CN112689921A - 电极组件和电池 - Google Patents

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Abstract

一种电极组件(100)及电池(200)，该电极组件(100)由第一极片(10)、隔离膜(30)和第二极片(20)卷绕形成。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(13)位于所述第二极片(20)的卷绕终止端远离卷心的外侧，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。所述电极组件(100)还包括第一粘接件(41)，所述第一粘接件(41)设置于所述电极组件(100)的外表面。上述电极组件(100)将第一极片(10)的卷绕终止端(13)作为收尾端，使电芯组件最外圈没有空铝箔的设计，同时利用第一粘接件(41)消除电极组件(100)与包装袋之间的间隙，达到提高电极组件安全性能的目的。

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)，电芯一般使用铝塑膜进行密封包装，并且电芯与密封包装电芯的外壳之间存在间隙。此类电芯在遭受重物冲击时，由于铝塑膜外壳一般具有较好的延展性而不会断裂或者不完全断裂，但电芯自身会出现破裂，破碎形成的碎屑尤其是外圈的空铝箔产生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，有必要提供一种外层无空铝箔、安全性能好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，所述第一极片与所述第二极片的极性相反，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。所述电极组件进一步包括第一粘接件，所述第一粘接件设置于所述电极组件的外表面。
在一可选实施例中，所述第一粘接件为半液体粘性材料，以点涂、涂覆等方式设置于所述电极组件的外表面。
在一可选实施例中，所述第一粘接件的厚度小于或等于20um。
在一可选实施例中，所述电极组件还包括第二粘接件，所述第一粘接件连接所述第二粘接件，所述第二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。
进一步地，所述第二粘接件的厚度为15um～25um。
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。
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。
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，所述第一粘接件的粘接力为100-1000N/m，拉伸断裂应力小于或等于4000N/m。
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。
上述电极组件将第一裁切部作为收尾端，使电芯组件最外圈的极片没有空铝箔的设计，节省单个电芯铝箔的耗材，并且大大减少了产生铝碎屑的可能，从而大量消除碎屑导致的危险短路，避免电芯起火爆炸的危险发生，提高电芯在遭受极端使用情况下的安全性能。电极组件表面还设置第一粘接件，当电极组件装于包装袋时，第一粘接件可以将电极组件外表面与包装袋粘接起来。在遭受跌落、撞击等外力时，电极组件与外部包装袋可以紧密连接在一起，二者之间无相对位移，减少剪切破坏。
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
第一粘接件 41
第二粘接件 42
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，所述第一极片与所述第二极片的极性相反，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。所述电极组件进一步包括第一粘接件，所述第一粘接件设置于所述电极组件的外表面。
上述电极组件将第一极片的卷绕终止端作为收尾端，使电芯组件最外圈的极片没有空铝箔的设计，节省单个电芯铝箔的耗材，并且大大减少了产生铝碎屑的可能，从而大量消除碎屑导致的危险短路，避免电芯起火爆炸的危险发生，提高电芯在遭受极端使用情况下的安全性能。电极组件表面还设置第一粘接件，当电极组件装于包装袋时，第一粘接件可以将电极组件外表面与包装袋粘接起来。在遭受跌落、撞击等外力时，电极组件与外部包装袋可以紧密连接在一起，二者之间无相对位移，减少剪切破坏。
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进一步包括第一粘接件41和第二粘接件42，所述第一粘接件41设置于所述电极组件100的外表面，用于粘接电极组件100与包装袋以减小或消除二者之间的装配间隙，所述第二粘接件42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，所述第一粘接件41为半液体粘性材料，以点涂、涂覆等方式设置于所述电极组件100的外表面，在电池遭受跌落、撞击等外力时，电极组件100与外部包装袋紧密连接在一起，二者之间无相对位移，减少剪切破坏。所述第一粘接件41可以为热熔层，材料可以是橡胶系粘结剂、丙烯酸系粘结剂等，在一定压力(≤3MPa)与温度(≤120℃)条件下，可以产生粘性，将电极组件100外表面与包装袋牢固粘接在一起。所述第一粘接件41的厚度≤20um，粘接力为100-1000N/m，拉伸断裂应力≤4000N/m。
在一可选实施例中，所述第二粘接件42为热熔胶或绝缘胶，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，所述第二粘接件42可以产生粘性。换句话说，所述第二粘接件42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卷绕终止端大致位于所述第一平面101与第一弧面103的交界处，所述第二粘接件42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，避免第二粘接件42增加电极组件100的厚度。所述第一粘接件41与所述第二粘接件42连接并覆盖所述第一平面101、第二平面102和第二弧面104。换句话说，所述电极组件100外表面上未贴附第二粘接件42的区域被第一粘接件41覆盖。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，第二粘接件42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沿卷绕方向伸出所述第二极片20的卷绕终止端，并贴附于所述第二粘接件42的内表面，所述隔离膜30的卷绕终止端31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30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，或者第一极耳50与第一活性物质层12的起始端之间另外设置一条第一绝缘件70，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，在极端破坏情况下，大大减少了产生铝碎屑的可能，从而大量消除碎屑导致的危险短路，避免电极组件100起火爆炸的危险发生，提高电极组件100在遭受极端使用情况下的安全性能。
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一平面101或第二平面102。
对比实施例与本申请实施例的电极组件100的撞击测试的具体内容为：将满充电极组件放置于平面铁板上，将直径为
Figure BDA0002965804160000101
长度至少6cm圆棒垂直于试样(极耳位置)，用9.1±0.1Kg的重锤，距离圆棒与试样交叉处61±2.5cm，垂直自由状态落下，对比电极组件通过率。通过判定标准为完成测试后，电极组件不起火、不爆炸。
对比实施例与本申请实施例的电极组件100的撞击测试数据如下表所示。
类别 撞击通过数 通过比例
实施例 9/10pass 90％
对比例 0/10pass 0％
对比实施例与本申请实施例的电极组件100的跌落测试的具体内容为：电极组件半充，装入专用夹具中，进行适当固定，然后将夹具置于1m处进行跌落测试，六面四角跌一次为一轮，共跌四轮，对比电芯通过率；判定标准为完成测试后，顶封冲开，漏液，24h压降>30mV，铝箔撕裂。
第一组测试中电极组件的厚度为3mm(绕卷11层)，测试结果如下表所示。
Figure BDA0002965804160000111
第二组测试中电极组件的厚度为5mm(绕卷19层)，测试结果如下表所示。
Figure BDA0002965804160000112
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，减少了产生铝碎屑的可能，从而消除碎屑导致的危险短路，避免电极组件100起火爆炸的危险发生，提高电极组件100在遭受极端使用情况下的安全性能，同时电极组件100外表面设置的第一粘接件41使电极组件100与外部包装袋可以紧密连接在一起，二者之间无相对位移，减少剪切破坏。
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 (12)

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；
所述电极组件进一步包括第一粘接件，所述第一粘接件设置于所述电极组件的外表面。
2.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一粘接件为半液体粘性材料，以点涂、涂覆等方式设置于所述电极组件的外表面。
3.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一粘接件的厚度小于或等于20um。
4.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二粘接件，所述第一粘接件连接所述第二粘接件，所述第二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。
5.如权利要求4所述的电极组件，其特征在于，所述第二粘接件的厚度为15um～25um。
6.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。
7.如权利要求6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。
8.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，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。
9.如权利要求8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。
10.如权利要求9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。
11.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一粘接件的粘接力为100-1000N/m，拉伸断裂应力小于或等于4000N/m。
12.一种电池，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1-11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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