CN116525762B - 极片、电化学装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种极片、电化学装置，所述极片包括极片主体、活性材料层和极耳，所述极片主体的至少一侧表面设置有所述活性材料层，所述极片主体包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁均与第一方向垂直，所述极耳与所述第一侧壁外壁面电连接，所述第一方向为所述极片主体的宽度方向。本申请所述的极片能够避免在集流体上加工槽位或者预留空箔区，可以实现集流体的连续涂布，且能够改善电池的体积能量密度。本申请还在所述极耳上设置所述加强组件，以增强所述极耳与所述极片主体的连接强度，可以有效降低极耳脱落的风险，提升了电池的可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种极片、电化学装置。
背景技术
锂离子电池具有比能量大、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等优势，在消费电子领域具有广泛的应用。锂离子电池中需要使用金属箔材，例如铜箔、铝箔、镍箔等作为集流体，集流体上需要焊接极耳以实现电子的传导。相关技术中，需要在集流体上加工槽位或者预留空箔区用于极耳焊接，以实现集流体和极耳的电连接，而且，通过该工艺卷绕形成电芯后，电芯最厚的地方就是焊接极耳之处，因而降低了电池的体积能量密度。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种极片、电化学装置，本申请所述的极片能够避免在集流体上加工槽位或者预留空箔区，可以实现集流体的连续涂布，且能够改善电池的体积能量密度。
第一方面，本申请提供了一种极片，所述极片包括极片主体、活性材料层和极耳，所述极片主体的至少一侧表面设置有所述活性材料层，所述极片主体包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁均与第一方向垂直，所述极耳与所述第一侧壁外壁面电连接，所述第一方向为所述极片主体的宽度方向。本申请通过将极耳与极片主体的侧壁面焊接连接，一方面，可以减少现有工艺卷绕电芯的厚度，以提升电池的体积能量密度，另一方面，可以实现极片主体（集流体）的连续涂布，降低工艺成本。
在一些实施方式中，所述极耳上设置有加强组件，所述加强组件用以加强所述极耳与所述极片主体的连接强度，所述加强组件包括第一加强件和第二加强件，所述极耳包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面均与第二方向垂直，所述第一加强件一部分设置于所述第一表面上，所述第一加强件另一部分与所述活性材料层连接，以实现提升极耳和集流体的连接强度，同时还可以保护所述极耳与所述第一侧壁外壁面上的焊点。所述第二表面上设置有所述第二加强件，所述第二方向为所述极片主体的厚度方向，所述极耳的厚度方向与所述极片主体的厚度方向一致。在所述极耳的第一表面和第二表面上分别设置加强件，通过所述第一加强件和所述第二加强件的相互配合，一方面利于提升极耳与极片主体的连接强度，降低极耳脱落的风险；另一方面还可以增强极耳自身的强度，以抑制极耳在极片卷绕过程中的翻折。
在一些实施方式中，沿所述第二方向，所述第一加强件的边缘和所述第二加强件的边缘连接，此时，能够进一步增强所述极耳与所述极片主体的连接强度。
在一些实施方式中，沿第三方向，所述第一加强件和/或所述第二加强件的两侧的超出所述极耳的长度记为A，满足：0mm<A≤3.0mm，所述第三方向为所述极片主体的长度方向。通过控制A的范围合适，利于连接强度的提升。
具体地，在一些示例中，所述第一加强件的两侧的超出所述极耳的长度记为A，满足：0mm<A≤3.0mm；在另一些示例中，所述第二加强件的两侧的超出所述极耳的长度记为A，满足：0mm<A≤3.0mm；在其他示例中，所述第一加强件的两侧和所述第二加强件的两侧超出所述极耳的长度均记为A，满足：0mm<A≤3.0mm。
示例性地，A为0.01mm、0.03mm、0.05mm、0.07mm、0.09mm、0.1mm、0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施方式中，沿所述第一方向，所述第一加强件包括位于所述第一表面的第一端以及位于所述活性材料层的第二端，将所述第一端至所述第一侧壁的距离记为B，满足：1.7mm≤B≤8mm。通过满足B的取值在合适范围，利于在改善连接强度的同时兼顾极耳自身的提升，尤其是提升极耳端部的强度。
示例性地，B为1.7mm、1.9mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施方式中，将所述第二端至所述第一侧壁的距离记为D，满足：D≥4.9mm。上述范围内的连接宽度，用以保证连接强度。
在一些实施方式中，沿所述第一方向，所述第二加强件包括与所述第一侧壁相邻的第三端，所述第三端至所述第一侧壁的距离记为E，满足：0mm≤E≤1.5mm。其中，当E值为0时，所述第二加强件的材质可以是透明非金属材料，以使激光透过所述第二加强件进行焊接。
示例性地，E为0mm、0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.5mm、1mm、1.3mm、1.5mm或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施方式中，沿所述第二方向，所述极片主体的厚度记为H1，所述活性材料层的厚度记为H2，所述极耳的厚度记为H3，满足：0.8≤(H1+ H2)/ H3≤1.2。
示例性地，(H1+ H2)/ H3为0.8、0.9、1、1.1、1.2或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施方式中，所述极耳的厚度H3为0.01mm至0.3mm。
示例性地，所述极耳的厚度H3为0.01mm、0.05mm、mm、0.08mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施方式中，所述第一加强件沿所述第二方向的厚度为10~80μm，所述第二加强件沿所述第二方向的厚度为10~80μm。所述第一加强件和/或所述第二加强件的厚度在上述范围内，利于提升极耳与极片主体的连接强度。
示例性地，所述第一加强件和/或所述第二加强件的厚度为10μm、20μm、30μm、50μm、60μm、80μm或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施方式中，所述第一加强件和/或所述第二加强件与所述极耳采用热融合的方式连接，所述第一加强件和/或所述第二加强件与所述极耳的粘合强度为5~55N。
具体地，在一些示例中，所述第一加强件与所述极耳的粘合强度为5~55N；在另一些示例中，所述第二加强件与所述极耳的粘合强度为5~55N；在其他示例中，所述第一加强件和所述第二加强件与所述极耳的粘合强度均为5~55N。
示例性地，所述第一加强件和/或所述第二加强件与所述极耳的粘合强度为5N、10N、15N、20N、25N、30N、35N、40N、45N、50N、55N或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施方式中，所述第一加强件与所述活性材料层的连接面积为19.6~325mm2。
示例性地，所述第一加强件与所述活性材料层的连接面积为19.6mm2、25mm2、50mm2、80mm2、100mm2、150mm2、200mm2、250mm2、300mm2、325mm2或上述任意两个值组成的范围。
第二方面，本申请提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括上述的极片。
本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：本申请通过将极耳与极片主体的侧壁面电连接，以减少现有工艺卷绕电芯的厚度，提升电池的体积能量密度；同时，本申请还在所述极耳上进一步设置加强组件，以增强所述极耳与所述极片主体的连接强度，可以有效降低极耳脱落的风险，提升了电池的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。
图1为现有技术的一种常规连接方式示意图；
图2为现有技术的另一种常规连接方式示意图；
图3为本申请实施例所述极片结构的侧视图；
图4为图3中AA处的局部放大图；
图5为本申请实施例所述极片结构的正视图。
图中：1、极片主体；11、第一侧壁；12、第二侧壁；2、活性材料层；3、极耳；4、加强组件；41、第一加强件；42、第二加强件；101、极片空箔区；102、空箔区槽位。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
请参阅图1和图2，均为现有技术的极片结构，其通常需要在极片的表面预留空箔区或者加工槽位，以实现集流体和极耳的焊接连接，因此，不能实现集流体上活性材料层的连续涂布，不利于降低电芯成本。
本申请的发明人研究发现，在极片卷绕过程中，由于极耳与极片的叠放，导致卷芯厚度增加，使得电池的体积能量密度下降。
有鉴于此，本申请提供一种极片、电化学装置，以改善或至少部分解决上述技术问题。
极片
请参阅图3至图5，所述极片包括极片主体1、活性材料层2以及极耳3，所述极片主体1的两侧表面均设置有所述活性材料层2，所述活性材料层2对所述极片主体1的表面采用全部覆盖，所述极片主体1包括沿第一方向相对设置的第一侧壁11和第二侧壁12，所述第一侧壁11和所述第二侧壁12均与第一方向垂直，所述极耳3一端端面与所述第一侧壁11外壁面接触式电连接。其中，第一方向为所述极片主体的宽度方向。
所述极片主体1可以是正极集流体，本申请对正极集流体没有特别限制，可以包括铝箔、铝合金箔或复合集流体（例如聚合物层表面设置金属层的复合集流体）等。所述极片主体1也可以是负极集流体，本申请对负极集流体没有特别限制，可以包括铜箔、铜合金箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或复合集流体（例如聚合物层表面设置金属层的复合集流体）等。本申请对集流体的厚度也没有特别限制，例如，集流体的厚度为5μm至12μm。本申请对活性材料层的厚度没有特别限制，例如，活性材料层的厚度为30μm至120μm。
本申请的发明人还发现，当极耳与集流体侧壁的外壁面电连接时，会导致极耳与集流体的连接强度不高，容易导致极耳脱落或者翻折。因此，本申请进一步在所述极耳3上设置所加强组件4。
请继续参阅图3，所述加强组件4的一部分与所述极片主体1连接，用以增强所述极耳3与所述极片主体1的连接强度，所述加强组件4的另一部分设置在所述极耳3上，以实现在提升连接强度的同时还可以改善极耳自身的硬度，避免极耳的翻折。所述加强组件4包括第一加强件41和第二加强件42，所述极耳3包括沿第二方向相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面均与第二方向垂直，所述第一加强件41一部分设置于所述第一表面上，所述第一加强件41另一部分与所述极片主体1一侧表面的所述活性材料层2连接，所述第二表面上设置有所述第二加强件42，所述加强组件4与所述极片主体1单侧连接。沿所述第一方向，所述第二加强件包括与所述第一侧壁相邻的第三端，所述第三端至所述第一侧壁的距离记为E，满足：0mm≤E≤1.5mm。
其中，所述第一加强件41和所述第二加强件42的材质均为绝缘的非金属材料，所述第一加强件41和所述第二加强件42可以包括密封胶，例如，PP密封胶、PC密封胶、PE密封胶、PVDC密封胶等，所述第一加强件41的一部分通过热熔的方式与所述极耳3连接，所述第一加强件41的另一部分通过粘胶与所述活性材料层2粘接。
请继续参阅图4，沿所述第二方向，所述极片主体的厚度记为H1，所述活性材料层的厚度记为H2，所述极耳的厚度记为H3，满足：0.8≤(H1+ H2)/H3≤1.2。优选地，(H1+H2)/ H3=1。此时，所述极耳3的一侧边与所述活性材料层2平齐，所述极耳3的另一侧边与所述极片主体平齐，以使所述第一加强件41和所述极片主体1以及所述极耳3更好地贴合连接。
请继续参阅图5，沿所述第二方向，所述第一加强件41的边缘和所述第二加强件42的边缘连接。沿第三方向，所述第一加强件41和所述第二加强件42的两侧的超出所述极耳3的长度记为A，满足：0mm<A≤3.0mm，以保证足够的连接宽度以及强度。沿所述第一方向，所述第一加强件41包括设置于所述第一表面的第一端以及设置于所述活性材料层的第二端，将所述第一端至所述第一侧壁的距离记为B，满足：1.7mm≤B≤8mm，以及，将所述第二端至所述第一侧壁的距离记为D，满足：D≥4.9mm。同时满足上述参数在合适范围，更利于极耳与极片主体连接强度的提升。
此外，所述第一加强件和/或所述第二加强件厚度为10~80μm，所述第一加强件和/或所述第二加强件与所述极耳的连接强度为5~55N，所述第一加强件与所述活性材料层的连接面积为19.6~325mm。满足以上参数范围时，能够更好提升所述极耳3与所述极片主体1之间的连接强度。
电化学装置
所述电化学装置包括上述的极片。本申请的电化学装置可以包括发生电化学反应的任何装置，它的具体实施例包括所有种类的一次电池或二次电池。特别地，该电化学装置是锂二次电池，包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。
以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。
以正极极片为例进行加强组件方案的效果和参数验证试验。其中，正极集流体的长度为100mm、宽度为40mm、厚度为0.1105mm；极耳的厚度为0.08 mm；活性材料层的厚度为0.05025mm；所述极耳与所述正极集流体的第一侧壁外壁面通过焊接连接，即对比例1（base），在对比例1的极耳上进一步设置加强组件，即得到本申请如下的实施例，所述加强组件中的第一加强件和第二加强件均为PP密封胶，各实施例中加强组件的参数见表1。
整体连接强度的测试方法：将极耳以及所在的极片裁切下来，裁切宽度约为30mm，作为待测样品；将待测样品夹持在拉力测试仪上，启动测试设备，对极耳施加与极片在同一平面并且远离极片方向的力，直至将待测样品拉断，记录测试设备的测试值，即为整体连接强度。
表1
| 组别 | A/mm | B/mm | D/mm | E/mm | 第一加强件厚度/μm | 第二加强件厚度/μm | 第一加强件与极耳的连接强度/N | 第二加强件与极耳的连接强度/N | 第一加强件与活性材料层的连接面积/ mm2 | 整体连接强度/ N |
| 实施例1 | 1.2 | 1.7 | 4.9 | 0 | 45 | 45 | 10.2 | 10.2 | 46.06 | 12 |
| 实施例2 | 2.2 | 6.9 | 6 | 0.3 | 45 | 45 | 39.6 | 39.6 | 118.8 | 17.7 |
| 实施例3 | 2.5 | 6.9 | 12 | 0.5 | 55 | 55 | 38.4 | 38.4 | 237.4 | 22.5 |
| 实施例4 | 2.5 | 8 | 12 | 1.2 | 55 | 55 | 40.8 | 40.8 | 264 | 24 |
| 对比例1 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 0.7 |
从表1中的实施例1~4与对比例1的比较可以看出，在极耳上设置所述加强组件可以显著提升极耳与极片主体的连接强度，降低了极耳脱落的风险，进一步提升了电池的可靠性。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种极片，其特征在于，包括极片主体、活性材料层和极耳；
所述极片主体的至少一侧表面设置有所述活性材料层；
所述极片主体包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁均与第一方向垂直；
所述极耳与所述第一侧壁外壁面电连接；
所述极耳与所述第一侧壁外壁面焊接连接；
沿第二方向，所述极片主体的厚度记为H1，所述活性材料层的厚度记为H2，所述极耳的厚度记为H3，满足：0.8≤(H1+ H2)/ H3≤1.2；
所述极耳上设置有加强组件，所述加强组件用以加强所述极耳与所述极片主体的连接强度，所述加强组件包括第一加强件和第二加强件，所述极耳包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面均与所述第二方向垂直；
所述第一加强件一部分设置于所述第一表面上，所述第一加强件另一部分与所述活性材料层连接，所述第二表面上设置有所述第二加强件，所述第一加强件和/或所述第二加强件与所述极耳的连接强度为30N至55N，所述第一加强件与所述活性材料层的连接面积为150mm2至325 mm2；
沿所述第二方向，所述第一加强件的边缘和所述第二加强件的边缘连接；
沿第三方向，所述第一加强件和/或所述第二加强件的两侧的超出所述极耳的长度记为A，满足：0mm< A≤3.0mm；
所述第一方向为所述极片主体的宽度方向；
所述第二方向为所述极片主体的厚度方向；
所述第三方向为所述极片主体的长度方向。
2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，沿所述第一方向，所述第一加强件包括位于所述第一表面的第一端以及位于所述活性材料层的第二端，将所述第一端至所述第一侧壁的距离记为B，满足：1.7mm≤B≤8mm。
3.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，将所述第二端至所述第一侧壁的距离记为D，满足：D≥4.9mm。
4.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，沿所述第一方向，所述第二加强件包括与所述第一侧壁相邻的第三端；
所述第三端至所述第一侧壁的距离记为E，满足：0mm≤E≤1.5mm。
5.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：
条件I：所述第一加强件沿所述第二方向的厚度为10~80μm；
条件II：所述第二加强件沿所述第二方向的厚度为10~80μm。
6.一种电化学装置，其特征在于，包括权利要求1~5中任一项所述的极片。
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