CN115172661A - 极片、电极组件、电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种极片、电极组件、电池单体、电池及用电装置，该极片包括集流体以及活性物质层。活性物质层包括涂覆于所述集流体表面的第一部分和第二部分，所述第一部分的压实密度小于所述第二部分的压实密度。在本申请实施例提供的极片中，活性物质层包括涂覆于集流体表面的第一部分和第二部分，且第一部分的压实密度小于第二部分的压实密度。当将该极片应用于电池中时，随着电池循环次数的增加，由于第一部分的压实密度小于第二部分的压实密度，这样能够有效缓解极片的膨胀，进而减少电池中极片之间的挤压，以有助于电解液浸润极片，从而实现提高电池的循环性能。

Description

极片、电极组件、电池单体、电池及用电装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种极片、电极组件、电池单体、电池及用电装置。

背景技术

电池由于具有能量密度高、循环性能好、可重复充放电、安全性能高等优点，使其在电子设备及动力设备等各领域中得到广泛应用。其中，电池循环性能一直是业内研究的重点之一。随着各领域对电池循环性能的要求越来越高，因此，亟需提高电池的循环性能，来满足各领域的要求。

发明内容

本申请提供了一种极片、电极组件、电池单体、电池及用电装置，能够提高电池的循环性能。

第一方面，本申请实施例提供了一种极片，包括集流体以及活性物质层。活性物质层包括涂覆于所述集流体表面的第一部分和第二部分，所述第一部分的压实密度小于所述第二部分的压实密度。

在本申请实施例提供的极片中，活性物质层包括涂覆于集流体表面的第一部分和第二部分，且第一部分的压实密度小于第二部分的压实密度。当将该极片应用于电池中时，随着电池循环次数的增加，由于第一部分的压实密度小于第二部分的压实密度，这样能够有效缓解极片的膨胀，进而减少电池中极片之间的挤压，以有助于电解液浸润极片，从而实现提高电池的循环性能。

在本申请的一些实施例中，所述第一部分的压实密度在1.35g/cm³-2.10g/cm³范围内；和/或，所述第二部分的压实密度在2.25g/cm³-2.60g/cm³范围内。第一部分的压实密度和第二部分的压实密度设置在上述合适的范围内，可在提高电池的循环性能的同时，还可有助于提高电池的能量密度。

在本申请的一些实施例中，所述第一部分的单位面积活性物质容量小于所述第二部分的单位面积活性物质容量。这样可增加第一部分的CB值，以有助于减少极片析锂现象的发生。

在本申请的一些实施例中，所述第一部分包括第一活性物质，所述第二部分包括第二活性物质。其中，所述第一活性物质和所述第一部分的重量比W1与所述第二活性物质和所述第二部分的重量比W2满足如下关系：0.6W2≤W1≤0.8W2。第一活性物质和第一部分的重量比W1与第二活性物质和第二部分的重量比W2满足上述关系，可有助于增加第一部分的CB值。

在本申请的一些实施例中，所述第一活性物质和所述第一部分的重量比W1在0.15g/1540.25mm²-0.28g/1540.25mm²范围内。所述第二活性物质和所述第二部分的重量比W2在0.25g/1540.25mm²-0.40g/1540.25mm²范围内。W1和W2设置在上述合适范围内，使第一部分具有合适的CB值，以进一步有助于减少极片析锂现象的发生。

在本申请的一些实施例中，所述第一部分的孔隙率大于所述第二部分的孔隙率。可增强第一部分的电解液存储量，以增强电解液对极片的浸润。

在本申请的一些实施例中，所述第一部分为条形，且所述第一部分的宽度在2mm-10mm范围内。第一部分的宽度设置在上述合适范围内，可有助于存储适量的电解液，以减少析锂现象，从而有利于缓解极片的膨胀。此外，第一部分的宽度设置在上述合适范围内，还可有助于电池保持较高的能量密度。

在本申请的一些实施例中，所述极片包括多个间隔设置的所述第一部分，所述第二部分连接于相邻两个所述第一部分之间。多个间隔设置的第一部分，能够进一步缓解极片膨胀的同时，还能够有助于促进电解液对极片的浸润。

在本申请的一些实施例中，在多个所述第一部分的排列方向上，相邻两个所述第一部分之间的间距在40mm-100mm范围内。相邻两个第一部分之间的间距设置在上述合适范围内，可在有助于促进电解液对极片的浸润的同时，还可进一步有助于电池保持较高的能量密度。

第二方面，本申请实施例提供了一种电极组件，包括极性相反的第一极片和第二极片，所述第一极片为上述任一项实施例中所述的极片。由于该电极组件包含本申请第一方面任一实施例中的极片，因此，该电极组件具有上述极片所具有的技术效果，在此不再赘述。

在本申请的一些实施例中，所述第一极片和所述第二极片沿卷绕方向卷绕，至少部分的所述第一部分设置于所述集流体沿所述卷绕方向的内端。至少部分的第一部分的设置，能够有助于减少卷绕中心所受到的应力。

在本申请的一些实施例中，所述电极组件为圆柱形。由于电极组件包含本申请第一方面任一实施例中的极片，因此，该极片能够减少电极组件中心区域塌陷的发生，从而提高电池的循环性能。

在本申请的一些实施例中，所述第一极片为正极极片。这样能够有助于降低第二极片的膨胀以及促进电解液对第一极片和第二极片的浸润。

第三方面，本申请实施例提供了一种电池单体，包括壳体、电极组件和电解液。壳体具有容纳腔。电极组件设于所述容纳腔内，且所述电极组件为上述任一项实施例中所述的电极组件。电解液容纳于所述容纳腔内并浸润所述电极组件。由于该电池单体包含上述任一项实施例中的电极组件，因此，该电池单体具有良好的循环性能。

第四方面，本申请实施例提供了一种电池，包括上述任一项实施例中所述的电池单体。由于该电池包含上述任一项实施例中的电池单体，因此，该电池具有上述电池单体所具有的技术效果，在此不再赘述。

第五方面，本申请实施例提供了一种用电装置，包括上述实施例中所述的电池。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图。

图2示出了本申请一些实施例提供的电池的爆炸图。

图3示出了本申请一些实施例提供的电池单体的爆炸图。

图4示出了本申请一些实施例提供的电池单体中电极组件的剖面结构示意图。

图5示出了本申请另一些实施例提供的电池单体中电极组件的剖面结构示意图。

图6示出了本申请一些实施例提供的极片的俯视结构示意图。

图7示出了本申请一些实施例提供的极片的俯视结构示意图。

图8示出了本申请又一些实施例提供的极片的俯视结构示意图。

图9示出了本申请实施例1和对比例1中的电池单体的循环次数和容量保持率的曲线变化图。

图10示出了一些现有技术中电极组件循环600次后的俯视结构示意图。

图11示出了本申请一些实施例中电极组件循环600次后的俯视结构示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：

1000-车辆；

100-电池，200-控制器，300-马达；

10-箱体，11-第一箱体，12-第二箱体；

20-电池单体；

21-壳体；

22-电极组件，222-第一极片，223-第二极片，224-隔离膜，225-通孔；

23-端盖；

221-极片，2211-集流体，2212-活性物质层，2212a-第一部分，2212b-第二部分。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”、“第二”等仅用于区别不同对象，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、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上（包括两个），同理，“多组”指的是两组以上（包括两组），“多片”指的是两片以上（包括两片）。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本申请中，电池单体可以包括锂离子二次电池单体、锂离子一次电池单体、锂硫电池单体、钠离子电池单体或镁离子电池单体等，本申请实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种：柱形电池单体、方形电池单体和软包电池单体，本申请实施例对此也不限定。

本申请的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池模块或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。

电池单体包括电极组件和电解液，电极组件由正极极片、负极极片和隔离膜组成。电池单体主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。正极极片包括正极集流体和正极活性材料层，正极活性材料层涂覆于正极集流体的表面，未涂敷正极活性材料层的正极集流体凸出于已涂覆正极活性材料层的正极集流体，未涂敷正极活性材料层的正极集流体作为正极极耳。

电池由于具有能量密度高、循环性能好、可重复充放电、安全性能高等优点，使其在电子设备及动力设备等各领域中得到广泛应用。其中，电池循环性能一直是业内研究的重点之一。

在相关技术中，电池随着循环次数的增加，其内部会发生膨胀，该膨胀会压缩电解液的存储空间，使其无法完全浸润至电池的内部，甚至还会存在析锂的现象，该析锂又会使电池内部产生的应力分布不均匀，因而电池内部的膨胀会导致其循环性能的下降。随着各领域对电池循环性能的要求越来越高，因此，亟需提高电池的循环性能，来满足各领域的要求。

鉴于此，本申请实施例提供了一种电极极片、电池单体、电池及用电装置，能够提高电池的循环性能。

在本申请中，用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。

以下实施例为了方便说明，以本申请一实施例的一种用电装置为车辆为例进行说明。

图1示出了本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图。

请参照图1，车辆1000的内部设置有电池100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源。车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300供电，例如，用于车辆1000的启动、导航和行驶时的工作用电需求。

在本申请一些实施例中，电池100不仅仅可以作为车辆1000的操作电源，还可以作为车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。

图2示出了本申请一些实施例提供的电池的结构示意图。

请参照图2，电池100包括箱体10和电池单体20，箱体10用于容纳电池单体20。

其中，箱体10是容纳电池单体20的部件，箱体10为电池单体20提供容纳空间，箱体10可以采用多种结构。在一些实施例中，箱体10可以包括第一箱体11和第二箱体12，第一箱体11与第二箱体12相互盖合，以限定出用于容纳电池单体20的容纳空间。第一箱体11和第二箱体12可以是多种形状，比如，长方体、圆柱体等。第一箱体11可以是一侧开放的空心结构，第二箱体12也可以是一侧开放的空心结构，第二箱体12的开放侧盖合于第一箱体11的开放侧，则形成具有容纳空间的箱体10。也可以是第一箱体11为一侧开放的空心结构，第二箱体12为板状结构，第二箱体12盖合于第一箱体11的开放侧，则形成具有容纳空间的箱体10。第一箱体11与第二箱体12可以通过密封元件来实现密封，密封元件可以是密封圈、密封胶等。

在电池100中，电池单体20可以是一个、也可以是多个。若电池单体20为多个，多个电池单体20之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体20中既有串联又有并联。可以是多个电池单体20先串联或并联或混联组成电池模块，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体10内。也可以是所有电池单体20之间直接串联或并联或混联在一起，再将所有电池单体20构成的整体容纳于箱体10内。

图3示出了本申请一些实施例提供的电池单体的结构示意图。

请参照图3，电池单体20是指组成电池的最小单元，包括有壳体21、电极组件22、端盖23以及其他的功能性部件。

端盖23是指盖合于壳体21的开口处以将电池单体20的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，端盖23的形状可以与壳体21的形状相适应以配合壳体21。可选地，端盖23可以由具有一定硬度和强度的材质（如铝合金）制成，这样，端盖23在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体20能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。端盖23上可以设置有如电极端子等的功能性部件。电极端子可以用于与电极组件22电连接，以用于输出或输入电池单体20的电能。

端盖23的材质也可以是多种的，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。

在本申请的一些实施例中，在端盖23的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体21内的电连接部件与端盖23，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。

壳体21是用于配合端盖23以形成电池单体20的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电极组件22、电解液以及其他部件。壳体21和端盖23可以是独立的部件，可以于壳体21上设置开口，通过在开口处使端盖23盖合开口以形成电池单体20的内部环境。不限地，也可以使端盖23和壳体21一体化，具体地，端盖23和壳体21可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体21的内部时，再使端盖23盖合壳体21。壳体21可以是多种形状和多种尺寸的，例如长方体形、圆柱体形、六棱柱形等。具体地，壳体21的形状可以根据电极组件22的具体形状和尺寸大小来确定。壳体21的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。

电极组件22是电池单体20中发生电化学反应的部件。壳体21内可以包含一个或更多个电极组件22。电极组件22主要由两个极性相反的极片卷绕或层叠放置形成，并且通常在两个极片之间设有隔离膜。极片具有活性物质的部分构成电极组件22的主体部，极片不具有活性物质的部分各自构成极耳，极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池的充放电过程中，活性物质与电解液发生反应，极耳连接电极端子以形成电流回路。

图5示出本申请一些实施例提供的极片的俯视结构示意图。

请参照图5，本申请实施例提供了一种极片221，该极片221包括集流体2211以及活性物质层2212。活性物质层2212包括涂覆于集流体2211表面的第一部分2212a和第二部分2212b，第一部分2212a的压实密度小于第二部分2212b的压实密度。

在本申请的实施例中，极片221可以为正极极片和负极极片中的任意一种，本申请实施例在此不做特别限定。

在一些示例中，极片221为正极极片，该正极极片包括正极集流体以及正极活性物质层，该正极活性物质层包括涂覆于正极集流体表面的第一部分2212a和第二部分2212b，且第一部分2212a的压实密度小于第二部分2212b的压实密度。

在上述这些示例中，正极集流体可以采用金属箔材或多孔金属板等材质。示例性的，正极集流体的材质可以但不限于为铜、镍、钛或银等金属或它们的合金的箔材或多孔板。进一步的，在本申请的一些具体实施例中，正极集流体采用铝箔。

正极活性物质层包括正极活性物质，该正极活性物质可以选自磷酸铁锂、三元正极材料、富锂正极活性材料中的任意一种。此外，正极活性物质层中还可以包括导电剂和粘结剂。本申请实施例对正极活性物质层中的导电剂及粘结剂的种类不做具体限制，可以根据实际需求进行选择。

示例性的，导电剂可以但不局限于为石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中一种或多种。粘结剂可以但不局限于为丁苯橡胶(SBR)、水性丙烯酸树脂、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、含氟丙烯酸树脂及聚乙烯醇(PVA)中的一种或多种。

本申请实施例的正极极片可以采用本领域常规的方法制备，例如，将正极活性物质、导电剂、粘结剂按一定得质量比在适量的NMP中充分搅拌混合，使其形成均匀的正极浆料；将正极浆料涂覆于正极集流体铝箔的表面上，经干燥、冷压后，得到正极极片。

在另一些示例中，极片221还可以为负极极片，该负极极片包括负极集流体以及负极活性物质层，该负极活性物质层包括涂覆于负极集流体表面的第一部分2212a和第二部分2212b，且第一部分2212a的压实密度小于第二部分2212b的压实密度。

在上述这些示例中，负极集流体可以采用金属箔材或多孔金属板等材质。示例性的，负极集流体的材质可以但不限于为铜、镍、钛或铁等金属或它们的合金的箔材或多孔板。进一步的，在本申请的一些具体实施例中，负极集流体采用铜箔。

负极活性物质层包括负极活性物质，该负极活性物质可以包括天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(简称为MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO₂、尖晶石结构的锂化TiO₂-Li₄Ti₅O₁₂、Li-Al合金中的至少一种。此外，负极活性物质层还可以包括导电剂和粘结剂。本申请实施例对负极活性物质层中的导电剂和粘结剂的种类不做具体限制，可以根据实际需求进行选择。

示例性的，导电剂可以但不局限于为石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的一种或多种；粘结剂可以但不局限于为丁苯橡胶(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、水性丙烯酸树脂及羧甲基纤维素(CMC)中的一种或多种。

本申请实施例的负极极片可以采用本领域常规的方法制备，例如，将负极活性物质、导电剂、粘结剂按一定得质量比混合，并在适量的去离子水中充分搅拌，使其形成均匀的负极浆料；将负极浆料涂覆于负极集流体铜箔的表面上，经干燥、冷压后，得到负极极片。

在本申请的实施例中，活性物质层2212的压实密度是指活性物质层2212的重量与活性物质层2212的体积之间的比值。

在本申请实施例提供的极片中，活性物质层2212包括涂覆于集流体2211表面的第一部分2212a和第二部分，且第一部分2212a的压实密度小于第二部分2212b的压实密度。当将该极片221应用于电池中时，随着电池循环次数的增加，由于第一部分2212a的压实密度小于第二部分2212b的压实密度，这样能够有效缓解极片的膨胀，进而减少电池中极片之间的挤压，以有助于电解液浸润极片，从而实现提高电池的循环性能。

在本申请的一些实施例中，第一部分2212a的压实密度在1.35g/cm³-2.10g/cm³范围内。和/或，第二部分2212b的压实密度在2.25g/cm³-2.60g/cm³范围内。

在上述这些实施例中，第一部分2212a的压实密度设置在上述合适范围内，能够进一步缓解极片的膨胀，有助于电解液更好地浸润至电池的内部，减少析锂现象，而且析锂现象的减少能够使电池内部产生的应力分布均匀，从而可以进一步提高电池的循环性能。并且，第二部分2212b的压实密度设置在上述合适的范围内，可在提高电池的循环性能的同时，还可有助于提高电池的能量密度。

示例性的，第一部分2212a的压实密度可以但不限于为1.35g/cm³、1.36g/cm³、1.37g/cm³、1.38g/cm³、1.39g/cm³、1.40g/cm³、1.41g/cm³、1.42g/cm³、1.43g/cm³、1.44g/cm³、1.45g/cm³、1.46g/cm³、1.47g/cm³、1.48g/cm³、1.49g/cm³、1.5g/cm³、1.51g/cm³、1.52g/cm³、1.53g/cm³、1.54g/cm³、1.55g/cm³、1.56g/cm³、1.57g/cm³、1.58g/cm³、1.59g/cm³、1.60g/cm³、1.61g/cm³、1.62g/cm³、1.63g/cm³、1.64g/cm³、1.65g/cm³、1.66g/cm³、1.67g/cm³、1.68g/cm³、1.69g/cm³、1.70g/cm³、1.71g/cm³、1.72g/cm³、1.73g/cm³、1.74g/cm³、1.75g/cm³、1.76g/cm³、1.77g/cm³、1.78g/cm³、1.79g/cm³、1.80g/cm³、1.81g/cm³、1.82g/cm³、1.83g/cm³、1.84g/cm³、1.85g/cm³、1.86g/cm³、1.87g/cm³、1.88g/cm³、1.89g/cm³、1.90g/cm³、1.91g/cm³、1.92g/cm³、1.93g/cm³、1.94g/cm³、1.95g/cm³、1.96g/cm³、1.97g/cm³、1.98 g/cm³、1.99g/cm³、2.0g/cm³、2.01g/cm³、2.02g/cm³、2.03g/cm³、2.04g/cm³、2.05g/cm³、2.06g/cm³、2.07g/cm³、2.08g/cm³、2.09g/cm³、2.10g/cm³。

第二部分2212b的压实密度可以但不限于为2.25g/cm³、2.26g/cm³、2.27g/cm³、2.28g/cm³、2.29g/cm³、2.3g/cm³、2.31g/cm³、2.32g/cm³、2.33g/cm³、2.34g/cm³、2.35g/cm³、2.36g/cm³、2.37g/cm³、2.38g/cm³、2.39g/cm³、2.40g/cm³、2.41g/cm³、2.42g/cm³、2.43g/cm³、2.44g/cm³、2.45g/cm³、2.46g/cm³、2.47g/cm³、2.48g/cm³、2.49g/cm³、2.50g/cm³、2.51g/cm³、2.52g/cm³、2.53g/cm³、2.54g/cm³、2.55g/cm³、2.56g/cm³、2.57g/cm³、2.58g/cm³、2.59g/cm³、2.60g/cm³。

在本申请的一些实施例中，第一部分2212a的单位面积活性物质容量小于第二部分2212b的单位面积活性物质容量。

在上述这些实施例中，当极片221为正极极片时，第一部分2212a的单位面积物质容量小于第二部分2212b的单位面积活性物质容量，相当于增加第一部分2212a的CB值，以有助于减少极片析锂现象的发生，这样可使电池内部产生的应力分布更加均匀，从而进一步实现提高电池的循环性能。

其中，CB（Cell Balance）值为单位面积的负极活性物质容量与单位面积的正极活性物质容量的比值。例如，极片221中第一部分2212a的活性物质的CB（Cell Balance）值=Q₁/Q₂，其中，Q₁表示为在负极极片中与第一部分2212a对应的区域内，其活性物质的单位面积活性物质容量，Q₂表示为正极极片中第一部分2212a的单位面积正极活性物质容量。关于单位面积活性物质容量和 CB 值测试步骤如下：

S10：正极单面活性物质层的平均放电容量测试，具体如下：

S11：取上述各实施例的正极极片，利用冲片模具获得含正极单面活性物质层的小圆片；

S12：以金属锂片为对电极，Celgard 膜为隔离膜，溶解有LiPF₆(1mol/L)的 EC+DMC+DEC(体积比为1:1:1的碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）)的溶液为电解液，在氩气保护的手套箱中组装6个相同的CR2430型扣式电池；

S13：电池组装完后静置12h，在0.1C的充电电流下进行恒流充电，直到电压到达上限截止电压x₁V，然后保持电压x₁V进行恒压充电，直到电流为50uA；

S14：静置5min，在0.1C的放电电流下进行恒流放电，直到电压到达下限截止电压y₁V；

S15：静置5min，重复上述步骤S11-S14，记录第2次循环的放电容量，6 个扣式电池放电容量的平均值即为正极单面活性物质层的平均放电容量，例如，当正极活性物质为磷酸铁锂(LFP)时，上限截止电压x₁V=3.75V，下限截止电压y₁V=2V；当正极活性材料为锂镍钴锰氧化物(NCM)时，上限截止电压x₁V=4.25V，下限截止电压y₁V=2.8V。

S20：负极单面活性物质层的平均充电容量测试，具体如下：

S21：取上述各实施例的负极极片，利用冲片模具获得与上述步骤S10中正极小圆片面积相同且包含负极单面膜层的小圆片；

S22：以金属锂片为对电极，Celgard膜为隔离膜，溶解有LiPF₆(1mol/L)的EC+DMC+DEC(体积比为1:1:1 的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯)的溶液为电解液，在氩气保护的手套箱中组装6个CR2430型扣式电池；

S23：电池组装完后静置12h，在0.05C的放电电流下进行恒流放电，直到电压到达下限截止电压y₂mV，然后再用50uA的放电电流进行恒流放电，直到电压达到下限截止电压y₂mV；

S24：静置5min，接着用10uA的放电电流进行恒流放电，直到达到下限截止电压y₂mV；

S25：静置5 min，在0.1C的充电电流下进行恒流充电，直到最终电压达到上限截至电压x₂V；

S26：静置5min，重复步骤S21-S25，记录第2次循环的充电容量。6个扣式电池充电容量的平均值即为负极单面膜层的平均充电容量，例如，当负极活性物质为石墨时，上限截止电压x₂V=2V，下限截止电压y₂V=5mV。当负极极活性物质为硅时，上限截止电压x₂V=2V，下限截止电压y₂V=5mV。

S30：根据CB值等于上述负极单面活性物质层的平均充电容量（mAh）除以上述正极单面活性物质层的平均放电容量（mAh），计算得出CB值。

在本申请的一些实施例中，第一部分2212a包括第一活性物质，第二部分2212b包括第二活性物质。第一活性物质和第一部分2212a的重量比W1与第二活性物质和第二部分2212b的重量比W2满足如下关系：0.6W2≤W1≤0.8W2。第一活性物质和第一部分2212a的重量比W1与第二活性物质和第二部分2212b的重量比W2满足上述关系，可有助于增加第一部分2212a的CB值。

在本申请的一些实施例中，第一活性物质和第一部分2212a的重量比W1在0.15g/1540.25mm²-0.28g/1540.25mm²范围内。第二活性物质和第二部分2212b的重量比W2在0.25g/1540.25mm²-0.40g/1540.25mm²范围内。W1和W2设置在上述合适范围内，使第一部分2212a具有合适的CB值，以进一步有助于减少极片析锂现象的发生。

在上述这些实施例中，第一活性物质可以与第二活性物质相同，也可以与第二活性物质不相同，只要第一活性物质与第一部分2212a的重量比小于第二活性物质与第二部分2212b的重量比即可，这样可有助于增加第一部分2212a的CB值，从而进一步提高电池的循环性能。

在本申请的一些实施例中，第一部分2212a的孔隙率大于第二部分2212b的孔隙率。

孔隙率是指单位面积的活性物质层上孔隙面积的占比，孔隙的数量设置较多，或者，单个孔隙的面积设置较大，都有助于提高孔隙率。因此，可以在第一部分2212a上设置较第二部分2212b更多的孔隙，也可以将第一部分2212a上的单个孔隙的尺寸设置得比第二部分2212b的单个空隙的尺寸更大，以使得第一部分2212a的孔隙率大于第二部分2212b的孔隙率。通过上述设置，可以使得第一部分2212a存储电解液的能力较第二部分2212b存储电解液的能力更强，这样能够有助于增强电解液对极片的浸润，从而提高电池的循环性能。

在本申请的一些实施例中，第一部分2212a的孔隙率可以设置在25%-40%范围内，第二部分2212b的孔隙率可以设置在20%-30%范围内。

在上述这些实施例中，第一部分2212a的孔隙率和第二部分2212b的孔隙率设置在上述合适范围内，可使得第一部分2212a存储电解液的能力比第二部分2212b存储电解液的能力更强，以进一步有助于增强电解液对极片的浸润，从而提高电池的循环性能。

在本申请的一些实施例中，第一部分2212a为条形，且第一部分2212a的宽度在2mm-10mm范围内。

在上述这些实施例中，第一部分2212a的宽度设置在上述合适范围内，可有助于存储适量的电解液，以减少析锂现象，从而有利于缓解极片的膨胀。此外，第一部分2212a的宽度设置在上述合适范围内，还可有助于电池保持较高的能量密度。

示例性的，第一部分2212a的宽度可以但不限于为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm。

在本申请的一些实施例中，极片包括多个间隔设置的第一部分2212a，第二部分2212b连接于相邻两个第一部分2212a之间。

在上述这些实施例中，多个间隔设置的第一部分2212a，能够进一步缓解极片膨胀的同时，还能够有助于促进电解液对极片的浸润。

图6示出了本申请一些实施例提供的极片的俯视结构示意图。图7示出了本申请一些实施例提供的极片的俯视结构示意图。图8示出了本申请又一些实施例提供的极片的俯视结构示意图。

在本申请的一些实施例中，在多个第一部分2212a的排列方向上，相邻两个第一部分2212a之间的间距在40mm-100mm范围内。

可以理解的是，多个第一部分2212a的排列方向可以是沿极片的宽度方向排列，如图6所示；也可以是沿极片的长度方向排列，如图7所示；还可以是无规则排布，只要是相邻两个第一部分2212a之间的间距在40mm-100mm范围内即可，如图8所示。本申请实施例在此不做特别限定。

在上述这些实施例中，相邻两个第一部分2212a之间的间距设置在上述合适范围内，可在有助于促进电解液对极片的浸润的同时，还可进一步有助于电池保持较高的能量密度。

示例性的，相邻两个第一部分2212a之间的间距可以但不局限于为40mm、41 mm、42mm、43 mm、44 mm、45 mm、46 mm、47 mm、48 mm、49 mm、50 mm、51 mm、52 mm、53 mm、54 mm、55mm、56 mm、57 mm、58 mm、59 mm、60 mm、61 mm、62 mm、63 mm、64 mm、65 mm、66 mm、67 mm、68mm、69 mm、70 mm、71 mm、72 mm、73 mm、74 mm、75 mm、76 mm、77 mm、78 mm、79 mm、80 mm、81mm、82 mm、83 mm、84 mm、85 mm、86 mm、87 mm、88 mm、89 mm、90 mm、91 mm、92 mm、93 mm、94mm、95 mm、96 mm、97 mm、98 mm、99 mm、100 mm。

图4示出了本申请一些实施例提供的电池单体中电极组件的剖面结构示意图。图5示出了本申请另一些实施例提供的电池单体中电极组件的剖面结构示意图。

请参照图4和图5，本申请实施例提供了一种电极组件，该电极组件22包括极性相反的第一极片222和第二极片223，第一极片222为上述任一项实施例中的极片221。由于该电极组件包含上述任一实施例中的极片221，因此，该电极组件22具有上述极片221所具有的技术效果，在此不再赘述。

请参照图5，在本申请的一些实施例中，第一极片222和第二极片223沿卷绕方向A卷绕，至少部分的第一部分2212a设置于集流体沿卷绕方向A的内端。在上述这些实施例中，至少部分的第一部分2212a设置于集流体沿卷绕方向A的内端，使电极组件22内部产生的应力向通孔225释放，降低应力向外扩散导致对外部部件造成的损坏。并且至少部分的第一部分2212a的设置，能够有助于减少通孔225的孔壁所受到的应力，从而有效地缓解极片的膨胀。

在本申请的一些实施例中，电极组件22为圆柱形。

该圆柱形电极组件22通过第一极片222和第二极片223沿卷绕方向A卷绕，使电极组件22的中心具有通孔225。

请参照图10，在相关的现有技术中，圆柱形电极组件随着循环次数的增加，其内部产生的应力向中心孔释放，导致中心孔塌陷，从而使电池的循环性能跳水。

请参照图11，由于第一极片上的第一部分的压实密度小于第二部分的压实密度，能够减少电极组件中心的通孔塌陷的发生，从而提高电池的循环性能。

在本申请的一些实施例中，第一极片222为正极极片。这样能够有助于降低第二极片222的膨胀以及促进电解液对第一极片222和第二极片223的浸润。

在本申请的一些实施例中，电极组件还可以包括隔离膜224，隔离膜224用于将第一极片222和第二极片223隔离，以降低第一极片222与第二极片223之间出现短路的风险。隔离膜224具有大量贯通的微孔，能够保证电解质离子自由通过，对锂离子有很好的透过性，所以，隔离膜224基本上不能阻挡锂离子通过。

隔离膜224的材质可以为聚丙烯（polypropylene，PP）或聚乙烯（polyethylene，PE）等。

本申请实施例提供了一种电池单体，包括壳体、电极组件和电解液。壳体具有容纳腔。电极组件设于容纳腔内，且电极组件为上述任一项实施例中的电极组件。电解液容纳于所述容纳腔内并浸润电极组件。由于该电池单体包含上述任一项实施例中的电极组件，因此，该电池单体具有良好的循环性能。

本申请实施例提供了一种电池，包括上述任一项实施例中的电池单体。由于该电池包含上述任一项实施例中的电池单体，因此，该电池具有上述电池单体所具有的技术效果，在此不再赘述。

本申请实施例提供了一种用电装置，包括上述实施例中的电池。

实施例1

正极极片的制备

将正极活性材磷酸铁锂（LiFePO₄）、导电剂Super P、粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）按95:3:2的质量比在N-甲基吡咯烷酮（NMP）中充分搅拌混合，使其形成均匀的正极浆料；将正极浆料涂布在集流体铝箔的表面上，并在85℃下烘干，然后进行冷压、切边、裁片、分条后，在85℃的真空条件下烘干4h，得到正极极片，其中，该正极极片中集流体的表面涂覆有第一部分和第二部分2212b正极活性物质层，且第一部分的压实密度ρ₁，第二部分的压实密度ρ₂。

负极极片的制备

将负极活性材料石墨、导电剂Super P、增稠剂CMC、粘结剂丁苯橡胶（SBR）按92：3：2.5：2.5的质量比在去离子水中充分搅拌，使其形成均匀的负极浆料；将负极浆料涂布在集流体铜箔的表面上，并在85℃下烘干，然后进行冷压、切边、裁片、分条后，在120℃真空条件下烘干12h，得到负极极片。

隔离膜

使用厚度为16μm的聚乙烯薄膜（PE）。

电解液的制备

在充满氩气的手套箱中（水含量＜10ppm，氧气含量＜1ppm），将碳酸亚乙酯（EC）和碳酸甲乙酯（EMC）按照3:7（W%/W%）混合均匀后，向上述溶液中缓慢加入1mol的LiFP₆，待LiFP₆完全溶解后，得到电解液。

电池单体的制备

将上述正极极片、隔离膜、负极极片按顺序堆叠并卷绕，得到电极组件；将电极组件放入壳体中，加入上述制备的电解液，经封装、静置、化成、老化等工序后，得到电池单体。

实施例1-3及对比例1

制备方法与实施例1类似，不同的是：正极活性物质层中第一部分和第二部分的压实密度，详见表1。

测试部分

1）压实密度的测试

取完全放电的上述电池单体，拆解出负极，清洗，烘干，使用电子天平对一定面积S的正极(正极集流体的双面涂覆有正极活性物质层)进行称重，重量记为W1，并使用万分尺测得正极的厚度T1。使用溶剂洗掉正极活性物质层，烘干，测量正极集流体的重量，记为W2，并使用万分尺测得正极集流体的厚度T2。通过下式计算设置在正极集流体一侧的正极活性物质层的重量W0和厚度T0以及正极活性物质层的压实密度：

W0＝(W1-W2)/2

T0＝(T1-T2)/2

正极活性物质层的压实密度ρ＝W0/(T0×S)。

2）电池单体循环性能的测试

在25℃环境下，将电池单体以0.5C恒流充电至3.65V，然后以3.65V恒压充电至电流为0.05C，然后用1C恒流放电至2.5V，记录放电容量为C₁。电池单体在循环600次后的放电容量记录为C₂。则电池单体循环600次后的容量保持率(%)=C₂/C₁×100%，测试结果如表1所示。

表1

根据表1和图9，将实施例和对比例的测试结果进行比较得到，在本申请的实施例中，第一部分的压实密度小于第二部分的压实密度，随着电池循环次数的增加，能够提高电池的循环性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (16)

1.一种极片，其特征在于，包括：

集流体，以及

活性物质层，包括涂覆于所述集流体表面的第一部分和第二部分，所述第一部分的压实密度小于所述第二部分的压实密度。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一部分的压实密度在1.35g/cm³-2.10g/cm³范围内；和/或，

所述第二部分的压实密度在2.25g/cm³-2.60g/cm³范围内。

3.根据权利要求1或2所述的极片，其特征在于，所述第一部分的单位面积活性物质容量小于所述第二部分的单位面积活性物质容量。

4.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述第一部分包括第一活性物质，所述第二部分包括第二活性物质；

其中，所述第一活性物质和所述第一部分的重量比W1与所述第二活性物质和所述第二部分的重量比W2满足如下关系：0.6W2≤W1≤0.8W2。

5.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述第一活性物质和所述第一部分的重量比W1在0.15g/1540.25mm²-0.28g/1540.25mm²范围内；

所述第二活性物质和所述第二部分的重量比W2在0.25g/1540.25mm²-0.40g/1540.25mm²范围内。

6.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一部分的孔隙率大于所述第二部分的孔隙率。

7.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第一部分为条形，且所述第一部分的宽度在2mm-10mm范围内。

8.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极片包括多个间隔设置的所述第一部分，所述第二部分连接于相邻两个所述第一部分之间。

9.根据权利要求8所述的极片，其特征在于，在多个所述第一部分的排列方向上，相邻两个所述第一部分之间的间距在40mm-100mm范围内。

10.一种电极组件，其特征在于，包括极性相反的第一极片和第二极片，所述第一极片为权利要求1-9中任一项所述的极片。

11.根据权利要求10所述的电极组件，其特征在于，所述第一极片和所述第二极片沿卷绕方向卷绕，至少部分的所述第一部分设置于所述集流体沿所述卷绕方向的内端。

12.根据权利要求10或11所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件为圆柱形。

13.根据权利要求10所述的电极组件，其特征在于，所述第一极片为正极极片。

14.一种电池单体，其特征在于，包括：

壳体，具有容纳腔；

电极组件，设于所述容纳腔内，且所述电极组件为权利要求10-13中任一项所述的电极组件；

电解液，容纳于所述容纳腔内并浸润所述电极组件。

15.一种电池，其特征在于，包括权利要求14中所述的电池单体。

16.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求15中所述的电池，所述电池用于提供电能。

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