[0001] 本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种电芯极片、电芯及电池。

[0002] 锂电池是指电化学体系中含有锂(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池，近年来，锂电池因其循环寿命长、安全性能好、可快速充放电等众多优点，而被广泛应用于数码产品等领域。

[0003] 锂电池制备过程中，通常使用卷绕或叠片设备将正极极片、负极极片及隔膜装配，再封装于外壳中以制成电芯。目前，为防止电芯在循环过程中发生脱膜的情况，电芯极片的集流体表面通常涂覆安全涂层，导致电芯厚度变厚、重量变重，但是电芯容量并没有增加，进而使得电芯能量密度低，影响电芯的循环性能。实用新型内容

[0004] 本实用新型的主要目的是提出一种电芯极片，旨在提升电芯的能量密度。

[0005] 为实现上述目的，本实用新型提出一种电芯极片，该电芯极片包括：

[0006] 集流体；

[0007] 涂层，涂覆于所述集流体的表面，所述涂层背离所述集流体的一面凹陷形成有凹槽；

[0008] 活性物质层，涂覆于所述涂层背离所述集流体的一面，所述活性物质层具有嵌入所述凹槽中的第一填充部。

[0009] 在一些实施例中，所述凹槽为一个，一个所述凹槽的两端往所述涂层的长度方向或宽度方向延伸。

[0010] 在一些实施例中，所述凹槽为多个；

[0011] 其中，多个所述凹槽沿所述涂层的长度方向间隔设置且每一个所述凹槽的两端往所述涂层的宽度方向延伸；或者，

[0012] 多个所述凹槽沿所述涂层的宽度方向间隔设置且每一个所述凹槽的两端往所述涂层的长度方向延伸；或者，

[0013] 多个所述凹槽呈阵列设置。

[0014] 在一些实施例中，相邻两个所述凹槽之间的间距为2～10mm；和/或，[0015] 所述凹槽的槽宽为20～2000μm。

[0016] 在一些实施例中，所述涂层在任一相邻两个所述凹槽之间的区域形成有凹口，所述活性物质层还具有嵌入所述凹口的第二填充部；

[0017] 其中，所述凹口连通相邻两个所述凹槽，所述第二填充部与所述第一填充部相互交融；或者，所述凹口不连通两个所述凹槽，所述第二填充部与所述第一填充部间隔错开。

[0018] 在一些实施例中，所述凹槽的至少一侧壁上设有凸起；

[0019] 其中，所述侧壁上的所述凸起具有一个；或者，所述侧壁上的所述凸起具有多个，多个所述凸起沿所述涂层的厚度方向依次设置。

[0020] 在一些实施例中，所述凹槽的截面形状为方形、U形、三角形、梯形和阶梯形中的一种或者多种的组合。

[0021] 在一些实施例中，所述涂层为导电涂层。

[0022] 本实用新型还提出一种电芯，该电芯包括电芯正极极片、电芯负极极片和隔膜，所述隔膜位于所述电芯正极极片与所述电芯负极极片之间；

[0023] 其中，所述电芯正极极片为如前述的电芯极片；和/或，

[0024] 所述电芯负极极片为如前述的电芯极片。

[0025] 本实用新型还提出一种电池，该电池包括外壳和如前述的电芯，所述电芯封装于所述外壳中。

[0026] 本实用新型电芯极片中，集流体的表面涂覆有涂层，涂层背离集流体的一面凹陷形成有凹槽，活性物质层涂覆于涂层背离集流体的一面时，对应形成有嵌入凹槽中的第一填充部。活性物质层涂覆于涂层时通过第一填充部嵌入涂层的凹槽中，以使得厚度变薄，即减小了电芯极片厚度，提高了电芯的能量密度，提升了电芯能量循环性能。

[0043] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0044] 需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

[0045] 还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

[0046] 另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

[0047] 本实用新型提出一种电芯极片，参照图1和图2，该电芯极片包括：

[0048] 集流体100；

[0049] 涂层200，涂覆于集流体100的表面，涂层200背离集流体100的一面凹陷形成有凹槽210；

[0050] 活性物质层300，涂覆于涂层200背离集流体的一面，活性物质层300具有嵌入凹槽210中的第一填充部310。

[0051] 本实施例所涉及的电芯极片可以是电芯的正极极片，也可以是电芯的负极极片，对此不作限制。电芯极片包括集流体100、涂层200和活性物质层300，涂层200涂覆于集流体100上，活性物质层300涂覆于涂层200上，也即，涂层200位于集流体100与活性物质层300之间。可选地，如图1和图2所示，集流体100的相对两表面均涂覆有涂层200，且每一涂层200背离集流体100的一面均涂覆有活性物质层300。需要说明是，各附图所示仅为表示集流体
100、涂层200及活性物质层300之间的位置关系、连接关系等，并不构成对几者的长度、宽度以及厚度的限制。可选地，活性物质层300的长度大于或等于涂层200的长度，涂层200的厚度小于或等于活性物质层300的厚度。

[0052] 其中，涂层200背离集流体100的一面凹陷形成有凹槽210，活性物质层300涂覆于涂层200背离集流体100的一面时，对应形成有嵌入凹槽210中的第一填充部310，第一填充部310填充于凹槽210中与凹槽210的各槽壁相结合。本方案中所涉及的凹槽210，也可采用凹坑、凹孔等其它命名，对此不作限制。凹槽210的数量、形状、以及位置设置，可以根据实际情况设置。其中，对于集流体100的相对两表面的涂层200，两涂层200上凹槽210的设置(比如数量、形状以及位置设置等)可以相同或者不同，可以根据实际情况设置，对比不作限制。

[0053] 本电芯极片中，活性物质层300涂覆时通过第一填充部310嵌入涂层200的凹槽210中，以使得厚度变薄，即减小了电芯极片厚度，提高了电芯的能量密度，提升了电芯能量循环性能。

[0054] 此外，活性物质层300和涂层200通过第一填充部310与凹槽210实现互相嵌入，增加了接触面积，不仅提升了粘接力，有助于降低循环过程中电芯脱膜风险，其中，实现活性物质层300与涂层200之间的剥离力≥10N/m，涂层200与集流体100之间的剥离力≥50N/m；而且还增加了电子从涂层200进入活性物质层300的进入位置，提升导电能力，提升电芯能量循环性能。

[0055] 根据本方案可知，电芯极片的集流体100、涂层200、活性物质层300依次堆叠设置，集流体100、涂层200以及活性物质层300的长度方向、宽度方向、厚度方向相同，也即对应于电芯极片的长度方向、宽度方向、厚度方向。

[0056] 在一些实施例中，参照图3和图4，凹槽210为一个，一个凹槽210的两端往涂层200的长度方向或宽度方向延伸。

[0057] 具体地，涂层200上凹槽210的数量可仅设置一个，活性物质层300对应形成一个填充部。根据实际设置情况，可以是该凹槽210沿涂层200的长度方向设置，即凹槽210的两端往涂层200的长度方向延伸；或者，也可以是该凹槽210沿涂层200的宽度方向设置，即凹槽210的两端往涂层200的宽度方向延伸。本实施例中，涂层200上设置一个凹槽210，通过延长凹槽210的长度，以增大活性物质层300嵌入凹槽210中的第一填充部310的体积，从而尽可能的减薄活性物质层300的厚度，以提高电芯的能量密度。

[0058] 在一些实施例中，参照5至图7，凹槽210为多个；

[0059] 其中，多个凹槽210沿涂层200的长度方向间隔设置且每一个凹槽210的两端往涂层200的宽度方向延伸；或者，

[0060] 多个凹槽210沿涂层200的宽度方向间隔设置且每一个凹槽210的两端往涂层200的长度方向延伸；或者，

[0061] 多个凹槽210呈阵列设置。

[0062] 具体地，涂层200上凹槽210的数量可设置多个，活性物质层300对应形成多个第一填充部310。本实施例中，涂层200上设置多个凹槽210，以增多活性物质层300的第一填充部310的数量，从而较大程度的减薄活性物质层300的厚度，以提高电芯的能量密度。涂层200上的多个凹槽210可采用多种布局形式，比如，如图5所示，多个凹槽210沿涂层200的长度方向间隔设置且每一个凹槽210的两端往涂层200的宽度方向延伸。又比如，如图6所示，多个凹槽210沿涂层200的宽度方向间隔设置且每一个凹槽210的两端往涂层200的长度方向延伸。还比如，如图7所示，多个凹槽210呈阵列设置，即多个凹槽210分为多排多列，沿涂层200的长度方向形成一排排间隔设置的凹槽210，沿涂层200的宽度方向形成一列列间隔设置的凹槽210。并且，凹槽210的在涂层200上的投影形状可以为矩形，除此以外，如图8所示，还可以为圆形等其它形状，可以根据实际情况设置。

[0063] 在实际应用时，多个凹槽210除上述多种布局形式以外，还可采用其它，比如井字形布局，凹槽210之间互相垂直交叉设置等，可以根据实际情况设置。

[0064] 在一些实施例中，相邻两个凹槽之间的间距为2～10mm。其中，相邻两个凹槽之间的间距可根据实际情况在2～10mm范围内选择设置。并且，凹槽的槽宽为20～2000μm。其中，凹槽的槽宽可根据实际情况再20～2000μm范围内选择设置。

[0065] 在一些实施例中，参照图9和图10，涂层200在任一相邻两个凹槽210之间的区域形成有凹口220，活性物质层300还具有嵌入凹口220的第二填充部320；

[0066] 其中，凹口220连通相邻两个凹槽210，第二填充部320与第一填充部310相互交融；或者，凹口220不连通两个凹槽210，第二填充部320与第一填充部310间隔错开。

[0067] 具体地，凹口220对应凹槽210设置，活性物质层300涂覆于涂层200背离集流体100的一面时，对应形成有嵌入凹口220中的第二填充部320。可选地，凹口220的深度小于凹槽210的深度。凹口220可具有两种设置形式，其一，如图8所示，凹口220连通相邻两个凹槽
210，即凹口220的两侧对应连通于相邻两个凹槽210，进而活性物质层300涂覆于涂层200时，所形成的第二填充部320与第一填充部310相互交融；其二，如图9所示，凹口220不连通相邻两个凹槽210，即凹口220的两侧与相邻两个凹槽210不连通，进而活性物质层300涂覆于涂层200时，所形成的第二填充部320与第一填充部310间隔错开。相较于前种设置形式，后者所形成的第二填充部320的体积更大，进而活性物质层300的厚度更薄，电芯的能量密度更高。本实施例中，活性物质层300涂覆于涂层200时通过第二填充部320嵌入涂层200的凹口220中，从而进一步的减薄活性物质层300的厚度，以进一步提高电芯的能量密度。

[0068] 在一些实施例中，参照图10，凹槽210的至少一侧壁上设有凸起211；

[0069] 其中，侧壁上的凸起211具有一个；或者，侧壁上的凸起211具有多个，多个凸起211沿涂层200的厚度方向依次设置。

[0070] 具体地，可以是凹槽210的相对侧壁的其中之一上设有凸起211，也可以是凹槽210的相对侧壁上均设有凸起211。对于设有凸起211的侧壁，其上的凸起211可以是设置一个，也可以是设置多个，当设置多个时，多个凸起211沿涂层200的厚度方向依次设置。本实施例中，通过所设凸起211，进一步增大了凹槽210的侧壁与第一填充部310相结合的面积，即进一步增加了活性物质层300与第一接触部的接触面积，提升了粘接力，且在高度上对第一填充部310构成限位，第一填充部310难以从凹槽210中脱出，可提高活性物质层300与涂层200之间的结合稳固性；而且也进一步增加了电子从涂层200进入活性物质层300的进入位置，提升导电能力，提升电芯能量循环性能。

[0071] 在一些实施例中，参照图1、图11至图13，凹槽210的截面形状为方形、U形、三角形、梯形或阶梯形中的一种或者多种的组合。

[0072] 其中，凹槽210的截面形状可以采用多种，可以是方形、U形、三角形、梯形或阶梯形中的一种，或者是多种的组合，根据实际情况设置。凹槽210的截面形状为方形时，方形可以是正方形或长方形(即矩形)。凹槽210的截面形状为三角形时，三角形可以是直角三角形、等腰三角形或等边三角形等。凹槽210的截面形状为梯形，梯形可以是直角梯形或等腰梯形等，梯形可以正设或倒设，当梯形倒设时，凹槽210的侧壁从高度上对第一填充部310构成限位，第一填充部310难以从凹槽210中脱出，活性物质层300与涂层200结合更加稳固。在实际应用时，凹槽210的截面形状除上述多种形状以外，还可采用其它形状，其它形状可以包括异形形状，根据实际情况设置。

[0073] 在一些实施例中，涂层200为导电涂层。具体地，导电涂层的组分组成包括导电剂、粘接剂、无机填料和活性物质。其中，导电剂可以是导电碳黑，粘接剂可以是丁苯橡胶，无机填料可以是氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化钙，勃姆石、氢氧化铝等，负极的电极芯片的活性物质可以是石墨、硬碳、硅碳、硅氧、锂金属等；正极的电极芯片的活性物质可以是磷酸铁锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、钴酸锂等。

[0074] 以电芯负极极片的涂层200开设凹槽210为例，说明锂离子电池的制备过程。

[0075] (1)、制备电芯负极极片

[0076] 将氧化铝陶瓷、导电炭、丁苯橡胶，按照质量分数比10％：45％：45％以特定顺序加入到搅拌罐中，搅拌完成后的浆料粘度为100～2000mpa.s之间，将浆料通过凹版涂布均匀地涂覆在负极集流体100两侧，经烘干极片形貌如图1。

[0077] 将石墨与导电炭黑、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按质量比96：2.0：1.0:1.0制成锂离子负极浆料，再涂覆在带有涂层200的负极集流体100上并在90℃下烘干，进行切边、裁片、分条，分条后在真空条件下110℃烘干4小时，焊接极耳，以制成电芯负极极片。

[0078] (2)、制备电芯正极极片

[0079] 将钴酸锂、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯按质量比96：2.5：1.5混合均匀制成具有一定粘度的锂离子正极浆料，再涂覆在正极集流体100上，对正极极片进行冷压，进行切边、裁片、分条，分条后在真空条件下110℃烘干4小时，焊接极耳，以制成电芯正极极片。

[0080] (3)、制备锂离子电池

[0081] 将上述电芯正极极片与隔膜、电芯负极极片层叠之后卷绕成电芯，隔膜位于电芯正极极片与电芯负极极片之间，正极以铝极耳点焊引出，负极以镍极耳点焊引出；然后将电芯至于铝塑包装袋中，注入电解液，经封装、化成、容量等工序，以制成锂离子电池。

[0082] 根据上述锂离子电池的制备过程，调整凹槽210的槽深以及截面形状进行测试以获得实施例1～5，并相应进行涂层200无凹槽210设计的测试获得对比例以供比对，具体如下：

[0083] 实施例1：

[0084] 凹槽210的截面形状为矩形，其中，集流体100厚度为6μm，涂层200涂覆厚度h1为2μm，凹槽210深度h2为0.5μm，所形成的活性物质层300厚度H为80μm。

[0085] 实施例2：

[0086] 凹槽210的截面形状为矩形，其中，集流体100厚度为6μm，涂层200涂覆厚度h1为2μm，凹槽210深度h2为1μm，所形成的活性物质层300厚度H为79.75μm。

[0087] 实施例3：

[0088] 凹槽210的截面形状为矩形，其中，集流体100厚度为6μm，涂层200涂覆厚度h1为2μm，凹槽210深度h2为1.5μm，所形成的活性物质层300厚度H为79.5μm。

[0089] 实施例4：

[0090] 凹槽210的截面形状为U形，其中，其中集流体100厚度为6μm，涂层200涂覆厚度h1为2μm，凹槽210深度h2为0.5μm，所形成的活性物质层300厚度H为80.1μm。

[0091] 实施例5：

[0092] 凹槽210的截面形状为阶梯形，其中，其中集流体100厚度为6μm，涂层200涂覆厚度h1为2μm，凹槽210深度h2为0.5μm，所形成的活性物质层300厚度H为79.8μm。

[0093] 对比例：

[0094] 无凹槽210设计，其中，集流体100厚度为6μm，涂层200涂覆厚度h1为2μm，所形成的活性物质层300厚度H大于80μm。

[0095] 测试比对表

[0096]

[0097] 实施例测试结果如上表所示，通过实施例1、2、3与对比例的测试结果可知，涂层200设置凹槽210，可提升电芯能量密度，且涂层200的凹槽210越深，能量密度提升越明显，循环1000次后电芯容量比例越大。通过实施例1、实施例4与对比例的测试结果可知，相同尺寸U形凹槽210和矩形凹槽210均能提升电芯能量密度和改善循环，但U形凹槽210效果不如矩形凹槽210。通过实施例1、实施例5与对比例的测试结果可知，阶梯形凹槽210和矩形凹槽
210均能提升电芯能量密度与改善循环，但阶梯形凹槽210效果更好。

[0098] 本实用新型还提出一种电芯，该电芯包括电芯正极极片、电芯负极极片和隔膜，隔膜位于电芯正极极片与电芯负极极片之间；

[0099] 其中，电芯正极极片为如前述实施例记载的电芯极片；和/或，

[0100] 电芯负极极片为如前述实施例记载的电芯极片。

[0101] 其中，该电芯极片的具体结构参照上述实施例，由于本电芯采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。

[0102] 本实用新型还提出一种电池，该电池包括外壳和前述实施例记载的电芯，电芯封装于外壳中。该电芯的具体结构参照上述实施例，由于本电池采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。

[0103] 以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。