CN112768623A

CN112768623A - 电池及其电芯

Info

Publication number: CN112768623A
Application number: CN202011642252.6A
Authority: CN
Inventors: 谭真; 胡智画
Original assignee: Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Current assignee: Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-05-07

Abstract

本申请涉及一种电池及其电芯，该电芯包括正极片、负极片和位于两者之间的隔离膜，正极片的正极集流体具有第二空箔区，负极片的负极集流体具有第四空箔区，其中，电芯通过正极片、隔离膜和负极片依序卷绕而成，第四空箔区包绕第二空箔区，且第四空箔区位于电芯的最外圈，第二空箔区和第四空箔区中的至少部分区域设有导电涂层，导电涂层的电阻小于隔离膜破损时负极集流体和正极片之间的接触电阻，以在隔离膜破损时，负极集流体通过导电涂层与正极集流体短路连接。本申请的电池及其电芯，利用导电涂层较小的电阻使得正极集流体和负极集流体短路连接，避免隔离膜破损而导致电芯的内部短路，以有效降低电芯的热失控风险，提高电芯安全性能。

Description

电池及其电芯

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及电池及其电芯。

背景技术

在电池生产过程中，在电池受到外力破坏时，隔离膜破损后容易出现负极集流体和阳极之间出现短路，而引起电芯剧烈产生热量，导致热失控，严重影响安全性能。

发明内容

本申请实施例中提供一种能够改善安全性能的电芯以及包括该电芯的电池。

一方面，本申请提供一种电芯，包括：

正极片，包括正极集流体、正极耳和正极活性物质层，所述正极活性物质层设于所述正极集流体的表面的部分区域，所述正极集流体的未设置所述正极活性物质层的区域形成间隔排布的第一空箔区和第二空箔区，所述正极耳设置于所述第一空箔区，所述第二空箔区延伸至所述正极集流体的远离所述正极耳的端部；

负极片，包括负极集流体、负极耳和负极活性物质层，所述负极活性物质层设于所述负极集流体的表面的部分区域，所述负极集流体的未设置所述负极活性物质层的区域形成间隔排布的第三空箔区和第四空箔区，所述负极耳设置于所述第三空箔区，所述第四空箔区延伸至所述负极集流体的远离所述负极耳的端部；以及

隔离膜，设置在所述正极片与所述负极片之间；

其中，所述电芯通过所述正极片、所述隔离膜和所述负极片依序卷绕而成，所述第四空箔区包绕所述第二空箔区，且所述第四空箔区位于所述电芯的最外圈，所述第二空箔区的至少部分区域和/或所述第四空箔区中的至少部分区域设有导电涂层，所述导电涂层的电阻小于所述隔离膜破损时所述负极集流体和所述正极片之间的接触电阻，以在所述隔离膜破损时，所述负极集流体通过所述导电涂层与所述正极集流体短路连接。

在其中一个实施例中，所述导电涂层的粘结力大于或等于30N/m。

在其中一个实施例中，所述导电涂层的表面接触电阻为0mΩ～800mΩ。

在其中一个实施例中，所述导电涂层的厚度为10μm～50μm。

在其中一个实施例中，所述导电涂层包括粘结剂和导电剂，其中，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚-酰胺-酰亚胺、丁-苯橡胶、苯-丙橡胶、羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素锂中的一种及其几种组合，导电剂为导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑、石墨烯、石墨和碳纤维中的一种及其几种组合。

在其中一个实施例中，所述导电涂层包括填料，填料包括氧化铝、勃姆石、氢氧化镁、磷酸铁锂、碳化硅、氧化硅和氮化硼中的一种及其组合。

在其中一个实施例中，所述导电涂层包括20％～50％重量百分比的所述粘结剂、40％～70％重量百分比的所述导电剂和10％～40％重量百分比的所述填料。

在其中一个实施例中，所述正极集流体包括相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面均设有所述正极活性物质层，沿所述正极集流体的卷绕方向上，位于所述第一表面的所述正极活性物质层的长度大于位于所述第二表面的所述正极活性物质层的长度；位于所述第一表面的所述正极活性物质层的靠近所述第二空箔区一侧的边缘与位于所述第二表面的所述正极活性物质层的靠近所述第二空箔区一侧的边缘齐平。

在其中一个实施例中，所述导电涂层覆盖所述正极集流体的与所述第二空箔区相对应的全部表面。

在其中一个实施例中，所述负极集流体包括相背设置的第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面均设有所述负极活性物质层，沿所述负极集流体的卷绕方向上，位于所述第三表面的所述负极活性物质层的长度小于位于所述第四表面的所述负极活性物质层的长度；位于所述第三表面的所述负极活性物质层的靠近所述第三空箔区一侧的边缘与位于所述第四表面的所述负极活性物质层的靠近所述第三空箔区一侧的边缘齐平。

在其中一个实施例中，所述导电涂层覆盖所述负极集流体的与所述第四空箔区相对应的全部表面。

在其中一个实施例中，所述正极集流体为铜箔，所述负极集流体为铝箔。

另一方面，本申请提供一种电池，包括壳体以及上述的电芯，所述电芯设置于所述壳体内。

本申请的电池及其电芯，利用导电涂层较小的电阻使得正极集流体和负极集流体短路连接，避免隔离膜破损而导致电芯的内部短路，以有效降低电芯的热失控风险，提高电芯安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为一实施例提供的电芯的卷绕结构示意图；

图2为一实施例中的电芯的正极片结构示意图；

图3为一实施例中的电芯的负极片结构示意图；

图4为另一实施例中的电芯的正极片结构示意图；

图5为再一实施例中的电芯的正极片结构示意图；

图6为另一实施例中的电芯的负极片结构示意图；

图7为再一实施例中的电芯的负极片结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1所示，图1示出了电芯100的卷绕结构示意图。本申请提供一种电池，包括壳体(图未示出)以及电芯100，所述电芯100设置于所述壳体内。

电芯100包括正极片10、负极片20和设置在正极片10和负极片20之间的隔离膜30。所述电芯100通过所述正极片10、所述隔离膜30和所述负极片20依序卷绕而成，隔离膜30在正极片10和负极片20之间起到电性隔离的作用。

正极片10包括正极集流体11、正极耳12和正极活性物质层10a。结合图2所示，图2示意性的示出了正极片10的结构。正极活性物质层10a设置于所述正极集流体11的表面的部分区域，所述正极集流体11的未设置所述正极活性物质层10a的区域形成间隔排布的第一空箔区101和第二空箔区102，由此，第一空箔区101和第二空箔区102均未设置正极活性物质层10a，以使得正极集流体11可以提供相应的区域设置导电结构。具体地，所述正极耳12设置于所述第一空箔区101。所述第二空箔区102延伸至所述正极集流体11的远离所述正极耳12的端部，从而在电芯100处于卷绕状态，使得正极耳12位于电芯100的内圈位置时，第二空箔区102位于电芯100的外圈位置。

结合图1和图3所示，负极片20包括负极集流体21、负极耳22和负极活性物质层20a。负极活性物质层20a设置于所述负极集流体21的表面的部分区域，所述负极集流体21的未设置所述负极活性物质层20a的区域形成间隔排布的第三空箔区201和第四空箔区202，所述负极耳22设置于所述第三空箔区201，所述第四空箔区202延伸至所述负极集流体21的远离所述负极耳22的端部，从而在电芯100处于卷绕状态，使得负极耳22位于电芯100的内卷位置时，第四空箔区202位于电芯100的最外圈，并且第四空箔区202包绕第二空箔区102，以便正极片10和负极片20之间的隔离膜30破损而失去电性隔离效果时，可以利用负极集流体21对应第四空箔区202的结构与正极集流体11对应第二空箔区102的结构形成短路，以防止电芯100内部出现短路而导致热失控甚至出现燃烧的风险。

所述第二空箔区102的至少部分区域和/或所述第四空箔区202中的至少部分区域设有导电涂层40，所述导电涂层40的电阻小于隔离膜30破损时的所述负极集流体21和所述正极片10之间的接触电阻，以在隔离膜30破损时，所述负极集流体21通过导电涂层40与所述正极集流体11短路连接，从而防止电芯100内部出现短路而导致热失控，且利用导电涂层40在负极集流体21与所述正极集流体11之间的短路连接，使得电芯100内部的能量能够快速地被消耗，以避免电芯100热失控。同时，在电芯100生产过程中，对正极片10和负极片20进行分切、裁片等操作中，正极集流体11和负极集流体21的边缘处所产生的毛刺或碎屑，均能够被导电涂层40包覆，从而降低了毛刺或碎屑刺破隔离膜30的风险，以提高电芯100的安全性。

所述正极集流体11为铜箔，所述负极集流体21为铝箔。从而正极集流体11未设置所述正极活性物质层10a的区域，铜箔则相对正极活性物质层10a处于外露状态，相应地，负极集流体21未设置负极活性物质层20a的区域，铝箔则相对负极活性物质层20a处于外露状态。

为了便于理解，将外露于第二空箔区102的铜箔称为“空铜箔”。将外露于第四空箔区202的铝箔称为“空铝箔”。在电芯100处于卷绕状态时，由于所述第四空箔区202包绕所述第二空箔区102，且所述第四空箔区202位于所述电芯100的最外圈，由此，空铝箔包覆空铜箔，由于导电涂层40的存在，空铝箔和空铜箔之间的电阻较小，从而在隔离膜30破损时，空铝箔和空铜箔之间短路连接，从而使得短路位置位于电芯100的外圈，以此避免了电芯100的内部出现短路，从而提升电芯100的安全性能。

在一些实施例中，空铝箔的长度大于或等于电芯100的最外圈的周长，依次空铝箔能够更好地实现与空铜箔之间的短路连接，实现负极集流体21和正极集流体11之间的短路，防止电芯100内部出现短路。

空铜箔的长度大于或等于电芯100对应该空铜箔位置处的周长，从而具有足够大的区域与空铝箔短路连接，防止电芯100内部出现短路。

需要说明的是，正极集流体11上设置有第一粘接部10b，负极集流体21上设置有第二粘接部20b。从而在电芯100卷绕后，利用第一粘接部10b和第二粘接部20b将正极片10、负极片20以及隔离膜30维持在卷绕状态而不会松散，以便于将电芯100组装至壳体，提高电池的整体制作效率。该实施例中，这样的第一粘接部10b和第二粘接部20b具有多个，对于第一粘接部10b和第二粘接部20b的设置位置，在此不做限定，只要能够适应正极片10和负极片20之间的稳定粘接需要即可。

在一些实施方式中，所述导电涂层40的粘结力大于或等于30N/m，以减小导电涂层40脱落的几率。

所述导电涂层40的表面接触电阻为0mΩ～800mΩ，在该范围下，导电涂层40的表面接触电阻低于负极集流体21与正极片10之间的接触电阻，从而在隔离膜30出现破损后，电流将流经导电涂层40而实现负极集流体21与正极集流体11之间的短路连接，避免了电芯100内部出现负极集流体21与正极片10的短路，从而降低了电芯100热失控的风险。

在一些实施方式中，所述导电涂层40的厚度为10μm～50μm，以确保在对毛刺或碎屑起到较好包覆效果的同时尽可能少的损失电池的能量密度。

需要说明的是，导电涂层40的沿电芯100的卷绕方向上的长度大于或等于电芯100的周长，也就是说，导电涂层40至少在电芯100的外圈包裹一圈，以确保隔离膜30受损时，导电涂层40能够实现正极集流体11和负极集流体21之间的短路连接，避免电芯100内部发生短路。

所述导电涂层40包括粘结剂和导电剂，其中，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚-酰胺-酰亚胺、丁-苯橡胶、苯-丙橡胶、羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素锂中的一种及其几种组合。利用粘结剂可以使得导电涂层40具有良好的粘附效果，减少脱落的几率。导电剂为导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑、石墨烯、石墨和碳纤维中的一种及其几种组合，以使得导电涂层40的电阻尽可能地小，以便电芯100的隔离膜30受损时，导电涂层40可以实现正极集流体11和负极集流体21之间的短路而避免电芯100内部发生短路，从而减少电芯100热失控风险，提高电芯100安全性能。

所述导电涂层40包括填料，填料包括氧化铝、勃姆石、氢氧化镁、磷酸铁锂、碳化硅、氧化硅和氮化硼中的一种及其组合。需要说明的是，填料不是必要的，在一些实施方式中，导电涂层40可以不采取填料。例如，导电涂层40采取导电炭黑和聚偏氟乙烯等重量份(即1:1)制成。

填料层也可以上述材料通过碳包覆的方式形成的核壳结构，例如，碳包覆氧化铝、碳包覆勃姆石、碳包覆氢氧化镁、碳包覆磷酸铁锂、碳包覆碳化硅、碳包覆氧化硅、碳包覆氮化硼。采取碳包覆的方式能够使得材料改性，一方面可以改善材料的电导率，另一方面可以提供稳定的化学和电化学反应界面。

在一些实施方式中，所述导电涂层40包括20％～50％重量百分比的所述粘结剂、40％～70％重量百分比的所述导电剂和10％～40％重量百分比的所述填料。这样，所获得的导电涂层40的表面接触电阻较小。例如，所述导电涂层40包括50％重量百分比的所述粘结剂、40％重量百分比的所述导电剂和10％重量百分比的所述填料。在另一些实施方式中，所述导电涂层40包括20％重量百分比的所述粘结剂、40％重量百分比的所述导电剂和40％重量百分比的所述填料。或者，所述导电涂层40包括20％重量百分比的所述粘结剂、70％重量百分比的所述导电剂和10％重量百分比的所述填料。

表格：设有导电涂层40的电芯100的针刺和重物冲击的破坏安全检验数据

需要说明的是，上表对应的电芯100抽样中，导电涂层40的长度均与电芯100外圈周长相等，导电涂层40的厚度均为10μm。由上表可知，使用导电涂层40的电芯100，其卷绕结构进行针刺和重物冲击的破坏测试中，重物冲击通过率在50％以上，针刺通过率为60％以上，电芯100的安全性能较好。

在一些实施方式中，结合图2所示，所述正极集流体11包括相背设置的第一表面11a和第二表面11b，所述第一表面11a和所述第二表面11b均设有所述正极活性物质层10a，沿所述正极集流体11的卷绕方向上，位于所述第一表面11a的所述正极活性物质层10a的长度L1大于位于所述第二表面11b的所述正极活性物质层10a的长度L2，以适应电芯100卷绕需要。

该实施例中，位于所述第一表面11a的所述正极活性物质层10a的靠近所述第二空箔区102一侧的边缘10c与位于所述第二表面11b的所述正极活性物质层10a的靠近所述第二空箔区102一侧的边缘10d齐平，也就是说，第二空箔区102具有完美的断面，以便正极集流体11与第二空箔区102处对应能够提供尽可能长的空铜箔来包绕在电芯100外围，提供短路保护。

在一些实施方式中，结合图3所示，所述负极集流体21包括相背设置的第三表面21a和第四表面21b，所述第三表面21a和所述第四表面21b均设有所述负极活性物质层20a，沿所述负极集流体21的卷绕方向上，位于所述第三表面21a的所述负极活性物质层20a的长度L3小于位于所述第四表面21b的所述负极活性物质层20a的长度L4；位于所述第三表面21a的所述负极活性物质层20a的靠近所述第三空箔区201一侧的边缘20c与位于所述第四表面21b的所述负极活性物质层20a的靠近所述第三空箔区201一侧的边缘20d齐平。

需要说明的是，所述第二空箔区102和所述第四空箔区202中只要部分区域设有导电涂层40，使得导电涂层40在隔离膜30被刺破时能够适应正极集流体11与负极集流体21之间的短路需要，就能够防止电芯100内部短路，以此降低电芯100热失控的风险，提高电芯100的安全性能。

例如，如图2所示，所述导电涂层40覆盖所述正极集流体11的与所述第二空箔区102相对应的全部表面。在其他实施方式中，如图4所示，仅第一表面11a设置有导电涂层40。或者，如图5所示，仅第二表面11b设置有导电涂层40。

相应地，如图3所示，所述导电涂层40覆盖所述负极集流体21的与所述第四空箔区202相对应的全部表面。在其他实施方式中，如图6所示，仅第三表面21a设置有导电涂层40。或者，如图7所示，仅第四表面21b设置有导电涂层40。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种电芯，其特征在于，包括：

正极片，包括正极集流体、正极耳和正极活性物质层，所述正极活性物质层设置于所述正极集流体的表面的部分区域，所述正极集流体的未设置所述正极活性物质层的区域形成间隔排布的第一空箔区和第二空箔区，所述正极耳设置于所述第一空箔区，所述第二空箔区延伸至所述正极集流体的远离所述正极耳的端部；

负极片，包括负极集流体、负极耳和负极活性物质层，所述负极集流体的表面的部分区域设有所述负极活性物质层，所述负极集流体的未设置所述负极活性物质层的区域形成间隔排布的第三空箔区和第四空箔区，所述负极耳设置于所述第三空箔区，所述第四空箔区延伸至所述负极集流体的远离所述负极耳的端部；以及

隔离膜，设置在所述正极片与所述负极片之间；

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述导电涂层的粘结力大于或等于30N/m。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述导电涂层的表面接触电阻为0mΩ～800mΩ。

4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述导电涂层的厚度为10μm～50μm。

5.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述导电涂层包括粘结剂和导电剂，其中，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚-酰胺-酰亚胺、丁-苯橡胶、苯-丙橡胶、羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素锂中的一种及其几种组合，导电剂为导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑、石墨烯、石墨和碳纤维中的一种及其几种组合。

6.根据权利要求5所述的电芯，其特征在于，所述导电涂层包括填料，填料包括氧化铝、勃姆石、氢氧化镁、磷酸铁锂、碳化硅、氧化硅和氮化硼中的一种及其组合。

7.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，所述导电涂层包括20％～50％重量百分比的所述粘结剂、40％～70％重量百分比的所述导电剂和10％～40％重量百分比的所述填料。

8.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极集流体包括相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面均设有所述正极活性物质层，沿所述正极集流体的卷绕方向上，位于所述第一表面的所述正极活性物质层的长度大于位于所述第二表面的所述正极活性物质层的长度；位于所述第一表面的所述正极活性物质层的靠近所述第二空箔区一侧的边缘与位于所述第二表面的所述正极活性物质层的靠近所述第二空箔区一侧的边缘齐平。

9.根据权利要求8所述的电芯，其特征在于，所述导电涂层覆盖所述正极集流体的与所述第二空箔区相对应的全部或部分表面。

10.根据权利要求8所述的电芯，其特征在于，所述负极集流体包括相背设置的第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面均设有所述负极活性物质层，沿所述负极集流体的卷绕方向上，位于所述第三表面的所述负极活性物质层的长度小于位于所述第四表面的所述负极活性物质层的长度；位于所述第三表面的所述负极活性物质层的靠近所述第三空箔区一侧的边缘与位于所述第四表面的所述负极活性物质层的靠近所述第三空箔区一侧的边缘齐平。

11.根据权利要求10所述的电芯，其特征在于，所述导电涂层覆盖所述负极集流体的与所述第四空箔区相对应的全部表面。

12.根据权利要求1-11任一项所述的电芯，其特征在于，所述正极集流体为铜箔，所述负极集流体为铝箔。

13.一种电池，其特征在于，包括壳体以及如权利要求1-12任一项所述的电芯，所述电芯设置于所述壳体内。