[0001] 本申请涉及电池技术领域，尤其是涉及一种阴极极片和锂离子电池。

[0002] 锂离子电池充电时，锂离子从阴极脱嵌，在电解液中扩散至阳极表面，并嵌入其中。但在一些异常情况，例如在低温条件下，从阴极脱嵌的锂离子无法嵌入阳极，就会析出
在阳极表面，形成肉眼可见的灰色物质，称为析锂，为此需要提升锂离子电池低温充电窗
口。然而，通常采用的方法是更换阴极极片的活性材料等方式，例如使用更高倍率的石墨
等。但这种方法成本高，意味着原有的极片材料无法继续使用。因此，有必要通过改进极片
结构，以最小代价提升低温性能，缓解析锂问题。
实用新型内容

[0003] 本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种阴极极片和锂离子电池。

[0004] 本申请的第一方面，提供一种阴极极片，包括依次层叠的集流体层、活性物质层和固态电解质层，所述活性物质层位于所述集流体层的至少一个表面，所述固态电解质层位
于所述活性物质层的边缘。

[0005] 根据本申请实施例的一种阴极极片，至少具有如下有益效果：

[0006] 本申请所提供的阴极极片借由解决边缘区域的动力学问题来在一定程度上提升充电窗口，通过在阴极片边缘区域设置固态电解质材料，可有效改善低温循环下的边缘析
锂，提升低温充电性能。

[0007] 在本申请的一些实施方式中，所述固态电解质层的宽度为2～10mm。

[0008] 在本申请的一些实施方式中，所述固态电解质层的厚度为1～20μm。

[0009] 在本申请的一些实施方式中，所述固态电解质层为无机固态电解质层、有机固态电解质层、无机‑有机复合固态电解质层中的任一种。

[0010] 在本申请的一些实施方式中，所述无机固态电解质层选自LLZO固态电解质层、LLTO固态电解质层、LZSiPO固态电解质层、LATP固态电解质层、LAGP固态电解质层、LPS固态
电解质层、LGPS固态电解质层、LSS固态电解质层、LSAS固态电解质层、LPSCl固态电解质层、
LSiPSCl固态电解质层、LSnPSCl固态电解质层、LiPON固态电解质层、Li3N固态电解质层中
的任一种。

[0011] 在本申请的一些实施方式中，所述有机固态电解质层选自PEO固态电解质层、PEG固态电解质层、PAN固态电解质层、PVDF固态电解质层、PMMA固态电解质层、PPO固态电解质
层、PVDF‑HFP固态电解质层中的任一种。

[0012] 在本申请的一些实施方式中，所述固态电解质层为无机固态电解质层。采用无机固态电解质形成的阴极极片可以更有效应用于高电压体系。

[0013] 在本申请的一些实施方式中，所述固态电解质层中的固态电解质颗粒的粒径为50～500μm。

[0014] 本申请的第二方面，提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括前述任一项的阴极极片。

[0015] 在本申请的一些实施方式中，所述锂离子电池为液态锂离子电池。

[0016] 在本申请的一些实施方式中，所述锂离子电池为高压电池，所述阴极极片的固态电解质层为无机固态电解质层。

[0017] 本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

[0021] 以下将结合实施例对本申请的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本申请的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施
例，而不是全部实施例，基于本申请的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前
提下所获得的其他实施例，均属于本申请保护的范围。

[0022] 下面详细描述本申请的实施例，描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

[0023] 在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数，约的含义是指在本数±
20％、10％、8％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.2％、0.1％等的范围内。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指
明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

[0024] 本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、
材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示
意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点
可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0025] 本申请的第一方面，提供一种阴极极片，参考图1，示出了本申请的一个阴极极片的结构，通常阴极极片包括集流体层100和位于集流体层100的至少一个表面上的活性物质
层200。而在本申请的阴极极片中，在活性物质层200上，额外设置固态电解质层300，并且固
态电解质层300位于活性物质层200的边缘，形成集流体层100、活性物质层200、固态电解质
层300的依次层叠结构。申请人在实验过程中面对低温循环条件下的析锂问题，针对性地拆
解电芯，发现极片的边缘区域是造成析锂问题的短板区域，因此考虑通过解决边缘区域的
动力学问题来提升充电窗口。基于以上思路，在阴极极片边缘区域设置固态电解质材料，从
而有效改善边缘析锂，提升低温充电性能。同时，采用固态电解质涂覆在极片边缘，提升了
极片边缘的保液量，电池的K值降低。基于以上思路，在阴极极片边缘区域设置固态电解质
材料，从而有效改善边缘析锂，提升低温充电性能，及降低K值。

[0026] 在其中一些实施方式中，参考图2的A和B，固态电解质层300位于活性物质层200的边缘包括垂直于阴极极片长度方向的至少一侧的边缘的第一固态电解质层301，和/或，包
括平行于阴极极片长度方向的至少一侧的边缘的第二固态电解质层302。例如，固态电解质
层300位于活性物质层200垂直于阴极极片长度方向的任意一侧的边缘或两侧的边缘，和/
或，固态电解质层300位于活性物质层200平行于阴极极片长度方向的任意一侧的边缘或两
侧的边缘。

[0027] 在其中一些实施方式中，固态电解质层300的宽度w为2～10mm，例如是2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm。如果形成的固态电解质层300的宽度太窄，对于改善低温
析锂的作用不明显；如果宽度太宽，则容易造成物料的浪费。其中，垂直于阴极极片长度方
向的至少一侧的边缘的第一固态电解质层301和平行于阴极极片长度方向的至少一侧的边
缘的第二固态电解质层302若同时存在，两者的宽度w1和w2可以是相同或不同，也即w1和w2
分别独立为2～10mm。另外，垂直于阴极极片长度方向的两侧的边缘的第一固态电解质层
301若同时存在，两者的宽度w1同样可以是相同或不同；平行于阴极极片长度方向的两侧的
边缘的第二固态电解质层302若同时存在，两者的宽度w2同样可以是相同或不同。

[0028] 在其中一些实施方式中，固态电解质层300的厚度h为1～20μm，例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm。如果固态电解质层300太薄，则对于改善低温析锂的作用不明显，如果太厚则会对
电芯平整度造成较为明显的影响。类似的，垂直于阴极极片长度方向的至少一侧的边缘的
第一固态电解质层301和平行于阴极极片长度方向的至少一侧的边缘的第二固态电解质层
302若同时存在，两者的厚度可以是相同或不同，也即第一固态电解质层301的厚度和第二
固态电解质层302的厚度分别独立为2～10mm。另外，垂直于阴极极片长度方向的两侧的边
缘的第一固态电解质层301若同时存在，两者的厚度同样可以是相同或不同；平行于阴极极
片长度方向的两侧的边缘的第二固态电解质层302若同时存在，两者的厚度同样可以是相
同或不同。

[0029] 在其中一些实施方式中，固态电解质层300所使用的固态电解质根据其类型可以分为无机固态电解质、有机固态电解质和无机‑有机复合固态电解质，因而固态电解质层
300可以相应地为无机固态电解质层、有机固态电解质层和无机‑有机复合固态电解质层。
其中，无机固态电解质层根据阴离子的不同可以包括氧化物固态电解质层和硫化物固态电
解质层，例如可以是锂镧锆氧(LLZO)固态电解质层、锂镧钛氧(LLTO)固态电解质层、LZSiPO
固态电解质层、磷酸钛铝锂(LATP)固态电解质层、磷酸锗铝锂(LAGP)固态电解质层、锂磷硫
(LPS)固态电解质层、锂锗磷硫(LGPS)固态电解质层、锂锡硫(LSS)固态电解质层、锂锡砷硫
(LSAS)固态电解质层、锂磷硫氯(LPSCl)固态电解质层、锂硅磷硫氯(LSiPSCl)固态电解质
层、锂锡磷硫氯(LSnPSCl)固态电解质层、锂磷氧氮(LiPON)固态电解质层、氮化锂(Li3N)固
态电解质层中的任一种。有机固态电解质层例如可以是聚氧化乙烯(PEO)固态电解质层、聚
乙二醇(PEG)固态电解质层、聚丙烯腈(PAN)固态电解质层、聚偏氟乙烯(PVDF)固态电解质
层、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)固态电解质层、聚环氧丙烷(PPO)固态电解质层、聚偏二氟乙
烯‑六氟丙烯(PVDF‑HFP)固态电解质层中的任一种。无机‑有机复合固态电解质层为上述至
少一种无机固态电解质和至少一种有机固态电解质复合形成的无机‑有机复合固态电解质
层。可以理解的是，上述任一种固态电解质层也包括上述固态电解质经改性、掺杂等至少一
种物理和/或化学方式处理后的固态电解质形成的固态电解质层。

[0030] 在其中一些实施方式中，固态电解质层中的固态电解质颗粒的粒径为50～500μm，例如可以是50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm。当固态电解质颗粒的粒径过小，固态电解质浆料稳定性差，易团聚，影响涂覆；当固态电解质颗粒的
粒径过大，形成的固态电解质层的效果不佳。

[0031] 在其中一些实施方式中，固态电解质颗粒形成固态电解质层时，包括将固态电解质分散于溶剂中形成固态电解质浆料后按照形状要求涂布在活性物质层上干燥得到固态
电解质层。在其中一些实施方式中，溶剂可以是丙酮、N‑甲基吡咯烷酮(NMP)或其它可选溶
剂。

[0032] 在其中一些实施方式中，固态电解质浆料中还包括表面活性剂、粘结剂等助剂中的至少一种。

[0033] 在其中一些实施方式中，阴极极片的集流体层包括金属箔(如铝箔、银箔、锡箔、铁箔、钛箔、镍箔、铜箔或上述金属的合金箔)、金属网(如铝网、银网、锡网、铁网、钛网、镍网、
铜网或上述金属的合金网)中的至少一种。

[0034] 在其中一些实施方式中，阴极极片的活性物质层包括阴极活性材料，例如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰铝酸锂等其中至少一种。

[0035] 在其中一些实施方式中，阴极极片的活性物质层还包括导电剂、粘结剂中的至少一种。导电剂包括但不限于石墨、乙炔黑、炭黑、碳纳米管、碳纤维等其中至少一种。粘结剂
包括但不限于聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶
(SBR)、聚氨酯(PU)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)等其中至少一种。

[0036] 在其中一些实施方式中，阴极极片的活性物质层包括70～99wt％的阴极活性材料、0.5～10wt％的导电剂和0.5～20wt％的粘结剂。

[0037] 在其中一些实施方式中，阴极活性材料、导电剂和粘结剂制成阴极极片的活性物质层时，包括将其分散于溶剂中形成活性物质浆料后涂布在集流体上干燥得到活性物质
层。在其中一些实施方式中，溶剂可以是N‑甲基吡咯烷酮(NMP)或其它可选溶剂。

[0038] 本申请的第二方面，还提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括前述的阴极极片。

[0039] 在其中一些实施方式中，该锂离子电池包括阴极极片、阳极极片、位于阴极极片和阳极极片之间的隔膜，以及电解质。

[0040] 在其中一些实施方式中，阳极极片包括阳极的集流体以及位于集流体上的活性物质层，活性物质层包括硅材料、碳材料、硅碳复合材料等其中任一种。

[0041] 在其中一些实施方式中，阳极极片的活性物质层还包括导电剂、粘结剂中的至少一种。导电剂包括但不限于石墨、乙炔黑、炭黑、碳纳米管、碳纤维等其中至少一种。粘结剂
包括但不限于聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶
(SBR)、聚氨酯(PU)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)等其中至少一种。

[0042] 在其中一些实施方式中，阳极极片的活性物质层包括70～99wt％的阳极活性材料、0.5～10wt％的导电剂和0.5～20wt％的粘结剂。

[0043] 在其中一些实施方式中，阳极活性材料、导电剂和粘结剂制成阳极的活性物质层时，包括将其分散于溶剂中后涂布在集流体上干燥得到活性物质层。在其中一些实施方式
中，溶剂可以是N‑甲基吡咯烷酮(NMP)或其它可选溶剂。

[0044] 在其中一些实施方式中，阳极的集流体包括金属箔(如铝箔、银箔、锡箔、铁箔、钛箔、镍箔、铜箔或上述金属的合金箔)、金属网(如铝网、银网、锡网、铁网、钛网、镍网、铜网或
上述金属的合金网)中的至少一种。

[0045] 在其中一些实施方式中，隔膜包括聚烯烃隔膜，例如是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)中的一种或多种材料的单层或多层薄膜。

[0046] 在其中一些实施方式中，阳极极片、隔膜以及阴极极片通过卷绕、层叠等其中至少一种方式得到电芯，并制成锂离子电池。

[0047] 在其中一些实施方式中，电解质为电解液，锂离子电池为液态锂离子电池。

[0048] 在其中一些实施方式中，得到的电芯包裹在不限于软壳和/或硬壳的外壳中，注入电解液后封口得到锂离子电池。

[0049] 在其中一些实施方式中，锂离子电池为高压电池。对于锂离子电池而言，通常高压电池为标称电压3.8V以上(例如3.8V或3.85V)，相应的充电截止电压为4.35V以上(例如
4.35V或4.4V)。而高压电池中阴极极片上固态电解质层为无机固态电解质层。采用无机固
态电介质作为阴极极片的固态电介质层可以很好地匹配高压电池体系。

[0050] 以下结合具体实施例对本申请进行说明。

[0051] 实施例1

[0052] 参考图1，本实施例提供一种阴极极片，包括集流体100和位于集流体上的活性物质层200，活性物质层200上还设有位于其四周边缘的固态电解质层300。

[0053] 其制备方法如下：

[0054] 按照钴酸锂、乙炔黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯的质量比为98.2：0.5：0.3：1.0配制阴极极片的活性物质层浆料，以N‑甲基吡咯烷酮为溶剂，固含量为75％。将活性物质层浆料均
匀涂覆到厚度为9μm的铝箔集流体上，涂覆厚度为45μm。冷压、分条、裁切得到具有集流体和
2
活性物质层的阴极极片。阴极极片的面密度为0.2g/1540mm，压实密度为4.2g/cm3。

[0055] 随后按照磷酸钛铝锂(粒径50～100μm)、聚二甲基硅氧烷、聚偏二氟乙烯的质量比为100：5：2配制阴极极片的固态电解质层浆料，以N‑甲基吡咯烷酮为溶剂，固含量50％。参
考图1，在活性物质层的四周边缘涂覆固态电解质浆料，涂覆的宽度w均为5mm，涂覆厚度均
为1μm。

[0056] 实施例2

[0057] 本实施例提供一种阴极极片，与实施例1相比，制备过程中固态电解质层浆料中的磷酸钛铝锂替换为等质量的LLZO，其他参数均不变。

[0058] 实施例3

[0059] 本实施例提供一种阴极极片，与实施例1相比，制备过程中固态电解质层浆料中的磷酸钛铝锂替换为等质量的LLTO，其他参数均不变。

[0060] 实施例4

[0061] 本实施例提供一种阴极极片，与实施例1相比，制备过程中固态电解质层浆料中的磷酸钛铝锂替换为等质量的LAGP，其他参数均不变。

[0062] 对比例1

[0063] 本对比例提供一种阴极极片，与实施例1的区别在于，活性物质层上无固态电解质层。

[0064] 析锂测试

[0065] 阳极极片按照纳米硅、导电炭黑、丁苯橡胶和聚丙烯酸锂的质量比为97.2：0.5：0.5：1.8配制活性物质浆料，以N‑甲基吡咯烷酮为溶剂，固含量为50％。将阳极极片的活性
物质浆料均匀涂覆到厚度为5μm的铜箔集流体上，涂覆厚度为45μm，冷压、分条、裁切得到阳
2 3
极极片。阳极极片的面密度为0.1g/1540mm，压实密度为1.7g/cm。

[0066] 将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯和丙酸丙酯按照体积比1：1：4：4混合，并加入终浓度为1mol/L的LiPF6，配制成电解液。

[0067] 将实施例1或对比例1提供的阴极极片、PE隔膜以及阳极极片卷绕制成裸电芯，而后封装注入电解液制得锂离子电池。

[0068] 将组装好的锂离子电池在0℃条件下静置2H，然后以1C充放电循环10周，循环结束后将电芯充满电，在低湿房拆解，观察阳极极片是否析锂。

[0069] 测试结果显示，对比例1中阳极极片的边缘出现明显的析锂现象，相比之下，实施例1中由于在活性物质层的边缘额外层叠了固态电解质层，低温循环条件下都没有出现析
锂。

[0070] 上面结合实施例对本申请作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各
种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。