CN116918129A - 电极组件、电池单体、电池及用电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种电极组件、电池单体、电池及用电设备，属于电池技术领域。电极组件包括极性相反的第一极片和第二极片，第一极片和第二极片层叠布置并沿卷绕方向卷绕形成卷绕结构.第一极片具有第一卷绕起始端，第一极片包括沿卷绕方向连续布置的第一段和第二段，第一段从第一卷绕起始端沿卷绕方向卷绕形成内圈层，第二段从其与第一段相连位置沿卷绕方向卷绕形成外圈层。第一段设置有加强部，加强部沿卷绕方向卷绕至相连位置，加强部用于加强第一段。加强部对第一段起到加强作用，从而增强第一段的抗变形能力，使得第一极片的内圈层形成较强的自支撑结构，增强了内圈层的抗变形能力，降低电极组件中心塌陷变形的风险，从而有效降低析锂。
Description
本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电极组件、电池单体、电池及用电设备。
随着新能源技术的发展，电池的应用越来越广泛，例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等。
电池单体作为储能元件，一般通过电极组件和电解液发生化学反应，从而输出电能。电极组件一般包括正极极片、负极极片和隔离膜，正极极片、负极极片和隔离膜卷绕形成卷绕式结构。对于卷绕式电极组件而言，容易出现析锂现象，影响电池单体的使用寿命。
发明内容
本申请实施例提供一种电极组件、电池单体、电池及用电设备，能够降低析锂，提高电池单体的使用寿命。
第一方面，本申请实施例提供一种电极组件，所述电极组件包括极性相反的第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片层叠布置并沿卷绕方向卷绕形成卷绕结构；所述第一极片具有第一卷绕起始端，所述第一极片包括沿所述卷绕方向连续布置的第一段和第二段，所述第一段从所述第一卷绕起始端沿所述卷绕方向卷绕形成内圈层，所述第二段从其与所述第一段相连位置沿所述卷绕方向卷绕形成外圈层，所述外圈层位于所述内圈层的外侧；其中，所述第一段设置有加强部，所述加强部沿所述卷绕方向卷绕至所述相连位置，所述加强部用于加强所述第一段。
上述技术方案中，第一极片的第一段设有加强部，加强部对第一段起到加强作用，从而增强第一段的抗变形能力，使得第一极片的内圈层形成较强的自支撑结构，增强了内圈层的抗变形能力，降低电极组件中心塌陷变形的风险，从而有效降低析锂，提高电池单体的使用寿命。
在一些实施例中，所述加强部部分超出所述第一卷绕起始端；或，所述加强部沿所述卷绕方向远离所述相连位置的一端与所述卷绕起始端对齐。
上述技术方案中，无论是加强部部分超出第一卷绕起始端，还是加强部远离相连位置的一端与第一卷绕起始端对齐，均使得加强部覆盖整个第一段，加强部在卷绕方向上对第一段整段起到很好的加强作用，第一段整段具有很好的抗变形能力。
在一些实施例中，所述第二极片具有第二卷绕起始端；所述第一极片包括第三段，所述第三段从所述第一卷绕起始端沿所述卷绕方向卷绕至与所述第二卷绕起始端对齐的第一对齐位置，所述第一对齐位置与所述第二卷绕起始端相邻，且位于所述第二卷绕起始端的外侧，所述第一段形成所述第三段的至少一部分。
上述技术方案中，第一段形成于第三段的至少一部分，即加强部设置于第三段，由于第三段从第一卷绕起始端沿卷绕方向卷绕至与第二卷绕起始端对齐的第一对齐位置，第三段的内侧并不存在与其相对的第二极片，加强部设置于第三段，第三段不易对第一极片与第二极片之间的离子传输造成阻碍。
在一些实施例中，所述第三段包括超出所述第二卷绕起始端的超出段，所述超出段从所述第一卷绕起始端沿所述卷绕方向卷绕至与所述第二卷绕起始端对齐的第二对齐位置，所述第二对齐位置与所述第二卷绕起始端相邻，且位于所述第二卷绕起始端的内侧，所述第一段形成所述超出段的至少一部分。
上述技术方案中，第一段形成超出段的至少一部分，即加强部设置于超出段，由于第三段从第二卷绕起始端沿卷绕方向卷绕至与第二卷绕起始端对齐的第二对齐位置，超出段的内外侧均不存在于其相对的第二极片，加强部设置于超出段，进一步降低加强部对第一极片与第二极片之间的 离子传输造成的影响。此外，由于第一段形成超出段的至少一部分，使得第一段形成的内圈层中的各圈直径较小，使得电极组件中心更难塌陷。
在一些实施例中，所述加强部沿所述卷绕方向卷绕至少1圈。
上述技术方案中，加强部沿卷绕方向卷绕至少1圈，加强部对第一段起到很好的加强作用，使得第一段具有很好的抗变形能力。
在一些实施例中，所述加强部沿所述卷绕方向卷绕1-5圈。
上述技术方案中，加强部沿卷绕方向卷绕1-5圈，既对第一段起到很好的加强作用，又使得加强部沿卷绕方向的长度不会过长，减少加强占用的空间，减少加强部对电池单体的能量密度的影响。
在一些实施例中，所述第一极片包括第一集流体和第一活性物质层，所述第一活性物质层设置于所述第一集流体在厚度方向上的表面，所述第一集流体在厚度方向上的至少一侧设置有所述加强部；所述加强部设置于所述第一段的所述第一活性物质层背离所述第一集流体的一侧；或，所述加强部设置于所述第一段的所述第一活性物质层与所述第一集流体之间。
上述技术方案中，若加强部设置于第一段的第一活性物质层背离第一集流体的一侧，加强部位于第一段的表层，便于将加强部布置于第一段。若加强部设置于所述第一段的所述第一活性物质层与所述第一集流体之间，加强部不易对第一活性物质层离子的传输造成阻碍。
在一些实施例中，所述加强部为设置于所述第一段的所述第一活性物质层背离所述第一集流体的表面的胶层。
上述技术方案中，加强部为胶层，便于将其布置于第一活性物质层的表面。胶层粘接于第一活性物质层的表面，不易与第一活性物质层分离，加强部对第一段始终起到很好的加强作用。
在一些实施例中，所述加强部为涂覆于所述第一段的所述第一活性物质层的第二活性物质层；所述第二活性物质层与所述第一段的所述第一活性物质层的总厚度大于所述第二段的所述第一活性物质层的厚度。
上述技术方案中，通过第二活性物质层与第一段的第一活性物质层的总厚度大于第二段的第一活性物质层的厚度的方式，来对第一段进行加强，实现方式简单，具有很好的经济性。第二活性物质层涂覆于第一活性物质层，第二活性物质层与第一活性物质层具有很好的整体性，使得第一段具有很好的抗变形能力。
在一些实施例中，所述加强部的硬度大于所述第一段的所述第一活性物质层的硬度。
上述技术方案中，加强部的硬度大于第一段的第一活性物质层的硬度，加强部较第一活性物质层具有更好的抗变形能力，加强部对第一段起到很好的加强作用，以增强第一段的抗变形能力。
在一些实施例中，所述第一极片包括第一集流体和第一活性物质层，所述第一活性物质层设置于所述第一集流体在厚度方向上的表面；所述第一段的所述第一集流体未设置所述第一活性物质层，所述第一段的所述第一集流体在厚度方向上的表面设置有所述加强部，所述加强部的硬度大于所述第二段的所述第一活性物质层的硬度。
上述技术方案中，加强部对第一段的第一集流体起到加强作用，加强部的硬度大于第二段的第一活性物质层的硬度，使得加强部与第一段的第一集流体整体的抗变形能力强于第二段的抗弯变形能力，以达到增强内圈层的抗变形能力的目的。
在一些实施例中，电极组件还包括防护件，所述防护件设置于所述第一极片并与所述第一极片层叠设置；所述第一极片还具有第一卷绕收尾端，沿所述卷绕方向，所述防护件的一端与所述第一卷绕收尾端对齐或所述防护件部分超出所述第一卷绕收尾端。
上述技术方案中，防护件对第一极片的第一卷绕收尾端起到防护作用，降低第一极片的第一卷绕收尾端因存在尖锐部破坏隔离膜，而造成短路的风险。
在一些实施例中，所述电极组件为圆柱结构。
在一些实施例中，所述电极组件包括平直区和与所述平直区相连的弯折区；所述加强部至少部分位于所述弯折区。
上述技术方案中，加强部至少部分位于弯折区内，使得第一段位于弯折区内的部分具有很好的抗弯能力，降低弯折区的极片向内塌陷的风险，有效降低析锂。
第二方面，本申请实施例提供一种电池单体，包括：上述第一方面任意一个实施例提供的电极组件；外壳，所述外壳用于容纳所述电极组件。
第三方面，本申请实施例提供一种电池，包括：上述第二方面任意一个实施例提供的电池单体；箱体，所述箱体用于容纳所述电池单体。
第四方面，本申请实施例提供一种用电设备，包括上述第三方面任意一个实施例提供的电池。
第五方面，本申请实施例提供一种电极组件的制造方法，所述制造方法包括：提供第一极片和第二极片，所述第一极片与所述第二极片的极性相反；将所述第一极片和所述第二极片层叠布置后沿卷绕方向卷绕形成卷绕结构；其中，所述第一极片具有第一卷绕起始端，所述第一极片包括沿所述卷绕方向连续布置的第一段和第二段，所述第一段从所述第一卷绕起始端沿所述卷绕方向卷绕形成内圈层，所述第二段从其与所述第一段相连位置沿所述卷绕方向卷绕形成外圈层，所述外圈层位于所述内圈层的外侧；所述第一段设置有加强部，所述加强部沿所述卷绕方向卷绕至所述相连位置，所述加强部用于加强所述第一段。
第六方面，本申请实施例还提供一种电极组件的制造设备，所述制造设备包括：提供装置，用于提供第一极片和第二极片，所述第一极片与所述第二极片的极性相反；组装装置，用于将所述第一极片和所述第二极片层叠布置后沿卷绕方向卷绕形成卷绕结构；其中，所述第一极片具有第一卷绕起始端，所述第一极片包括沿所述卷绕方向连续布置的第一段和第二段，所述第一段从所述第一卷绕起始端沿所述卷绕方向卷绕形成内圈层，所述第二段从其与所述第一段相连位置沿所述卷绕方向卷绕形成外圈层，所述外圈层位于所述内圈层的外侧；所述第一段设置有加强部，所述加强部沿所述卷绕方向卷绕至所述相连位置，所述加强部用于加强所述第一段。
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提供的车辆的结构示意图；
图2为本申请一些实施例提供的电池的爆炸图；
图3为本申请一些实施例提供的电池单体的爆炸图；
图4为本申请一些实施例提供的电极组件的结构示意图；
图5为本申请又一些实施例提供的电极组件的结构示意图；
图6为本申请再一些实施例提供的电极组件的结构示意图；
图7为本申请一些实施例提供的第一极片展开后的结构示意图；
图8为本申请另一些实施例提供的第一极片展开后的结构示意图；
图9为本申请又一些实施例提供的第一极片展开后的结构示意图；
图10为本申请再一些实施例提供的第一极片展开后的结构示意图；
图11为本申请的另一些实施例提供的电极组件的结构示意图；
图12为本申请其他实施例提供的电极组件的结构示意图；
图13为本申请一些实施例提供的电极组件的制造方法的流程图；
图14为图本申请一些实施例提供的电极组件的制造设备的示意性框图。
图标：10-箱体；11-第一部分；12-第二部分；20-电池单体；21-壳体；22-电极组件；221-第一极片；221a-第一集流体；221b-第一活性物质层；2211-第一段；2212-第二段；2212a-相连位置；2213-内圈层；2214-外圈层；2215-第一卷绕起始端；2216-第一卷绕收尾端；2217-第三段；2217a-第一对齐位置；2217b-第二对齐位置；2218-超出段；222-第二极片；2221-第二卷绕起始端；2222-第二卷绕收尾端；223-加强部；2231-胶层；2232-第二活性物质层；224-隔离膜；225-防护件；23-端盖；24-电极端子；25-集流构件；100-电池；200-控制器；300-马达；1000-车辆；2000-制造设备；2100-提供装置；2200-组装装置；A-平直区；B-弯折区；X-卷绕方向；Z-厚度方向。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本申请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；本申请中在申请的说明书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。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。
在本申请中提及“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。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“附接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
本申请中术语“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，本申请中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。
本申请中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)。
本申请中，电池单体可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种：柱形电池单体、方形电池单体和软包电池单体，本申请实施例对此也不限定。
本申请的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池模块或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。
电池单体包括电极组件和电解液，电极组件由正极极片、负极极片和隔离膜组成。电池单 体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。正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面，未涂敷正极活性物质层的正极集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的正极集流体，未涂敷正极活性物质层的正极集流体作为正极极耳。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、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面，未涂敷负极活性物质层的负极集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的负极集流体，未涂敷负极活性物质层的负极集流体作为负极极耳。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。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。隔离膜的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。
对于卷绕式电极组件而言，正极极片、隔离膜、负极极片卷绕后，在电极组件的中心位置将形成中心孔。发明人发现，电极组件在充放电过程中，随着极片的膨胀和收缩，电极组件的中心位置极易坍塌，该位置极片坍塌后容易打皱，该处极片不平整，使得极片与极片之间产生沟壑状间隙，导致离子传输受阻，最终导致析锂。
鉴于此，本申请实施例提供一种电极组件，电极组件的第一极片包括沿卷绕方向连续布置的第一段和第二段，第一段从第一卷绕起始端沿卷绕方向卷绕形成内圈层，第二段从其与第一段相连位置沿卷绕方向卷绕形成外圈层，外圈层位于内圈层的外侧。其中，第一段设置有加强部，加强部沿卷绕方向卷绕至相连位置，加强部用于加强第一段。
在这样的电极组件中，第一极片的第一段设有加强部，加强部对第一段起到加强作用，从而增强第一段的抗变形能力，使得第一极片的内圈层形成较强的自支撑结构，增强了内圈层的抗变形能力，降低电极组件中心塌陷变形的风险，从而有效降低析锂，提高电池单体的使用寿命。
本申请实施例描述的电极组件适用于电池单体、电池以及使用电池的用电设备。
用电设备可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。车辆可以是燃油汽车、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；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具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；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本申请实施例对上述用电设备不做特殊限制。
以下实施例为了方便说明，以用电设备为车辆为例进行说明。
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100的爆炸图，电池100包括箱体10和电池单体20，箱体10用于容纳电池单体20。
其中，箱体10是容纳电池单体20的部件，箱体10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，以限定出用于容纳电池单体20的容纳空间。第一部分11和第二部分12可以是多种形状，比如，长方体、圆柱体等。第一部分11可以是一侧开放的空心结构，第二部分12也可以是一侧开放的空心结构，第二部分12的开放侧盖合于第一部分11的开放侧，则形成具有容纳空间的箱体10。也可以是第一部分11为一侧开放的空心结构，第二部分12为板状结 构，第二部分12盖合于第一部分11的开放侧，则形成具有容纳空间的箱体10。第一部分11与第二部分12可以通过密封元件来实现密封，密封元件可以是密封圈、密封胶等。
在电池100中，电池单体20可以是一个、也可以是多个。若电池单体20为多个，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。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，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。也可以是所有电池单体20之间直接串联或并联或混联在一起，再将所有电池单体20构成的整体容纳于箱体10内。
在一些实施例中，电池100还可以包括汇流部件，多个电池单体20之间可通过汇流部件实现电连接，以实现多个电池单体20的串联或并联或混联。汇流部件可以是金属导体，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金等。
请参照图3，图3为本申请一些实施例提供的电池单体20的爆炸图，电池单体20包括壳体21、电极组件22和端盖23。
壳体21是用于容纳电极组件22的部件，壳体21可以是一端形成开口的空心结构，壳体21可以是相对的两端形成开口的空心结构。壳体21可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。壳体21的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、钢、铝合金等。
电极组件22是电池单体20中发生电化学反应的部件。电极组件22可以包括正极极片、负极极片和隔离膜224。正极极片可以包括正极集流体和涂覆于正极集流体相对的两侧的正极活性物质层。负极极片可以包括负极集流体和涂覆于负极集流体相对的两侧的负极活性物质层。电极组件22具有正极极耳和负极极耳，正极极耳可以是正极极片上未涂覆正极活性物质层的部分，负极极耳可以是负极极片上未涂覆负极活性物质层的部分。
端盖23是盖合于壳体21的开口以将电池单体20的内部环境与外部环境隔绝的部件。端盖23的形状可以与壳体21的形状相适配，比如，端盖23为与壳体21相适配的矩形板状结构，再如，壳体21为圆柱体结构，端盖23为与壳体21相适配的圆形板状结构。端盖23的材质也可以是多种，比如，铜、铁、铝、钢、铝合金等。
在电池单体20中，端盖23可以是一个，也可以是两个。若壳体21为一端形成开口的空心结构，端盖23可以对应设置一个；若壳体21为两端形成开口的空心结构，端盖23可以对应设置为两个，两个端盖23分别盖合于壳体21的两端的开口。
端盖23上可以设置电极端子24，电极端子24用于与电极组件22的极耳电连接，以输出电池单体20的电能。电极端子24与电极组件22的极耳可以直接连接，也可以间接连接。
如图3所示，以电池单体20中设有两个端盖23为例，两个端盖23上均设有电极端子24，一个端盖23上的电极端子24为正极电极端子，另一个端盖23上的电极端子24为负极电极端子。正极电极端子通过一个集流构件25与正极极耳电连接，负极电极端子通过另一个集流构件25与负极极耳电连接。
请参照图4-图6，图4为本申请一些实施例提供的电极组件22的结构示意图，图5为本申请又一些实施例提供的电极组件22的结构示意图，图6为本申请再一些实施例提供的电极组件22的结构示意图，本申请实施例提供一种电极组件22，其包括极性相反的第一极片221和第二极片222，第一极片221和第二极片222层叠布置并沿卷绕方向X卷绕形成卷绕结构。
第一极片221具有第一卷绕起始端2215，第一极片221包括沿卷绕方向X连续布置的第一段2211和第二段2212，第一段2211从第一卷绕起始端2215沿卷绕方向X卷绕形成内圈层2213，第二段2212从其与第一段2211相连位置2212a沿卷绕方向X卷绕形成外圈层2214，外圈层2214位于内圈层2213的外侧。其中，第一段2211设置有加强部223，加强部223沿卷绕方向X卷绕至相连位置2212a，加强部223用于加强第一段2211。
第一极片221和第二极片222两者极性相反，可理解的，第一极片221和第二极片222两者中的一者为正极极片，另一者为负极极片。第一极片221可以是正极极片，也可以是负极极片。示例性的，在图4-图6中，第一极片221为负极极片。
电极组件22还可以包括隔离膜224，隔离膜224用于隔离第一极片221和第二极片222。可理解的，在电极组件22中设置有隔离膜224的情况下，第一极片221、隔离膜224和第二极片222依次层叠并沿卷绕方向X卷绕形成卷绕式电极组件。
卷绕方向X为第一极片221和第二极片222从内向外周向卷绕的方向。在图4-图6中，卷绕方向X为顺时针方向。
第一卷绕起始端2215为第一极片221靠近电极组件22的中心位置的一端。第一极片221还具有第一卷绕收尾端2216，第一极片221沿卷绕方向X从第一卷绕起始端2215延伸至第一卷绕收尾端2216。第一段2211与第二段2212交界位置形成相连位置2212a，第一段2211从第一卷绕起始端2215沿卷绕方向X延伸至相连位置2212a，第二段2212从相连位置2212a沿卷绕方向X延伸至第一卷绕收尾端2216。第一段2211从第一卷绕起始端2215沿卷绕方向X卷绕形成内圈层2213，内圈层2213至少具有一圈第一极片221，第一段2211从第一卷绕起始端2215沿卷绕方向X每卷绕360°则形成内圈层2213的一圈第一极片221。第二段2212从其与第一段2211相连位置2212a沿卷绕方向X卷绕形成外圈层2214，外圈层2214至少具有一圈第一极片221，第二段2212从相连位置2212a沿卷绕方向X每卷绕360°则形成外圈层2214的一圈第一极片221。示例性的，外圈层2214的圈数大于内圈层2213的圈数。比如，外圈层2214的圈数是内圈层2213的圈数的2倍及以上。
加强部223沿卷绕方向X卷绕至第一段2211与第二段2212的相连位置2212a，可理解的，加强部223沿卷绕方向X的末端与相连位置2212a对齐。加强部223用于加强第一段2211，使得第一段2211和加强部223的整体的抗变形能力大于第二段2212的抗变形能力，以达到增强内圈层2213的抗变形能力的目的。加强部223可以设置于第一段2211的内表面，也可以设置于第一段2211的外表面，也可以设置于第一段2211的集流体与活性物质层之间。
在本申请实施例中，第一极片221的第一段2211设有加强部223，加强部223对第一段2211起到加强作用，从而增强第一段2211的抗变形能力，使得第一极片221的内圈层2213形成较强的自支撑结构，增强了内圈层2213的抗变形能力，降低电极组件22中心塌陷变形的风险，从而有效降低析锂，提高电池单体20的使用寿命。
在一些实施例中，请参照图4，加强部223部分超出第一卷绕起始端2215。
加强部223超出第一卷绕起始端2215的部分可以卷绕布置在内圈层2213的最内圈内，以对第一段2211起到很好的支撑作用，进一步降低电极组件22中心塌陷变形的风险。
在本实施例中，由于加强部223部分超出第一卷绕起始端2215，使得加强部223覆盖整个第一段2211，加强部223在卷绕方向X上对第一段2211整段起到很好的加强作用，第一段2211整段具有很好的抗变形能力。
在一些实施例中，请参照图5，加强部223沿卷绕方向X远离相连位置2212a的一端与卷绕起始端对齐。
加强部223沿卷绕方向X远离相连位置2212a的一端即为加强部223的起始端，加强部223位于相连位置2212a的一端为末端，沿卷绕方向X，加强部223从起始端卷绕至末端，也可以理解为，加强部223从起始端沿卷绕方向X延伸至末端。
在本实施例中，由于加强部223远离相连位置2212a的一端与第一卷绕起始端2215对齐，使得加强部223覆盖整个第一段2211，加强部223在卷绕方向X上对第一段2211整段起到很好的加强作用，第一段2211整段具有很好的抗变形能力。
在一些实施例中，请参照图4和图5，第二极片222具有第二卷绕起始端2221。第一极片221包括第三段2217，第三段2217从第一卷绕起始端2215沿卷绕方向X卷绕至与第二卷绕起始端2221对齐的第一对齐位置2217a，第一对齐位置2217a与第二卷绕起始端2221相邻，且位于第二卷绕起始端2221的外侧，第一段2211形成第三段2217的至少一部分。
第二卷绕起始端2221为第二极片222靠近电极组件22的中心位置的一端。第二极片222还具有第二卷绕收尾端2222，第二极片222沿卷绕方向X从第二卷绕起始端2221延伸至第二卷绕 收尾端2222。
第一段2211形成第三段2217的至少一部分，可理解的，可以是第三段2217的一部分为第一段2211，也可以是第三段2217整体为第一段2211。若第三段2217整体为第一段2211，第一段2211和第二段2212的相连位置2212a即为第一对齐位置2217a。
示例性的，加强部223设置于第三段2217的内表面。
在本实施例中，第一段2211形成于第三段2217的至少一部分，即加强部223设置于第三段2217，由于第三段2217从第一卷绕起始端2215沿卷绕方向X卷绕至与第二卷绕起始端2221对齐的第一对齐位置2217a，第三段2217的内侧并不存在与其相对的第二极片222，加强部223设置于第三段2217，第三段2217不易对第一极片221与第二极片222之间的离子(如，锂离子)传输造成阻碍。
在一些实施例中，请参照图6，第三段2217包括超出第二卷绕起始端2221的超出段2218，超出段2218从第一卷绕起始端2215沿卷绕方向X卷绕至与第二卷绕起始端2221对齐的第二对齐位置2217b，第二对齐位置2217b与第二卷绕起始端2221相邻，且位于第二卷绕起始端2221的内侧，第一段2211形成超出段2218的至少一部分。
第一极片221和第二极片222展开且层叠布置时，第一极片221超出第二卷绕起始端2221的部分即为超出段2218。
在第三段2217中，从第二对齐位置2217b到第一对齐位置2217a形成一圈第一极片221，也就是说，第三段2217从第二对齐位置2217b沿卷绕方向X卷绕360°则到达第一对齐位置2217a。
第一段2211形成超出段2218的至少一部分，可理解的，可以是超出段2218的一部分为第一段2211，也可以是超出段2218整体为第一段2211。若超出整体为第一段2211，第一段2211和第二段2212的相连位置2212a即为第二对齐位置2217b。
在本实施例中，第一段2211形成超出段2218的至少一部分，即加强部223设置于超出段2218，由于第三段2217从第二卷绕起始端2221沿卷绕方向X卷绕至与第二卷绕起始端2221对齐的第二对齐位置2217b，超出段2218的内外侧均不存在于其相对的第二极片222，加强部223设置于超出段2218，进一步降低加强部223对第一极片221与第二极片222之间的离子传输造成的影响。此外，由于第一段2211形成超出段2218的至少一部分，使得第一段2211形成的内圈层2213中的各圈直径较小，使得电极组件22中心更难塌陷。
在一些实施例中，请继续参照图4-图6，加强部223沿卷绕方向X卷绕至少1圈。
加强部223从其起始端沿卷绕方向X每卷绕360°则形成一圈。
在本实施例中，加强部223沿卷绕方向X卷绕至少1圈，使得加强部223对第一段2211起到很好的加强作用，使得第一段2211具有很好的抗变形能力。
在一些实施例中，加强部223沿卷绕方向X卷绕1-5圈。
加强部223的卷绕圈数可以等于或大于第一段2211的卷绕圈数。比如，加强部223的卷绕圈数和第一段2211的卷绕圈数均为1.5圈。
在加强部223部分超出第一卷绕起始端2215的实施例中，加强部223的卷绕圈数可以大于第一段2211的卷绕圈数，比如，第一段2211的卷绕圈数为2圈，加强部223的卷绕圈数为3圈，其中，加强部223超出第一卷绕起始端2215的部分在内圈层2213的最内圈内卷绕1圈。
在本实施例中，加强部223沿卷绕方向X卷绕1-5圈，既对第一段2211起到很好的加强作用，又使得加强部223沿卷绕方向X的长度不会过长，减少加强占用的空间，减少加强部223对电池单体20的能量密度的影响。
在一些实施例中，请参照图7和图8，图7为本申请一些实施例提供的第一极片221展开后的结构示意图，图8为本申请另一些实施例提供的第一极片221展开后的结构示意图，第一极片 221包括第一集流体221a和第一活性物质层221b，第一活性物质层221b设置于第一集流体221a在厚度方向Z上的表面，第一集流体221a在厚度方向Z上的至少一侧设置有加强部223。请参照图7，加强部223设置于第一段2211的第一活性物质层221b背离第一集流体221a的一侧；或，请参照图8，加强部223设置于第一段2211的第一活性物质层221b与第一集流体221a之间。
第一集流体221a在厚度方向Z上的至少一侧设置有加强部223，可以是第一集流体221a在厚度方向Z上的一侧设置有加强部223，也可以是第一集流体221a在厚度方向Z上的两侧均设置有加强部223。在图7和图8中，第一集流体221a在厚度方向Z上的两侧均设置有加强部223。
示例性的，第一段2211的第一活性物质层221b的厚度与第二段2212的第一活性物质层221b的厚度相等。
在本实施例中，若加强部223设置于第一段2211的第一活性物质层221b背离第一集流体221a的一侧，加强部223位于第一段2211的表层，便于将加强部223布置于第一段2211。若加强部223设置于第一段2211的第一活性物质层221b与第一集流体221a之间，加强部223不易对第一活性物质层221b离子的传输造成阻碍。
在一些实施例中，请继续参照图7，加强部223为设置于第一段2211的第一活性物质层221b背离第一集流体221a的表面的胶层2231。
胶层2231可以是由涂于第一活性物质层221b的表面的胶水凝固后形成的固体层，也可以是粘贴于第一活性物质层221b的表面的胶带、胶条等。
在本实施例中，加强部223为胶层2231，便于将其布置于第一活性物质层221b的表面。胶层2231粘接于第一活性物质层221b的表面，不易与第一活性物质层221b分离，加强部223对第一段2211始终起到很好的加强作用。
需要说明的是，在加强层设置于第一段2211的第一活性物质层221b与第一集流体221a之间的实施例中，加强层也可以是胶层2231。
在一些实施例中，请参照图9，图9为本申请又一些实施例提供的第一极片221展开后的结构示意图，加强部223为涂覆于第一段2211的第一活性物质层221b的第二活性物质层2232。第二活性物质层2232与第一段2211的第一活性物质层221b的总厚度大于第二段2212的第一活性物质层221b的厚度。
第二活性物质层2232和第一活性物质层221b的材质可以相同，也可以不同。若第二活性物质层2232和第一活性物质层221b的材质相同，加强部223可以视为第一极片221在第一段2211区域的活性物质层超出第二段2212区域的活性物质层的部分。
需要说明的是，第二活性物质层2232和第一活性物质层221b的材质相同，是指的第二活性物质层2232和第一活性物质层221b两者的成分相同，且各成分所占的比例也相同。
在本实施例中，通过第二活性物质层2232与第一段2211的第一活性物质层221b的总厚度大于第二段2212的第一活性物质层221b的厚度的方式，来对第一段2211进行加强，实现方式简单，具有很好的经济性。第二活性物质层2232涂覆于第一活性物质层221b，第二活性物质层2232与第一活性物质层221b具有很好的整体性，使得第一段2211具有很好的抗变形能力。
在一些实施例中，加强部223的硬度大于第一段2211的第一活性物质层221b的硬度。
以加强部223为胶层2231，且胶层2231由胶水凝固为例，胶水凝固后形成的胶层2231的硬度大于第一段2211的第一活性物质层221b的硬度。
需要说明的是，在第二活性物质层2232为加强部223的实施例中，由于加强部223的硬度大于第一段2211的第一活性物质层221b的硬度，第二活性物质层2232的材质可以与第一活性物质层221b的材质不同，通过不同材质的活性物质层来实现硬度的不同。
在本实施例中，由于加强部223的硬度大于第一段2211的第一活性物质层221b的硬度，加强部223较第一活性物质层221b具有更好的抗变形能力，加强部223对第一段2211起到很好的 加强作用，以增强第一段2211的抗变形能力。
在一些实施例中，请参照图10，图10为本申请再一些实施例提供的第一极片221展开后的结构示意图，第一极片221包括第一集流体221a和第一活性物质层221b，第一活性物质层221b设置于第一集流体221a在厚度方向Z上的表面。第一段2211的第一集流体221a未设置第一活性物质层221b，第一段2211的第一集流体221a在厚度方向Z上的表面设置有加强部223，加强部223的硬度大于第二段2212的第一活性物质层221b的硬度。
可理解的，在本实施例中，第二段2212的第一集流体221a在厚度方向Z上的表面设置有第一活性物质层221b，而第一段2211的第一集流体221a在厚度方向Z上的表面并未设置第一活性物质层221b。
在本实施例中，加强部223也可以是胶层2231，当然，胶层2231可以是由涂于第一集流体221a的表面的胶水凝固后形成的固体层，也可以是粘贴于第一集流体221a的表面的胶带、胶条等。
在本实施例中，加强部223对第一段2211的第一集流体221a起到加强作用，加强部223的硬度大于第二段2212的第一活性物质层221b的硬度，使得加强部223与第一段2211的第一集流体221a整体的抗变形能力强于第二段2212的抗弯变形能力，以达到增强内圈层2213的抗变形能力的目的。
在一些实施例中，请参照图11，图11为本申请的另一些实施例提供的电极组件22的结构示意图，电极组件22还包括防护件225，防护件225设置于第一极片221并与第一极片221层叠设置。第一极片221还具有第一卷绕收尾端2216，沿卷绕方向X，防护件225的一端与第一卷绕收尾端2216对齐或防护件225部分超出第一卷绕收尾端2216。
示例性的，在图11中，沿卷绕方向X，防护件225部分超出第一卷绕收尾端2216，防护件225设置于第一极片221的内表面。防护件225可以是粘贴于第一极片221胶带、胶条等。
防护件225对第一极片221的第一卷绕收尾端2216起到防护作用，降低第一极片221的第一卷绕收尾端2216因存在尖锐部破坏隔离膜224，而造成短路的风险。
当然，也可以在第二极片222上设置防护件225，以防护第二极片222的第二卷绕收尾端2222。
在一些实施例中，请继续参照图11，电极组件22为圆柱结构。电极组件22大致为圆柱体，可以运用于柱形电池单体。
在一些实施例中，请参照图12，图12为本申请其他实施例提供的电极组件22的结构示意图，电极组件22包括平直区A和与平直区A相连的弯折区B。加强部223至少部分位于弯折区B。
示例性的，电极组件22具有两个弯折区B，两个弯折区B连接于平直区A的两端，加强部223沿卷绕方向X绕过两个弯折区B。
本实施例提供的电极组件22可以运用于方形电池单体。
在本实施例中，加强部223至少部分位于弯折区B内，使得第一段2211位于弯折区B内的部分具有很好的抗弯能力，降低弯折区B的极片向内塌陷的风险，有效降低析锂。
需要说明的时，在本申请实施例中，第二极片222上也可以设置加强部223，以加强第二极片222的内圈层。
本申请实施例提供一种电池单体20，包括外壳和上述任意一个实施例提供的电极组件22，外壳用于容纳电极组件22。
本申请实施例提供一种电池100，包括箱体10和上述任意一个实施例提供的电池单体20，箱体10用于容纳电池单体20。
本申请实施例提供一种用电设备，包括上述任意一个实施例提供的电池100。
用电设备可以是上述任一应用电池100的设备。
此外，请参照图4，本申请实施例提供一种圆柱电极组件，且包括正极极片、负极极片和隔离膜224，正极极片、隔离膜224和负极极片依次层叠并沿卷绕方向X卷绕形成卷绕式电极组件。其中，负极极片具有第一卷绕起始端2215，负极极片包括沿所述卷绕方向X连续布置的第一段2211和第二段2212，第一段2211从第一卷绕起始端2215沿卷绕方向X卷绕形成内圈层2213，第二段2212从其与第一段2211相连位置2212a沿卷绕方向X卷绕形成外圈层2214，外圈层2214位于内圈层2213的外侧。其中，第一段2211设置有胶层2231，胶层2231从第一卷绕起始端2215沿卷绕方向X卷绕至相连位置2212a，胶层2231设置于第一段2211的内表面，胶层2231用于加强第一段2211。
在这样的电极组件22中，通过胶层2231对负极极片的第一段2211进行加强，使得负极极片的内圈层2213形成较强的自支撑结构，增强了负极极片内圈层2213的抗变形能力，降低电极组件22中心塌陷变形的风险，从而有效降低析锂，提高电池单体20的使用寿命。
请参照图13，图13为本申请一些实施例提供的电极组件22的制造方法的流程图，本申请实施例提供一种电极组件22的制造方法，制造方法包括：
S100：提供第一极片221和第二极片222，第一极片221与第二极片222的极性相反；
S200：将第一极片221和第二极片222层叠布置后沿卷绕方向X卷绕形成卷绕结构。
其中，第一极片221具有第一卷绕起始端2215，第一极片221包括沿卷绕方向X连续布置的第一段2211和第二段2212，第一段2211从第一卷绕起始端2215沿卷绕方向X卷绕形成内圈层2213，第二段2212从其与第一段2211相连位置2212a沿卷绕方向X卷绕形成外圈层2214，外圈层2214位于内圈层2213的外侧。第一段2211设置有加强部223，加强部223沿卷绕方向X卷绕至相连位置2212a，加强部223用于加强第一段2211。
需要说明的是，通过上述实施例提供的制造方法制造的电极组件22的相关结构，可参见前述各实施例提供的电极组件22，在此不再赘述。
请参照图14，图14为图本申请一些实施例提供的电极组件22的制造设备的示意性框图，本申请实施例还提供一种电极组件22的制造设备2000，制造设备2000包括提供装置2100和组装装置2200。
提供装置2100用于提供第一极片221和第二极片222，第一极片221与第二极片222的极性相反。组装装置2200用于将第一极片221和第二极片222层叠布置后沿卷绕方向X卷绕形成卷绕结构。
其中，第一极片221具有第一卷绕起始端2215，第一极片221包括沿卷绕方向X连续布置的第一段2211和第二段2212，第一段2211从第一卷绕起始端2215沿卷绕方向X卷绕形成内圈层2213，第二段2212从其与第一段2211相连位置2212a沿卷绕方向X卷绕形成外圈层2214，外圈层2214位于内圈层2213的外侧。第一段2211设置有加强部223，加强部223沿卷绕方向X卷绕至相连位置2212a，加强部223用于加强第一段2211。
需要说明的是，通过上述实施例提供的制造设备2000制造的电极组件22的相关结构，可参见前述各实施例提供的电极组件22，在此不再赘述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，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 (19)
- 一种电极组件，所述电极组件包括极性相反的第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片层叠布置并沿卷绕方向卷绕形成卷绕结构；所述第一极片具有第一卷绕起始端，所述第一极片包括沿所述卷绕方向连续布置的第一段和第二段，所述第一段从所述第一卷绕起始端沿所述卷绕方向卷绕形成内圈层，所述第二段从其与所述第一段相连位置沿所述卷绕方向卷绕形成外圈层，所述外圈层位于所述内圈层的外侧；其中，所述第一段设置有加强部，所述加强部沿所述卷绕方向卷绕至所述相连位置，所述加强部用于加强所述第一段。
- 根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述加强部部分超出所述第一卷绕起始端；或，所述加强部沿所述卷绕方向远离所述相连位置的一端与所述第一卷绕起始端对齐。
- 根据权利要求1或2所述的电极组件，其中，所述第二极片具有第二卷绕起始端；所述第一极片包括第三段，所述第三段从所述第一卷绕起始端沿所述卷绕方向卷绕至与所述第二卷绕起始端对齐的第一对齐位置，所述第一对齐位置与所述第二卷绕起始端相邻，且位于所述第二卷绕起始端的外侧，所述第一段形成所述第三段的至少一部分。
- 根据权利要求3所述的电极组件，其中，所述第三段包括超出所述第二卷绕起始端的超出段，所述超出段从所述第一卷绕起始端沿所述卷绕方向卷绕至与所述第二卷绕起始端对齐的第二对齐位置，所述第二对齐位置与所述第二卷绕起始端相邻，且位于所述第二卷绕起始端的内侧，所述第一段形成所述超出段的至少一部分。
- 根据权利要求1-4任一项所述的电极组件，其中，所述加强部沿所述卷绕方向卷绕至少1圈。
- 根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述加强部沿所述卷绕方向卷绕1-5圈。
- 根据权利要求1-6任一项所述的电极组件，其中，所述第一极片包括第一集流体和第一活性物质层，所述第一活性物质层设置于所述第一集流体在厚度方向上的表面，所述第一集流体在厚度方向上的至少一侧设置有所述加强部；所述加强部设置于所述第一段的所述第一活性物质层背离所述第一集流体的一侧；或，所述加强部设置于所述第一段的所述第一活性物质层与所述第一集流体之间。
- 根据权利要求7所述的电极组件，其中，所述加强部为设置于所述第一段的所述第一活性物质层背离所述第一集流体的表面的胶层。
- 根据权利要求7所述的电极组件，其中，所述加强部为涂覆于所述第一段的所述第一活性物质层的第二活性物质层；所述第二活性物质层与所述第一段的所述第一活性物质层的总厚度大于所述第二段的所述第一活性物质层的厚度。
- 根据权利要求7-9任一项所述的电极组件，其中，所述加强部的硬度大于所述第一段的所述第一活性物质层的硬度。
- 根据权利要求1-6任一项所述的电极组件，其中，所述第一极片包括第一集流体和第一活性物质层，所述第一活性物质层设置于所述第一集流体在厚度方向上的表面；所述第一段的所述第一集流体未设置所述第一活性物质层，所述第一段的所述第一集流体在厚度方向上的表面设置有所述加强部，所述加强部的硬度大于所述第二段的所述第一活性物质层的硬度。
- 根据权利要求1-11任一项所述的电极组件，其中，电极组件还包括防护件，所述防护件设置于所述第一极片并与所述第一极片层叠设置；所述第一极片还具有第一卷绕收尾端，沿所述卷绕方向，所述防护件的一端与所述第一卷绕收尾端对齐或所述防护件部分超出所述第一卷绕收尾端。
- 根据权利要求1-12任一项所述的电极组件，其中，所述电极组件为圆柱结构。
- 根据权利要求1-12任一项所述的电极组件，其中，所述电极组件包括平直区和与所述平直区相连的弯折区；所述加强部至少部分位于所述弯折区。
- 一种电池单体，包括：如权利要求1-14任一项所述的电极组件；外壳，所述外壳用于容纳所述电极组件。
- 一种电池，包括：如权利要求15所述的电池单体；箱体，所述箱体用于容纳所述电池单体。
- 一种用电设备，包括如权利要求16所述的电池。
- 一种电极组件的制造方法，所述制造方法包括：提供第一极片和第二极片，所述第一极片与所述第二极片的极性相反；将所述第一极片和所述第二极片层叠布置后沿卷绕方向卷绕形成卷绕结构；其中，所述第一极片具有第一卷绕起始端，所述第一极片包括沿所述卷绕方向连续布置的第一段和第二段，所述第一段从所述第一卷绕起始端沿所述卷绕方向卷绕形成内圈层，所述第二段从其与所述第一段相连位置沿所述卷绕方向卷绕形成外圈层，所述外圈层位于所述内圈层的外侧；所述第一段设置有加强部，所述加强部沿所述卷绕方向卷绕至所述相连位置，所述加强部用于加强所述第一段。
- 一种电极组件的制造设备，所述制造设备包括：提供装置，用于提供第一极片和第二极片，所述第一极片与所述第二极片的极性相反；组装装置，用于将所述第一极片和所述第二极片层叠布置后沿卷绕方向卷绕形成卷绕结构；其中，所述第一极片具有第一卷绕起始端，所述第一极片包括沿所述卷绕方向连续布置的第一段和第二段，所述第一段从所述第一卷绕起始端沿所述卷绕方向卷绕形成内圈层，所述第二段从其与所述第一段相连位置沿所述卷绕方向卷绕形成外圈层，所述外圈层位于所述内圈层的外侧；所述第一段设置有加强部，所述加强部沿所述卷绕方向卷绕至所述相连位置，所述加强部用于加强所述第一段。
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