极片、电极组件、电池单体、电池和用电设备的制作方法
本技术涉及电池领域，更为具体地，涉及一种极片、电极组件、电池单体、电池和用电设备。
背景技术：
1、节能减排是汽车产业可持续发展的关键。在这种情况下，电动车辆由于其节能环保的优势成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。而对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。
2、电池的整体制作流程长，且工艺复杂，包括涂布、制片、组装、激光焊、注液等一系列工序。其中，电池单体内部电极组件的加工过程尤为重要，会直接影响电池单体的加工效率以及性能。因此，如何提高电极组件的加工效率和性能是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本技术实施例提供了一种极片、电极组件、电池单体、电池和用电设备，能够提高电极组件的性能。
2、第一方面，提供了一种极片，包括：集流体；活性物质层，铺设于该集流体的表面；该活性物质层的铺设于该集流体的中部的部分的平均压实密度小于铺设于该集流体的边缘的部分的平均压实密度。
3、因此，本技术实施例的极片，通过设置活性物质层的铺设于集流体的中部的部分的平均压实密度小于铺设于集流体的边缘的部分的平均压实密度，使得活性物质层的位于中部的部分的孔隙率大于位于边缘的部分的孔隙率。这样，该中部区域可以容纳更多的电解液，能够有效解决该中部区域电解液易挤出而造成析锂的问题，即可以有效减少析锂现象，进而提高电池单体的性能以及循环寿命。
4、在一些实施例中，该活性物质层的铺设于该集流体的中部的部分的平均厚度大于铺设于该集流体的边缘的部分的平均厚度。通过设置活性物质层的中间部分的平均厚度较大，而边缘部分的平均厚度较小，易于实现该活性物质层的铺设于集流体的中部的部分的平均压实密度较小，而铺设于集流体的边缘的部分的平均压实密度较大的效果，便于加工。
5、在一些实施例中，该集流体的中部设置有开口朝向该活性物质层的第一凹槽，该第一凹槽的底壁的平均厚度小于该集流体的边缘的平均厚度，通过该第一凹槽，可以实现活性物质层的铺设于该集流体的中部的部分的平均厚度大于铺设于该集流体的边缘的部分的平均厚度。
6、在一些实施例中，该极片还包括：设置于该集流体与该活性物质层之间至少部分区域的底涂层。该底涂层可以用于连接和固定集流体与活性物质层，还可以用于增加极片的电导率。
7、在一些实施例中，该集流体的中部与该活性物质层直接接触，该集流体的边缘与该活性物质层之间设置有该底涂层。这样，无论集流体的中部是否设置有第一凹槽，由于该集流体的边缘相比于中部多设置了一层底涂层，因此，便于设置活性物质层的中间部分的平均厚度相比于其边缘部分的平均厚度大，进而便于实现活性物质层的中间部分的平均压实密度相比于其边缘部分的平均压实密度小。
8、在一些实施例中，该集流体与该活性物质层之间全部区域设置有该底涂层。这样，该底涂层可以更加有效连接和固定集流体与活性物质层，还可以增加极片的电导率，提高该极片的稳定性和性能。
9、在一些实施例中，该底涂层的对应于该集流体的中部的部分设置有开口朝向该活性物质层的第二凹槽。该活性物质层的中间部分位于该第二凹槽内，以实现该活性物质层的中间部分的平均厚度大于其边缘部分的平均厚度，进而还可以实现该活性物质层的铺设于集流体的中部的部分的平均压实密度小于该活性物质层的铺设于集流体的边缘的部分的平均压实密度。
10、在一些实施例中，该第二凹槽的底壁的平均厚度小于该底涂层的对应于该集流体的边缘的部分的平均厚度。这样，无论该集流体的中部是否设置有第一凹槽，并且，无论该第二凹槽的底壁的平均厚度是否超过该第一凹槽的深度，都可以实现该活性物质层的中间部分的平均厚度大于其边缘部分的平均厚度，进而还可以实现该活性物质层的铺设于集流体的中部的部分的平均压实密度小于该活性物质层的铺设于集流体的边缘的部分的平均压实密度，结构简单，易于实现。
11、在一些实施例中，该集流体的边缘包括第一部分和第二部分，该第一部分位于该集流体在该极片的宽度方向上的一端，该第二部分位于该集流体在该极片的宽度方向上的另外一端，该集流体的中部位于该第一部分和该第二部分之间。
12、将集流体的中部设置在极片的宽度方向的中间位置，在将该极片加工为电极组件之后，无论是卷绕式电极组件，还是叠片式电极组件，该集流体的中部对应于电极组件的中部位置，活性物质层的铺设于集流体的中部的部分也就对应于电极组件的中部位置。尤其是针对卷绕式电极组件，以图为例，设置活性物质层的铺设于集流体的中部的部分的压实密度较大的情况下，该部分的孔隙率则相对较小，可以容纳更多的电解液，能够有效解决该中部区域电解液易挤出而造成析锂的问题，即可以有效减少析锂现象，进而提高电池单体的性能以及循环寿命。
13、在一些实施例中，该集流体的边缘包括第三部分和第四部分，该第三部分位于该集流体在该极片的长度方向上的一端；该第四部分位于该集流体在该极片的长度方向上的另一端，该集流体的中部位于该第三部分和该第四部分之间，以适用于不同类型的电极组件，例如，可以应用于叠片式电极组件，以有效减少叠片式电极组件的析锂现象，进而提高电池单体的性能以及循环寿命。
14、在一些实施例中，沿该极片的宽度方向，该集流体的中部的平均宽度w1与该极片的平均宽度w2的比值的取值范围为[1/3，2/3]。若w1与w2的比值过小，例如，小于1/3，则集流体的中部的宽度w1会过小，活性物质层铺设于集流体的中部的部分的宽度w1也会过小，即只有很小一部分区域能够实现增加压实密度的效果，对应只能减少很小一部分区域的析锂问题，提高电池单体的性能及循环寿命的效果会不明显。相反地，若w1与w2的比值过大，例如，大于2/3，则集流体的中部的宽度w1会过大，即活性物质层铺设于集流体的中部的部分的宽度w1也会过大，虽然可以有效解决极片的析锂问题，但是会提高电极组件的成本，加大电极组件的加工难度。
15、在一些实施例中，沿该极片的宽度方向，该集流体的中部的平均宽度与该极片的平均宽度的比值的取值范围为[40％，60％]，以使得活性物质层铺设于集流体的中部的部分的宽度不会过大或者过小，既能够有效解决极片的析锂问题，还可以使得电极组件的加工难度与成本不会过高，以提高电池单体的加工效率。
16、在一些实施例中，沿该极片的厚度方向，该活性物质层的铺设于该集流体的中部的部分的平均厚度h1与铺设于该集流体的边缘的部分的平均厚度h2的差h1-h2，与该活性物质层的铺设于该集流体的边缘的部分平均厚度h2的比值的取值范围为[1％,3％]。若该厚度差值h1-h2与平均厚度h2之间的比值过小，则极片的该差值h1-h2的值会设置过小，对应该活性物质层的铺设于集流体的中部的部分的平均压实密度与该活性物质层的铺设于集流体的边缘的部分的平均压实密度之间的差值也会过小，则可能会影响极片的性能，无法很好的解决析锂问题。相反地，若该厚度差值h1-h2与平均厚度h2之间的比值过大，则极片的差值h1-h2的值设置过大，这会增加极片的加工难度，还可能影响极片的结构强度，进而影响电极组件以及电池单体的加工效率。
17、在一些实施例中，沿该极片的厚度方向，该活性物质层的铺设于该集流体的中部的部分的平均厚度与铺设于该集流体的边缘的部分的平均厚度的差为h，h的单位为μm，该活性物质层的铺设于该集流体的中部的部分的平均压实密度为y，y的单位为g/cm3，h和y满足y＝kh，其中，k的取值范围为[0.1，0.4]。
18、考虑到活性物质层的铺设于集流体的中部的部分的平均压实密度具有一定的取值范围，因此，比例系数k取值过大会使得厚度差值h过大，在这种情况下，一方面活性物质层的铺设于集流体的中部的部分的平均厚度可能会过大，这会使得极片的厚度过大，进而影响该极片加工形成的电池单体的能量密度，另一方面，活性物质层的铺设于集流体的边缘的部分的平均厚度可能会过小，这会导致极片的结构强度较弱，影响该极片的性能。
19、相反地，若比例系数k取值过小，会使得厚度差值h过小，例如该厚度差值h可能趋于零，则会使得该活性物质层的铺设于集流体的中部的部分的厚度与该活性物质层的铺设于集流体的边缘的部分的厚度近似相等，对应地，该活性物质层的铺设于集流体的中部的部分的平均压实密度与该活性物质层的铺设于集流体的边缘的部分的平均压实密度之间的差值也会过小，则可能会影响极片的性能，无法很好的解决析锂问题。
20、在一些实施例中，该活性物质层的铺设于该集流体的中部的部分的平均压实密度为y，y的单位为g/cm3，铺设于该集流体的朝向该活性物质层的表面的物质的总涂布质量为m，m的单位为g/1540.25mm2，y和m满足y＝nm，其中，n的取值范围为[1，7]。
21、在铺设于集流体的朝向活性物质层的表面的物质的总涂布质量m取值一定的情况下，若比例系数n取值过大，则会导致活性物质层的铺设于集流体的中部的部分的平均压实密度y过大，与之对应的，活性物质层的铺设于集流体的边缘的部分的平均压实密度会更大，这会增加极片的加工难度，增加极片的加工成本。相反地，若比例系数n取值过小，则会导致活性物质层的铺设于集流体的中部的部分的平均压实密度y过小，无法满足极片的设计要求，会降低极片的性能，进而降低该极片形成的电极组件的性能。
22、在一些实施例中，该极片的中部的平均厚度与该极片的边缘的平均厚度基本相等，使得该极片的两个表面均相对平整，便于后续加工为电极组件，使得电极组件中不同极片层之间的间距相对均匀，减少因为间距差异较大而导致的析锂问题，既能够提高电池单体的空间利用率以及能量密度，又可以在电池单体的长时间充放电循环过程中，减少析锂，提高了电池单体的循环寿命和安全性。
23、在一些实施例中，该极片包括两层该活性物质层，该集流体位于两层该活性物质层之间。其中，该两层活性物质层为前文描述的压实密度不一致的任意活性物质层，以同时减少该极片两侧发生析锂的现象，进一步提高电极组件和电池单体的性能。
24、第二方面，提供了一种电极组件，包括：正极极片和负极极片，所述正极极片和/或所述负极极片包括第一方面或者第一方面中任意一个实施例中的极片。
25、在一些实施例中，所述正极极片与所述负极极片卷绕形成所述电极组件。
26、在一些实施例中，所述电极组件为圆柱体。
27、第三方面，提供了一种电池单体，包括：第二方面或者第二方面中任意一个实施例中的电极组件。
28、第四方面，提供了一种电池，包括多个电池单体，该电池单体包括第三方面或者第三方面中任意一个实施例中的电池单体。
29、第五方面，提供了一种用电设备，包括：第四方面或者第四方面中任意一个实施例中的电池，该电池用于提供电能。
30、在一些实施例中，该用电设备为车辆、船舶或航天器。
技术特征：
1.一种极片，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述活性物质层(32)的铺设于所述集流体(31)的中部(311)的部分(321)的平均厚度大于铺设于所述集流体(31)的边缘(312)的部分(322)的平均厚度。
3.根据权利要求1或2所述的极片，其特征在于，所述集流体(31)的中部(311)设置有开口朝向所述活性物质层(32)的第一凹槽(313)，所述第一凹槽(313)的底壁的平均厚度小于所述集流体(31)的边缘(312)的平均厚度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的极片，其特征在于，所述极片还包括：
5.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述集流体(31)的中部(311)与所述活性物质层(32)直接接触，所述集流体(31)的边缘(312)与所述活性物质层(32)之间设置有所述底涂层(33)。
6.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述集流体(31)与所述活性物质层(32)之间全部区域设置有所述底涂层(33)。
7.根据权利要求6所述的极片，其特征在于，所述底涂层(33)的对应于所述集流体(31)的中部(311)的部分(331)设置有开口朝向所述活性物质层(32)的第二凹槽(333)。
8.根据权利要求7所述的极片，其特征在于，所述第二凹槽(333)的底壁的平均厚度小于所述底涂层(33)的对应于所述集流体(31)的边缘(312)的部分(332)的平均厚度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的极片，其特征在于，所述集流体(31)的边缘(312)包括第一部分(3121)和第二部分(3122)，所述第一部分(3121)位于所述集流体(31)在所述极片的宽度方向上的一端，所述第二部分(3122)位于所述集流体(31)在所述极片的宽度方向上的另外一端，所述集流体(31)的中部(311)位于所述第一部分(3121)和所述第二部分(3122)之间。
10.根据权利要求9所述的极片，其特征在于，所述集流体(31)的边缘(312)包括第三部分(3123)和第四部分(3124)，所述第三部分(3123)位于所述集流体(31)在所述极片的长度方向上的一端；所述第四部分(3124)位于所述集流体(31)在所述极片的长度方向上的另一端，所述集流体(31)的中部(311)位于所述第三部分(3123)和所述第四部分(3124)之间。
11.根据权利要求9或10所述的极片，其特征在于，沿所述极片的宽度方向，所述集流体(31)的中部(311)的平均宽度与所述极片的平均宽度的比值的取值范围为[1/3，2/3]。
12.根据权利要求11所述的极片，其特征在于，沿所述极片的宽度方向，所述集流体(31)的中部(311)的平均宽度与所述极片的平均宽度的比值的取值范围为[40％，60％]。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的极片，其特征在于，沿所述极片的厚度方向，所述活性物质层(32)的铺设于所述集流体(31)的中部(311)的部分(321)的平均厚度与铺设于所述集流体(31)的边缘(312)的部分(322)的平均厚度的差，与所述活性物质层(32)的铺设于所述集流体(31)的边缘(312)的部分(322)平均厚度的比值的取值范围为[1％,3％]。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的极片，其特征在于，沿所述极片的厚度方向，所述活性物质层(32)的铺设于所述集流体(31)的中部(311)的部分(321)的平均厚度与铺设于所述集流体(31)的边缘(312)的部分(322)的平均厚度的差为h，h的单位为μm，所述活性物质层(32)的铺设于所述集流体(31)的中部(311)的部分(321)的平均压实密度为y，y的单位为g/cm3，h和y满足y＝kh，其中，k的取值范围为[0.1，0.4]。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的极片，其特征在于，所述活性物质层(32)的铺设于所述集流体(31)的中部(311)的部分(321)的平均压实密度为y，y的单位为g/cm3，铺设于所述集流体(31)的朝向所述活性物质层(32)的表面的物质的总涂布质量为m，m的单位为g/1540.25mm2，y和m满足y＝nm，其中，n的取值范围为[1，7]。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的极片，其特征在于，所述极片的中部的平均厚度与所述极片的边缘的平均厚度基本相等。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的极片，其特征在于，所述极片包括两层所述活性物质层(32)，所述集流体(31)位于两层所述活性物质层(32)之间。
18.一种电极组件，其特征在于，包括：
19.根据权利要求18所述的电极组件，其特征在于，所述正极极片与所述负极极片卷绕形成所述电极组件。
20.根据权利要求19所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件为圆柱体。
21.一种电池单体，其特征在于，包括：
22.一种电池，其特征在于，包括：
23.一种用电设备，其特征在于，包括：
技术总结
本申请实施例公开了一种极片、电极组件、电池单体、电池和用电设备。该极片包括：集流体；活性物质层，铺设于该集流体的表面；该活性物质层的铺设于该集流体的中部的部分的平均压实密度小于铺设于该集流体的边缘的部分的平均压实密度。本申请实施例提供的极片、电极组件、电池单体、电池和用电设备，能够提高电极组件的性能。
技术研发人员：杜香龙
受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5