【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電池，具體涉及一種卷繞式電芯以及包括該卷繞式電芯的電池。
技術介紹
1、鋰離子電池具有平臺電壓高、循環壽命長、能量密度高、無記憶效應等優點，被廣泛應用于手機筆電、智能穿戴、電動工具等領域。通常采用鈷酸鋰作為正極活性材料，但金屬鈷資源比較稀缺，成本也較高，在一定程度上限制了其產業化應用。
2、三元材料中鎳、鈷、錳元素的不同設計比例既可以平衡材料的整體成本，又能實現不同的性能重點。但三元材料相比于鈷酸鋰，其耐高電壓性差，在高電壓下與電解液發生的副反應更劇烈，在電池循環過程中對電解液的消耗速率更快，更易出現電解液斷橋等安全及循環問題。
技術實現思路
1、為保證正極片的能量密度滿足使用需求同時降低成本，目前采用的方式為在鈷酸鋰材料中摻混一些低成本三元材料。然而，由于鈷酸鋰的顆粒較大，三元材料的顆粒較小，機械混摻三元材料和鈷酸鋰材料很難實現三元材料和鈷酸鋰材料的完全均一，并且三元材料的容量比鈷酸鋰材料的容量高，但是在高電壓下三元材料的衰減比鈷酸鋰材料的衰減快，而從局部來看，三元材料富集的區域在循環初始階段由于其容量更高，需要吸收更多的鋰離子，然而負極整體是均勻的，鋰離子傳輸給三元材料產生的濃差越來越大，從而會造成負極片更大的極化；在循環后期，三元材料的衰減加快，導致三元材料富集的區域吸收鋰離子的能力變差，對應負極區域能夠接收的鋰離子變少，所以三元材料富集的區域容易產生黑斑或者析鋰。因此，如何在不影響電池電化學性能的前提下，確保鈷酸鋰-三元材料體系電池具有較高的安全性
2、另外，經研究發現，鈷酸鋰-三元材料體系對電解液的消耗較快，并且為了追求使電池具有更高的容量及更高的能量密度，不可避免的會提高極片的壓實密度及涂布的面密度，這樣更容易在電芯圓弧處出現因電解液斷橋引起的黑斑析鋰等情況，最終導致鈷酸鋰-三元材料體系電池失效。
3、為了解決上述技術問題，本專利技術提供了一種卷繞式電芯以及包括該卷繞式電芯的電池。本專利技術的正極片采用雙層涂布的方式提高了單位面積上鈷酸鋰材料和三元材料的均勻性，改善了正極片容易出現黑斑或者析鋰的情況，并且在對應卷繞式電芯的彎折區設置凹部，能夠提高電解液對正極片的浸潤性，降低彎折區析鋰的風險，從而解決因電解液斷橋引起的黑斑析鋰的問題，同時凹部的設置降低了機械強度，相應的提高了其彈性，降低了彎折區的膨脹率，提高了電池的循環性能，延長了電池的循環壽命。
4、本專利技術第一方面提供了一種卷繞式電芯，其中，所述卷繞式電芯包括正極片，所述正極片包括正極集流體和位于正極集流體一側或兩側表面的正極活性材料層，所述正極活性材料層包括第一正極活性層和第二正極活性層，所述第一正極活性層位于所述正極集流體表面，所述第二正極活性層位于所述第一正極活性層表面，所述第一正極活性層包括三元材料，所述第二正極活性層包括鈷酸鋰材料，所述正極片包括凹部區，所述凹部區對應卷繞式電芯的彎折區，所述凹部區包括凹部，則所述正極片同時滿足如下關系式：0.01h≤h≤0.5h-0.01；h＝h1+h2；40≤h1+h2*d2/d1≤400；
5、其中，所述正極活性材料層的厚度為h，單位為μm，所述凹部的深度為h，單位為μm，所述第一正極活性層的厚度為h1，單位為μm，所述第二正極活性層的厚度為h2，單位為μm，所述三元材料的平均粒徑為d1，單位為μm，所述鈷酸鋰材料的平均粒徑為d2，單位為μm。
6、本專利技術第二方面提供了一種電池，該電池包括本專利技術第一方面所述的卷繞式電芯。
7、通過上述技術方案，本專利技術與現有技術相比至少具有以下優勢：
8、(1)所述正極采用雙層正極活性層的結構，能夠提高單位面積上鈷酸鋰材料和三元材料的均勻性，從而減少機械混合涂布造成的正極界面局部黑斑或析鋰的問題，并且將包括三元材料的第一正極活性層設置在靠近正極集流體表面側，包括鈷酸鋰材料的第二正極活性層設置在遠離正極集流體側，其中，三元材料的熱失控溫度較低，鈷酸鋰材料的熱失控溫度較高，此結構能夠實現與溫度從正極片的外側向內側傳遞的方向相匹配，當位于內側的三元材料達到失效溫度時，位于外側的鈷酸鋰材料尚未發生失效，此時可以延緩因三元材料的失效散發的熱量導致電池內部溫度升高，從而提高了電池的安全性能，并且，鈷酸鋰的比表面積較小，將其設置在表層能夠降低正極片對電解液的消耗，從而改善因電解液斷橋導致電芯的主體界面出現黑斑析鋰的情況；
9、(2)通過在對應繞式電芯的彎折區設置凹部，可以改善正極片的孔隙結構，提高電解液對正極片的浸潤性，提高正極片在長循環過程中對電解液的保液能力，解決因電解液斷橋引起的黑斑析鋰等問題，從而提高電池的倍率和循環穩定性能；
10、(3)通過控制三元材料的平均粒徑、鈷酸鋰材料的平均直徑、正極活性材料層的厚度、第一正極活性層的厚度、第二正極活性層的厚度以及凹部的深度之間的關系，一方面能夠延緩正極側對電解液的消耗速率，使得凹部的深度可以不用過深，從而能夠在解決彎折區析鋰的同時不會對正極側的活性物質造成過大的損耗；另一方面，能夠使正極片進一步優化，從而能夠在保持較高安全性能、循環穩定性的同時降低成本。
11、本專利技術的其它特點和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。
12、在本文中所披露的范圍的端點和任何值都不限于該精確的范圍或值，這些范圍或值應當理解為包含接近這些范圍或值的值。對于數值范圍來說，各個范圍的端點值之間、各個范圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數值范圍，這些數值范圍應被視為在本文中具體公開。
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1.一種卷繞式電芯，其特征在于，所述卷繞式電芯包括正極片，所述正極片包括正極集流體和位于正極集流體一側或兩側表面的正極活性材料層，所述正極活性材料層包括第一正極活性層和第二正極活性層，所述第一正極活性位于正極集流體表面，第二正極活性層位于第一正極活性層表面，所述第一正極活性層包括三元材料，所述第二正極活性層包括鈷酸鋰材料，所述正極活性材料層包括凹部區，所述凹部區對應卷繞式電芯的彎折區，所述凹部區包括凹部，則所述正極片同時滿足如下關系式：0.01H≤h≤0.5H-0.01；H＝h1+h2；40≤h1+h2*D2/D1≤400；
2.根據權利要求1所述的卷繞式電芯，其中，所述卷繞式電芯的彎折區的CB值為1.05-1.25；
3.根據權利要求2所述的卷繞式電芯，其中，所述凹部區包括至少一個孔，所述孔的深度為1μm-50μm，所述孔的直徑為20μm-200μm，所述孔的間距為20μm-5000μm，優選地，所述孔呈矩陣分布。
4.根據權利要求2中所述的卷繞式電芯，其中，所述凹部區包括至少一個槽，所述槽的寬度為1μm-500μm，所述槽的深度為1μm-5
5.根據權利要求1-4中任一項所述的卷繞式電芯，其中，3μm≤h1≤200μm，優選為20μm≤h1≤100μm；
6.根據權利要求5所述的卷繞式電芯，其中，所述三元材料的比表面積大于所述鈷酸鋰材料的比表面積；
7.一種電池，其特征在于，所述電池包括權利要求1-6中任一項所述的卷繞式電芯。
8.根據權利要求7所述的電池，其中，所述電池的保液量系數為1.8-2.2；
9.根據權利要求8所述的電池，其中，所述電池滿足如下關系式：0.03≤y-0.21h≤3.16；
10.根據權利要求9所述的電池，其中，所述基材包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺和聚烯烴中的一種或多種；
...【技術特征摘要】
1.一種卷繞式電芯，其特征在于，所述卷繞式電芯包括正極片，所述正極片包括正極集流體和位于正極集流體一側或兩側表面的正極活性材料層，所述正極活性材料層包括第一正極活性層和第二正極活性層，所述第一正極活性位于正極集流體表面，第二正極活性層位于第一正極活性層表面，所述第一正極活性層包括三元材料，所述第二正極活性層包括鈷酸鋰材料，所述正極活性材料層包括凹部區，所述凹部區對應卷繞式電芯的彎折區，所述凹部區包括凹部，則所述正極片同時滿足如下關系式：0.01h≤h≤0.5h-0.01；h＝h1+h2；40≤h1+h2*d2/d1≤400；
2.根據權利要求1所述的卷繞式電芯，其中，所述卷繞式電芯的彎折區的cb值為1.05-1.25；
3.根據權利要求2所述的卷繞式電芯，其中，所述凹部區包括至少一個孔，所述孔的深度為1μm-50μm，所述孔的直徑為20μm-200μm，所述孔的間距為20μm-5000μm，優選地，所述孔呈矩陣分布。<...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉亮，劉樂樂，
申請(專利權)人：珠海冠宇電池股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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