CN111584878A - 集流体、电芯及电池 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种集流体、电芯及电池，所述集流体，包括主体结构，所述主体结构上设置有强度削弱带，所述强度削弱带将所述主体结构分隔成至少两个部分，所述至少两个部分中的任两个部分之间通过导电材料连接。本发明实施例提供的集流体在应用在电池中时，有助于避免正极极片与负极极片因未断裂或部分断裂穿过破损隔膜而接触短路的情况，提高电池的安全性。

Description

集流体、电芯及电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种集流体、电芯及电池。

背景技术

锂电池由于具有能量密度大等优势，目前已经得到了比较广泛的应用。锂电池的电芯主要由正极极片、负极极片以及隔膜组成。由于隔膜相对正极极片与负极极片强度较低，在事故状况下，电芯的一些位置可能出现隔膜破损，正极极片与负极极片因未断裂或部分断裂穿过破损隔膜而接触短路的情况。可见，现有的锂电池存在安全性较低的缺陷。

发明内容

本发明实施例提供一种集流体、电芯及电池，以解决现有的锂电池存在的安全性较低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

本发明实施例提供了一种集流体，包括主体结构，所述主体结构上设置有强度削弱带，所述强度削弱带将所述主体结构分隔成至少两个部分，所述至少两个部分中的任两个部分之间通过导电材料连接。

本发明实施例还提供了一种电芯，包括极片，所述极片包括上述的集流体。

本发明实施例还提供了一种电池，包括上述的电芯。

本发明实施例中，在集流体的主体结构上设置强度削弱带，且强度削弱带将主体结构分隔成至少两个部分；在受到破坏力作用时，集流体的主体结构可以在强度削弱带处整体断裂；本实施例提供的集流体，在应用在电池中时，有助于避免正极极片与负极极片因未断裂或部分断裂穿过破损隔膜而接触短路的情况，提高电池的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的集流体的结构示意图；

图2为本发明实施例中正极集流体与负极集流体的结构示意图；

图3为本发明实施例中正极极片与负极极片的结构示意图；

图4为本发明实施例中正极极片、负极极片以及隔膜组装结构示意图；

图5为本发明实施例中卷芯的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的集流体100，包括主体结构110，所述主体结构110上设置有强度削弱带120，所述强度削弱带120将所述主体结构110分隔成至少两个部分，所述至少两个部分中的任两个部分之间通过导电材料连接。

容易理解的是，集流体即用于汇集电流的部件，其包括的主体结构可以是金属箔，例如铜箔或者铝箔等。现有的集流体的主体结构各处强度通常相等，在受到破坏力的作用时，通常会在主要受力的位置发生断裂，而在受力较轻或未受力的位置保持连接。结合实际应用，以具有集流体的锂电池为例，由于锂电池中隔膜的强度通常较集流体低，在破坏力的作用下，隔膜的破损位置的长度通常大于集流体断裂位置的长度，而锂电池的正极极片与负极极片的强度主要由集流体提供，因此，容易出现锂电池的正极极片的未断裂部分与负极极片未断裂部分透过破损的隔膜相互接触短路的情况，在这种短路情况下轻微的会呈现发热，鼓胀等现象，严重者会导致电池冒烟、着火，带来较大安全问题。

本实施例中，在集流体100所包括的主体结构110上设置有强度削弱带120，主体结构110中对应强度削弱带120的部分的强度，小于主体结构110其他部分的强度。

强度削弱带120将主体结构110分隔成至少两个部分，所述至少两个部分中的任两个部分之间通过导电材料连接；为便于说明，将分隔成的至少两个部分中的每一部分定义为第一部分。容易理解的是，对于一个集流体，多个第一部分之间只是被强度削弱带120隔开，相互之间仍然可以导电。例如，第一部分与强度削弱带120均是主体结构110组成部分，第一部分与强度削弱带120的实体部分，即第一部分与导电材料可以是一体连接的关系，只不过设置的强度削弱带120使得不同的第一部分在主体结构110上对应的区域并非是连续的；再例如，第一部分可以是例如金属箔的导电结构，强度削弱带120则可以是例如塑料的非导电结构，通过在强度削弱带120涂布导电材料，可以使得相邻两个第一部分能够导电。当集流体100受到较为严重的外力撞击时，主体结构110可以在强度削弱带120处整体断裂，当本实施例提供的集流体100应用在锂电池中时，可以有效避免因正极极片的未断裂部分与负极极片的未断裂部分相互接触而短路的情况。

本发明实施例中，在集流体的主体结构上设置强度削弱带，且强度削弱带将主体结构分隔成至少两个部分；在受到破坏力作用时，集流体的主体结构可以在强度削弱带处整体断裂；本实施例提供的集流体，在应用在电池中时，有助于避免正极极片与负极极片因未断裂或部分断裂穿过破损隔膜而接触短路的情况，提高电池的安全性。

在一些可行的实施方式中，对于在上述主体结构110上设置的强度削弱带120的数量，可以是一个或多个；而对于在主体结构110上设置的强度削弱带120的延伸方向，可以是沿主体结构110的长度方向或者宽度方向，或者是沿斜线方向或者曲线方向等等，能够将主体结构110分隔成至少两个部分即可，以便于在受到破坏力的情况下主体结构110能够整体断裂。

在一个应用例中，强度削弱带120沿集流体100的主体结构110的长度方向延伸，即强度削弱带120的延伸方向平行于主体结构110的长度方向，将主体结构110分隔成在宽度方向相对布置的两部分。当集流体100应用在具有卷绕电芯的电池中时，可以将初始状态下呈带状的集流体100进行卷绕，使得卷绕后的集流体100的主体结构110上的强度削弱带120能够分布在同一横截面上，便于在受到破坏力时，上述主体结构110能够整体断裂。

同样以上一应用例为例，强度削弱带120的数量可以是一个，保证主体结构110能够发生整体断裂即可；强度削弱带120的数量也可以是多个，并且多个强度削弱带120可以平行设置，这样，有助于卷绕后的集流体100在不同的位置上受到破坏力时，能够在相应的截面发生断裂，进一步提高电池的安全性。

进一步可选地，所述强度削弱带120的长度等于所述主体结构110的长度。也就是说，强度削弱带120从主体结构110沿长度方向的一侧端面延伸到主体结构110沿长度方向的另一侧端面；如此可以在一定程度上避免可使得集流体100在受到破坏力时，而主体结构110沿长度方向的两端或其中一端仍然连接的情况，进一步保证主体结构110能够整体断裂。

在另一应用例中，上述集流体100还可以应用在具有叠片电芯的电池中时，此时，强度削弱带120在主体结构110上的布置方式可以更加灵活，例如，强度削弱带120可以是沿任意方向延伸以实现对主体结构110的分隔。另外，当强度削弱带120数量为多个时，多个强度削弱带120可以是平行的或者不平行设置是存在交错的；相对来说，将多个强度削弱带120设置为平行的，可以降低强度削弱带120的加工难度。

可选地，所述强度削弱带120包括减薄结构、镂空结构以及凹凸结构中的至少一项。

对于减薄结构，可以是指在主体结构110的表面加工的凹槽等，用于降低主体结构110在相应位置的厚度，从而起到强度削弱的作用；上述凹槽可以是连续的，也可以是不连续的；例如，可以设置一条两端分别到达主体结构110的沿长度方向两侧边缘的凹槽，或者是，在主体结构110的长度方向上间断布置多个凹槽，抑或是在主体结构110上设置连续的锯齿形的凹槽等。对于镂空结构，可以是在主体结构110上加工的开孔，开孔可以是圆形、三角形、四边形、五边形以及五角星形等多种形状中的至少一种；开孔的数量可以是多个，沿一定的方向间断布置。对于凹凸结构，可以是指在主体结构110的表面上设置的凸起和凹陷交替布置的结构。

通过以上减薄结构、镂空结构以及凹凸结构中的至少一项的设置，可以实现强度削弱带120对主体结构110的特定区域的强度削弱作用。

在一些可行的实施方式中，强度削弱带120可以是通过激光雕刻、化学腐蚀、模具冲压、金属刻制等工艺手段获得的。

可选地，所述主体结构110上还设置有极耳。

当集流体100应用在具有卷绕电芯的电池中时，在集流体100的主体结构110上设置极耳，有助于在卷绕主体结构110时，直接将极耳固定在卷绕中心位置处。

参见图2至图4，本发明实施例还提供了一种电芯，包括极片，所述极片210包括上述的集流体100。

容易理解的是，极片210的强度主要由集流体100来提供，通常情况下，极片210的断裂可以认为是集流体100的断裂。

通常情况下，电芯包括了正极极片211和负极极片212这两类极片210，上述正极极片211与负极极片212可以均是包括了以上实施例中所述的集流体100，从而有助于在受到破坏力时，正极极片211与负极极片212能够同时整体断裂。当然，在一些可行的实施方式中，也可以是仅仅针对正极极片211或者仅仅针对负极极片212设置以上具有强度削弱带120的集流体100，同样也能在一定程度上起到避免正极极片211与负极极片212相互接触的效果。

需要说明的是，该电芯是应用了上述集流体100的电芯，上述集流体100实施例中所有实现方式均适用于该电芯的实施例中，也能达到相同的技术效果。

以下主要以电芯中所有极片210均具有对应的强度削弱带120为例，即以每一极片210所包括的集流体100的主体结构110上均设置有强度削弱带120为例进行说明。

可选地，第一强度削弱带的中心线与第二强度削弱带的中心线之间的距离小于或等于2mm；

其中，所述极片210包括相对设置的第一极片与第二极片，所述第一强度削弱带为与所述第一极片对应的强度削弱带120，所述第二强度削弱带为与所述第二极片对应，且与所述第一强度削弱带相匹配的强度削弱带120。

容易理解的是，上述强度削弱带120与极片210之间对应关系，主要指强度削弱带120具体位于哪一极片210所包括的集流体100中，例如，第一强度削弱带可以是指设置在第一极片包括的集流体100所包括的主体结构110上，第二强度削弱带可以是指设置在第二极片包括的集流体100所包括的主体结构110上。而第一强度削弱带与第二强度削弱带之间的匹配关系，则可以是指在相邻布置的两个极片210之间，存在设置位置与延伸方向相同或相似的强度削弱带120。

本实施例中，将第一强度削弱带的中心线与第二强度削弱带的中心线之间的距离限定一阈值以内，例如上述的2mm以内，能够有效避免了因上述强度削弱带位置错开过多而导致电芯在受到破坏力时难以完全断裂的情况，同时提供了一定的容错量，降低了电芯的装配难度。

当然，在一些较优的实施方式在中，上述第一强度削弱带的中心线与第二强度削弱带的中心线可以是完全重合的，如此可以有效保证电芯在受到破坏力时能够完全断裂，提高电芯的安全性。

可选地于，所述极片还包括隔膜220；

所述第一极片与所述第二极片分别为正极极片与负极极片，所述隔膜220设置于所述正极极片与所述负极极片之间。

电芯通常包括了正极极片211与负极极片212这两类极片210，隔膜220则可以设置在正极极片211与负极极片212之间。例如，上述电芯可以是卷绕电芯或者叠片电芯；对于卷绕电芯，可以将正极极片211、隔膜220以及负极极片212依次布置，然后进行卷绕而获得，当然，为避免卷绕中两极片之间相互接触，可以在正极极片211和/或负极极片212的外侧另行覆盖隔膜220；对于叠片电芯，可以是将正极极片211和负极极片212交替布置，任两个相邻极片210之间可以设置隔膜220。通过隔膜220的设置，避免了正极极片211与负极极片212直接接触而短路的情况。

可选地，在所述电芯为卷绕电芯的情况下，所述极片210对应的强度削弱带120平行于所述卷绕电芯的宽度方向。

通常来讲，对于卷绕电芯，其宽度方向对应的是垂直于极耳130的方向，强度削弱带120在主体结构110的长度方向延伸，在卷绕之后，则平行于电芯的宽度方向，即强度削弱带120位于卷绕电芯的特定的横截面上。

通过将极片210对应的强度削弱带120设置为平行于所述卷绕电芯的宽度方向，有助于卷绕电芯在受到破坏力时，能够发生整体断裂，避免正极极片211与负极极片212相互接触而发生短路。

可选地，在所述电芯为叠片电芯的情况下，所述极片210的数量为多个，多个所述极片210对应的强度削弱带120在垂直投影上相互重叠或近似重叠。

对于叠片电芯，极片210所包括的集流体100的主体结构110上的强度削弱带120的布置方式比较灵活，而本实施例中，通过将各个极片210对应的强度削弱带120在主体结构110上的位置进行统一，使得各个所述极片210对应的强度削弱带120在垂直投影上相互重叠或近似重叠，容易理解的是，近似重叠可以对应上述第一强度削弱带的中心线与第二强度削弱带中心线之间的距离小于某一阈值的情况。如此有利于在受到破坏力时，叠片电芯能够整体断裂。

当然，容易理解的是，叠片电芯可能包括多个电芯单元，每个电芯单元主要由一个正极极片211、一个负极极片212以及隔膜220组成。在一些可行的实施方式中，可以使得每个电芯单元中的两个极片210对应强度削弱带120的位置相匹配，而不同电芯单元中的极片210对应强度削弱带120的位置关系不做限定，同样也能在一定程度上起到避免正极极片211与负极极片212相互接触的效果。

可选地，所述极片210还包括活性物质涂覆层；所述活性物质涂覆层至少涂设于所述集流体100所包括的强度削弱带120上。

上述活性物质涂覆层可以是指正极涂覆层或者负极涂覆层等结构，本实施例中，活性物质涂覆层至少涂设于所述集流体100所包括的强度削弱带120上，以保证电芯能够实现常规的充放电功能；当然，在一些较优的实施方式中，活性物质涂覆层还可以是同时涂设于上述强度削弱带120与主体结构110上的。

在一个示例中，所述极片210的数量为多个，多个所述极片210中具有正极极片211与负极极片212，所述正极极片211所包括的集流体100上设置有正极涂覆层231，所述负极极片212所包括的集流体100上设置有负极涂覆层232。

为便于说明，以下将正极极片211所包括的集流体100称为正极集流体，将负极极片212所包括的集流体100称为负极集流体。

以上述电芯为卷绕电芯为例，可以通过如下步骤来制造卷绕电芯：

(1)参见图2，将两张箔材分别作为正极集流体的主体结构110与负极集流体的主体结构110；为便于说明，将正极集流体的主体结构110称为正极主体结构111，将负极集流体的主体结构110称为负极主体结构112；

在正极主体结构111与负极主体结构112上分别设置强度削弱带120，两个主体结构110上的强度削弱带120在位置、延伸方向以及数量上可以是相互对应的，图中仅在每个主体结构110上示出一个强度削弱带120，实际应用中，每个主体结构110上的强度削弱带120的数量可以是一个或是多个；

(2)参见图3，在正极集流体上涂覆正极活性物质(对应上述的正极涂覆层231)制备成正极极片211；在负极集流体上涂覆负极活性物质(对应上述的负极涂覆层232)制备成负极极片212；

此外，在正极主体结构111与负极主体结构112可以分别固定对应的极耳130；

(3)参见图4，在正极极片211与负极极片212之间设置隔膜220，为避免卷绕过程中，正极极片211与负极极片212相互接触，可以在正极极片211相对负极极片212所在侧的另一侧，和/或，在负极极片212相对正极极片211所在侧的另一侧设置隔膜220；

(4)参见图5，对步骤(3)中得到的结构进行卷绕，得到卷芯300；此时，在图5所示的视向下，强度削弱带120经卷绕重合在一起，且平行于卷芯300的宽度方向；

当然，在实际应用中，卷绕电芯中强度削弱带120的数量可以是一个或者多个，当存在多个强度削弱带120时，多个强度削弱带120可以是相互平行的。

(5)卷芯300经过封装-注液-化成处理，制作得到卷绕电芯。

另外，针对叠片电芯，制作步骤与以上卷绕电芯的制作步骤相似，在去除步骤(2)中的极耳130的情况下，对步骤(3)中得到的结构进行叠片即可，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种电池，包括上述的电芯。

本实施例中的电池，可以是锂电池。

需要说明的是，该电池是应用了上述电芯的电池，上述电芯实施例中所有实现方式均适用于该电池的实施例中，也能达到相同的技术效果。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种集流体，其特征在于，包括主体结构，所述主体结构上设置有强度削弱带，所述强度削弱带将所述主体结构分隔成至少两个部分，所述至少两个部分中的任两个部分之间通过导电材料连接。

2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，在所述强度削弱带的数量为多个的情况下，多个所述强度削弱带平行设置。

3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述强度削弱带沿所述主体结构的长度方向延伸。

4.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，所述强度削弱带的长度等于所述主体结构的长度。

5.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述强度削弱带包括减薄结构、镂空结构以及凹凸结构中的至少一项。

6.一种电芯，其特征在于，包括极片，所述极片包括如权利要求1至5中任一项所述的集流体。

7.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，第一强度削弱带的中心线与第二强度削弱带的中心线之间的距离小于或等于2mm；

其中，所述极片包括相对设置的第一极片与第二极片，所述第一强度削弱带为与所述第一极片对应的强度削弱带，所述第二强度削弱带为与所述第二极片对应，且与所述第一强度削弱带相匹配的强度削弱带。

8.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，在所述电芯为卷绕电芯的情况下，所述极片对应的强度削弱带平行于所述卷绕电芯的宽度方向。

9.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，所述极片还包括活性物质涂覆层；所述活性物质涂覆层至少涂设于所述集流体所包括的强度削弱带上。

10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求6至9中任一项所述的电芯。

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