CN114256498A - 电极组件、电芯及用电装置 - Google Patents

电极组件、电芯及用电装置 Download PDF

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CN114256498A CN202011020996.4A CN202011020996A CN114256498A CN 114256498 A CN114256498 A CN 114256498A CN 202011020996 A CN202011020996 A CN 202011020996A CN 114256498 A CN114256498 A CN 114256498A
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朱奥生
黄少军
赖仕斌
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Abstract

本申请提供一种电极组件，包括极片和隔膜，所述隔膜设于所述极片的一侧，所述极片包括第一区域和第二区域，所述第二区域连接所述第一区域，且所述第二区域的平均厚度小于所述第一区域的平均厚度。所述隔膜包括第三区域和第四区域，所述第三区域附着于所述第一区域；所述第四区域连接所述第三区域并附着于所述第二区域，所述第四区域的平均厚度大于所述第三平均区域的厚度。本申请还涉及采用上述电极组件的电芯和用电装置，通过采用上述的电极组件能够改善电极端部出现析锂的情况。

Description

电极组件、电芯及用电装置
技术领域
本申请涉及电池制造技术领域，尤其涉及一种电极组件、电芯及用电装置。
背景技术
叠片电芯头部为极片涂膜削薄区域，该区域相较于电芯的主体区域的厚度较薄。因而，该涂膜削薄区域在化成工序所受到的压力相较于主体区域较小，造成固体电解质界面膜形成不充分，并且极片和隔膜之间的粘接情况较差，循环过程中容易产生析锂。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种电极组件、电芯及用电装置，旨在使得削薄区域的厚度与主体部的厚度大致相同，避免出现析锂的情况。
本申请的实施例提供的一种电极组件，包括极片和隔膜，所述隔膜设于所述极片的一侧，所述极片包括第一区域和第二区域，所述第二区域连接所述第一区域，且所述第二区域的平均厚度小于所述第一区域的平均厚度；所述隔膜包括第三区域和第四区域，所述第三区域附着于所述第一区域，所述第四区域连接所述第三区域并附着于所述第二区域，所述第四区域的平均厚度大于所述第三区域的平均厚度。
在一些实施例中，所述第二区域和所述第四区域的厚度之和等于所述第一区域和所述第三区域的厚度之和。
在一些实施例中，所述第二区域和所述第四区域的厚度之和大于或等于所述第一区域和所述第三区域厚度之和的80％，且小于所述第一区域和所述第三区域的厚度之和。
在一些实施例中，所述第二区域和所述第四区域的厚度之和大于或等于所述第一区域和所述第三区域厚度之和的97％，且小于所述第一区域和所述第三区域的厚度之和的103％。
在一些实施例中，所述隔膜包括基材和设于所述基材表面的涂层，所述第四区域的涂层厚度大于所述第三区域的涂层厚度。
在一些实施例中，所述第四区域的厚度与所述第三区域的厚度之差为h，所述h的范围为3μm≤h≤6μm。
在一些实施例中，沿所述第二区域与所述第一区域的连接位置处朝远离所述第一区域的方向，所述第二区域的厚度逐渐减小；所述第四区域与所述第三区域的连接位置处朝远离所述第三区域的方向，所述第四区域的厚度逐渐增加。
在一些实施例中，所述极片包括第一极片和第二极片，所述隔膜位于所述第一极片和所述第二极片之间；所述第一区域向所述第二区域延伸的方向为宽度方向，所述第一极片的第一区域的宽度小于所述第二极片的第一区域的宽度；所述第一极片的第二区域的宽度大于所述第二极片的第二区域的宽度。
在一些实施例中，所述第四区域的宽度大于所述第一极片中第二区域的宽度。
在一些实施例中，所述第一极片的第二区域的宽度为W1，所述W1的范围为8mm≤W1≤13mm。
在一些实施例中，所述第二极片的第二区域的宽度为W2，所述W2的范围为1mm≤W2≤2mm。
在一些实施例中，所述第四区域的宽度为W3，所述W3的范围为9mm≤W3≤15mm。
本申请的实施例还提供一种电芯，包括封装膜和上述任一电极组件，所述封装膜收容所述电极组件。
本申请的实施例同时还提供一种用电装置，包括本体和上述的电芯，所述电芯设于所述本体内。
本申请提供的电极组件、电芯及用电装置，通过将所述极片的第一区域与所述隔膜的第三区域对应，所述极片的第二区域与所述隔膜的第四区域对应。所对应的区域中厚度能够进行互补，从而使得所述极片和所述隔膜整体的堆叠的厚度大致相同，可避免因极片的部分厚度较小而造成析锂的问题，提升了电极组件、电芯及用电装置的安全性。
附图说明
图1为本申请一实施方式中电极组件的立体示意图。
图2为图1所示的极片的立体示意图。
图3为图2所示的极片的主视示意图。
图4为图2所示的极片的侧示示意图。
图5为第一极片的立体示意图。
图6为第二极片的立体示意图。
图7为图1所示的隔膜的立体示意图。
图8为图7所示的隔膜的主视示意图。
图9为图7所示的隔膜的侧视示意图。
图10为图1所示的电极组件的沿C-C方向的剖视示意图。
图11为本申请另一实施方式中电芯的立体示意图。
图12为本申请另一实施方式中用电装置的立体示意图。
主要元件符号说明
电极组件 100
极片 10
第一极片 11
第一集流体 111
第一活性物质 112
第二极片 12
第二集流体 121
第二活性物质 122
第一区域 A
第二区域 B
隔膜 20
基材 21
涂层 22
第三区域 M
第四区域 N
第二区域的宽度 W1、W2
不同距离的W2 1、2、3
第四区域的宽度 W3
第一延伸宽度 K1
第二延伸宽度 K2
厚度 H1、H2、H3、H4
电芯 300
封装膜 30
极耳 40
用电装置 500
本体 50
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描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“顶”、“底”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、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例的目的，不是旨在于限制本申请。
本申请提供的一种电极组件，包括极片和隔膜，所述隔膜设于所述极片的一侧，所述极片包括第一区域和第二区域，所述第二区域连接所述第一区域，且所述第二区域的平均厚度小于所述第一区域的平均厚度；所述隔膜包括第三区域和第四区域，所述第三区域附着于所述第一区域，所述第四区域连接所述第三区域并附着于所述第二区域，所述第四区域的平均厚度大于所述第三区域的平均厚度。
通过采用上述的电极组件，采用所述隔膜的厚度来补偿所述极片的厚度，以使得所述极片和所述隔膜堆叠的整体厚度大致相同，从而避免因极片头部存在削薄区域，而在使用电极组件时出现析锂的情况。
下面将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。
请参阅图1，本申请的一个实施方式提供一种电极组件100，所述电极组件100包括极片10和隔膜20，所述隔膜20设于所述极片10的一侧，所述极片10包括第一区域A和第二区域B，所述第二区域B连接所述第一区域A，且所述第二区域B的平均厚度小于所述第一区域A的平均厚度。所述隔膜20包括第三区域M和第四区域N，所述第三区域M附着于所述第一区域A，所述第四区域N连接所述第三区域M并附着于所述第二区域B，所述第四区域N的平均厚度大于所述第三区域M的平均厚度。
请参阅图2，所述极片10包括相连接的第一区域A和第二区域B。所述第一区域A的厚度相同，所述第二区域B的厚度小于所述第一区域A的厚度，从而使得所述第二区域B的平均厚度小于所述第一区域A的平均厚度。
请参阅图3和图4，为更好的描述结构，将结合X、Y、Z的坐标轴对其进行说明。沿着X方向为所述极片10的长度方向，沿着Y方向为所述极片10的宽度方向，Y轴方向为所述第一区域A向所述第二区域B延伸的方向，沿着Z方向为所述极片10的厚度方向。
沿Y轴观察所述极片10，因所述第一区域A的平均厚度大于所述第二区域B的平均厚度，故所述第一区域A阻挡所述第二区域B，如图3所示。沿X轴观察所述极片10，因所述第一区域A的平均厚度大于所述第二区域B的平均厚度，故所述第一区域A高于所述第二区域B，如图4所示。
请参阅图1和图10，在一实施方式中，所述极片10包括复数个第一极片11和第二极片12，所述隔膜20位于所述第一极片11和所述第二极片12之间。所述电极组件100采用将第一极片11、隔膜20、第二极片12、隔膜20、第一极片11堆叠的方式形成。
可以理解的是，在其他实施方式中，所述第一极片11、所述隔膜20和所述第二极片12也可采用卷绕的方式形成所述电极组件100。形成所述电极组件100的方式在现有技术中较为常见，在此，不再对其进行赘述。
请参阅图5和图10，每一所述第一极片11包括第一集流体111和第一活性物质112，所述第一活性物质112涂覆于所述第一集流体111的相对两表面。具体的，所述第一活性物质112沿Y轴方向从所述第一区域A流向所述第二区域B，所述第二区域B位于所述第一极片11极片10靠近边缘的位置处。所述第一活性物质112流向所述第二区域B时，其体积和流动的速度逐渐减小，从而在所述第二区域B形成削薄区。进一步的，沿所述第二区域B与所述第一区域A的连接位置处朝远离所述第一区域A的方向，即沿着Y轴方向，所述第二区域B的厚度也相应地逐渐减小。
请参阅图6和图10，与所述第一极片11相同，每一所述第二极片12包括第二集流体121和第二活性物质122，所述第二活性物质122涂覆于所述第二集流体121的相对两表面。具体的，所述第二活性物质122沿Y轴方向从所述第二极片12极片10的第一区域A流向所述第二区域B，所述第二区域B位于所述第一极片11靠近边缘的位置处。所述第二活性物质122流向所述第二区域B时，其体积和流动的速度逐渐减小，从而在所述第二区域B形成削薄区。进一步的，沿所述第二区域B与所述第一区域A的连接位置处朝远离所述第一区域A的方向，即沿着Y轴方向，所述第二区域B的厚度也相应地逐渐减小。
请参阅图10，进一步的，所述第一极片11为正极片10，所述第二极片12为负极片10。沿X轴方向，所述第一极片11的整体长度和所述第二极片12的整体长度大致相同。具体的，所述第一极片11的第一区域A的宽度(图未标示)小于所述第二极片12的第一区域A的宽度(图未标示)。所述第一极片11的第二区域B的宽度为W1，所述第二极片12的第二区域B的宽度为W2，所述第一极片11的第二区域B的宽度W1大于所述第二极片12的第二区域B的宽度W2，即所述第一极片11的第一活性物质112的宽度大于所述第二极片12的第二活性物质122的宽度。
可以理解的是，在其他实施方式中，所述第一极片11的第一区域A的宽度还可等于所述第二极片12的第一区域A的宽度。而所述第一极片11的第二区域B的宽度W1大于所述第二极片12的第二区域B的宽度W2。
进一步的，W1的范围为8mm≤W1≤13mm。W2的范围为1mm≤W2≤2mm。在一具体实施方式中，所述第一极片11的第二区域B的宽度W1为9mm。在其他实施方式中，所述第一极片11的第二区域B的宽度W1还可替换为10mm、11mm、12mm。在一具体实施方式中，所述第二极片12的第二区域B的宽度W2为1.2mm，可以理解的是，在其他实施方式中，所述第二极片12的第二区域B的宽度W2还可替换为1.4mm、1.6mm、1.8mm、1.9mm。
请参阅图7，所述隔膜20包括相连接的第三区域M和第四区域N，所述第三区域M的厚度大致相同，所述第四区域N的厚度大于所述第三区域M的厚度，从而使得所述第四区域N的平均厚度大于所述第三区域M的平均厚度。
请参阅图8和图9，与所述极片10相反的是，沿Y轴观察所述隔膜20，因所述第四区域N的平均厚度大于所述第三区域M的平均厚度，故能够看到所述第四区域N，如图8所示。沿X轴观察所述隔膜20，因所述第四区域N的平均厚度大于所述第三区域M的平均厚度，故所述第四区域N高于所述第三区域M，如图9所示。
请参阅图10，所述隔膜20的第三区域M分别与所述第一极片11的第一区域A、所述第二极片12的第一区域A相对应并附着于所述第一区域A，第四区域N分别与所述第一极片11的第二区域B、所述第二极片12的第二区域B相对应并附着于所述第二区域B。
所述隔膜20包括基材21和涂层22，所述涂层22涂覆于所述基材21的相对两表面。具体的，所述第四区域N的涂层22厚度大于所述第三区域M的涂层22厚度，为了能补偿所述第一极片11和所述第二极片12，所述第四区域N的涂层22厚度与所述第一极片11、所述第二极片12的第二区域B中的活性物质的厚度互补。
在一实施方式中，所述第一极片11、第二极片12中的第二区域B和所述隔膜20的第四区域N的厚度之和等于所述第一极片11、第二极片12中的第一区域A和所述隔膜20的第三区域M的厚度之和，以实现所述第一极片11、所述第二极片12和所述隔膜20之间的相互补偿，可避免出现过度补偿而造成使用该电极组件100的成品电芯厚度异常的问题。
在另一实施方式中，所述第一极片11、第二极片12中的第二区域B和所述隔膜20的第四区域N的厚度之和大于或等于所述第一极片11、第二极片12中的第一区域A和所述隔膜20的第三区域M的厚度的80％，且小于所述第一区域A和所述第三区域M厚度之和。具体的，所述第二区域B和所述第四区域N的厚度之和可为所述第一区域A和所述第三区域M厚度之和的82％、84％、86％、88％、90％、92％、94％、96％、98％，99.8％。
在另一实施方式中，所述第一极片11、第二极片12中的第二区域B和所述隔膜20的第四区域N的厚度之和大于或等于所述第一极片11、第二极片12中的第一区域A和所述隔膜20的第三区域M的厚度的97％，且小于所述第一区域A和所述第三区域M厚度之和的103％。具体的，所述第二区域B和所述第四区域N的厚度之和可为所述第一区域A和所述第三区域M厚度之和的98％、99％、101％、102％。
请参阅图10，在一实施方式中，为了使得所述隔膜20能够同时补偿所述第一极片11和所述第二极片12，所述第一极片11还包括第一延伸宽度K1，所述第二极片12还包括第二延伸宽度K2。所述第一延伸宽度K1和所述第二延伸宽度K2分别为所述第一集流体111和所述第二集流体121超出所述活性物质的部分。进一步的，所述第一延伸宽度K1的距离为所述隔膜20超出所述第一极片11第二区域B的长度，所述第二延伸宽度K2的距离为所述第一极片11的第二区域B超出所述第二极片12的第二区域B的长度。
所述第二极片12的第二区域B的宽度W2与所述第二延伸宽度K2之和跟所述第一极片11的第二区域B的宽度W1存在不同的情况，所述隔膜20第四区域N的宽度W3依据不同情况而设置。进一步的，所述第二极片12第二区域B的宽度W2存在不同的情况，如图10中所示的1、2、3所存在的不同距离。
具体的，例如，当所述第二极片12第二区域B的宽度W2与所述第二延伸宽度K2之和小于或者等于所述第一极片11第二区域B的宽度W1，所述隔膜20第四区域N的宽度W3则等于或者稍大于所述第一极片11第二区域B的宽度W1与所述第一延伸宽度K1之和。当所述第二极片12第二区域B的宽度W2与所述第二延伸宽度K2之和大于所述第一极片11第二区域B的宽度W1，所述隔膜20第四区域N的宽度W3则等于或者稍大于所述第二极片12第二区域B的宽度W2、所述第二延伸宽度K2及所述第一延伸宽度K1之和。即使得所述隔膜20能够补偿所述第一极片11和所述第二极片12的同时，所述第一延伸宽度K1所对应的那部分所述隔膜20在电芯中应用时，能够吸收更多富集的游离电解质，以减轻或消除电芯涨液现象。同时，所述电极组件100应用于电芯300内时，该部分隔膜20能够储存更多的电解液，用于电芯300循环后期电解液的补充。
并且，所述隔膜20的第四区域N能够同时覆盖所述第一极片11和所述第二极片12的第二区域B。该隔膜20应用于所述电芯300中时，所述第一极片11和所述第二极片12的第二区域B位置处设置极耳(图未示)，且在电芯300过渡使用条件下，可防止极耳撕裂毛刺，以及第一极片11和第二极片12上的毛刺刺穿封装膜30而造成短路、破损或腐蚀的情况。
所述第四区域N的宽度W3的范围为9mm≤W3≤15mm，在一实施方式中，所述第四区域N的宽度W3范围可具体为10mm、11mm、12mm、13mm、14mm。
请再参阅图10，沿Z轴方向，所述第一极片11的第一区域A的厚度为H1，所述第一极片11的第二区域B的厚度为H2，H1大于H2。因此，通过隔膜20来进行补偿，所述隔膜20第三区域M的厚度为H3，所述隔膜20的第四区域N的厚度为H4，H4与H3的差值为h，h的范围为3μm≤h≤6μm，进一步的，h可为3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、5.5μm。而H1与H2的差值大致为h的二分之一。所述第二极片12与所述隔膜20之间的厚度补偿与所述第一极片11和所述隔膜20之间大致相同，在h补偿H1与H2差值的同时，h的另一部分则用来补偿所述第二极片12的厚度差值。整个所述电极组件100的补偿厚度为每一所述隔膜20所累加的h之和。
由于第四区域N的厚度H4相较于第三区域M的厚度H3更厚，在热压与化成过程中形成更好的电解质界面膜，所述极片10与所述隔膜20界面粘接更强，并且，能够提高所述隔膜20的抗热收缩性及抗力收缩性，可以改善所述隔膜20热收缩而导致的电芯热箱试验失效和跌落试验失效的情况。
请参阅图11，本申请的另一实施方式还提供一种电芯300，所述电芯300包括封装膜30和上述任一实施方式中的电极组件100。所述封装膜30收容所述电极组件100，且所述电芯300还包括极耳40，所述极耳40连接所述电极组件100，用以和外部其他部件连接。
因所述电芯300包括上述任一实施方式中所述的电极组件100，因而具有该电极组件100的一切有益效果，在此，不再进行赘述。
请参阅图12，本申请的另一实施方式中还提供一种用电装置500，所述用电装置500包括本体50和上述的电芯300，所述电芯300设于所述本体50内(如图12中的虚线方框内)，用于给所述本体50提供电量。所述用电装置500为手机、平板、笔记本电脑等。可以理解的是，在其他实施方式中，所述用电装置500的种类不限于此。
因所述用电装置500包括上述电芯300，因而具有该电芯300的一切有益效果，在此，不再进行赘述。
综上所述，本申请实施方式中提供电极组件100，通过增加所述隔膜20的厚度来补偿所述极片10厚度较小的区域，使得所述电极组件100的整体厚度大致相同，从而避免所述极片10因形成削薄区而带来的影响。将所述电极组件100应用于所述电芯300中，所述电芯300的头部对应所述极片10的第二区域B，因通过所述隔膜20增加极片10的厚度，提升了所述电芯300的安全性和可靠性，进而提升了所述用电装置500的性能。
另外，本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请公开的范围之内。

Claims (14)

1.一种电极组件，包括：
极片和隔膜，所述隔膜设于所述极片的一侧；
其特征在于，所述极片包括第一区域和第二区域，所述第二区域连接所述第一区域，且所述第二区域的平均厚度小于所述第一区域的平均厚度；
所述隔膜包括第三区域和第四区域，所述第三区域附着于所述第一区域，所述第四区域连接所述第三区域并附着于所述第二区域，所述第四区域的平均厚度大于所述第三区域的平均厚度。
2.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第二区域和所述第四区域的厚度之和等于所述第一区域和所述第三区域的厚度之和。
3.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第二区域和所述第四区域的厚度之和大于或等于所述第一区域和所述第三区域厚度之和的80％，且小于所述第一区域和所述第三区域的厚度之和。
4.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第二区域和所述第四区域的厚度之和大于或等于所述第一区域和所述第三区域厚度之和的97％，且小于所述第一区域和所述第三区域的厚度之和的103％。
5.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述隔膜包括基材和设于所述基材表面的涂层，所述第四区域的涂层厚度大于所述第三区域的涂层厚度。
6.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第四区域的厚度与所述第三区域的厚度之差为h，所述h的范围为3μm≤h≤6μm。
7.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，沿所述第二区域与所述第一区域的连接位置处朝远离所述第一区域的方向，所述第二区域的厚度逐渐减小；以及
所述第四区域与所述第三区域的连接位置处朝远离所述第三区域的方向，所述第四区域的厚度逐渐增加。
8.如权利要求7所述的电极组件，其特征在于，所述极片包括第一极片和第二极片，所述隔膜位于所述第一极片和所述第二极片之间；
所述第一区域向所述第二区域延伸的方向为宽度方向，所述第一极片的第一区域的宽度小于所述第二极片的第一区域的宽度；所述第一极片的第二区域的宽度大于所述第二极片的第二区域的宽度。
9.如权利要求8所述的电极组件，其特征在于，所述第四区域的宽度大于所述第一极片中第二区域的宽度。
10.如权利要求8所述的电极组件，其特征在于，所述第一极片的第二区域的宽度为W1，所述W1的范围为8mm≤W1≤13mm。
11.如权利要求8所述的电极组件，其特征在于，所述第二极片的第二区域的宽度为W2，所述W2的范围为1mm≤W2≤2mm。
12.如权利要求8所述的电极组件，其特征在于，所述第四区域的宽度为W3，所述W3的范围为9mm≤W3≤15mm。
13.一种电芯，其特征在于，包括封装膜和如权利要求1至12中任一项所述的电极组件，所述封装膜收容所述电极组件。
14.一种用电装置，其特征在于，包括本体和如权利要求13所述的电芯，所述电芯设于所述本体内。
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