CN116936728A - 极片、电极组件、电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供一种极片、电极组件、电池单体、电池及用电装置。极片包括：集流体(10)，具有多个第一表面(11)；和活性物质层(20)，设置在所述多个第一表面(11)中的至少一个上，并具有远离所述集流体(10)一侧的第二表面(21)；其中，在所述第二表面(21)上设有相对于所述第二表面(21)凹入的至少一个凹部(30)，所述至少一个凹部(30)形成的空腔的体积之和为第一体积V1，所述活性物质层(20)的材料体积为第二体积V2，所述第一体积V1和所述第二体积V2满足：V1:(V1+V2)＝0.1％～30％。

Description

极片、电极组件、电池单体、电池及用电装置

技术领域

本公开涉及电池技术领域，特别是涉及一种极片、电极组件、电池单体、电池及用电装置。

背景技术

可再充电电池单体，可以称为二次电池单体，是指在电池单体放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池单体。可再充电电池单体广泛用于电子设备，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。

电极组件作为构成电池单体的关键部件，可采用正负极片卷绕的方式形成。卷绕式的电极组件存在着析锂或电解液浸润性较差等影响安全性能或循环性能的问题。

发明内容

在本公开的一个方面，提供一种极片，包括：集流体，具有多个第一表面；和活性物质层，设置在所述多个第一表面中的至少一个上，并具有远离所述集流体一侧的第二表面；其中，在所述第二表面上设有相对于所述第二表面凹入的至少一个凹部，所述至少一个凹部形成的空腔的体积之和为第一体积V1，所述活性物质层的材料体积为第二体积V2，所述第一体积V1和所述第二体积V2满足：V1:(V1+V2)＝0.1％～30％。

本实施例在活性物质层的第二表面设置至少一个凹部，凹部能够存储一定量的电解液，在循环过程中不容易因电池极片膨胀将电解液过多的挤出而导致析锂，而且凹部给活性物质层自身膨胀也预留了膨胀缓冲空间，使得凹部对应的区域膨胀力不至于过大。在电池充放电过程中，凹部还能够起到引导电解液回流的导液通道作用。在此基础上通过使凹部形成的空腔的体积之和与活性物质层材料体积满足特定的数值关系，可以在提高电池的循环性能的同时，一定程度地改善活性物质层上凹部所带来的能量损失。

在一些实施例中，所述第一体积V1和所述第二体积V2满足：V1:(V1+V2)＝0.5％～5％。

通过使第一体积V1和第二体积V2满足V1:(V1+V2)＝0.5％～5％的优选范围，可以在有效地提高电池的循环性能的同时，改善活性物质层上凹部所带来的能量损失。

在一些实施例中，所述第一体积V1和所述第二体积V2满足：V1:(V1+V2)＝0.5％～3％。

通过第一体积V1和第二体积V2满足V1:(V1+V2)＝0.5％～3％的进一步优选范围，可以在更有效地提高电池的循环性能的同时，有效地改善活性物质层上凹部所带来的能量损失。

通过使第一体积V1和第二体积V2满足V1:(V1+V2)＝0.5％～5％，可以在有效地提高电池的循环性能的同时，改善活性物质层上凹部所带来的能量损失。

在一些实施例中，所述至少一个凹部的侧壁与所述第二表面的夹角θ为5°～175°。

通过将凹部的侧壁设置成与第二表面所呈夹角在5°～175°，可以在满足电解液循环需要和形成膨胀空间作用的同时，降低凹部的加工难度，降低加工成本。

在一些实施例中，所述至少一个凹部的侧壁与所述第二表面的夹角θ为30°～85°。

通过将凹部的侧壁设置成与第二表面所呈夹角在30°～85°，可以有效满足电解液循环需要和形成膨胀空间作用，更大程度地降低凹部的加工难度，降低加工成本，并且减少或避免侧壁应力集中，从而降低极片在冷压时发生活性物质掉落的风险。

在一些实施例中，所述至少一个凹部的侧壁包括平面、外凸弧面或内凹弧面。

通过将凹部的倾斜侧壁设置成包括平面或弧面，可以更有效地减少或避免侧壁的应力集中，从而降低极片在冷压时发生活性物质掉落的风险。

在一些实施例中，所述至少一个凹部的侧壁或侧壁与所述第二表面的交接位置设有微型凹凸结构。

位于凹部的侧壁或侧壁与第二表面交接位置的微型凹凸结构能够形成有助于电解液保持的效果，提高电解液浸润作用，改善电解液循环性能。

在一些实施例中，所述至少一个凹部的底面在第一方向上的宽度之和为第一宽度W1，所述活性物质层在所述第一方向上的宽度为第二宽度W2，所述第一方向为与所述集流体的长度方向垂直且平行于所述第一表面的方向，所述第一宽度W1和所述第二宽度W2满足：W1＝3μm～(2/3)*W2。

通过将凹部在垂直于集流体长度方向且平行于第一表面的第一方向上的宽度之和设定为不小于3μm且不大于活性物质层在第一方向上的宽度的2/3倍，可以在确保凹部能够保持一定的电解液量，同时减少凹部对活性物质层的能量损失的影响。

在一些实施例中，所述至少一个凹部的底面到所述第二表面的距离为第一高度H1，所述第一表面到所述第二表面的距离为第二高度H2，所述第一高度H1和所述第二高度H2满足：H1＝3μm～H2。

通过使凹部底面到第二表面的距离不小于3μm，以确保凹部对一定量电解液的存储和实现一定的膨胀缓冲空间，而该距离最大可达到第一表面和第二表面的距离，相当于凹部的底面露出或基本露出集流体，从而更大程度地提高电解液存储空间和膨胀缓冲空间，改善电池循环性能。

在一些实施例中，所述至少一个凹部沿第二方向延伸，所述第二方向为与所述集流体的长度方向平行的方向。

通过使凹部沿平行于集流体的长度方向的第二方向延伸，可使得卷绕结构在卷绕后的各层可通过凹部形成的通道实现电解液在各层间的循环回流，提高电池的循环性能。

在一些实施例中，所述至少一个凹部包括两组第一凹部，所述两组第一凹部分别位于所述第二表面邻近沿所述第二方向延伸的两个侧边的位置。

对于一些极片的卷绕结构来说，例如极耳与卷绕方向平行的方形卷绕结构，在第二表面的两个侧边分别设置两组第一凹部，能够改善这种卷绕结构在上拐角区域的电解液浸润效果，提供该区域的电解液流动通道，使得电解液能够在该区域通过第一凹部实现爬升补充，改善局部析锂和电解液浸润不足的问题，提升电池的循环性能。

在一些实施例中，所述活性物质层在第一方向上的宽度为第二宽度W2，所述第一方向为与所述集流体的长度方向垂直且平行于所述第一表面的方向，所述两组第一凹部与沿所述第二方向延伸的相邻侧边的最小距离为距离D，所述第二宽度W2和所述距离D满足：W2＝140mm～2000mm，D＝0～50mm。

对于前述在第二表面的两个侧边分别设置两组第一凹部的极片，进一步限定活性物质层在第一方向上的宽度，以及限定第一凹部距离相邻侧边的最小距离，使第一凹部能够根据实际的析锂位置进行设置，从而更大程度地改善电池局部析锂和电解液浸润不足的问题。

在一些实施例中，所述至少一个凹部包括一组第二凹部，所述一组第二凹部位于所述第二表面在所述第二方向上的中间位置。

对于一些极片的卷绕结构来说，例如圆柱结构，在第二表面的中间位置设置一组第二凹部，能够改善这种卷绕结构所存在的中间析锂问题，通过第二凹部所实现的膨胀缓冲空间改善中间位置的膨胀力集中，并通过第二凹部减少因极片膨胀而被挤出的电解液，保持一定量的电解液，并作为通道实现电解液的回流，从而改善电池的循环性能。

在一些实施例中，所述至少一个凹部还包括两组第三凹部，所述两组第三凹部分别位于所述第二表面邻近沿所述第二方向延伸的两个侧边的位置，所述一组第二凹部位于所述两组第三凹部之间。

在前述例如圆柱结构的卷绕结构来说，如果形成的圆柱电池较高，也会存在着两端电解液浸润不足的问题，因此将两组第三凹部分别设置在两个侧边，可以有效地改善中间和两端膨胀力集中、电解液浸润不足的问题，从而提升电池的循环性能。

在一些实施例中，所述一组第二凹部的底面和所述两组第三凹部的底面在第一方向上的宽度之和为第一宽度W1，所述活性物质层在第一方向上的宽度为第二宽度W2，所述第一方向为与所述集流体的长度方向垂直且平行于所述第一表面的方向，所述第一宽度W1和所述第二宽度W2满足：W2＝55mm～2000mm，W1＝3μm～(2/3)*W2。

通过将第二凹部和第三凹部的宽度之和设定为不小于3μm且不大于活性物质层在第一方向上的宽度的2/3倍，可以在确保凹部能够保持一定的电解液量，同时减少凹部对活性物质层的能量损失的影响。

在一些实施例中，所述第二表面包括沿所述第二方向划分的至少三个表面区域，所述一组第二凹部位于所述至少三个表面区域中邻近沿所述第二方向的两侧端部的两个表面区域之间的表面区域。

对于一些卷绕结构来说，例如一些圆柱电池的卷绕结构,其极片在卷绕后的中间层的膨胀力大于内侧几层和外侧几层的膨胀力，因此可将第二凹部设置在第二表面沿第二方向划分的至少三个表面区域中非两端的表面区域，通过减少在两端的表面区域的凹部设置来减少凹部对活性物质层的能量损失的影响。

在一些实施例中，所述至少一个凹部包括沿第一方向间隔排布的多个凹部。

对于一些极片的卷绕结构来说，例如极耳与卷绕方向垂直的方形卷绕结构，通过在第一方向间隔排布多个凹部，能够改善这种卷绕结构在卷绕后的各层可通过多个凹部形成的通道实现电解液在各层间的循环回流，提高电池的循环性能。

在一些实施例中，所述至少一个凹部包括沿第二方向间隔排布的多个凹部，所述第二方向为与所述集流体的长度方向平行的方向，每个凹部沿第一方向延伸，所述第一方向为与所述集流体的长度方向垂直且平行于所述第一表面的方向。

对于一些极片的卷绕结构来说，例如极耳与卷绕方向垂直的方形卷绕结构，通过在第二方向间隔排布的多个凹部，能够在卷绕后的一些膨胀力比较集中的位置(例如折弯部分等)设置凹部，从而有效地使这些位置获得膨胀缓冲空间，以消除这些部位的析锂现象。

在一些实施例中，所述多个凹部位于所述极片卷绕成的方形结构的水平区域和拐角区域中的至少一种。

当极片卷绕成方形结构时，水平区域和拐角区域的膨胀力集中程度有所不同，通过使沿第二方形间隔排布的多个凹部设置在方形结构的水平区域和拐角区域中的至少一种，可以利用凹部所实现的储液流道和膨胀缓冲空间来提升不同区域的电解液浸润性能，使电池各个部位电解液的浸润更加均衡，从而整体上提高电池性能。

在一些实施例中，所述活性物质层设置在所述多个第一表面中相反的两个第一表面，且具有分别位于远离所述两个第一表面的两个第二表面，所述至少一个凹部设置在所述两个表面中的至少一个。

对于集流体相反两侧均设置活性物质层的极片来说，凹部可以只设置在一侧的活性物质层，也可以在两侧的活性物质层均设置，这样就提高了凹部设置的适应性，满足使用上的需要，并尽量减少凹部对能量损失的影响。

在一些实施例中，所述至少一个凹部包括分别设置在所述两个表面的凹部，且分别设置在所述两个第二表面的凹部相对于所述集流体对称或不对称。

在集流体相反两个第一表面设置活性物质层，凹部可在两个第一表面的活性物质层对称设置，从而有助于降低加工难度或者使膨胀力更均衡。而使凹部在两个第一表面的活性物质层不对称设置，从而更加适应不同卷绕结构的结构，以提升电池性能。

在一些实施例中，活性物质层包括至少两层，所述至少一个凹部由在所述至少两层中的远离所述集流体一侧的至少部分层的开口形成。

凹部可以在活性物质层通过去除的方式形成，也可以通过在特定部位不涂布材料的方式来形成。相应地，可以通过多层活性物质的涂布图案形成开口，从而更加灵活地获得凹部。

在本公开的一个方面，提供一种电极组件，包括：负极极片、正极极片和设于所述负极极片和所述正极极片之间的隔膜，所述负极极片、所述隔膜和所述正极极片沿卷绕方向卷绕并形成卷绕结构，所述负极极片和正极极片中的至少一种为前述的极片。采用前述极片的电极组件具有更优的性能。

在一些实施例中，所述卷绕结构为圆柱结构、极耳与所述卷绕方向平行的第一方形结构或极耳与所述卷绕方向垂直的第二方形结构。

结合前述不同表面区域对凹部的设置，适应性地采用圆柱结构或方形结构，以提升电池性能。

在本公开的一个方面，提供一种电池单体，包括前述的电极组件。采用前述电极组件的电池单体具有更优的性能。

在本公开的一个方面，提供一种电池，包括前述的电池单体。采用前述电池单体的电池具有更优的性能。

在本公开的一个方面，提供一种用电装置，包括前述的电池。采用前述电池的用电装置具有更优的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对本公开实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，还可以根据附图获得其他的附图。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是根据本公开用电装置的一些实施例的结构示意图；

图2是根据本公开电池的一些实施例的分解结构示意图；

图3是根据本公开电极组件的一些实施例形成的卷绕结构的结构示意图；

图4是根据本公开电池的另一些实施例的分解结构示意图；

图5是根据本公开电极组件的另一些实施例形成的卷绕结构的结构示意图；

图6是本公开极片的一些实施例的立体结构示意图；

图7是本公开极片的一些实施例的截面结构示意图；

图8是本公开极片的一些实施例中凹部与活性物质层的体积关系示意图；

图9A-图12分别是本公开极片的另一些实施例的截面结构示意图；

图13A、图14A、图15A、图16A、图17A、图18A和图19A分别是本公开极片的一些实施例中凹部在活性物质层的第二表面的分布示意图；

图13B、图14B、图15B、图16B、图17B、图18B和图19B分别是图13A、图14A、图15A、图16A、图17A、图18A和图19A所示的极片形成的卷绕结构的结构示意图。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

附图标记说明：

10：集流体；100，100’：电池单体；11：第一表面；

20：活性物质层；21：第二表面；22：侧边；23：端部；24：开口；20a：第一层；20b：第二层；

30：凹部；31：侧壁；32：底面；33：第一凹部；34：第二凹部；35：第三凹部；36：微型凹凸结构；

41：第一方形结构；42：圆柱结构；43：第二方形结构；44；极耳；4A：负极极片；4B：正极极片；4C：隔膜；40A：水平区域；40B：拐角区域；

50：电池；51：箱体；52：端盖；521：电极端子；

60：车辆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本公开的原理，但不能用来限制本公开的范围，即本公开不限于所描述的实施例。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本公开和简化描述，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公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本公开的具体结构进行限定。在本公开的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

在一些相关技术中，电极组件采用正负极片卷绕的方式形成。经发明人研究发现，卷绕式的电极组件在电池充电过程中发生膨胀，而在卷绕结构的一些部位会发生膨胀力集中的情况，造成这些部位缺乏间隙而导致电解液被挤出而降低浸润性能，这些部位也难以在电池放电时实现电解液的回流。一些相关技术通过在方形的卷绕结构的不同区域射装置不同的压紧密度来克服膨胀力集中的问题，但这种方式并不能够提供膨胀空间和引导电解液回流的通道，因此对析锂的作用有限，并影响电池的循环性能。

有鉴于此，本公开实施例提供一种极片、电极组件、电池单体、电池及用电装置，能够提升电池性能。

本公开实施例的极片可适用于各类电极组件中的阳极极片、阴极极片等。电极组件可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本申请实施例对此也不限定。

本公开实施例的电极组件可适用于各类电池单体。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，本公开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。

本公开实施例的电池单体可适用于各类电池。电池可用于车辆等用电设备的供电，例如给车辆提供操控用的电源或者驱动行驶用的电源。电池可包括壳体和电池模组，壳体用于为电池模组提供容纳空间，电池模组安装在壳体内。壳体可采用金属材质。电池模组可包括串联、并联或混联的多个电池单体。电池单体为组成电池的最小单元。电池单体包括能够发生电化学反应的电极组件。

本公开实施例的电池可适用于各类使用电池的用电装置。用电装置可以是手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等，例如，航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等，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。本发明实施例对上述用电装置不做特别限制。

图1是根据本公开用电装置的一些实施例的结构示意图。为了方便，以用电装置为车辆为例进行说明。参考图1，车辆60的内部设置有电池50，电池50设置于车辆的底部或头部或尾部。电池50为车辆供电，例如，电池50作为车辆的操作电源。该电池50可作为新能源汽车、船舶、智能电器柜等装置的电源。电池50也可作为电源供给部件，给装置的各种电器元件提供所需要的电能。

图2是根据本公开电池的一些实施例的分解结构示意图。图3是根据本公开电极组件的一些实施例形成的卷绕结构的结构示意图。图4是根据本公开电池的另一些实施例的分解结构示意图。图5是根据本公开电极组件的另一些实施例形成的卷绕结构的结构示意图。

参考图2和图4，在一些实施例中，电池50包括箱体51、封盖52以及设置于箱体51中的一个或者多个电池单体100或100’。各个电池单体之间电连接，比如串联、并联或者混联，以实现所需要的电池50的电性能参数。多个电池单体成排设置，根据需要可以在箱体内设置一排或者多排电池单体。在封盖52上可设置与电池单体的阳极和阴极分别电连接的电极端子521。

在一些实施例中，电池50的各电池单体可以沿着箱体的长度方向和宽度方向中的至少一个排列。根据实际需要可设置至少一行或一列电池单体。根据需要，还可以在电池50的高度方向，也可设置一层或者多层电池单体。

在一些实施例中，多个电池单体可先串联或并联或混联组成电池模块，然后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51内。在另一些实施例中，所有电池单体直接串联或并联或混联在一起，再将所有电池单体构成的整体容纳于箱体内。

参考图2-图5，在一些实施例中，电池单体100或100’可包括壳体、端盖和电极组件。壳体具有空腔，用于容纳所述电极组件，且所述壳体的端部可被构造为敞口的，用于设置端盖组件。电极组件则被装在壳体的空腔中。电池单体100或100’除了包括电极组件、端盖和壳体，还包括电解液。

参考图3和图5，在一些实施例中，电极组件包括：第一极片4A、第二极片4B和设于所述第一极片4A和所述第二极片4B之间的隔膜4C。所述第一极片4A、所述隔膜4C和所述第二极片4B沿卷绕方向r卷绕并形成卷绕结构。图3所示的卷绕结构41或43在卷绕后被压制成方形结构，其具有居中的水平区域40A和位于水平区域40A左右两侧的拐角区域40B。相应地，包括该电极组件的电池单体所采用的壳体为方壳结构。图5所示的卷绕结构42在卷绕后形成圆柱结构(例如中空圆柱结构)。相应地，包括该电极组件的电池单体所采用的壳体为圆柱壳体结构。

电池单体100或100’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。隔膜4C的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。

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。

图6是本公开极片的一些实施例的立体结构示意图。图7是本公开极片的一些实施例的截面结构示意图。图8是本公开极片的一些实施例中凹部与活性物质层的体积关系示意图。参考图6-图8，本公开实施例提供一种极片，包括：集流体10和活性物质层20。集流体10具有多个第一表面11。活性物质层20设置在所述多个第一表面11中的至少一个上，并具有远离所述集流体10一侧的第二表面21。在所述第二表面21上设有相对于所述第二表面21凹入的至少一个凹部30。

在活性物质层的第二表面设置至少一个凹部，凹部能够存储一定量的电解液，在循环过程中不容易因电池极片膨胀将电解液过多的挤出而导致析锂，而且凹部给活性物质层自身膨胀也预留了膨胀缓冲空间，使得凹部对应的区域的膨胀力不至于过大。并且，在电池充放电过程中，凹部还能够起到引导电解液回流的导液通道作用，从而提升电池的循环性能。

参考图8，所述至少一个凹部30形成的空腔的体积之和为第一体积V1，所述活性物质层20的材料体积为第二体积V2，所述第一体积V1和所述第二体积V2满足：V1:(V1+V2)＝0.1％～30％。

举例来说，在图8中，画有斜剖面线的三个区域分别对应了三个凹部，这里通过v1、v2和v3示意了这三个凹部各自形成空腔的体积，因此第一体积V1＝v1+v2+v3。而三个凹部中的两个凹部位于图中集流体上侧的活性物质层的第二表面，一个凹部位于图中集流体下侧的活性物质层的第二表面，上侧活性物质层的材料体积为v4，下侧活性物质层的材料体积为v5，因此第二体积V2＝v4+v5。V1:(V1+V2)相当于所有凹部的体积在未设置凹部的活性物质层的总体积中的占比。

由于凹部的设置相当于减少了活性物质层的材料，当凹部的体积占比越高，则活性物质层的能量损失也相应地更高。本实施例将第一体积V1和所述第二体积V2设置为满足：V1:(V1+V2)＝0.1％～30％，可以在提高电池的循环性能的同时，一定程度地改善活性物质层上凹部所带来的能量损失。

在一些实施例中，所述第一体积V1和所述第二体积V2满足：V1:(V1+V2)＝0.5％～5％。相比于前一实施例，本实施例进一步限定V1:(V1+V2)的最大值不超过5％，这样可以尽量降低凹部对活性物质层减少所带来的能量损失，并且可以有效地提高电池的循环性能。

进一步地，所述第一体积V1和所述第二体积V2可以优选地满足：V1:(V1+V2)＝0.5％～3％。通过这个优选范围可以在更有效地提高电池的循环性能的同时，有效地改善活性物质层上凹部所带来的能量损失。

参考图7，在一些实施例中，所述至少一个凹部30的侧壁31与所述第二表面21的夹角θ为5°～175°。凹部的侧壁和底面共同围成可容纳电解液的空腔结构，凹部侧壁与第二表面过大或过小的夹角一定程度上影响凹部所实现的作用以及凹部的加工难度。通过使该夹角为5°～175°，可以在满足电解液循环需要和形成膨胀空间作用的同时，降低凹部的加工难度，降低加工成本。

在一些实施例中，所述至少一个凹部30的侧壁31与所述第二表面21的夹角θ为30°～85°。通过将凹部的侧壁设置成与第二表面所呈夹角在30°～85°，可以有效满足电解液循环需要和形成膨胀空间作用，更大程度地降低凹部的加工难度，降低加工成本，并且减少或避免侧壁应力集中，从而降低极片在冷压时发生活性物质掉落的风险。

参考图6和图7，在一些实施例中，所述至少一个凹部30的底面32在第一方向x上的宽度之和为第一宽度W1，所述活性物质层20在所述第一方向x上的宽度为第二宽度W2。所述第一方向x为与所述集流体10的长度方向垂直且平行于所述第一表面11的方向，所述第一宽度W1和所述第二宽度W2满足：W1＝3μm～(2/3)*W2。

通过将凹部在垂直于集流体长度方向且平行于第一表面的第一方向上的宽度之和设定为不小于3μm且不大于活性物质层在第一方向上的宽度的2/3倍，可以在确保凹部能够保持一定的电解液量，同时减少凹部对活性物质层的能量损失的影响。

同样参考图6和图7，在一些实施例中，所述至少一个凹部30的底面32到所述第二表面21的距离为第一高度H1，所述第一表面11到所述第二表面21的距离为第二高度H2，所述第一高度H1和所述第二高度H2满足：H1＝3μm～H2。

通过使凹部底面到第二表面的距离不小于3μm，以确保凹部对一定量电解液的存储和实现一定的膨胀缓冲空间，而该距离最大可达到第一表面和第二表面的距离，相当于凹部的底面露出或基本露出集流体，从而更大程度地提高电解液存储空间和膨胀缓冲空间，改善电池循环性能。

图9A-图12分别是本公开极片的另一些实施例的截面结构示意图。参考图7和图9A-图9C，在一些实施例中，所述至少一个凹部30的侧壁31包括平面。参考图10，在一些实施例中，所述至少一个凹部30的侧壁31包括内凹弧面。参考图11，在一些实施例中，所述至少一个凹部30的侧壁31包括外凸弧面。在另一些实施例中，至少一个凹部30的侧壁可以为平面、内凹弧面和外凸弧面中任两种或三种的组合，也可以为呈不同角度的平面之间或不同曲率的内凹弧面或外凸弧面之间的组合。通过将凹部的倾斜侧壁设置成包括平面或弧面，可以更有效地减少或避免侧壁的应力集中，从而降低极片在冷压时发生活性物质掉落的风险。

参考图7-图9C，所述活性物质层20设置在所述多个第一表面11中相反的两个第一表面11，且具有分别位于远离所述两个第一表面11的两个第二表面21。至少一个凹部30设置在所述两个表面21中的至少一个。例如图9A中凹部30可以仅设置在集流体一侧的活性物质层的第二表面。又例如图7和图8，至少一个凹部30包括分别设置在所述两个表面21的凹部30。参考图7，分别设置在所述两个第二表面21的凹部30可以相对于所述集流体10对称，这样有助于降低加工难度或者使膨胀力更均衡。

参考图8，在另一些实施例中，分别设置在所述两个第二表面21的凹部30可以相对于所述集流体不对称，这样可以适应不同卷绕结构的结构，以提升电池性能。

凹部在活性物质层的第二表面上的加工可以是在形成活性物质层后通过激光或化学刻蚀等方式形成，也可通过其他方式形成。在一些实施例中，活性物质层20包括至少两层，所述至少一个凹部30由在所述至少两层中的远离所述集流体10一侧的至少部分层的开口形成。

例如参考图9B，活性物质层包括至少两层，例如图9B中的第一层20a和第二层20b，第一层20a形成在集流体10的第一表面上，而形成在第一层20a远离集流体10一侧的表面的第二层20b上可具有开口24。开口24与从开口24露出的第一层20a的表面形成凹部30。

参考图9C，在一些实施例中，活性物质层在涂布时可以对凹部对应的区域不涂布，从而在凹部的底面可以露出集流体。这样可以更大程度地提高电解液存储空间和膨胀缓冲空间，改善电池循环性能。

参考图12，在一些实施例中，所述至少一个凹部30的侧壁31或侧壁31与所述第二表面21的交接位置设有微型凹凸结构36。微型凹凸结构的凹凸深度(例如0.01～0.3μm)一般远小于凹部的深度。位于凹部的侧壁或侧壁与第二表面交接位置的微型凹凸结构能够形成有助于电解液保持的效果，提高电解液浸润作用，改善电解液循环性能。

图13A、图14A、图15A、图16A、图17A、图18A和图19A分别是本公开极片的一些实施例中凹部在活性物质层的第二表面的分布示意图。图13B、图14B、图15B、图16B、图17B、图18B和图19B分别是图13A、图14A、图15A、图16A、图17A、图18A和图19A所示的极片形成的卷绕结构的结构示意图。

参考图13A、图14A、图15A、图16A、图17A和图18A，在一些实施例中，所述至少一个凹部30沿第二方向y延伸，所述第二方向y为与所述集流体10的长度方向平行的方向。通过使凹部沿平行于集流体的长度方向的第二方向延伸，可使得卷绕结构在卷绕后的各层可通过凹部形成的通道实现电解液在各层间的循环回流，提高电池的循环性能。

极片的不同卷绕结构在充电膨胀时膨胀力的集中部位有所区别，电解液对各个部位的浸润程度也有所区别。因此对于不同的极片卷绕结构，本公开提供了不同的实施例来提升电池的循环性能。

参考图13A和图13B，在一些实施例中，所述至少一个凹部30包括两组第一凹部33，所述两组第一凹部33分别位于所述第二表面21邻近沿所述第二方向y延伸的两个侧边22的位置。这里的每组第一凹部可以包括一个或多个细长形并沿第二方向y延伸的第一凹部。

图13B是图13A所示的极片作为阴极极片和阳极极片中的至少一种沿第二方向y卷绕形成后的卷绕结构。这种卷绕结构为极耳44与卷绕方向y平行的第一方形结构41。极耳44分别在该卷绕结构的左右两端伸出。通过第一方形结构41形成的方形电池单体沿z轴竖直放置，其左右两侧为折弯部分，通常电解液的浸润效果较差。通过在两个侧边分别设置两组第一凹部，能够改善这种卷绕结构在上拐角区域的电解液浸润效果，提供该区域的电解液流动通道，使得电解液能够在该区域通过第一凹部实现爬升补充，改善局部析锂和电解液浸润不足的问题，提升电池的循环性能。

参考图7和图13A，在一些实施例中，所述活性物质层20在第一方向x上的宽度为第二宽度W2，所述第一方向x为与所述集流体10的长度方向垂直且平行于所述第一表面11的方向，所述两组第一凹部33与沿所述第二方向y延伸的相邻侧边22的最小距离为距离D，所述第二宽度W2和所述距离D满足：W2＝140mm～2000mm，D＝0～50mm。

对于前述在第二表面的两个侧边分别设置两组第一凹部的极片，进一步限定活性物质层在第一方向上的宽度范围，以及限定第一凹部距离相邻侧边的最小距离为0到50mm，使得第一凹部能够根据实际的析锂位置进行设置，从而更大程度地改善电池局部析锂和电解液浸润不足的问题。

参考图14A和图14B，在一些实施例中，所述至少一个凹部30包括一组第二凹部34，所述一组第二凹部34位于所述第二表面21在所述第二方向y上的中间位置。这里的每组第二凹部可以包括一个或多个细长形并沿第二方向y延伸的第二凹部。

图14B是图14A所示的极片作为阴极极片和阳极极片中的至少一种沿第二方向y卷绕形成后的卷绕结构。这种卷绕结构为圆柱结构42(例如中空圆柱结构)。极耳44分别在该卷绕结构的上下两端伸出。通过圆柱结构42形成的圆柱形电池单体沿z轴竖直放置，在其z轴方向的中部膨胀力比较集中，在电池充电时容易因膨胀而将电解液挤出，从而降低该部位的电解液浸润程度。通过在第二表面的中间位置设置一组第二凹部，能够改善这种卷绕结构所存在的中间析锂问题，通过第二凹部所实现的膨胀缓冲空间改善中间位置的膨胀力集中，并通过第二凹部减少因极片膨胀而被挤出的电解液，保持一定量的电解液，并作为通道实现电解液的回流，从而改善电池的循环性能。

参考图15A和图15B，相比于图14A和图14B，在一些实施例中，所述至少一个凹部30还包括两组第三凹部35，所述两组第三凹部35分别位于所述第二表面21邻近沿所述第二方向y延伸的两个侧边22的位置，所述一组第二凹部34位于所述两组第三凹部35之间。这里的每组第三凹部可以包括一个或多个细长形并沿第二方向y延伸的第三凹部。

图15B是图15A所示的极片作为阴极极片和阳极极片中的至少一种沿第二方向y卷绕形成后的卷绕结构。这种卷绕结构为圆柱结构42(例如中空圆柱结构)。通过圆柱结构42形成的圆柱形电池单体沿z轴竖直放置，在其z轴方向的中部膨胀力比较集中，并且在形成的圆柱电池较高时，也会存在着两端电解液浸润不足的问题，因此将两组第三凹部分别设置在两个侧边，可以有效地改善中间和两端膨胀力集中、电解液浸润不足的问题，从而提升电池的循环性能。

参考图7和图15A，所述一组第二凹部34的底面32和所述两组第三凹部35的底面在第一方向x上的宽度之和为第一宽度W1，所述活性物质层20在第一方向x上的宽度为第二宽度W2，所述第一方向x为与所述集流体10的长度方向垂直且平行于所述第一表面11的方向，所述第一宽度W1和所述第二宽度W2满足：W2＝55mm～2000mm，W1＝3μm～(2/3)*W2。

通过将第二凹部和第三凹部的宽度之和设定为不小于0.5mm且不大于活性物质层在第一方向上的宽度的2/3倍，可以在确保凹部能够保持一定的电解液量，同时减少凹部对活性物质层的能量损失的影响。

参考图16A和图16B，在一些实施例中，所述第二表面21包括沿所述第二方向y划分的至少三个表面区域，所述一组第二凹部34位于所述至少三个表面区域中邻近沿所述第二方向y的两侧端部23的两个表面区域之间的表面区域。

图16B是图16A所示的极片作为阴极极片和阳极极片中的至少一种沿第二方向y卷绕形成后的卷绕结构。这种卷绕结构为圆柱结构42(例如中空圆柱结构)。通过圆柱结构42形成的圆柱形电池单体沿z轴竖直放置，对于内部中空的圆柱结构来说，内部膨胀力较小，而靠外极片卷绕层的膨胀力也较小，因此膨胀力主要集中在中间的极片卷绕层。通过将第二凹部设置在膨胀力相对集中的非两端的表面区域，在两端的表面区域可以不设置凹部，这样不仅可使得卷绕结构内外各层的膨胀力均衡，也可以减少因设置较多的凹部对活性物质层的能量损失的不利影响。

在另一些实施例中，所述两组第三凹部35也可以位于所述至少三个表面区域中邻近沿所述第二方向y的两侧端部23的两个表面区域之间的表面区域。

参考图18A和图18B，在一些实施例中，所述至少一个凹部30包括沿第一方向x间隔排布的多个凹部30。参考图17A和图17B，在另一些实施例中，所述至少一个凹部可以包括在第一方向上只设置一个凹部30。

图17B和图18B分别为图17A和图18A所示的极片作为阴极极片和阳极极片中的至少一种沿第二方向y卷绕形成后的卷绕结构。这种卷绕结构为极耳44与所述卷绕方向y垂直的第二方形结构43。极耳44分别在该卷绕结构的上侧伸出。通过第二方形结构43形成的方形电池单体沿z轴竖直放置。通过在第一方向间隔排布多个凹部，能够改善这种卷绕结构在卷绕后的各层可通过多个凹部形成的通道实现电解液在各层间的循环回流，提高电池的循环性能。

考虑到这种第二方形结构在其左右两侧的折弯部分膨胀力比较集中，在电池充电时容易因膨胀而将电解液挤出，从而降低该部位的电解液浸润程度，因此参考图19A和图19B，在一些实施例中，所述至少一个凹部30包括沿第二方向y间隔排布的多个凹部30，所述第二方向y为与所述集流体10的长度方向平行的方向，每个凹部30沿第一方向x延伸，所述第一方向x为与所述集流体10的长度方向垂直且平行于所述第一表面11的方向。

图19B为图19A所示的极片作为阴极极片和阳极极片中的至少一种沿第二方向y卷绕形成后的卷绕结构。这种卷绕结构为极耳44与所述卷绕方向y垂直的第二方形结构43。极耳44分别在该卷绕结构的上侧伸出。这种第二方形结构的两端折弯部分存在着膨胀力比较集中的情况，通过在这些位置对应的各层设置凹部，有效地使这些位置获得膨胀缓冲空间，以消除这些部位的析锂现象。

参考图19B和图3，在一些实施例中，多个凹部可以位于所述极片卷绕成的方形结构的水平区域40A和拐角区域40B中的至少一种。例如在图19B中，部分凹部位于水平区域40A邻近拐角区域40B的位置。又例如凹部可以均设置在拐角区域40B，以便有效地提升拐角区域的电解液浸润效果。或者凹部部分设置在拐角区域40B，部分设置在水平区域40A，这样可使整体卷绕结构各部位的膨胀力更加均匀，也降低加工和卷绕难度。

位于卷绕结构中不同层的凹部的宽度可以相同或不同。例如在拐角区域40B所对应的极片各层中的凹部宽度从内到外递增，以匹配从内到外拐角区域尺寸逐渐增加的趋势。凹部也可以适当地设置在水平区域40A邻近拐角区域40B的位置(例如偏离拐角区域与水平区域划分线1～12mm的位置)。极片比较靠内的层也可不设置凹部。

又例如在拐角区域40B所对应的极片各层中的凹部宽度均相等，其中位于极片最外层的凹部可以与拐角区域40基本重合，相应地极片比较靠内的几层的凹部则除了覆盖拐角区域40B还会覆盖部分水平区域40A。

上述极片的各个实施例可应用于各类电极组件。参考图3和图5，本公开提供一种电极组件，包括：负极极片4A、正极极片4B和设于所述负极极片4A和所述正极极片4B之间的隔膜4C，所述负极极片4A、所述隔膜4C和所述正极极片4B沿卷绕方向卷绕并形成卷绕结构，所述负极极片4A和正极极片4B中的至少一种为前述任一极片的实施例。

在上述各实施例中，所述卷绕结构可以为圆柱结构42(例如中空圆柱结构)、极耳与所述卷绕方向平行的第一方形结构41或极耳与所述卷绕方向垂直的第二方形结构43。结合前述不同表面区域对凹部的设置，适应性地采用圆柱结构或方形结构，可以有效地提升电池性能。

在本公开的一个方面，提供一种电池单体，包括前述的电极组件。采用前述的电极组件的电池单体具有更优的性能，例如提升电池循环性能，减少能量损失。

在本公开的一个方面，提供一种电池，包括前述的电池单体。采用前述的电池单体的电池具有更优的性能，可以提升电池循环性能，减少能量损失。

在本公开的一个方面，提供一种用电装置，包括前述的电池。采用前述的电池的用电设备具有更优的性能，更加省电，可靠性更强。

虽然已经参考优选实施例对本公开进行了描述，但在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。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。本公开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 (27)

1.一种极片，包括：

集流体(10)，具有多个第一表面(11)；和

活性物质层(20)，设置在所述多个第一表面(11)中的至少一个上，并具有远离所述集流体(10)一侧的第二表面(21)；

其中，在所述第二表面(21)上设有相对于所述第二表面(21)凹入的至少一个凹部(30)，所述至少一个凹部(30)形成的空腔的体积之和为第一体积V1，所述活性物质层(20)的材料体积为第二体积V2，所述第一体积V1和所述第二体积V2满足：V1:(V1+V2)＝0.1％～30％。

2.根据权利要求1所述的极片，其中，所述第一体积V1和所述第二体积V2满足：V1:(V1+V2)＝0.5％～5％。

3.根据权利要求2所述的极片，其中，所述第一体积V1和所述第二体积V2满足：V1:(V1+V2)＝0.5％～3％。

4.根据权利要求1所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)的侧壁(31)与所述第二表面(21)的夹角θ为5°～175°。

5.根据权利要求4所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)的侧壁(31)与所述第二表面(21)的夹角θ为30°～85°。

6.根据权利要求5所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)的侧壁(31)包括平面、外凸弧面或内凹弧面。

7.根据权利要求1所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)的侧壁(31)或侧壁(31)与所述第二表面(21)的交接位置设有微型凹凸结构(36)。

8.根据权利要求1所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)的底面(32)在第一方向(x)上的宽度之和为第一宽度W1，所述活性物质层(20)在所述第一方向(x)上的宽度为第二宽度W2，所述第一方向(x)为与所述集流体(10)的长度方向垂直且平行于所述第一表面(11)的方向，所述第一宽度W1和所述第二宽度W2满足：W1＝3μm～(2/3)*W2。

9.根据权利要求1所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)的底面(32)到所述第二表面(21)的距离为第一高度H1，所述第一表面(11)到所述第二表面(21)的距离为第二高度H2，所述第一高度H1和所述第二高度H2满足：H1＝3μm～H2。

10.根据权利要求1所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)沿第二方向(y)延伸，所述第二方向(y)为与所述集流体(10)的长度方向平行的方向。

11.根据权利要求10所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)包括两组第一凹部(33)，所述两组第一凹部(33)分别位于所述第二表面(21)邻近沿所述第二方向(y)延伸的两个侧边(22)的位置。

12.根据权利要求11所述的极片，其中，所述活性物质层(20)在第一方向(x)上的宽度为第二宽度W2，所述第一方向(x)为与所述集流体(10)的长度方向垂直且平行于所述第一表面(11)的方向，所述两组第一凹部(33)与沿所述第二方向(y)延伸的相邻侧边(22)的最小距离为距离D，所述第二宽度W2和所述距离D满足：W2＝140mm～2000mm，D＝0～50mm。

13.根据权利要求10所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)包括一组第二凹部(34)，所述一组第二凹部(34)位于所述第二表面(21)在所述第二方向(y)上的中间位置。

14.根据权利要求13所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)还包括两组第三凹部(35)，所述两组第三凹部(35)分别位于所述第二表面(21)邻近沿所述第二方向(y)延伸的两个侧边(22)的位置，所述一组第二凹部(34)位于所述两组第三凹部(35)之间。

15.根据权利要求14所述的极片，其中，所述一组第二凹部(34)的底面(32)和所述两组第三凹部(35)的底面在第一方向(x)上的宽度之和为第一宽度W1，所述活性物质层(20)在第一方向(x)上的宽度为第二宽度W2，所述第一方向(x)为与所述集流体(10)的长度方向垂直且平行于所述第一表面(11)的方向，所述第一宽度W1和所述第二宽度W2满足：W2＝55mm～2000mm，W1＝3μm～(2/3)*W2。

16.根据权利要求13所述的极片，其中，所述第二表面(21)包括沿所述第二方向(y)划分的至少三个表面区域，所述一组第二凹部(34)位于所述至少三个表面区域中邻近沿所述第二方向(y)的两侧端部(23)的两个表面区域之间的表面区域。

17.根据权利要求10所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)包括沿第一方向(x)间隔排布的多个凹部(30)。

18.根据权利要求1所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)包括沿第二方向(y)间隔排布的多个凹部(30)，所述第二方向(y)为与所述集流体(10)的长度方向平行的方向，每个凹部(30)沿第一方向(x)延伸，所述第一方向(x)为与所述集流体(10)的长度方向垂直且平行于所述第一表面(11)的方向。

19.根据权利要求18所述的极片，其中，所述多个凹部位于所述极片卷绕成的方形结构的水平区域(40A)和拐角区域(40B)中的至少一种。

20.根据权利要求1所述的极片，其中，所述活性物质层(20)设置在所述多个第一表面(11)中相反的两个第一表面(11)，且具有分别位于远离所述两个第一表面(11)的两个第二表面(21)，所述至少一个凹部(30)设置在所述两个表面(21)中的至少一个。

21.根据权利要求20所述的极片，其中，所述至少一个凹部(30)包括分别设置在所述两个表面(21)的凹部(30)，且分别设置在所述两个第二表面(21)的凹部(30)相对于所述集流体(10)对称或不对称。

22.根据权利要求1所述的极片，其中，所述活性物质层(20)包括至少两层，所述至少一个凹部(30)由在所述至少两层中的远离所述集流体(10)一侧的至少部分层的开口形成。

23.一种电极组件，包括：负极极片(4A)、正极极片(4B)和设于所述负极极片(4A)和所述正极极片(4B)之间的隔膜(4C)，所述负极极片(4A)、所述隔膜(4C)和所述正极极片(4B)沿卷绕方向卷绕并形成卷绕结构，所述负极极片(4A)和正极极片(4B)中的至少一种为权利要求1～22任一所述的极片。

24.根据权利要求23所述的电极组件，其中，所述卷绕结构为圆柱结构(42)、极耳与所述卷绕方向平行的第一方形结构(41)或极耳与所述卷绕方向垂直的第二方形结构(43)。

25.一种电池单体，包括：权利要求23或24所述的电极组件。

26.一种电池，包括权利要求25所述的电池单体。

27.一种用电装置，包括权利要求26所述的电池。