CN212659570U - 一种双极性集流体、极片及电芯 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种双极性集流体、极片及电芯，属于二次电池技术领域。双极性集流体的绝缘支撑层沿厚度方向具有第一表面和第二表面，第一表面具有第一集流区和第一空白区，第二表面具有第二集流区和第二空白区。正极金属层设置于第一集流区，正极金属层具有用于涂覆正极活性物质的第一活性涂覆区和用于连接正极极耳的第一极耳转接区，第一极耳转接区在绝缘支撑层的厚度方向的投影位于第二空白区。负极金属层设置于第二集流区，负极金属层具有用于涂覆负极活性物质的第二活性涂覆区和用于连接负极极耳的第二极耳区，第二极耳区在绝缘支撑层的厚度方向的投影位于第一空白区。此双极性集流体，可以避免连接极耳时的正负极短路。

Description

一种双极性集流体、极片及电芯

技术领域

本申请涉及二次电池技术领域，具体而言，涉及一种双极性集流体、极片及电芯。

背景技术

复合集流体中，负极集流体通常是在高分子层的两表面形成铜金属层，正极集流体通常是在高分子层的两表面形成铝金属层，然后制备极片和二次电池。

为了进一步提高电池的能量密度，现有技术提供了一种双极性集流体，在绝缘支撑层的两个表面分别形成铜层和铝层，然后铜层作为负极，铝层作为正极进行极片和二次电池的制备。但是，制备极片和二次电池的时候，需要在铜层上焊接负极极耳，在铝层上焊接正极极耳，在焊接极耳的过程中，容易使绝缘支撑层焊穿，从而造成铜层和铝层导通，正负极短路的问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种双极性集流体、极片及电芯，能够避免正负极之间的短路。

第一方面，本申请提供一种双极性集流体，包括绝缘支撑层、正极金属层和负极金属层。绝缘支撑层沿厚度方向具有第一表面和第二表面，第一表面具有第一集流区和第一空白区，第二表面具有第二集流区和第二空白区。正极金属层设置于第一集流区，正极金属层具有用于涂覆正极活性物质的第一活性涂覆区和用于连接正极极耳的第一极耳转接区，第一极耳转接区在绝缘支撑层的厚度方向的投影位于第二空白区。负极金属层设置于第二集流区，负极金属层具有用于涂覆负极活性物质的第二活性涂覆区和用于连接负极极耳的第二极耳区，第二极耳区在绝缘支撑层的厚度方向的投影位于第一空白区。

在将正极极耳与正极金属层的第一极耳转接区连接的时候，即使在连接处的绝缘支撑层遭到破坏，但是，由于第一极耳转接区的背面是第二空白区，所以，绝缘层支撑层的破坏处仅一面具有正极金属层，另一面没有设置金属层，即使支撑层破坏，也不会存在绝缘支撑层两表面的正极金属层和负极金属层接触导通的问题，可以有效避免正负极的短路。

在将负极极耳与负极金属层的第二极耳区连接的时候，即使在连接处的绝缘支撑层遭到破坏，但是，由于第二极耳区的背面是第一空白区，所以，绝缘层支撑层的破坏处仅一面具有负极金属层，另一面没有设置金属层，即使支撑层破坏，也不会存在绝缘支撑层两表面的正极金属层和负极金属层接触导通的问题，可以有效避免正负极的短路。

在一种可能的实施方式中，正极金属层为金属铝层，负极金属层为金属铜层或金属镍层。金属铝层作为双极性集流体的正极，金属铜层或金属镍层作为双极性集流体的负极，可以使正负极的导流、汇流能力更好，且容易得到。

可选地，正极金属层的厚度为20-500nm，负极金属层的厚度为20-500nm。

以有效保证正负极的导流。

在一种可能的实施方式中，沿绝缘支撑层的宽度方向，第一空白区和第二空白区分别位于绝缘支撑层的两侧。

双极性集流体两边出极耳，双极性集流体的一侧连接正极极耳，另一侧连接负极极耳，多个正极极耳汇聚与正极连接片连接，多个负极极耳汇聚与负极连接片连接，两边出极耳的方式有利于制备异性电芯(例如：如果电芯在高度上有严格控制，两边出极耳的方式可以在保持容量的基础上增加极片的宽度，)和高功率型的电池(例：高功率型的电池需要大电流重放，两边出极耳可以制备全极耳的电芯，极耳的面积增加，可以增大过流面积，降低阻抗，满足高倍率需求)。

第二方面，本申请提供一种极片，包括上述双极性集流体、正极活性物质层、负极活性物质层、正极极耳和负极极耳。正极活性物质层设置于第一活性涂覆区，负极活性物质层设置于第二活性涂覆区。正极极耳的一端连接于第一极耳转接区，另一端朝向远离第一活性涂覆区的方向延伸。负极极耳的一端连接于第二极耳区，另一端朝向远离第二活性涂覆区的方向延伸。

使用上述双极性集流体制备的极片，在连接极耳的时候，可以有效避免正负极的短路。

在一种可能的实施方式中，第一活性涂覆区的靠近第一空白区的位置未涂覆正极活性物质层；第二活性涂覆区的靠近第二空白区的位置未涂覆负极活性物质层。

第一活性涂覆区的远离正极极耳的一端，以及第二活性涂覆区的远离负极极耳的一端均没有涂覆活性物质层，可以便于活性物质层的涂覆，且避免正极活性物质层涂覆至第一空白区，负极活性物质层涂覆至第二空白区。也就是说，避免活性物质层涂覆至未设置金属的部位，避免其浪费，以及对电池的性能造成影响。

在一种可能的实施方式中，第一活性涂覆区的未涂覆正极活性物质层的区域的宽度为1-5mm；第二活性涂覆区的未涂覆负极活性物质层的区域的宽度为1-5mm。

以避免活性物质层涂覆至空白区，且能够保证活性物质层的涂覆量，使电池的能量密度较大。

在一种可能的实施方式中，正极极耳与第一极耳转接区焊接，负极极耳与第二极耳区焊接。在极耳与金属层焊接的时候，容易出现绝缘支撑层焊穿的问题，本申请提供的双极性集流体，即使绝缘支撑层焊穿，也能够有效避免绝缘支撑层两表面的金属接触，避免正负极短路。

在一种可能的实施方式中，沿绝缘支撑层的长度方向，第一活性涂覆区的长度大于第一极耳转接区的长度；第二活性涂覆区的长度大于第二极耳区的长度。

可以得到窄极耳的极片结构，且在制备窄极耳的时候，需要对第一极耳转接区和第二极耳区进行模切，由于第一极耳转接区的背面为第二空白区，第二极耳区的背面为第一空白区，在进行模切的时候，不会由于金属层产生的毛刺而导通绝缘支撑层的两个金属面，避免正负极短路。

第三方面，本申请提供一种电芯，包括多个上述极片，以及多个隔膜，相邻两个极片之间设置一个隔膜，且隔膜的两侧分别设置正极活性物质层和负极活性物质层。该电芯能够有效避免正负极短路，电学性能高。

在一种可能的实施方式中，隔膜边缘超出第一活性涂覆区和第二活性涂覆区。可以避免一个电芯的正极金属层与另一电学的负极金属层接触，可以有效避免正负极短路。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例提供的双极性集流体的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的极片的第一结构示意图；

图3为本申请实施例提供的极片的第二结构示意图；

图4为本申请实施例提供的极片的第三结构示意图；

图5为本申请实施例提供的极片的第四结构示意图；

图6为本申请实施例提供的电池堆的结构示意图。

图标：100-双极性集流体；110-绝缘支撑层；120-正极金属层；130-负极金属层；111-第一表面；112-第二表面；1111-第一集流区；1112-第一空白区；1121-第二集流区；1122-第二空白区；200-极片；210-正极活性物质层；220-负极活性物质层；230-正极极耳；240-负极极耳；121-第一活性涂覆区；122-第一极耳转接区；131-第二活性涂覆区；132-第二极耳区；300-隔膜。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

图1为本申请实施例提供的双极性集流体100的结构示意图。请参阅图1，本申请实施例中，双极性集流体100包括绝缘支撑层110、正极金属层120和负极金属层130。

其中，绝缘支撑层110不导电，可选地，绝缘支撑层110的材料可以是高分子绝缘层，例如：聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等薄膜；绝缘支撑层110的材料可以是合成纤维绝缘纸，例如：芳香族聚酰胺纤维纸、聚酯纤维纸；绝缘支撑层110的材料可以是各种绝缘胶布等。正极金属层120和负极金属层130分别设置在绝缘支撑层110的两个表面，绝缘支撑层110不仅可以对正极金属层120和负极金属层130提供支撑，还可以使正极金属层120和负极金属层130之间绝缘，避免二者导通。

本申请实施例中，绝缘支撑层110沿厚度方向具有第一表面111和第二表面112，第一表面111具有第一集流区1111和第一空白区1112，第二表面112具有第二集流区1121和第二空白区1122。正极金属层120设置于第一集流区1111，负极金属层130设置于第二集流区1121。

为了形成上述双极性集流体100结构，可选地，在绝缘支撑层110的第一表面111沉积正极金属层120的时候，对第一表面111的第一空白区1112进行掩模，在第一空白区1112不形成正极金属层120；在对绝缘支撑层110的第二表面112沉积负极金属层130的时候，对第二表面112的第二空白区1122进行掩模，在第二空白区1122不形成负极金属层130。

在其他实施例中，还可以先在第一表面111全部沉积正极金属层120，在第二表面112全部沉积负极金属层130，然后洗掉部分正极金属层120形成第一空白区1112，洗掉部分负极金属层130形成第一空白区1112。

图2为本申请实施例提供的极片200的第一结构示意图，图3为本申请实施例提供的极片200的第二结构示意图。请一并参阅图1-图3，本实施例中，极片200包括上述双极性集流体100、正极活性物质层210、负极活性物质层220、正极极耳230和负极极耳240。正极金属层120具有第一活性涂覆区121和第一极耳转接区122，正极活性物质层210设置于第一活性涂覆区121，正极极耳230的一端连接于第一极耳转接区122，另一端朝向远离第一活性涂覆区121的方向延伸。负极金属层130具有第二活性涂覆区131和第二极耳区132，负极活性物质层220设置于第二活性涂覆区131，负极极耳240的一端连接于第二极耳区132，另一端朝向远离第二活性涂覆区131的方向延伸。

可选地，正极极耳230与第一极耳转接区122焊接，负极极耳240与第二极耳区132焊接。焊接的方式连接极耳，可以使极耳与金属层的连接更加牢固。但是，在极耳与极耳区焊接的时候，容易出现绝缘支撑层110焊穿的问题。

所以，本申请实施例中，第一极耳转接区122在绝缘支撑层110的厚度方向的投影位于第二空白区1122，如图2所示，虚线1的左边，绝缘支撑层110的上方为第一极耳转接区122，绝缘支撑层110的下表面为第二空白区1122。在将正极极耳230与第一极耳转接区122连接的时候，即使在连接处的绝缘支撑层110遭到破坏(焊接时绝缘支撑层110被焊穿)，但是，由于第一极耳转接区122的背面是第二空白区1122，所以，绝缘层支撑层的破坏处仅一面具有正极金属层120，另一面没有设置金属层，即使支撑层破坏，也不会存在绝缘支撑层110两表面的正极金属层120和负极金属层130接触导通的问题，可以有效避免正负极的短路。

进一步地，第二极耳区132在绝缘支撑层110的厚度方向的投影位于第一空白区1112，如图2所示，虚线2的右边，绝缘支撑层110的上表面为第一空白区1112，绝缘支撑层110的下方为第二极耳区132。在将负极极耳240与第二极耳区132连接的时候，即使在连接处的绝缘支撑层110遭到破坏(焊接时绝缘支撑层110被焊穿)，但是，由于第二极耳区132的背面是第一空白区1112，所以，绝缘层支撑层的破坏处仅一面具有负极金属层130，另一面没有设置金属层，即使支撑层破坏，也不会存在绝缘支撑层110两表面的正极金属层120和负极金属层130接触导通的问题，可以有效避免正负极的短路。

请继续参阅图2，第一空白区1112与第一集流区1111的交界处不一定均在虚线2的位置，该交界处可以向左移动或者向右移动；第二空白区1122与第二集流区1121的交界处不一定均在虚线1的位置，该交界处也可以向左移动或者向右移动。只要通过空白区的设置，能够避免连接极耳的时候两面金属层的导通的结构均在本申请的保护范围之内。

本申请实施例中，正极金属层120为金属铝层，负极金属层130为金属铜层或金属镍层。可选地，正极金属层120为金属铝层，以进行正极电流的导流；负极金属层130为金属铜层，以进行负极电流的导流。本申请中，正极金属层120不限定为金属铝层，只要能够作为集流体的正极的金属层均在本申请的保护范围之内；负极金属层130不限定为金属铜层，只要能够作为集流体的负极的金属层均在本申请的保护范围之内。

可选地，正极金属层120的厚度为20-500nm，负极金属层130的厚度为20-500nm。上述厚度的层结构能够保证过流能力，使极片200的导电能力更佳。

请继续参阅图1、图2和图3，沿绝缘支撑层110的宽度方向，第一空白区1112和第二空白区1122分别位于绝缘支撑层110的两侧。可以从集流体的两侧分别引出正极极耳230和负极极耳240，避免正负极极耳240的接触，可以进一步避免正负极短路。

请继续参阅图2，第一活性涂覆区121的靠近第一空白区1112的位置未涂覆正极活性物质层210；第二活性涂覆区131的靠近第二空白区1122的位置未涂覆负极活性物质层220。如图2所示，如果在靠近第一空白区1112的第一活性涂覆区121涂覆正极活性物质层210，则活性物质可能涂覆至第一空白区1112上(如果在靠近第二空白区1122的第二活性涂覆区131涂覆负极活性物质层220，则活性物质可能涂覆至第二空白区1122上)；第一空白区1112和第二空白区1122上均未设置金属层，如果在空白区上涂覆活性物质层，则该处不能够产生电流，浪费了该处的活性物质。且空白区的背面会连接极耳(如图2所示，第一空白区1112的背面连接负极极耳240，第二空白区1122的背面连接正极极耳230)，如果在焊接极耳的时候，绝缘支撑层110焊穿，则还可能使空白区多余的活性物质与空白区背面的金属层接触，会严重影响极片200的性能，导致极片200不能够正常工作。所以，按照上述方式设置活性物质层。

可选地，第一活性涂覆区121的未涂覆正极活性物质层210的区域的宽度a为1-5mm，如图所示：从第一空白区1112与第一集流区1111的分界线向第一集流区1111的方向延伸宽度a为1-5mm；第二活性涂覆区131的未涂覆负极活性物质层220的区域的宽度b为1-5mm，如图所示：从第二空白区1122与第二集流区1121的分界线向第二集流区1121的方向延伸宽度b为1-5mm。以避免活性物质层涂覆至空白区，且能够保证活性物质层的涂覆量，使电池的能量密度较大。

在一些可能的实施方式中，第一活性涂覆区121的未涂覆正极活性物质层210的区域的宽度为1mm、2mm、3mm、4mm或5mm；第二活性涂覆区131的未涂覆负极活性物质层220的区域的宽度为1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。需要说明的是：上述的宽度a与宽度b的值可以相同，也可以不同。本申请不做限定。

在其他实施例中，a的值和b的值也可以为0，也就是在涂覆区处，不预留未涂覆活性层的区域，以增大电池的能量密度。

图4为本申请实施例提供的极片200的第三结构示意图。请参阅图4，第一活性涂覆区121的靠近第一空白区1112的端部涂覆正极活性物质层210，第二活性涂覆区131的靠近第二空白区1122的端部涂覆负极活性物质层220。其需要精密涂覆，只要涂覆的活性物质层不在空白区域即可。

请继续参阅图3，本申请实施例中，在复合集流体的长度方向基本全部连接极耳，该方法是全极耳的方式进行连接极耳。在实际生产中，很多时候需要模切极耳。图5为本申请实施例提供的极片200的第四结构示意图。请参阅图5，本申请实施例中，该实施方式中，先将第一极耳转接区122和第二极耳区132的位置部分模切，使沿绝缘支撑层110的长度方向，第一活性涂覆区121的长度大于第一极耳转接区122的长度；第二活性涂覆区131的长度大于第二极耳区132的长度。然后再进行极耳的连接，则可以形成窄极耳的极片200结构。

由于本申请提供的双极性集流体100中，第一极耳转接区122的背面为第二空白区1122，第二极耳区132的背面为第一空白区1112，所以，在模切第一极耳转接区122和第二极耳区132的部分结构的时候，即使第一极耳转接区122和第二极耳区132的一侧出现少量的金属毛刺，但是，由于第一空白区1112和第二空白区1122的设置，第一极耳转接区122的背面不会出现毛刺，第二极耳区132的背面不会出现毛刺，所以，可以有效避免由于模切时毛刺的产生而造成正负极导通的问题。

图6为本申请实施例提供的电池堆的结构示意图。请参阅图6，图6所示的是一个电池堆。实际上，上述极片200也可以做电芯或其他二次电池，本申请不做限定。

电芯包括多个上述极片200，以及多个隔膜300，相邻两个极片200之间设置一个隔膜300，且隔膜300的两侧分别设置正极活性物质层210和负极活性物质层220。使用上述极片200来制备电池堆，可以避免正负极的短路。

请继续参阅图6，图6所示的电池堆为两侧出极耳的电芯，可以通过卷绕或者叠片的方式完成，左边的正极极耳230重叠，然后转接至正极连接片上；右边的负极极耳240重叠，然后转接至负极连接片上。且在将极耳与连接片进行连接的时候，由于重叠起来，不同位置的极耳与连接片的距离会不同，所以，某些极耳需要弯折(此处的弯折并不是指将极耳折叠起来或者折断，只是极耳具有一定的弯折弧度)进行连接，所以，在将极耳与连接片连接的时候，极耳占用的空间可能会有少量的移动，如果是单侧出极耳，则可能会使正极极耳230和负极极耳240接触短路，而两侧出极耳，则可以有效避免上述问题。

进一步地，电芯结构中，如果6所示，由于第一活性涂覆区121的靠近第一空白区1112的位置未涂覆活性物质层，第二活性涂覆区131的靠近第二空白区1122的位置未涂覆活性物质层，如果隔膜300仅将相邻两个极片200的正极活性物质层210和负极活性物质层220隔开，则一个极片200的第一活性涂覆区121的未涂覆正极活性物质层210的位置可能会和相邻的极片200的负极活性物质层220接触；一个极片200的第二活性涂覆区131的未涂覆负极活性物质层220的位置可能会和相邻的极片200的正极活性物质层210接触。所以，设置隔膜300边缘超出第一活性涂覆区121和第二活性涂覆区131，可以有效避免上述问题，使电池的电学性能更佳。

本申请实施例提供的双极性集流体100及极片200的有益效果包括：

(1)、在第一极耳转接区122与正极极耳230连接或在第二极耳区132与负极极耳240连接(例如焊接)的时候，即使由于连接过程对绝缘支撑层110进行了破坏，但是由于极耳连接处背面的空白区的设置，也可以有效避免铝金属层和铜金属层之间的导通，从而可以有效避免正负极短路。

(2)、第一活性涂覆区121的靠近第一空白区1112的位置未涂覆正极活性物质层210；第二活性涂覆区131的靠近第二空白区1122的位置未涂覆负极活性物质层220。可以避免活性物质层涂覆至空白区，避免活性物质的浪费，也避免绝缘支撑层110焊穿时空白区上的活性物质层与空白区背面的金属层接触，保证了极片的电学性能。

(3)、隔膜300边缘超出第一活性涂覆区121和第二活性涂覆区131，可以有效避免相邻两个极片之间的第一活性涂覆区121的靠近第一空白区1112的位置未涂覆正极活性物质层210的位置，与第二活性涂覆区131的靠近第二空白区1122的位置未涂覆负极活性物质层220接触，可以有效避免正负极短路。

以上所述仅为本申请的一部分实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双极性集流体，其特征在于，包括：

绝缘支撑层，所述绝缘支撑层沿厚度方向具有第一表面和第二表面，所述第一表面具有第一集流区和第一空白区，所述第二表面具有第二集流区和第二空白区；

正极金属层，所述正极金属层设置于所述第一集流区，所述正极金属层具有用于涂覆正极活性物质的第一活性涂覆区和用于连接正极极耳的第一极耳转接区，所述第一极耳转接区在所述绝缘支撑层的厚度方向的投影位于所述第二空白区；

负极金属层，所述负极金属层设置于所述第二集流区，所述负极金属层具有用于涂覆负极活性物质的第二活性涂覆区和用于连接负极极耳的第二极耳区，所述第二极耳区在所述绝缘支撑层的厚度方向的投影位于所述第一空白区。

2.根据权利要求1所述的双极性集流体，其特征在于，所述正极金属层为金属铝层，所述负极金属层为金属铜层或金属镍层；

可选地，所述正极金属层的厚度为20-500nm，所述负极金属层的厚度为20-500nm。

3.根据权利要求1所述的双极性集流体，其特征在于，沿所述绝缘支撑层的宽度方向，所述第一空白区和所述第二空白区分别位于所述绝缘支撑层的两侧。

4.一种极片，其特征在于，包括：

权利要求1-3任一项所述的双极性集流体；

正极活性物质层，所述正极活性物质层设置于所述第一活性涂覆区；

负极活性物质层，所述负极活性物质层设置于所述第二活性涂覆区；

正极极耳，所述正极极耳的一端连接于所述第一极耳转接区，另一端朝向远离所述第一活性涂覆区的方向延伸；

负极极耳，所述负极极耳的一端连接于所述第二极耳区，另一端朝向远离所述第二活性涂覆区的方向延伸。

5.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述第一活性涂覆区的靠近所述第一空白区的位置未涂覆所述正极活性物质层；所述第二活性涂覆区的靠近所述第二空白区的位置未涂覆所述负极活性物质层。

6.根据权利要求5所述的极片，其特征在于，所述第一活性涂覆区的未涂覆所述正极活性物质层的区域的宽度为1-5mm；所述第二活性涂覆区的未涂覆所述负极活性物质层的区域的宽度为1-5mm。

7.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述正极极耳与所述第一极耳转接区焊接，所述负极极耳与所述第二极耳区焊接。

8.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，沿所述绝缘支撑层的长度方向，所述第一活性涂覆区的长度大于所述第一极耳转接区的长度；所述第二活性涂覆区的长度大于所述第二极耳区的长度。

9.一种电芯，其特征在于，包括多个权利要求4-8任一项所述的极片，以及多个隔膜，相邻两个所述极片之间设置一个所述隔膜，且所述隔膜的两侧分别设置所述正极活性物质层和所述负极活性物质层。

10.根据权利要求9所述的电芯，其特征在于，所述隔膜边缘超出所述第一活性涂覆区和所述第二活性涂覆区。

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