CN116526083B - 极片组件、电芯及用电装置 - Google Patents
极片组件、电芯及用电装置 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种极片组件、电芯及用电装置，属于电池技术领域。极片组件包括极片和极耳，极片具有沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面。极耳设置于第一表面且与极片电连接。其中，极耳设置有第一凸部，第一表面向第二表面方向凹设有第一凹部，第一凹部未贯穿第二表面，第一凸部至少部分嵌入第一凹部。第一凸部至少部分嵌入第一凹部，使极片和极耳之间形成相互嵌合的结构，提升了极耳和极片之间的连接强度，提高了极片组件的抗拉强度。降低了在电芯使用过程中，极片膨胀产生的应力作用于极耳和极片的连接区域，使极耳和极片的连接区域产生机械疲劳，导致极耳与极片连接失效的风险。进而，提高了电芯在使用过程中的可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种极片组件、电芯及用电装置。
背景技术
电芯广泛应用于便携式电子设备、电动交通工具、电动工具、无人机、储能设备等领域。随着应用环境及条件越来越复杂，对电芯在使用过程中的可靠性提出了更高的要求。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提供一种极片组件、电芯及用电装置，能够提高电芯使用时的可靠性。
第一方面，本申请提供了一种极片组件，极片组件包括极片和极耳，极片具有沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面。极耳设置于第一表面且与极片电连接。其中，极耳设置有第一凸部，第一表面向第二表面方向凹设有第一凹部，第一凹部未贯穿第二表面，第一凸部至少部分嵌入第一凹部。
本申请实施例的技术方案中，极片组件包括极片和极耳，极片具有沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面。极耳设置于第一表面且与极片电连接。其中，极耳设置有第一凸部，第一表面向第二表面方向凹设有第一凹部，第一凹部未贯穿第二表面，第一凸部至少部分嵌入第一凹部。第一凸部至少部分嵌入第一凹部，使极片和极耳之间形成相互嵌合的结构，提升了极耳和极片之间的连接强度，提高了极片组件的抗拉强度。同时，相较于极片的第一表面为平面，极耳与极片相对的面为平面的极片组件而言，第一凸部至少部分嵌入第一凹部提升了极耳和极片的接触面积，提升了极耳和极片之间的导电性能。降低了在电芯使用过程中，极片膨胀产生的应力作用于极耳和极片的连接区域，使极耳和极片的连接区域产生机械疲劳，导致极耳与极片连接失效的风险。进而，提高了电芯在使用过程中的可靠性。
在一些实施例中，极耳设置有多个第一凸部，第一表面设置有多个第一凹部，多个第一凸部和多个第一凹部一一对应。第一凸部和第一凹部的数量增加，可进一步提高极耳和极片的导电性能和连接强度。
在一些实施例中，多个第一凸部在极片的厚度方向上的投影总面积为S1,极耳与极片的重叠面积为S2，满足：。将多个第一凸部在极片的厚度方向上的投影总面积占极耳与极片重叠面积的比例设置在合理范围内，一方面可降低因第一凸部的数量过多导致极耳自身强度不足的风险，另一方面可降低因第一凸部的数量过少导致极耳与极片之间的连接强度过低的风险。
在一些实施例中，第一凸部沿极片的厚度方向上的投影的外接圆半径为D，相邻的两个第一凸部之间的距离为L，满足：。相邻的两个第一凸部之间的距离设置在合理范围内，一方面可降低因L小于/>导致单位面积内第一凸部的数量过多，导致极耳自身的强度不足的风险，另一方面可降低因L大于/>导致单位面积内第一凸部的数量过少，导致极耳与极片之间的连接强度过低的风险。
在一些实施例中，第一凸部沿极片的厚度方向上的投影的外接圆半径为D，满足：。将第一凸部沿极片的厚度方向上的投影的外接圆半径设置在合理范围内，一方面可降低因D小于0.2mm，极耳与极片之间的接触面积较小，导致极耳与极片之间的连接强度过低的风险，另一方面可降低因D大于5mm，导致极耳自身强度不足的风险。
在一些实施例中，第一凸部沿极片的厚度方向上的投影的外接圆半径为D，满足：。将第一凸部沿极片的厚度方向上的投影的外接圆半径设置在合理范围内，一方面可降低因D小于0.5mm，极耳与极片之间的接触面积较小，导致极耳与极片之间的连接强度过低的风险，另一方面可降低因D大于2mm，导致极耳自身强度不足的风险。
在一些实施例中，极耳具有面向第一表面的第三表面，第一凸部凸设于第三表面，第一凸部凸出于第三表面的高度为H1，极片的厚度为H2，满足：H1＜H2。这样的设计，可降低在极片与极耳压合时，第一凸部凸出于第三表面的高度大于极片的厚度，因极片的塑形变形的能力不足，第一凸部刺穿极片导致极片报废的风险。
在一些实施例中，0.2mm≤H1≤5mm。将第一凸部凸出于第三表面的高度设置在合理范围内，一方面可降低因H1小于0.2mm，极耳与极片之间的接触面积较小，导致极耳与极片之间的连接强度过低的风险，另一方面可降低因H1大于5mm，极片组件的总厚度过大，导致电芯的能量密度过低的风险。同时可降低因H1大于5mm，极片组件的总厚度过大，导致极片组件收卷难度过高的风险。
在一些实施例中，0.5mm≤H1≤2mm。将第一凸部凸出于第三表面的高度设置在合理范围内，一方面可降低因H1小于0.5mm，极耳与极片之间的接触面积较小，导致极耳与极片之间的连接强度过低的风险，另一方面可降低因H1大于2mm，极片组件的总厚度过大，导致电芯的能量密度过低的风险。同时可降低因H1大于2mm，极片组件的总厚度过大，导致极片组件收卷难度过高的风险。
在一些实施例中，第一凸部呈半球形。这样的设计，使第一凸部的加工更加方便，同时由于半球形的第一凸部具有尖端，在压合极片和极耳的过程中，半球形的第一凸部更容易嵌入至极片内部形成第一凸部和第一凹部相互嵌合的结构。此外，同等体积下，半球形的表面积较大，有利于提高极片和极耳的接触面积，提高极片和极耳之间的导电性能。
在一些实施例中，极耳具有面向第一表面的第三表面和背向第一表面的第四表面，第一凸部凸设于第三表面，第四表面在与第一凸部对应的位置形成有第二凹部。这样的设计，可通过冲压等加工方式处理极耳，使极耳形成第一凸部的加工难度较低。
在一些实施例中，第二表面在与第一凹部对应的位置形成有第二凸部。这样的设计，可通过冲压等加工方式预先处理极片，使第一凸部和第一凹部嵌合的难度降低。
在一些实施例中，极片设置有沿其厚度方向贯穿的第一通孔，极耳包括主体和铆接部，主体设置于第一表面，铆接部凸设于主体且贯穿第一通孔，铆接部远离主体的一端抵压于第二表面。除了通过焊接的方式实现极耳与极片的连接外，还可通过铆接部实现极耳与极片的连接，丰富了极片组件的加工方式。
在一些实施例中，极片包括集流体和第一活性物质层，第一活性物质层的至少一部分位于极耳和集流体之间，第一通孔贯穿集流体和第一活性物质层。相较于极耳与极片通过焊接连接而言，铆接部的设置可以实现极耳与极片的直接连接，无需避让活性物质层，加工效率更高。
在一些实施例中，主体具有第二通孔，沿极片的厚度方向，第二通孔贯穿铆接部。
在一些实施例中，铆接部的数量为多个，第一通孔的数量为多个，多个铆接部与多个第一通孔一一对应。多个铆接部可进一步提高极片和极耳的连接强度。
第二方面，本申请提供了一种电芯，其包括外壳和上述实施例中的极片组件，极片组件收容于外壳内。
第三方面，本申请提供了一种用电装置，其包括上述实施例中的电芯。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请一些实施例的极片组件的轴测图；
图2为本申请一些实施例的极片组件的剖视图；
图3为本申请一些实施例的极耳的剖视图；
图4为本申请又一些实施例的极片组件的剖视图；
图5为本申请另一些实施例的极片组件的剖视图；
图6为本申请再一些实施例的极片组件的剖视图；
图7为本申请一些实施例的极片的剖视图；
图8为本申请一些实施例的极片组件的剖视图，示出第一活性物质层的位置；
图9为本申请一些实施例的极耳的俯视图；
图10为本申请一些实施例的极片的俯视图。
具体实施方式中的附图标号如下：
100-极片组件；10-极片；101-第一表面；1011-第一凹部；102-第二表面；1021-第二凸部；1010-集流体；1020-第一活性物质层；1030-第一通孔；20-极耳；201-第三表面；2010-主体；2020-铆接部；20101-第二通孔；2011-第一凸部；202-第四表面；2021-第二凹部；30-极耳胶。
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“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。
目前，从市场形势的发展来看，电芯的应用越加广泛。电芯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，以及电动工具、无人机、储能设备等多个领域。随着电芯应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
电芯的发展要同时考虑很多因素，例如，能量密度、循环寿命、放电容量、充放电倍率等性能参数，另外，还需要考虑电芯在使用过程中的可靠性。
电芯一般包括外壳、电极组件、隔离膜、正极耳和负极耳。电极组件包括正极极片、负极极片和隔离膜。电芯主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。正极极片和负极极片都可称为极片。为了引出电极组件的电能一般需要使正极耳与正极极片电连接，使负极耳与负极极片电连接，正极耳和负极耳都可称为极耳。在极耳与极片导电连接后形成的部件可称为极片组件。
通常可通过焊接等方式使极耳和极片导电连接后形成极片组件，也可在极耳和极片的相对侧设置导电胶以使极耳和极片粘接后形成极片组件。以通过焊接的方式形成极片组件为例来进行说明，在焊接极片和极耳时，一般先将极片的一个平直面和极耳的一个平直面连接后，利用电阻焊机、超声波焊机、激光焊机等设备焊接极耳和极片形成极片组件。由于极耳和极片之间仅靠焊接形成的点状的焊点实现连接，连接强度不高。在电芯膨胀产生的应力或外力反复作用于极耳和极片的连接位置时，极耳和极片的连接位置容易出现机械疲劳，尤其是在极片组件受到拉力作用时，极耳和极片的连接点容易断开，在极耳和极片连接失效后，电极组件的电能无法引出将会致使电芯无法正常使用。由于软包电芯的外壳为软质壳体，如铝塑膜或称为包装袋，其抵抗变形的能力更差，故软包电芯的极耳和极片的连接强度高低对电芯在使用过程中的可靠性的影响更为明显。
鉴于此，本申请提供了一种极片组件，极片组件包括极片和极耳，极片具有沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面。极耳设置于第一表面且与极片电连接。其中，极耳设置有第一凸部，第一表面设置有第一凹部，第一凸部至少部分嵌入第一凹部。第一凸部至少部分嵌入第一凹部，使极片和极耳之间形成相互嵌合的结构，提升了极耳和极片之间的连接强度，提高了极片组件的抗拉强度。同时，相较于极片的第一表面为平面，极耳与极片相对的面为平面的极片组件而言，第一凸部至少部分嵌入第一凹部提升了极耳和极片的接触面积，提升了极耳和极片之间的导电性能。降低了在电芯使用过程中，极片膨胀产生的应力作用于极耳和极片的连接区域，使极耳和极片的连接区域产生机械疲劳，导致极耳与极片连接失效的风险。进而，提高了电芯在使用过程中的可靠性。
本申请实施例公开的电芯可以但不限用于电动两轮车、电动工具、无人机、储能设备等用电装置中。也可以使用具备本申请工况的电芯作为用电装置的电源系统，这样，有利于提高电芯的可靠性和用电装置的可靠性。
本申请实施例提供一种使用电芯作为电源的用电装置，用电装置可以为但不限于电子设备、电动工具、电动交通工具、无人机、储能设备。其中，电子设备可以包括手机、平板、笔记本电脑等，电动工具可以包括电钻、电锯等，电动交通工具可以包括电动汽车、电动摩托车、电动自行车等。
根据本申请的一些实施例，请参照图1和图2，本申请提供了一种极片组件100，极片组件100包括极片10和极耳20，极片10具有沿其厚度方向相对设置的第一表面101和第二表面102。极耳20设置于第一表面101且与极片10电连接。其中，极耳20设置有第一凸部2011，第一表面101向第二表面102方向凹设有第一凹部1011，第一凹部1011未贯穿第二表面102，第一凸部2011至少部分嵌入第一凹部1011。
极片10的厚度方向为图2中X方向。
第一凸部2011的形状可以包括但不限于半球体、长方体、棱锥、棱柱、圆柱等。
第一凹部1011的形状可以包括但不限于半球体、长方体、棱锥、棱柱、圆柱等。
第一凸部2011的数量可为多个。
极耳20和极片10可通过焊接、铆接等方式电连接，极耳20也可通过导电胶粘接于极片10电连接，极耳20和极片10还可通过紧固件（如相互配合的螺栓和螺钉）锁紧后电连接。
第一凸部2011至少部分嵌入第一凹部1011，意味着，第一凸部2011的外表面与第一凹部1011的内表面至少部分贴合。
在一些实施例中，可先通过滚压或冲压的方式处理极耳20，以使极耳20形成第一凸部2011。然后通过滚压、冲压的方式处理极片10，以使极片10的第一表面101形成第一凹部1011。接着通过压合的方式使第一凸部2011的至少部分嵌入第一凹部1011。最后通过焊接或铆接的方式使极耳20和极片10形成导电连接。
在一些实施例中，可先通过滚压、冲压的方式处理极耳20，以使极耳20形成第一凸部2011。接着通过压合的方式压合极耳20和极片10，以使极片10的第一表面101被第一凸部2011挤压发生塑性变形形成第一凹部1011，第一凸部2011至少部分嵌入第一凹部1011，最后通过焊接或铆接的方式使极耳20和极片10形成导电连接。
在一些实施例中，也可通过预设的模具使极耳20形成第一凸部2011，通过模具使极片10形成第一凹部1011。
在一些实施例中，极片10包括基材，基材包括涂覆区和空箔区，涂覆区涂覆有活性物质，空箔区未涂覆活性物质，在极片10厚度方向上，极耳20的投影位于空箔区内。
在一些实施例中，极片10包括基材，基材与极耳20相对面涂覆有活性物质，极耳20铆接于极片10上。例如可通过铆钉穿过极耳20和极片10将极耳20铆接于极片10上。
在一些实施例中，极片10包括基材，基材与极耳20相对面和基材与极耳20相背面均涂覆有活性物质。
在一些实施例中，极片10在其宽度方向上具有第一边缘，极耳20超出第一边缘的部分设置有极耳胶30，极耳胶30用于密封包装袋和极耳20。
极片10可为正极极片也可为负极极片。在一些实施例中，正极极片、负极极片和隔离膜通过卷绕的方式形成电极组件。在一些实施例中，正极极片、负极极片和隔离膜通过叠片的方式形成电极组件。
根据本申请的一些实施例，请参照图1和图2，极耳20设置有多个第一凸部2011，第一表面101设置有多个第一凹部1011，多个第一凸部2011和多个第一凹部1011一一对应。
多个第一凸部2011可沿极片10的宽度方向间隔布置和/或沿极片10的长度方向间隔布置。在一些实施例中，极片10上设置有用于铆接极耳20和极片10的孔，多个第一凸部2011可环绕孔间隔设置。
第一凸部2011和第一凹部1011的数量增加，可进一步提高极耳20和极片10的导电性能和连接强度。
根据本申请的一些实施例，多个第一凸部2011在极片10的厚度方向上的投影总面积为S1,极耳20与极片10的重叠面积为S2，满足：。
为了提高电芯的能量密度，极耳20一般厚度较薄，在较薄的极耳20上加工第一凸部2011会一定程度上削弱极耳20自身的结构强度。
可先在极片10的厚度方向上获得极耳20的图像，对图像的轮廓提取并筛选，得到第一凸部2011轮廓的坐标并计算出第一凸部2011轮廓的面积S1。接着，在极片10的厚度方向上获得极片组件100的图像，对图像的洛伦提取并筛选，得到极耳20和极片10未重叠部分的轮廓的坐标并计算出极耳20和极片10未重叠部分的轮廓的坐标并计算出极耳20和极片10未重叠部分的面积，极片10的总面积减去极耳20和极片10未重叠部分的轮廓的面积即可得到极耳20与极片10的重叠面积S2，进而得到S1与S2的比值。
将多个第一凸部2011在极片10的厚度方向上的投影总面积占极耳20与极片10重叠面积的比例设置在合理范围内，一方面可降低因第一凸部2011的数量过多导致极耳20自身强度不足的风险，另一方面可降低因第一凸部2011的数量过少导致极耳20与极片10之间的连接强度过低的风险。
根据本申请的一些实施例，请参照图3和图4，第一凸部2011沿极片的厚度方向上的投影的外接圆半径为D，相邻的两个第一凸部2011之间的距离为L，满足：。
在第一凸部2011为半球形的实施例中，第一凸部2011沿极片的厚度方向上的投影的外接圆半径为D，D为半球形的半径。
在第一凸部2011沿极片的厚度方向上的投影为具有一定对称性的形状，如圆形、矩形、平行四边形等，D为在相邻两个第一凸部2011的几何中心的连线上，第一凸部2011的尺寸。
在第一凸部2011沿极片的厚度方向上的投影的形状不规则时，D为能包围第一凸部2011沿极片的厚度方向上的投影的最小圆的半径。
以在极片10的宽度方向上设置有多个第一凸部2011为例，相邻的两个第一凸部2011之间的距离L可以理解为在极片10的宽度方向上，相邻的两个第一凸部2011之间的最大距离和最小距离之和的一半。在第一凸部2011为半球形的实施例中，相邻的两个第一凸部2011之间的距离L为相邻两个球心之间的距离。
将相邻的两个第一凸部2011之间的距离设置在合理范围内，一方面可降低因L小于导致单位面积内第一凸部2011的数量过多，导致极耳20自身的强度不足的风险，另一方面可降低因L大于/>导致单位面积内第一凸部2011的数量过少，导致极耳20与极片10之间的连接强度过低的风险。
根据本申请的一些实施例，请参照图3和图4，第一凸部2011沿极片10的厚度方向上的投影的外接圆半径为D，满足：。
第一凸部2011沿极片10的厚度方向上的投影的外接圆半径可以为大于等于0.2mm小于等于5mm的任意数值，例如，0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm、5mm。
第一凸部2011沿极片10的厚度方向上的投影的外接圆半径为D，满足：。将第一凸部2011沿极片10的厚度方向上的投影的外接圆半径设置在合理范围内，一方面可降低因D小于0.2mm，极耳20与极片10之间的接触面积较小，导致极耳20与极片10之间的连接强度过低的风险，另一方面可降低因D大于5mm，导致极耳20自身强度不足的风险。
根据本申请的一些实施例，请参照图3和图4，第一凸部2011沿极片10的厚度方向上的投影的外接圆半径为D，满足：。
第一凸部2011沿极片10的厚度方向上的投影的外接圆半径可以为大于等于0.5mm小于等于2mm的任意数值，例如，0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm、0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm、1mm、1.05mm、1.1mm、1.15mm、1.2mm、1.25mm、1.3mm、1.35mm、1.4mm、1.45mm、1.5mm、1.55mm、1.6mm、1.65mm、1.7mm、1.75mm、1.8mm、1.85mm、1.9mm、1.95mm、2mm。
将第一凸部2011沿极片10的厚度方向上的投影的外接圆半径设置在合理范围内，一方面可降低因D小于0.5mm，极耳20与极片10之间的接触面积较小，导致极耳20与极片10之间的连接强度过低的风险，另一方面可降低因D大于2mm，导致极耳20自身强度不足的风险。
根据本申请的一些实施例，请参照图4，极耳20具有面向第一表面101的第三表面201，第一凸部2011凸设于第三表面201，第一凸部2011凸出于第三表面201的高度为H1，极片10的厚度为H2，满足：H1＜H2。
在极片10和极耳20压合的过程中，第一凸部2011至多伸入极片10内部的部分即第一凸部2011凸出于第三表面201的部分。
这样的设计，可降低在极片10与极耳20压合时，因第一凸部2011凸出于第三表面201的高度大于极片10的厚度，因极片10的塑形变形的能力不足，在极片10与极耳20压合后第一凸部2011刺穿极片10导致极片10报废的风险。
根据本申请的一些实施例，请参照图4，0.2mm≤H1≤5mm。
第一凸部2011凸出于第三表面201的高度可以为大于等于0.2mm小于等于5mm的任意数值，例如，0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm、5mm。
将第一凸部2011凸出于第三表面201的高度设置在合理范围内，一方面可降低因H1小于0.2mm，极耳20与极片10之间的接触面积较小，导致极耳20与极片10之间的连接强度过低的风险，另一方面可降低因H1大于5mm，极片组件100的总厚度过大，导致电芯的能量密度过低的风险。同时可降低因H1大于5mm，极片组件100的总厚度过大，导致极片组件100收卷难度过高的风险。
根据本申请的一些实施例，请参照图4，0.5mm≤H1≤2mm。
第一凸部2011凸出于第三表面201的高度H1可以为大于等于0.5mm小于等于2mm的任意数值，例如，0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm、0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm、1mm、1.05mm、1.1mm、1.15mm、1.2mm、1.25mm、1.3mm、1.35mm、1.4mm、1.45mm、1.5mm、1.55mm、1.6mm、1.65mm、1.7mm、1.75mm、1.8mm、1.85mm、1.9mm、1.95mm、2mm。
将第一凸部2011凸出于第三表面201的高度设置在合理范围内，一方面可降低因H1小于0.5mm，极耳20与极片10之间的接触面积较小，导致极耳20与极片10之间的连接强度过低的风险，另一方面可降低因H1大于2mm，极片组件100的总厚度过大，导致电芯的能量密度过低的风险。同时可降低因H1大于2mm，极片组件100的总厚度过大，导致极片组件100收卷难度过高的风险。
根据本申请的一些实施例，请参照图4，第一凸部2011呈半球形。
第一凸部2011可为实心半球也可为空心半球。
这样的设计，使第一凸部2011的加工更加方便，同时由于半球形的第一凸部2011具有尖端，在压合极片10和极耳20的过程中，半球形的第一凸部2011更容易嵌入至极片10内部形成第一凸部2011和第一凹部1011相互嵌合的结构。此外，同等体积下，半球形的表面积较大，有利于提高极片10和极耳20的接触面积，提高极片10和极耳20之间的导电性能。
根据本申请的一些实施例，请参照图5，极耳20具有面向第一表面101的第三表面201和背向第一表面101的第四表面202，第一凸部2011凸设于第三表面201，第四表面202在与第一凸部2011对应的位置形成有第二凹部2021。
当通过滚压或冲压等方式处理极耳20时，在极耳20第三表面201形成第一凸部2011的同时，极耳20的第四表面202与第一凸部2011对应的位置形成第二凹部2021。
第一凸部2011和第二凹部2021也可通过模具同时加工成型。
这样的设计，可通过冲压等加工方式处理极耳20，使极耳20形成第一凸部2011的加工难度较低。
根据本申请的一些实施例，请参照图6，第二表面102在与第一凹部1011对应的位置形成有第二凸部1021。
当通过滚压或冲压等方式处理极片10时，在极片10第一表面101形成第一凹部1011的同时，极片10的第二表面102与第一凹部1011对应的位置形成第二凸部1021。
第一凹部1011和第二凸部1021也可通过模具同时加工成型。
这样的设计，可通过冲压等加工方式预先处理极片10，使第一凸部2011和第一凹部1011嵌合的难度降低。
根据本申请的一些实施例，请参照图7和图8，极片10设置有沿其厚度方向贯穿的第一通孔1030，极耳20包括主体2010和铆接部2020，主体2010设置于第一表面101，铆接部2020凸设于主体2010且贯穿第一通孔1030，铆接部2020远离主体2010的一端抵压于第二表面102。
抵压是指一个部件与另一个部件直接或者间接地接触，两个部件之间可以具有力的作用，也可以不具有力的作用。例如，铆接部2020抵压于第二表面102是指铆接部2020与第二表面102直接或者间接地接触，铆接部2020与第二表面102之间可以具有力的作用，也可以不具有力的作用。
第一通孔1030可以为圆孔、方孔、异形孔（如十字形孔等）。
铆接部2020的设置可降低极片10和极耳20之间出现相对位移的风险。
在一些实施例中，极片10包括集流体1010，集流体1010面向极耳20一侧设置有第一活性物质层1020，第一通孔1030贯穿集流体1010和第一活性物质层1020。在一些实施例中，集流体1010面向极耳20一侧设置有第一活性物质层1020，集流体1010背向极耳20一侧设置有第二活性物质层，第一通孔1030贯穿集流体1010、第一活性物质层1020和第二活性物质层。
在极片10上预先加工出第一通孔1030，将极耳20与极片10搭接并放置于冲孔机构的冲孔位置，利用冲针刺破极耳20，冲针会沿第一通孔1030穿过极片10，极耳20被刺破的部分会穿过第一通孔1030且翻折至极片10背离极耳20一侧，通过压块将翻折的部分压平即可实现极片10和极耳20的电连接。铆接部2020即极耳20被冲针刺破的部分。
除了通过焊接的方式实现极耳20与极片10的连接外，还可通过铆接部2020实现极耳20与极片10的连接，丰富了极片组件100的加工方式。
根据本申请的一些实施例，请参照图7和图8，极片10包括集流体1010和第一活性物质层1020，第一活性物质层1020的至少一部分位于极耳20和集流体1010之间，第一通孔1030贯穿集流体1010和第一活性物质层1020。
正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，正极活性物质层可以设置在正极集流体相对的两个表面的任意一者或两者上。正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用表面镀银处理的铝、表面镀银处理的不锈钢、不锈钢、铜、铝、镍、炭精电极、碳、镍或钛等。复合集流体可包括高分子材料基层和金属层。复合集流体可通过将金属材料（铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等）形成在高分子材料基材（如聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚乙烯等的基材）上而形成。
在一些实施例中，第一活性物质层1020可以为正极活性物质层，正极活性物质层可包括以下材料中的至少一种：含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电芯正极活性材料的传统材料。
负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用表面镀银处理的铝、表面镀银处理的不锈钢、不锈钢、铜、铝、镍、炭精电极、用碳、镍或钛等。负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极活性物质层设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。
在一些实施例中，第一活性物质层1020可以为负极活性物质层，负极活性物质层可采用本领域公知的用于电芯的负极活性材料。作为示例，负极活性材料可包括以下材料中的至少一种：人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物以及锡合金中的至少一种。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电芯负极活性材料的传统材料。这些负极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。
相较于极耳20与极片10通过焊接连接而言，铆接部2020的设置可以实现极耳20与极片10的直接连接，无需避让活性物质层，加工效率更高。
根据本申请的一些实施例，请参照图8，主体2010具有第二通孔20101，沿极片10的厚度方向，第二通孔20101贯穿铆接部2020。
第二通孔20101为冲针刺破极耳20形成的通孔。即在冲针刺破极耳20并穿过第一通孔1030后，主体2010会形成与冲针轮廓匹配的第二通孔20101。
根据本申请的一些实施例，请参照图8-图10，铆接部2020的数量为多个，第一通孔1030的数量为多个，多个铆接部2020与多个第一通孔1030一一对应。
在一些实施例中，多个铆接部2020沿极片10的宽度方向间隔设置。多个铆接部2020可限制极耳20的旋转自由度。
多个铆接部2020可进一步提高极片10和极耳20的连接强度。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电芯，包括外壳和以上任一方案所述的极片组件100，极片组件100收容于外壳内。
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芯。
根据本申请的一些实施例，请参照图1和图6-图10，本申请提供了一种极片组件100，极片组件100包括极片10和极耳20，极片10具有沿其厚度方向相对设置的第一表面101和第二表面102。极耳20设置于第一表面101且与极片10电连接。其中，极耳20设置有第一凸部2011，第一表面101设置有第一凹部1011，第一凸部2011至少部分嵌入第一凹部1011。第一凸部2011呈半球形。
极耳20具有面向第一表面101的第三表面201和背向第一表面101的第四表面202，第一凸部2011凸设于第三表面201，第四表面202在与第一凸部2011对应的位置形成有第二凹部2021。第二表面102在与第一凹部1011对应的位置形成有第二凸部1021。
极耳20设置有多个第一凸部2011，第一表面101设置有多个第一凹部1011，多个第一凸部2011和多个第一凹部1011一一对应。
极片10设置有沿其厚度方向贯穿的第一通孔1030，极耳20包括主体2010和铆接部2020，主体2010设置于第一表面101，铆接部2020凸设于主体2010且贯穿第一通孔1030，铆接部2020远离主体2010的一端抵压于第二表面102。极片10包括集流体1010和第一活性物质层1020，第一活性物质层1020的至少一部分位于极耳20和集流体1010之间，第一通孔1030贯穿集流体1010和第一活性物质层1020。主体2010具有第二通孔20101，铆接部2020围设于第二通孔20101。铆接部2020的数量为多个，第一通孔1030的数量为多个，多个铆接部2020与多个第一通孔1030一一对应。
请参照图8，由于第一凸部2011至少部分嵌入第一凹部1011，极片组件100抵抗拉伸变形的能力提高，极耳20和极片10的连接强度提高，电芯在使用过程中的可靠性提高。
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。
Claims (16)
1.一种极片组件，其特征在于，包括：
极片，具有沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；
极耳，设置于所述第一表面，且与所述极片电连接；
其中，所述极耳设置有第一凸部，所述第一表面向所述第二表面方向凹设有第一凹部，所述第一凹部未贯穿所述第二表面，所述第一凸部至少部分嵌入所述第一凹部；
所述极耳设置有多个所述第一凸部，所述第一表面设置有多个所述第一凹部，多个所述第一凸部和多个所述第一凹部一一对应；
所述第一凸部沿所述极片的厚度方向上的投影的外接圆半径为D，相邻的两个所述第一凸部之间的距离为L，满足：D≤L≤3D。
2.根据权利要求1所述的极片组件，其特征在于，多个所述第一凸部在所述极片的厚度方向上的投影总面积为S1，所述极耳与所述极片的重叠面积为S2，满足：
3.根据权利要求1所述的极片组件，其特征在于，所述第一凸部沿所述极片的厚度方向上的投影的外接圆半径为D，满足：0.2mm≤D≤5mm。
4.根据权利要求1所述的极片组件，其特征在于，所述第一凸部沿所述极片的厚度方向上的投影的外接圆半径为D，满足：0.5mm≤D≤2mm。
5.根据权利要求1所述的极片组件，其特征在于，所述极耳具有面向所述第一表面的第三表面，所述第一凸部凸设于所述第三表面，所述第一凸部凸出于所述第三表面的高度为H1，所述极片的厚度为H2，满足：H1＜H2。
6.根据权利要求5所述的极片组件，其特征在于，0.2mm≤H1≤5mm。
7.根据权利要求5所述的极片组件，其特征在于，0.5mm≤H1≤2mm。
8.根据权利要求1－7中任一项所述的极片组件，其特征在于，所述第一凸部呈半球形。
9.根据权利要求1－7中任一项所述的极片组件，其特征在于，所述极耳具有面向所述第一表面的第三表面和背向所述第一表面的第四表面，所述第一凸部凸设于所述第三表面，所述第四表面在与所述第一凸部对应的位置形成有第二凹部。
10.根据权利要求1－7中任一项所述的极片组件，其特征在于，所述第二表面在与所述第一凹部对应的位置形成有第二凸部。
11.根据权利要求1－7中任一项所述的极片组件，其特征在于，所述极片设置有沿其厚度方向贯穿的第一通孔，所述极耳包括主体和铆接部，所述主体设置于所述第一表面，所述铆接部凸设于所述主体且贯穿所述第一通孔，所述铆接部远离所述主体的一端抵压于所述第二表面。
12.根据权利要求11所述的极片组件，其特征在于，所述极片包括集流体和第一活性物质层，所述第一活性物质层的至少一部分位于所述极耳和所述集流体之间，所述第一通孔贯穿所述集流体和所述第一活性物质层。
13.根据权利要求11所述的极片组件，其特征在于，所述主体具有第二通孔，沿所述极片的厚度方向，所述第二通孔贯穿所述铆接部。
14.根据权利要求13所述的极片组件，其特征在于，所述铆接部的数量为多个，所述第一通孔的数量为多个，多个所述铆接部与多个所述第一通孔一一对应。
15.一种电芯，其特征在于，包括外壳和如权利要求1－14中任一项所述的极片组件，所述极片组件收容于所述外壳内。
16.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求15所述的电芯。
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