CN113557625B - 电芯、电池及电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种电芯(1)，包括电极组件(11)。所述电极组件(11)通过第一极片(12)、隔膜(13)和第二极片(14)依序堆叠或卷绕形成。所述第一极片(12)包括第一集流体(121)及设置于所述第一集流体(121)两侧的第一活性物质层(122)。所述第一极片(12)还包括导电层(123)。所述第一集流体(121)包括第一表面(1211)及背对所述第一表面(1211)的第二表面(1212)。所述导电层(123)完全覆盖所述第一表面(1211)和/或所述第二表面(1212)。所述第一活性物质层(122)设置于所述导电层(123)的表面。还提供了一种具有所述电芯(1)的电池及具有所述电池(10)的电子装置(100)。

Description

电芯、电池及电子装置
技术领域
本申请涉及电池领域，具体涉及一种电芯、具有所述电芯的电池以及具有所述电池的电子装置。
背景技术
随着锂离子电池在手机、智能手环、AR、VR等领域的广泛应用，锂离子电池的应用场景越来越复杂，因此对于锂离子电池的安全要求也变得更加苛刻。目前改善电池安全的方法主要是提高正极活性物质层中的粘结剂含量、空铝箔对空铜箔设计等方式。其中，提高正极活性物质层中的粘结剂含量的方式可以使正极膜片与正极集流体粘结更牢固，避免裸漏阴极集流体，消除电池内部的危险短路(阴极集流体-阳极极片短路)，但会导致锂离子在极片中的传输速度降低，降低电池的性能；而空铝箔对空铜箔设计的方式虽然可在电池发生破损时强制诱导安全短路，但这种设计对生产工艺控制要求高，例如，因偶然因素引入毛刺或者粉尘，都极容易引发空铝箔对空铜箔短路而导致电池异常发生或自放电速度加快。另外，该设计会增加电池厚度，降低电池的能量密度，而且该设计在电池容量比较大时，由于瞬间放出巨大能量，会导致电池因无法承受而起火失效。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种电芯，以解决电池使用安全性能低的问题。
本申请实施例提供了一种电芯，包括电极组件，所述电极组件通过第一极片、隔膜和第二极片依序堆叠或卷绕形成，所述第一极片包括第一集流体及设置于所述第一集流体两侧的第一活性物质层；所述第一极片还包括导电层，所述第一集流体包括第一表面及背对所述第一表面的第二表面，所述导电层完全覆盖所述第一表面和/或所述第二表面，所述第一活性物质层设置于所述导电层的表面。
在一些实施例中，所述第二极片包括第二集流体、设置于所述第二集流体两个表面的第二活性物质层及绝缘层，所述第二集流体包括未设置所述第二活性物质层的空白区域，所述绝缘层设置在所述空白区域。
在一些实施例中，在所述电极组件的卷绕方向上，所述第二集流体的起始端的两个表面设置有所述第二活性物质，所述第二集流体的收尾端在朝向所述电极组件中心的表面上设置有所述第二活性物质层，且所述第二集流体的收尾端在背离所述电极组件中心的表面上设置有所述绝缘层。
在一些实施例中，在所述电极组件的最外圈表面上，定义所述第二集流体最后一次发生弯折的部分为弯折段，所述电极组件还包括绝缘胶带，所述绝缘胶带的一端粘贴在所述第二集流体的收尾端，所述绝缘胶带的另一端粘贴在所述弯折段。
在一些实施例中，所述绝缘层包括含量为3％-15％的第一粘结剂以及含量为85％-97％的陶瓷。
在一些实施例中，所述陶瓷包括氧化铝、氢氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆中的一种或者几种。
在一些实施例中，在所述电极组件的卷绕方向上，所述第一集流体的起始端在朝向所述电极组件中心的所述导电层的表面上未设置有所述第一活性物质层，且所述第一集流体的收尾端处的所述导电层的两个表面上设置有所述第一活性物质层。
在一些实施例中，所述导电层包括含量为3％～20％的导电剂、含量为70％～95％的第二粘结剂以及含量为2％～5％的分散剂。
在一些实施例中，所述导电层的电阻为0.15Ω-0.8Ω。
本申请实施例还提供了一种电池，包括上述所述的电芯和用于收容所述电芯的壳体。
本申请实施例还提供了一种电子装置，包括上述所述的电池和用于放置所述电池的电池仓。
综上所述，本申请通过将导电层覆盖于第一集流体，以保证不暴露所述第一集流体的同时，使得所述导电层与所述隔膜直接接触。那么，在电芯受到机械外力破坏并造成隔膜破损后，由于导电层覆盖所述第一集流体，使得第二极片只能与导电层直接接触而发生短路，而因接触电阻较大，因此电芯整体几乎不会产热，进而有效提高所述电芯的使用安全性能。此外，由于所述导电层中包括第二粘结剂，以使得所述导电层与所述隔膜之间牢固粘接，从而使得电芯形成一个整体，以提高所述电芯的刚性。如此，即使电芯在受到机械外力破坏时，也不容易发生局部变形。
附图说明
图1为本申请一实施方式的电芯的示意图。
图2为图1所示第一极片的剖面示意图。
图3为图2所示第一极片的分解示意图。
图4为本申请另一实施方式的第一极片的分解示意图。
图5为图1所示第二极片的剖面示意图。
图6为图5所示第二极片的剖面示意图。
图7为本申请一实施方式的电池的示意图。
图8为本申请一实施方式的电子装置的模块示意图。
图9为本申请另一实施方式的第一极片的剖面示意图。
图10为本申请另一实施方式的第二极片的剖面示意图。
主要元件符号说明
电子装置 100
电池 10
电芯 1
电极组件 11
第一极片 12
第一集流体 121
第一表面 1211
第二表面 1212
第一区域 1213
第一平面区 1213a
第一弯折区 1213b
第二平面区 1213c
第二弯折区 1213d
第三平面区 1213e
第三弯折区 1213f
第二区域 1214
第一活性物质层 122
导电层 123
第一导电层 124
隔膜 13
第二极片 14
第二集流体 141
空白区域 1411
双面区 1412
单面区 1413
弯折段 1414
第二活性物质层 142
绝缘层 143
绝缘胶带 15
第一极耳 16
第二极耳 17
壳体 2
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
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。
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例的目的，不是旨在于限制本申请。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参阅图1，本申请实施方式提供了一种电芯1，包括电极组件11。所述电极组件11通过第一极片12、隔膜13和第二极片14依序卷绕形成。参图2，所述第一极片12包括第一集流体121及设置于所述第一集流体121两侧的第一活性物质层122。在本实施方式中，所述第一极片12还包括导电层123。请一并参图3和图4，所述第一集流体121包括第一表面1211及背对所述第一表面1211的第二表面1212。所述导电层123完全覆盖所述第一表面1211和/或所述第二表面1212。所述第一活性物质层122设置于所述导电层123的表面。其中，所述第一活性物质层122包括石墨、硅、氧化硅中的一种或几种。
在其他实施方式中，所述电极组件11通过第一极片12、隔膜13和第二极片14依序堆叠形成。
结合图1和图2，在所述电极组件11的卷绕方向上，所述第一集流体121的起始端在朝向所述电极组件11中心的所述导电层123的表面上未设置有所述第一活性物质层122，且所述第一集流体121的收尾端处的所述导电层123的两个表面上设置有所述第一活性物质层122。
参图5，所述第二极片14包括第二集流体141、设置于所述第二集流体141两个表面的第二活性物质层142及绝缘层143。所述第二集流体141包括未设置所述第二活性物质层142的空白区域1411。所述绝缘层143设置在所述空白区域1411。其中，参阅图1和图5，在所述电极组件11的卷绕方向上，所述第二集流体141的起始端的两个表面设置有所述第二活性物质22。所述第二集流体141的收尾端在朝向所述电极组件11中心的表面上设置有所述第二活性物质层142，且所述第二集流体141的收尾端在背离所述电极组件11中心的表面上设置有所述绝缘层143。其中，所述绝缘层143的设置，避免了因第二集流体141的裸露而存在的与第一极片12直接接触的风险，从而有效阻止第二集流体141与第一极片12直接接触导致短路引发火灾的问题。此外，由于绝缘层143的电阻远大于所述第二集流体141的电阻，因此即使隔膜13破损使得绝缘层143与第一极片12直接接触而发生短路，而因接触电阻大，电芯1整体几乎不会产热，从而有效保证所述电芯1的使用安全性能。
所述第二活性物质层142包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或几种。
在本实施方式中，参图1和图6，在所述电极组件11的卷绕方向上，所述第二集流体141包括由所述第二集流体141的起始端向收尾端方向依次连接的双面区1412及单面区1413。所述双面区1412为所述第二集流体141的两表面均设置有所述第二活性物质层142的部分，所述单面区1413为所述第二集流体141的背对所述电极组件11的表面未设置有所述第二活性物质层142的部分。所述空白区域1411包括所述单面区1413。其中，所述单面区1413位于所述电极组件11的最外圈。所述绝缘层143设置于所述单面区1413背离所述电极组件11中心的表面。
进一步地，参图1，在所述电极组件11的最外圈表面上，定义所述第二集流体141最后一次发生弯折的部分为弯折段1414。其中，所述电极组件11还包括绝缘胶带15。所述绝缘胶带15的一端粘贴在所述第二集流体141的收尾端，所述绝缘胶带15的另一端粘贴在所述弯折段1414。
所述绝缘层143包括含量为3％-15％的第一粘结剂以及含量为85％-97％的陶瓷。其中，所述陶瓷包括氧化铝、氢氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆中的一种或者几种。所述第一粘结剂可以是聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸酯、丁苯橡胶、苯乙烯及其衍生物等中的一种或几种。
所述导电层123包括含量为3％～20％的导电剂、含量为70％～95％的第二粘结剂以及含量为2％～5％的分散剂。其中，所述导电剂可以是碳纳米管、导电碳黑、导电石墨等中的一种或几种。所述第二粘结剂可以是聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸酯、丁苯橡胶、苯乙烯及其衍生物等中的一种或几种。所述分散剂可以是羧甲基纤维素纳、聚乙二醇等中的一种或几种。
在本实施方式中，参图1、图2和图3，所述导电层123完全覆盖所述第一表面1211和所述第二表面1212。在所述电极组件11的卷绕方向上，所述第一集流体121包括由所述第一集流体121的起始端向收尾端方向依次连接的所述第一区域1213及第二区域1214。其中，位于所述第二区域1214的所述导电层123的两个表面上设置有所述第一活性物质层122。位于所述第一区域1213的朝向所述电极组件11中心的所述导电层123的表面上未设置有所述第一活性物质层122，即，位于所述第一区域1213的朝向所述电极组件11中心的所述第一集流体121的表面上仅设置有所述导电层123。那么，在保证不暴露所述第一集流体121的前提下，所述导电层123可与所述隔膜13直接接触。同时，由于所述导电层123中包括70％～95％的第二粘结剂，以使得所述导电层123与所述隔膜13之间牢固粘接，从而使得电芯1形成一个整体，以提高所述电芯1的刚性。如此，即使电芯1在受到机械外力破坏时，也不容易发生局部变形。另外，由于导电层123的存在，即使在电芯1受到机械外力破坏并造成隔膜13破损后，由于导电层123覆盖所述第一集流体121，使得第二极片14只能与导电层123直接接触而发生短路，而因在导电层123中第二粘结剂的含量高达70％～95％，且因第二粘结剂为有机物几乎不导电，所以导电层123的电阻较大，在0.15Ω-0.8Ω之间，因此电芯1整体几乎不会产热，进而有效提高所述电芯1的使用安全性能。
进一步地，参图1，在所述电极组件11的卷绕方向上，所述第一区域1213包括由所述第一集流体121的起始端向收尾端方向依次连接第一平面区1213a、第一弯折区1213b、第二平面区1213c、第二弯折区1213d、第三平面区1213e及第三弯折区1213f。其中，所述第一弯折区1213b、第二弯折区1213d及第三弯折区1213f分别为所述第一集流体121经第一次弯折后所形成的区域、所述第一集流体121经第二次弯折后所形成的区域及所述第一集流体121经第三次弯折后所形成的区域。所述第一平面区1213a为由所述第一集流体121的起始端到所述第一弯折区1213b的区域，所述第二平面区1213c连接于所述第一弯折区1213b和所述第二弯折区1213d之间，所述第三平面区1213e连接于所述第二弯折区1213d和所述第三弯折区1213f之间。
进一步地，所述电芯1还包括第一极耳16和第二极耳17。所述第一极耳16连接所述第一集流体121，所述第二极耳17连接所述第二集流体141。其中，所述第一极耳16可以为铜片或镍片。所述第二极耳17可以为铝片。
参图7，本申请还提供了一种电池10，包括壳体2及如上述所述的电芯1。所述电芯1收容于所述壳体2内。当然，所述电池10还包括电解液(图未示)。所述电解液容纳于所述壳体2内。
参图8，本申请还提供了一种电子装置100，包括电池仓(图中未示出)及如上述所述的电池10。所述电池仓用于放置所述电池10。其中，所述电子装置100可以是移动电子设备、储能设备、电动汽车、混合动力电动汽车等。所述移动电子设备可以是移动电话、穿戴式电子设备、平板电脑、笔记本电脑等。
下面通过实施例对本申请电池10进行具体说明。可以理解，本申请中第一集流体、第一活性物质层、导电层、第一导电层、第二集流体、第二活性物质层、绝缘层、隔膜等的各尺寸、材质及/或比例不仅限于所述对比例及实施例中记载的内容，具体可根据实际需要进行选择。
实施例1
参图7，一种电池10包括电芯1及用于收容所述电芯1的壳体2。
参图1，所述电芯1包括电极组件11。所述电极组件11通过第一极片12、隔膜13和第二极片14依序卷绕形成。参图2和图3，所述第一极片12包括第一集流体121及设置于所述第一集流体121两侧的第一活性物质层122。在实施例1中，所述第一极片12还包括导电层123。所述第一集流体121包括第一表面1211及背对所述第一表面1211的第二表面1212。所述导电层123完全覆盖所述第一表面1211和所述第二表面1212。
参图1和图2，在所述电极组件11的卷绕方向上，所述第一集流体121包括由所述第一集流体121的起始端向收尾端方向依次连接的所述第一区域1213及第二区域1214。所述第一区域1213包括由所述第一集流体121的起始端向收尾端方向依次连接第一平面区1213a、第一弯折区1213b、第二平面区1213c、第二弯折区1213d、第三平面区1213e及第三弯折区1213f。其中，所述第一弯折区1213b、第二弯折区1213d及第三弯折区1213f分别为所述第一集流体121经第一次弯折后所形成的区域、所述第一集流体121经第二次弯折后所形成的区域及所述第一集流体121经第三次弯折后所形成的区域。所述第一平面区1213a为由所述第一集流体121的起始端到所述第一弯折区1213b的区域，所述第二平面区1213c连接于所述第一弯折区1213b和所述第二弯折区1213d之间，所述第三平面区1213e连接于所述第二弯折区1213d和所述第三弯折区1213f之间。
在实施例1中，参图1和图2，位于所述第一区域1213的朝向所述电极组件11中心的所述导电层123的表面上未设置有所述第一活性物质层122，位于所述第二区域1214的所述导电层123的两个表面上设置有所述第一活性物质层122。
参图5，所述第二极片14包括第二集流体141、设置于所述第二集流体141两个表面的第二活性物质层142及绝缘层143。
参图1和图6，在所述电极组件11的卷绕方向上，所述第二集流体141包括由所述第二集流体141的起始端向收尾端方向依次连接的双面区1412及单面区1413。所述双面区1412为所述第二集流体141的两表面均设置有所述第二活性物质层142的部分，所述单面区1413为所述第二集流体141的背对所述电极组件11的表面未设置有所述第二活性物质层142的部分。其中，所述单面区1413位于所述电极组件11的最外圈。所述绝缘层143设置于所述单面区1413背离所述电极组件11中心的表面。
在实施例1中，所述隔膜13选用聚乙烯膜。所述第一活性物质层122包括石墨。所述第二活性物质层142包括钴酸锂。所述绝缘层143包括10％的第一粘结剂以及90％的氧化铝。所述导电层123包括5％的导电碳、92％的第二粘结剂以及3％的分散剂。其中，所述电池10为软包电池，所述壳体2可以为铝塑膜。
在其他实施方式中，所述隔膜13还可以是聚丙烯膜或芳纶膜。所述电池10还可以是钢壳电池等。
在实施例1中，对所述电池10进行针刺测试。所述针刺测试包括如下步骤：
首先，将电池10充电至4.2V～4.4V；接着，用直径2.5mm的钢钉穿透整个电池10。若经测试后的电池10不着火、不爆炸，则判定电池10通过针刺测试。
在实施例1中，对所述电池10进行重物冲击测试。所述重物冲击测试包括如下步骤：
首先，将电池10充电至4.2V～4.4V；接着，在电池10上面放置直径为15.8mm的圆棒；然后，将重量为9.6Kg的重锤从610mm高度垂直于圆棒上方落下，对电池10形成冲击。若经测试后的电池10不着火、不爆炸，则判定电池10通过重物冲击测试。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，绝缘层143的组成。
在实施例2中，所述绝缘层143包括10％的第一粘结剂以及90％的氢氧化铝。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，绝缘层143的组成。
在实施例3中，所述绝缘层143包括10％的第一粘结剂、80％的氢氧化铝和10％的氧化铝。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，绝缘层143的组成。
在实施例4中，所述绝缘层143包括5％的第一粘结剂和95％的氢氧化铝。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，绝缘层143的组成。
在实施例5中，所述绝缘层143包括10％的第一粘结剂和90％的氧化硅。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于，绝缘层143的组成以及第一活性物质层122的组成。
在实施例6中，所述绝缘层143包括10％的第一粘结剂和90％的氢氧化铝。所述第一活性物质层122包括80％的石墨和15％的硅。
实施例7
实施例7与实施例6的区别在于，导电层123的组成以及第一活性物质层122的组成。
在实施例7中，所述导电层123包括10％的导电碳、87％的第一粘结剂和3％的分散剂。所述第一活性物质层122仅包括石墨。
实施例8
实施例8与实施例6的区别在于，导电层123的组成以及第一活性物质层122的组成。
在实施例8中，所述导电层123包括3％的导电碳、94％的第一粘结剂和3％的分散剂。所述第一活性物质层122仅包括石墨。
实施例9
实施例9与实施例6的区别在于，导电层123的组成以及第一活性物质层122的组成。
在实施例9中，所述导电层123包括15％的导电碳、82％的第一粘结剂和3％的分散剂。所述第一活性物质层122仅包括石墨。
实施例10
实施例10与实施例9的区别在于，第一极片12的结构。
在实施例10中，参图9，所述第一极片12包括所述第一集流体121、第一导电层124及所述第一活性物质层122。所述第一区域1213的背离所述电极组件11中心的表面以及所述第二区域1214的两表面上设置有所述第一导电层124。所述第一活性物质层122设置于所述第一导电层124的表面。
其中，所述第一导电层124包括65％的导电碳、32％的第一粘结剂和3％的分散剂。
实施例11
实施例11与实施例5的区别在于，第二极片14的结构以及绝缘胶带15所设置的位置。
在实施例11中，参图10，所述第二极片14中无绝缘层143。
所述绝缘胶带15的一端粘贴在所述第二集流体141的收尾端，所述绝缘胶带15的另一端粘贴于所述电极组件10的最外圈，且所述绝缘胶带15还粘贴于所述隔膜3。
对比例1
对比例1与实施例10的区别在于，第二极片14的结构以及绝缘胶带15所设置的位置。
在对比例1中，参图10，所述第二极片14中无绝缘层143。
所述绝缘胶带15的一端粘贴在所述第二集流体141的收尾端，所述绝缘胶带15的另一端粘贴于所述电极组件10的最外圈，且所述绝缘胶带15还粘贴于所述隔膜13。
其中，实施例1至11以及对比例1中所涉及实验参数及测试结果请参表1。
表1
参表1，比较实施例10和实施例9可知，导电层123的设置可提高了所述电池10的刚性及安全性能。对比实施例10和对比例1可知，绝缘层143对的设置可提高了所述电池10的刚性及安全性能。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明，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，而不脱离本申请技术方案的精神和实质。

Claims (11)

1.一种电芯，包括电极组件，所述电极组件通过第一极片、隔膜和第二极片依序卷绕形成，所述第一极片包括第一集流体及设置于所述第一集流体两侧的第一活性物质层，其特征在于，
所述第一极片还包括导电层，所述第一集流体包括第一表面及背对所述第一表面的第二表面，所述导电层完全覆盖所述第一表面和/或所述第二表面，且位于所述集流体与所述第一活性物质层之间；在所述电极组件的卷绕方向上，所述导电层位于卷绕起始端的朝向所述电极组件中心的表面上未设置有所述第一活性物质层，未设置有所述第一活性物质层的所述导电层粘接于所述隔膜。
2.如权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第二极片包括第二集流体、设置于所述第二集流体两个表面的第二活性物质层及绝缘层，所述第二集流体包括未设置所述第二活性物质层的空白区域，所述绝缘层设置在所述空白区域。
3.如权利要求2所述的电芯，其特征在于，在所述电极组件的卷绕方向上，所述第二集流体的起始端的两个表面设置有所述第二活性物质，所述第二集流体的收尾端在朝向所述电极组件中心的表面上设置有所述第二活性物质层，且所述第二集流体的收尾端在背离所述电极组件中心的表面上设置有所述绝缘层。
4.如权利要求3所述的电芯，其特征在于，在所述电极组件的最外圈表面上，定义所述第二集流体第一次发生弯折的部分为弯折段，所述电极组件还包括绝缘胶带，所述绝缘胶带的一端粘贴在所述第二集流体的收尾端，所述绝缘胶带的另一端粘贴在所述弯折段。
5.如权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述绝缘层包括含量为3％-15％的第一粘结剂以及含量为85％-97％的陶瓷。
6.如权利要求5所述的电芯，其特征在于，所述陶瓷包括氧化铝、氢氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆中的一种或者几种。
7.如权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一集流体的收尾端处的所述导电层的两个表面上设置有所述第一活性物质层。
8.如权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述导电层包括含量为3％～20％的导电剂、含量为70％～95％的第二粘结剂以及含量为2％～5％的分散剂。
9.如权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述导电层的电阻为0.15Ω-0.8Ω。
10.一种电池，包括电芯和用于收容所述电芯的壳体，其特征在于，所述电芯包括如权利要求1至9中任一项所述的电芯。
11.一种电子装置，包括电池和用于放置所述电池的电池仓，其特征在于，所述电池包括如权利要求10所述的电池。
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