负极连续极片结构、负极极片及其制备方法、钠离子电池与流程

本发明涉及电池生产，尤其涉及一种负极连续极片结构、负极极片及其制备方法、钠离子电池。

背景技术：

1、在新能源行业高速发展的当下，市场对动力电池电芯的能量密度提出了愈发严苛的要求，行业普遍通过提升极片面密度与压实密度的方式，实现电芯能量密度的升级迭代。但在高面密度、高压实密度的厚极片规模化应用过程中，传统极片结构及制备工艺逐渐暴露出诸多难以规避的技术缺陷，严重制约了电芯综合性能与安全性能的进一步提升。

2、首先，极片面密度的大幅提升，会直接导致极片模切加工过程中极易出现掉料、边缘毛刺等不良缺陷。此类工艺不良问题不仅会降低极片成品合格率，增加生产损耗与成本，还会在电芯后续组装及充放电使用过程中，引发内部短路、局部过热等安全隐患，大幅劣化电芯的安全性能与循环使用寿命。

3、其次，高压实密度的厚电极片内部材料堆叠压实度极高，极易造成极片内部应力集中、内应力大幅增大的问题。残余内应力会直接导致极片表面产生褶皱、翘曲等外观缺陷，同时会破坏电极涂层与集流体之间的结合界面，引发界面贴合不良、接触阻抗增大等问题，甚至在电芯充放电过程中诱发析钠现象，严重影响电芯的充放电稳定性与使用安全性。

4、再者，传统电极内部活性颗粒排布曲折无序，钠离子仅能在杂乱的颗粒间隙中进行长距离迂回扩散，整体钠离子传输迂曲度高、迁移速度慢，极大限制了电芯的充放电效率。与此同时，厚电极内部空间结构致密、孔隙率分布不合理，电解液难以充分、快速浸润极片内部，进一步加剧了电芯电化学性能的衰减，尤其会大幅降低电芯的快充能力与低温充放电性能。

5、因此，有必要至少提供一种负极连续极片结构，其可在模切时减少出现毛刺、掉料现象，可释放涂层和集流体界面应力，并可降低钠离子的传输迂曲度，以及提供一种负极极片及其制备方法以及一种钠离子电池。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种负极连续极片结构，其可在模切时减少出现毛刺、掉料现象，可释放涂层和集流体界面应力，并可降低钠离子的传输迂曲度。

2、本发明的第二目的在于提供一种负极极片，该负极极片出现毛刺、掉料现象少，可释放涂层和集流体界面应力，并可降低钠离子的传输迂曲度。

3、本发明的第三目的在于提供一种负极极片的制备方法，其可减少极片出现毛刺、掉料现象，可释放涂层和集流体界面应力，并可降低钠离子的传输迂曲度。

4、本发明的第四目的在于提供一种钠离子电池，该钠离子电池包括通过上述负极极片制备方法得到的负极片。该钠离子电池安全性高、充放电效率高。

5、为实现上述第一目的，本发明提供了一种负极连续极片结构，包括极片本体，所述极片本体上沿其长度方向连续压印有若干个压花结构，所述压花结构包括沿所述极片本体的长度方向依次连接的交叉网格压花段、第一平行线槽压花段、六边形蜂窝阵列段以及第二平行线槽压花段；所述交叉网格压花段包括若干条呈平行设置的第一交叉斜线槽以及若干呈平行设置的第二交叉斜线槽，所述第一交叉斜线槽的倾斜方向和所述第二交叉斜线槽的倾斜方向均与所述极片本体的长度方向相交，且所述第一交叉斜线槽的倾斜方向与所述第二交叉斜线槽的倾斜方向相交；所述交叉网格压花段上设有与所述极片本体的长度方向垂直的模切位；所述第一平行线槽压花段包括若干条呈平行设置的第一平行线槽，所述第一平行线槽的两端分别与所述交叉网格压花段、所述六边形蜂窝阵列段的一端连接；所述六边形蜂窝阵列段包括若干个相互连接的六边形蜂窝槽；所述第二平行线槽压花段包括若干条呈平行设置的第二平行线槽，所述第二平行线槽的一端与所述六边形蜂窝阵列段的另一端连接，所述第二平行线槽的另一端与相邻的所述压花结构的所述交叉网格压花段连接。

6、与现有技术相比，本发明的负极连续极片结构通过在极片本体上沿其长度方向连续压印若干个压花结构，该压花结构包括沿所述极片本体的长度方向依次连接的交叉网格压花段、第一平行线槽压花段、六边形蜂窝阵列段以及第二平行线槽压花段，首先，交叉网格压花段上设有与所述极片本体的长度方向垂直的模切位，故而，交叉网格压花段处于模切后的单个负极极片的边缘区域，交叉网格压花段可在极片本体表面的涂层中预先制造应力集中点阵列，在通过模切位模切时，裂纹优先沿交叉网格压花段的网格线结构扩展而非随机撕裂，将不可控的韧性断裂转化为可控的准脆性断裂，从而减少极片模切边缘区域出现毛刺、掉料现象；其次，第一平行线槽压花段和第二平行线槽压花段紧挨边缘区域位置的交叉网格压花段，第一平行线槽压花段的第一平行线槽以及第二平行线槽压花段的第二平行线槽在靠近边缘区域逐步释放涂层内残余应力，形成应力渐降过渡带，使模切时涂层和极片本体的集流体界面剪切应力集中系数降低，实现释放涂层和集流体界面应力的效果；再次，六边形蜂窝阵列段位于极片本体的主体区域，六边形蜂窝阵列段的各六边形蜂窝槽所形成的六边形微流道在电极内部构建了三维互联的离子快速通道网络，避免钠离子在曲折无序的颗粒间隙中长距离绕行，从而可降低钠离子的传输迂曲度；还有，六边形蜂窝阵列段的各六边形蜂窝槽构成分布式电解液微型储库，形成电解液微储层效应，当低温环境下电解液粘度上升导致体相流动受阻时，这些电解液微型储库可实现“就地供给”电解液，从而可维持电极或电解液界面处的离子浓度，降低浓差极化。

7、较佳地，所述第一交叉斜线槽的倾斜方向与所述极片本体的长度方向之间的夹角为45度，所述第二交叉斜线槽的倾斜方向与所述极片本体的长度方向之间的夹角也为45度。

8、较佳地，所述第一交叉斜线槽的宽度和所述第二交叉斜线槽的宽度均在8-12微米的范围内。

9、较佳地，所述第一平行线槽的长度方向与所述极片本体的长度方向相同；所述第二平行线槽的长度方向与所述极片本体的长度方向相同。

10、较佳地，在所述第一平行线槽压花段中，相邻两所述第一平行线槽之间的间距在80-120微米的范围内；在所述第二平行线槽压花段中，相邻两所述第二平行线槽之间的间距在80-120微米的范围内。

11、较佳地，所述第一平行线槽的宽度在15-25微米的范围内；所述第二平行线槽的宽度在15-25微米的范围内。

12、较佳地，所述六边形蜂窝槽的槽边宽度在20-30微米的范围内。

13、较佳地，所述交叉网格压花段在所述极片本体的涂层表面上的压印深度在所述极片本体的涂层厚度的30%-50%的范围内；所述第一平行线槽压花段在所述极片本体的涂层表面上的压印深度在所述极片本体的涂层厚度的15%-25%的范围内；所述第二平行线槽压花段在所述极片本体的涂层表面上的压印深度在所述极片本体的涂层厚度的15%-25%的范围内；所述六边形蜂窝阵列段在所述极片本体的涂层表面上的压印深度在所述极片本体的涂层厚度的10%-15%的范围内。

14、为实现上述第二目的，本发明提供了一种负极极片，其包括极片本体，所述极片本体上沿其长度方向设有压花结构，所述压花结构包括交叉网格压花段、第一平行线槽压花段、六边形蜂窝阵列段以及第二平行线槽压花段，两所述交叉网格压花段分别位于所述极片本体的两端边缘区域，所述六边形蜂窝阵列段位于所述极片本体的中间主体区域，所述第一平行线槽压花段连接于所述六边形蜂窝阵列段的一端与其中一个所述交叉网格压花段之间，所述第二平行线槽压花段连接于所述六边形蜂窝阵列段的另一端与另一个所述交叉网格压花段之间；所述交叉网格压花段包括若干条呈平行设置的第一交叉斜线槽以及若干呈平行设置的第二交叉斜线槽，所述第一交叉斜线槽的倾斜方向和所述第二交叉斜线槽的倾斜方向均与所述极片本体的长度方向相交，且所述第一交叉斜线槽的倾斜方向与所述第二交叉斜线槽的倾斜方向相交；所述第一平行线槽压花段包括若干条呈平行设置的第一平行线槽，所述第一平行线槽的一端与所述交叉网格压花段连接，所述第一平行线槽的另一端与所述六边形蜂窝阵列段的一端连接；所述六边形蜂窝阵列段包括若干个相互连接的六边形蜂窝槽；所述第二平行线槽压花段包括若干条呈平行设置的第二平行线槽，所述第二平行线槽的一端与所述六边形蜂窝阵列段的另一端连接，所述第二平行线槽的另一端与所述交叉网格压花段连接。

15、与现有技术相比，本发明的负极极片通过在极片本体上设有压花结构，该压花结构包括交叉网格压花段、第一平行线槽压花段、六边形蜂窝阵列段以及第二平行线槽压花段，其中，两所述交叉网格压花段分别位于所述极片本体的两端边缘区域，所述六边形蜂窝阵列段位于所述极片本体的中间主体区域，所述第一平行线槽压花段连接于所述六边形蜂窝阵列段的一端与其中一个所述交叉网格压花段之间，所述第二平行线槽压花段连接于所述六边形蜂窝阵列段的另一端与另一个所述交叉网格压花段之间，首先，交叉网格压花段处于负极极片的边缘区域，交叉网格压花段可在极片本体表面的涂层中预先制造应力集中点阵列，在模切时，裂纹优先沿交叉网格压花段的网格线结构扩展而非随机撕裂，将不可控的韧性断裂转化为可控的准脆性断裂，从而减少模切后的负极极片的边缘区域出现毛刺、掉料现象；其次，第一平行线槽压花段和第二平行线槽压花段紧挨边缘区域位置的交叉网格压花段，第一平行线槽压花段的第一平行线槽以及第二平行线槽压花段的第二平行线槽在靠近边缘区域逐步释放涂层内残余应力，形成应力渐降过渡带，使模切时涂层和极片本体的集流体界面剪切应力集中系数降低，实现释放涂层和集流体界面应力的效果；再次，六边形蜂窝阵列段位于极片本体的主体区域，六边形蜂窝阵列段的各六边形蜂窝槽所形成的六边形微流道在电极内部构建了三维互联的离子快速通道网络，避免钠离子在曲折无序的颗粒间隙中长距离绕行，从而可降低钠离子的传输迂曲度；还有，六边形蜂窝阵列段的各六边形蜂窝槽构成分布式电解液微型储库，形成电解液微储层效应，当低温环境下电解液粘度上升导致体相流动受阻时，这些电解液微型储库可实现“就地供给”电解液，从而可维持电极或电解液界面处的离子浓度，降低浓差极化。

16、为实现上述第三目的，本发明提供了一种上述的负极极片的制备方法，其包括以下步骤：（1）提供表面具有涂层的极片本体；（2）用压花滚筒沿所述极片本体的长度方向对所述极片本体的表面涂层进行连续辊压，以使所述极片本体沿其长度方向连续压印有若干个压花结构，其中，所述压花结构包括沿所述极片本体的长度方向依次连接的交叉网格压花段、第一平行线槽压花段、六边形蜂窝阵列段以及第二平行线槽压花段；所述交叉网格压花段包括若干条呈平行设置的第一交叉斜线槽以及若干呈平行设置的第二交叉斜线槽，所述第一交叉斜线槽的倾斜方向和所述第二交叉斜线槽的倾斜方向均与所述极片本体的长度方向相交，且所述第一交叉斜线槽的倾斜方向与所述第二交叉斜线槽的倾斜方向相交；所述交叉网格压花段上设有与所述极片本体的长度方向垂直的模切位；所述第一平行线槽压花段包括若干条呈平行设置的第一平行线槽，所述第一平行线槽的两端分别与所述交叉网格压花段、所述六边形蜂窝阵列段的一端连接；所述六边形蜂窝阵列段包括若干个相互连接的六边形蜂窝槽；所述第二平行线槽压花段包括若干条呈平行设置的第二平行线槽，所述第二平行线槽的一端与所述六边形蜂窝阵列段的另一端连接，所述第二平行线槽的另一端与相邻的所述压花结构的所述交叉网格压花段连接；（3）在各所述交叉网格压花段的所述模切位进行模切，以得到负极极片。

17、与现有技术相比，在本发明的负极极片的制备方法得到的负极极片中，由于负极极片在极片本体上设有压花结构，该压花结构包括交叉网格压花段、第一平行线槽压花段、六边形蜂窝阵列段以及第二平行线槽压花段，其中，两所述交叉网格压花段分别位于所述极片本体的两端边缘区域，所述六边形蜂窝阵列段位于所述极片本体的中间主体区域，所述第一平行线槽压花段连接于所述六边形蜂窝阵列段的一端与其中一个所述交叉网格压花段之间，所述第二平行线槽压花段连接于所述六边形蜂窝阵列段的另一端与另一个所述交叉网格压花段之间，首先，交叉网格压花段处于负极极片的边缘区域，交叉网格压花段可在极片本体表面的涂层中预先制造应力集中点阵列，在模切时，裂纹优先沿交叉网格压花段的网格线结构扩展而非随机撕裂，将不可控的韧性断裂转化为可控的准脆性断裂，从而减少模切后的负极极片的边缘区域出现毛刺、掉料现象；其次，第一平行线槽压花段和第二平行线槽压花段紧挨边缘区域位置的交叉网格压花段，第一平行线槽压花段的第一平行线槽以及第二平行线槽压花段的第二平行线槽在靠近边缘区域逐步释放涂层内残余应力，形成应力渐降过渡带，使模切时涂层和极片本体的集流体界面剪切应力集中系数降低，实现释放涂层和集流体界面应力的效果；再次，六边形蜂窝阵列段位于极片本体的主体区域，六边形蜂窝阵列段的各六边形蜂窝槽所形成的六边形微流道在电极内部构建了三维互联的离子快速通道网络，避免钠离子在曲折无序的颗粒间隙中长距离绕行，从而可降低钠离子的传输迂曲度；还有，六边形蜂窝阵列段的各六边形蜂窝槽构成分布式电解液微型储库，形成电解液微储层效应，当低温环境下电解液粘度上升导致体相流动受阻时，这些电解液微型储库可实现“就地供给”电解液，从而可维持电极或电解液界面处的离子浓度，降低浓差极化。

18、较佳地，所述步骤（1）进一步包括以下步骤：（11）称取硬碳、sbr和导电炭黑，所述硬碳、所述sbr和所述导电炭黑三者的质量比为8：1：1，加入去离子水，以形成极片浆料，用搅拌罐对所述极片浆料进行搅拌，然后用筛网对所述极片浆料进行过筛；（12）用挤压式涂布的方式将所述极片浆料在涂碳铝箔上进行涂布，以得到表面具有涂层的极片本体，然后将所述极片本体转入真空烘箱内进行烘烤。

19、为实现上述第四目的，本发明提供了一种钠离子电池，包括上述的负极极片，或通过上述的负极极片的制备方法得到的负极片。

20、与现有技术相比，本发明的钠离子电池包括负极片，该负极极片在极片本体上设有压花结构，该压花结构包括交叉网格压花段、第一平行线槽压花段、六边形蜂窝阵列段以及第二平行线槽压花段，其中，两所述交叉网格压花段分别位于所述极片本体的两端边缘区域，所述六边形蜂窝阵列段位于所述极片本体的中间主体区域，所述第一平行线槽压花段连接于所述六边形蜂窝阵列段的一端与其中一个所述交叉网格压花段之间，所述第二平行线槽压花段连接于所述六边形蜂窝阵列段的另一端与另一个所述交叉网格压花段之间，首先，交叉网格压花段处于负极极片的边缘区域，交叉网格压花段可在极片本体表面的涂层中预先制造应力集中点阵列，在模切时，裂纹优先沿交叉网格压花段的网格线结构扩展而非随机撕裂，将不可控的韧性断裂转化为可控的准脆性断裂，从而减少模切后的负极极片的边缘区域出现毛刺、掉料现象；其次，第一平行线槽压花段和第二平行线槽压花段紧挨边缘区域位置的交叉网格压花段，第一平行线槽压花段的第一平行线槽以及第二平行线槽压花段的第二平行线槽在靠近边缘区域逐步释放涂层内残余应力，形成应力渐降过渡带，使模切时涂层和极片本体的集流体界面剪切应力集中系数降低，实现释放涂层和集流体界面应力的效果；再次，六边形蜂窝阵列段位于极片本体的主体区域，六边形蜂窝阵列段的各六边形蜂窝槽所形成的六边形微流道在电极内部构建了三维互联的离子快速通道网络，避免钠离子在曲折无序的颗粒间隙中长距离绕行，从而可降低钠离子的传输迂曲度；还有，六边形蜂窝阵列段的各六边形蜂窝槽构成分布式电解液微型储库，形成电解液微储层效应，当低温环境下电解液粘度上升导致体相流动受阻时，这些电解液微型储库可实现“就地供给”电解液，从而可维持电极或电解液界面处的离子浓度，降低浓差极化。