CN114788035A - 电极组件、电池及用电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电极组件、电池及用电装置，涉及储能技术领域，该电极组件包括第一极片、第二极片及位于第一极片和所述第二极片之间的隔离膜，所述第一极片包括第一集流体及设置在第一集流体上的第一膜片，第一膜片上设有第一极耳槽；第二极片包括第二集流体及设置在第二集流体上的第二膜片，第二膜片具有阻隔槽及由阻隔槽围设形成的对位区域，对位区域在第一极片上的投影覆盖第一极耳槽。本申请通过在第二极片上设置有阻隔槽，该阻隔槽可以避免位于对位区域内的活性锂沿着第二极片传递至第一极耳槽处，防止第一极耳槽处出现析锂现象，提高了电池的安全性能。
Description
技术领域
本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种电极组件、电池及用电装置。
背景技术
电池为一种将化学能转化为电能的装置，被广泛应用于新能源汽车、储能电站等领域，电池通常包括电池壳体以及设置在电池壳体内的电极组件和电解液，电极组件包括依次层叠设置的第一极片、隔离膜和第二极片，第一极片和第二极片上均设置有用于焊接极耳的极耳槽，通过焊接在极耳槽中的极耳实现电池的充放电功能，其中第一极片和第二极片的极性相反。
当第二极片为阴极极片时，在充放电循环过程中，第二极片中的活性锂离子会游离出来，并扩散至第一极片的极耳槽处，致使第一极片中发生析锂现象，相关技术中，通常将第二极片对应于第一极片的极耳槽处的活性物质去除而形成凹槽，从而防止析锂。
但是，上述的方式会降低电极组件的厚度均一性，而且电池经过多次循环后，第一极片上仍然会存在析锂现象，影响电池的安全性能。
发明内容
鉴于上述问题，本申请实施例提供一种电极组件、电池及用电装置，用于防止第二极片与第一极片的极耳槽对应位置中游离的活性锂扩散至第一极片上，避免了第一极片发生析锂现象，提高的电池的安全性能。
为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：
本申请实施例的第一方面提供一种电极组件，包括第一极片、第二极片及位于所述第一极片和所述第二极片之间的隔离膜，所述第一极片包括第一集流体及设置在所述第一集流体上的第一膜片，所述第一膜片上设有第一极耳槽；
所述第二极片包括第二集流体及设置在所述第二集流体上的第二膜片，所述第二膜片具有阻隔槽及由所述阻隔槽围设形成的对位区域，所述对位区域在所述第一极片上的投影覆盖所述第一极耳槽。
在一些实施例中，所述阻隔槽的槽底为所述第二集流体的表面。
在一些实施例中，所述阻隔槽包括沿所述第二极片的长度方向延伸的第一阻隔槽，以及分别连接所述第一阻隔槽两端的第二阻隔槽和第三阻隔槽；所述第二阻隔槽与所述第一阻隔槽之间具有第一预设夹角，所述第三阻隔槽与所述第一阻隔槽之间具有第二预设夹角，且所述第二阻隔槽和所述第三阻隔槽背离所述第一阻隔槽的端部均与所述第二极片沿宽度方向的边缘对齐。
在一些实施例中，所述第一预设角度和所述第二预设角度位于85°～95°。
在一些实施例中，所述阻隔槽包括环形槽，所述环形槽环绕所述对位区域。
在一些实施例中，以平行于所述第二极片的平面为横截面，所述环形槽的横截面形状为多边形，或者所述环形槽的横截面形状为圆形。
在一些实施例中，所述阻隔槽的槽宽位于0.1mm-2mm之间。
在一些实施例中，所述第一极片为阳极极片，所述第二极片为阴极极片。
在一些实施例中，所述第二极片上设置有绝缘膜，所述绝缘膜盖设在所述阻隔槽和所述对位区域上。
在一些实施例中，沿所述第二极片的长度方向，所述绝缘膜具有相对设置的第一边缘和第二边缘，所述阻隔槽靠近所述第二边缘的槽边与所述第二边缘的距离位于1mm-4mm之间。
在一些实施例中，所述绝缘膜还包括第三边缘，所述第三边缘的一端与所述第一边缘连接，所述第三边缘的另一端与所述第二边缘连接；所述阻隔槽靠近所述第三边缘的槽边与所述第三边缘的距离位于1mm-4mm之间。
在一些实施例中，所述阻隔槽靠近所述第一边缘的槽边与靠近所述第二边缘的槽边之间的垂直距离为D1，所述第一边缘与所述第二边缘之间的垂直距离为D2，所述D2与所述D1的差值位于2mm-8mm之间。
本申请实施例的第二方面提供一种电池，包括壳体和如上所述的电极组件，所述电极组件设置在所述壳体内。
本申请实施例的第三方面提供一种用电装置，包括如上所述的电池。
本申请实施例提供的一种电极组件、电池及用电装置中，通过在第二极片上设置阻隔槽，该阻隔槽可以阻挡位于对位区域内的活性锂沿着第二极片传递至第一极耳槽处，防止第一极耳槽处出现析锂现象，提高了电池的安全性能。
此外，与相关技术中将对位区域挖除的技术方案相比，可以避免降低第一极耳槽所在区域的厚度，进而提高了整个电极组件的厚度均一性，防止第一极耳槽处出现析锂现象，提高了电池的安全性能。
附图说明
图1为相关技术中电极组件的剖视图；
图2为相关技术中第二极片的上表面的结构示意图；
图3为相关技术中第二极片的下表面的结构示意图；
图4为图2中A区域的放大示意图；
图5为本申请实施例提供的电极组件的剖视图；
图6为本申请实施例提供的第二极片的上表面的结构示意图一；
图7为本申请实施例提供的第二极片的下表面的结构示意图一；
图8为图6的B区域的放大示意图；
图9为本申请实施例提供的第二极片的上表面的结构示意图二；
图10为本申请实施例提供的第二极片的下表面的结构示意图二；
图11为图9的C区域的放大示意图。
其中，附图标记说明如下：
10：第一极片； 11：第一极耳槽；
12：第一极耳； 13：第一集流体；
14：第一膜片； 15：保护膜；
20：隔离膜； 30：第二极片；
31：第二集流体； 32：第二膜片；
33：对位区域； 34：阻隔槽；
341：第一阻隔槽； 342：第二阻隔槽；
343：第三阻隔槽； 35：绝缘膜；
351：第一边缘； 352：第二边缘；
353：第三边缘； 36：凹槽；
37：第二极耳槽； 38：第二极耳；
40：环形槽； 41：第一段；
42：第二段； 43：第三段；
44：第四段。
具体实施方式
相关技术中，如图1至图4所示，通常在第二极片30上对应于第一极片10的极耳槽的位置上设置凹槽36，利用凹槽36防止第二极片30上对应于第一极片10的极耳槽处的活性锂扩散至第一极片10的极耳槽处，进而避免第一极片的极耳槽处产生析锂现象，但是，上述的凹槽36会降低第一极片10的极耳槽所在区域的厚度，使得电极组件存在厚度不均一性，进而影响第二极片的成膜性，使得电池经过多次循环后，第一极片上仍然会存在析锂现象，析出来的锂会成长为锂枝晶，该锂枝晶易刺破隔离膜，影响电池的安全性能。
为了解决上述的技术问题，本申请实施例提供了一种电极组件、电池及用电装置，通过在第二极片上设置有阻隔槽，且该阻隔槽可以避免位于对位区域内的活性锂沿着第二极片传递至第一极耳槽处，防止第一极耳槽处出现析锂现象，提高了电池的安全性能。
此外，本申请实施例中，阻隔槽在第一极片上投影与第一极耳槽不重合，以使得阻隔槽围设形成的对位区域，与相关技术中在第二极片上对应于第一极片的极耳槽的位置上设置凹槽的技术方案相比，既可以避免降低第一极耳槽所在区域的厚度，提高了整个电极组件的厚度均一性，也可以利用阻隔槽阻挡对位区域内活性锂的传输，进而防止第一极耳槽处出现析锂现象，提高了电池的安全性能。
为了使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
本申请实施例提供一种用电装置，该用电装置可以包括电池，电池用于给用电装置提供电能，本申请实施例中的用电装置可以为车辆，例如：车辆可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，且新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。
此外，用电装置还可以为其他储能装置，比如，手机、便携式设备、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、船舶及航天器等，其中，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机或者宇宙飞船。
本发明实施例描述的电池不仅仅局限适用于上述所描述的用电装置，但是为了描述简洁，下述实施例均以手机为例进行说明。
示例性地，手机可以包括手机主体以及设置在手机主体内的电池，其中，电池与手机主体的电路板电连接，用于为电路板提供电力，以保证手机的正常使用。
电池可以包括壳体以及设置在壳体内的电极组件和电解液，如图5所示，电极组件可以包括第一极片10、隔离膜20和第二极片30，第一极片10、隔离膜20和第二极片30可以依次层叠后绕预设的卷绕轴进行卷绕以形成卷绕式的结构。
隔离膜20设置在相邻的第一极片10和第二极片30之间，用于实现第一极片和第二极片之间的绝缘设置，其中，隔离膜20的材质可以为PP或PE等。
需要说明的是，本实施例中第一极片10和第二极片30的极性相反，第一极片10可以为阳极极片，也可以为阴极极片，为了描述方便，下述实施例均以第一极片10为阳极极片、第二极片30为阴极极片以及电池为锂电池为例进行说明。
继续参考图5，第一极片10包括第一集流体13和第一膜片14，其中，第一膜片14的个数为两个，两个第一膜片14分别设置在第一集流体13的上表面和下表面上，且第一集流体13的材质可以为铝，第一膜片14的材质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。
两个第一膜片14上分别设置有一个第一极耳槽11，第一极耳槽11暴露出第一集流体13，且两个第一极耳槽11的中心连线与第一集流体13互相垂直。
其中一个第一极耳槽11内设置有第一极耳12，第一极耳12可以与壳体上正极端子电连接，以实现对电池的充放电。
为了对第一极耳12进行保护，可以在第一极片10上设置保护膜15，保护膜15盖设在第一极耳槽11上，其中，保护膜15可以包括防护胶带。
第二极片30包括第二集流体31和第二膜片32，其中，第二膜片32的个数可以为两个，两个第二膜片32可以分别设置在第二集流体31的上表面和下表面上，其中，第二集流体31的材质为铜，第二膜片32的材质包括碳或者硅等。
如图6和图7所示，第二极片30上也可以设有第二极耳槽37，第二极耳槽37内设置有第二极耳38，第二极耳38与设置在壳体上负极端子电连接，壳体上的正极端子和负极端子分别与供电设备或者用电设备连接，以实现对电池的充电功能，其中，供电设备可以包括市政供电设备，用电设备可以包括手机或者车辆。
第二膜片32上设置有阻隔槽34及由阻隔槽34围设形成的对位区域33，该对位区域33在第一极片10上投影覆盖在第一极耳槽11上，也就是说，该对位区域33与第一极耳槽11相对设置，且对位区域33的面积等于第一极耳槽11面积，或者，对位区域33的面积大于第一极耳槽11的面积。
对位区域33由阻隔槽34围设形成，即阻隔槽34绕设在对位区域33的外部，使得阻隔槽34在第一极片10上的投影与第一极耳槽11并不重合，这样可以避免降低第一极耳槽11所在区域的厚度，进而提高了整个电极组件的厚度均一性，降低了第一极片上的浓度梯度，减缓了活性锂在第一极片上的扩散，进而防止第一极耳槽处出现析锂现象，提高了电池的安全性能。
此外，本实施例通过阻隔槽设置，与仅在对位区域上设置绝缘层的技术方案相比，本实施例中的阻隔槽还可以避免位于对位区域内的活性锂与除该对位区域之外的其他区域的活性锂发生固固扩散，即，该阻隔槽可以避免位于对位区域内的活性锂扩散至对位区域之外的其他区域，进而可以防止位于对位区域内的活性锂传递至第一极耳槽处，避免第一极耳槽处发生析锂现象，提高了电池的安全性能。
需要说明的是，析锂现象通常发生在电池的充放电过程中，示例性地，锂电池在充电过程中，锂离子在正负极电势差的作用下会从正极活性物质中脱出，通过钝化膜嵌入到负极石墨层中；当锂电池放电时，锂离子会从负极脱出，重新嵌入正极。但是，锂电池在循环后期由于活性锂、正极活性材料与负极活性材料的持续损失，会导致电池容量的持续衰减，使得阳极极片和阴极极片中形成浓度梯度，当该浓度梯度达到一定值时，活性锂便会阳极极片或者阴极极片中发生固固扩散，阴极极片上的锂离子会在对位的阳极极片的极耳槽上析出，阳极极片中的锂离子会在对位的阴极极片的极耳槽上析出，以形成析锂现象。
在一些实施例中，本实施例中阻隔槽34的底部可以延伸至第二集流体31上，也可以延伸至第二膜片32的内部，优选地，阻隔槽34的底部延伸至第二集流体31上，即，阻隔槽34的槽底为第二集流体31的表面，这样可以将对位区域隔离，以更好地阻止位于对位区域内活性锂与除该对位区域之外的其他区域的活性锂发生固固扩散，进而可以避免第一极耳槽处发生析锂现象，提高了电池的安全性能。
在本实施例中，如图7和图8所示，阻隔槽34的个数可以为两个，每个第二膜片32上设置有一个阻隔槽34，即两个阻隔槽34分别设置在第二极片的上表面和下表面上。
阻隔槽34的结构可以通过下述的两种实施方式进行描述，需要说明的是，下面的两种实施方式仅是示例性地给出两种可行的方式，而不是对阻隔槽的结构进行限定。
如图6至图8所示，作为阻隔槽的一种可行的实施方式，阻隔槽34包括第一阻隔槽341、第二阻隔槽342以及第三阻隔槽343。
第一阻隔槽341可以沿第二极片30的长度方向延伸，即，第一阻隔槽341沿图6中L方向延伸。
第二阻隔槽342设置在第一阻隔槽341的一端，以图6所示的方位为例，第二阻隔槽342可以设置在第一阻隔槽341的左端，且第二阻隔槽342与第一阻隔槽341之间具有第一预设夹角。
第三阻隔槽343设置在第一阻隔槽341的另一端，以图6所示的方位为例，第三阻隔槽343可以设置在第一阻隔槽341的右端，且第三阻隔槽343与第一阻隔槽341之间具有第二预设夹角。
第二阻隔槽342和第三阻隔槽343背离第一阻隔槽341的端部均与第一极片沿宽度方向的边缘对齐，以图6和图8所示的方位为例，第二阻隔槽342的上边缘、第三阻隔槽343的上边缘均与第二极片30的上边缘对齐，使得阻隔槽围成的区域完全包围住对位区域，以提高阻隔槽阻挡位于对位区域内的活性锂的传输，进而防止位于对位区域内的活性锂传输至第一极耳槽处，避免第一极耳槽处发生析锂现象，提高了电池的安全性能。
在本实施例中，第一预设角度和第二预设角度位于85°～95°，可选地，第一预设角度和第二预设角度均为90°，即第二阻隔槽342和第三阻隔槽343均与第一阻隔槽341相互垂直，使得阻隔槽形成U型结构，以简化阻隔槽的制作工艺。
如图9至图11所示，作为阻隔槽的另一种可行的实施方式，阻隔槽34可以包括环形槽40，环形槽40环绕对位区域33。
以平行于第二极片30的平面为横截面，环形槽40的横截面的形状可以多边形，比如，环形槽40的横截面的形状可以为矩形，即，环形槽40可以包括顺次连接的第一段41、第二段42、第三段43及第四段44，且第二极片30与第四段44相邻的边缘，与第四段44之间具有一定的间隔，以使得阻隔槽形成口字型。
环形槽40的横截面的形状也可以圆形，只要环形槽能够包围住对位区域33，以达到阻止位于对位区域内的活性锂传输至第二极片除对位区域之外的区域的目的即可。
在一些实施例中，如图8和图11所示，例如，沿第二极片的长度方向L，阻隔槽34的槽宽W1位于0.1mm-2mm之间。
若阻隔槽34的槽宽过大，会致使阻隔槽的面积过大，进而造成阻隔槽所在的区域的第二极片的厚度降低，使得阻隔槽所在的区域与第二极片除阻隔槽之外的区域的形成厚度差，该厚度差易增加第二极片内锂离子的浓度梯度，为锂离子在第二极片内传输提供驱动力，进而造成第一极耳槽处仍然会存在析锂现象。
若阻隔槽的宽度过小，即会降低阻隔槽的阻隔能力，也会增加阻隔槽的制备难度。
因此，本实施例对阻隔槽的槽宽进行了限定，既要防止第一极耳槽处存在析锂现象，也要降低阻隔槽所在区域的电极组件的厚度与其他区域的厚度差异。
需要说明的是，在本实施例中，阻隔槽的槽宽可以处处相等，也可以不等，例如，沿第二极片的宽度方向，阻隔槽34的槽宽W2也可以为位于0.1mm-2mm之间。
在一些实施例中，本实施例提供的第二极片30设置有绝缘膜35，绝缘膜35盖设阻隔槽34和对位区域33上，用于封盖阻隔槽34和对位区域33，以对阻隔槽34和对位区域33进行防护，防止电解液渗透至阻隔槽内，其中，绝缘膜35可以包括防护胶带。
以图9和图11所示的方位为例，沿第二极片30的长度方向，绝缘膜35具有相对设置的第一边缘351和第二边缘352，第一边缘351可以为绝缘膜35的左边缘，第二边缘352可以为绝缘膜35的右边缘，阻隔槽34靠近第二边缘352的槽边与第二边缘352的距离位于1mm-4mm之间，即图9和图11中所示的L1位于1mm-4mm之间。
进一步地，绝缘膜35还包括第三边缘353，即，第三边缘353可以为绝缘膜35的下边缘，第三边缘353的一端与第一边缘351连接，第三边缘353的另一端与第二边缘352连接，阻隔槽34靠近第三边缘353的槽边与第三边缘353的距离位于1mm-4mm之间，也就是说，图9和图11中的L2位于1mm-4mm之间。
若L1和L2过大，会增加绝缘膜35的面积，影响极片的性能；若L1和L2过小，绝缘膜35与阻隔槽34之间容易产生缝隙，容易使位于阻隔槽34内的活性物质扩散第一极片的第一极耳处，影响极片的性能，因此，本实施例对L1和L2进行限定，既要保证极片的性能，也要保证绝缘膜的防护功能。
进一步地，阻隔槽34靠近第一边缘351的槽边与靠近第二边缘352的槽边之间的垂直距离为D1，第一边缘351与第二边缘352之间的垂直距离为D2，D2与D1的差值位于2mm-8mm之间，在保证极片的性能同时，也能够保证绝缘膜的防护功能。
本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (14)
1.一种电极组件，其特征在于，包括第一极片、第二极片及位于所述第一极片和所述第二极片之间的隔离膜，所述第一极片包括第一集流体及设置在所述第一集流体上的第一膜片，所述第一膜片上设有第一极耳槽；
所述第二极片包括第二集流体及设置在所述第二集流体上的第二膜片，所述第二膜片具有阻隔槽及由所述阻隔槽围设形成的对位区域，所述对位区域在所述第一极片上的投影覆盖所述第一极耳槽。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述阻隔槽的槽底为所述第二集流体的表面。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述阻隔槽包括沿所述第二极片的长度方向延伸的第一阻隔槽，以及分别连接所述第一阻隔槽两端的第二阻隔槽和第三阻隔槽；
所述第二阻隔槽与所述第一阻隔槽之间具有第一预设夹角，所述第三阻隔槽与所述第一阻隔槽之间具有第二预设夹角，且所述第二阻隔槽和所述第三阻隔槽背离所述第一阻隔槽的端部均与所述第二极片沿宽度方向的边缘对齐。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其特征在于，所述第一预设角度和所述第二预设角度位于85°～95°。
5.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述阻隔槽包括环形槽，所述环形槽环绕所述对位区域。
6.根据权利要求5所述的电极组件，其特征在于，以平行于所述第二极片的平面为横截面，所述环形槽的横截面形状为多边形，或者所述环形槽的横截面形状为圆形。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电极组件，其特征在于，所述阻隔槽的槽宽位于0.1mm-2mm之间。
8.根据权利要求1-6任一项所述的电极组件，其特征在于，所述第一极片为阳极极片，所述第二极片为阴极极片。
9.根据权利要求1-6任一项所述的电极组件，其特征在于，所述第二极片上设置有绝缘膜，所述绝缘膜盖设在所述阻隔槽和所述对位区域上。
10.根据权利要求9所述的电极组件，其特征在于，沿所述第二极片的长度方向，所述绝缘膜具有相对设置的第一边缘和第二边缘，所述阻隔槽靠近所述第二边缘的槽边与所述第二边缘的距离位于1mm-4mm之间。
11.根据权利要求10所述的电极组件，其特征在于，所述绝缘膜还包括第三边缘，所述第三边缘的一端与所述第一边缘连接，所述第三边缘的另一端与所述第二边缘连接；
所述阻隔槽靠近所述第三边缘的槽边与所述第三边缘的距离位于1mm-4mm之间。
12.根据权利要求11所述的电极组件，其特征在于，所述阻隔槽靠近所述第一边缘的槽边与靠近所述第二边缘的槽边之间的垂直距离为D1，所述第一边缘与所述第二边缘之间的垂直距离为D2，所述D2与所述D1的差值位于2mm-8mm之间。
13.一种电池，其特征在于，包括壳体和如权利要求1-12任一项所述的电极组件，所述电极组件设置在所述壳体内。
14.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求13所述的电池。
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