CN115173000A - 一种电极组件、电极组件的制备方法、电池及电池模组 - Google Patents

一种电极组件、电极组件的制备方法、电池及电池模组 Download PDF

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CN115173000A CN202210741208.3A CN202210741208A CN115173000A CN 115173000 A CN115173000 A CN 115173000A CN 202210741208 A CN202210741208 A CN 202210741208A CN 115173000 A CN115173000 A CN 115173000A
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Abstract

本发明属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种电极组件、电极组件的制备方法、电池及电池模组，该电极组件，包括电芯，所述电芯包括正极片、负极片以及设置于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片和/或所述负极片设置有涂覆区和空箔区，所述空箔区往所述涂覆区方向折叠n层，形成极耳部，n≥2，所述极耳部和所述涂覆区在xoy平面的正投影不重叠，所述极耳部的端面用于实现电连接；采用折叠的方式，代替现有的揉极耳，既可防止揉极耳的过程中产生金属碎屑，导致电芯短路，又可增强极耳的厚度、增强极耳的强度，解决极耳在高速卷绕过程中容易产生翻折、打皱的问题，有效的优化电芯安全性能。

Description

一种电极组件、电极组件的制备方法、电池及电池模组
技术领域
本发明属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种电极组件、电极组件的制备方法、电池及电池模组。
背景技术
如今，随人口的急剧增长和社会经济的迅速发展，资源和能源日渐短缺，环境保护日益受到重视，能源的开发和节省成为当今世界的一个重要课题。能源是人类社会存在和发展的基础，以矿物能源为基础的当今社会愈来愈频繁地遭遇能源匾乏以及环境污染危机。同时，伴随着信息化高科技时代的来临，能源应用形态正在发生变化，可再生、无污染、小型分立的可移动高性能电源需求快速增长。各国都在大力发展绿色、高效二次电池。锂离子电池作为一种新型二次电池，具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、循环寿命长、安全性好、绿色环保等优点，在便携式电器、电动工具、大型贮能、电动交通动力电源等方面具有广阔的应用前景。
现有的圆柱电池的一般采用揉极耳的方式，将极耳揉成一个平面，再将加工后的极耳与汇流排电性连接。但是，在揉极耳的过程中，容易产生金属碎屑，容易导致电芯短路。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种电极组件，以解决现有技术中揉极耳产生的金属碎屑容易导致电芯短路的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电极组件，包括电芯，所述电芯包括正极片、负极片以及设置于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片和/或所述负极片设置有涂覆区和空箔区，所述空箔区往所述涂覆区方向折叠n层，形成极耳部，n≥2，所述极耳部和所述涂覆区在xoy平面的正投影不重叠，所述极耳部的端面用于实现电连接。
优选地，所述极耳部的端面为平面。
优选地，所述极耳部包括正极极耳部和负极极耳部，所述正极极耳部和所述负极极耳部分别设置于所述电芯的两端，或，所述正极极耳部和所述负极极耳部位于所述电芯的同一端面。
优选地，所述极耳部的每层极耳之间相互连接。
本发明的另一目的在于：提供一种电极组件的制备方法，包括以下步骤：
在正极片和/或负极片上设置涂覆区和空箔区；
将空箔区往涂覆区方向折叠n层，形成极耳部，n≥2。
优选地，将空箔区折叠形成极耳部后，对极耳部进行预焊或粘接。
优选地，将空箔区沿一道或多道折痕向涂覆区折叠n层，形成极耳部；或，将空箔区向涂覆区对折n层，形成极耳部。
本发明的又一目的在于：提供一种电池，包括壳体、盖板以及说明书前文所述的一种电极组件，所述壳体具有开口，所述盖板密封所述开口，并与所述壳体之间形成有空腔，所述电极组件设置于所述空腔内。
本发明的再一目的在于：提供一种电池模组，包括说明书前文所述的电池。
本发明的有益效果在于，本发明提供一种电极组件，通过正极片和/或负极片设置有涂覆区和空箔区，空箔区往涂覆区方向折叠n层，形成极耳部，采用折叠的方式，代替现有的揉极耳，既可防止揉极耳的过程中产生金属碎屑，导致电芯短路，又可增强极耳的厚度、增强极耳的强度，解决极耳在高速卷绕过程中容易产生翻折、打皱的问题，有效的优化电芯安全性能。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明示例性实施方式的特征、优点和技术效果。
图1为本发明中电芯的结构示意图。
图2为图1中A处的放大示意图。
图3为图1中B处的放大示意图。
图4为本发明中电芯的剖面结构示意图。
图5为图4中C处的放大示意图。
图6为本发明中电芯的另一种结构示意图。
图7为本发明中空箔区折叠前的结构示意图。
图8为本发明中空箔区折叠后的结构示意图。
图9为本发明中空箔区折叠后的另一种结构示意图。
图10为本发明中空箔区折叠后的又一种结构示意图。
图11为本发明中空箔区折叠后的再一种结构示意图。
图12为本发明中正极片的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
100、电芯；
10、正极片；
20、负极片；
30、隔膜；
40、空箔区；43、折痕；44、翻折区；
50、涂覆区；
60、极耳部；61、正极极耳部；62、负极极耳部；63、极耳部的端面。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明中提及“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发明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。
在发明中，除非另有明确的规定和限定，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，或一体地连接；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。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发明中的具体含义。
本发明中术语“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，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)。
本发明中的x轴、y轴、z轴相互垂直，并相交于o点。
此外，诸如X轴、Y轴以及Z轴等用于说明本实施例的电池的各构件的操作和构造的指示方向的表述不是绝对的而是相对的，且尽管当电池的各构件处于图中所示的位置时这些指示是恰当的，但是当这些位置改变时，这些方向应有不同的解释，以对应这些改变。
本发明的实施例所提到的电池模组是指包括一个或多个电池以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本发明中所提到的电池模组可以包括电池模块或电池包等。电池模组一般包括用于封装一个或多个电池的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池的充电或放电。
以下结合附图1～12对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
请参阅图1～10，本发明的实施例提供一种电极组件，包括电芯100，电芯100包括正极片10、负极片20以及设置于正极片10和负极片20之间的隔膜30，正极片10和/或负极片20设置有涂覆区50和空箔区40，空箔区40往涂覆区50方向折叠n层，形成极耳部60，n≥2，极耳部60和涂覆区50在xoy平面的正投影不重叠，极耳部60的端面63用于实现电连接。
与现有技术相比，本发明的实施例提供一种电极组件，通过正极片10和/或负极片20设置有涂覆区50和空箔区40，空箔区40往涂覆区50方向折叠n层，形成极耳部60，采用折叠的方式，代替现有的揉极耳，既可防止揉极耳的过程中产生金属碎屑，导致电芯100短路，又可增强极耳的厚度、增强极耳的强度，解决极耳在高速卷绕过程中容易产生翻折、打皱的问题，有效的优化电芯100安全性能。
需要说明的是，极耳部60为正极片10的端面凸出于负极片20的端面的部分；和/或，负极片20的端面凸出于正极片10的端面的部分。极耳部60用于与盖板或壳体或极柱电连接。
需要说明的是，空箔区40的宽度D大于或等于3mm。使用时，可以根据实际需求进行设置。
本发明的实施例的极耳部60的厚度b满足以下关系式：
b≤1.2(h1+h2+h3)，其中，h1为正极片10的厚度，h2为负极片20的厚度，h3为隔膜30的厚度。
本发明经过发明人多次实验发现，极耳部60的厚度b的最优选择为，2a≤b≤1.2(h1+h2+h3)，其中，a为空箔区40的厚度。当b≥2a时，即n≥2时，经卷绕后，极耳部60的结构能够更加的紧实，不易松散，便于焊接。当b＞1.2(h1+h2+h3)时，电芯100位于极耳部60的直径大于电芯100中部的直径，在将电芯100封装于电池内时，电池的壳体需要考虑电芯100位于极耳部60的直径，以确保可以将电芯100放置于壳体内，这导致了电芯100的其他部位于壳体之间存在较大的空位，即使后期电芯100发生膨胀，也难以将该空位填满，进而降低了电池的能量密度。因此，当2a≤b≤1.2(h1+h2+h3)时，既可以在保证极耳部60的厚度b的强度，结构紧实，便于焊接，又可以提高电池的能量密度。
发明人发现，由于空箔区40折叠之后，正极片10、隔膜30和负极片20依次堆叠并卷绕形成电芯100，使极耳部60在y轴的方向上形成有容纳电解液通过的缝隙，且极耳部60的上端位于同一平面。有效的保证极耳的上端位于同一平面，更加有利于极耳部60与汇流排的焊接，同时，可以保证电解液可以从缝隙通过，达到浸润电芯100的目的，从而提高电芯100的能量密度。
发明人又发现，在空箔区40折叠时，空箔区40的断口端容易与涂覆区50接触，从而对涂覆区50的活性物质造成影响，在后续制成电池后，导致电池的性能变差。因此，发明人在空箔区40和涂覆区50之间设置有裸露区，防止空箔区40的断口与涂覆区50的活性物质接触，影响后续电池的使用。同时，也可在裸露区上涂覆绝缘层，绝缘层的材质为陶瓷或有机聚合物。
请参阅图11，本发明的实施例极耳部60的端面63为平面。通过极耳部60的端面63为平面的设置，与弧面相比，平面与盖板或壳体或极柱或集流盘连接时，接触面积较大，有效的提高极耳部的过流能力。
需要说明的是，当极耳部60的端面63为平面时，极耳部60的端面63与xoz平面相互平行。
请参阅图12，本发明的实施例的空箔区40设置有多个，多个空箔区40沿x轴方向依次间隔设置于正极片10和/或负极片20上。通过多个空箔区40的设置，相邻两个空箔区40之间的距离可以根据实际需求进行设置，同时，通过调节多个空箔区40之间的距离，可以有效的为正极极耳部61和负极极耳部62位于电芯100的同一端面做准备。
需要说明的是，正极片10包括正极集流体和正极活性物质层，负极片20包括负极集流体和负极活性物质层，涂覆区50包括正极涂覆区和负极涂覆区，空箔区40包括正极空箔区和负极空箔区，正极涂覆区和正极空箔区设置于正极集流体上，正极活性物质层涂覆于正极涂覆区上，负极涂覆区和负极空箔区设置于负极集流体上，负极活性物质层涂覆于负极涂覆区上。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质层包括正极活性物质，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质可以为碳或硅等。隔离件的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。
请参阅图1～6，本发明的实施例的极耳部60包括正极极耳部61和负极极耳部62，正极极耳部61和负极极耳部62分别设置于电芯100的两端，或，正极极耳部61和负极极耳部62位于电芯100的同一端面。通过正极极耳部61和负极极耳部62的设置，电芯100可以通过正极极耳部61和负极极耳部62分别与对应的汇流排连接。与正极极耳部61和负极极耳部62分别设置于电芯100的两端相比，正极极耳部61和负极极耳部62位于电芯100的同一端面时，电芯100的高度减小，可以有效的提高电池的能量密度。
需要说明的是，正极极耳部61可以直接与盖板或壳体焊接，也可以通过集流盘与盖板或壳体焊接；负极极耳部62可以直接与盖板或壳体焊接，也可以通过集流盘与盖板或壳体焊接。
本发明的实施例的极耳部60的每层极耳之间相互连接。通过每层极耳之间相互连接，有效的折叠后形成的极耳部60进行固定，防止折叠后形成的极耳部60出现松散，不便于电芯的制备。
需要说明的是，可以通过焊接或粘接对每层极耳进行固定，防止其松散。
本发明的另一实施例提供一种电极组件的制备方法，包括以下步骤：
在正极片10和/或负极片20上设置涂覆区50和空箔区40；
将空箔区40往涂覆区50方向折叠n层，形成极耳部60，n≥2。
与现有技术相比，本发明的另一实施例提供一种电极组件的制备方法，通过在正极片10和/或负极片20上设置涂覆区50和空箔区40，并对空箔区40进行折叠，形成极耳部60。采用折叠的方式，代替现有的揉极耳，既可防止揉极耳的过程中产生金属碎屑，导致电芯100短路，又可增强极耳的厚度、增强极耳的强度，解决极耳在高速卷绕过程中容易产生翻折、打皱的问题，有效的优化电芯100安全性能。
本发明的另一实施例将空箔区40折叠形成极耳部60后，对极耳部60进行预焊或粘接。通过预焊或粘接的设置，对空箔区40折叠后形成的极耳部60进行预焊，有效的的多层结构的极耳部60进行固定，防止极耳部60松散，不便于后续电芯的制备。
请参阅图7～10，本发明的另一实施例将空箔区40沿一道或多道折痕43向涂覆区50折叠n层，形成极耳部60；或，将空箔区40向涂覆区50对折n层，形成极耳部60。通过将空箔区40沿折痕43折叠或对折，形成极耳部60，无需采用揉极耳，防止揉极耳的过程中产生的金属碎屑落入电芯100内部，导致电芯100短路。
需要说明的是，一道或多道折痕43沿y轴方向依次设置于空箔区40上，并将空箔区40分隔形成多个翻折区44，多个翻折区44沿一道或多道折痕43向涂覆区50折叠，形成极耳部60。折痕43的数量可以根据需要折叠的层数进行设置。
进一步的，翻折区44的宽度K满足以下关系式：
0＜K≤1/2D，其中，D为空箔区40的宽度。通过翻折区44的宽度K的设置，翻折区44的宽度K满足以下关系式：0≤K≤1/2D，当K＝1/2D时，翻折区44沿折痕43进行对折，形成极耳部60。使用时，可以根据折痕43的位置、相邻两个折痕43之间的距离对翻折区44的宽度K进行设置。
进一步的，多个翻折区44的正投影相互重合。通过多个翻折区44的正投影相互重合时，多个翻折区44的宽度K的尺寸相同，从而在空箔区40折叠后，使极耳部60上端面和下端面较为整齐，有效的使极耳部60便于与汇流排焊接的同时，防止极耳部60的下端与涂覆区50的活性物质接触，影响电池的性能。
需要说明的是，在对空箔区40进行折叠时，可以根据折痕43对空箔区40进行折叠，也可以将空箔区40对折n层，还可以将两种折叠方式混合使用。使用时，可以根据实际需求对折叠的方法进行调整。
需要说明的是，本发明的另一实施例的电极组件的制备方法，还包括以下步骤：
将正极活性物质涂敷在正极集流体的正极涂覆区上，得到正极片10，将负极活性物质涂覆在负极就流体的负极涂覆区上，得到负极片20；
在对极耳部60进行预焊或粘接之后，将正极片10、隔膜30、负极片20依次堆叠，并卷绕得到电芯100。
需要说明的是，当电芯100为多极耳时，可以采用模切的方式，对正极空箔部和负极空箔部进行模切，得到多个间隔设置的正极空箔区和多个间隔设置的负极空箔区，再对各个正极空箔部和负极空箔部进行折叠；
或，先对正极空箔区和负极空箔区进行折叠，得到正极极耳部61和负极极耳部62，再对正极极耳部61和负极极耳部62进行模切，得到多个正极极耳部61和多个负极极耳部62。先模切再折叠的方法比先折叠再模切的方形的精度高，由于折叠后正极极耳部61和负极极耳部62的厚度相较于正极空箔区和负极空箔区的厚度大，会在一定程度上影响模切时的精度。
本发明的又一实施例提供一种电池，包括壳体、盖板以及上述实施例所提及的电极组件，壳体具有开口，盖板密封开口，并与壳体之间形成有空腔，电芯100设置于空腔内。
与现有技术相比，本发明的又一实施例提供一种电池，通过壳体、盖板以及上述实施例所提及的电极组件的配合使用，壳体具有开口，盖板密封开口，并与壳体之间形成有空腔，电极组件设置于空腔内。该电极组件的极耳部60采用折叠的方式，代替现有的揉极耳，既可防止揉极耳的过程中产生金属碎屑，导致电芯100短路，又可增强极耳的厚度、增强极耳的强度，解决极耳在高速卷绕过程中容易产生翻折、打皱的问题，有效的优化电芯100安全性能，从而提高电池的使用安全性。
需要说明的是，壳体包括侧壁和底壁，侧壁环绕在电极组件的外侧，底壁连接在侧壁背离开口的另一端。侧壁为筒状结构，底壁为板状结构，其形状与侧壁的形状对应。
进一步的，侧壁和底壁可为一体形成结构，即壳体为一体成形的构件。当然，侧壁和底壁也可以为分开提供的两个构件，然后通过焊接的方式连接在一起。
进一步的，盖板可以通过焊接或墩封工艺安装于壳体的开口上。采用墩封工艺时，侧壁包括形成在盖板的下部的卷边部以及形成在盖板的上部的向内弯曲的压接部，电池墩封前，需要在侧壁上设置有卷边部，为电池墩封做准备，同时可以对电芯100进行限位，电池墩封后，侧壁上形成有盖板的上部的向内弯曲的压接部。
需要说明的是，当正极极耳部61和负极极耳部62位于电芯100的同一端面时，可以在正极极耳部61和负极极耳部62之间设置绝缘件，以防止正极极耳部61与负极极耳部62接触导致电芯100短路。
本发明的再一实施例提供一种电池模组，包括说明书前文的电池，电池用于提供电能。
与现有技术相比，本发明的再一实施例提供一种电池模组，该电池模组包括上述实施例所提及的电池，该电池的安全性能较高，有效的提高电池模组的使用安全。
需要说明的是，电池模组还包括箱体，电池容纳于箱体内，箱体可以是多种结构。
需要说明的是，电池可以为多个，多个电池之间可以串联或并联或混联，混联是指多个电池中既有串联又有并联。多个电池之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池构成的整体容纳于箱体内；当然，也可以是多个电池先串联或并联或混联组成电池模块，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体内。在一些实施例中，电池为多个，多个电池先串联或并联或混联组成电池模块。多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体内。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (11)

1.一种电极组件，其特征在于，包括电芯(100)，所述电芯(100)包括正极片(10)、负极片(20)以及设置于所述正极片(10)和所述负极片(20)之间的隔膜(30)，所述正极片(10)和/或所述负极片(20)设置有涂覆区(50)和空箔区(40)，所述空箔区(40)往所述涂覆区(50)方向折叠n层，形成极耳部(60)，n≥2，所述极耳部(60)和所述涂覆区(50)在xoy平面的正投影不重叠，所述极耳部(60)的端面用于实现电连接。
2.如权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述极耳部(60)的厚度b满足以下关系式：
b≤1.2(h1+h2+h3)，其中，h1为正极片(10)的厚度，h2为负极片(20)的厚度，h3为隔膜(30)的厚度。
3.如权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述空箔区(40)设置有多个，多个所述空箔区(40)沿x轴方向依次间隔设置于所述正极片(10)和/或所述负极片(20)上。
4.如权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述极耳部(60)的端面(63)为平面。
5.如权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述极耳部(60)包括正极极耳部(61)和负极极耳部(62)，所述正极极耳部(61)和所述负极极耳部(62)分别设置于所述电芯(100)的两端，或，所述正极极耳部(61)和所述负极极耳部(62)位于所述电芯(100)的同一端面。
6.如权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述极耳部的每层极耳之间相互连接。
7.一种如权利要求1～6任意一项所述的电极组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在正极片(10)和/或负极片(20)上设置涂覆区(50)和空箔区(40)；
将空箔区(40)往涂覆区(50)方向折叠n层，形成极耳部(60)，n≥2。
8.如权利要求7所述的一种电极组件的制备方法，其特征在于：将空箔区(40)折叠形成极耳部(60)后，对极耳部(60)进行预焊或粘接。
9.如权利要求7所述的一种电极组件的制备方法，其特征在于：将空箔区沿一道或多道折痕向涂覆区折叠n层，形成极耳部；或，将空箔区向涂覆区对折n层，形成极耳部。
10.一种电池，其特征在于：包括壳体、盖板以及权利要求1～6任意一项所述的电极组件，所述壳体具有开口，所述盖板密封所述开口，并与所述壳体之间形成有空腔，所述电极组件设置于所述空腔内。
11.一种电池模组，其特征在于：包括权利要求10所述的一种电池。
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