CN109980170A - 电极组件及电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电极组件，包括：第一极片，具有第一集流体；以及第二极片，具有第二集流体；其中，第一集流体包含第一表面，第二集流体包含第二表面，第一表面面向第二表面，第二表面设置有导电材料。本申请的目的在于提供一种电极组件，以在保证抗机械滥用性能的同时改善电极组件存在的短路缺陷。本申请还提供一种电池。

Description

电极组件及电池
技术领域
本申请涉及电池领域，特别地涉及一种电极组件及电池。
背景技术
锂离子电池因具有高能量密度、循环寿命长、开路电压高等优异的性能，而广泛应用于移动电话、笔记本电脑等消费类电子领域。近年来，随着锂离子电池能量密度的提升，其应用领域已逐渐拓展到电动车等新的领域。但与此同时，由于锂离子电池在使用过程中会出现一些不可预知的滥用情况，严重威胁消费者安全，因此锂离子电池的安全性能和抗各种滥用条件的能力严重影响其大规模应用。
穿钉是电池在滥用情况下一种较极端的内短路情况。当电池受到穿钉冲击时，锂离子电池隔膜往往会遭到破坏，导致电池出现内部短路而引发热失控，使电池不能再继续正常使用，严重时可能引起相关设备的损坏或者危及操作人员的人身安全。
现有技术采用在正极片尾部(或头部)设置一段加长铝箔，在负极片尾部(或头部)设置一段加长铜箔，并对隔膜进行延长，使按照由外到内排布的该加长铝箔-隔膜-铜箔-隔膜围绕电芯外圈一周，使电池在外部锋利导体刺穿电池等情况发生时，铝箔和铝箔能迅速将发生短路，将铝-阳极、阳极-阴极的短路电流分流，使电极组件内部的电量放出，以防止电池起火，从而提高电池的安全性。
现有技术仍然存在一些问题。
首先，空箔区域在生产过程掉入导电颗粒(阴阳极颗粒、金属屑等)，在化成的大压力下会刺穿隔膜造成短路发热，甚至引起燃烧。
其次，空箔区域的边缘毛刺区域更容易刺穿隔膜，相比于活性材料区，空箔区没有活性材料阻隔，边缘毛刺会直接接触隔膜，增加了短路的概率，从而导致电芯发热。
因此，如何在保证电芯的抗滥用性能，特别是穿钉安全性的前提下，尽量减少或消除因导电颗粒和边缘毛刺刺穿隔膜而导致的内短路，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
针对相关技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种电极组件，以在保证抗机械滥用性能的同时改善电极组件存在的短路缺陷。
本申请提供一种电极组件，包括：第一极片，具有第一集流体；以及第二极片，具有第二集流体；其中，第一集流体包含第一表面，第二集流体包含第二表面，第一表面面向第二表面，第二表面设置有导电材料。
根据本申请，导电材料包括导电的阴极活性材料、导电的阳极活性材料中的至少一种。本申请所述的导电的阴极活性材料和导电的阳极活性材料中，“导电”的含义为非绝缘，即本申请所述导电的阴极活性材料包含导体或半导体的阴极活性材料，所述导电的阳极活性材料包含导体或半导体的阳极活性材料。
根据本申请，第一集流体还包含第三表面，第三表面与第一表面相对设置，第三表面设置有第一极片活性材料。
根据本申请，第二集流体还包含第四表面，第四表面与第二表面相对设置，第四表面设置有第二极片活性材料。
根据本申请，第一极片为阴极片，第二极片为阳极片。
根据本申请，第一表面设置有保护胶层。
根据本申请，第一表面设置设置为裸露表面。
根据本申请，第一集流体为铝箔，第二集流体为铜箔，导电材料为阳极活性材料。
根据本申请，电极组件为卷绕式电芯。
根据本申请，第一表面和第二表面位于卷绕式电芯的外圈。
根据本申请，第一表面和第二表面位于卷绕式电芯的中圈。
根据本申请，第一表面和第二表面位于卷绕式电芯的内圈。
根据本申请，第一表面和第二表面包括覆盖卷绕式电芯的平面部位。
根据本申请，第一表面和第二表面包括覆盖卷绕式电芯的平面和弧面部位。
根据本申请，第一表面和第二表面至少环绕卷绕式电芯一圈。
根据本申请，电极组件为叠片式电芯。
本申请还提供一种电池，包括电池外壳和密封在电池外壳中的电极组件，电极组件为上述的电极组件。
本申请的有益技术效果在于：
在本申请的电极组件中，第一集流体上的第一表面与第二集流体上的第二表面相互面向，第二表面设置有导电材料；由于第一表面上没有与第二表面上的导电材料相对应的极片活性材料，因此第二表面上的导电材料处于无电状态或低荷电状态，这样即便在机械滥用的情况下第一集流体和第二集流体依然能够快速形成短路，使电极组件内部的电量放出，防止电池爆炸、起火，保证了电极组件的抗机械滥用性能；同时由于导电材料的设置，生产过程中掉入的导电颗粒会嵌入导电材料中，而且导电材料也阻碍了集流体边缘毛刺刺穿隔离膜，这均会产生隔离膜不易破裂的效果，改善了电极组件存在的短路缺陷。
附图说明
图1为本申请实施例公开的一种电极组件的示意图；
图2为本申请实施例公开的另一种电极组件的示意图；
图3为本申请实施例公开的又一种电极组件的示意图；
图4为本申请实施例公开的再一种电极组件的示意图；
图5为图1所示电极组件在其第一表面设置保护胶层之后的局部放大图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本申请中的技术方案进行详细说明。在本文中，“内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
参考图1至图5，在一实施例中，本申请提供一种电极组件，包括：第一极片3，具有第一集流体3-1；第二极片2，具有第二集流体2-1；其中，第一集流体3-1包含第一表面3-3，第二集流体2-1包含第二表面2-3，第一表面3-3面向第二表面2-3，第二表面2-3设置有导电材料4。
具体而言，第一表面3-3位于第一集流体3-1的第一区域A，第二表面2-3位于第二集流体2-1的第二区域B，第一表面3-3可以设置有保护胶层或者设置为裸露的表面，第二表面2-3设置有导电材料4。应当理解，第一表面3-3和第二表面2-3之间可以设置有隔离膜1的隔离膜区段C。这里的“相互面向的第一表面和第二表面”意指第一表面3-3和第二表面2-3面对面朝向，第一表面3-3和第二表面2-3之间可以只隔一层隔离膜1，而没有多余的集流体、以及除“第二表面上设置的导电材料”之外的其他导电材料、活性材料等固体材料或结构，可以有电解液或空气。在本申请的电极组件中，第一集流体上的第一表面3-3与第二集流体上的第二表面2-3相互面向，而且第一表面3-3设置为裸露的表面，第二表面2-3设置有导电材料；由于第一区域A的第一表面3-3上没有与第二区域B的第二表面2-3上的导电材料相对应的极片活性材料，因此第二区域B上的导电材料处于无电状态或低荷电状态，这样即便在机械滥用的情况下第一集流体3-1和第二集流体2-1依然能够快速形成短路，使电极组件内部的电量放出，防止电池爆炸、起火，保证了电极组件的抗机械滥用性能；同时由于导电材料4或者保护胶层5的设置，生产过程中掉入的导电颗粒会嵌入导电材料4中，而且导电材料4也阻碍了集流体边缘毛刺刺穿隔离膜1，这均会产生隔离膜1不易破裂的效果，改善了电极组件存在的短路缺陷。
根据本申请的实施例，第一极片3是阳极片或阴极片，相对应地，第二极片2是阴极片或阳极片。
在图示的一个实施例中，第一区域A构造为第一集流体3-1的连续的一部分，第二区域B构造为第二集流体2-1的连续的一部分，而且，隔离膜区段C构造为隔离膜1的连续的一部分。隔离膜1包括第一层隔离膜1-1和第二层隔离膜1-2，第一层隔离膜1-1和第二层隔离膜1-2的材质可以是PP或PE等，隔离膜1的层数可以根据电极组件制造的实际需要设置，在此不做出特别限定。
在一个优选的实施例中，导电材料4包括导电的阴极活性材料、导电的阳极活性材料中的至少一种。导电的阳极活性材料可采用人造石墨、天然石墨、无定形碳、硬炭等中的一种或多种；导电的阴极活性材料可采用钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸亚铁锂中的一种或多种。采用极片活性材料充当导电材料4的好处在于，在制造电极组件形成极片的过程中，直接在本来形成裸露表面的一个集流体区域上多涂覆一段极片活性材料，以快速形成第二区域B及其上的导电材料，从而省去了涂覆其他导电材料的复杂工序，以简化工序、节约成本。应当理解，如果有其他特殊需要，导电材料4也可以是其他非活性导电材料，为了与第二集流体3-1上的所涂覆的其他极片活性材料进行区分，图中用黑色填充区域对导电材料4进行标识。
参考图1至图4，在优选的实施例，第一集流体3-1还包含第三表面(为了避免与第一表面混淆，第三表面未在附图中标号)，第三表面与第一表面3-3相对设置，第三表面设置有第一极片活性材料3-2。也就是说，第三表面和第一表面3-3是第一集流体3-1的正反两面。应当理解，在其他实施例中，第三表面可以不设置有第一极片活性材料3-2。具体而言，当第三表面设置有第一极片活性材料3-2，第一区域A形成单面空箔；当第三表面未设置有第一极片活性材料3-2，第一区域A形成双面空箔。
进一步地，第二集流体2-1还包含第四表面(为了避免与第二表面混淆，第四表面未在附图中标号)，第四表面与第二表面2-3相对设置，第四表面设置有第二极片活性材料2-2。也就是说，第四表面和第二表面2-3是第二集流体2-1的正反两面。应当理解，在其他实施例中，第四表面可以不设置有第二极片活性材料2-2。具体而言，当第四表面设置有第二极片活性材料时，第二区域B形成双面极片；当第四表面未设置有第二极片活性材料2-2时，第二区域B形成单面极片。可以理解，上述第一区域A的两种情况与第二区域B的两种情况可以任意排列组合。
在图1至图4示出的优选具体实施例中，第一极片3为阴极片，第二极片2为阳极片。相应地，第一集流体3-1为铝箔，第二集流体2-1为铜箔，第一极片活性材料3-2为阴极活性材料，第二极片活性材料2-2为阳极活性材料，导电材料4为阳极活性材料。应当理解，这仅是出于示例的目的而具体化的实施例，在其他可选实施例，第一极片3和第二极片2的性质可以互换，相应地，上述的其他部件的性质也可以互换。
在图1至图4示出的优选具体实施例中，电极组件为卷绕式电芯。该卷绕式电芯的基本结构为根据本领域传统工艺制造而成的卷绕式电芯。当然理解，本发明在该基本结构进行了上述或下述的改进。
在卷绕式电芯的实施例中，第一表面3-3和第二表面2-3(即第一区域A和第二区域B)位于卷绕式电芯的内圈(如图1所示)；或第一表面3-3和第二表面2-3(即第一区域A和第二区域B)位于卷绕式电芯的中圈(如图2所示)；或第一表面3-3和第二表面2-3(即第一区域A和第二区域B)位于卷绕式电芯的外圈(如图3所示)。这仅是根据第一表面3-3和第二表面2-3在卷绕式电芯中的位置不同而进行变型的多个实施例，但总的来说，隔离膜区段C、第一表面3-3和第二表面2-3(即第一区域A和第二区域B)包括覆盖卷绕式电芯的平面部位。
进一步变型，如图4所示，第一表面3-3和第二表面2-3包括覆盖卷绕式电芯的平面和弧面部位；该实施例也可看作在图3所示实施例的基础上将第一表面3-3和第二表面2-3延长至弧面部位而形成的。继续变型，第一表面3-3和第二表面2-3在周向上至少环绕卷绕式电芯一圈或一圈以上，而且，可根据涂膜需要确定该结构阴极在外还是阳极在外。该实施例虽在图中示出，但根据前述实施例的思路和变型趋势，不难理解其结构。应当理解，隔离膜区段C也随着第一表面3-3和第二表面2-3的位置变化而变化。
与卷绕式电芯实施例并列地，电极组件可以为叠片式电芯。该叠片式电极组件的基本结构为根据本领域传统工艺制造而成的叠片式电芯。当然理解，本发明在该基本结构进行了如上述的改进。
对于本领域技术人员来讲，由于铝箔与满充态的阳极接触是危险的，因此现有技术的在正极片尾部(或头部)设置一段加长铝箔，在负极片尾部(或头部)设置一段加长铜箔，并对隔膜进行延长，使按照由外到内排布的该加长铝箔-隔膜-铜箔-隔膜围绕电芯外圈一周的结构中，第二集流体的第二表面3-3(例如铜箔的一个表面)上未涂覆阳极材料或其他导电材料。对此，本发明反其道而行之，在上述结构的第二表面3-3上涂覆有导电材料4，由于对面的第一集流体3-1(例如铝箔)上未涂覆阴极材料，因此如果涂覆于第二集流体2-1的导电材料为阳极材料2-2，其没有对应的阴极，第二区域B会处于无电状态或极低荷电状态(即第二集流体2-1的阳极活性材料未充电)。如果设置于第二集流体2-1的导电材料为其他非活性导电材料，其作用只相当于导电集流体，因此安全性比较高。首先，由于该材料短路阻值小于Al-阳极短路阻值，保证了电流能够优先流过Al-导电材料-Cu，分摊了Al-阳极短路的短路电流；其次，其阻值大于Al-Cu短路阻值，可降低电极组件整体产热；最后，该材料热稳定性好于满充态的阳极，提高了短路点的安全性。
采用上述各实施例中的结构之后，当电极组件遭遇穿钉等冲击时，铝箔和阳极片(Al-Anode)依然能够快速形成短路，使电极组件内部的电量放出，防止电池爆炸、起火，保证电极组件的抗机械滥用性能，特别是穿钉的安全性；而且，由于铜箔涂覆有导电材料4，在这层导电材料4的阻隔作用下，导电颗粒或边缘毛刺会嵌入导电材料4中，不易刺穿隔膜，从而减少或消除了边缘毛刺和导电颗粒刺穿隔膜的可能，可显著减少或消除电极组件因导电颗粒或边缘毛刺刺穿隔膜而导致的内短路缺陷，从而提高锂离子电池的安全性能。
这里需要说明的是，本文中所述的第一区域A为未涂覆极片活性材料的集流体区域。并且优选，第二区域B的导电材料在投影上能基本或完全覆盖第一区域A。
上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，第一层隔离膜1-1和第二层隔离膜1-2可相互连接为一条隔离膜；或者，将电极组件卷绕成其他形状，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
参照图5，示出本申请电极组件的另外一个实施例，图5所示实施例与图1至图4所示实施例的区别仅在于，电极组件的第一表面3-3由裸露表面改为第一表面3-3上设置有保护胶层5。图5在第一表面3-3粘贴一层保护胶层5之后，其右端处的局部放大图。具体地，第一表面3-3可根据需求设置保护胶层5，例如粘贴一层保护胶，以进行贴胶保护，在设置保护胶层5之后，由于保护胶层5可能会阻碍第一区域A与第二区域B及时形成短路，因而可能会对穿钉撞击性能有轻微恶化，但同样能够使第二区域B上的导电材料处于无电状态或低荷电状态，同时也阻碍了导电颗粒以及集流体边缘毛刺刺穿隔离膜1，进一步在保证抗机械滥用性能的同时减少电极组件制作过程毛刺和导电颗粒导致的内短路现象。由此可见，图5示出的实施例与图1至图4示出的实施例属于一个总的发明构思。本申请的另一方面提供一种电池，包括电池外壳和密封在电池外壳中的电极组件以及第一极耳和第二极耳(未示出)，其中，该电极组件为上述各实施例中改进的电极组件，第一极耳电连接于电极组件的第一集流体2-1，第二极耳电连接于电极组件的第二集流体3-1，其余结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上仅为本申请的优选实施例而已，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 (17)

1.一种电极组件，其特征在于，包括：
第一极片，具有第一集流体；以及
第二极片，具有第二集流体；
其中，所述第一集流体包含第一表面，所述第二集流体包含第二表面，所述第一表面面向所述第二表面，所述第二表面设置有导电材料。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述导电材料包括导电的阴极活性材料、导电的阳极活性材料中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一集流体还包含第三表面，所述第三表面与第一表面相对设置，第三表面设置有第一极片活性材料。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第二集流体还包含第四表面，所述第四表面与第二表面相对设置，第四表面设置有第二极片活性材料。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一表面设置有保护胶层。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一表面设置为裸露表面。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一极片为阴极片，所述第二极片为阳极片。
8.根据权利要求7所述的电极组件，其特征在于，所述第一集流体为铝箔，所述第二集流体为铜箔，所述导电材料为阳极活性材料。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件为卷绕式电芯。
10.根据权利要求9所述的电极组件，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面位于所述卷绕式电芯的外圈。
11.根据权利要求9所述的电极组件，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面位于所述卷绕式电芯的中圈。
12.根据权利要求9所述的电极组件，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面位于所述卷绕式电芯的内圈。
13.根据权利要求9所述的电极组件，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面包括覆盖所述卷绕式电芯的平面部位。
14.根据权利要求9所述的电极组件，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面包括覆盖所述卷绕式电芯的平面和弧面部位。
15.根据权利要求9所述的电极组件，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面至少环绕所述卷绕式电芯一圈。
16.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件为叠片式电芯。
17.一种电池，包括电池外壳和密封在所述电池外壳中的电极组件，其特征在于，所述电极组件为上述权利要求1所述的电极组件。
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