CN116848721A - 极片、电化学装置以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种极片、电化学装置以及电子设备，该极片包括集流体和极耳；所述极耳与所述集流体连接；所述极耳背离所述集流体一端的端角处设置有切角部。本申请通过在极耳背离集流体的一端的端角处设置切角部，可提升极耳的摆动刚度和扭转刚度，从而抑制极耳在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象，提高电化学装置的生产优率。

Description

极片、电化学装置以及电子设备

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种极片、电化学装置以及电子设备。

背景技术

具有多极耳结构极片的电池，由于极片在电芯的多个卷绕层中引出了极耳，大幅缩短了电子传导路径，可以大幅降低电池内阻，从而能够满足手机、笔记本电脑、无人机、电动工具、电动汽车、电动两轮车等大倍率应用的需求。

发明内容

然而，本申请的发明人研究发现，现有的多极耳结构的极片，在卷绕过程中容易出现极耳翻折、内插现象，严重影响生产优率。

有鉴于此，本申请提供一种极片、电化学装置以及电子设备，能够有效改善极耳在生产过程中的翻折、内插现象，提高电化学装置的生产优率。

第一方面，本申请提供了一种极片，包括集流体和极耳；所述极耳与所述集流体连接；所述极耳背离所述集流体一端的端角处设置有切角部。通过在极耳背离集流体的一端的端角处设置切角部，可提升极耳的摆动刚度和扭转刚度，从而抑制极耳在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象，提高电化学装置的生产优率。

在一些实施方式中，所述极耳背离所述集流体一端的两个端角处均设置有切角部。在两个端角处均设置切角部，有利于提升极耳两侧的摆动刚度和扭转刚度，进一步抑制极耳在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。

在一些实施方式中，所述切角部的外边缘独立地选自直线、外凸弧线或者内凹弧线中的任一种。

在一些实施方式中，所述极耳由所述集流体延伸形成。此时，一方面，能够提高极耳与集流体之间的连接强度，降低极耳脱落的风险；另一方面，能够大大简化极耳的制造，提高加工效率。

在一些实施方式中，所述极片包括多个所述极耳。极片包括多个所述极耳，能够大幅提升电化学装置的倍率性能，从而更好的满足大倍率应用的需求。

在一些实施方式中，所述切角部的外边缘具有第一端点和第二端点；所述极耳设有第一侧边以及与所述集流体连接的底边，所述第一侧边的一端与所述底边连接，所述第一侧边的另一端与所述第一端点连接；所述第一侧边与所述底边的夹角为α，所述第一端点与所述第二端点的连线与所述第一侧边的夹角为λ，β＝λ-(180°-α)，且满足：β<α。通过满足β<α，可提升极耳于端部处的摆动刚度和扭转刚度，从而抑制极耳在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象，提高电化学装置的生产优率。

在一些实施方式中，α-β≥9°。在一些实施方式中，α-β≥15°。此时，能够进一步限制极耳于端部处的摆动和扭转，从而进一步抑制极耳在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。

在一些实施方式中，0°＜α≤90°。在一些实施方式中，40°≤α≤86°。此时，第一侧边与底边之间呈锐角设置，极耳的宽度沿远离集流体的方向逐渐变窄，能够进一步提升极耳于端部处的摆动刚度和扭转刚度，从而进一步抑制极耳在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。

在一些实施方式中，α-β≤75°。

在一些实施方式中，所述极耳的底边宽度为L，所述极耳的高度为H，所述极耳的顶边宽度为2l；其中，所述极耳的宽度方向与所述集流体的长度方向平行，所述极耳的高度方向与所述集流体的长度方向垂直，满足：0≤l≤0.8(L/2-H/tanα)。

在一些实施方式中，满足：0≤l≤0.4(L/2-H/tanα)。此时，能够进一步限制极耳于端部处的摆动和扭转，从而进一步抑制极耳在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。

在一些实施方式中，所述第一侧边的长度为h，满足：0.2H/sinα≤h≤0.8H/sinα。

在一些实施方式中，满足：0.3H/sinα≤h≤0.7H/sinα。此时，能够进一步限制极耳于端部处的摆动和扭转，从而进一步抑制极耳在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。

第二方面，本申请还提供了一种电芯的制备方法，包括卷绕上述任一项所述的极片的步骤。

第三方面，本申请还提供了一种电化学装置，包括上述任一项所述的极片或上述制备方法制得的电芯。

第四方面，本申请还提供了一种电子设备，包括上述任一项所述的电化学装置。

本申请通过在极耳背离集流体的一端的端角处设置切角部，可提升极耳的摆动刚度以及扭转刚度，本申请所述的极片在卷绕过程中出现极耳翻折的数量明显降低，对应电芯生产失效的比率也大幅下降；因此，其可以有效改善极耳在极片卷绕过程中的翻折、内插现象，提高电化学装置的生产优率。

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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的极耳结构(base极耳)的示意图；

图2为本申请所述的切角极耳的结构示意图；

图3为本申请实施例中切角极耳为直线切角的结构示意图；

图4为本申请实施例中切角极耳为内凹弧线切角的结构示意图；

图5为本申请实施例中切角极耳为外凸弧线切角的结构示意图；

图6为本申请实施例中切角极耳为直线切角的参数示意图；

图7为本申请实施例中切角极耳的具体参数示意图；

图8为现有技术的极耳结构(base极耳)的模态分析结果图片。

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，为现有技术的base极耳结构，其通常为等腰梯形极耳，即极耳的外轮廓呈等腰梯形结构。

本申请的发明人研究发现，在极片卷绕过程中，现有base极耳很容易出现翻折、内插现象，特别是对于具有多极耳结构极片的电池，其电芯中的多极耳结构极片在卷绕过程中发生极耳翻折、内插的概率大大增加，严重影响生产优率。

有鉴于此，本申请提出一种极片、电化学装置以及电子设备，以改善或至少部分解决上述技术问题。

一种极片

请参阅图2，所述极片包括：集流体1和极耳2(文中有时也称切角极耳)；所述极耳2与所述集流体1连接；具体地，所述极耳2靠近所述集流体1的一侧端部与所述集流体1连接，所述的连接可以是一体成型、粘接、焊接或其他固定方式，只要能够实现所述极耳2与所述集流体1的连接固定即可，本申请对此并无限制，具体地，在一些示例中，所述极耳2由所述集流体1延伸形成，此时，所述极耳2与所述集流体1是一体成型的，在极片裁切过程中，通过对集流体1边缘的空箔区进行裁切即可获得相应的极耳2，大大简化了极耳2的制造，提高了加工效率；所述极耳2背离所述集流体1的另一侧端部的端角处设置有切角部21。通过在所述极耳2背离集流体1的端部(即所述极耳2的外端端部)的一侧端角或者两侧端角设置所述切角部21，可提升极耳2的摆动刚度和扭转刚度，从而抑制极耳2在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。

可选地，在一些示例中，所述极耳2外端端部的一侧端角设置所述切角部21；或者在另一些示例中，所述极耳2外端端部的两侧端角均设置有所述切角部21。

请参阅图3～5，在一些示例中，所述极耳2背离所述集流体1一端的两个端角处均设置有切角部21；两个所述切角部21设于所述极耳2的外端端部的端角处且呈中心对称，有利于提升所述极耳2两侧的摆动刚度和扭转刚度，进一步抑制极耳2在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。在一些示例中，所述切角部21的外边缘211独立地选自直线、外凸弧线或者内凹弧线中的任一种。

可选地，在一些示例中，所述极耳2背离所述集流体1的端部的一个端角处设置有所述切角部21，所述切角部21的外边缘211可以是直线，也可以是外凸弧线，还可以是内凹弧线；优选地，所述切角部21的外边缘211为内凹弧线。在另一些示例中，所述极耳2背离所述集流体1的端部的两个端角处均设置有切角部21，两个所述切角部21的外边缘211均相同，均为直线或者外凸弧线或者内凹弧线；优选地，两个所述切角部21的外边缘211均为内凹弧线。以及在其他示例中，所述极耳2背离所述集流体1的端部的两个端角处均设置有切角部21，两个所述切角部21的外边缘211不相同，两个所述切角部21之一的外边缘211为直线，另一切角部21的外边缘211为外凸弧线或者内凹弧线。

如图3所示，所述极耳2外端端部的两个端角处均设置有切角部21，且两个所述切角部21的外边缘211均为直线且呈中心对称设置，此时，可以称之为所述极耳2外端端部的两个端角处设置有直线切角。

如图4所示，所述极耳2外端端部的两个端角处均设置有切角部21，且两个所述切角部21的外边缘211均为内凹弧线且呈中心对称设置，此时，可以称之为所述极耳2外端端部的两个端角处设置有内凹弧线切角。

如图5所示，所述极耳2外端端部的两个端角处均设置有切角部21，且两个所述切角部21的外边缘211均为外凸弧线且呈中心对称设置，此时，可以称之为所述极耳2外端端部的两个端角处设置有外凸弧线切角。

请参阅图6，所述切角部21的外边缘211具有第一端点和第二端点；所述极耳2设有第一侧边以及与所述集流体1连接的底边，所述第一侧边的一端与所述底边连接，所述第一侧边的另一端与所述第一端点连接；所述第一侧边与所述底边的夹角为α(坡角)，所述第一端点与所述第二端点的连线与所述第一侧边的夹角为λ，β＝λ-(180°-α)，满足：β<α。通过限制所述切角部21中所述第一端点与所述第二端点的连线与水平线的夹角β，使其满足：β<α，可提升极耳2于外端端部处的摆动刚度和扭转刚度，从而抑制极耳2在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象；所述的水平线是与所述底边平行的直线。

可选地，在一些示例中，所述极片满足α-β≥9°。通过满足α-β≥9°，能够提升极耳2于外端端部处的摆动刚度和扭转刚度，从而进一步抑制极耳2在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。示例性地，α和β差值(α-β)为9°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°或上述任意两个值组成的范围。可选地，在一些示例中，所述极片满足α-β≥15°；此时，能够进一步限制极耳2于外端端部处的摆动和扭转，从而进一步抑制极耳2在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。在另一些示例中，所述极片满足α-β≤75°。

在一些示例中，所述极片满足0°＜α≤90°。示例性地，α的取值范围为10°、20°、40°、60°、80°、86°、90°或上述任意两个值组成的范围。在一些示例中，所述极片满足40°≤α≤86°；此时，第一侧边与底边之间呈锐角设置，极耳的宽度沿远离集流体的方向逐渐变窄，能够进一步提升极耳2于外端端部处的摆动刚度，从而进一步抑制极耳2在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。

结合图6，所述极耳2的底边宽度为L，所述极耳2的高度为H，所述极耳2的顶边宽度为2l，满足：0≤l≤0.8(L/2-H/tanα)；其中，所述极耳2的宽度方向与所述集流体1的长度方向平行，所述极耳2的高度方向与所述集流体1的长度方向垂直。其中，(L/2-H/tanα)为base极耳的顶边半宽，将(L/2-H/tanα)记为参数B，裁切极耳时，相当于对base极耳的顶边宽度进行裁切，所述极耳2的顶边半宽l的范围为0至0.8B，即相对于base极耳的顶边半宽，裁切掉的长度为B-l(即图6中顶边半宽l的一端延长线延长至与第一侧边h的延长线相交时的距离)。

示例性地，所述极耳2的顶边半宽l为0、0.01B、0.1B、0.15B、0.2B、0.25B、0.3B、0.35B、0.4B、0.6B、0.8B或上述任意两个值组成的范围。

优选地，所述极耳2的顶边半宽l满足：0≤l≤0.4(L/2-H/tanα)；即l满足：0≤l≤0.4B。此时，能够进一步限制极耳2于外端端部处的摆动和扭转，从而进一步抑制极耳2在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。

而且，结合图6，所述第一侧边的长度为h，满足：0.2H/sinα≤h≤0.8H/sinα。其中，H/sinα为base极耳的斜边长度，所述base极耳的斜边的一端与其顶边相连，所述base极耳的斜边的另一端与其底边相连。将(H/sinα)记为参数A，裁切极耳时，相当于对base极耳的斜边进行裁切，所述极耳2的第一侧边的长度范围为0.2A至0.8A，即base极耳的斜边实际裁切掉的长度为A-h(即图6中第一侧边h的延长线延长至与顶边半宽l的延长线相交时的距离)。

示例性地，所述第一侧边的长度h为0.2A、0.3A、0.4A、0.5A、0.6A、0.7A、0.8A或上述任意两个值组成的范围。

优选地，所述第一侧边的长度h满足：0.3H/sinα≤h≤0.7H/sinα；即h满足：0.3A≤h≤0.7A。此时，能够进一步限制极耳2于外端端部处的摆动和扭转，从而进一步抑制极耳2在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。

在一些示例中，所述极片为正极极片。在一些示例中，所述极片为负极极片。

在一些示例中，所述极片还包括位于所述集流体表面的活性材料层。在一些示例中，所述活性材料层为正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料。在一些示例中，所述活性材料层为负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料。

一种电化学装置

所述电化学装置包括电芯，所述电芯包括本申请的上述任一种所述的极片。所述电芯可以按照本领域常规方法制备，具体地，所述电芯的制备包括卷绕上述任一种所述的极片的步骤。

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，例如，可以是锂离子电池、钠离子电池等；它的具体实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。

一种电子设备

所述电子设备包括本申请的上述任一种的电化学装置。本申请的电子设备置可用于，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。

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。

以多极耳大软包电池为例进行生产优率改善效果对比，数量为200个，一个大软包电池中的卷绕电芯有108个模切极耳，对卷绕成型工序中出现极耳打折的卷绕电芯数量进行统计。

此次验证的base极耳的高度H＝24mm，底边宽度L＝35mm，坡角α＝86°，侧边长度(参数A)计算可得为24.06mm，顶边宽度(参数B)计算可得为15.8mm，对应实验结果如表2所示。

将base极耳外端端部的两个端角进行切角后的各参数如表2所示。切角部的外边缘可以是直线也可以是外凸弧线还可以是内凹弧线，实施例1中直线切角极耳，其β角为45°，第一侧边长度h为15mm，顶边半宽l为7.45mm；实施例2-3中外凸弧线切角和内凹弧线切角均根据直线切角变化得到，即斜边和顶边的位置与直线切角一致，外凸弧线和内凹弧线中曲率半径最大点到直线切角的垂直距离为2.5mm；对应尺寸如图7所示；试验数据如下表1所示：

表1

从表1的参数特征以及测试结果可以看出，与对比例1相比，实施例1～3分别在base极耳上进行裁切得到切角部，其中，实施例1裁切后的切角部的外边缘为直线，即得到直线切角，200个直线切角极耳的电芯在测试中发生极耳翻折的数量为2，对应的电芯生产失效比率为1％；实施例2裁切后的切角部的外边缘为外凸弧线，即得到外凸弧线切角，200个外凸弧线切角极耳的电芯在测试中发生极耳翻折的数量为4，对应的电芯生产失效比率为2％；实施例3裁切后的切角部的外边缘为内凹弧线，即得到内凹弧线切角，200个内凹弧线切角极耳的电芯在测试中发生极耳翻折的数量为1，对应的电芯生产失效比率为0.5％。可见，内凹弧线切角极耳的摆动和扭转刚度的提升效果最好，其对应的电芯生产失效比率仅为0.5％，远低于base极耳的电芯生产失效比率6％。

从实施例4～8与实施例9的比较可以看出，将切角极耳的顶边半宽l控制在0～0.8B，即0≤l≤0.8(L/2-H/tanα)，得到的切角极耳的强度优于不在该范围的切角极耳的强度，即顶边半宽l在0～0.8B范围内，其限制翻折效果较好。例如，实施例9中l的取值为0.9(L/2-H/tanα)，200个电芯在测试中发生极耳翻折的数量为7，远高于实施例4～8的翻折数量，实施例4～8的翻折数量小于等于3，且最小可至1；实施例9对应的电芯生产失效比率为3.5％，而实施例4～8对应的电芯生产失效比率不超过1.5％；而且，将实施例4～6与实施例7～8相比，实施例4～6将切角极耳的顶边半宽l控制在0～0.4B，即0≤l≤0.4(L/2-H/tanα)，其限制翻折的效果更好，对应的电芯生产失效比率也更低。

从实施例11～15与实施例10和16的比较可以看出，将切角极耳的第一侧边h的长度控制在0.2A～0.8A，即0.2H/sinα≤h≤0.8H/sinα，得到的切角极耳的摆动和扭转强度优于不在该范围的切角极耳的摆动和扭转强度，即第一侧边h的长度在0.2A～0.8A范围内，其限制翻折的效果较好。例如，实施例10和实施例16中第一侧边h的取值分别为0.1A和0.9A，它们200个电芯在测试中发生极耳翻折的数量均为6，远高于实施例11～15的翻折数量，实施例11～15的翻折数量小于等于4，最小可达1；且实施例10和实施例16的电芯生产失效比率为3％，而实施例11～15对应的电芯生产失效比率不超过2％；而且，将实施例12～14与实施例11和15相比，实施例12～14将第一侧边h控制在0.3A～0.7A，即0.3H/sinα≤h≤0.7H/sinα，其限制翻折的效果更好，对应的电芯生产失效比率也更低。

将实施例9和其他实施例相比较，当α-β≥15°且满足α-β≤75°时，电芯在生产中出现极耳翻折的数量明显下降，电芯生产失效比率下降，改善效果显著。

进一步地，为了进行刚度对比，本申请采用模态分析进行量化，模态分析中，一阶特征频率对应摆动刚度，二阶特征频率对于扭转刚度(如图8)；下表2是对比例1的base极耳和本申请实施例1所述的切角极耳的模态分析对比结果：

表2

组别	一阶特征频率	二阶特征频率
			Base极耳	5.85	7.64
切角极耳	6.21	9.13

可以看出，本申请实施例1切角极耳的一阶特征频率和二阶特征频率均有较大程度的提升，一阶频率越高，越不容易出现上下摆动，二阶频率越高越不容易左右角摆动；可见，切角极耳的摆动和扭转刚度均有提升，从而能够抑制极耳在极片卷绕过程中出现翻折、内插现象。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

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 (10)

1.一种极片，包括：集流体和极耳；所述极耳与所述集流体连接；其特征在于，所述极耳背离所述集流体一端的端角处设置有切角部。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极片满足下列条件中的至少一者：

(1)所述极耳背离所述集流体一端的两个端角处均设置有切角部；

(2)所述切角部的外边缘独立地选自直线、外凸弧线或者内凹弧线中的任一种；

(3)所述极耳由所述集流体延伸形成；

(4)所述极片包括多个所述极耳。

3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述切角部的外边缘具有第一端点和第二端点；

所述极耳设有第一侧边以及与所述集流体连接的底边，所述第一侧边的一端与所述底边连接，所述第一侧边的另一端与所述第一端点连接；

所述第一侧边与所述底边的夹角为α，所述第一端点与所述第二端点的连线与所述第一侧边的夹角为λ，β＝λ-(180°-α)，满足：β<α。

4.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述极片满足下列条件中的至少一者：

(1)α-β≥9°；

(2)0°＜α≤90°。

5.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述极片满足下列条件中的至少一者：

(1)α-β≥15°；

(2)α-β≤75°；

(3)40°≤α≤86°。

6.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述极耳的底边宽度为L，所述极耳的高度为H，所述极耳的顶边宽度为2l，所述第一侧边的长度为h，其中，所述极耳的宽度方向与所述集流体的长度方向平行，所述极耳的高度方向与所述集流体的长度方向垂直，所述极片满足下列条件中的至少一者：

(1)0≤l≤0.8(L/2-H/tanα)；

(2)0.2H/sinα≤h≤0.8H/sinα。

7.根据权利要求6所述的极片，其特征在于，所述极片满足下列条件中的至少一者：

(1)0≤l≤0.4(L/2-H/tanα)；

(2)0.3H/sinα≤h≤0.7H/sinα。

8.一种电芯的制备方法，其特征在于，包括卷绕根据权利要求1～7中任一项所述的极片的步骤。

9.一种电化学装置，其特征在于，包括权利要求1～7中任一项所述的极片或根据权利要求8所述的制备方法制得的电芯。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9所述的电化学装置。