本发明属于电池的,具体涉及一种电池的极片结构、电池及极片的制备方法。
背景技术:
1、现有锂离子电池头尾部由于靠近电池的边缘,当电池动力学窗口不足或因制程影响阴阳极以及隔膜之间界面的贴合时,受电池的边缘效应影响,导致电芯的边缘部位的锂离子嵌入和脱出速率与主体部分不一致,从而导致锂离子容易在极片边缘析出,造成电芯极片的边缘析锂,并会引起电芯的头尾部超厚,接着造成电芯的性能失效以及安全风险,在现有技术中,该异常目前业内没有富有成效的改善措施,可见,如何使电池的极片结构具有充足的安全性已成为电池结构设计的其中一个重要难关。因此,亟需提出一种新型的技术方案以解决上述问题。
技术实现思路
1、本发明的目的之一在于:针对现有技术的不足,提供一种电池的极片结构,其能够有效抑制极片的边缘部位的锂离子的脱出速度,解决了极片的边缘析锂、极片的头尾部超厚等的安全问题,保证了极片的头尾部不会出现析锂,有助于提高电池的充放电安全性。
2、为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
3、一种电池的极片结构,包括金属层,所述金属层的第一端部边缘具有减弱传输层,所述减弱传输层远离金属层的一面具有活性物质层,所述减弱传输层的电阻率至少为所述活性物质层的电阻率的1.1~2倍。
4、作为本发明所述的电池的极片结构的一种改进,所述活性物质层覆盖所述减弱传输层和所述金属层的表面,以确保所述金属层的除开所述减弱传输层的区域即所述金属层的主体部分能够快速地实现离子传输。
5、作为本发明所述的电池的极片结构的一种改进,所述活性物质层的电阻率为1.1×10-2ω·m~1×102ω·m。
6、作为本发明所述的电池的极片结构的一种改进,所述活性物质层具有相连接的第一部分和第二部分,所述第一部分与所述减弱传输层沿极片结构的厚度方向相叠置形成第一叠置区,所述第二部分与所述第一叠置区并列设置于所述金属层,所述第二部分与所述第一叠置区的厚度差为h,所述减弱传输层的厚度为l1,所述h与所述l1满足关系式:0≤h/l1≤3,在上述范围内,能够保证极片的厚度均一性,提高了电池的充放电均匀性。
7、作为本发明所述的电池的极片结构的一种改进,所述减弱传输层的宽度为w1,所述减弱传输层的厚度为l1,满足关系式:0.005≤l1/w1≤0.025、0.025≤l1/w1≤0.05,在这个比例范围内,能够保障锂离子的脱出速度在极片的边缘部位被抑制的效果最好,有效克服极片的边缘析锂的安全问题,提高了电池的充放电安全性。
8、作为本发明所述的电池的极片结构的一种改进,所述减弱传输层的电阻率为ρ1,所述活性物质层的电阻率为ρ2,位于所述减弱传输层的表面的所述活性物质层的厚度为l2,满足关系式:100≤(ρ1/ρ2)×l2≤110,在这个比例范围内,能够保障锂离子的脱出速度在极片的边缘部位被抑制的效果最好,有效克服极片的边缘析锂的安全问题,提高了电池的充放电安全性。
9、作为本发明所述的电池的极片结构的一种改进,所述ρ1和所述ρ2满足关系式:2≤ρ1/ρ2≤20;即0.05≤ρ2/ρ1≤0.5,在这个比例范围内,能够实现对降低电子传输的性能的有效调控。
10、作为本发明所述的电池的极片结构的一种改进,所述活性物质层具有平均粒径为d2的活性颗粒,所述减弱传输层的厚度为l1,满足关系式:0.1≤l1/d2≤0.4,通过限定减弱传输层的厚度能够实现对降低电子传输的性能的有效调控。
11、作为本发明所述的电池的极片结构的一种改进,所述活性物质层嵌入所述减弱传输层的厚度为d,所述d、所述l1与所述d2满足关系式:d<l1,0.05≤d/d2≤0.3,其中,这个数值范围能够防止所述活性物质层嵌入所述减弱传输层的厚度过多,以保障所述活性物质层的活性颗粒不会接触和划伤所述金属层,并且,还需要防止所述活性物质层嵌入所述减弱传输层的厚度过小,以防止所述活性物质层与所述减弱传输层出现粘结力差易脱膜的情况。
12、作为本发明所述的电池的极片结构的一种改进,所述减弱传输层具有平均粒径为d1的颗粒体,所述d1、所述d与所述l1满足关系式:d<d1<l1或d1<d<l1,其中,该颗粒体可以为陶瓷颗粒,陶瓷颗粒能够增大所述减弱传输层的电阻值,并且,陶瓷颗粒作为弱导电颗粒具有降低电子传输的效果,所述减弱传输层可以通过导电剂和平均粒径为d1的陶瓷颗粒混合制成。
13、作为本发明所述的电池的极片结构的一种改进,当所述活性物质层呈液态时,其与呈固态的所述减弱传输层的表面形成度数为θ°的接触角,所述θ、所述d与所述l1满足关系式:1≤θ×d/l1≤15,在上述范围内,能够保证活性物质层与减弱传输层之间有更好的粘结效果及极片外观,提高了电池的充放电安全性。
14、作为本发明所述的电池的极片结构的一种改进,所述d2为10um~30um,所述d1为0.5um~3um,所述d为1um~3um,所述l1为1um~4um,d2<l2,所述h为0~10um,所述θ为1.1~20,在上述这些数值范围内,能够保障锂离子的脱出速度在极片的边缘部位被抑制的效果最好,有效克服极片的边缘析锂的安全问题,同时保证了极片的均一性,提高了电池的充放电安全性。
15、本发明的目的之二在于提供一种电池,包括如上所述的极片结构。
16、本发明的目的之三在于提供一种极片的制备方法,包括如下步骤:
17、s1、配制电阻率为ρ2的活性物质层,使减弱传输层的电阻率至少为所述活性物质层的电阻率的1.1~2倍,配制所需的减弱传输层;
18、s2、在金属层的第一端部边缘涂覆步骤s1中的减弱传输层,在所述减弱传输层远离所述金属层的一面涂覆步骤s1中的活性物质层,制得所需的极片。
19、本发明的有益效果在于:1)本发明的减弱传输层相当于在电芯的头尾边缘的箔材上涂覆一层弱导电涂层,设置在金属层和活性物质层之间的减弱传输层对锂离子的脱出速度产生了抑制,改善和调控了极片不同区域的锂离子的脱出速度,能够明显地降低了极片边缘的电子的传输速率;2)通过抑制了锂离子的脱出速度,锂离子在极片的边缘脱出的速率降低,能够有效解决极片的边缘析锂、电芯边缘易析锂、极片的头尾部超厚等的安全问题,保证了极片的头尾部不会出现析锂;3)由于电池在充放电中不再出现析锂,这样能够大大提高电池的充放电安全性,从而有效地克服了电池的充放电不安全的问题,有效和显著地增强了电池的充放电的性能和延长了电池的使用寿命。
1.一种电池的极片结构,其特征在于,包括:
2.如权利要求1所述的电池的极片结构,其特征在于:所述活性物质层(3)覆盖所述减弱传输层(2)和所述金属层(1)的表面,所述活性物质层(3)的电阻率为1.1×10-2ω·m~1×102ω·m。
3.如权利要求1或2所述的电池的极片结构,其特征在于:所述活性物质层(3)具有相连接的第一部分(3a)和第二部分(3b),所述第一部分(3a)与所述减弱传输层(2)沿极片结构的厚度方向相叠置形成第一叠置区,所述第二部分(3b)与所述第一叠置区并列设置于所述金属层(1),所述第二部分(3b)与所述第一叠置区的厚度差为h,所述减弱传输层(2)的厚度为l1,所述h与所述l1满足关系式:0≤h/l1≤3。
4.如权利要求1或2所述的电池的极片结构,其特征在于:所述减弱传输层(2)的宽度为w1,所述减弱传输层(2)的厚度为l1,满足关系式:0.005≤l1/w1≤0.05。
5.如权利要求1或2所述的电池的极片结构,其特征在于:所述减弱传输层(2)的电阻率为ρ1,所述活性物质层(3)的电阻率为ρ2,位于所述减弱传输层(2)的表面的所述活性物质层(3)的厚度为l2,满足关系式:100≤(ρ1/ρ2)×l2≤110。
6.如权利要求5所述的电池的极片结构,其特征在于:所述ρ1和所述ρ2满足关系式:2≤ρ1/ρ2≤20。
7.如权利要求1或2所述的电池的极片结构,其特征在于:所述活性物质层(3)具有平均粒径为d2的活性颗粒(31),所述减弱传输层(2)的厚度为l1,满足关系式:0.1≤l1/d2≤0.4。
8.如权利要求7所述的电池的极片结构,其特征在于:所述活性物质层(3)嵌入所述减弱传输层(2)的厚度为d,所述d、所述l1与所述d2满足关系式:d<l1,0.05≤d/d2≤0.3。
9.如权利要求8所述的电池的极片结构,其特征在于:所述减弱传输层(2)具有平均粒径为d1的颗粒体(21),所述d1、所述d与所述l1满足关系式:d<d1<l1或d1<d<l1。
10.如权利要求8所述的电池的极片结构,其特征在于:当所述活性物质层(3)呈液态时,其与呈固态的所述减弱传输层(2)的表面形成度数为θ°的接触角,所述θ、所述d与所述l1满足关系式:1≤θ×d/l1≤15。
11.一种电池,其特征在于:包括如权利要求1~10任一项所述的极片结构。
12.一种极片的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
