CN112655112B - 电极组件和电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电极组件，由第一极片、隔离膜和第二极片卷绕形成。第一极片的卷绕终止端位于第二极片的卷绕终止端的远离卷心的外侧。第一极片的卷绕终止端上的第一活性物质层覆盖第一集流体朝向第二极片的一侧表面，所述第一极片的卷绕终止端上的所述第一集流体背离所述第二极片的一侧表面未涂覆所述第一活性物质层。上述电极组件的最外圈的极片没有空铝箔的设计，提高锂离子电池的能量密度的同时，也提高了跌落安全性能。本申请还提供一种具有上述电极组件的电池。

Description

电极组件和电池
技术领域
本申请涉及电池领域，尤其涉及一种电极组件和具有该电极组件的电池。
背景技术
一般卷绕式电池在收尾时，电芯外层极片尾部都存在部分空铝箔(两面均无活性物质涂层)，且尾部空铝箔与其尾部的涂层边缘一般都贴附一层绝缘胶带，用于防护极片涂层边缘锂枝晶造成的短路风险。尾部的空铝箔以及其尾部涂层边缘的绝缘胶带占据着电芯的一定体积，降低了电芯的能量密度。此外电芯一般使用铝塑膜进行密封包装，电芯与密封包装电芯的外壳之间存在间隙，电芯在遭受跌落冲击时，电芯自身及外层尾部的空铝箔容易出现破裂，破碎形成的碎屑在外壳的包裹束缚下，与电芯破碎的极片接触，导致短路发热甚至起火爆炸等事件发生。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种电芯外层无空铝箔，并且能提高能量密度的电极组件和具有该电极组件的电池。
本申请实施例提供了一种电极组件，包括第一极片、第二极片和隔离膜，所述第二极片的极性与所述第一极片的极性相反，所述隔离膜设置于所述第一极片和所述第二极片之间，所述电极组件由所述第一极片、所述隔离膜和所述第二极片卷绕形成。所述第一极片包括第一集流体和第一活性物质层，所述第一活性物质层设置于所述第一集流体表面，所述第一极片的卷绕终止端位于所述第二极片的卷绕终止端的远离卷心的外侧。所述第一极片的卷绕终止端上的所述第一活性物质层覆盖所述第一集流体朝向所述第二极片的一侧表面。所述电极组件还包括粘接件，所述粘接件的厚度为15um～25um，所述粘接件连接所述第一极片的卷绕终止端并覆盖所述电极组件的部分外表面。
在一可选实施例中，所述第一极片的卷绕终止端上的所述第一集流体背离所述第二极片的一侧表面未涂覆所述第一活性物质层。
在一可选实施例中，所述粘接件为热熔胶，粘贴于所述电极组件的外表面。
进一步地，所述粘接件的热熔温度小于或等于120℃，热熔压力小于或等于3MPa。
在一可选实施例中，所述第二极片的卷绕终止端沿卷绕方向伸出所述第一极片的卷绕终止端，伸出的长度大于或等于2mm。
进一步地，所述隔离膜的卷绕终止端沿卷绕方向伸出所述第二极片的卷绕终止端，并贴附于所述粘接件的内表面。
在一可选实施例中，所述电极组件还包括第一极耳和第二极耳，所述第一极耳连接所述第一极片，所述第二极耳连接第二极片，沿所述电极组件的厚度方向，所述第一极耳与所述第二极耳的投影不重叠。
进一步地，所述第一极片的卷绕起始端设有第一空箔区，所述第二极片的卷绕起始端设有第二空箔区，所述第一极耳设置于所述第一空箔区，所述第二极耳设置于所述第二空箔区。
进一步地，所述电极组件包括第一绝缘件，所述第一绝缘件设置于所述第一空箔区并覆盖所述第一极耳。
在一可选实施例中，所述第二空箔区伸出所述第一空箔区，所述电极组件进一步包括第二绝缘件，所述第二绝缘件覆盖所述第一空箔区的端部。
本申请的实施例还提供一种电池，包括电极组件和包装体，所述电极组件为上述任一项所述的电极组件，所述电极组件收容在所述包装体中，所述电极组件的极耳伸出所述包装体。
上述电极组件的最外圈的极片没有空铝箔的设计，提高锂离子电池的能量密度的同时，也提高了跌落等使用场景时的安全性能，以及减少单个电机组件的铝箔耗材。
附图说明
图1为电极组件在一实施例中的卷绕结构示意图。
图2为电极组件在一实施例中的卷绕结构示意图。
图3为电极组件在一实施例中的结构示意图。
图4为第一极片在一对比实施例中的展开结构示意图。
图5为第一极片在一实施例中的展开结构示意图。
图6为第一极片在一对比实施例中的展开结构示意图。
图7为第一极片在一实施例中的展开结构示意图。
图8为电极组件在一对比实施例中的卷绕结构示意图。
图9为电池在一实施例中的结构示意图。
主要元件符号说明：
电极组件 100
第一平面 101
第二平面 102
第一弧面 103
第二弧面 104
空铝箔 105
绝缘胶带 106
第一极片 10
第一集流体 11
第一活性物质层 12
卷绕终止端 13
第一空箔区 14
第二极片 20
第二集流体 21
第二活性物质层 22
第二空箔区 23
隔离膜 30
卷绕终止端 31
粘接件 40
第一极耳 50
第二极耳 60
第一绝缘件 70
第二绝缘件 80
电池 200
包装体 201
具体实施方式：
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请实施例提供了一种电极组件，包括第一极片、第二极片和隔离膜，所述第二极片的极性与所述第一极片的极性相反，所述隔离膜设置于所述第一极片和所述第二极片之间，所述电极组件由所述第一极片、所述隔离膜和所述第二极片卷绕形成。所述第一极片包括第一集流体和第一活性物质层，所述第一活性物质层设置于所述第一集流体表面，所述第一极片的卷绕终止端位于所述第二极片的卷绕终止端的远离卷心的外侧。所述第一极片的卷绕终止端上的所述第一活性物质层覆盖所述第一集流体朝向所述第二极片的一侧表面。所述电极组件还包括粘接件，所述粘接件的厚度为15um～25um，所述粘接件连接所述第一极片的卷绕终止端并覆盖所述电极组件的部分外表面。
上述电极组件的最外圈的极片没有空铝箔的设计，并且与厚度为15um～25um超薄粘接件联用，提高锂离子电池的能量密度的同时，也提高了跌落等使用场景时的安全性能，以及减少单个电机组件的铝箔耗材。
本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
请参阅图1，在本申请的一实施例中，电极组件100包括第一极片10、第二极片20和隔离膜30。所述第一极片10与所述第二极片20的极性相反，所述隔离膜30设置于所述第一极片10和所述第二极片20之间，所述电极组件100由所述第一极片10、所述隔离膜30和所述第二极片20围绕一卷针卷绕形成，并且卷绕过程完成后，卷针从所述电极组件100中取出。所述电极组件100包括卷绕终止端，所述卷绕终止端包括第一极片10的卷绕终止端13、第二极片20的卷绕终止端及隔离膜30的卷绕终止端。所述隔离膜30的卷绕终止端31位于所述卷绕终止端包括第一极片10的卷绕终止端13与第二极片20的卷绕终止端之间。所述第一极片10的卷绕终止端13位于所述电极组件100的最外层。
所述第一极片10包括第一集流体11和第一活性物质层12，所述第一活性物质层12设置于所述第一集流体11表面，所述第一极片10的卷绕终止端位于所述第二极片20的卷绕终止端的远离卷心的外侧。
在本申请的实施例中，所述第一极片10为阴极片，所述第一集流体11可选为铝箔层，所述第一活性物质层12为阴极活性物质层，可选为LiCo02、LiFeP04等可脱嵌锂离子的电化学活性物质。所述第二极片20为阳极片，包括第二集流体21和第二活性物质层22，所述第二集流体可选为铜箔层，所述第二活性物质层22可选为石墨、软碳、硬碳、Li4Ti5012等可嵌锂离子的电化学活性物质。
所述第一极片10的卷绕终止端13为所述电极组件100的最外层的极片的结构，所述第一极片10的卷绕终止端13上的所述第一活性物质层12覆盖所述第一集流体11朝向所述第二极片20的一侧表面，所述第一极片10的卷绕终止端13上所述第一集流体11背离所述第二极片20的一侧表面未涂覆所述第一活性物质层12。所述电极组件100进一步包括粘接件40，所述粘接件40的厚度为15um～25um，所述粘接件40连接所述第一极片10的卷绕终止端并覆盖所述电极组件100的部分外表面。
在本申请的实施例中，所述粘接件40为热熔胶，可选为厚度为15um～25um的超薄热熔胶，材料可以是橡胶系粘结剂，与PET联用。在一定压力(≤3MPa)与温度(≤120℃)条件下，所述粘接件40可以产生粘性。换句话说，所述粘接件40的热熔温度小于或等于120℃，热熔压力小于或等于3MPa。
请再次参阅图1，所述电极组件100的外表面包括第一平面101、第二平面102、第一弧面103和第二弧面104。沿所述电极组件100的厚度方向(图1箭头A指示的方向)，所述第一平面101与所述第二平面102相对设置，沿所述电极组件100的宽度方向(图1箭头B指示的方向)，所述第一弧面103与所述第二弧面104相对设置，并且所述第一弧面103和所述第二弧面104连接于第一平面101与第二平面102之间。
所述第一极片10卷绕终止端13大致位于所述第一平面101与第一弧面103的交界处，所述粘接件40连接所述第一极片10的卷绕终止端并贴附于所述第一弧面103，避免粘接件40增加电极组件100的厚度。在其他实施例中，所述第一极片的卷绕终止端还可以位于第一平面101或第二平面102，相应地，粘接件40也贴附于所述第一平面101或所述第二平面102。
进一步地，为了避免第二极片20的端部析锂产生的毛刺刺穿隔离膜30并连接第一极片10而发生短路，所述第二极片20的卷绕终止端沿极片卷绕方向伸出所述第一极片10的卷绕终止端13，伸出的长度L1大于或等于2mm。所述隔离膜30的卷绕终止端31伸出所述第二极片20的卷绕终止端，并贴附于所述粘接件40的内表面，所述隔离膜30的卷绕终止端31伸出第二极片20的长度L2大于或等于4mm。所述第二极片20的卷绕终止端被所述隔离膜的卷绕终止端31覆盖，以保护和绝缘所述第二极片20的卷绕终止端。
请参阅图1和图3，所述电极组件100进一步包括第一极耳50和第二极耳60，所述第一极耳50连接所述第一极片10，所述第二极耳60连接所述第二极片20。沿所述电极组件100的厚度方向，所述第一极耳50与所述第二极耳60的投影不重叠，沿所述电极组件100的长度方向(图3箭头C指示方向)，所述第一极耳50和所述第二极耳60伸出所述电极组件100的同一端。在其他实施例中，所述第一极耳50和所述第二极耳60可以从所述电极组件100的不同端伸出，本申请不限定于此。
进一步地，所述第一极片10的卷绕起始端设有第一空箔区14，所述第二极片20的卷绕起始端设有第二空箔区23，所述第一极耳50设置于所述第一空箔区14，所述第二极耳60设置于所述第二空箔区23。所述电极组件100包括第一绝缘件70，所述第一绝缘件70设置于所述第一空箔区14并覆盖所述第一极耳50，防止第一极耳50上的毛刺刺穿隔离膜30与第二极片20接触而发生短路。在一可选实施例中，所述第一绝缘件70可以为绝缘胶带，从第一极耳50延伸至第一活性物质层12的起始端，几乎包覆整个第一空箔区14，使得第一空箔区14得到有效保护，避免出现碎裂、短路等情况。
在一可选实施例中，所述第二空箔区23伸出所述第一空箔区14，所述第二极耳60设置于所述第二空箔区23伸出所述第一空箔区14的区域，即使第二极耳60上的毛刺刺穿隔离膜30，第二极耳60接触的也是第二极片20，不会因为接触第一极片10而发生短路。所述电极组件100进一步包括第二绝缘件80，所述第二绝缘件80覆盖所述第一空箔区14的端部，避免第一空箔区14端部的毛刺刺破隔离膜30与第二极片20接触。
请参阅图2，在本申请的其中一个实施例中，所述第一极耳50设置于所述第一集流体11上涂覆第一活性物质层12的区域，所述第二极耳60设置于所述第二集流体21上涂覆第二活性物质层22的区域。所述第一极耳50和所述第二极耳60处均设有第一绝缘件70，以避免短路问题。在连接第一极耳50与第一集流体11时，需要先将部分第一活性物质层12去除，使得部分第一集流体11露出所述第一活性物质层12，然后第一极耳50焊接于露出部分的第一集流体11。第二极耳60与第二集流体21的连接方式类似，此处不再赘述。
在其他实施例中，所述第一极耳50和所述第二极耳60还可以一个设置在电极组件100卷心处的空箔区，另一个设置在极片的其他位置，本申请不限定于此。
请参阅图4和图5，图中虚线指示位置是相邻两个第一极片10制造过程中的裁切位置。当第一极耳50设置于第一空箔区14时，由于对比实施例的电极组件最外圈设有一段空铝箔，图4显示的对比实施例中空铝箔区域的长度L3明显大于图5显示的本申请实施例中空铝箔区域的长度L4，本申请实施例中空铝箔区域的长度L4只需要满足电极组件100卷绕起始端的参数要求即可，既节约了铝箔的耗材，又去除了最外圈的空铝箔，提高了能量密度和电极组件100在跌落等使用场景时的安全性能。
请参阅图6和图7，当第一极耳50设置于第一集流体11涂覆第一活性物质层12的区域时，由于对比实施例的电极组件最外圈设有一段空铝箔，图6显示的对比实施例中，相邻两个第一极片10之间存在一段单面区和一段空铝箔，单面区为第一极片10的卷绕终止端13，而图7显示的本申请的实施例中，相邻两个第一极片10之间的空铝箔取消，仅有一段单面区(第一极片10的卷绕终止端13)，使得第一集流体11下表面的第一活性物质层12可以连续，简化了第一极片10的制造过程，有利于提高生产效率。
请参阅图8，在一对比实施例中，电极组件外层尾部存在部分空铝箔105(两面均无活性物质涂层)，且尾部空铝箔与其尾部的涂层边缘贴附一层绝缘胶带106。所述空铝箔105和所述绝缘胶带106均位于电极组件的第二平面102。
结合上述本申请的实施例，并参考上述对比实施例，测量利用相应实施例获得的电极组件100的能量密度提升比例如下表所示。
铝箔厚度10um时：
Figure BDA0002961569460000091
Figure BDA0002961569460000101
铝箔厚度12um时：
Figure BDA0002961569460000102
对比实施例与本申请实施例的电极组件的跌落测试数据如下表所示。
第一组测试中实施例和对比例的电极组件基本参数如下：
电芯容量：3200mAh；化学体系4.35V；S\A overhang：2.0mm。S：隔离膜；A：阳极；overhang：2.0mm指导的是隔离膜宽度大于阳极膜片宽度2mm。阳极膜片为第一极片。
第一组测试数据：
Figure BDA0002961569460000103
Figure BDA0002961569460000111
第二组测试中实施例和对比例的电极组件基本参数如下：
电芯容量：4000mAh；化学体系4.35V；S\A overhang：2.0mm。
第二组测试数据：
类别 封装无破损 隔离膜翻折 冒烟/起火 通过比例
实施例 0/20 1/20 0/20 95％
对比例 1/20 3/20 0/20 80％
结合图4至图8和上述表面中的数据，本申请的实施例与对比实施例相比，电极组件100最外圈无空铝箔设计，通过粘接件40连接第一极片10的卷绕终止端和电极组件100的部分外表面，减小了电极组件100的厚度，同时提升能量密度和跌落安全性能。
请参阅图9，本申请的实施例还提供一种电池200，包括包装体201和所述实施例中的电极组件100，所述电极组件100收容在所述包装体201中，所述电极组件100的极耳伸出所述包装体201。
以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电极组件，包括：
第一极片；
第二极片，极性与所述第一极片的极性相反；和
隔离膜，所述隔离膜设置于所述第一极片和所述第二极片之间，所述电极组件由所述第一极片、所述隔离膜和所述第二极片卷绕形成；
其特征在于，所述第一极片包括第一集流体和第一活性物质层，所述第一活性物质层设置于所述第一集流体表面，所述第一极片的卷绕终止端位于所述第二极片的卷绕终止端的远离卷心的外侧；
所述第一极片的卷绕终止端上的所述第一活性物质层覆盖所述第一集流体朝向所述第二极片的一侧表面；所述电极组件的外表面包括第一平面、第二平面、第一弧面和第二弧面，沿所述电极组件的厚度方向，所述第一平面与所述第二平面相对设置，沿所述电极组件的宽度方向，所述第一弧面与所述第二弧面相对设置；
所述电极组件还包括粘接件，所述粘接件的厚度为15um～25um，所述粘接件连接所述第一极片的卷绕终止端并贴附于所述第一弧面，以固定所述第一极片的卷绕终止端。
2.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述粘接件为热熔胶，粘贴于所述第一极片的卷绕终止端及所述电极组件的外表面。
3.如权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述粘接件的热熔温度小于或等于120℃，热熔压力小于或等于3MPa。
4.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第二极片的卷绕终止端沿卷绕方向伸出所述第一极片的卷绕终止端，伸出的长度大于或等于2mm。
5.如权利要求4所述的电极组件，其特征在于，所述隔离膜的卷绕终止端沿卷绕方向伸出所述第二极片的卷绕终止端，并贴附于所述粘接件的内表面。
6.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件还包括第一极耳和第二极耳，所述第一极耳连接所述第一极片，所述第二极耳连接第二极片。
7.如权利要求6所述的电极组件，其特征在于，所述第一极片的卷绕起始端设有第一空箔区，所述第二极片的卷绕起始端设有第二空箔区，所述第一极耳设置于所述第一空箔区，所述第二极耳设置于所述第二空箔区。
8.如权利要求7所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件包括第一绝缘件，所述第一绝缘件设置于所述第一空箔区并覆盖所述第一极耳。
9.如权利要求7所述的电极组件，其特征在于，所述第二空箔区伸出所述第一空箔区，所述电极组件进一步包括第二绝缘件，所述第二绝缘件覆盖所述第一空箔区的端部。
10.一种电池，包括电极组件和包装体，其特征在于，所述电极组件为权利要求1-9任一项所述的电极组件，所述电极组件收容在所述包装体中，所述电极组件的极耳伸出所述包装体。
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