CN116315143A - 电极组件及其制备方法、电池单体、电池、用电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电极组件及其制备方法、电池单体、电池、用电装置。电极组件包括：第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片经过卷绕或者折叠形成弯折区，所述第一极片与所述第二极片的极性相反；所述第一极片包括位于所述弯折区的多个第一弯折部，所述第二极片包括位于所述弯折区的多个第二弯折部，所述第二弯折部与所述第一弯折部层叠交替分布；相邻所述第一弯折部和所述第二弯折部之间设置有用于阻隔离子的阻隔层；其中，所述第一弯折部的至少一部分表面形成凸起结构，在所述电极组件的层叠方向上，所述阻隔层的至少一部分与所述凸起结构重叠。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电极组件及其制备方法、电池单体、电池、用电装置。
背景技术
目前，随着电子设备和电动汽车的迅猛发展，锂离子电池的应用更为广泛，对锂离子电池的安全和性能均提出了更高要求。析锂是影响锂离子电池安全和性能的原因之一。析锂不仅使锂离子性能下降，循环寿命大幅缩短，还限制了锂离子电池的快充容量，析锂严重时还会危害电池安全。
因此，如何降低电池析锂现象，成为当前亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例提供一种电极组件及其制备方法、电池单体、电池、用电装置，以有效降低析锂。
第一方面，本申请实施例提供一种电极组件，包括：第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片包括弯折区，所述第一极片与所述第二极片的极性相反；所述第一极片包括位于所述弯折区的多个第一弯折部，所述第二极片包括位于所述弯折区的多个第二弯折部，所述第二弯折部与所述第一弯折部层叠交替分布；相邻所述第一弯折部和所述第二弯折部之间设置有用于阻隔离子的阻隔层；其中，所述第一弯折部的至少一部分表面设有凸起结构，在所述电极组件的层叠方向上，所述阻隔层的至少一部分与所述凸起结构重叠。
本申请实施例的技术方案中，第一弯折部和第二弯折部之间设置阻隔层，在第一弯折部的至少一部分表面设有凸起结构，在电极组件受压过程中，弯折区的凸起结构对阻隔层产生局部压力，使得阻隔层更稳定牢固地附接在正极极片和负极极片之间，进而阻隔层能够有效阻挡弯折部的部分正极活性物质脱出的离子嵌入负极极片的弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生。
在一些实施例中，所述第一弯折部包括在厚度方向上相反的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面的至少一部分设有所述凸起结构，所述第二侧面的至少一部分设有凹陷结构，其中，所述凹陷结构与所述凸起结构相对应。
第一弯折部相反的两个面形成相对应的凹陷结构和凸起结构，这样的结构，可以采用冲压的方式实现，方便加工，易于成型。
在一些实施例中，所述第一侧面为所述第一弯折部在厚度方向上的外侧面；所述第二侧面为所述第一弯折部在厚度方向上的内侧面，其中所述内侧面朝向所述电极组件卷绕轴线。
第一弯折部的外侧面形成凸起结构，第一弯折部的内侧面形成凹陷结构。在电极组件卷绕压实过程中，第一弯折部和第二弯折部朝向外侧形变，第一弯折部的外侧面的凸起结构对阻隔层的挤压力更大，使得阻隔层更稳定牢固地夹在正极极片和负极极片之间。
在一些实施例中，相邻两个所述第一极片和所述第二极片之间设置有隔离膜；所述阻隔层设置于所述第一弯折部的所述第二侧面和所述隔离膜之间。
第一弯折部的第二侧面为凹陷结构，阻隔层在第二侧面和隔离膜之间，阻隔层与第二侧面为面接触，相较于非面接触相比，阻隔层与第一弯折部贴合更紧密，更有效地阻挡第一弯折部的部分正极活性物质脱出的离子嵌入第二弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生。
在一些实施例中，所述阻隔层设置于所述隔离膜表面；或者，所述阻隔层设置于所述第一弯折部的所述第二侧面。
阻隔层既可以设置在隔离膜表面，还可以设置在第一弯折部的第二侧面，均能阻挡部分正极活性物质脱出的离子嵌入负极极片的弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生，阻隔层的设置更加灵活。
在一些实施例中，相邻两个所述第一极片和所述第二极片之间设置有隔离膜；所述阻隔层设置于所述第二弯折部与所述隔离膜之间。
阻隔层设置于所述第二弯折部与所述隔离膜之间，正极活性物质脱出的离子通过隔离膜后被阻隔层阻挡，同样能降低析锂的发生。
在一些实施例中，所述阻隔层设置于所述隔离膜表面；或者，所述阻隔层设置于所述第二弯折部表面。
阻隔层既可以设置在隔离膜表面，还可以设置在第二弯折部的表面，同样能阻挡部分正极活性物质脱出的离子嵌入负极极片的弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生，阻隔层的设置更加灵活。
在一些实施例中，所述第一弯折部在弯折方向上的至少中部区域形成所述凸起结构。
在电极组件压合过程中，第一弯折部在弯折方向越靠近中部区域位置变形越大，在该中部区域的凸起结构对阻隔层挤压力越大，使得阻隔层更牢固地附着在第一弯折部和第二弯折部之间。
在一些实施例中，所述阻隔层设置有多个，多个所述阻隔层在所述电极组件的卷绕方向上间隔分布。
多个间隔分布的阻隔层相较于整个阻隔层布置的方式，节省阻隔层材料，降低对电池能量密度的影响。
在一些实施例中，所述阻隔层的两端分别朝向所述卷绕方向延伸；或者，所述阻隔层的两端分别朝向所述电极组件的宽度方向延伸。
由于阻隔层具有与凸起结构重叠的部分，其形状可以有多种形式，在制备过程中较为灵活方便。
在一些实施例中，所述阻隔层呈圆形。
圆形的阻隔层可以直接采用常规胶纸，无需进行裁剪，方便取材。
在一些实施例中，所述阻隔层包括隔膜胶层。
隔膜胶层极片或者隔离膜表面粘贴更牢固，通过粘贴力和凸起结构的压力将隔膜胶层稳固地固定在第一弯折部和第二弯折部之间。
在一些实施例中，所述凸起结构包括以下任意一种：半球形凸起、圆台形凸起、棱台形凸起、圆锥形凸起、圆柱体凸起。上述凸起结构形状可以通过常用的冲压模具进行冲压形成，成型快捷方便。
在一些实施例中，所述凸起结构呈半圆球形，其中所述凸起结构的最大直径为100μm~2000μm，和/或，所述凸起结构的高度为1μm~30μm。
凸起结构的最大直径和高度限制在上述范围，能够降低极片冲压时撕裂的风险。
在一些实施例中，所述凸起结构设置有多个，相邻两个所述凸起结构之间的间距为500μm~2000μm。
相邻两个凸起结构之间的间距限制在该范围内，降低极片冲压时撕裂的风险。
第二方面，本申请提供了一种电池单体，其包括：壳体；上述实施例中的电极组件，所述电极组件容纳于所述壳体内。
第三方面，本申请提供了一种电池，其包括：上述实施例中的电池单体。
第四方面，本申请提供了一种用电装置，其包括：上述实施例中的电池，所述电池用于提供电能。
第五方面，本申请提供了一种电极组件制备方法，其包括：在第一极片的位于弯折区的至少一部分表面形成凸起结构；将阻隔层附接在所述第一极片的弯折区，并使所述阻隔层的至少一部分与所述凸起结构重叠；将附接有所述阻隔层的第一极片、隔离膜和第二极片层叠卷绕形成电极组件。
本申请实施例的技术方案，弯折区的凸起结构与阻隔层至少部分重叠，在电极组件成型过程中，弯折区的凸起结构对阻隔层产生局部压力，使得阻隔层更稳定牢固地附接在两个极片之间，进而阻隔层能够有效阻挡弯折部的部分正极活性物质脱出的离子嵌入负极极片的弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生。
在一些实施例中，所述在第一极片的位于弯折区的至少一部分表面形成凸起结构包括：在所述第一极片的位于弯折区通过冲压的方式使所述弯折区的至少一部分表面形成凸起结构。
通过采用冲压的方式使弯折区的至少一部分表面形成凸起结构，方便加工成型。
在一些实施例中，所述将阻隔层附接在所述第一极片的弯折区包括：将所述阻隔层通过热压的方式附接在所述第一极片的弯折区，并使所述阻隔层的至少一部分与所述凸起结构重叠。
将阻隔层通过热压的方式附接在第一极片的弯折区，阻隔层与弯折区的连接更牢固，降低电极组件卷绕成型时脱落的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一些实施例的车辆的结构示意图；
图2为本申请一些实施例的电池的分解结构示意图；
图3为本申请一些实施例的电池单体的分解结构示意图；
图4为本申请一些实施例的电极组件的结构示意图；
图5为本申请一些实施例的电极组件的弯折区展开结构示意图；
图6为本申请另一些实施例的电极组件的结构示意图；
图7为本申请又一些实施例的电极组件的结构示意图；
图8为本申请又一些实施例的电极组件的结构示意图；
图9为本申请另一些实施例的电极组件的弯折区展开结构示意图；
图10为本申请又一些实施例的电极组件的弯折区展开结构示意图；
图11为本申请又一些实施例的电极组件的弯折区展开结构示意图；
图12为本申请一些实施例的电极组件制备方法流程图。
具体实施方式中的附图标号如下：
车辆1000；
电池100，控制器200，马达300；
箱体10，第一部分11，第二部分12；
电池单体20，端盖21，壳体22，电极组件23；
第一极片231，第一弯折部2310，第一侧面2310-a，第二侧面2310-b；凸起结构2311，凹陷结构2312；
第二极片232，第二弯折部2320；
隔离膜233；
阻隔层234；
弯折区A，平坦区B，卷绕方向C，宽度方向D，厚度方向E。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
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；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上（包括两个），同理，“多组”指的是两组以上（包括两组），“多片”指的是两片以上（包括两片）。
在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
电池单体包括电极组件和电解液，电极组件由正极片、负极片和隔离膜组成。电池单体主要依靠离子在正极片和负极片之间移动来工作。正极片包括正极集流体和正极活性物质。负极片包括负极集流体和负极活性物质。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质可以为钴酸锂、三元锂或锰酸锂等。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为碳或硅等。隔离膜的材质可以PP（polypropylene，聚丙烯）或PE（polyethylene，聚乙烯）等。
锂离子电池在充电时，锂离子从正极脱嵌并嵌入负极。在负极嵌锂空间不足、锂离子嵌入负极阻力太大或锂离子过快从正极脱嵌，脱嵌的锂离子无法等量的嵌入负极极片的负极活性物质层，无法嵌入负极极片的锂离子只能在负极表面得电子，从而形成锂单质现象，即为析锂现象。
电极组件可以是卷绕式结构，也可以为折叠式结构。无论是卷绕结构还是折叠结构，电极组件均具有弯折区域。在充电过程中，电极组件在其弯折区域从正极极片脱嵌的锂离子有一部分无法嵌入到负极极片中，出现析锂现象。
为削弱或者阻止电极组件弯折区域析锂现象，电极组件的正极极片和负极极片之间的弯折区域设置有阻隔层，使得正极极片的在弯折区域的正极活性物质脱出的离子至少一部分被阻隔层阻挡，使得被阻隔层阻挡的离子不能嵌入负极极片在弯折区的负极活性物质层，降低析锂的发生。
此外，为使锂离子电池体积更小，能量密度更高，锂离子电池的电极组件中的正极极片、负极极片、隔离膜以及正极极片的弯折区域和负极极片弯折区域之间的阻隔层一起进行卷绕，然后压实。在压实过程中，弯折区域的阻隔层可能出现移位、贴合不紧密、甚至脱落的风险，导致阻隔层不能有效阻挡正极极片的部分正极活性物质向负极极片的负极活性物质脱嵌。
鉴于此，本申请实施例提供一种技术方案，通过在正极极片或者负极极片的至少一部分表面设有凸起结构，并使正极极片的弯折部和负极极片的弯折部之间的阻隔层在电极组件的层叠方向上至少一部分与凸起结构重叠。在电极组件压实过程中，凸起结构对阻隔层的产生局部压力，使得阻隔层更稳定牢固地贴合在正极极片和负极极片之间，进而阻隔层能够有效阻挡弯折部的部分正极活性物质脱出的离子嵌入负极极片的弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生。
本申请实施例公开的技术方案可以适用于电池单体、电池以及使用电池的用电设备。
本申请实施例公开的电池单体可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。可以使用具备本申请公开的电池单体、电池等组成该用电装置的电源系统，这样，有利于缓解并自动调节电芯膨胀力恶化，补充电解液消耗，提升电池性能的稳定性和电池寿命。
本申请实施例提供一种使用电池作为电源的用电装置，用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。
以下实施例为了方便说明，以本申请一实施例的一种用电装置为车辆1000为例进行说明。
请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆1000的结构示意图。车辆1000可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，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。车辆1000的内部设置有电池100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源。车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300供电，例如，用于车辆1000的启动、导航和行驶时的工作用电需求。
在本申请一些实施例中，电池100不仅可以作为车辆1000的操作电源，还可以作为车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。
请参照图2，图2为本申请一些实施例提供的电池的分解结构示意图。电池100包括箱体10和电池单体20，电池单体20容纳于箱体10内。其中，箱体10用于为电池单体20提供容纳空间，箱体10可以采用多种结构。在一些实施例中，箱体10可以包括第一部分11和第二部分12，第一部分11与第二部分12相互盖合，第一部分11和第二部分12共同限定出用于容纳电池单体20的容纳空间。第二部分12可以为一端开口的空心结构，第一部分11可以为板状结构，第一部分11盖合于第二部分12的开口侧，以使第一部分11与第二部分12共同限定出容纳空间；第一部分11和第二部分12也可以是均为一侧开口的空心结构，第一部分11的开口侧盖合于第二部分12的开口侧。当然，第一部分11和第二部分12形成的箱体10可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。
在电池100中，电池单体20可以是多个，多个电池单体20之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体20中既有串联又有并联。多个电池单体20之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体20构成的整体容纳于箱体10内；当然，电池100也可以是多个电池单体20先串联或并联或混联组成电池模块形式，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体10内。电池100还可以包括其他结构，例如，该电池100还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体20之间的电连接。
其中，每个电池单体20可以为二次电池或一次电池；还可以是锂硫电池、钠离子电池或镁离子电池，但不局限于此。电池单体20可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。
请参照图3，图3为本申请一些实施例提供的电池单体20的分解结构示意图。电池单体20是指组成电池的最小单元。如图3，电池单体20包括有端盖21、壳体22、电极组件23以及其他的功能性部件。
端盖21是指盖合于壳体22的开口处以将电池单体20的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，端盖21的形状可以与壳体22的形状相适应以配合壳体22。可选地，端盖21可以由具有一定硬度和强度的材质（如铝合金）制成，这样，端盖21在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体20能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。端盖21上可以设置有如电极端子等的功能性部件。电极端子可以用于与电极组件23电连接，以用于输出或输入电池单体20的电能。在一些实施例中，端盖21上还可以设置有用于在电池单体20的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。端盖21的材质也可以是多种的，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。在一些实施例中，在端盖21的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体22内的电连接部件与端盖21，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。
壳体22是用于配合端盖21以形成电池单体20的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电极组件23、电解液以及其他部件。壳体22和端盖21可以是独立的部件，可以于壳体22上设置开口，通过在开口处使端盖21盖合开口以形成电池单体20的内部环境。不限地，也可以使端盖21和壳体22一体化，具体地，端盖21和壳体22可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体22的内部时，再使端盖21盖合壳体22。壳体22可以是多种形状和多种尺寸的，例如长方体形、圆柱体形、六棱柱形等。具体地，壳体22的形状可以根据电极组件23的具体形状和尺寸大小来确定。壳体22的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。
电极组件23是电池单体100中发生电化学反应的部件。壳体22内可以包含一个或更多个电极组件23。电极组件23主要由正极片和负极片卷绕或层叠放置形成，并且通常在正极片与负极片之间设有隔膜。正极片和负极片具有活性物质的部分构成电极组件的主体部，正极片和负极片不具有活性物质的部分各自构成极耳。正极极耳和负极极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳连接电极端子以形成电流回路。
根据本申请的一些实施例，参照图4和图5，图4为本申请一些实施例的电极组件的结构示意图。图5是根据本申请一些实施例的电极组件的弯折区展开结构示意图。
本申请实施例提供了一种电极组件23，包括：第一极片231和第二极片232，第一极片231和第二极片232包括弯折区A，第一极片231与第二极片232的极性相反；第一极片231包括位于弯折区A的多个第一弯折部2310，第二极片232包括位于弯折区A的多个第二弯折部2320，第二弯折部2320与第一弯折部2310层叠交替分布；相邻第一弯折部2310和第二弯折部2320之间设置有用于阻隔离子的阻隔层234；其中，第一弯折部2310的至少一部分表面设有凸起结构2311，在电极组件23的层叠方向上，阻隔层234的至少一部分与凸起结构2311重叠。
第一极片231与第二极片232的极性相反是指，第一极片231可以是正极极片、第二极片232可以是负极极片。或者，第一极片231可以是负极极片、第二极片232可以是正极极片。
在第一弯折部2310和第二弯折部2320之间设置阻隔层234，阻隔层234能够阻挡正极极片的弯折区域的部分正极活性物质向负极极片的弯折区域的负极活性物质脱嵌，降低析锂发生；在第一弯折部2310的至少一部分表面形成凸起结构2311，在电极组件受压过程中，弯折区的凸起结构2311对阻隔层234产生局部压力，使得阻隔层234更稳定牢固地附接在正极极片和负极极片之间，进而阻隔层234能够有效阻挡弯折部的部分正极活性物质脱出的离子嵌入负极极片的弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生。
第一极片231和第二极片232可以先层叠后再卷绕形成具有弯折区A的卷绕结构，再经过压实形成扁平状的卷绕结构。
第一极片231和第二极片232可以先层叠后再弯折形成具有弯折区A的折叠结构，再经过压实形成S形连续折叠的折叠结构。
参照图4和图5，第二弯折部2320与第一弯折部2310层叠交替分布是指，在电极组件23的层叠方向上，第二弯折部2320与第一弯折部2310依次层叠分布。例如，在电极组件23的层叠方向由内侧向外侧，依次为第二弯折部2320、第一弯折部2310、第二弯折部2320、第一弯折部2310等交替分布。
可以在每个相邻的第一弯折部2310和第二弯折部2320之间设置阻隔层234。或者，至少在最内侧的第一弯折部2310和第二弯折部2320之间设置阻隔层234（图4所示）。
可以理解的，可以在正极极片（例如第一极片231）的弯折部的至少一部分表面形成凸起结构2311。或者，可以在负极极片（例如第二极片232）的弯折部的至少一部分表面形成凸起结构2311。
可以在第一弯折部2310局部表面形成凸起结构2311。或者，可以在第一弯折部2310全部表面形成凸起结构2311。
无论是在第一弯折部2310的局部表面还是全部表面形成凸起结构2311，阻隔层234的至少一部分与凸起结构2311在电极组件23的层叠方向上具有重叠的部分。例如，阻隔层234一部分与凸起结构2311重叠。阻隔层234全部与凸起几个2311重叠（图5所示）。
在电极组件23压实过程中，阻隔层234上的与凸起结构2311重叠的部分受到凸起结构2311的挤压力增加，使得阻隔层234更稳定牢固地附接在正极极片和负极极片之间，进而阻隔层能够有效阻挡弯折部的部分正极活性物质脱出的离子嵌入负极极片的弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生。
在一些实施例中，参照图4和图5，第一弯折部2310包括在厚度方向上相反的第一侧面2310-a和第二侧面2310-b，第一侧面2310-a的至少一部分表面形成凸起结构2311，第二侧面2310-b的至少一部分表面形成凹陷结构2312，其中，凹陷结构2312与凸起结构2311相对应。
第一弯折部2310的厚度方向E可以与电极组件23的层叠方向相同的方向。第一弯折部2310的相反两个侧面形成对应的凹陷结构2312和凸起结构2311。这样的结构，可以采用冲压的方式实现，方便加工，易于成型。例如，可以预先在正极极片（如第一极片231）的弯折区域冲压形成多个凸起结构2311和凹陷结构2312。
在一些实施例中，参照图4和图5，第一侧面2310-a为第一弯折部2310在厚度方向E上的外侧面；第二侧面2310-b为第一弯折部2310在厚度方向E上的内侧面。
第一弯折部2310的内侧面是指，第一弯折部2310朝向卷绕轴线的表面，或者朝向卷绕结构内部的表面。可以理解的，第一弯折部2310的外侧面是与内侧面相反的表面，或者背离卷绕轴线的表面，或者朝向卷绕结构外部的表面。
第一弯折部2310的外侧面（第一侧面2310-a）形成凸起结构2311，第一弯折部2310的内侧面（第二侧面2310-b）形成凹陷结构2312。在电极组件卷绕压实过程中，第一弯折部2310和第二弯折部2320朝向外侧形变，第一弯折部2310的外侧面的凸起结构2311对阻隔层234的挤压力更大，使得阻隔层234更稳定牢固地夹在正极极片和负极极片之间。
在一些实施例中，参照图4，相邻两个第一极片231和第二极片232之间设置有隔离膜233；阻隔层234设置于第一弯折部2310的第二侧面2310-b和隔离膜233之间。
第一弯折部2310的第二侧面2310-b为凹陷结构2312，阻隔层234在第二侧面2310-b和隔离膜233之间，阻隔层234与第二侧面2310-b为面接触，相较于非面接触，阻隔层234与第一弯折部2310贴合更紧密，更有效地阻挡第一弯折部2310的部分正极活性物质脱出的离子嵌入第二弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生。
一示例中，参照图4，阻隔层234可以设置在第一弯折部2310的第二侧面2310-b。另一示例中，参照图6，阻隔层234可以设置在隔离膜233表面。
阻隔层既可以设置在隔离膜表面，还可以设置在第一弯折部的第二侧面，均能阻挡部分正极活性物质脱出的离子嵌入负极极片的弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生，阻隔层的设置更加灵活。
在一些实施例中，参照图7，相邻两个第一极片231和第二极片232之间设置有隔离膜233；阻隔层234设置于第二弯折部2320与隔离膜233之间。
阻隔层设置于第二弯折部2320与隔离膜233之间，正极活性物质脱出的离子通过隔离膜后被阻隔层234阻挡，同样能降低析锂的发生。
一些示例中，可以在第二弯折部2320的相反两个面形成凹陷结构2312和凸起结构2311，阻隔层234可以设置在第二弯折部2320表面（图7所示）；或者阻隔层234可以设置在隔离膜233的与第二弯折部2320相对的表面（图8所示）。阻隔层既可以设置在隔离膜表面，还可以设置在第二弯折部的表面，同样能阻挡部分正极活性物质脱出的离子嵌入负极极片的弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生，阻隔层的设置更加灵活。
隔离膜233用于将第一极片231和第二极片232隔离，以降低第一极片231和第二极片232之间出现短路的风险。隔离膜233的材质可以为PP（polypropylene，聚丙烯）或PE（polyethylene，聚乙烯）等。
阻隔层234的材质可以包含无机氧化物和/或高分子聚合物。无机氧化物例如可以是氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、勃姆石、硅灰石、硫酸钡(BaSO4)、硫酸钙(CaSO4)、碳酸钙(CaCO3)、氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)中的至少一种。高分子聚合物可以是聚丙烯(polypropylene)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)、聚乙烯(polyethylene，PE)、环氧树脂、聚丙烯酸酯和聚氨酯橡胶中的至少一种。阻隔层234还可以为胶带或者胶纸。
在一些实施例中，第一弯折部2310在弯折方向上的至少中部区域形成凸起结构2311。
在电极组件23压合过程中，第一弯折部2310在弯折方向越靠近中部区域位置变形越大，在该中部区域的凸起结构2311对阻隔层234挤压力越大，使得阻隔层234更牢固地附着在第一弯折部2310和第二弯折部2320之间。
在一些实施例中，参照图4和图9，阻隔层234可以为多个，多个阻隔层234沿着电极组件的卷绕方向C间隔分布。
多个间隔分布的阻隔层相较于整个阻隔层布置的方式，节省阻隔层材料，降低对电池能量密度的影响。
在一示例中，阻隔层234的两端分别朝向卷绕方向C延伸。
电极组件23还可以包括与弯折区A相连的平坦区B，位于平坦区B的第一极片231和第二极片232基本为平行布置。阻隔层234的两端可以分别朝向卷绕方向C延伸到平坦区B或者接近平坦区B。阻隔层234可以呈长条形。
在另一些实施例中，参照图10，阻隔层234的两端分别朝向电极组件的卷绕方向C延伸。阻隔层234可以呈长条形。阻隔层234可以为多个，多个阻隔层234沿着电极组件的卷绕方向C延伸。
由于阻隔层具有与凸起结构重叠的部分，其形状可以有多种形式，在制备过程中较为灵活方便。
在另一些实施例中，参照图11，阻隔层234可以呈圆形。圆形的阻隔层234可以设置多个。多个圆形的阻隔层234可以沿着电极组件的卷绕方向C和/或宽度方向D间隔分布。圆形的阻隔层可以直接采用常规胶纸，无需进行裁剪，方便取材。
在一些实施例中，阻隔层234包括隔膜胶层。隔膜胶层极片或者隔离膜表面粘贴更牢固，通过粘贴力和凸起结构的压力将隔膜胶层稳固地固定在第一弯折部和第二弯折部之间。
在一些实施例中，上述凸起结构2311包括以下任意一种：半球形凸起、圆台形凸起、棱台形凸起、圆锥形凸起、圆柱体凸起。上述凸起结构形状可以通过常用的冲压模具进行冲压形成，成型快捷方便。
在一些实施例中，参照图5，凸起结构2311呈半圆球形，其中凸起结构2311的最大直径d可以为100μm~2000μm，和/或，凸起结构2311的高度h可以为1μm~30μm。凸起结构2311的最大直径和高度限制在上述范围，降低极片冲压时撕裂的风险。
在一些实施例中，参照图5，凸起结构2311设置有多个，相邻两个凸起结构2311之间的间距L为500μm~2000μm。相邻两个凸起结构2311之间的间距L限制在该范围内，降低极片冲压时撕裂的风险。
根据本申请的一些实施例，参见图4和图5，电极组件包括第一极片231、第二极片232以及位于第一极片231和第二极片232之间的隔离膜233，第一极片231、隔离膜233和第二极片232经过卷绕形成弯折区A，其中，第一极片231为正极极片，第二极片232为负极极片；第一极片231包括位于弯折区A的多个第一弯折部2310，第二极片232包括位于弯折区A的多个第二弯折部2320，第二弯折部2320与第一弯折部2310层叠交替分布；第一弯折部2310包括在厚度方向上相反的第一侧面2310-a和第二侧面2310-b，第一侧面2310-a为第一弯折部2310在厚度方向E上的外侧面；第二侧面2310-b为第一弯折部2310在厚度方向E上的内侧面，第一侧面2310-a的至少一部分表面形成凸起结构2311，第二侧面2310-b的至少一部分表面形成凹陷结构2312，其中，凹陷结构2312与凸起结构2311相对应，在第二侧面2310-b或者与第二侧面2310-b相面对的隔离膜233上附接有阻隔层234，且在电极组件23的层叠方向上，阻隔层234的至少一部分与凸起结构2311重叠。
第一弯折部2310的外侧面（第一侧面2310-a）形成凸起结构2311，第一弯折部2310的内侧面（第二侧面2310-b）形成凹陷结构2312，在电极组件卷绕压实过程中，第一弯折部2310和第二弯折部2320朝向外侧形变，第一弯折部2310的外侧面的凸起结构2311对阻隔层234的挤压力更大，使得阻隔层234更稳定牢固地夹在正极极片和负极极片之间进而阻隔层能够有效阻挡弯折部的部分正极活性物质脱出的离子嵌入负极极片的弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生。第一弯折部2310的第二侧面2310-b为凹陷结构2312，阻隔层234附接在第二侧面2310-b，阻隔层234与第二侧面2310-b为面接触，相较于非面接触，阻隔层234与第一弯折部2310贴合更紧密，更有效地阻挡第一弯折部2310的部分正极活性物质脱出的离子嵌入第二弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生。根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电池单体包括：以上任一方案所述的电极组件。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电池单体，包括壳体和以上任一方案的电极组件，电极组件容纳于壳体内。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电池，包括以上任一方案所述的电池单体。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种用电装置，包括以上任一方案所述的电池，并且电池用于为用电装置提供电能。
用电装置可以是前述任一应用电池的设备或系统。
参照图12，图12为本申请一些实施例的电极组件制备方法流程图。根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电极组件制备方法，其包括步骤S11、步骤S12和步骤S13。
步骤S11，在第一极片的位于弯折区的至少一部分表面形成凸起结构；
步骤S12，将阻隔层附接在第一极片的弯折区，并使阻隔层的至少一部分与凸起结构重叠；
步骤S13，将附接有阻隔层的第一极片、隔离膜和第二极片层叠卷绕形成电极组件。
本申请实施例的技术方案，弯折区的凸起结构与阻隔层至少部分重叠，在电极组件成型过程中，弯折区的凸起结构对阻隔层产生局部压力，使得阻隔层更稳定牢固地附接在两个极片之间，进而阻隔层能够有效阻挡弯折部的部分正极活性物质脱出的离子嵌入负极极片的弯折部的负极活性物质层，降低析锂的发生。
在一些实施例中，步骤S11包括：在第一极片的弯折区通过冲压的方式使弯折区的至少一部分表面形成凸起结构。
在第一极片的弯折区通过冲压的方式，使弯折区厚度方向的相反两个表面分别形成相对应的凸起结构和凹陷结构，这样的冲压成型方式便于凸起结构加工成型，且成型效率较快。
在一些实施例中，步骤S12包括：将阻隔层通过热压的方式附接在第一极片的弯折区，并使阻隔层的至少一部分与凸起结构重叠。
将阻隔层通过热压的方式附接在第一极片的弯折区，阻隔层与弯折区的连接更牢固，降低电极组件卷绕成型时脱落的风险。
在一个实施例中，阻隔层可以通过热压的方式附接在弯折区的具有凹陷结构的表面。这样，阻隔层与第一电极片弯折区为面接触，相较于非面接触，阻隔层与第一电极片弯折区贴合更紧密，更有效地降低析锂的发生。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：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申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (21)
1.一种电极组件，其特征在于，包括：
第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片包括弯折区，所述第一极片与所述第二极片的极性相反；
所述第一极片包括位于所述弯折区的多个第一弯折部，所述第二极片包括位于所述弯折区的多个第二弯折部，所述第二弯折部与所述第一弯折部层叠交替分布；
相邻所述第一弯折部和所述第二弯折部之间设置有用于阻隔离子的阻隔层；
其中，所述第一弯折部的至少一部分表面设有凸起结构，在所述电极组件的层叠方向上，所述阻隔层的至少一部分与所述凸起结构重叠。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，
所述第一弯折部包括在厚度方向上相反的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面的至少一部分设有所述凸起结构，所述第二侧面的至少一部分设有凹陷结构，其中，所述凹陷结构与所述凸起结构相对应。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，
所述第一侧面为所述第一弯折部在厚度方向上的外侧面；
所述第二侧面为所述第一弯折部在厚度方向上的内侧面，其中所述内侧面朝向所述电极组件卷绕轴线。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其特征在于，
相邻两个所述第一极片和所述第二极片之间设置有隔离膜；
所述阻隔层设置于所述第一弯折部的所述第二侧面和所述隔离膜之间。
5.根据权利要求4所述的电极组件，其特征在于，
所述阻隔层设置于所述隔离膜表面；或者，所述阻隔层设置于所述第一弯折部的所述第二侧面。
6.根据权利要求3所述的电极组件，其特征在于，
相邻两个所述第一极片和所述第二极片之间设置有隔离膜；
所述阻隔层设置于所述第二弯折部与所述隔离膜之间。
7.根据权利要求6所述的电极组件，其特征在于，
所述阻隔层设置于所述隔离膜表面；或者，
所述阻隔层设置于所述第二弯折部表面。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电极组件，其特征在于，
所述第一弯折部在弯折方向上的至少中部区域形成所述凸起结构。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的电极组件，其特征在于，
所述阻隔层设置有多个，多个所述阻隔层在所述电极组件的卷绕方向上间隔分布。
10.根据权利要求9所述的电极组件，其特征在于，
所述阻隔层的两端分别朝向所述卷绕方向延伸；或者，
所述阻隔层的两端分别朝向所述电极组件的宽度方向延伸。
11.根据权利要求9所述的电极组件，其特征在于，
所述阻隔层呈圆形。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的电极组件，其特征在于，
所述阻隔层包括隔膜胶层。
13.根据权利要求1-7中任一项所述的电极组件，其特征在于，
所述凸起结构包括以下任意一种：半球形凸起、圆台形凸起、棱台形凸起、圆锥形凸起、圆柱体凸起。
14.根据权利要求1-7中任一项所述的电极组件，其特征在于，
所述凸起结构呈半圆球形，其中所述凸起结构的最大直径为100μm~2000μm，和/或，所述凸起结构的高度为1μm~30μm。
15.根据权利要求1-7中任一项所述的电极组件，其特征在于，
所述凸起结构设置有多个，相邻两个所述凸起结构之间的间距为500μm~2000μm。
16.一种电池单体，其特征在于，包括：
壳体；
如权利要求1至15中任一项所述的电极组件，所述电极组件容纳于所述壳体内。
17.一种电池，其特征在于，包括：
如权利要求16所述的电池单体。
18.一种用电装置，其特征在于，包括：
如权利要求17所述的电池，所述电池用于提供电能。
19.一种电极组件制备方法，其特征在于，
在第一极片的弯折区的至少一部分表面形成凸起结构；
将阻隔层附接在所述第一极片的弯折区，并使所述阻隔层的至少一部分与所述凸起结构重叠；
将附接有所述阻隔层的第一极片、隔离膜和第二极片层叠卷绕形成电极组件。
20.根据权利要求19所述的电极组件制备方法，其特征在于，
所述在第一极片的弯折区的至少一部分表面形成凸起结构包括：
在所述第一极片的弯折区通过冲压的方式使所述弯折区的至少一部分表面形成凸起结构。
21.根据权利要求19或20所述的电极组件制备方法，其特征在于，
所述将阻隔层附接在所述第一极片的弯折区，并使所述阻隔层的至少一部分与所述凸起结构重叠包括：
将所述阻隔层通过热压的方式附接在所述第一极片的弯折区，并使所述阻隔层的至少一部分与所述凸起结构重叠。
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2023
- 2023-05-19 CN CN202310567316.8A patent/CN116315143B/zh active Active
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