对锂电位高于上述石墨层的对锂电位。

通过在石墨层远离负极集流体层的一侧设置对锂电位高于石墨的隔离层，可以提高负极极片的电势，从而可以抑制负极极片表面的析锂，降低正极极片与负极极片之间的隔离膜的刺破概率，且由于隔离层材料没有直接接触负极集流体层，带有电荷，进而可以防止正负极直接接触所引发的电芯内部短路情况，可以延长动力电池的使用寿命，提高动力电池的安全性和实用性。

在一种可行的实施方式中，上述隔离层包括至少一个三元正极材料层。

示例性的，上述三元正极材料层可以为磷酸铁锂层或钛酸锂层等。在隔离层包括一个三元正极材料层的情况下，可以根据负极极片的目标电势，和/或，三元正极材料的种类，和/或，石墨层的厚度确定三元正极材料层的厚度，在隔离层包括至少两个三元正极材料层的情况下，可以根据目标负极极片的电势、石墨层的厚度和至少两个上述三元正极材料的电势，确定至少两个上述三元正极材料的材料层厚度的至少一个厚度组合。在至少两个上述三元正极材料存在至少两个厚度组合的情况下，可以根据至少两个上述三元正极材料的材料成本，和/或，负极极片的目标厚度，和/或，材料硬度，确定一个目标厚度组合，并根据厚度组合中各三元正极材料层的厚度制备上述隔离层。

需要说明的是，三元正极材料为金属复合材料，具有较好的硬度，同时具有较高的电势，通过在石墨层远离负极集流体层的一侧设置包括至少一个三元正极材料层的隔离层可以提高负极极片的硬度和电势。在负极极片受到撞击的情况下，可以进一步降低负极极片被刺破的概率，且由于隔离层材料没有直接接触负极集流体层，带有电荷，可以阻隔带电正负极的直接接触，防止电芯内部短路，提高动力电池的安全性和实用性。

在一种可行的实施方式中，在上述隔离层包括至少两个上述三元正极材料层的情况下，一个上述三元正极材料层对应的对锂电位与上述石墨层的距离呈正相关关系。

例如，磷酸铁锂的对锂电位为3.4V，钛酸锂的对锂电位为1.5V，当隔离层包括磷酸铁锂层和钛酸锂层的情况下，钛酸锂层位于磷酸铁锂层和石墨层之间。

根据三元材料层的对锂电位的大小顺序确定其与石墨层之间的距离，可以使各三元材料层之间的导电性能依次递减，形成一定的梯度浓度，在放电过程中形成热量梯度，从而可以提高电芯极片的导电性能和动力电池的实用性。

在一种可行的实施方式中，上述的电芯极片，还包括：

隔离膜层，上述隔离膜层位于上述隔离层远离上述石墨层的一侧，其中，上述隔离膜层为绝缘层。

通过设置上述隔离膜层可以阻隔正极和负极，使电解液中的离子在正负极之间交换，防止电子穿过，防止正负极接触造成电芯内部短路，从而可以保证动力电池的安全性。

在一种可行的实施方式中，上述的电芯极片，还包括：

正极极片，上述正极极片包括正极集流体层和正极材料层，其中，上述正极集流体层为上述正极极片中远离上述隔离层的材料层。

示例性的，上述正极材料层可以为三元正极材料层。

通过设置上述正极极片、负极极片和隔离膜层，可以提高电芯极片的集成程度，优化极片结构，从而可以方便卷绕制成电芯，降低电芯的不良率和动力电池的生产成本，进而可以提高电芯极片的实用性和经济性。

在一种可行的实施方式中，上述的电芯极片，还包括：

上述隔离层的对锂电位低于上述正极极片的电势。

隔离层作为负极极片的一部分，因此，需要设置隔离层的对锂电位低于正极极片的电势，才能使锂离子嵌入负极，从而可以保证电极芯片的实用性。

在一种可行的实施方式中，上述隔离膜层为聚偏二氟乙烯层。

示例性的，可以将聚乙烯作为隔离膜层的基膜，在基膜两侧涂覆聚偏二氟乙烯，在一侧的聚偏二氟乙烯表面涂覆氧化铝陶瓷层，以制备聚偏二氟乙烯隔离膜层。

聚偏二氟乙烯材料具有弹性强、重量轻、导热性差、耐腐蚀性好等优点，因此，可以在一定程度上防止锂晶枝刺破，进而可以提高动力电池的安全性和实用性。

如图2所示，图2为本申请实施例提供的一种电芯极片的示意性结构图，其中，图中的电芯极片包括：负极极片110、隔离膜层120、正极极片130，其中，负极极片110包括：石墨层111、负极集流体层112、隔离层113，正极极片130包括：正极集流体层131和正极材料层132。通过在石墨层111远离负极集流体层112的一侧设置隔离层113，可以使负极极片110的电势高于析锂电位，从而可以抑制负极极片110表面的析锂，降低正极极片与负极极片之间的隔离膜层120的刺破概率，避免正极极片130与负极极片110之间发生短路。

如图3所示，图3为本申请实施例提供的一种电芯极片制备方法的示意性流程图，本申请实施例还提供了一种电芯极片制备方法，该方法的执行主体可以为控制器等，用于制备如第一方面中任一种的电芯极片，该方法包括：

步骤S110、在上述负极集流体层的上层均匀涂布石墨并烘干以获取上述石墨层。

步骤S120、在上述石墨层的上层均匀涂布至少一层三元正极材料并烘干以获取初始负极极片。

步骤S130、对上述初始负极极片进行冷压获取目标负极极片。

示例性的，在涂布前，可以通过混料工序将活性物质粉料、粘结剂、导电剂、溶剂和至少一种三元正极材料或石墨按一定的配比输送至搅拌设备，以制成隔离层或石墨层的涂布浆料。可以将混合好的石墨层的涂布浆料涂覆在负极集流体层的上层，其中，石墨层的涂布浆料通过烘箱将涂布好的极片烘干以获取石墨层。可以将混合好的至少一种隔离层的涂布浆料涂覆在石墨层的上层，通过烘箱进行烘干以制备初始负极极片。可以将上述初始负极极片进行辊压，根据目标厚度设置压辊的辊压力，并在辊压过程中检测极片各处的当前，根据各处的厚度差调整压辊的辊压力，以使目标负极极片各处的厚度均匀。可以通过分切设备，根据目标尺寸对上述目标负极极片进行分割。

通过在石墨层远离负极集流体层的一侧设置对锂电位高于石墨的隔离层，可以提高负极极片的电势，从而可以抑制负极极片表面的析锂，降低正极极片与负极极片之间的隔离膜的刺破概率，且由于隔离层材料没有直接接触负极集流体层，带有电荷，进而可以防止正负极直接接触所引发的电芯内部短路情况。通过上述方法制备电芯极片可以降低电芯极片的制备难度，提高电芯极片的制备质量和制备效率，降低电芯极片的制备成本，进而可以降低动力电池的生产成本。

在一种可行的实施方式中，上述的电芯极片制备方法，还包括：

步骤S210、在上述正极集流体层的上层均匀涂布正极材料并烘干以获取初始正极极片。

步骤S220、对上述初始正极极片进行热压获取目标正极极片。

步骤S230、在上述目标正极极片的正极材料层的上层均匀涂布隔离膜材料。

步骤S240、连接上述目标负极极片的隔离层与上述目标正极极片的隔离膜层以制备电芯极片。

通过设置上述正极极片、负极极片和隔离膜层，可以提高电芯极片的集成程度，优化极片结构，从而可以方便卷绕制成电芯，降低电芯的不良率和动力电池的生产成本，进而可以提高电芯极片的实用性和经济性。通过上述方法制备电芯极片可以提高电芯极片的集成程度，提高制备工艺的完整程度，降低电芯极片的制备难度，提高电芯极片的制备质量和制备效率，降低电芯极片的制备成本，进而可以降低动力电池的生产成本。

在一种可行的实施方式中，在上述石墨层的上层均匀涂布三元正极材料并烘干以获取初始负极极片的步骤之前，还包括：

步骤S310、获取上述电芯极片的目标容量。

步骤S320、根据上述目标容量，确定上述三元正极材料的种类。

示例性的，可以通过正极极片的结构和材料确定正极极片的电势。可以根据正极极片的电势和电芯极片的目标容量确定负极极片的目标电势。可以根据电芯极片的目标可以根据上述负极极片的目标电势、电芯极片的目标厚度、电芯极片的目标制备成本和三元正极材料的种类的数量中的至少一者确定三元正极材料的种类。

在涂布三元正极材料制备初始负极极片的步骤之前，根据电芯极片的目标容量，确定三元正极材料的种类，可以提高电芯极片的制备质量，降低电芯极片的制备难度，提高制备效率，从而可以提高动力电池的制备质量。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

综上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。