一种电池单体、电池组件、电池及用电设备以及一种负极极片的加工方法与流程

本发明涉及锂离子电池制备，特别涉及一种电池单体、电池组件、电池及用电设备以及一种负极极片的加工方法。

背景技术：

1、相关技术中的锂离子电池单体的负极极片的区域边缘会因为多次循环充放电而导致析锂。为了解决上述问题，相关技术一般采用在该区域边缘涂布更多的活性物质，但这会导致集流体和活性物质被浪费，电池单体性价比不高。上述的陈述仅用于提供与本技术有关的背景技术信息，而不必然地构成相关技术中。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种电池单体，以在减少电池循环后析锂问题的同时提高电池的性价比。

2、为解决上述问题，本发明提供一种电池单体包括负极极片和正极极片，所述负极极片的至少一侧边缘被所述正极极片覆盖，所述负极极片包括第一集流体和设于所述第一集流体表面的至少两膜区，一所述膜区的涂布重量值小于或等于另一所述膜区的涂布重量值。

3、在本发明上述技术方案中，负极极片的一侧边缘被正极极片覆盖，也就是说，当负极极片的一侧边缘被正极极片覆盖，负极极片的其余各边缘可以覆盖正极极片，或被正极极片覆盖。覆盖，是指正极极片超出负极极片的边缘，或正极极片与负极极片的边缘平齐。overhang设计，是指负极极片超出正极极片边缘的设计。overlap区域，是指负极极片与正极极片重叠的区域。采用overhang设计时，当电池循环充放电时，部分本应留在负极极片overlap区域的锂离子因电位差向overhang区域流动，从而留存在overhang区域，在放电过程中，这些overhang区域的锂离子由于电位差，部分流入并留存到与overhang区域交界的overlap区域的边缘部分，继续充电时之前留存在overlap区域的边缘部分的锂离子占用了负极极片的边缘部分的容量，多次循环后由于负极极片的边缘部分的容量被大量占用，从而导致了负极极片析锂。本发明的上述技术方案中由于全部或部分去除了负极极片的至少一侧边缘的overhang设计，在循环充放电时负极极片的边缘部分的容量也不会因为被留存在overlap区域边缘部分的锂离子占用而导致容量损失，因此可以在减少电池循环后析锂的问题的同时减少了集流体和活性物质用量，提高了电池单体效率。另，设于负极极片的第一集流体表面的膜区至少为两个，一膜区的涂布重量值小于或等于另一膜区的涂布重量值。采用上述设计的负极极片的至少一侧边缘通过削薄或薄涂活性物质等相关技术中的方法，以使位于负极极片的边缘的膜区的涂布重量值小于或等于负极极片中间的膜区的涂布重量值，从而减少负极极片加工时出现边缘鼓边的可能，从而减少了因电池变形而导致的析锂发生。

4、在本发明的一些实施例中，所述负极极片的宽度方向为第一方向，在所述第一方向上，所述负极极片的至少一侧边缘被所述正极极片覆盖。

5、本发明的上述技术方案中由于全部或部分去除了第一方向上的overhang设计，在循环充放电时负极极片的边缘部分的容量也不会因为被留存在overlap区域边缘部分的锂离子占用而导致容量损失，因此在减少电池循环后析锂的问题的同时减少了集流体和活性物质用量，提高了电池单体效率。采用overhang设计导致电池加速老化的原理已在上文阐述，此处不再一一赘述。

6、在本发明的一些实施例中，所述负极极片在所述第一方向上的宽度值小于等于所述正极极片在第一方向上的宽度值。

7、本发明的上述技术方案中由于全部或部分去除了第一方向上的overhang设计，在循环充放电时负极极片的边缘部分的容量也不会因为被留存在overlap区域边缘部分的锂离子占用而导致容量损失，因此减缓了电池的老化的问题。同时由于进一步减少了负极极片的宽度值，从而进一步减少了集流体和活性物质用量，提高了电池单体效率。采用overhang设计导致电池加速老化的原理已在上文阐述，此处不再一一赘述。

8、在本发明的一些实施例中，所述负极极片的宽度值的w1与所述正极极片的宽度值w2满足关系：1≤w2/w1≤1.08。

9、在本发明上述技术方案中，当w2/w1的宽度值落入1～1.08的范围时，负极极片析锂的风险更可控，电池单体的性价比和效率高。

10、在本发明的一些实施例中，所述负极极片的至少一侧边缘被所述正极极片超出或与所述正极极片平齐。

11、在本发明的上述技术方案中，负极极片至少一侧边缘被正极极片超出或与正极极片平齐，即正极极片头部超出负极极片或与负极极片平齐，本发明的上述技术方案中由于全部或部分去除了负极极片的至少一侧边缘的overhang设计，在循环充放电时负极极片的边缘部分的容量也不会因为被留存在overlap区域边缘部分的锂离子占用而导致容量损失，因此可以在减少电池循环后析锂的问题的同时减少了集流体和活性物质用量，提高了电池单体效率。

12、在本发明的一些实施例中，至少两所述膜区中包括第一膜区和第二膜区，所述第二膜区的涂布重量值小于或等于所述第一膜区的涂布重量值，且所述第二膜区至少覆盖所述负极极片在所述第一方向上的一侧边缘。

13、在本发明的上述技术方案中，采用上述设计的负极极片的在第一方向上的至少一侧边缘通过削薄或薄涂活性物质等相关技术中的方法，以使位于第二膜区的涂布重量值小于或等于第一膜区的涂布重量值，从而减少负极极片加工时出现边缘鼓边的可能。

14、在本发明的一些实施例中，所述负极极片包括两所述第二膜区，两所述第二膜区分别覆盖在所述第一方向上的两侧边缘，所述第一膜区位于两所述第二膜区之间。

15、在本发明上述技术方案中，采用上述设计的负极极片的每一第二膜区的涂布重量值小于或等于第一膜区的涂布重量值，从而减少负极极片加工时出现边缘鼓边的可能。

16、在本发明的一些实施例中，所述第一膜区的涂布重量值g1与所述第二膜区的涂布重量值g2满足关系1≤g1/g2≤1.67，且g2为0.04～0.4mg/mm2。

17、在本发明的上述技术方案中，当g1/g2落入1～1.67这一范围，且g2为0.04～0.4mg/mm2时，由于第二膜区的涂布重量值适宜且位于负极极片边缘，加工过程中进一步减少了因为g2涂布重量值过大导致第二膜区的膜层的体积变化过大而增加加工过程中的问题，例如负极极片因边缘过厚导致的边缘鼓边问题，以及因冷压过压导致的形成第二膜区的活性物质破碎、或第二膜区所在的膜层破碎、膜层孔隙缩小乃至闭孔等加工过程中的问题，也进一步减少了g2过薄导致正负极层间间隙大的问题。

18、在本发明的一些实施例中，所述第一膜区包括第一负极活性物质，所述第二膜区包括第二负极活性物质，所述第一负极活性物质的d50为2μm～26μm，goi为1.5～6.5，所述第二负极活性物质的d50为2μm～26μm，goi为1.5～6.5，所述第一负极活性物质的goi小于所述第二负极活性物质的goi，所述第一负极活性物质的d50大于所述第二负极活性物质的d50。

19、在本发明的上述技术方案中，goi值是指粉体状的物质在xrd衍射中004特征衍射峰的峰强度与110特征衍射峰的峰强度之比，可以作为膜区中活性物质颗粒的堆积取向程度的表征指标。d50，即中值粒径，是指一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径，可以作为膜区中活性物质颗粒粒径值的中位数的表征指标，d50越小，锂离子的动力学越好。第一膜区由化成反弹小、低嵌锂态下收缩更明显，低oi值高d50值的活性物质涂布；第二膜区由动力学更好、嵌锂点位更多、化成后反弹更大的高oi值低d50值的活性物质涂布。当第一负极活性物质和第二负极活性物质的d50为2μm～26μm时，其二者动力学佳且容易分散，当第一负极活性物质和第二负极活性物质的goi为1.5～6.5时，负极活性物质可供活性离子脱嵌的端面可以满足电池充电速度的需求，且更不易因各向同性排布导致循环过程中的打皱和掉粉，使电池循环寿命更佳。且第一负极活性物质的goi小于第二负极活性物质的goi，第一负极活性物质的d50大于第二负极活性物质的d50时，由于第二负极活性物质的d50值小，动力学好，更有利于改善可能因为因锂离子在负极极片的边缘区域的动力学相较在负极极片的中部区域的动力学不足导致析锂问题，且由于第一负极活性物质的goi小，负极极片的中部区域化成反弹小，在反应过程中更有利于改善可能因为负极极片中部过于膨胀导致的电解液挤出引发的析锂问题。

20、在本发明的一些实施例中，所述第一膜区的膜层的压实密度在1.5～2.2之间，所述负极极片的voi为8～45。

21、在本发明的上述技术方案中，压实密度，是指膜层的面密度与膜层的厚度之比。当第一膜区的膜层的压实密度在1.5～2.2之间时，由于膜层中压实后的活性物质颗粒之间的空隙较大，更有利于电解质保液，从而更有利于留存电解液并改良锂离子动力学，更有利于使锂离子快速进出第一膜区完成嵌入和脱嵌过程。voi值是指负极极片在xrd衍射中004特征衍射峰的峰强度与110特征衍射峰的峰强度之比，voi值为8～45时既可以保持较多的可供活性离子脱嵌的有效端面，使锂离子电池的电化学性能更佳，又可以减少负极极片的掉粉和打皱，进一步提升锂离子电池的充电速度。

22、在本发明的一些实施例中，所述第二膜区的膜层的重量等于或小于所述第一膜区的膜层的重量。

23、在本发明的上述技术方案中，位于负极极片的边缘区域的第二膜区的膜层重量小于位于负极极片的中部区域第一膜区的膜层的重量时，负极极片不易发生边缘过厚问题，从而更有利于在冷压过程中减少边缘鼓边、形成第二膜区的活性物质破碎、或第二膜区所在的膜层破碎、膜层孔隙缩小乃至闭孔等加工过程中的问题。第二膜区的重量等于第一膜层时，需要对第二膜区的膜层进行削薄，使第二膜区的膜层厚度小于第一膜区的膜层厚度，以避免上述问题。

24、在本发明的一些实施例中，所述第一负极活性物质包括石墨、掺硅石墨、硅基材料的至少其中之一，所述第二负极活性物质包括石墨、掺硅石墨、硅基材料的至少其中之一。

25、在本发明的上述技术方案中，第一负极活性物质在第一膜区的应用可以进一步减小化成反弹，且低嵌锂态下第一膜区的收缩更大，从而避免循环充放电过程中第一膜区的过于膨胀。第二负极活性物质在第二膜区的应用可以通过增大化成反弹来减少阴极和阳极之间的间距，并增加第二膜区的嵌锂动力学。在上述技术效果的基础上，第一负极活性物质和第二负极活性物质均可包括锡基材料、软碳、硬碳、氮化物、锂、钛酸锂。

26、在本发明的一些实施例中，所述第一集流体沿所述第一方向的一侧设置有极耳区，所述极耳区上设置有绝缘层。

27、在本发明的上述技术方案中，极耳位于第一集流体一侧，沿第一方向设置。极耳上设有绝缘层，绝缘层可以通过涂布绝缘极耳胶的方式或相关技术中的其他合适方式设置。由于极耳靠近负极极片边缘处设置绝缘层，采用上述设计的极耳可以有效减少正极的毛刺搭接在极耳所在区域的概率，也可有效减少绝缘层内部的毛刺或铜珠搭接在正极相应区域的概率。

28、在本发明的一些实施例中，所述绝缘层的面积占所述极耳区的比例范围为0.5％～77％。

29、在本发明的上述技术方案中，绝缘层的面积占极耳区的比例为0.5％～77％时，更有利于进一步减少正极的毛刺搭接在极耳所在区域的概率，也可进一步有效绝缘层内部的毛刺或铜珠搭接在正极相应区域的概率，同时使极耳区的绝缘极耳胶的用量相对较少，电池单体性价比更高。具体的机理如上文，在此不一一赘述。

30、在本发明的一些实施例中，所述正极极片包括第二集流体和设于所述第二集流体表面的活性物质区和绝缘区，所述绝缘区至少覆盖所述正极极片的一侧边缘，其厚度与所述活性物质区相等，所述绝缘区的宽度为1～60mm。

31、在本发明的上述技术方案中，绝缘区至少覆盖正极极片的一侧边缘，从而起到绝缘效果。且绝缘区的厚度与活性物质区相等，即正极极片无削薄区，即绝缘区和活性物质区为等厚设置。采用等厚设置的原因是本发明中部分技术方案的负极极片上可以设置锂离子动力学佳的第二膜区，提高了锂离子的脱嵌和嵌入第二膜区的效率，进一步减小了锂离子因来不及脱嵌而导致析锂的可能。绝缘区的宽度为1～60mm时，更有利于在进一步减少正极的毛刺搭接在极耳所在区域的概率的同时控制绝缘区的绝缘极耳胶的用量，以提高电池单体的性价比。

32、在本发明的一些实施例中，所述正极极片包括第二集流体和设于所述第二集流体表面的活性物质区，且所述活性物质区为等厚设置。

33、在本发明的上述技术方案中，活性物质区为等厚设置。采用等厚设置的原因是本发明中部分技术方案的负极极片上可以设置锂离子动力学佳的第二膜区，提高了锂离子的脱嵌和嵌入第二膜区的效率，进一步减小了锂离子因来不及脱嵌而导致析锂的可能。

34、本发明还提供一种负极极片的加工方法，包括：

35、在基材上涂布形成至少两组负极极片，每一组负极极片至少包括两个负极极片；

36、在相邻两组负极极片之间形成留白区，并对留白区进行预分切；

37、对每一组负极极片的两个负极极片进行分条模切。

38、在本发明的上述技术方案中，每两组负极极片作为一个加工单元，且在每二个加工单元之间形成留白区，在分切时，只要对留白区进行预分切，使每一个加工单元经分切后分片，再将加工单元中的负极极片分条模切后分片。由于采用了单元化的加工方法，上述分切方法操作简单，步骤少，且由于上述原因而进一步减少了毛刺、掉粉和波浪边等加工过程中的问题。

39、在本发明的一些实施例中，在基材上涂布形成至少两组负极极片，每一组负极极片包括至少两组负极极片的步骤中，还包括：

40、将每一所述负极极片涂布形成第一膜区和第二膜区，所述第二膜区的涂布重量值小于或等于第一膜区的涂布重量值。

41、在本发明的上述技术方案中，可以同时涂布多个由两组负极极片组成的加工单元，每两个加工单元之间为留白区，且每一加工单元中的两组负极极片均包括两个第一膜区和三个第二膜区，两个第一膜区的外侧分别设置一个第二膜区，且两个第一膜区内侧之间设置一个第二膜区。由于采用了单元化的膜区设计方式，涂布简单方便，可以同时涂布多个加工单元，生产效率高且不易出错。

42、在本发明的一些实施例中，在基材上涂布形成至少两组负极极片，每一组负极极片包括至少两组负极极片的步骤中，还包括：

43、将每一组负极极片的在第一方向上的两侧涂布形成绝缘层。

44、在本发明的上述技术方案中，设置所述绝缘层的目的在于，在激光切割极耳时，可以使所述极耳具备绝缘区，以进一步减少正负极搭接。

45、本发明还提供一种电池组件，包括上述任一技术方案所述的电池单体。

46、本发明还提供一种电池，包括上述技术方案所述的电池组件。

47、本发明还提供一种用电设备，包括上述技术方案所述的电池。

48、本发明提供的电池单体，由于全部或部分去除了所述负极极片的至少一侧边缘的overhang设计，在循环充放电时负极极片的边缘部分的容量也不会因为被留存在overlap区域边缘部分的锂离子占用而导致容量损失，因此可以在减少电池循环后析锂的问题的同时减少了集流体和活性物质用量，提高了电池单体效率。