CN115332469A - 一种电极组件和电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电极组件和电池。本发明第一方面提供一种电极组件，通过将设置在第二极片上的保护层设置在隔膜远离第一极片的表面，并将隔膜与第一极片进行复合，在能够实现保护层对极耳双重保护的基础上，解决了设置在不同极性的极片上保护层位置公差大的问题，避免了制备精度对保护层位置的影响，提高了电池的制备良率和稼动率；此外，本发明提供的保护层无需过大尺寸，有效避免了保护层对电池能量密度的影响。

Description

一种电极组件和电池

技术领域

本发明涉及一种电极组件和电池，涉及二次电池技术领域。

背景技术

极耳中置结构是指将极耳放置在极片除两端以外的位置，通过极耳位置的改变有助于优化充放电过程中极片上的电流密度分布，提高电池的快充能力，随着市场对二次电池快充性能的要求，极耳中置结构也得到了广泛的应用。

为了避免极耳上的毛刺刺穿隔膜，导致极耳与另一极性的极片接触发生短路，一般会在两种不同极性的极片中，靠近极耳的区域分别设置保护层，例如，电池包括正极极片和负极极片，正极极片上正极极耳的区域设置有保护层，负极极片与正极极耳对应的区域也设置有保护层，实现对正极极耳的双重保护。

然而，由于设备精度的影响，设置在正极极片与负极极片上保护层之间的位置公差较大，在极片组装完成后，需要对其进行调整，影响电池的良率和稼动率；有研发人员通过增加保护层的尺寸以弥补保护层之间的位置公差，但是，较大尺寸的保护层也会影响极片之间的电化学反应，进而影响电池的能量密度。

发明内容

本发明提供一种电极组件，用于提高正极极片和负极极片上保护层的设置精度，提高电池的良率和稼动率，并尽可能的降低保护层对电池能量密度的影响。

本发明还提供一种电池，包括上述电极组件。

本发明第一方面提供一种电极组件，所述电极组件包括第一极片、隔膜和第二极片，所述隔膜复合在所述第一极片的两个表面，并延伸出所述第一极片的两端，位于所述第一极片两端外部的隔膜复合为一体，所述第二极片位于所述隔膜远离所述第一极片的一侧；

所述第一极片包括第一集流体和第一极耳，所述第一极耳包括第一区域和第二区域，所述第一区域与所述第一集流体连接，所述第二区域沿所述第一集流体宽度方向向外延伸至所述第一集流体外部；

所述第一极片的表面设置有第一保护层，并且在所述电极组件长度方向和宽度方向组成的投影平面中，所述第一保护层在所述投影平面的正投影覆盖所述第一区域在所述投影平面的正投影；

所述隔膜远离所述第一极片的表面设置有第二保护层，且所述第二保护层在所述投影平面上的正投影覆盖所述第一保护层在所述投影平面上的正投影。

在一种具体实施方式中，所述第一保护层在所述投影平面的正投影的面积为S1，所述第二保护层在所述投影平面的正投影的面积为S2，1.0＜S2/S1＜1.8。

在一种具体实施方式中，所述第一保护层在所述投影平面的正投影的长度为L1，所述第二保护层在所述投影平面的正投影的长度为L2，L2-L1≥1mm。

在一种具体实施方式中，所述第二极片包括第二集流体和第二极耳，所述第二极耳包括第三区域和第四区域，所述第三区域与所述第二集流体的表面连接，所述第四区域沿所述第二集流体的宽度方向向外延伸至所述第二集流体外部；

所述第二极片的表面设置有第三保护层，所述第三保护层在所述投影平面上的正投影覆盖所述第三区域在所述投影平面的正投影。

在一种具体实施方式中，所述第一极片的表面还设置有第四保护层，所述第四保护层在所述投影平面的正投影覆盖所述第三区域在投影平面的正投影。

在一种具体实施方式中，所述第一保护层包括两个相对的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第一极片粘结，所述第二表面与所述隔膜粘结。

在一种具体实施方式中，所述第四保护层包括两个相对的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第一极片粘结，所述第二表面与所述隔膜粘结。

在一种具体实施方式中，所述第二极片还包括第二活性物质层，所述第二活性物质层设置在所述第二集流体的至少一个表面；

所述第二极片表面设置有第五保护层，所述第五保护层设置在所述第二活性物质层远离第二集流体的至少部分表面并延伸至所述第二集流体的部分表面。

在一种具体实施方式中，所述电极组件通过如下制备方法制备得到：

提供所述第一极片、隔膜和第二极片，所述第一极片的表面设置有所述第一保护层，所述隔膜的表面设置有所述第二保护层；

将所述隔膜复合在所述第一极片的两个表面，在所述隔膜远离第一极片的表面设置所述第二保护层，并将延伸出所述第一极片两端的隔膜复合为一体；

将所述第一极片、隔膜和第二极片组装得到所述电极组件。

本发明第二方面提供一种电池，所述电池包括上述任一所述的电极组件。

本发明通过将设置在第二极片上的保护层设置在隔膜远离第一极片的表面，并将隔膜与第一极片进行复合，在能够实现保护层对极耳双重保护的基础上，解决了设置在不同极性的极片上保护层位置公差大的问题，避免了制备精度对保护层位置的影响，提高了电池的制备良率和稼动率；此外，本发明提供的保护层无需过大尺寸，有效避免了保护层对电池能量密度的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的电极组件的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的电极组件的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的负极极片的主视图；

图4为本发明一实施例提供的负极集流体与负极极耳的俯视图；

图5为本发明一实施例提供的负极极片与隔膜的结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的正极极片的主视图；

图7为本发明一实施例提供的正极集流体与正极极耳的俯视图。

附图标记说明：

100-正极极片；

101-正极集流体；

102-正极活性物质层；

200-负极极片；

201-负极集流体；

202-负极活性物质层；

300-隔膜；

400-正极极耳；

c-第三区域；

d-第四区域；

500-负极极耳；

a-第一区域；

b-第二区域；

600-保护层；

601-第一保护层；

602-第二保护层；

603-第三保护层；

604-第四保护层；

605-第五保护层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1为现有技术提供的电极组件的结构示意图，如图1所示，电极组件包括依次层叠并卷绕成型的正极极片100、隔膜300和负极极片200，正极极片100和负极极片200中包括活性物质，通过活性物质之间的电化学反应为电池提供容量，隔膜300位于正极极片100和负极极片200之间，用于防止二者接触发生短路；正极极片100包括正极极耳400，负极极片200包括负极极耳500，正极极耳400和负极极耳500均设置在极片除两端以外的位置，即极耳中置，沿极片长度方向，极耳的左右两侧均设置有活性物质层；并且，正极极片100和负极极片200靠近极耳的区域均设置有保护层600，用于防止极耳上的毛刺刺穿隔膜300，实现对极耳的双重保护。

在电极组件的制备过程中，首先分别制备得到正极极片100和负极极片200，并在相应位置分别连接正极极耳400和负极极耳500，接着，在正极极片100和负极极片200相应位置设置保护层600，最后，与隔膜300层叠并卷绕得到电极组件；但是由于设备精度的影响，当正极极片100和负极极片200卷绕成型后，二者表面设置的保护层600之间存在较大的位置公差，需要对其进行调整，影响电池的良率和稼动率。

通过增大设置在正极极片100上的保护层600的面积在一定程度上可以解决上述问题，但是，保护层600一般为绝缘材料，在电化学反应过程中，为了防止正极极片100脱出的离子无法嵌入负极极片200中，设置在正极极片100上的保护层600通常能够阻止其覆盖的区域中离子的脱出，随着保护层600覆盖面积的提高，势必会对电池的能量密度造成影响。

为了解决上述问题，本发明第一方面提供一种电极组件，所述电极组件包括第一极片、隔膜和第二极片，所述隔膜复合在所述第一极片的两个表面，并延伸出所述第一极片的两端，位于所述第一极片两端外部的隔膜复合为一体，所述第二极片位于所述隔膜远离所述第一极片的一侧；

所述第一极片包括第一集流体和第一极耳，所述第一极耳包括第一区域和第二区域，所述第一区域与所述第一集流体连接，所述第二区域沿所述第一集流体宽度方向向外延伸至所述第一集流体外部；

所述第一极片的表面设置有第一保护层，并且在所述电极组件长度方向和宽度方向组成的投影平面中，所述第一保护层在所述投影平面的正投影覆盖所述第一区域在所述投影平面的正投影；

所述隔膜远离所述第一极片的表面设置有第二保护层，且所述第二保护层在所述投影平面上的正投影覆盖所述第一保护层在所述投影平面上的正投影。

本发明所指的投影平面是指电极组件长度方向和宽度方向组成的平面，即图1中x和y两个方向组成的平面，正投影是指平行投射线垂直于投影平面，即第一保护层覆盖第一极耳的第一区域，第二保护层覆盖第一保护层，通过第一保护层和第二保护层实现对第一极耳的双重保护。本发明通过将设置在第二极片上的保护层设置在隔膜远离第一极片的表面，并将隔膜与第一极片进行复合，在能够实现保护层对极耳双重保护的基础上，解决了设置在不同极性的极片上保护层位置公差大的问题，避免了制备精度对保护层位置的影响，提高了电池的制备良率和稼动率；此外，本发明提供的保护层无需过大尺寸，有效避免了保护层对电池能量密度的影响。

在一种具体实施方式中，以第一极片为负极极片，第二极片为正极极片进行详细阐述，图2为本发明一实施例提供的电极组件的结构示意图，如图2所示，电极组件包括正极极片100、隔膜300和负极极片200，隔膜300复合在负极极片200的两个表面，并延伸出负极极片200的两端，位于负极极片200两端外部的隔膜300复合为一体，形成袋子结构将负极极片200包裹在内部，正极极片100位于隔膜300远离负极极片200的一侧。

图3为本发明一实施例提供的负极极片的主视图，图4为本发明一实施例提供的负极集流体与负极极耳的俯视图，如图3-4所示，负极极片200包括负极集流体201、负极活性物质层202以及负极极耳500，其中，负极集流体201为片状金属导体，其具有两个相对的表面，负极活性物质层202设置在负极集流体201的至少一个表面上，负极极耳500位于负极极片200除两端以外的位置，即在负极极片长度方向上，负极极耳500的两侧均设置有负极活性物质层202，负极极耳500包括第一区域a和第二区域b，第一区域a与负极集流体201连接，第二区域b沿负极集流体201宽度方向向外延伸至负极集流体201外部，即第二区域b不与负极集流体201连接；

负极极片200表面设置有第一保护层601，并且在电极组件长度方向和宽度方向组成的投影平面中，第一保护层601在投影平面的正投影覆盖第一区域a在投影平面的正投影，即第一保护层601设置在负极极耳500上方，并覆盖第一区域a，用于防止负极极耳500上的毛刺刺穿隔膜300，与正极极片100接触发生短路。

图5为本发明一实施例提供的负极极片与隔膜的结构示意图，如图5所示，隔膜300与负极极片200的两个表面复合，并且，在负极极片长度方向上，隔膜300延伸出负极极片200的两端，并且延伸出负极极片两端的隔膜复合为一体，具体复合方式可以为粘结复合，即隔膜300包括胶层，胶层中包括具有粘结性能的材料，在室温以及常规条件下，其不发挥粘性，在热压条件下，胶层的粘性释放，通过胶层实现隔膜与负极极片200之间，隔膜与隔膜之间的粘结复合，胶层材料以及热压工艺条件均可根据本领域常规技术手段进行，例如，胶层包括聚偏氟乙烯PVDF等常见粘结剂，热压温度为60-120℃，压力为0.3-2.0MPa。

可以理解的是，隔膜300除胶层外，还可以包括聚合物基层、陶瓷层中的一种或两种，具体结构和材料均可根据本领域常规技术手段进行，只需要保证胶层位于隔膜最外层，能够与负极极片200粘结复合即可。

隔膜300远离负极极片200的表面设置有第二保护层602，且第二保护层602在投影平面上的正投影覆盖第一保护层601在投影平面上的正投影，即将设置在正极极片100上的第二保护层602直接设置在隔膜300远离负极极片200的表面，在卷绕成型后，第二保护层602可与正极极片100接触，同样能够起到阻止其覆盖区域中离子的脱出，实现与设置在正极极片100上相同的效果，而且第二保护层602设置过程可参考第一保护层601进行，位置精度提高，而且卷绕过程中，能够有效避免卷绕工艺带来的位置偏差。

由于第二保护层602起到阻止其覆盖的正极极片100区域中离子脱出的作用，第二保护层602的长度应大于第一保护层601的长度，具体地，第一保护层601在投影平面的正投影的长度为L1，第二保护层602在投影平面的正投影的长度为L2，L2-L1≥1mm。

由于将设置在正极极片100表面的第二保护层602设置在隔膜300表面，能够避免保护层位置公差大的问题，因此，相比现有技术，第二保护层602的面积可以适当减小，具体地，第一保护层601在投影平面的正投影的面积为S1，第二保护层602在投影平面的正投影的面积为S2，1.0＜S2/S1＜1.8，例如，现有技术中，第一保护层601的长宽分别为12mm和22mm，第二保护层602的长宽分别为20mm和25mm，二者的面积比为1.89，使用本发明提供的结构，第二保护层的长宽可以降低为15mm和23mm，二者的面积比降低至1.3，有助于降低第二保护层602在正极极片100上的覆盖面积，提高电池的能量密度。

此外，为了增强第一保护层601与隔膜300之间的粘结效果，第一保护层601包括两个相对的第一表面和第二表面，第一表面和第二表面均具备粘结性能，即第一表面与负极极片200粘结，第二表面与隔膜300粘结，有助于提高负极极片200与隔膜300的复合效果。

图6为本发明一实施例提供的正极极片的主视图，图7为本发明一实施例提供的正极集流体和正极极耳的俯视图，如图6-7所示，正极极片100包括正极集流体101、正极活性物质层102以及正极极耳400，其中，正极集流体101为片状金属导体，其同样具备两个相对的表面，正极活性物质102设置在正极集流体101的至少一个表面上，正极极耳400位于正极极片100除两端的位置，其两侧均设置有正极活性物质层102，正极极耳400包括第三区域c和第四区域d，第三区域c与正极集流体101连接，第四区域d沿正极集流体101的宽度方向向外延伸至正极集流体101外部，即第四区域不与正极集流体101连接；

正极极片100表面设置有第三保护层603，第三保护层603在投影平面上的正投影覆盖第三区域c在投影平面的正投影，用于防止正极极耳400上的毛刺刺穿隔膜与负极极片200接触发生短路。

此外，继续参考图3，与第三保护层603相对的负极极片200上设置有第四保护层604，第四保护层604在投影平面的正投影覆盖第三区域c在投影平面的正投影，实现对正极极耳400的双重保护。

第四保护层604也可以包括两个相对的第一表面和第二表面，第一表面和第二表面均具备粘结性能，第一表面与负极极片200粘结，第二表面与隔膜300粘结，提高负极极片200与隔膜300的复合效果。

在正极极片100尾部还设置有第五保护层605，第五保护层605设置在正极活性物质层102的至少部分表面并延伸至正极集流体101的部分表面，用于防止正极活性物质层102收尾位置的毛刺刺穿隔膜导致短路，并且能够覆盖部分正极活性物质层102，防止从正极活性物质层102脱出的离子无法完全嵌入负极活性物质层202中，导致离子析出，影响电池性能。

以上实施方式中，保护层的材料可以为胶纸或绝缘涂层，胶纸可以采用单面胶纸或双面胶纸，具体材料可根据本领域常规技术手段进行。

可以理解，以上实施方式是以第一极片为负极极片，第二极片为正极极片进行阐述，本发明提供的方法同样也适用于第一极片为正极极片，第二极片为负极极片，本领域技术人员可根据常规技术手段进行设置即可。

进一步地，所述电极组件通过如下制备方法制备得到：

提供所述第一极片、隔膜和第二极片，所述第一极片的表面设置有所述第一保护层；

将所述隔膜复合在所述第一极片的两个表面，在所述隔膜远离第一极片的表面设置所述第二保护层，并将延伸出所述第一极片两端的隔膜复合为一体；

将所述第一极片、隔膜和第二极片组装得到所述电极组件。

在一种具体实施方式中，首先，将正极活性物质搭配导电剂、粘结剂等辅料分散在溶剂中制备得到正极活性物质浆料，并将其涂布在正极集流体101的至少一个表面，得到正极活性物质层102，接着将正极极耳400连接在正极集流体101相应位置，得到正极极片100，使用贴胶设备在正极极耳400以及正极活性物质层102尾部贴胶，得到第三保护层603和第五保护层605；

其次，将负极活性物质搭配导电剂、粘结剂、分散剂等辅料分散在溶剂中制备得到负极活性层浆料，并将其涂布在负极集流体201的至少一个表面，得到负极活性物质层202，接着将负极极耳500连接在负极集流体201相应位置，得到负极极片200，使用贴胶设备在负极极耳500以及负极活性物质层202上贴胶，得到第一保护层601和第四保护层604；

接着，将隔膜300上包括胶层的一面与负极极片200接触，在一定温度压力下，胶层粘性释放，使隔膜300与负极极片200之间，位于负极极片200两端的隔膜300之间粘结复合，随后，在隔膜300远离负极极片200的表面上贴胶，得到第二保护层602，使第二保护层602覆盖第一保护层601，得到负极极片与隔膜的复合体；

最后，将负极极片与隔膜的复合体与正极极片100层叠后按照本领域常规技术手段进行卷绕组装，得到电极组件。

综上，本发明通过将设置在第二极片上的保护层设置在隔膜远离第一极片的表面，并将隔膜与第一极片进行复合，在能够实现保护层对极耳双重保护的基础上，解决了设置在不同极性的极片上保护层位置公差大的问题，避免了制备精度对保护层位置的影响，提高了电池的制备良率和稼动率；此外，本发明提供的保护层无需过大尺寸，有效避免了保护层对电池能量密度的影响。

本发明第二方面提供一种电池，包括上述任一的电极组件。

本发明还提供一种电池，在本发明第一方面提供的电极组件的基础上，本领域技术人员可根据常规技术手段，对电极组件进行封装、注液等工序后得到，包括上述电极组件的电池具有较好的安全性和能量密度。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当的情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

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 (10)

1.一种电极组件，其特征在于，所述电极组件包括第一极片、隔膜和第二极片，所述隔膜复合在所述第一极片的两个表面，并延伸出所述第一极片的两端，位于所述第一极片两端外部的隔膜复合为一体，所述第二极片位于所述隔膜远离所述第一极片的一侧；

所述第一极片包括第一集流体和第一极耳，所述第一极耳包括第一区域和第二区域，所述第一区域与所述第一集流体连接，所述第二区域沿所述第一集流体宽度方向向外延伸至所述第一集流体外部；

所述第一极片的表面设置有第一保护层，并且在所述电极组件长度方向和宽度方向组成的投影平面中，所述第一保护层在所述投影平面的正投影覆盖所述第一区域在所述投影平面的正投影；

所述隔膜远离所述第一极片的表面设置有第二保护层，且所述第二保护层在所述投影平面上的正投影覆盖所述第一保护层在所述投影平面上的正投影。

2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一保护层在所述投影平面的正投影的面积为S1，所述第二保护层在所述投影平面的正投影的面积为S2，1.0＜S2/S1＜1.8。

3.根据权利要求1或2所述的电极组件，其特征在于，所述第一保护层在所述投影平面的正投影的长度为L1，所述第二保护层在所述投影平面的正投影的长度为L2，L2-L1≥1mm。

4.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第二极片包括第二集流体和第二极耳，所述第二极耳包括第三区域和第四区域，所述第三区域与所述第二集流体的表面连接，所述第四区域沿所述第二集流体的宽度方向向外延伸至所述第二集流体外部；

所述第二极片的表面设置有第三保护层，所述第三保护层在所述投影平面上的正投影覆盖所述第三区域在所述投影平面的正投影。

5.根据权利要求4所述的电极组件，其特征在于，所述第一极片的表面还设置有第四保护层，所述第四保护层在所述投影平面的正投影覆盖所述第三区域在投影平面的正投影。

6.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一保护层包括两个相对的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第一极片粘结，所述第二表面与所述隔膜粘结。

7.根据权利要求5所述的电极组件，其特征在于，所述第四保护层包括两个相对的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第一极片粘结，所述第二表面与所述隔膜粘结。

8.根据权利要求4所述的电极组件，其特征在于，所述第二极片还包括第二活性物质层，所述第二活性物质层设置在所述第二集流体的至少一个表面；

所述第二极片表面设置有第五保护层，所述第五保护层设置在所述第二活性物质层远离第二集流体的至少部分表面并延伸至所述第二集流体的部分表面。

9.根据权利要求1-8任一项所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件通过如下制备方法制备得到：

提供所述第一极片、隔膜和第二极片，所述第一极片的表面设置有所述第一保护层；

将所述隔膜复合在所述第一极片的两个表面，在所述隔膜远离第一极片的表面设置所述第二保护层，并将延伸出所述第一极片两端的隔膜复合为一体；

将所述第一极片、隔膜和第二极片组装得到所述电极组件。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-9任一项所述的电极组件。

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