【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，具体涉及一种卷绕式电芯以及包括该卷绕式电芯的电池。
技术介绍
1、锂离子电池具有平台电压高、循环寿命长、能量密度高、无记忆效应等优点，被广泛应用于手机笔电、智能穿戴、电动工具等领域。通常采用钴酸锂作为正极活性材料，但金属钴资源比较稀缺，成本也较高，在一定程度上限制了其产业化应用。
2、三元材料中镍、钴、锰元素的不同设计比例既可以平衡材料的整体成本，又能实现不同的性能重点。但三元材料相比于钴酸锂，其耐高电压性差，在高电压下与电解液发生的副反应更剧烈，在电池循环过程中对电解液的消耗速率更快，更易出现电解液断桥等安全及循环问题。
技术实现思路
1、为保证正极片的能量密度满足使用需求同时降低成本，目前采用的方式为在钴酸锂材料中掺混一些低成本三元材料。然而，由于钴酸锂的颗粒较大，三元材料的颗粒较小，机械混掺三元材料和钴酸锂材料很难实现三元材料和钴酸锂材料的完全均一，并且三元材料的容量比钴酸锂材料的容量高，但是在高电压下三元材料的衰减比钴酸锂材料的衰减快，而从局部来看，三元材料富集的区域在循环初始阶段由于其容量更高，需要吸收更多的锂离子，然而负极整体是均匀的，锂离子传输给三元材料产生的浓差越来越大，从而会造成负极片更大的极化；在循环后期，三元材料的衰减加快，导致三元材料富集的区域吸收锂离子的能力变差，对应负极区域能够接收的锂离子变少，所以三元材料富集的区域容易产生黑斑或者析锂。因此，如何在不影响电池电化学性能的前提下，确保钴酸锂-三元材料体系电池具有较高的安全性
2、另外，经研究发现，钴酸锂-三元材料体系对电解液的消耗较快，并且为了追求使电池具有更高的容量及更高的能量密度，不可避免的会提高极片的压实密度及涂布的面密度，这样更容易在电芯圆弧处出现因电解液断桥引起的黑斑析锂等情况，最终导致钴酸锂-三元材料体系电池失效。
3、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种卷绕式电芯以及包括该卷绕式电芯的电池。本专利技术的正极片采用双层涂布的方式提高了单位面积上钴酸锂材料和三元材料的均匀性，改善了正极片容易出现黑斑或者析锂的情况，并且在对应卷绕式电芯的弯折区设置凹部，能够提高电解液对正极片的浸润性，降低弯折区析锂的风险，从而解决因电解液断桥引起的黑斑析锂的问题，同时凹部的设置降低了机械强度，相应的提高了其弹性，降低了弯折区的膨胀率，提高了电池的循环性能，延长了电池的循环寿命。
4、本专利技术第一方面提供了一种卷绕式电芯，其中，所述卷绕式电芯包括正极片，所述正极片包括正极集流体和位于正极集流体一侧或两侧表面的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括第一正极活性层和第二正极活性层，所述第一正极活性层位于所述正极集流体表面，所述第二正极活性层位于所述第一正极活性层表面，所述第一正极活性层包括三元材料，所述第二正极活性层包括钴酸锂材料，所述正极片包括凹部区，所述凹部区对应卷绕式电芯的弯折区，所述凹部区包括凹部，则所述正极片同时满足如下关系式：0.01h≤h≤0.5h-0.01；h＝h1+h2；40≤h1+h2*d2/d1≤400；
5、其中，所述正极活性材料层的厚度为h，单位为μm，所述凹部的深度为h，单位为μm，所述第一正极活性层的厚度为h1，单位为μm，所述第二正极活性层的厚度为h2，单位为μm，所述三元材料的平均粒径为d1，单位为μm，所述钴酸锂材料的平均粒径为d2，单位为μm。
6、本专利技术第二方面提供了一种电池，该电池包括本专利技术第一方面所述的卷绕式电芯。
7、通过上述技术方案，本专利技术与现有技术相比至少具有以下优势：
8、(1)所述正极采用双层正极活性层的结构，能够提高单位面积上钴酸锂材料和三元材料的均匀性，从而减少机械混合涂布造成的正极界面局部黑斑或析锂的问题，并且将包括三元材料的第一正极活性层设置在靠近正极集流体表面侧，包括钴酸锂材料的第二正极活性层设置在远离正极集流体侧，其中，三元材料的热失控温度较低，钴酸锂材料的热失控温度较高，此结构能够实现与温度从正极片的外侧向内侧传递的方向相匹配，当位于内侧的三元材料达到失效温度时，位于外侧的钴酸锂材料尚未发生失效，此时可以延缓因三元材料的失效散发的热量导致电池内部温度升高，从而提高了电池的安全性能，并且，钴酸锂的比表面积较小，将其设置在表层能够降低正极片对电解液的消耗，从而改善因电解液断桥导致电芯的主体界面出现黑斑析锂的情况；
9、(2)通过在对应绕式电芯的弯折区设置凹部，可以改善正极片的孔隙结构，提高电解液对正极片的浸润性，提高正极片在长循环过程中对电解液的保液能力，解决因电解液断桥引起的黑斑析锂等问题，从而提高电池的倍率和循环稳定性能；
10、(3)通过控制三元材料的平均粒径、钴酸锂材料的平均直径、正极活性材料层的厚度、第一正极活性层的厚度、第二正极活性层的厚度以及凹部的深度之间的关系，一方面能够延缓正极侧对电解液的消耗速率，使得凹部的深度可以不用过深，从而能够在解决弯折区析锂的同时不会对正极侧的活性物质造成过大的损耗；另一方面，能够使正极片进一步优化，从而能够在保持较高安全性能、循环稳定性的同时降低成本。
11、本专利技术的其它特点和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
12、在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种卷绕式电芯，其特征在于，所述卷绕式电芯包括正极片，所述正极片包括正极集流体和位于正极集流体一侧或两侧表面的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括第一正极活性层和第二正极活性层，所述第一正极活性位于正极集流体表面，第二正极活性层位于第一正极活性层表面，所述第一正极活性层包括三元材料，所述第二正极活性层包括钴酸锂材料，所述正极活性材料层包括凹部区，所述凹部区对应卷绕式电芯的弯折区，所述凹部区包括凹部，则所述正极片同时满足如下关系式：0.01H≤h≤0.5H-0.01；H＝h1+h2；40≤h1+h2*D2/D1≤400；
2.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其中，所述卷绕式电芯的弯折区的CB值为1.05-1.25；
3.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其中，所述凹部区包括至少一个孔，所述孔的深度为1μm-50μm，所述孔的直径为20μm-200μm，所述孔的间距为20μm-5000μm，优选地，所述孔呈矩阵分布。
4.根据权利要求2中所述的卷绕式电芯，其中，所述凹部区包括至少一个槽，所述槽的宽度为1μm-500μm，所述槽的深度为1μm-5
5.根据权利要求1-4中任一项所述的卷绕式电芯，其中，3μm≤h1≤200μm，优选为20μm≤h1≤100μm；
6.根据权利要求5所述的卷绕式电芯，其中，所述三元材料的比表面积大于所述钴酸锂材料的比表面积；
7.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-6中任一项所述的卷绕式电芯。
8.根据权利要求7所述的电池，其中，所述电池的保液量系数为1.8-2.2；
9.根据权利要求8所述的电池，其中，所述电池满足如下关系式：0.03≤y-0.21h≤3.16；
10.根据权利要求9所述的电池，其中，所述基材包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和聚烯烃中的一种或多种；
...【技术特征摘要】
1.一种卷绕式电芯，其特征在于，所述卷绕式电芯包括正极片，所述正极片包括正极集流体和位于正极集流体一侧或两侧表面的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括第一正极活性层和第二正极活性层，所述第一正极活性位于正极集流体表面，第二正极活性层位于第一正极活性层表面，所述第一正极活性层包括三元材料，所述第二正极活性层包括钴酸锂材料，所述正极活性材料层包括凹部区，所述凹部区对应卷绕式电芯的弯折区，所述凹部区包括凹部，则所述正极片同时满足如下关系式：0.01h≤h≤0.5h-0.01；h＝h1+h2；40≤h1+h2*d2/d1≤400；
2.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其中，所述卷绕式电芯的弯折区的cb值为1.05-1.25；
3.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其中，所述凹部区包括至少一个孔，所述孔的深度为1μm-50μm，所述孔的直径为20μm-200μm，所述孔的间距为20μm-5000μm，优选地，所述孔呈矩阵分布。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘亮，刘乐乐，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。