CN116364851A - 电极组件、二次电池及用电装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种电极组件、二次电池及用电装置，在设计过程中，将负极片的宽度设计为大于正极片的宽度；同时，将负极片与正极片之间的宽度差值与负极片的延展率进行关联，使得负极片与正极片之间宽度差值的上限值不超过(4.5‑M1×a)。由此可知，以延展率a与正极片宽度之间乘积作为减项，缩小宽度差值的上限值，这样设计出的电极组件在循环充放电时，不会因负极片的延展而导致负极片超出正极片的部分过宽，从而能有效缓解负极片与正极片之间overhang区域内析锂现象的发生，提升二次电池的可靠性。

Description

电极组件、二次电池及用电装置
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及电极组件、二次电池及用电装置。
背景技术
这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
电极组件是二次电池中发生电化学反应的部件，其主要由正极片和负极片卷绕或层叠放置形成，且通常在负极片与正极片之间设有隔膜。在设计电池组件时，通常会将负极片设计过量，以超出正极片，其中超出的部分称为overhang区域。然而受限于传统设计方式的缺陷，导致设计出的电极组件在循环充放电时易在overhang区域内出现析锂现象，影响二次电池的可靠性。
发明内容
基于此，有必要提供一种电极组件、二次电池及用电装置，为电极组件的设计提供合理指导，有效缓解overhang区域内析锂现象的发生，提升二次电池的可靠性。
第一方面，本申请提供了一种电极组件，电极组件包括：负极片与正极片；负极片与正极片之间宽度差值M2-M1与a之间满足的条件为：0＜M2-M1≤4.5-M1×a，且0.2%≤a≤1.7%，10mm≤M1≤260mm；其中，M1为正极片在电极组件未进行循环充放电时所对应的宽度，M2为负极片在电极组件未进行循环充放电时所对应的宽度，a为负极片的延展率，负极片在电极组件进行第m次循环充放电后前后宽度的变化率不超过3%时，其宽度最大值记为M3，a=(M3-M2)/M2×100%。
上述的电极组件，在设计过程中，将负极片的宽度设计为大于正极片的宽度；同时，将负极片与正极片之间的宽度差值与负极片的延展率进行关联，使得负极片与正极片之间宽度差值的上限值不超过4.5-M1×a。由此可知，以延展率a与正极片宽度之间乘积作为减项，缩小宽度差值的上限值，这样设计出的电极组件在循环充放电时，不会因负极片的延展而导致负极片超出正极片的部分过宽，从而能有效缓解负极片与正极片之间overhang区域内析锂现象的发生，提升二次电池的可靠性。
在一些实施例中，M2-M1满足的条件为：1.5 mm≤M2-M1≤4.5-M1×a，如此，将M2-M1的取值控制在1.5 mm~4.5-M1×a之间，其最小值不应低于1.5mm，降低因制程波动而造成Overhang不良的几率，其最大值不应超过4.5-M1×a)，在有效缓解overhang区域中析锂问题的前提下，使得二次电池能量密度得以最大化。
在一些实施例中，M2-M1还满足的条件为：2.8 mm≤M2-M1≤3.3 mm。如此，将M2-M1的取值进一步限缩在2.8 mm~3.3 mm之间，不仅能尽可能降低对制程能力的要求，而且有效缓解因负极片设计过量而overhang区域出现析锂的几率；同时，还能在满足制程合理要求、overhang区域析锂现象有效缓解的前提下，也可使二次电池的能量密度得以相对最大化。
在一些实施例中，M1还满足的条件为：80mm≤M1≤120mm。如此设计，将M1进一步限缩在80mm~120mm之间，使得M2-M1的上限值的取值范围也得以缩小，方便对M2-M1的取值，从而使得overhang区域的设计既能降低制程能力要求，又能有效缓解析锂现象的产生。
在一些实施例中，延展率a还满足的条件为：0.6%≤a≤1.0%。如此设计，将a进一步限缩在0.6%~1.0%之间，使得M2-M1的上限值的取值范围也得以缩小，使得overhang区域的设计既能降低制程能力要求，又能有效缓解析锂现象的产生。
在一些实施例中，负极片包括负极活性材料，负极活性材料包括硅材料与碳材料中的至少一种。如此，将硅材料作为负极片上的活性材料的一部分，不仅有利于提升二次电池的能量密度，而且还有可根据硅材料的含量与延展率a之间的关系，设计M2-M1的取值范围，大大方便对电极组件的设计。
在一些实施例中，当负极活性材料包括硅材料时，负极活性材料中的硅材料含量的重量百分比为3%~40%。如此，将延展率a与硅材料的含量进行关联，使得M2-M1的取值可根据硅材料的含量进行设定，这样方便电极组件的制备，从而使得设计出的电极组件能有效缓解因设计值过大导致的Overhang析锂问题。
在一些实施例中，硅材料的含量与延展率a之间满足的条件包括：硅材料含量的重量百分比为3%~10%时，0.2%≤a＜0.6%；硅材料含量的重量百分比为10%~20%时，0.6%≤a＜1.1%；硅材料含量的重量百分比为20%~30%时，1.1%≤a＜1.4%；硅材料含量的重量百分比为30%~40%时，1.4%≤a≤1.7%。如此，将硅材料的含量和延展率a分阶段相互对应，使得硅材料含量和延展率a之间的关系更为紧密，有利于进一步提升延展率a与硅材料的含量之间的关联度，使得电机组件的制备更为便利。
在一些实施例中，负极片叠设于正极片上，且在电极组件的宽度方向上，负极片的相对两边缘均超出正极片外。如此，将负极片的相对两边缘分别超出正极片外，使得正极片两侧均具有Overhang区域，有利于减少因正极片一侧无负极片对应而导致析锂问题的发生。
在一些实施例中，在电极组件的宽度方向上，负极片的相对两边缘分别超出正极片外的宽度对应记为M4与M5，M4与M5之间的比值满足的条件为：1/6≤M4/M5≤6。如此，将M4与M5之间比值控制在1/6~6之间，在满足M2-M1的基础上，可降低电极组件20的制程要求。
在一些实施例中，M4与M5之间的比值还满足的条件为：0.8≤M4/M5≤1.2。如此，将M4与M5之间比值控制在0.8~1.2之间，使得负极片的相对两边缘超出正极片外的部分相当，使得正极片两侧外的Overhang区域均保持一致，性能也能保持一致。
在一些实施例中，负极片叠设于正极片上，且在电极组件的长度方向上，负极片的至少一端边超出正极片外。如此，将负极片在电极组件的长度方向上，超出正极片外设置，使得电极组件的制备对制程能力的要求更低，极大方便电极组件的制备。
在一些实施例中，正极片包括正极活性材料，正极活性材料为能脱嵌锂离子的活性物质。如此，合理设计正极活性材料的成分，以便获取满足要求的含硅电极组件。
第二方面，本申请提供了一种二次电池，二次电池包括以上任一项的电极组件。
第三方面，本申请提供了一种用电装置，用电装置包括以上的二次电池。
附图说明
图1为一个或多个实施例提供的二次电池的分解结构示意图。
图2为一个或多个实施例提供的展开后的电极组件局部结构示意图。
图3为图2中提供的电极组件进行至少一次循环充放电后的结构示意图。
图4为图2中提供的电极组件的结构划分示意图。
100、二次电池；10、端盖；20、电极组件；21、负极片；211、边缘；212、端边；2a、第一部分；2b、第二部分；22、正极片；30、电极端子；40、壳体；X、宽度方向；Y、长度方向。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“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，这些术语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的限制。
此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，除非另有明确的限定。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中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
电极组件是二次电池中发生电化学反应的部件，属于二次电池中的核心部件。在制备过程中，通常需将负极片与正极片相互对齐叠合，然而受限于制程能力的限制，负极片与正极片之间在宽度方向上或多或少存在一定的偏差，两者无法相互对齐，导致正极片上存在一部分没有与负极片相对应，从而导致正极片上脱嵌出的活性锂无法有效嵌入至负极片中，造成负极片与正极片之间存在析锂问题。
为此，在设计电极组件时，一般会将负极片设计过量，以超出正极片，其中超出的部分称为overhang区域。由于随着制程的波动，容易造成overhang区域的不良，因此，传统设计方式则尽量增大负极片的宽度，以降低制程波动对overhang区域的影响。而这样设计的电极组件，在循环充放电一段时间后，依旧会在overhang区域中出现析锂问题，影响二次电池的可靠性。
基于此，为了解决因传统电极组件设计缺陷而导致overhang区域易出现析锂问题，本申请设计了一种电极组件，在设计过程中，通过深入研究发现，负极片设计过宽，导致在宽度方向上超出正极片的部分过多。虽然超出的部分没有与正极片相对应，但随着循环充放电次数的增多，因大面区域与overhang区域存在Li的浓度差，大面区域的部分Li会嵌入到overhang区域，在深度放电的时候，overhang区域的Li会脱出嵌入对应的正极边缘，边缘的正极Li会富余。在下一次充电过程，正极边缘的Li会嵌入负极，当正极边缘富余的Li含量超过负极可嵌入量时，负极就会出现析锂，此过程跟overhang区域Li量强相关，overhang越大，该区域因浓度差嵌入的Li越多，进而导致更容易析锂部分活性锂在充电过程中还是会从正极片上脱嵌出，并嵌入在超出的部分上。
同时，研究还发现，负极片在进行至少一次循环充放电时，会发生向外延展现象，该延展现象会导致负极片在宽度方向继续超出正极片外。因此，本申请综合以上分析，在设计电极组件时，将负极片的延展率与负极片和正极片之间的宽度差值进行关联，使得负极片与正极片之间宽度差值的上限值不超过4.5-M1×a。
由此可知，以延展率a与正极片宽度之间乘积作为减项，缩小宽度差值的上限值，这样设计出的电极组件在循环充放电时，不会因负极片的延展而导致负极片超出正极片的部分过大，从而能有效缓解负极片与正极片之间overhang区域内析锂现象的发生，提升二次电池的可靠性。
另外，对于一些延展率较高的负极片，M1×a的值较大，说明M2-M1的上限值相对较小，这样在对于该类负极片的设计时，可将负极片和正极片之间宽度差值相对取小；而对于一些延展率较低的负极片，M1×a的值较小，说明M2-M1的上限值相对较大，这样在对于该类负极片的设计时，可将负极片和正极片之间宽度差值相对取大。如此，使得电极组件的overhang区域的设计更为合理，降低因盲目过大设计而导致析锂现象产生的几率。
本申请实施例公开的二次电池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二次电池等组成该用电装置的电源系统。
在电源系统中，二次电池可以是多个，多个二次电池之间可串联或并联或混联，混联是指多个二次电池中既有串联又有并联。多个二次电池之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个二次电池构成的整体容纳于箱体内；当然，电池也可以是多个二次电池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，并容纳于箱体内。电池还可以包括其他结构，例如，该电池还可以包括汇流部件，用于实现多个二次电池之间的电连接。其中，二次电池可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。
请参照图1，图1为一个或多个实施例提供的二次电池100的分解结构示意图。二次电池100是指组成电池的最小单元。如图1，二次电池100包括有端盖10、壳体40、电极组件20以及其他的功能性部件。
端盖10是指盖合于壳体40的开口处以将二次电池100的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，端盖10的形状可以与壳体40的形状相适应以配合壳体40。可选地，端盖10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10在受挤压碰撞时就不易发生形变，使二次电池100能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。端盖10上可以设置有如电极端子30等的功能性部件。电极端子30可以用于与电极组件20电连接，以用于输出或输入二次电池100的电能。在一些实施例中，端盖10上还可以设置有用于在二次电池100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10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10的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体40内的电连接部件与端盖10，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40是用于配合端盖10以形成二次电池100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20、电解液以及其他部件。壳体40和端盖10可以是独立的部件，可以于壳体40上设置开口，通过在开口处使端盖10盖合开口以形成二次电池100的内部环境。不限地，也可以使端盖10和壳体40一体化，具体地，端盖10和壳体40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40的内部时，再使端盖10盖合壳体40。壳体40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40的形状可以根据电极组件20的具体形状和尺寸大小来确定。壳体40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20是二次电池100中发生电化学反应的部件。壳体40内可以包含一个或更多个电极组件20。电极组件20主要由正极片22和负极片21卷绕或层叠放置形成，并且通常在正极片22与负极片21之间设有隔膜。正极片22和负极片21具有活性物质的部分构成电极组件20的主体部，正极片22和负极片21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30以形成电流回路。
根据本申请的一些实施例，请参考图2与图3，本申请提供了一种电极组件20，电极组件20包括：负极片21与正极片22。负极片21与正极片22之间宽度差值M2-M1与a之间满足的条件为：0＜M2-M1≤4.5-M1×a，且0.2%≤a≤1.7%，10mm≤M1≤260mm。其中，M1为正极片22在电极组件20未进行循环充放电时所对应的宽度，M2为负极片21在电极组件20未进行循环充放电时所对应的宽度，a为负极片21的延展率，负极片21在电极组件20进行第m次循环充放电后前后宽度的变化率不超过3%时，其宽度最大值记为M3，a=(M3-M2)/M2×100%。
M1与M2分别是正极片22和负极片21在电极组件20未进行任何充放电时所对应的宽度，也可理解为M1与M2分别为正极片22和负极片21在电极组件20在化成之前所对应的宽度。
M3是指负极片21在电极组件20进行第m次循环充放电后前后宽度的变化率不超过3%时，所对应宽度的最大值，当电极组件20进行第m次循环充放电后，在电极组件20的长度方向Y上，负极片21与正极片22对应的一部分会进行脱嵌锂动作，使得该部分会沿电极组件20的宽度方向X发生延展；而对于负极片21与正极片22未对应的一部分因不进行脱嵌锂动作而不发生沿宽度方向X上的延展。此时，负极片21沿长度方向Y上的宽度会呈现不同，为此，M3则取负极片21上宽度的最大值。
需要说明的是，在获取宽度M3值时，可不管电极组件20到底循环多少圈数，即无需获取m的具体数值，只需在进行第某次循环充放电之前，记录负极片21的宽度；再记录循环充放电之后负极片21的宽度，两者宽度之差值与第某次循环充放电之前负极片21的宽度之比，不超过3%即可。由于负极片21的延展大部分集中在首次循环充放电之后，因此，在获取延展率a时，可对电极组件20进行至少一次循环充放电之后即可测量负极片21的宽度值M3。
在长度方向Y上，负极片21上未与正极片22对应的部分因不进行脱嵌锂动作，在宽度方向X上不发生延展，其所对应的宽度值可视为与M2相等。因此，若对竞品上进行反向取证时，可取负极片21上未与正极片22对应部分的宽度作为M2，取正极片22沿长度方向Y上一端的宽度作为M1。
为便于理解，请参考图4，负极片21沿电极组件20的长度方向Y可以包括第一部分2a与第二部分2b，第一部分2a与正极片22对应，并用于供正极片22叠放，第二部分2b由第一部分2a上沿长度方向Y伸出正极片22。当电极组件20进行至少一次循环充放电后，第一部分2a所对应的宽度为M3，第二部分2b所对应的宽度为M2，正极片22沿长度方向Y的一端宽度记为M1。如此，通过测量各自的宽度值，可判断该电极组件20是否落入0＜M2-M1≤4.5-M1×a，且0.2%≤a≤1.7%，10mm≤M1≤260mm的范围内。
其中，在反向获取或测试负极片21的宽度M3时，其充放电的倍率不作要求，只需在循环充放电过程中，电极组件20为满充满放状态，比如：以0.5C/0.5C对电极组件20进行满充满放操作等。
当然，不难理解的，第二部分2b的数量可为一个，也可为两个。当第二部分2b为两个时，两个第二部分2b分别设于第一部分2a沿长度方向Y上的两端。
另外，M2-M1的取值可为0~(4.5-M1×a)中的任一值，即M2-M1的设定值在制程能力允许的范围下，不超出(4.5-M1×a)。其中，制程能力应理解为负极片21与正极片22在宽度方向X上的对齐能力，当负极片21与正极片22之间的宽度差值不大时，两者很容易发生偏差，无法对齐，导致析锂现象的产生。因此，M2-M1的值越大，越容易满足制程能力允许的范围，降低对制程能力的要求；同时，也能降低制程波动对overhang区域内不良的影响。此外，在其他实施例中，也可将M2-M1的取值限定在1~(4.5-M1×a)之间。
由此可知，以延展率a与正极片22宽度之间乘积作为减项，缩小宽度差值的上限值，这样设计出的电极组件20在循环充放电时，不会因负极片21的延展而导致负极片21超出正极片22的部分过大，从而能有效缓解负极片21与正极片22之间overhang区域内析锂现象的发生，提升二次电池100的可靠性。
根据本申请的一些实施例，可选地，M2-M1满足的条件为：1.5 mm≤M2-M1≤4.5-M1×a。
若M2-M1的取值小于1.5mm时，对制程能力要求较高，一旦制程出现波动，则容易导致overhang区域不良，无法对齐，导致析锂问题的产生；若M2-M1的取值过大时，不仅损失了二次电池100的能量密度，而且还会因overhang区域过宽，导致蓄留在overhang区域中的活性锂无法嵌入至正极片22上，而导致overhang区域中析锂。
为此，本实施例将M2-M1的取值控制在1.5 mm~4.5-M1×a之间，其最小值不应低于1.5mm，降低因制程波动而造成Overhang不良的几率，其最大值不应超过4.5-M1×a，在有效缓解overhang区域中析锂问题的前提下，使得二次电池100能量密度得以最大化。
根据本申请的一些实施例，可选地，M2-M1还满足的条件为：2.8 mm≤M2-M1≤3.3mm。
M2-M1的取值可为2.8 mm~3.3 mm中任一值，比如：M2-M1的取值可为但不限于2.8mm、2.9mm、3.0mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm等。
如此，将M2-M1的取值进一步限缩在2.8 mm~3.3 mm之间，不仅能尽可能降低对制程能力的要求，而且有效缓解因负极片21设计过量而overhang区域出现析锂的几率；同时，还能在满足制程合理要求、overhang区域析锂现象有效缓解的前提下，也可使二次电池100的能量密度得以相对最大化。
根据本申请的一些实施例，可选地，M1还满足的条件为：80mm≤M1≤120mm。
M1为正极片22在电极组件20未进行循环充放电时所对应的宽度，本实施例将M1进一步限缩在80mm~120mm之间，使得M2-M1的上限值的取值范围也得以缩小，方便对M2-M1的取值。
M1的取值可为80mm~120mm之间的任一值，比如：M1的取值可为但不限于80mm、90mm、100mm、110mm、120mm等。
如此设计，将M1进一步限缩在80mm~120mm之间，使得M2-M1的上限值的取值范围也得以缩小，方便对M2-M1的取值，从而使得overhang区域的设计既能降低制程能力要求，又能有效缓解析锂现象的产生。
根据本申请的一些实施例，可选地，延展率a还满足的条件为：0.6%≤a≤1.0%。
本实施例将延展率a进一步限缩在0.6%~1.0%之间，使得M2-M1的上限值的取值范围也得以缩小，方便对M2-M1的取值。
a的取值可为0.6%~1.0%之间的任一值，比如：a的取值可为但不限于0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%等。
如此设计，将a进一步限缩在0.6%~1.0%之间，使得M2-M1的上限值的取值范围也得以缩小，使得overhang区域的设计既能降低制程能力要求，又能有效缓解析锂现象的产生。
根据本申请的一些实施例，可选地，负极片21包括负极活性材料。负极活性材料包括硅材料与碳材料中的至少一种。
负极片21上涂覆的物质包括一定混合比例的负极活性材料、导电剂、粘结剂等。其中，负极活性材料包括硅材料和碳材料，比如：负极活性材料制备时，可将含硅活性材料以一定比例掺混到石墨中。
其中，导电剂是指增加活性材料间的导电接触，提高电子电导率的物质，比如：导电石墨、导电炭黑、导电碳纤维和石墨烯等。粘结剂是指将活性材料粘附到集流体上的高分子化合物，比如：可为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、纯丙乳液、聚丙烯酸-苯乙烯共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、丁苯橡胶、环氧树脂、新戊二醇二丙烯酸酯、聚丙烯酸钠系列、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺类、聚酯、纤维素衍生物、聚砜类所形成的群组中的其中一种或由两种以上所形成的群组中的其中一种。
硅材料可指硅单质，也可指硅氧化物，或者还可为两者的混合物质等，其可以包括Si及SiOz(0<z<2)中至少一者。硅材料作为活性材料涂覆在负极片21上，相比于石墨具有更高的比容量，因此在负极片21上掺入含硅活性材料，有利于提升二次电池100的能量密度。同时，不同硅材料的含量，负极片21上的延展率a也不同，比如：硅材料含量的增加，负极片21上的延展率a也随之增加。
将硅材料作为负极片21上的活性材料的一部分，不仅有利于提升二次电池100的能量密度，而且还有可根据硅材料的含量与延展率a之间的关系，设计M2-M1的取值范围，大大方便对电极组件20的设计。
根据本申请的一些实施例，可选地，当负极活性材料包括硅材料时，负极活性材料中的硅材料含量的重量百分比为3%~40%。
可知，对于含硅的负极片21，其硅材料的含量为3%~40%时，负极片21上的延展率则对应为0.2%≤a≤1.7%。其中，硅材料的含量可为但不限于3%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%等。
将延展率a与硅材料的含量进行关联，使得M2-M1的取值可根据硅材料的含量进行设定，这样不仅方便电极组件20的制备，而且也方便对电极组件20的反向取值。比如：获取含硅活性材料的重量百分含量的方式有多种，如：可采用ICP法(Inductive CoupledPlasma Emission Spectrometer译为电感耦合等离子光谱发生仪法)对负极片21上的硅含量进行测定。在ICP测试方法中，可将二次电池100拆解，取出负极片21；再将负极片21称重后送测ICP，得出硅含量；然后，通过反算推断出硅材料在负极片21上的重量百分比等。
将延展率a与硅材料的含量进行关联，使得M2-M1的取值可根据硅材料的含量进行设定，这样方便电极组件20的制备，从而使得设计出的电极组件20能有效缓解因设计值过大导致的Overhang析锂问题。
根据本申请的一些实施例，可选地，硅材料的含量与延展率a之间满足的条件包括：硅材料含量的重量百分比为3%~10%时，0.2%≤a＜0.6%；硅材料含量的重量百分比为10%~20%时，0.6%≤a＜1.1%；硅材料含量的重量百分比为20%~30%时，1.1%≤a＜1.4%；硅材料含量的重量百分比为30%~40%时，1.4%≤a≤1.7%。
硅材料的含量与延展率a之间对应的关系可为：硅材料含量为3%~10%时，0.2%≤a≤0.6%，此时，硅材料含量可为但不限于3%、5%、7%、9%、10%等；延展率a可为但不限于0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%等；当硅材料含量为10%~20%时，0.6%≤a≤1.1%，此时，硅材料含量可为但不限于10%、12%、14%、16%、18%、20%等；延展率a可为但不限于0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%等；当硅材料含量为20%~30%时，1.1%≤a≤1.4%，此时，硅材料含量可为但不限于20%、22%、24%、26%、28%、30%等；延展率a可为但不限于1.1%、1.2%、1.3%、1.4%等；当硅材料含量为30%~40%时，1.1%≤a≤1.7%，此时，硅材料含量可为但不限于30%、32%、34%、36%、38%、40%等；延展率a可为但不限于1.4%、1.5%、1.6%、1.7%等。
将硅材料的含量和延展率a分阶段相互对应，使得硅材料含量和延展率a之间的关系更为紧密，有利于进一步提升延展率a与硅材料的含量之间的关联度，使得电机组件的制备更为便利。
根据本申请的一些实施例，可选地，请参考图2，负极片21叠设于正极片22上，且在电极组件20的宽度方向X上，负极片21的相对两边缘211均超出正极片22外。
负极片21沿宽度方向X上的相对两边缘211分别超出正极片22外，说明正极片22沿宽度方向X的两侧外均具有Overhang区域。至于负极片21沿宽度方向X上的相对两边缘211分别超出正极片22外多少，可根据实际制程能力而定。当然，具体到一些实施例中，负极片21沿宽度方向X上的相对两边缘211分别超出正极片22外的宽度均相等。
将负极片21的相对两边缘211分别超出正极片22外，使得正极片22两侧均具有Overhang区域，有利于减少因正极片22一侧无负极片21对应而导致析锂问题的发生。
根据本申请的一些实施例，可选地，在电极组件20的宽度方向X上，负极片21的相对两边缘211分别超出正极片22外的宽度对应记为M4与M5，M4与M5之间的比值满足的条件为：1/6≤M4/M5≤6。
M4的值可大于M5的值，也可小于M5的值，当然，两者值也可相等。这说明正极片22贴合在负极片21上时，正极片22可更靠近负极片21一侧边设置，也可更靠近负极片21另一侧边设置。
将M4与M5之间比值控制在1/6~6之间，在满足M2-M1的基础上，可降低电极组件20的制程要求。
根据本申请的一些实施例，可选地，M4与M5之间的比值还满足的条件为：0.8≤M4/M5≤1.2。
M4与M5之间比值的大小，会决定正极片22更偏向负极片21的何种边缘211。当M4与M5之间的比值为1时，则说明正极片22处于负极片21沿宽度方向X上的中间区域，这样在正极片22两侧形成的Overhang区域均保持一致，性能也能保持一致。
M4与M5之间比值可为0.8~1.2之间的任一值，比如：M4与M5之间比值可为但不限于0.8、0.9、1.0、1.1、1.2等。
将M4与M5之间比值控制在0.8~1.2之间，使得负极片21的相对两边缘211超出正极片22外的部分相当，使得正极片22两侧外的Overhang区域均保持一致，性能也能保持一致。
根据本申请的一些实施例，可选地，请参考图2，负极片21叠设于正极片22上，且在电极组件20的长度方向Y上，负极片21的至少一端边212超出正极片22外。
负极片21除了在宽度方向X超出正极片22外，在电极组件20的长度方向Y上，也超出正极片22外，这样对制程能力的要求则更低，极大方便电极组件20的制备。
在电极组件20的长度方向Y上，负极片21上可一端边212超出正极片22，也可两个端边212分别对应超出正极片22外。对于负极片21在长度方向Y上超出正极片22的部分，因与正极片22完全不对应，因此，这部分不会或者几乎近似不会进行脱嵌锂动作，即在长度方向Y上超出的部分不会发生延展。此时对于使用过或多次循环充放电后的电极组件20，可测量该部分的宽度，以获取负极片21的M2值，便于反向取证。
将负极片21在电极组件20的长度方向Y上，超出正极片22外设置，使得电极组件20的制备对制程能力的要求更低，极大方便电极组件20的制备。
根据本申请的一些实施例，可选地，正极片22包括正极活性材料。正极活性材料为能脱嵌锂离子的活性物质。
正极活性材料是指含有锂或磷酸铁锂的过渡金属复合氧化物，其中，过渡金属选自由镍、钴、锰和铝中至少一种。比如：正极活性材料可为以Lib(NicCodMne)O2结构通用式表达等，其中0.9≤b≤1.2，0.2＜c＜1，0＜d＜1， c+d+e＝1。
合理设计正极活性材料的成分，以便获取满足要求的含硅电极组件20。
根据本申请的一些实施例，本申请提供了一种二次电池100，二次电池100包括以上任一项的电极组件20。
根据本申请的一些实施例，本申请提供了一种用电装置，用电装置包括以上的二次电池100。
根据本申请的一些实施例，请参考图1至图4，本申请提供了一种电极组件20，利用硅高膨胀特性，在满充过程中极片宽度方向X存在延展的特点，构建正负极Overhang设计与硅含量关系，从而减少能量密度损失和缓解因 设计值过大导致的Overhang析锂问题。通过不同硅含量不同的延展率，构建硅含量与负极-正极宽度Overhang关系：1.5mm<M2 -M1<4.5- M1×a，其中，M2与M1分别为负极片21与正极片22的初始宽度值，a为负极片21的延展率。M2-M1的值若设计过小，对制程能力要求较高，制程波动容易造成Overhang不良；设计过大，不仅损失电芯能量密度，且会因为“蓄水池效应”造成Overhang区域析锂，影响电芯性能及安全性。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本申请用以下具体实施例进行说明，但本申请绝非仅限于这些实施例。以下所描述的实施例仅为本申请较好的实施例，可用于描述本申请，不能理解为对本申请的范围的限制。应当指出的是，凡在本申请的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
为了更好地说明本申请，下面结合实施例对本申请内容作进一步说明。以下为具体实施例。
实施例1
正极片22
将正极活性物质三元材料镍钴锰（NCM）、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比97：2：1加入一定量的NMP中，均匀搅拌后制成正极浆料；将正极浆料均匀涂布在厚度为15μm的铝箔上，面密度为330 mg/1540.25mm2，烘干后冷压，再进行模切，分条宽度为100mm ，制成锂离子电池的正极片22。
负极片21
将负极活性物质石墨、导电碳Super P、增稠剂(CMC)、粘结剂(SBR)按质量比95：3：1：1 加入一定量的水，均匀搅拌后制得负极浆料；将负极浆料均匀涂布在厚度为6μm的铜箔上，面密度为140 mg/1540.25mm2，经烘箱烘干，冷压后进行模切，分切宽度为103.5mm，制成锂离子电池负极片21。
隔离膜
采用聚乙烯为基膜，在基膜上涂覆3μm厚度的三氧化铝，得到隔离膜。
电解液
将六氟磷酸锂溶于DMC:DEC:EC（碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、 碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)）体积比为1:1:1的溶剂中，得到锂离子电池电解液。
二次电池100的制备
将上述正极片22、负极片21以及隔离膜进行卷绕，之后经过封装、注液、化成等工序，制得实施例1的二次电池100。
延展率的获取
将上述制备的二次电池100先以如下流程进行化成：0.02C充电至3.0V，再以0.1C充电至3.4V，最后以0.2C充电至3.9V，然后以0.5C/0.5C倍率在2.5V~4.25V电压范围内循环1次，满充拆解二次电池100，获取的负极片21进行宽度M3测量为103.50mm，根据（M3-M2）/M2公式计算出延展率a=0%，此时，根据不等式计算出M2-M1为0~4.50mm。
实施例2
与实施例1基本一致，区别在于，进行负极片21制备时，负极浆料的配方为：负极活性物质人造石墨、SiOx（X=0.6）、导电碳Super P、增稠剂(CMC)、粘结剂(SBR)的质量比为92：3：3：1：1；涂布冷压后，负极片21分切宽度为103.2mm。M3测量为103.53mm，计算出延展率a=0.32%，此时，根据不等式计算出M2-M1为0~4.18mm。
实施例3
与实施例1基本一致，区别在于，进行负极片21制备时，负极浆料的配方为：负极活性物质人造石墨、SiOx（X=0.6）、导电碳Super P、增稠剂(CMC)、粘结剂(SBR)的质量比为85：10：3：1：1；涂布冷压后，负极片21分切宽度为102.8mm。M3测量为103.93mm，计算出延展率a=1.1%，此时，根据不等式计算出M2-M1为0~3.40mm。
实施例4
与实施例1基本一致，区别在于，进行负极片21制备时，负极浆料的配方为：负极活性物质人造石墨、SiOx（X=0.6）、导电碳Super P、增稠剂(CMC)、粘结剂(SBR)的质量比为55：40：3：1：1；涂布冷压后，负极片21分切宽度为101.8mm。M3测量为103.53mm，计算出延展率a=1.7%，此时，根据不等式计算出M2-M1为0~2.80mm。
对比例1
与实施例1基本一致，区别在于，涂布冷压后，负极片21分切宽度为105mm。
对比例2
与实施例2基本一致，区别在于，涂布冷压后，负极片21分切宽度为105mm。
对比例3
与实施例3基本一致，区别在于，涂布冷压后，负极片21分切宽度为105mm。
对比例4
与实施例4基本一致，区别在于，涂布冷压后，负极片21分切宽度为105mm。
以下说明二次电池100的性能测试，具体参数可参考表1。
Overhang区域析锂情况的判断：
将以上制备的各二次电池100先以0.02C充电至3.0V，再以0.1C充电至3.4V，最后以0.2C充电至4.2V，然后以0.5C/0.5C倍率在2.5V~4.25V电压范围内循环300次；循环后，在空气湿度低于2%的环境下拆解观察，通过析锂颜色深度来判定析锂程度。其中，Overhang区域中出现淡灰色则判断为轻微析锂，灰白色则判断为中度析锂，亮白色则判断为严重析锂。同时，Overhang区域中出现的同一颜色不间断则为连续析锂，Overhang区域中出现的同一颜色间断则为间断析锂。
二次电池100的容量保持率：
测试条件：常温条件下，以0.5C倍率充电、以0.5C倍率放电，在2.5V~4.25V电压范围内循环300次。
测试流程：将二次电池静置30分钟，之后以0.5C倍率充电至电压为4.25V，进一步以4.25V恒压充电至电流为0.05C，静置5分钟，然后以0.5C倍率放电至电压为2.5V，此为一个充放电循环过程，每次循环时记录放电容量。
循环300次后的容量保持率（%）=（第300循环的放电容量/首次循环的放电容量）×100%。
需要说明的是，以上出现的“在2.5V~4.25V电压范围内循环”均是指以0.5C倍率充电至电压为4.25V，进一步以4.25V恒压充电至电流为0.05C，静置5分钟，然后以0.5C倍率放电至电压为2.5V。
表1
Figure SMS_1
将实施例1和对比例1比较，实施例2和对比例2比较，实施例3分别与对比例3、实施例4与对比例4比较可知，在尽可能降低制程能力的要求的前提下，按照以上公式设计出的负极片21与正极片22之间的宽度差值，电极组件20在循环充放电时，能有效缓解负极片21与正极片22之间overhang区域内析锂现象的发生，提升二次电池100的可靠性。同时，还能在满足制程合理要求、overhang区域析锂现象有效缓解的前提下，提升二次电池100的容量保持率，从而使得二次电池100的能量密度得以相对最大化。其中，需要说明的是，实施例1和对比例1中的负极片21的活性材料均为石墨材料，其为层间嵌锂方式，因此，循环充放电之后，负极片21的反弹较小，宽度方向上的延展很小，可几乎不考虑，为此，实施例1和对比例1的延展率a测量值为0%。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种电极组件，其特征在于，所述电极组件包括：
负极片(21)与正极片(22)；
所述负极片(21)与所述正极片(22)之间宽度差值M2-M1与a之间满足的条件为：0＜M2-M1≤4.5-M1×a，且0.2%≤a≤1.7%，10mm≤M1≤260mm；
其中，M1为所述正极片(22)在所述电极组件未进行循环充放电时所对应的宽度，M2为所述负极片(21)在所述电极组件未进行循环充放电时所对应的宽度，a为所述负极片(21)的延展率，所述负极片(21)在所述电极组件进行第m次循环充放电后前后宽度的变化率不超过3%时，其宽度最大值记为M3，a=(M3-M2)/M2×100%。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，M2-M1满足的条件为：1.5 mm≤M2-M1≤4.5-M1×a。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，M2-M1还满足的条件为：2.8 mm≤M2-M1≤3.3mm。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，M1还满足的条件为：80mm≤M1≤120mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电极组件，其特征在于，所述延展率a还满足的条件为：0.6%≤a≤1.0%。
6.根据权利要求1-4任一项所述的电极组件，其特征在于，所述负极片(21)包括负极活性材料，所述负极活性材料包括硅材料与碳材料中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的电极组件，其特征在于，当所述负极活性材料包括所述硅材料时，所述负极活性材料中的硅材料含量的重量百分比为3%~40%。
8.根据权利要求7所述的电极组件，其特征在于，所述硅材料的含量与所述延展率a之间满足的条件包括：
所述硅材料含量的重量百分比为3%~10%时，0.2%≤a＜0.6%；
所述硅材料含量的重量百分比为10%~20%时，0.6%≤a＜1.1%；
所述硅材料含量的重量百分比为20%~30%时，1.1%≤a＜1.4%；
所述硅材料含量的重量百分比为30%~40%时，1.4%≤a≤1.7%。
9.根据权利要求1-4任一项所述的电极组件，其特征在于，所述负极片(21)叠设于所述正极片(22)上，且在所述电极组件的宽度方向(X)上，所述负极片(21)的相对两边缘(211)均超出所述正极片(22)外。
10.根据权利要求9所述的电极组件，其特征在于，在所述电极组件的宽度方向(X)上，所述负极片(21)的相对两边缘(211)分别超出所述正极片(22)外的宽度对应记为M4与M5，M4与M5之间的比值满足的条件为：1/6≤M4/M5≤6。
11.根据权利要求10所述的电极组件，其特征在于，M4与M5之间的比值还满足的条件为：0.8≤M4/M5≤1.2。
12.根据权利要求1-4任一项所述的电极组件，其特征在于，所述负极片(21)叠设于所述正极片(22)上，且在所述电极组件的长度方向(Y)上，所述负极片(21)的至少一端边(212)超出所述正极片(22)外。
13.根据权利要求1-4任一项所述的电极组件，其特征在于，所述正极片(22)包括正极活性材料，所述正极活性材料为能脱嵌锂离子的活性物质。
14.一种二次电池(100)，其特征在于，所述二次电池(100)包括如权利要求1-13任一项所述的电极组件。
15.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括权利要求14所述的二次电池(100)。
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