CN114899555A - 一种电芯体及其制备方法、电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种电芯体及其制备方法、电池。该电芯体应用于电池中，该电芯体包括：所述极片组包括集流体组；所述连接结构包括所述集流体组中的集流体延伸出的并且层叠设置的多个集流体延伸部，多个所述集流体延伸部之间金属键合连接；所述连接结构配置为与电池外部的导电体导电连接。在上述技术方案中，通过采用金属键合的方式，将多个集流体延伸部形成与电池外部的导电体连接的结构，从而避免了在制备电芯体时，由于传统焊接产生的金属碎屑问题，提高了电芯体的安全性。

Description

一种电芯体及其制备方法、电池
技术领域
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及到一种电芯体及其制备方法、电池。
背景技术
锂离子电池由于具有重量轻、体积小、电容量较大、充电速度快等优点，被广泛应用于笔记本电脑等各类数码、通信产品上。
当前电池的电池极耳的传统焊接方式是将极耳金属箔材与极耳通过超声焊或激光焊方式焊接在一起。但是，采用这种焊接方式，必然会有金属碎屑产生，这些金属碎屑如果进入到电芯内，轻者导致电芯内部微短路，影响电池的一致性；重者刺穿隔膜，导致电芯内短路，严重影响锂电池的安全性。
发明内容
基于软包锂电池传统焊接方式的金属碎屑和焊点问题，本发明提出了一种电芯体及其制备方法、电池，可从根本上解决传统焊接工序传统焊接方式带来的金属碎屑问题。
第一方面，提供了一种电芯体，该电芯体应用于电池中，该电芯体包括：极片组以及连接结构；所述极片组包括集流体组；所述连接结构包括所述集流体组中的集流体延伸出的并且层叠设置的多个集流体延伸部，多个所述集流体延伸部之间金属键合连接；所述连接结构配置为与电池外部的导电体导电连接。在上述技术方案中，通过采用金属键合的方式，将多个集流体延伸部形成与电池外部的导电体连接的结构，从而避免了在制备电芯体时，由于传统焊接方式产生的金属碎屑问题，提高了电芯体的安全性。
在一个具体的可实施方案中，所述电芯体外表面设置有封装体；所述连接结构与所述封装体密封连接且至少部分延伸至所述封装体外。以方便与电池外部的导电体连接，并且通过封装体包裹电芯体，可填充电解液。其中，所述封装体可以包括铝塑膜，所述连接结构至少部分延伸出铝塑膜之外。
在一个具体的可实施方案中，所述连接结构的长度不小于10mm，以保证连接结构可延伸到封装体外。
在一个具体的可实施方案中，多个所述集流体延伸部之间通过冷压焊或热压焊焊接连接，以避免传统焊接产生的金属碎屑问题，提高了电芯体的安全性。
在一个具体的可实施方案中，所述连接结构的维氏硬度范围为不小于30HV，以保证连接结构具有足够的强度与电池外部的导电体焊接连接，保证连接结构与电池外部的导电体的连接强度。
在一个具体的可实施方案中，所述连接结构的阻值为0.001-3.0毫欧，具有较低的电阻，改善了电池的一致性。
在一个具体的可实施方案中，所述连接结构具有用于与封装体密封的密封区，所述密封区距离所述集流体组的距离为2-15mm，通过密封区实现与铝塑膜的密封效果，使得铝塑膜在密封时可以更靠近集流体，提高电芯体的能量密度。
在一个具体的可实施方案中，所述连接结构包括多个不同延伸长度的集流体延伸部。
在一个具体的可实施方案中，所述连接结构包括多个第一延伸长度的第一集流体延伸部以及多个第二延伸长度的第二集流体延伸部；其中，所述第一延伸长度小于所述第二延伸长度。通过两种不同长度的集流体延伸部形成连接结构。
在一个具体的可实施方案中，位于最外侧的第二集流体延伸部外露的表面中，至少一个表面延伸出增加所述连接结构厚度的延伸结构。提高连接结构的硬度。
在一个具体的可实施方案中，所述多个第二集流体延伸部相邻设置；多个第一集流体延伸部位于所述多个第二集流体延伸部的至少一侧。方便多个集流体延伸部压合焊接连接。
在一个具体的可实施方案中，所述集流体组包括多个正极集流体和多个负极集流体，所述多个正极集流体和所述多个负极集流体交替层叠设置；
所述连接结构包括正极连接结构和负极连接结构；
所述正极连接结构中的多个集流体延伸部为所述多个正极集流体一一对应延伸出的集流体延伸部；
所述负极连接结构中的多个集流体延伸部为所述多个负极集流体一一对应延伸出的集流体延伸部。
在一个具体的可实施方案中，所述集流体组包括正极集流体和负极集流体；所述连接结构包括正极连接结构和负极连接结构；
所述正极集流体和所述负极集流体卷绕设置；
所述正极连接结构中的多个集流体延伸部为所述正极集流体延伸出的集流体延伸部；
所述负极连接结构中的多个集流体延伸部为所述负极集流体延伸出的集流体延伸部。
在一个具体的可实施方案中，所述电芯体为锂离子电池用电芯体或钠离子电池用电芯体。
第二方面，提供了一种电芯体的制备方法，该制备方法包括以下步骤；
制备极片，每个极片包括集流体；每个集流体具有延伸出的集流体延伸部；
将多个集流体延伸部对应层叠；
将多个集流体延伸部金属键合形成连接结构；其中，所述连接结构配置为与电池外部的导电体导电连接。
在上述技术方案中，通过采用金属键合的方式，将多个集流体延伸部形成与电池外部的导电体连接的结构，从而避免了在制备电芯体时，由于传统焊接产生的金属碎屑问题，提高了电芯体的安全性。
在一个具体的可实施方案中，所述将多个集流体延伸部金属键合形成连接结构，包括：
通过热压焊或者冷压焊将多个所述集流体延伸部焊接连接。通过不同的方式实现金属键合。
在一个具体的可实施方案中，所述热压焊的焊接温度为100-1000℃，焊接压力为0.1-1.2MPa，焊接时间为0.3-600秒；或，
所述冷压焊的焊接温度为10～100℃，焊接压力为0.1～10Mpa，焊接时间为0.3～600S。具有良好的加工效果。
第三方面，提供了一种电池，该电池包括上述任一项所述的电芯体以及容纳所述电芯体的壳体。在上述技术方案中，通过采用金属键合的方式，将多个集流体延伸部形成与电池外部的导电体连接的结构，从而避免了在制备电芯体时，由于传统焊接产生的金属碎屑问题，提高了电芯体的安全性。
附图说明
图1示出了现有技术中电芯体的结构示意图；
图2示出了本申请实施例提供的叠片式电芯体的结构示意图；
图3示出了本申请实施例提供的电芯体的正极片的结构示意图；
图4示出了本申请实施例提供的电芯体的负极片的结构示意图；
图5示出了本申请实施例提供的隔膜的结构示意图；
图6示出了本申请实施例提供的电芯体的侧视图；
图7示出了本申请实施例提供的电芯体的正视图；
图8示出了本申请实施例提供的另一电芯体的结构示意图；
图9示出了本申请实施例提供的另一电芯体的结构示意图；
图10示出了本申请实施例提供的卷绕式电芯体的结构示意图；
图11示出了本申请实施例提供的电芯体的正极片的结构示意图；
图12示出了本申请实施例提供的电芯体的负极片的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本申请进一步详细说明。通过这些说明，本申请的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
为方便理解本申请实施例提供的电芯体，首先说明一下电芯体的应用场景。本申请实施例提供的电芯体为电池的主体结构，电池包括壳体以及位于壳体内的电芯体。如图1所示的现有的电芯体结构，现有的电芯体1具有外延到电池壳体外的极耳2，该极耳2与电池的外部电路连接。传统极耳2焊接方式是：先将多片金属箔材通过激光焊或者超声焊方式进行焊接，然后再将焊接后的金属箔材3与极耳2再通过超声焊或激光焊方式焊接在一起。但是在采激光焊或者超声焊方式进行焊接时，焊接过程会造成残渣影响电芯体1的性能。为此本申请实施例提供了一种电芯体，以改善电芯体以及电池的安全性。为方便理解本申请实施例提供的电芯体，下面结合具体的附图以及实施例对其进行详细的说明。
首先说明下，本申请实施例提供的电芯体可应用于不同类型的电池中，示例性的，本申请实施例提供的电芯体可应用于固体电池，也可应用于液态电池。为方便描述，先以电芯体应用于液态电池为例进行说明。
本申请实施例提供的电芯体可为锂离子电池用电芯体或钠离子电池用电芯体。当然除上述示例的锂离子电池或者钠离子电池外，还可应用于其他可实施的金属离子电池，在本申请实施例中不做具体限定。
按照制备工艺，电芯体可分为卷绕式或叠片式，但是无论采用上述哪种制备方式，电芯体的结构均包含有集流体组以及连接结构。其中，集流体组作为电芯体的主体结构，用以形成电芯体的极片；连接结构作为电芯体的连接结构，用于与电池外部的导电体进行导电连接，以输送电芯体的电能。为方便描述电芯体，首先以叠片式的电芯体为例说明一下其具体结构。
参考图2，图2示例出了叠片式电芯体的结构示意图。电芯体包括极片组以及连接结构14。其中，极片组包括集流体组，集流体组中的集流体作为电芯体的极片中承载活性材料的载体。在电芯体的极片组包括多个正极片12和多个负极片13时，多个正极片12和多个负极片13交替层叠。对应的，集流体组包括正集流体和负集流体，正集流体和负集流体交替层叠。
在叠片形成电芯体时，正极片12和负极片13通过设备层叠制备而成，且在正极片12和负极片13之间通过隔膜11隔离，实现正极片12和负极片13之间的电隔离，避免正极片12和负极片13在电芯体内短路。
连接结构14包括层叠设置的多个集流体延伸部(图中未标示)，该集流体延伸部为集流体组中的集流体延伸出的集流体延伸部，也即该集流体延伸部与集流体为一体结构。在形成连接结构14时，多个集流体延伸部之间金属键合连接，从而形成一个整体结构。示例性的，多个集流体延伸部之间金属键合的方式可采用冷压焊或者热压焊的方式加工形成。
在电池与外部电路连接时，上述连接结构14配置为与电池外部的导电体导电连接，也即连接结构14作为电池与电池外部电路连接的结构。示例性的，在组成电池时，当电池包含封装体时，连接结构14至少部分地延伸出电池的封装体之外，该封装体用以包裹上述的极片。在电池包括容纳所述电芯体的壳体时，连接结构14至少部分地延伸到电池的壳体外，连接结构14外露到壳体外的部分用于与电池外部的电路连接。
以电芯体组成电池模组或者电池包为例，多个电芯体通过汇流排进行串联或者并联。在具体连接时，连接结构14外露在壳体外的部分与汇流排直接焊接并实现导电连接。应理解，上述仅为连接结构14功能的一个示例，当电池外部电路采用其他导电体时，也可通过连接结构14直接与其他导电体连接实现导电，导电体的具体结构不仅限于示例的汇流排，还可为其他的导电体，如导线。
在极片包含正极片12和负极片13时，对应的连接结构14也包含正极连接结构141和负极连接结构142。在电池串联或并联时，不同电池之间的正极连接结构141和负极连接结构142可根据实际电路的需要与电池外部的导电体连接，以实现电池间的串联或者并联。
为方便理解本申请实施例提供的叠片式电芯体，下面结合附图对电芯体的结构进行详细说明。
参考图3，图3示出了电芯体的正极片的结构示意图。应理解，图3中示例的正极片12的尺寸，并不代表正极片12的实际尺寸。图3中为方便示例出正极集流体121，在正极片12的下方增加了一个竖长条状(以图3的放置方向为参考方向)的空白区域，但在实际生产中，该空白区域可不存在。
正极片12包括正极集流体121，以及涂覆在正极集流体121上的正极活性材料层123。正极集流体121采用正极金属箔层。示例性的，正极金属箔层可以选择本领域常用的各种材料，例如正极金属箔为铝箔。正极活性材料层123同样可以选择本领域常用的各种材料，本申请不再赘述。
一并参考图2和图3，正极连接结构141中的集流体延伸部为正极集流体121延伸出的集流体延伸部。为方面描述正极集流体121上的集流体延伸部，将其命名为正极集流体延伸部122。正极集流体延伸部122上未涂覆正极活性材料层123。
在形成正极连接结构141时，多个正极集流体延伸部122在多个正极片12叠片后沿电芯体的厚度方向层叠排列。通过冷压焊或者热压焊的加工方式，使多个正极集流体延伸部122发生塑性变形，金属与金属面间达到原子的引力范围，从而使原子间产生吸引力，达到键合的目的。
参考图4，图4示出了电芯体的负极片在展开时的结构示意图。应理解，图4中示例出的负极片13的尺寸，并不代表负极片13的实际尺寸。
负极片13包括负极集流体131，以及涂覆在负极集流体131上的负极活性材料层133。负极集流体131采用负极金属箔层。示例性的，负极金属箔层可以选择本领域常用的各种材料，例如负极金属箔为铜箔。负极活性材料层133同样可以选择本领域常用的各种材料，本申请不再赘述。
一并参考图2和图4，负极连接结构142中的集流体延伸部为负极集流体131延伸出的集流体延伸部。为方便描述负极集流体131上的集流体延伸部，将其命名为负极集流体延伸部132。负极集流体延伸部132上未涂覆负极活性材料层133。
在形成负极连接结构142时，多个负极集流体延伸部132在多个负极片13叠片后沿电芯体的厚度方向层叠排列。通过冷压焊或者热压焊的加工方式，使多个负极集流体延伸部132发生塑性变形，金属与金属面间达到原子的引力范围，从而使原子间产生吸引力，达到键合的目的。
应理解，为避免正极集流体延伸部122和负极集流体延伸部132之间搭接出现短路，在设置正极集流体延伸部122和负极集流体延伸部132时，应保证正极片12和负极片13叠片时，正极集流体延伸部122和负极集流体延伸部132位置相错，以形成间隔排列的正极连接结构和负极连接结构。
参考图5，图5示出了隔膜11的结构示意图。隔膜11用以隔离正极片12和负极片13，以防止正极片12和负极片13短路。隔膜11的材料可采用聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃材料制备而成。本申请实施例中的隔膜11采用常规电池中用以分隔正极片12和负极片13的隔膜11，具体的隔膜11性能在本申请实施例中不再详细赘述。在隔膜11隔离正极片12和负极片13时，可采用一个隔膜11形成波浪形的折弯，将正极片12和负极片13隔离，也可采用大小尺寸与正极片12和负极片13相同的方式，采用隔膜11、正极片12和负极片13交替排列，将正极片12、负极片13隔离。
一并参考图3、图4及图5，在叠片形成图2所示的电芯体时，正极片12、隔膜11以及负极片13层叠设置，其中，隔膜11的个数可为多个。从而使得正极片12和负极片13通过隔膜11分隔开，使得叠片后的正极片12和负极片13不会出现短路的情况。在正极片12和负极片13叠片形成电芯体时，正极集流体121和负极集流体131也形成叠片设置。
在叠片形成电芯体时，多个正极集流体延伸部122沿电芯体的厚度方向层叠，多个负极集流体延伸部132沿电芯体的厚度方向层叠。且多个正极集流体延伸部122堆叠后用以形成正极连接结构141，多个负极集流体延伸部132堆叠后用以形成负极连接结构142。正极连接结构141和负极连接结构142沿电芯体的宽度方向间隔排列。
由上述描述可看出，本申请实施例提供的电芯体通过延伸集流体延伸部，并采用金属键合的方式，将多个集流体延伸部形成与电池外部的导电体连接的结构，相比现有技术的电芯体，无需再焊接极耳，从而避免了在制备电芯体时，由于焊接产生的金属碎屑问题，提高了电芯体的安全性。另外，直接使用集流体延伸出的集流体延伸部形成连接结构，也可节省材料的成本，无需再添加额外的结构作为极耳。
在通过金属键合的方式形成正极连接结构141和负极连接结构142时，均采用热压焊或者冷压焊的方式将多个堆叠的集流体延伸部固定在一起形成连接结构。下面以正极连接结构141为例进行说明。
在采用热压焊时，通过热压焊机夹持多个正极集流体延伸部122，并通过加热加压的方式使得多个正极集流体延伸部122之间形成金属键合。示例性的，热压焊的温度范围控制在100-1000℃之间，如温度为100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、1000℃等不同的温度。热压焊的焊接时间控制在0.3-600秒之间，如焊接时间为0.3秒、0.6秒、1秒、2秒、3秒、4秒、7秒、10秒、50秒、100秒、200秒、300秒、400秒、500秒、600秒等不同的焊接时间。热压焊的焊接压力控制在0.1-1.2MPa之间，如焊接压力为0.1MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1.2MPa等不同的压力。
应理解上述焊接温度、焊接时间以及焊接压力为关联的条件，可根据实际的焊接情况进行调整，示例的调整方式：在焊接压力和焊接温度较高时，采用较短的焊接时间；在焊接压力和焊接温度较低时，采用较长的焊接时间。当然除了上述调整方式外，还可采用其他的调整方式，只需保证可使得多个正极集流体延伸部122形成金属键合即可。调整过程中焊接温度、焊接压力和焊接时间三个关联数据，在一个数据发生变化后，其余的两个数据需进行相应的调整。
冷压焊是指室温下借助压力使待焊金属产生塑性变形而实现固态焊接的方法。通过塑性变形挤出连接部位界面上的氧化膜等杂质，使纯洁金属紧密接触，达到晶间结合。在采用冷压焊时，通过冷压焊机夹持多个正极集流体延伸部122，并通过加压的方式在室温情况下降多个正极集流体延伸部122之间形成金属键合。示例性的，冷压焊的温度范围控制在10-100℃之间，如温度为10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃等不同的温度。冷压焊的焊接时间控制在0.3～600S之间，如焊接时间为0.1秒、0.4秒、0.7秒、1秒、3秒、6秒、8秒、10秒、50秒、100秒、200秒、300秒、400秒、500秒、600秒等不同的焊接时间。冷压焊的焊接压力控制在0.1-10MPa之间，如焊接压力为0.1MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1.5MPa、2MPa、3MPa、5MPa、7MPa、10Mpa等不同的压力。
应理解上述冷压焊的焊接温度、焊接时间以及焊接压力为关联的条件，可根据实际的焊接情况进行调整，具体的调整方式可参考热压焊的调整方式，在此不再赘述。
同理，负极连接结构142也可采用上述热压焊或冷压焊的方式制备而成。
基于上述正极连接结构141和负极连接结构142的制备方式可看出，本申请实施例提供的连接结构(正极连接结构141和负极连接结构142)可通过热压焊和冷压焊直接焊接形成，且在焊接过程中，均是采用多个集流体延伸部(正极集流体延伸部122或负极集流体延伸部132)之间通过冷压焊或热压焊焊接连接。
由上述热压焊和冷压焊的焊接方式可看出，本申请实施例提供的电芯体通过采用集流体延伸形成的集流体延伸部层叠，并通过热压焊时加热和加压力，使焊接区金属发生塑性变形，使多个集流体延伸部之间达到金属键合的目的，从而形成与电池外部的导电体连接的连接结构。冷压焊同样借助压力使待焊金属产生塑性变形使集流体延伸部之间达到键合的效果，从而形成与电池外部的导电体连接的连接结构。上述形成与电池外部的导电体连接的方式相比超声焊接或者激光焊接形成极耳的方式，通过延伸集流体延伸部并采用热压焊或冷压焊的方式制备，均不会产生金属碎屑。因此可避免焊接产生的金属碎屑进入到电芯体内的风险，避免了金属碎屑导致电芯体内部短路，影响电池的一致性的风险；也避免了金属碎屑重者刺穿隔膜，导致电芯体内短路的情况。
本申请实施例提供的电芯体，通过采用集流体延伸出的集流体延伸部直接热压焊或冷压焊形成连接结构时，一方面不会产生金属碎屑，另一方面不会破坏集流体延伸部的金属表层结构，从而提升了电池的一致性和安全性能。
本申请实施例提供的连接结构在作为与电池外部的导电体连接的结构，其自身应具备一定的结构强度，以保证与电池外部的导电体焊接连接。示例性的，连接结构的维氏硬度大于或等于30HV，示例性的，连接结构的硬度为30HV、50HV、70HV、90HV、110HV等。从而使得连接结构的硬度达到相当于铜、镍(或其合金)材质的硬度标准，以满足与外部的导电体焊接时的结构强度要求。
继续参考图3和图4，为保证连接结构具有上述结构强度，在制备时，应采用足够个数的集流体延伸部堆叠焊接而成。示例性的，集流体延伸部的个数为至少6个以上。如集流体延伸部的个数为6个、7个、8个等不同的个数。在采用上述个数的集流体延伸部时，可通过设置足够个数的正极集流体延伸部122和负极集流体延伸部132来保证焊接后的正极连接结构和负极连接结构的结构强度。
另外，对于正极集流体延伸部122和负极集流体延伸部132的个数在本申请实施例中可设置相同的个数，也可设置不同的个数。示例性的，正极集流体延伸部122和负极集流体延伸部132的个数均为6个、7个等不同的个数；或者正极集流体延伸部122的个数为6个、负极集流体延伸部132的个数为7个；或者正极集流体延伸部122的个数为7个、负极集流体延伸部132的个数为8个。正极集流体延伸部122和负极集流体延伸部132可满足正极连接结构和负极连接结构的结构强度的个数时，均可应用在本申请实施例中。
继续参考图2，在上述连接结构中，连接结构(正极连接结,141和负极连接结构142)的阻值为0.001-1.0毫欧。示例性的，连接结构的阻值可以为0.001毫欧、0.005毫欧、0.01毫欧、0.05毫欧、0.1毫欧、0.3毫欧、0.5毫欧、0.7毫欧、0.9毫欧、1毫欧等不同的阻值。而在采用激光焊或者超射波焊接的极耳，由于焊点的存在其阻值较大，具体可为1.5-3.5毫欧。两者相比，本申请实施例提供的连接结构的阻值降低了约0.5-3.4毫欧，有效的降低了电芯体内阻，提升了电芯体的综合性能以及一致性。
参考图6，图6示出了电芯体的侧视图。以正极连接结构141为例，在形成正极连接结构141时，多个正极集流体延伸部122可采用相同长度。正极集流体延伸部122的长度指代为正极集流体延伸部122在形成正极连接结构141后的长度。示例性的，正极集流体延伸部122在层叠时，由于正极集流体延伸部122之间间隔有间隙，因此在正极集流体延伸部122通过热压焊或者冷压焊焊接时，正极集流体延伸部122之间会产生部分弯折，以使所有的正极集流体延伸部122贴合并可进行热压焊或冷压焊。上述弯折的正极集流体延伸部122沿电芯体的厚度方向长度会存在一些差异。因此，本申请实施例提供的正极集流体延伸部122的长度H1相同指代为，在通过热压焊或冷压焊后，每个正极集流体延伸部122远离正极集流体的边沿到正极集流体的距离。
在本申请的另一实施例中，正极集流体延伸部122的长度H1可以不同，例如从边缘到中心的长度依次减小，以保证正极集流体延伸部122在通过热压焊或者冷压焊焊接形成正极连接结构141时的长度相同，从而保证组成正极连接结构141的每个正极集流体延伸部的竖直方向的长度相同。
示例性的，在采用相同长度的正极集流体延伸部122时，多个正极集流体延伸部122的长度均为第二延伸长度H1。第二延伸长度H1的尺寸应可保证正极集流体延伸部122可外露在电池的壳体外。示例性的，第二延伸长度H1不小于10mm，如第二延伸长度为10mm、12mm、15mm、16mm、17mm等不同的尺寸。在正极集流体延伸部122采用上述第二延伸长度H1时，对应的正极连接结构141的长度也不小于10mm，保证正极连接结构141可外露在电池壳体外，以作为电池与外部导电体导电连接的结构。
对于正极集流体延伸部122的宽度本申请实施例不做具体限定，具体可根据电池型号改变。
同理，负极连接结构也采用上述相同的方式设置。
由上述描述可看出，本申请实施例提供的连接结构(正极连接结构和负极连接结构)可通过采用相同长度的集流体延伸部(正极集流体延伸部和负极集流体延伸部)制备而成。在具体制备过程中，可在焊接后，进行边角修正，以形成规整的连接结构。
在电芯体装配在电池的壳体内时，电芯体需要通过封装体进行封装以形成密封，从而防止填充在电芯体内的电解液泄露。为此，本申请实施例中提供的连接结构上具有与封装体密封的密封区。在本申请实施例中，封装体可为铝塑膜，当然也可为其他材质的绝缘膜。
参考图7，图7示出了电芯体的正视图。以正极连接结构141为例，正极连接结构141上设置有第一密封区1411。由于正极连接结构141采用多个正极集流体延伸部通过热压焊或冷压焊的方式形成，相比现有技术中采用的激光焊接或超声焊接，本申请实施例中的正极连接结构141上不会形成凸起的焊点，因此，在设置第一密封区1411时，不会受到焊接的影响，第一密封区1411的设置位置可更靠近电芯体。同理，负极连接结构142上设置有第二密封区1421，第二密封区1421的具体设置方式可参考第一密封区1411，在此不再赘述。
由上述描述可看出，本申请实施例提供的连接结构的密封区(第一密封区1411和第二密封区1421)的设置位置不会受到焊接的影响，可根据需要调整密封区的位置，使得铝塑膜包裹后的电芯的整体尺寸更小。
为方便理解本申请实施例提供的电芯体与现有技术中的电芯体的区别，对比图1和图7。先参考图1，图1中的电芯体在形成极耳2时，极耳2和锂电池箔材之间的焊接区4产生有凸起的焊缝，在铝塑膜密封电芯体时，密封区5需要避让开焊接区4，造成电芯体内部空间浪费。参考图7，本申请实施例提供的电芯体在包覆铝塑膜时，由于在焊接时不会产生凸起的焊缝，因此可使得设置的密封区(第一密封区1411和第二密封区1421)可更靠近电芯体，从而使得铝塑膜封装后的电芯体的能量密度可以更高一些。
示例性的，以第一密封区1411为例。为使得正极连接结构141与铝塑膜更好的完全密封，第一密封区1411距离集流体组的距离H2为2-10mm。如第一密封区1411距离集流体组的距离为2mm、5mm、7mm、9mm、10mm等不同的距离。在第一密封区1411与集流体组的距离＜2mm时，会导致热封位置距离集流体组过近，热封温度影响电芯体的性能，还会造成封口效果不佳；在第一密封区1411与集流体组的距离＞10mm时，会导致电芯体内部空间浪费，致使电芯体的尺寸变大、能量/体积密度降低。因此，在H2在采用2-10mm范围的距离时，既保证了热封时不会对电芯体造成影响，又保证了电芯体具有较高的能量密度。
参考图8，图8示例出了基于图6所示的电芯体的一种变形结构。图8中的部分标号可参考图6中相同的标号。
在图8中，电芯体的连接结构可包括多个不同延伸长度的集流体延伸部。示例性的，连接结构包括多个第一延伸长度的第一集流体延伸部以及多个第二延伸长度的第二集流体延伸部；其中，第一延伸长度小于第二延伸长度。多个第二集流体延伸部相邻设置；多个第一集流体延伸部位于多个第二集流体延伸部的至少一侧。
以正极集流体延伸部为例。多个正极集流体延伸部的长度可为第一延伸长度H3或第二延伸长度H1，其中，第一延伸长度H3小于第二延伸长度H1。为方便表述，将第一延伸长度H3的正极集流体延伸部命名为第一正极集流体延伸部1222，第二延伸长度H1的正极集流体延伸部命名为第二正极集流体延伸部1221。示例性的，第一正极集流体延伸部1222位于壳体内，第二正极集流体延伸部1221延伸到壳体外。从而使得采用不同尺寸的正极集流体延伸部组成的正极连接结构仍可外露在壳体外，以作为电池的连接结构与外部电路导电连接。
在具体设置第一延伸长度H3和第二延伸长度H1时，第二延伸长度H1不小于10mm，第一延伸长度H3小于10mm。示例性的，第二延伸长度H1为15mm、16mm、17mm等不同的尺寸；第一延伸长度H3为7mm、8mm、9mm等不同的尺寸。采用不同长度的正极集流体延伸部形成的正极连接结构的长度仍能达到不小于10mm。且在采用上述不同长度的正极集流体延伸部时，可根据实际的生产需要而定，当正极集流体延伸部形成的正极连接结构的强度达到要求时，则可不必将所有的正极集流体延伸部都设置成相同的长度。
示例性的，正极集流体延伸部的个数为10，当采用6个正极集流体延伸部组成的正极连接结构的强度即可达到与电池外的导电体焊接的强度时，则可采用6个第二延伸长度H1的第一正极集流体延伸部1222，4个第一延伸长度H3的第二正极集流体延伸部1221。
在正极连接结构采用不同长度的正极集流体延伸部时，可采用不同的方式排布。示例的，多个第二延伸长度的第二正极集流体延伸部1221相邻设置，而多个第一延伸长度的第一正极集流体延伸部1222位于多个第二延伸长度的第二正极集流体延伸部1221的一侧，或者两侧。示例性，在位于两侧时，正极连接结构形成如图8中所示的凸字形结构。
同理，负极连接结构的负极集流体延伸部也可采用相同的方式设置。在此不再赘述。
应理解，在采用上述方式形成连接结构时，形成的连接结构的强度应满足与电池外的导电体焊接时所需的结构强度。
在本申请的另一实施例中，所述具有第一延伸长度H3的第一集流体延伸部除了位于最外侧(图8所示的位置)，还可以位于正极连接结构的任意位置。
参考图9，图9示例出了基于图8所示的电芯体的一种变形结构。图9中的部分标号可参考图8中相同的标号。在图9中，电芯体的连接结构还可采用集流体延伸部增厚来改善电芯体的连接结构的连接强度。
在设置集流体延伸部时，还可通过做一些增强结构来提高形成的连接结构的结构强度。示例性的，位于最外侧的第二集流体延伸部外露的表面中，至少一个表面延伸出增加连接结构厚度的延伸结构。也即位于最外侧的第二集流体延伸部的整体厚度大于位于中间部位的第二集流体延伸部的厚度。在具体设置上述延伸结构时，可在两个最外侧的第二集流体延伸部上均设置延伸结构，也可仅在一个最外侧的第二集流体延伸部上设置延伸结构。
仍以正极连接结构为例，在形成正极连接结构时，位于最外侧的第二正极集流体延伸部1221外露的表面中，至少一个表面延伸出增加正极连接结构厚度的延伸结构。在图9中示例出了位于最外侧的两个第二正极集流体延伸部1221上均设置了延伸结构。但在本申请实施例中，不仅限于图9所示的方式，还可仅一个最外侧的第二正极集流体延伸部1221设置用以增加正极连接结构厚度的延伸结构。且在采用第二正极集流体延伸部1221上形成延伸结构时，可通过增加的延伸结构来改善正极连接结构的硬度，进而提高正极连接结构在与电池外部的导电体在焊接时的可靠性。
同理，负极连接结构的负极集流体延伸部也可采用相同的方式设置。在此不再赘述。
作为一个拓展的方案，对于图6中所示的连接结构也可采用图9中所示的增加延伸结构的方式来改善连接结构的硬度。示例性的，位于最外侧的集流体延伸部外露的表面可具有增加连接结构厚度的延伸结构。如位于最外侧的正极集流体延伸部外露的表面可具有增加连接结构厚度的延伸结构；位于最外侧的负极集流体延伸部外露的表面可具有增加连接结构厚度的延伸结构。
应理解，在图6、图8和图9中示例出了不同连接结构的形成方式，上述连接结构可应用于本申请实施例提供的电芯体的正极连接结构和负极连接结构。本申请实施例提供的电芯体的正极连接结构和负极连接结构可采用相同类型的连接结构，也可采用不同类型的连接结构。示例性的，如电芯体的正极连接结构采用如图6中所示的连接结构，负极连接结构采用如图8中所示的连接结构；或者电芯体的正极连接结构采用如图7中所示的连接结构，负极连接结构采用如图8中所示的连接结构。
参考图10，图10示例出了卷绕式的电芯体的结构示意图。电芯体包括极片组以及连接结构24。极片组包括集流体组，集流体组中的集流体作为电芯体的极片中承载活性材料的载体。电芯体的极片包括正极片22和负极片23。在卷绕形成电芯体时，正极片22和负极片23通过设备进行卷绕缠制，且在正极片22和负极片23之间通过隔膜21隔离，实现正极片22和负极片23之间的电隔离，避免正极片22和负极片23在电芯体内短路。
在极片包含正极片22和负极片23时，对应的连接结构24也包含正极连接结构241和负极连接结构242。在电池串联或并联时，不同电池之间的正极连接结构241和负极连接结构242可根据实际电路的需要与电池外部的导电体连接，以实现电池间的串联或者并联。
为方便理解本申请实施例提供的卷绕式电芯体，下面结合附图对电芯体的结构进行详细说明。
参考图11，图11示出了电芯体的正极片展开时的结构示意图。应理解，图11中仅示例出了部分正极片22的长度，并不代表正极片22的实际尺寸。图11中为方便示例出正极集流体221，在正极片22的一侧增加了一个竖长条状(以图11的放置方向为参考方向)的空白区域，但在实际生产中，该空白区域可不存在。
正极片22包括正极集流体221，以及涂覆在正极集流体221上的正极活性材料层223。正极集流体221采用正极金属箔层。示例性的，正极金属箔层可以选择本领域常用的各种材料，例如正极金属箔为铝箔。正极活性材料层223同样可以选择本领域常用的各种材料，本申请不再赘述。
一并参考图10和图11，正极连接结构241中的多个集流体延伸部为正极集流体221延伸出的集流体延伸部。在正极集流体221展开时，正极集流体221延伸出多个间隔排列的集流体延伸部。为方面描述正极集流体221上的集流体延伸部，将其命名为正极集流体延伸部222。正极集流体延伸部222上未涂覆正极活性材料层223。多个正极集流体延伸部222位于正极集流体221的同一侧设置。每个正极集流体延伸部222的延伸方向垂直于正极集流体221的长度方向(也即正极集流体221卷绕的方向)，且多个正极集流体延伸部222沿正极集流体221的长度方向间隔排列。间隔的距离应满足：在正极片22卷绕组成电芯体时，多个正极集流体延伸部222可层叠组成电芯体的正极连接结构241。
在形成正极连接结构时，多个正极集流体延伸部222在正极片22卷绕后沿电芯体的厚度方向层叠排列。通过冷压焊或者热压焊的加工方式，使多个正极集流体延伸部222发生塑性变形，金属与金属面间达到原子的引力范围，从而使原子间产生吸引力，达到键合的目的。
参考图12，图12示出了电芯体的负极片在展开时的结构示意图。应理解，图12中仅示例出了部分负极片23的长度，并不代表负极片23的实际尺寸。
负极片23包括负极集流体231，以及涂覆在负极集流体231上的负极活性材料层233。负极集流体231采用负极金属箔层。示例性的，负极金属箔层可以选择本领域常用的各种材料，例如负极金属箔为铜箔。负极活性材料层233同样可以选择本领域常用的各种材料，本申请不再赘述。
一并参考图10和图12，负极连接结构242中的多个集流体延伸部为负极集流体231延伸出的集流体延伸部。在负极集流体231展开时，负极集流体231延伸出多个间隔排列的集流体延伸部。为方便描述负极集流体231上的集流体延伸部，将其命名为负极集流体延伸部232。负极集流体延伸部232上未涂覆负极活性材料层233。多个负极集流体延伸部232位于负极集流体231的同一侧设置。每个负极集流体延伸部232的延伸方向垂直于负极集流体231的长度方向，且多个负极集流体延伸部232沿负极集流体231的长度方向间隔排列。多个负极集流体延伸部232之间间隔的距离应满足：在负极片23卷绕组成电芯体时，多个负极集流体延伸部232可层叠组成电芯体的负极连接结构。
在形成负极连接结构时，多个负极集流体延伸部232在负极片23卷绕后沿电芯体的厚度方向层叠排列。通过冷压焊或者热压焊的加工方式，使多个负极集流体延伸部232发生塑性变形，金属与金属面间达到原子的引力范围，从而使原子间产生吸引力，达到键合的目的。
应理解，为避免正极集流体延伸部222和负极集流体延伸部232之间搭接出现短路，在设置正极集流体延伸部222和负极集流体延伸部232时，应保证正极片22和负极片23缠绕时，正极集流体延伸部222和负极集流体延伸部232位置相错，以形成间隔排列的正极连接结构和负极连接结构。
上述正极连接结构241和负极连接结构242的具体尺寸及形成方式可参考叠片式电芯体的正极连接结构和负极连接结构的形成方式，在此不再赘述。
通过上述描述可看出，在电芯体采用叠片式的方式时，同样可通过集流体延伸部之间采用金属键合的方式形成连接结构，并通过连接结构与电池外部的导电体进行焊接连接。
在电芯体上包覆铝塑膜时，同样可采用上述实施例的方式设置密封区，在此不再详细赘述。
为方便理解本申请实施例提供的电芯体，本申请实施例还提供了一种电芯体的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤001：制备极片，每个极片包括集流体；每个集流体具有延伸出集流体延伸部；
具体的，在制备极片时，在集流体上延伸出集流体延伸部，该集流体延伸部可通过裁切设备在制备集流体的基材上裁切形成。集流体包括正极集流体和负极集流体，对应的集流体延伸部也包括正极集流体延伸部和负极集流体延伸部。具体形成的集流体延伸部可参考图3和图4中的相关描述，在此不再赘述。
步骤002：将多个集流体延伸部层叠；
具体的，在将多个集流体延伸部层叠之前，通过制备设备形成正极片和负极片。在形成正极片和负极片时，通过涂布设备在正极集流体上涂布上正极活性材料层，在负极集流体上涂布上负极活性材料层。之后通过卷绕设备将正极片、负极片以及隔膜卷绕形成电芯体。在卷绕形成电芯体时，多个集流体延伸部层叠，其中，多个正极集流体延伸部层叠，多个负极集流体延伸部层叠。
步骤003：将多个集流体延伸部金属键合形成连接结构；其中，连接结构配置为与电池外部的导电体导电连接。
具体的，可通过热压焊或者冷压焊将多个集流体延伸部焊接连接。示例性的，热压焊的焊接温度为100-1000℃，焊接压力为0.1-1.2MPa，焊接时间为0.3-600秒；或，冷压焊的焊接温度为10～100℃，焊接压力为0.1Mpa～10Mpa，焊接时间为0.3～600S。具体的制备过程可参考描述上述描述电芯体结构时的相关描述。
在电芯体采用层叠的方式时，对应的电芯体的制备方法可参考卷绕式的制备方法中的部分步骤。层叠式电芯体的制备方法与卷绕式电芯体的制备方法的区别仅在与，在形成电芯体时，通过正极片和负极片交替层叠排布，正极片和负极片之间通过隔膜隔离。而对于形成正极连接结构和负极连接结构时，可采用与卷绕式电芯体的制备方式中相同的方式制备。
本申请实施例还提供了一种电池，该电池可为不同类型的电池，如该电池为半固态电池、准固态电池、液态电池或全固态电池。在电芯体应用于全固态电池时，连接结构的设置方式可采用上述示例的不同的方式。唯一的区别在于全固态电池采用固体电解质，电芯体内无需隔膜，正极片和负极片之间通过固体电解质隔离。电芯体的连接结构的形成方式可参考上述液态电池的电芯体的连接结构的形成方式，在此不再赘述。在电芯体应用于全固态电池时，电芯体的连接结构也可达到应用在液态电池时的效果，在此不再详细赘述。
该电池包括上述任一项的电芯体以及容纳电芯体的壳体；其中，连接结构至少部分外露在壳体外。在上述技术方案中，通过采用金属键合的方式，将多个集流体延伸部形成与电池外部的导电体连接的结构，从而避免了在制备电芯体时，由于焊接产生的金属碎屑问题，提高了电芯体的安全性。
该电池还包括封装体，该封装体可为铝塑膜，铝塑膜包裹电芯体并与连接结构密封连接。通过铝塑膜密封后，可在电芯体内填充电解液。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以上结合了优选的实施方式对本申请进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本申请进行多种替换和改进，这些均落入本申请的保护范围内。

Claims (18)

1.一种电芯体，其特征在于，包括：极片组以及连接结构，
所述极片组包括集流体组；
所述连接结构包括所述集流体组中的集流体延伸出的并且层叠设置的多个集流体延伸部，多个所述集流体延伸部之间金属键合连接；
所述连接结构配置为与电池外部的导电体导电连接。
2.根据权利要求1所述的电芯体，其特征在于，所述电芯体外表面设置有封装体，所述连接结构与所述封装体密封连接且至少部分延伸至所述封装体外。
3.根据权利要求2所述的电芯体，其特征在于，所述连接结构的长度不小于10mm。
4.根据权利要求1所述的电芯体，其特征在于，多个所述集流体延伸部之间通过冷压焊或热压焊焊接连接。
5.根据权利要求1所述的电芯体，其特征在于，所述连接结构的维氏硬度范围为不小于30HV。
6.根据权利要求1所述的电芯体，其特征在于，所述连接结构的阻值为0.001-3.0毫欧。
7.根据权利要求2所述的电芯体，其特征在于，所述连接结构具有用于与所述封装体密封的密封区；
所述密封区距离所述集流体组的距离为2-10mm。
8.根据权利要求1～7任一项所述的电芯体，其特征在于，所述连接结构包括多个不同延伸长度的集流体延伸部。
9.根据权利要求8所述的电芯体，其特征在于，所述连接结构包括多个第一延伸长度的第一集流体延伸部以及多个第二延伸长度的第二集流体延伸部；其中，所述第一延伸长度小于所述第二延伸长度。
10.根据权利要求9所述的电芯体，其特征在于，位于最外侧的第二集流体延伸部外露的表面中，至少一个表面延伸出增加所述连接结构厚度的延伸结构。
11.根据权利要求9所述的电芯体，其特征在于，所述多个第二集流体延伸部相邻设置；多个第一集流体延伸部位于所述多个第二集流体延伸部的至少一侧。
12.根据权利要求1所述的电芯体，其特征在于，所述集流体组包括多个正极集流体和多个负极集流体，所述多个正极集流体和所述多个负极集流体交替层叠设置；
所述连接结构包括正极连接结构和负极连接结构；
所述正极连接结构中的多个集流体延伸部为所述多个正极集流体一一对应延伸出的集流体延伸部；
所述负极连接结构中的多个集流体延伸部为所述多个负极集流体一一对应延伸出的集流体延伸部。
13.根据权利要求1所述的电芯体，其特征在于，所述集流体组包括正极集流体和负极集流体；所述连接结构包括正极连接结构和负极连接结构；
所述正极集流体和所述负极集流体卷绕设置；
所述正极连接结构中的多个集流体延伸部为所述正极集流体延伸出的集流体延伸部；
所述负极连接结构中的多个集流体延伸部为所述负极集流体延伸出的集流体延伸部。
14.根据权利要求1所述的电芯体，其特征在于，所述电芯体为锂离子电池用电芯体或钠离子电池用电芯体。
15.一种电芯体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
制备极片，每个极片包括集流体；每个集流体具有延伸出的集流体延伸部；
将多个集流体延伸部层叠；
将多个集流体延伸部金属键合形成连接结构；其中，所述连接结构配置为与电池外部的导电体导电连接。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述将多个集流体延伸部金属键合形成连接结构包括：
通过热压焊或者冷压焊将多个所述集流体延伸部焊接连接。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述热压焊的焊接温度为100-1000℃，焊接压力为0.1-1.2MPa，焊接时间为0.3-600S；或，
所述冷压焊的焊接温度为10～100℃，焊接压力为0.1～10Mpa，焊接时间为0.3～600S。
18.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1～14任一项所述的电芯体以及容纳所述电芯体的壳体；其中，
所述连接结构至少部分外露在所述壳体外。
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