电极组件、电池单体、电池以及用电装置的制作方法

专利查询2022-6-12  91



1.本技术涉及电池生产技术领域,特别是涉及一种电极组件、电池单体、电池以及用电装置。


背景技术:

2.电池单体广泛用于电子设备,例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等。电池单体可以包括镉镍电池单体、氢镍电池单体、锂离子电池单体、钠离子电池单体和二次碱性锌锰电池单体等。电池单体包括电极组件,电极组件中发生离子迁移并产生电流后将电流汇集输出。
3.在电池技术的发展中,如何提高电极组件的性能,是电池技术中一个亟待解决的技术问题。


技术实现要素:

4.本技术提供一种电极组件、电池单体、电池以及用电装置,旨在提高电极组件的性能。
5.第一方面,本技术实施例提供了一种电极组件,包括极片和极耳,极片包括集流体和设置于集流体的表面的活性物质层。集流体包括:第一支撑层,包括主体部和凸出部,凸出部从主体部凸出形成;以及导电层,包括设置于主体部的第一导电部和设置于凸出部的第二导电部,至少部分活性物质层设置于第一导电部的背离主体部的表面,第二导电部用于与极耳连接。其中,在主体部指向凸出部的方向上,凸出部超出第二导电部。
6.上述方案中,在主体部指向凸出部的方向上,将第一支撑层的部分凸出部超出第二导电部,从而使第一支撑层的部分边缘露出;由于第一支撑层的延展性较好,将第一支撑层的部分边缘露出可以提高集流体边缘的延展性,减小第二导电部在加工过程中发生开裂的概率,提高集流体的加工性能,从而改善电极组件的过流能力和安全性能。
7.在一些实施例中,集流体还包括设置于凸出部的表面的第二支撑层,第二支撑层位于第二导电部背离第一导电部的一侧。本实施例设置第二支撑层可以进一步增加集流体的边缘厚度,以此提高集流体整体的延展性,降低导电层开裂的可能性,从而提高电极组件的过流能力和安全性能。
8.在一些实施例中,第二支撑层连接于第二导电部。第二支撑层和第二导电部连续设置,第二导电部与极耳焊接过程中,第二支撑层可以释放焊接应力,可进一步降低第二导电部开裂的可能性。
9.在一些实施例中,第二支撑层用于与极耳焊接。在第二导电部与极耳焊接过程中,也可将第二支撑层与极耳焊接,以降低发生虚焊的可能性,提高连接强度。
10.在一些实施例中,第二支撑层包括沿其自身厚度方向x层叠设置的多层子层,靠近极耳的子层与极耳焊接。本实施例可以提高第二支撑层的焊接性能,防止极耳和第二支撑层之间发生虚焊;多层结构还能够提高第二支撑层的延展性。
11.在一些实施例中,第二支撑层的厚度和第二导电部的厚度比值为 a1,其中,1≤a1≤1.5。a1在此数值范围内,可提高集流体的延展性,并且可保证电池单体的能量密度。
12.在一些实施例中,第二支撑层的厚度为d1,其中, 0.503μm≤d1≤6.75μm。第二支撑层的厚度适中,一方面可以提高集流体的延展性,另一方面集流体的整体厚度适中,从而可保证电池单体的能量密度。
13.在一些实施例中,在主体部指向凸出部的方向上,凸出部的尺寸与第二导电部的尺寸之比为a2,其中,1.8≤a2≤3。本实施例一方面可以进一步提高集流体边缘的延展性;另一方面,可以降低凸出部和极耳之间虚焊的可能性。
14.在一些实施例中,在主体部指向凸出部的方向上,凸出部的尺寸为c1,其中,2mm<c1≤30mm。本实施例一方面可以进一步提高集流体边缘的延展性;另一方面,可以降低凸出部和极耳之间虚焊的可能性。
15.在一些实施例中,在主体部指向凸出部的方向上,第二导电部的尺寸为c2,其中1mm<c2≤10mm。本实施例一方面可以为极耳提供适合的焊接区域;另一方面可以保证第一导电部的一定宽度,以此保证形成于第一导电部的活性物质层的宽度。
16.在一些实施例中,第二导电部的厚度大于第一导电部的厚度。本实施例中增加第二导电部的厚度,可以提高第二导电部的强度,从而可以提高在焊接过程中的焊接性能。
17.在一些实施例中,第二导电部的厚度为d3,其中, 505nm≤d3≤4.5μm。第二导电部的厚度适中,第二导电部可以有效地改善焊接、过流及机械耐受性的效果。
18.在一些实施例中,第一导电部的厚度为d4,其中, 500nm≤d4≤1.5μm。本实施例有利于增大第一导电部的短路内阻,并且还可以防止集流体在后续加工过程中发生损伤等现象。
19.在一些实施例中,集流体还包括设置于导电层的表面的保护层。保护层可以保护导电层,防止导电层发生化学腐蚀或机械破坏等损害,保证集流体具有较高的工作稳定性及使用寿命。
20.在一些实施例中,保护层的厚度和第一导电部的厚度比值为a4,其中,0.01≤a4≤0.133。a4在上述比值范围内,可以进一步保护导电层,防止导电层发生化学腐蚀或机械破坏等损害。
21.在一些实施例中,保护层的厚度和第二导电部的厚度比值为a5,其中,0.0083≤a5≤0.0667。a5在上述比值范围内,可以进一步保护导电层,防止导电层发生化学腐蚀或机械破坏等损害。
22.在一些实施例中,保护层的厚度为d5,其中,d5≥5nm。d5在上述厚度范围内,可进一步提高集流体的机械强度。
23.第二方面,本技术实施例提供了一种电池单体,包括如第一方面任一实施例的电极组件。
24.第三方面,本技术实施例提供了一种电池,包括如第二方面任一实施例的电池单体。
25.第四方面,本技术实施例提供了一种用电装置,包括第三方面的电池,电池用于提供电能。
附图说明
26.下面将参考附图来描述本技术示例性实施例的特征、优点和技术效果。
27.图1是本技术一些实施例提供的车辆的结构示意图;
28.图2是本技术一些实施例提供的电池的分解结构示意图;
29.图3是图2所示的电池模块的结构示意图;
30.图4是本技术一些实施例提供的电池单体的分解结构示意图;
31.图5是图4所示实施例的电池单体的局部剖视结构示意图;
32.图6是本技术一些实施例提供的电极组件的断面示意图;
33.图7是本技术一些实施例提供的电极组件的电极构件的结构示意图;
34.图8是本技术一些实施例提供的电极组件的电极构件卷绕后的结构示意图;
35.图9是图7所示的电极构件的一种沿线a-a作出的剖视示意图;
36.图10是图7所示的电极构件的另一种沿线a-a作出的剖视示意图;
37.图11是图7所示的电极构件的又一种沿线a-a作出的剖视示意图;
38.图12是本技术一些实施例提供的电极组件的制备方法的流程示意图;
39.图13是本技术另一些实施例提供的电极组件的制备方法的流程示意图;
40.在附图中,附图未必按照实际的比例绘制。
41.其中,图中各附图标记:
42.x、厚度方向;y、宽度方向;1、车辆;1a、马达;1b、控制器; 10、电池;11、底壳;12、顶壳;20、电池;30、电池单体;40、外壳; 41、端盖;42、壳体;421、开口;50、电极组件;60、极耳;70、极片;71、活性物质层;72、第一极片;73、第二极片;74、隔离件;80、集流体;81、第一支撑层;811、主体部;812、凸出部;82、导电层; 821、第一导电部;822、第二导电部;83、第二支撑层;831、第一子层;832、第二子层;84、保护层;90、电极端子;100、转接部件;110
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电极构件。
具体实施方式
43.下面结合附图和实施例对本技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本技术的原理,但不能用来限制本技术的范围,即本技术不限于所描述的实施例。
44.除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同;本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本技术;本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。
45.在本技术实施例的描述中,技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象,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、特定顺序或主次关系。在本技术实施例的描述中,“多个”的含义是两个以上,除非另有明确具体的限定。
46.在本文中提及“实施例”意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
47.在本技术实施例的描述中,术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如a和/或b,可以表示:单独存在 a,同时存在a和b,单独存在b这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
48.在本技术实施例的描述中,术语“多个”指的是两个以上(包括两个),同理,“多组”指的是两组以上(包括两组),“多片”指的是两片以上(包括两片)。
49.在本技术实施例的描述中,技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本技术实施例的限制。
50.在本技术实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;也可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
51.本技术中,电池单体可以包括锂离子电池单体单体、锂离子一次电池单体、锂硫电池单体、钠锂离子电池单体、钠离子电池单体或镁离子电池单体等,本技术实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等,本技术实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种:柱形电池单体、方形电池单体和软包电池单体,本技术实施例对此也不限定。
52.本技术的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如,本技术中所提到的电池可以包括电池模块或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。
53.电池单体包括电极组件和电解质,电极组件包括正极极片、负极极片和隔离件。电池单体主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。此外,电极组件可以是卷绕式结构,也可以是叠片式结构,本技术实施例并不限于此。
54.电池单体还可以包括外壳组件,外壳组件内部具有容纳腔,该容纳腔是外壳组件为电极组件和电解质提供的密闭空间。
55.在相关技术中,极片的集流体通常采用金属箔材,例如,正极极片的集流体通常采用铝箔,负极极片的集流体通常采用铜箔。然而,在穿钉试验中,金属箔材在钉子的穿刺中会产生毛刺,而毛刺容易刺穿隔离件并将正负极片导通,引发安全风险。
56.申请人尝试采用一种具有多层结构的集流体,其包括支撑层和设置于支撑层表面的导电层;导电层的厚度小于目前的铜箔、铝箔,因此,在穿钉试验中,导电层不易产生毛刺,以提高安全性能。
57.然而,申请人注意到,在加工极片时,导电层厚度较小,容易发生损伤或开裂(特别是导电层的边缘),从而导致制程优率下降。电极组件包含上述损伤或开裂的导电层时,电极组件容易受到电解液的腐蚀,导致循环性能衰减加剧,出现可靠性问题。
58.鉴于此,本技术实施例提供了一种技术方案,在该技术方案中,电极组件包括极片
和极耳,极片包括集流体和设置于集流体的表面的活性物质层。集流体包括:第一支撑层,包括主体部和凸出部,凸出部从主体部凸出形成;以及导电层,包括设置于主体部的第一导电部和设置于凸出部的第二导电部,至少部分活性物质层设置于第一导电部的背离主体部的表面,第二导电部用于与极耳连接。其中,在主体部指向凸出部的方向上,凸出部超出第二导电部。具有这种结构的电极组件,其集流体的延展性较好,导电层在加工过程中不容易开裂,可以提高电极组件的过流能力和安全性能。
59.本技术实施例中,主体部指向凸出部的方向为集流体的宽度方向的其中一个指向。在下文中将集流体的宽度方向简称为宽度方向。在下文中将在主体部指向凸出部的方向的尺寸简称为宽度。
60.本技术实施例描述的技术方案适用于电池以及使用电池的用电装置。
61.用电装置可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。车辆可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车,新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等;航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等;电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具,例如,游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等;电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具,例如,电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本技术实施例对上述用电装置不做特殊限制。
62.以下实施例为了方便说明,以用电装置为车辆为例进行说明。
63.图1为本技术一些实施例提供的车辆的结构示意图。如图1所示,车辆1的内部设置有电池10。电池10可以设置在车辆1的底部或头部或尾部。电池10可以用于车辆1的供电,例如,电池10可以作为车辆1的操作电源。
64.车辆1还可以包括控制器1b和马达1a。控制器1b用来控制电池10 为马达1a供电,例如,用于车辆1的启动、导航和行驶时的工作用电需求。
65.在本技术一些实施例中,电池10不仅仅可以作为车辆1的操作电源,还可以作为车辆1的驱动电源,代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1提供驱动动力。
66.如图2和图3所示,电池10包括电池单体30(图2未示出)。电池 10还可以包括用于容纳电池单体30的箱体。
67.箱体用于容纳电池单体30,箱体可以是多种结构形式。
68.在一些实施例中,箱体可以包括底壳11和顶壳12。底壳11与顶壳 12相互盖合。底壳11和顶壳12共同限定出用于容纳电池单体30的容纳空间。底壳11和顶壳12可以是均为一侧开口的空心结构。底壳11的开口侧盖合于顶壳12的开口侧,则形成具有容纳空间的箱体。底壳11与顶壳 12之间还可以设置密封件,以实现底壳11与顶壳12的密封连接。
69.在实际运用中,底壳11可盖合于顶壳12的顶部。底壳11也可称之为下箱体,顶壳12也可以称之为上箱体。
70.底壳11和顶壳12可以是多种形状,例如,圆柱体、长方体等。在图 2中,示例性地,底壳11与顶壳12均为长方体结构。
71.在电池10中,电池单体30可以是一个,也可以是多个。若电池单体30为多个,多个电池单体30之间可串联或并联或混联。混联是指多个电池单体30中既有串联又有并联。多个电池单体30之间可直接串联或并联或混联在一起,再将多个电池单体30构成的整体容纳
于箱体内,也可以是多个电池单体30先串联或并联或混联组成电池模块20。多个电池模块 20再串联或并联或混联形成一个整体,并容纳于箱体内。
72.在一些实施例中,如图3所示,在电池10中,电池单体30为多个。多个电池单体30先串联或并联或混联组成电池模块20。多个电池模块20 再串联或并联或混联形成一个整体,并容纳于箱体内。
73.在一些实施例中,电池模块20中的多个电池单体30之间可通过汇流部件实现电连接,以实现电池模块20中的多个电池单体30的并联或串联或混联。
74.如图4所示,电池单体30包括外壳40、电极组件50、电极端子90、绝缘件和转接部件100。外壳40包括壳体42以及端盖41,壳体42具有开口421。电极组件50容纳于壳体42内,电极组件50包括极耳60。端盖 41用于盖合于开口421。电极端子90安装于端盖41。绝缘件位于端盖41 面向电极组件50的一侧。转接部件100用于连接电极端子90和极耳60,以使极耳60与电极端子90电连接。
75.其中,壳体42可以是多种形状,比如,圆柱体、长方体等。壳体42 的形状可以根据电极组件50的具体形状来确定。例如,若电极组件50为圆柱体结构,壳体42则可选用为圆柱体结构。若电极组件50为长方体结构,壳体42则可选用长方体结构。在图4中,示例性地,壳体42和电极组件50均为长方体结构。
76.壳体42的材质可以是多种,比如,铜、铁、铝、不锈钢、铝合金等,本技术实施例对此不作特殊限制。
77.容纳于壳体42内的电极组件50可以是一个或多个。在图4中,容纳于壳体42内的电极组件50为四个。
78.在本技术实施例中,如图4和图5所示,端盖41用于盖合于壳体42 的开口421,以形成用于容纳电极组件50的密闭空间,密闭空间还可用于容纳电解质,例如电解液。电极端子90为用于输出电池单体30的电能的输出部件,电极端子90可以是一个,也可以是两个。
79.壳体42的开口421可以一个,也可以是两个。若壳体42的开口421 为一个,则端盖41可以是一个。若壳体42的开口421为两个,则端盖41 可以是两个。两个端盖41分别盖合于两个开口421,各端盖41上均可以设置有电极端子90。
80.在一些实施例中,如图4和图5所示,壳体42的开口421为一个,端盖41也为一个。端盖41中可以设置两个电极端子90。一个电极端子90 通过一个转接部件100与电极组件50的一个极耳(正极耳)电连接。另一个电极端子90通过另一个转接部件100与电极组件50的另一个极耳 (负极耳)电连接。
81.在另一些实施例中,壳体42的开口421为两个。两个开口421设置在壳体42相对的两侧,端盖41为两个。两个端盖41分别盖合于壳体42的两个开口421处。在这种情况下,每个端盖41上的电极端子90可以是一个。一个端盖41上的电极端子90通过一个转接部件100与电极组件50的一个极耳(正极耳)电连接;另一个端盖41上的电极端子90通过另一个转接部件100与电极组件50的另一个极耳(负极耳)电连接。
82.如图6所示,电极组件50包括第一极片72、第二极片73和隔离件 74。其中,第一极片72可以为正极片,相应的,第二极片73为负极片;当然第一极片72也可以为负极片,相应的,第二极片73为正极片。电极组件50可以是由第一极片72和隔离件74以及第二极片73通过卷绕形成的卷绕式结构。当然电极组件50也可以是由第一极片72、隔离件74和第二极片
73通过层叠布置形成的叠片式结构。
83.正极片可以包括正极集流体和正极活性物质层。正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面。负极片可以包括负极集流体和负极活性物质层。负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面。隔离件在正极片与负极片之间,用于将正极片与负极片隔离,以降低正极片与负极片之间出现短路的风险。
84.其中,隔离件的材质可以为pp(polypropylene,聚丙烯)或pe (polyethylene,聚乙烯)等。
85.在一些实施例中,如图7至图9所示,电极组件50包括极片70和极耳60,极片70包括集流体80和设置于集流体80的表面的活性物质层 71,集流体80包括:第一支撑层81,包括主体部811和凸出部812,凸出部812从主体部811凸出形成;以及导电层82,包括设置于主体部811 的第一导电部821和设置于凸出部812的第二导电部822,至少部分活性物质层71设置于第一导电部821的背离主体部811的表面,第二导电部 822用于与极耳60连接,其中,在主体部811指向凸出部812的方向上,凸出部812超出第二导电部822。具有这种结构的电极组件50,其集流体 80的延展性较好,在加工过程中导电层82不容易开裂,可以提高电极组件50的过流能力和安全性能。
86.在本实施例中,极片70可以为第一极片72,也可以为第二极片73。
87.如图7至图9所示,极片70和极耳60焊接构成电极构件110,极片 70为电极组件50实现充放电功能的核心部分,极耳60用于将极片70产生的电流引出。电极构件110通过极耳60与电极端子90连接,连接方式可以通过焊接也可以通过其它构件间接连接。
88.极耳60的极性根据极片70的极性确定。当极片70为正极片时,极耳 60为正极耳;当极片70为负极片时,极耳60为负极耳。
89.如图9所示,集流体80包括第一支撑层81和导电层82。第一支撑层 81的材料包括高分子材料及高分子基复合材料中的一种或多种。高分子基复合材料包括高分子材料和添加剂,添加剂为无机非金属材料和金属材料中的至少一种。导电层82包括金属导电层,其厚度较薄。
90.在本技术实施例中,可以通过减小导电层82的厚度来减少导电层82 被外物刺穿时产生的毛刺,降低毛刺将正负极导通的风险,提高安全性能。但是导电层82的厚度较小,其延展性较差,且其强度较差,加工过程中容易损伤甚至开裂(特别是导电层82的边缘),例如在导电层82上涂覆活性物质层71后,需要进行冷压,由于导电层82的延展性和强度较差,在冷压过程中,集流体80的边缘容易发生开裂,尤其是导电层82的边缘容易发生开裂,并且导电层82的边缘部分发生开裂后,裂痕会延伸至导电层82的内部;从而造成极片70方阻(沿极片70的任一边作为导体长度时所具有的电阻值)增加乃至失去导电能力,从而导致电极组件50 的性能较差。且如果电极组件50包含损伤的导电层82,电极组件50容易被电解液腐蚀从而导致失效,并导致循环性能衰减加剧,电极组件50的使用可靠性较差。
91.本技术实施例,在主体部811指向凸出部812的方向上,将第一支撑层81的部分凸出部812超出第二导电部822,从而使第一支撑层81的部分边缘露出;将第一支撑层81的部分边缘露出,相当于第二导电部822 在宽度方向y上位于集流体80的内部,而并不是边缘部分;并且由于第一支撑层81的延展性较好,可以提高集流体80边缘的延展性,减小第二导电部822在加工过程中发生开裂的概率,提高集流体80的加工性能,从而改善电极组件50的过
流能力和安全性能。
92.本技术实施例的导电层82厚度较小,其电阻较大,可以提高电池单体30在异常情况下发生短路时的短路电阻,使短路电流大幅度减小,在短路点形成“点断路”,从而改善电池单体30的安全性能。其中,导电层82包括第一导电部821和第二导电部822。
93.在一些实施例中,如图9所示,第二导电部822的厚度大于第一导电部821的厚度。增加第二导电部822的厚度,不仅可以提高第二导电部 822的强度,还可以提高在焊接过程中的焊接性能。
94.可选地,第二导电部822的厚度和第一导电部821的厚度之比为a3,其中,1.01≤a3≤3。在上述厚度比值范围内,可以提高第二导电部822的焊接性能,并提升其过流能力及机械耐受性;并且第二导电部822的厚度不会过厚,有利于集流体80的一体化加工。
95.第二导电部822的厚度和第一导电部821的厚度之比为a3, 1.01≤a3≤3。a3例如可以为1.01、1.05、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、 1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3。 a3的范围可由前述任意两个数值组成。
96.在一些实施例中,第一导电部821的厚度为d4,其中, 500nm≤d4≤1.5μm。在上述厚度范围内的第一导电部821,有利于增大第一导电部821的短路电阻,并且还可以防止第一导电部821在后续加工过程中发生损伤等现象。
97.第一导电部821的厚度为d4为500nm≤d4≤1.5μm。例如d4可以为 500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、1.2μm、1.3μm或 1.5μm。第一导电部821的厚度范围可由前述任意两个数值组成。可选地,800nm≤d4≤1.1μm。第一导电部821的厚度d4可以基于a3的限定条件下进行选取。
98.在一些实施例中,第二导电部822的厚度为d3,其中, 505nm≤d3≤4.5μm。第二导电部822的厚度适中,第二导电部822可以有效地改善焊接、过流及机械耐受性的效果;在焊接过程中,不容易造成第二导电部822焊穿。
99.第二导电部822的厚度为d3为505nm≤d3≤4.5μm。例如d3可以为 505nm、550nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、1.2μm、 1.3μm、1.5μm、1.8μm、2μm、3μm、4μm或4.5μm。第二导电部822的厚度范围可由前述任意两个数值组成。可选地,800nm≤d3≤3.3μm。第二导电部822的厚度d3可以基于a3的限定条件下进行选取。
100.在一些实施例中,第一导电部821的宽度为c3为100mm< c3≤800mm。第一导电部821的宽度适中,可以提高第一导电部821的导电性,并可以保证电池单体30的能量密度。
101.第一导电部821的宽度c3为200mm≤c3≤800mm。c3例如可以为 200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm或800mm。c3的宽度范围可由前述任意两个数值组成。可选地,200mm≤c3≤800mm;进一步可选地,300mm≤c3≤500mm。
102.在一些实施例中,第二导电部822的宽度为c2,其中1mm< c2≤10mm。第二导电部822的宽度适中,一方面可以为极耳60提供适合的焊接区域;另一方面可以保证第一导电部821的一定宽度,以此保证形成于第一导电部821的活性物质层71的宽度。
103.第二导电部822的尺寸c2为1mm<c2≤10mm。c2例如可以为 2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。c2的范围可由前述任意两个数值组成。可选地,2mm<c2≤5mm。
104.导电层82可以通过机械辊轧、粘结、气相沉积法(vapordeposition)、化学镀(electroless plating)、电镀(electroplating)中的至少一种手段形成于第一支撑层81
上,其中可选气相沉积法或电镀法,即导电层82可选为气相沉积层或电镀层,这样可以更好地实现导电层82与第一支撑层81之间的紧密结合,有效地发挥第一支撑层81对导电层82的支撑及保护作用。
105.本技术实施例的第一支撑层81,可以对导电层82起到支撑和保护作用,其电阻较大,可提高电池单体30异常情况下发生短路时的短路电阻,使短路电流大幅度减小,在短路点形成“点断路”,从而改善电池单体30的安全性能。
106.在一些实施例中,第一支撑层81的材料包括高分子材料及高分子基复合材料中的一种或多种。高分子基复合材料包括高分子材料和添加剂,添加剂为无机非金属材料和金属材料中的至少一种。
107.高分子材料包括聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙炔、硅橡胶、聚甲醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙二醇、聚氮化硫、聚苯、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚吡啶、纤维素、淀粉、蛋白质、环氧树脂、酚醛树脂、它们的衍生物、它们的交联物及它们的共聚物中的一种或多种。可选地,高分子材料为聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚苯硫醚中的一种或多种。
108.高分子基复合材料包括高分子材料和添加剂。添加剂为无机非金属材料和金属材料中的至少一种。可选地,无机非金属材料包括碳基材料、氧化铝、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮化硼、硅酸盐及氧化钛中的一种或多种。金属材料包括镁、钙、锶、铅、锌、锡、锑、铋、银和钌中的一种或多种。
109.在一些实施例中,第一支撑层81的厚度为d2,1μm≤d2≤20μm。在上述厚度范围内的第一支撑层81,第一支撑层81的厚度适中,可以提升其机械强度,在加工及使用过程中不易发生损伤或断裂;并且可以对导电层82起到良好的支撑和保护作用,保证集流体80具有良好的机械稳定性及较高的使用寿命。第一支撑层81的厚度d2可选为20μm以下,更可选为 10μm以下,进一步可选为6μm以下,有利于电池单体30具有较小的体积及重量,从而提高电池单体30的能量密度。
110.第一支撑层81的厚度d2为1μm≤d2≤20μm,d2例如可以为1μm、 1.5μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、10μm、12μm、 15μm、18μm或20μm。第一支撑层81的厚度d2的范围可由前述任意两个数值组成。可选地,2μm≤d2≤10μm。进一步可选地,2μm≤d2≤6μm。
111.在一些实施例中,凸出部812的宽度为c1,其中,2mm< c1≤30mm。凸出部812的宽度适中,一方面可以降低凸出部812和极耳 60虚焊的可能性,另一方面凸出部812对集流体80的整体宽度影响较小,对电极组件50的整体体积影响较小,从而可以保证电池单体30一定的能量密度。
112.凸出部812的宽度为c1,2mm<c1≤30mm。c1例如可以为2mm、 3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、 12.5mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、 20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、 29mm或30mm。c1的范围可由前述任意两个数值组成。可选地,4mm< c1≤12.5mm。凸出部812的宽度c1可以基于a2的限定条件下进行选取。
113.在一些实施例中,在主体部811指向凸出部812的方向上,即宽度方向y,凸出部812
的尺寸与第二导电部822的尺寸之比为a2,a2即凸出部812的宽度与第二导电部822的宽度之比其中,1.8≤a2≤3。
114.第一支撑层81的露出宽度适中,一方面可以进一步提高集流体80边缘的延展性;另一方面,在超声波焊接极耳60的过程中,凸出部812和极耳60之间虚焊的可能性较小。
115.凸出部812的宽度与第二导电部822的宽度之比a2为1.8≤a2≤3。a2 例如可以为1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9 或3。a2的范围可由前述任意两个数值组成。可选地,2≤a2≤2.5。
116.在一些实施例中,如图10所示,集流体80还包括设置于凸出部812 的表面的第二支撑层83,第二支撑层83位于第二导电部822背离第一导电部821的一侧。设置第二支撑层83可以进一步增加集流体80的边缘厚度,以此提高集流体80整体的延展性,降低第二导电部822开裂的可能性,从而提高电极组件50的过流能力和安全性能。
117.第二支撑层83的材料包括高分子材料及高分子基复合材料中的一种或多种。高分子基复合材料包括高分子材料和添加剂,添加剂为无机非金属材料和金属材料中的至少一种。
118.高分子材料包括聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙炔、硅橡胶、聚甲醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙二醇、聚氮化硫、聚苯、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚吡啶、纤维素、淀粉、蛋白质、环氧树脂、酚醛树脂、它们的衍生物、它们的交联物及它们的共聚物中的一种或多种。可选地,高分子材料为聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚苯硫醚中的一种或多种。
119.高分子基复合材料包括高分子材料和添加剂。添加剂为无机非金属材料和金属材料中的至少一种。可选地,无机非金属材料包括碳基材料、氧化铝、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮化硼、硅酸盐及氧化钛中的一种或多种。金属材料包括镁、钙、锶、铅、锌、锡、锑、铋、银和钌中的一种或多种。
120.在一些实施例中,第二支撑层83连接于第二导电部822。第二支撑层 83和第二导电部822连续设置,第二导电部822与极耳60焊接过程中,第二支撑层83可以释放焊接应力,可进一步降低第二导电部822开裂的风险。
121.在一些实施例中,第二支撑层83用于与极耳60焊接。在第二导电部 822与极耳60焊接过程中,也可将第二支撑层83与极耳60焊接,以降低发生虚焊的可能性,并提高连接强度。
122.为提高第二支撑层83的焊接性能,可以于第二支撑层83中掺杂金属。示例性地,第二支撑层83包括高分子基复合材料,高分子基复合材料包括高分子材料和金属材料。金属材料包括镁、钙、锶、铅、锌、锡、锑、铋、银和钌中的一种或多种。金属掺杂于高分子材料时,第二支撑层 83中的金属材料在焊接时能够与极耳60熔融结合,第二支撑层83与极耳 60能够形成铆接结构,可以显著提升焊接强度及优率,可进一步降低发生虚焊的可能性。
123.在一些实施例中,第二支撑层83包括沿其自身厚度方向x层叠设置的多层子层。多层结构能够提高第二支撑层83的延展性。示例性地,第二支撑层83包括第一子层831和第二子层832,第一子层831位于凸出部812的一侧,第二子层832位于第一子层831背离凸出部
812的一侧。当然,第二支撑层83也可包括三层子层、四层以上子层,在此仅为示例性说明,并不限定子层的层数。
124.本技术实施例可以通过对各子层的材质进行选择,形成不同结构形式的集流体80。
125.例如,第一子层831和第二子层832的材质可均为高分子材料,通过设置两层子层可进一步增加集流体80的边缘厚度,边缘延展性得到进一步提高,降低第二导电部822开裂的可能性,从而提高电极组件50的过流能力和安全性能。
126.又例如,第一子层831和第二子层832的材质不完全相同,第一子层 831为高分子材料,第二子层832为高分子基复合材料,高分子基复合材料包括高分子材料和金属材料,在焊接过程中,金属材料熔融与极耳60 结合,形成铆接结构,即靠近极耳60的子层与极耳60焊接。
127.再例如,第一子层831和第二子层832的材质均包括高分子材料和金属材料,在焊接过程中,第一子层831和第二子层832中的金属材料均会发生熔融,第二子层832中的金属材料和极耳60结合,即靠近极耳60的子层与极耳60焊接;而且第二子层832中的金属材料还可以与第一子层 831中的金属材料结合,形成铆接结构,可以提高各层之间的结合力,降低分层剥落的可能性。
128.在此需要说明的是,第一子层831和第二子层832虽均为高分子材料,但是可选为不同的高分子材料,各层中所掺杂的金属元素也可不同。例如,第一子层831的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯和钙,第二子层832 的材质为聚丙烯和镁。当然,也可选为相同的高分子材料,例如第一子层 831的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯和钙,第二子层832的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯和钙。
129.在一些实施例中,第二支撑层83的厚度和第二导电部822的厚度比值为a1,其中,1≤a1≤1.5。a1在此数值范围内,可提高集流体80的延展性,并且可保证电池单体30的能量密度;过厚的第二支撑层83可能会造成此部分区域的厚度较厚,从而降低电池单体30的能量密度。
130.第二支撑层83的厚度和第二导电部822的厚度比值为a1为 1≤a1≤1.5。a1例如可以为1.0、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5。a1的范围可由前述任意两个数值组成。可选地,1≤a1≤1.3。
131.在一些实施例中,第二支撑层83的厚度为d1,其中, 0.503μm≤d1≤6.75μm。第二支撑层83的厚度适中,一方面,易于在第一支撑层81上形成,并且有利于后续加工,另一方面可以提高集流体80的延展性,又一方面可防止增加集流体80的整体厚度,从而可保证电池单体30的能量密度。
132.第二支撑层83的厚度为d1为0.503μm≤d1≤6.75μm。d1例如可以为 0.503μm、0.6μm、1.0μm、1.5μm、1.8μm、2.0μm、2.5μm、2.8μm、 3.0μm、3.5μm、3.8μm、4.0μm、4.5μm、4.8μm、5.0μm、5.5μm、6μm或 6.75μm。d1的范围可由前述任意两个数值组成。可选地, 1μm≤d1≤3μm。第二支撑层83的厚度d1可以基于a1的限定条件下进行选取。
133.在一些实施例中,如图11所示,集流体80还包括设置于导电层82的表面的保护层84。保护层84设置于导电层82厚度方向x上相对的两个表面中的至少一者上。导电层82在厚度方向x上包括相对的两个表面,保护层84层叠设置于导电层82的两个表面中的任意一者
或两者上,以保护导电层82,防止导电层82发生化学腐蚀或机械破坏等损害,保证集流体 80具有较高的工作稳定性及使用寿命。此外,保护层84还能增强集流体80的机械强度。
134.保护层84的材料可以为金属、金属氧化物及导电碳中的一种或多种。其中,采用金属材料的保护层84为金属保护层;采用金属氧化物材料的保护层84为金属氧化物保护层。上述金属例如是镍、铬、镍基合金及铜基合金中的一种或多种。前述镍基合金是以纯镍为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金,可选为镍铬合金。
135.在一些实施例中,保护层84可以设置于第一导电部821的表面,也可设置于第二导电部822的表面,也可设置于第一导电部821和第二导电部822的表面。
136.在一些实施例中,保护层84的厚度和第一导电部821的厚度比值为 a4,其中,0.01≤a4≤0.133。a4在上述比值范围内,可以进一步保护导电层82,防止导电层82发生化学腐蚀或机械破坏等损害。
137.保护层84的厚度和第一导电部821的厚度比值为a4为 0.01≤a4≤0.133。a4例如可以为0.01、0.015、0.02、0.03、0.04、0.05、 0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.131或0.133。a4的范围可由前述任意两个数值组成。
138.在一些实施例中,保护层84的厚度和第二导电部822的厚度比值为 a5,其中,0.0083≤a5≤0.0667。a5在上述比值范围内,可以进一步保护导电层82,防止导电层82发生化学腐蚀或机械破坏等损害。
139.保护层84的厚度和第二导电部822的厚度比值为a5为 0.0083≤a5≤0.0667。a5例如可以为0.0083、0.0085、0.0090、0.0095、 0.010、0.015、0.020、0.025、0.030、0.035、0.040、0.045、0.050、 0.055、0.060、0.062、0.064、0.065或0.0667。a5的范围可由前述任意两个数值组成。
140.在一些实施例中,保护层84的厚度为d5,其中,d5≥5nm。d5在上述范围时,可进一步提高集流体80的机械强度。
141.保护层84的厚度d5为d5≥5nm。d5例如可以为5nm、10nm、 20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、 110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm。可选为5nm≤d5≤200nm。保护层84的厚度d5的数值可以基于a5的限定条件下进行选取。
142.本技术上述各实施例的各层厚度的测试方法可以为:使用液氮淬冷法或氩离子刻蚀法制备电极组件50中的集流体80横截面样品,利用扫描电子显微镜放大倍数(例如1000倍~5000倍),观察样品横截面的二次电子相形貌并测量镀层及基膜的厚度,最小分辨度可达到纳米级。
143.本技术上述各实施例的宽度的测定方法为:可以使用刻度尺进行宽度测试。
144.如图12所示,本技术实施例的电极组件的制造方法,其包括:
145.s100,提供第一支撑层;
146.s300,在第一支撑层的表面上形成导电层,且第一支撑层的端部露出;
147.s500,在导电层背离第一支撑层的表面的部分区域涂覆活性物质层;
148.s700,在导电层的未涂覆活性物质层的区域焊接极耳;
149.s900,对第一支撑层、导电层和极耳进行模切,模切后,第一支撑层包括主体部和凸出部,导电层包括设置于主体部的第一导电部和设置于凸出部的第二导电部,至少部分
活性物质层设置于第一导电部的背离主体部的表面,极耳焊接于第二导电部,且在主体部指向凸出部的方向上,凸出部超出第二导电部;
150.s1000,将不同极性的极片和隔离件卷绕,得到电极组件。
151.本技术实施例的导电层可以通过机械辊轧、粘结、气相沉积法 (vapordeposition)、化学镀(electroless plating)、电镀(electroplating)中的至少一种手段形成于第一支撑层上。活性物质层可以通过涂布手段涂覆于导电层,在涂覆后可采用电池冷压工艺将活性物质层压实,其具体的工艺和工艺条件可采用本领域常规技术手段。极耳可采用连续焊接设备通过辊焊的手段和第二导电部焊接。模切的过程可采用激光模切及连续进行模切。
152.如图13所示,在步骤s300之前,前述方法还可包括:
153.s200,在第一支撑层的未被导电层覆盖的部分形成第二支撑层。
154.虽然已经参考优选实施例对本技术进行了描述,但在不脱离本技术的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件,尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

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