锂离子电池正负极板、卷芯和锂离子电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体公开了一种锂离子电池正负极板、卷芯和锂离子电池。该锂离子电池正负极板中，正/负极板包括正/负极集流体层、正/负极阳面材料层和正/负极阴面材料层；所述正极阳面材料层、正极阴面材料层分别叠设于所述正极集流体层的两个外表面；所述负极阳面材料层、负极阴面材料层分别叠设于所述负极集流体层的两个外表面；阴面材料层中电极材料的面密度为相应极板总电极材料面密度的30％～48％；阳面材料材料层中电极材料的面密度为相应极板总电极材料面密度的52％～70％。该正负极板结构使得正负极板配合得更加紧密，有效的增加正负极板的压实密度，使最终获得的锂离子电池能量密度提高了至少8.5％以上。
【专利说明】
锂离子电池正负极板、卷芯和锂离子电池
技术领域
[0001] 本实用新型涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正负极板、卷芯 和锂离子电池。
【背景技术】
[0002] 二次锂离子电池具有比容量大、充放电寿命长、无记忆效应、环境污染小等诸多优 点，自20世纪90年代初商业化以来，很快就替代镍镉和镍氢电池，并广泛应用于移动电话、 笔记本电脑、摄像机等便携式电器中。并且有正在向电动汽车、航空航天、储能电站等新领 域发展的趋势。但是，锂离子电池的能量密度一直有提升的空间。
[0003] 传统的锂离子电池正负极板均采用双面密度相同的涂布方式，而电芯正极的集流 体强度一般比较差，如果面密度与压实均较大，那么在卷绕热压过程中很容易造成内层极 片断片，形成断路，这种现象严重限制了锂离子电池压实密度的提高，进而限制了锂离子电 池能量密度的提升空间。
[0004] 因此，有必要寻找新的锂离子电池正负极板结构以克服现有技术缺陷。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的在于针对现有锂离子电池制作过程中正负极板存在的内层极 板容易断片问题，提供一种锂离子电池正负极板。
[0006] 本实用新型的另一个目的在于提供一种锂离子电池的卷芯及相应的锂离子电池。
[0007] 为达到上述实用新型目的，本实用新型实施例采用了如下的技术方案：
[0008] -种锂离子电池正负极板，其中，正极板包括正极集流体层、正极阳面材料层和正 极阴面材料层;负极板包括负极集流体层、负极阳面材料层和负极阴面材料层，所述正极阳 面材料层、正极阴面材料层分别叠设于所述正极集流体层的两个外表面;所述负极阳面材 料层、负极阴面材料层分别叠设于所述负极集流体层的两个外表面；
[0009] 无论是正极板还是负极板，所述阴面材料层中电极材料的面密度为相应极板总电 极材料面密度的30 %~48 % ;所述阳面材料材料层中电极材料的面密度为相应极板总电极 材料面密度的52 %~70 %。
[0010] 作为优选地，所述正极集流体层为铝箱集流体层或钛箱集流体层;和/或所述负极 集流体层为铜箱集流体层。
[0011] 作为优选地，所述正极阳面材料层与所述正极阴面材料层为相同的电极材料层； 所述负极阳面材料层与所述负极阴面材料层为相同的电极材料层。
[0012] 以及，相应地，一种锂离子电池卷芯，包括正极板、隔膜及负极板，所述正极板、负 极板均由上述所述的正极板、负极板提供。
[0013] 作为优选地，以所述卷芯中心为原点，垂直所述极板表面且向外的直线方向上，按 照所述隔膜、负极阳面材料层、负极集流体层、负极阴面材料层、隔膜、正极阴面材料层、正 极集流体层、正极阳面材料层的次序进行排列。
[0014] 以及一种由上述所述的锂离子电池卷芯制备的锂离子电池。
[0015] 本实用新型上述实施例提供的锂离子电池正负极板，正负极板采用阴面材料层面 密度较小，阳面材料层面密度较大的组合方式，减少了正极板受挤压面（即在卷芯内部）电 极材料涂覆的量，使得正负极板配合得更加紧密，最终有效的增加正负极板的压实密度。
[0016] 本实用新型上述实施例提供的锂离子电池卷芯，由于正负极板均采用阴阳材料 层，阴阳材料层实现有效配合组装，使得正负极板配合得更加紧密，最终有效的增加正负极 板的压实密度。
[0017] 本实用新型上述实施例提供的锂离子电池，由于卷芯中正负极板均采用阴阳材料 层，通过阴阳材料层实现有效配合组装，使得正负极板配合得更加紧密，有效的增加正负极 板的压实密度，使最终获得的锂离子电池能量密度提高了至少8.5 %以上，极大的满足市场 对大能量密度电芯电池的需求，尤其符合方形/聚合物锂离子电池的性能要求。
【附图说明】
[0018] 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。
[0019] 图1是本实用新型实施例正极板示意图；
[0020]图2是本实用新型实施例负极板不意图；
[0021] 图3是本实用新型实施例卷芯纵向剖视示意图。
【具体实施方式】
[0022] 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仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0023] 本实用新型任何实施例中，"极板"和"极片"，均表达同一个意思。
[0024]如图1至图2所示，本实用新型实施例提供一种锂离子电池正负极板，包括正极板 和负极板；
[0025]其中，正极板包括正极集流体层1、涂覆于正极集流体层1 一表面的正极阴面材料 层21和涂覆于正极集流体层1另一表面的正极阳面材料层22,同时还包括设于正极集流体1 端的正极耳3。
[0026]无论是正极阴面材料层21还是正极阳面材料层22,均由同一种电极材料构成。不 同的是正极阴面材料层21中电极材料的面密度为该片正极板电极材料总面密度的30%~ 48 % ;而正极阳面材料层22中电极材料的面密度为该正极板电极材料总面密度的52 %~ 70% 〇
[0027] 负极板包括负极集流体层4、涂覆于负极集流体层4 一表面的负极阴面材料层52和 涂覆于负极集流体层4另一表面的负极阳面材料层51，同时还包括设于负极集流体4端的负 极耳6。
[0028] 无论是负极阴面材料层52还是负极阳面材料层51，均由同一种电极材料构成。不 同的是负极阴面材料层52中电极材料的面密度为该片负极板电极材料总面密度的30%~ 48 % ;而负极阳面材料层51中电极材料的面密度为该负极板电极材料总面密度的52 %~ 70% 〇
[0029] 注意的是，本实用新型实施例中，所有提到的阳面、阴面，均是按照电极材料的多 少或者说按照其在集流体表面面密度的大小来命名。
[0030] 同时，本实用新型实施例中，正极集流体层、负极集流体层均由常规的正极集流 体、负极集流体构成;各体系锂离子电池材料均可涂覆成上述的正负极板结构。
[0031] 另外，在上述所述正负极板结构的前提下，本实用新型实施例还提供了一种锂离 子电池正负极板的制备方法。
[0032] 在一具体实施例中，锂离子电池正负极板的制备方法包括按照常规工艺对正极集 流体、负极集流体进行双面涂布。但是，与常规涂布工艺不同的是，无论是在正极集流体表 面进行涂布还是在负极集流体表面进行涂布，最终集流体表面的电极材料层均涂布成具有 阴阳面结构的形状，因此，涂布过程中对电极浆料的控制比较重要。具体如，假设将正极集 流体两表面命名为A面和B面，当在正极集流体A面形成面密度为该正极板总电极材料面密 度30%~48%的正极阴面材料层时，那么在所述正极集流体B面形成面密度为该正极板总 电极材料面密度52 %~70 %的正极阳面材料层，形成的正极阳面材料层和正极阴面材料层 均由正电极浆料经过涂覆、干燥、压实;最后分切成正极板。
[0033] 在一具体实施例中，负极板的涂布与正极板涂布方式相同，为节省说明书篇幅，这 里不再赘述。
[0034]相应地，在上述提供的正负极板结构及锂离子电池正负极板的制备方法的前提 下，本实用新型实施例还提供了一种锂离子电池卷芯。在一具体实施例中，锂离子电池卷芯 的纵向剖视示意图如图3所示(注意，这里的纵向剖视，特指平平行于正极板/负极板卷绕的 中心线进行剖切，而且本示意图仅简单示意了本实用新型实施例锂离子电池卷芯的结构， 并非真正的本实用新型锂离子电池卷芯结构，在实际生产过程中，一个锂离子电池卷芯应 包含多层正极、隔膜、负极。），该锂离子电池卷芯采用常规的锂离子电池卷芯生产工艺进行 生产。与常规锂离子电池卷芯不同的是，在本实用新型实施例的锂离子电池卷芯中，以穿过 锂离子电池卷芯的中心、且平行于正负极板的直线为中心轴，并且规定无论是正极板还是 负极板，向着该中心轴的表面为内侧，背对着该中心轴的表面为外侧，那么，本实用新型实 施例锂离子电池卷芯的卷绕方式为正极板的正极阴面材料层21向着内侧，正极阳面材料层 22向着外侧;而负极板的负极阳面材料层51向着内侧，负极阴面材料层52向着外侧。形成正 极阴面材料层21与负极阴面材料层52正对贴紧，且两者被隔膜7间隔的结构；同时形成正极 阳面材料22与负极阳面材料层51正对贴紧（由于图3示意图仅为两层结构，故未能显示正极 阳面材料22与负极阳面材料层51正对贴紧），且两者同样被隔膜7间隔的结构，最终降低正 负极板断裂的风险，以达到改善电芯能量密度的效果。
[0035]或者说以卷芯中心为原点，在垂直于正负极板表面向外侧的直线方向上，隔膜、负 极阳面材料层、负极集流体层、负极阴面材料层、正极阴面材料层、正极集流体层、正极阳面 材料层按照所述隔膜、负极阳面材料层、负极集流体层、负极阴面材料层、隔膜、正极阴面材 料层、正极集流体层、正极阳面材料层的次序进行排列。最终形成负极阳面材料层、正极阴 面材料层成为受挤压面，而负极阴面材料层、正极阳面材料层成为拉伸面的结构。
[0036]由此，本实用新型实施例还在上述锂离子电池卷芯的基础上，相应提供了一种锂 离子电池。在一具体实施例中，该锂离子电池的电芯由上述锂离子电池卷芯提供。通过这种 卷芯制备的锂离子电池，进行卷芯热压时，正极板内层涂料量减少，压实密度获得了大幅度 提高，进而提高电芯的能量密度，最终提高了锂离子电池的能量密度。
[0037]本实用新型实施例提供的这种结构的锂离子电池正负极及锂离子电池卷芯，尤其 适用于制造方形或者聚合物锂离子电池。
[0038]为了更好的说明本实用新型实施例提供的锂离子电池正负极及相应的锂离子电 池，下面通过实施例进行举例说明。
[0039] 实施例1
[0040] 一种锂离子电池正负极板，其中，正极板的电极材料为按照质量比为锰酸锂:镍钴 锰= 3:7形成的混合正极体系，并且正极板包括正极集流体层、正极阳面材料层和正极阴面 材料层;而且正极阴面材料的电极材料的面密度为该正极板总电极材料面密度的40%，正 极阳面材料的电极材料的面密度为该正极板总电极材料面密度的60%;负极板的电极材料 为石墨体系，并且负极板包括负极集流体层、负极阳面材料层和负极阴面材料层;而且负极 阴面材料的电极材料的面密度为该负极板总电极材料面密度的40%，负极阳面材料的电极 材料的面密度为该负极板总电极材料面密度的60%。
[0041]由该正负极板形成的锂离子电池，正极阴面材料层向着电芯内部，正极阳面材料 层背对电芯内部，正极板和负极板由隔膜间隔。
[0042] 实施例2
[0043] 一种锂离子电池正负极板，其中，正极板的电极材料为钴酸锂体系，并且正极板包 括正极集流体层、正极阳面材料层和正极阴面材料层;而且正极阳面材料的电极材料的面 密度为该正极板总电极材料面密度的62%，正极阴面材料的电极材料的面密度为该正极 板总电极材料面密度的38 % ;负极板的电极材料为石墨体系，并且负极板包括负极集流体 层、负极阳面材料层和负极阴面材料层;而且负极阳面材料的电极材料的面密度为该负极 板总电极材料面密度的62%，负极阴面材料的电极材料的面密度为该负极板总电极材料面 密度的38%。
[0044]由该正负极板形成的锂离子电池，正极阴面材料层向着电芯内部，正极阳面材料 层背对电芯内部，正极板和负极板由隔膜间隔。
[0045] 实施例3
[0046] 一种锂离子电池正负极板，其中，正极板的电极材料为钴酸锂:镍钴锰=7.5: 2.5 混合材料体系，并且正极板包括正极集流体层、正极阳面材料层和正极阴面材料层;而且正 极阳面材料的电极材料的面密度为该正极板总电极材料面密度的58%，正极阴面材料的电 极材料的面密度为该正极板总电极材料面密度的42% ;负极板的电极材料为石墨体系，并 且负极板包括负极集流体层、负极阳面材料层和负极阴面材料层;而且负极阳面材料的电 极材料的面密度为该负极板总电极材料面密度的58%，负极阴面材料的电极材料的面密度 为该负极板总电极材料面密度的42%。
[0047]由该正负极板形成的锂离子电池，正极阴面材料层向着电芯内部，正极阳面材料 层背对电芯内部，正极板和负极板由隔膜间隔。
[0048] 对比例1
[0049] 一种锂离子电池正负极板，其中，正极板的电极材料为按照质量比为锰酸锂:镍钴 锰= 3:7形成的混合正极体系，并且正极板包括正极集流体层、正极阳面材料层和正极阴面 材料层;正负极板双面涂布的电极材料面密度相同，即将电极材料分成1:1分别涂布于正极 集流体两表面，不存在阴阳面，负极板按相同工艺进行涂布。
[0050] 对比例2
[0051] 一种锂离子电池正负极板，其中，正极板的电极材料为钴酸锂体系，并且正极板包 括正极集流体层、正极阳面材料层和正极阴面材料层;正负极板双面涂布的电极材料面密 度相同，即将电极材料分成1:1分别涂布于正极集流体两表面，不存在阴阳面，负极板按相 同工艺进行涂布。
[0052] 对比例3
[0053] 一种锂离子电池正负极板，其中，正极板的电极材料为按照质量比为钴酸锂:镍钴 锰=7.5:2.5混合材料体系，并且正极板包括正极集流体层、正极阳面材料层和正极阴面材 料层;正负极板双面涂布的电极材料面密度相同，即将电极材料分成1:1分别涂布于正极集 流体两表面，不存在阴阳面，负极板按相同工艺进行涂布。
[0054] 为了更好的比较本实用新型实施例1~3的锂离子电池与对比例1~3的锂离子电 池在性能方面的差异，还按照以下的测试方法：
[0055] 1.敷料量(极片双面单位面积负载活性物质的质量，单位g/cm2);
[0056] 2.最大压实密度(极片两次弯折至两面紧紧相贴，极片透光前的临界压实密度，单 位g/cm 3);
[0057] 3.容量发挥(0.5C充电，0.5C放电的放电总量，单位mAh);
[0058] 4.能量密度(单位体积所释放出的电能，单位J/m3)
[0059] 分别对实施例1~3的锂离子电池及对比例1~3的锂离子电池进行测试。测试结果 如表1所示。
[0060] 表1实施例1~3及对比例1~3的锂离子电池性能测试结果
[0062] 从表1中可知，由本实用新型技术方案提供的正负极板形成的实施例1~3的锂离 子电池，其正负极板的最大压实密度相对于对比例1~3均有所提高，平最大压实密度平均 提高8.0%以上，从而带来的锂离子电池能量密度平均提升8.5%以上。由此可知，将正极 板、负极板分别设计成阴面阳面的材料层结构，可以有效改善锂离子电池性能。
[0063] 以上所述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。
【主权项】
1. 一种锂离子电池正负极板，其中，正极板包括正极集流体层、正极阳面材料层和正极 阴面材料层；负极板包括负极集流体层、负极阳面材料层和负极阴面材料层，其特征在于： 所述正极阳面材料层、正极阴面材料层分别叠设于所述正极集流体层的两个相对外表面； 所述负极阳面材料层、负极阴面材料层分别叠设于所述负极集流体层的两个相对外表面； 无论是正极板还是负极板，所述阴面材料层中电极材料的面密度为相应极板总电极材 料面密度的30%~48% ;所述阳面材料材料层中电极材料的面密度为相应极板总电极材料 面密度的52%~70%。2. 如权利要求1所述的锂离子电池正负极板，其特征在于:所述正极集流体层为铝箱集 流体层或钛箱集流体层;和/或所述负极集流体层为铜箱集流体层。3. 如权利要求1所述的锂离子电池正负极板，其特征在于:所述正极阳面材料层与所述 正极阴面材料层为相同的电极材料层;所述负极阳面材料层与所述负极阴面材料层为相同 的电极材料层。4. 一种锂离子电池卷芯，包括正极板、隔膜及负极板，其特征在于:所述正极板、负极板 均由权利要求1~3任一所述的正极板、负极板提供。5. 如权利要求4所述的锂离子电池卷芯，其特征在于：以所述卷芯中心为原点，垂直所 述极板表面且向外的直线方向上，按照所述隔膜、负极阳面材料层、负极集流体层、负极阴 面材料层、隔膜、正极阴面材料层、正极集流体层、正极阳面材料层的次序进行排列。6. -种锂离子电池，包括卷芯，其特征在于:所述卷芯由权利要求4~5任一所述的锂离 子电池卷芯提供。
【文档编号】H01M4/139GK205543043SQ201620006469
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月4日
【发明人】闫国伟, 肖斌, 方送生
【申请人】郑州比克电池有限公司, 深圳市比克电池有限公司