CN117015892A - 电极组件、电池单体、电池以及用电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种电极组件及其制造方法和制造系统、电池单体、电池以及用电装置。本申请的电极组件包括极片和隔离件，极片和隔离件沿卷绕方向卷绕并形成卷绕结构，卷绕结构包括弯折区和连接于弯折区的平直区，极片包括位于弯折区的多个弯折部和位于平直区的多个平直部。极片最外侧的弯折部为第一弯折部，极片最外侧的至少一个平直部为连接于第一弯折部的第一平直部。极片的表面附接有第一保护层，第一保护层覆盖第一弯折部和第一平直部的连接处的至少部分。第一保护层可以增大第一弯折部和第一平直部的连接处的强度，降低极片在第一弯折部和第一平直部的连接处开裂的风险，提高安全性。
Description
本申请涉及电池技术领域，并且更具体地，涉及一种电极组件及其制造方法和制造系统、电池单体、电池以及用电装置。
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等。电池单体可以包括镉镍电池单体、氢镍电池单体、锂离子电池单体和二次碱性锌锰电池单体等。
在电池技术的发展中，除了提高电池单体的性能外，安全问题也是一个不可忽视的问题。如果电池单体的安全问题不能保证，那该电池单体就无法使用。因此，如何增强电池单体的安全性，是电池技术中一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种电极组件及其制造方法和制造系统、电池单体、电池以及用电装置，其能提高安全性。
第一方面，本申请实施例提供了一种电极组件，其包括极片和隔离件，极片和隔离件沿卷绕方向卷绕并形成卷绕结构，卷绕结构包括弯折区和连接于弯折区的平直区，极片包括位于弯折区的多个弯折部和位于平直区的多个平直部。极片最外侧的弯折部为第一弯折部，极片最外侧的至少一个平直部为连接于第一弯折部的第一平直部。极片的表面附接有第一保护层，第一保护层覆盖第一弯折部和第一平直部的连接处的至少部分。
上述方案中，通过在第一弯折部和第一平直部的连接处附接第一保护层，可以增大第一弯折部和第一平直部的连接处的强度，从而降低极片在第一弯折部和第一平直部的连接处开裂的风险；另外，即使极片在第一弯折部和第一平直部的连接处开裂，第一保护层也能够将开裂形成的毛刺、碎屑等尖锐结构与隔离件隔开，以降低因隔离件被刺破而引发短路的风险，提高安全性。
在一些实施方式中，第一保护层的抗拉强度大于极片的抗拉强度。
上述方案中，第一保护层具有较大的抗拉强度，其可以有效地增大第一弯折部和第一平直部的连接处的抗拉能力，减小第一弯折部和第一平直部的连接处的拉伸变形，降低极片开裂的风险，提高安全性。
在一些实施方式中，第一保护层的抗拉强度为50MPa-500MPa。
第一保护层的抗拉强度越大，极片在第一弯折部和第一平直部的连接处的开裂的风险越低，电极组件的安全性越高。然而，如果第一保护层的抗拉强度过大，那么第一保护层可能会难以变形，影响第一弯折部的折弯。上述方案将第一保护层的抗拉强度设定在50MPa-500MPa，以在第一弯折部能够顺利折弯的前提下，降低极片开裂的风险。
在一些实施方式中，第一弯折部和第一平直部的连接处的两侧均附接有第一保护层。
上述方案中，第一弯折部和第一平直部的连接处外侧的第一保护层可以将该连接处与外壳隔开，降低极片开裂形成的尖锐结构与外壳接触的风险。第一弯折部和第一平直部的连接处内侧的第一保护层可以将该连接处与其它弯折部隔开，降低极片开裂形成的尖锐结构与其它弯折部接触的风险。
在一些实施方式中，在卷绕方向上，第一保护层的一端附接于第一弯折部，第一保护层的另一端附接于第一平直部。
在一些实施方式中，在卷绕方向上，第一保护层的附接于第一弯折部的部分的尺寸为L1，第一弯折部的尺寸为L2，L1和L2满足：0.01≤L1/L2≤0.5。
L1/L2的值越小，第一保护层与第一弯折部的连接强度越低，第一保护层能够保护的区域也就越小，极片开裂形成的裂纹越容易延伸到第一保护层之外。由于第一保护层会阻挡极片中的金属离子，影响金属离子在极片中的脱出和嵌入，所以L1/L2的值越大，电极组件的容量越低。上述方案将L1/L2的值设定在0.01-0.5，以保证电极组件的安全性和容量。
在一些实施方式中，在卷绕方向上，第一保护层的附接于第一平直部的部分的尺寸为L3，第一平直部的尺寸为L4，L3和L4满足：0.01≤L3/L4≤0.2。
L3/L4的值越小，第一保护层与第一平直部的连接强度越低，第一保护层能够保护的区域也就越小，极片开裂形成的裂纹越容易延伸到第一保护层之外。由于第一保护层会阻挡极片中的金属离子，影响金属离子在极片中的脱出和嵌入，所以L3/L4的值越大，电极组件的容量越低。上述方案将L3/L4的值设定在0.01-0.2，以保证电极组件的安全性和容量。
在一些实施方式中，第一保护层包括基体区和两个边缘区，两个边缘区分别位于基体区沿卷绕方向的两端。沿背离基体区的方向，边缘区的厚度之间减小。
上述方案中，对边缘区进行减薄处理，以减小极片和第一保护层之间的应力集中，降低极片因第一保护层而开裂的风险。
在一些实施方式中，边缘区的背离极片的表面为弧形面。
上述方案中，弧形面比较平滑，能够更好的分散应力，减小极片上的应力集中，降低极片开裂的风险。
在一些实施方式中，在垂直于卷绕方向的轴向上，第一保护层至少覆盖连接处的中部区域。
对于卷绕式的电极组件，其在中部的膨胀变形最大；对应地，第一弯折部和第 一平直部的连接处的中部区域相对于边缘区域更容易开裂。因此，上述方案的第一保护层至少覆盖连接处的中部区域，以降低连接处的中部区域开裂的风险。
在一些实施方式中，在轴向上，第一保护层的尺寸为L5，极片的尺寸为L6，L5和L6满足：L5/L6≥0.2。
上述方案中，L5/L6的值越小，第一保护层与第一弯折部的连接强度越低，第一保护层能够保护的区域也就越小，极片开裂形成的裂纹越容易延伸到第一保护层之外。上述方案将L5/L6的值设定为大于或等于0.2，以降低裂纹延伸到第一保护层外的风险，从而提高安全性。
在一些实施方式中，在轴向上，第一保护层的边缘和极片的边缘齐平。
上述方案中，当极片在第一弯折部和第一平直部的连接处开裂时，即使裂纹延伸到极片的边缘，第一保护层也能够覆盖裂纹，从而降低安全风险。
在一些实施方式中，第一弯折部和第一平直部的连接处的两侧均附接有第一保护层。两个第一保护层沿轴向位于同一端的边缘均超出极片并彼此连接。
上述方案中，两个第一保护层彼此连接，这样可以降低第一保护层从极片上脱落的风险，提高第一保护层的可靠性。
在一些实施方式中，第一保护层沿轴向的两个边缘均超出极片，一个第一保护层的两个边缘与另一个第一保护层的两个边缘分别连接。
上述方案中，两个第一保护层连接并形成围绕第一弯折部和第一平直部的连接处的环形结构，以进一步提高极片在该连接处的强度，降低极片开裂风险。
在一些实施方式中，两个第一保护层为一体形成结构。
上述方案中，两个第一保护层具有很好的整体性，便于制造和安装。
在一些实施方式中，第一保护层粘接于极片。
上述方案中，粘接可以保证第一保护层和极片之间的连接强度，并简化第一保护层和极片的装配工艺。
在一些实施方式中，第一保护层的厚度为1μm-200μm。
第一保护层的厚度越小，第一保护层越容易在极片开裂时被刺破；第一保护层的厚度越大，第一保护层占用的空间越大，电极组件的能量密度越低。上述方案将第一保护层的厚度设置为1μm-200μm，以平衡电极组件的安全性和能量密度。
在一些实施方式中，第一保护层设有多个供电解液穿过的通孔，且通孔与第一弯折部和第一平直部的连接处错开设置。
上述方案中，电解液能够通过通孔浸润极片，以改善极片的性能。通孔与第一弯折部和第一平直部的连接处错开设置，这样可以避免通孔将极片开裂时形成的尖锐结构露出，提高安全性。
在一些实施方式中，第一保护层的硬度大于隔离件的硬度。
上述方案中，第一保护层相对于隔离件更不容易被毛刺、碎屑等尖锐结构刺破，这样，即使极片在第一弯折部和第一平直部的连接处开裂，第一保护层也能够将尖锐结构与隔离件隔开，以降低因隔离件被刺破而引发短路的风险，提高安全性。
在一些实施方式中，极片包括极性相反的第一极片和第二极片，第一极片和第 二极片均包括多个弯折部和多个平直部。第一极片最外侧的弯折部为第一弯折部。第二极片最外侧的弯折部为第二弯折部，第二极片的至少一个平直部为连接于第二弯折部的第二平直部。第二极片的表面附接有第二保护层，第二保护层覆盖第二弯折部和第二平直部的连接处的至少部分。
上述方案中，通过设置第一保护层和第二保护层，以降低第一极片开裂的风险和第二极片开裂的风险。
在一些实施方式中，极片的表面附接有多个保护层，各弯折部和对应的平直部之间的连接处设置有保护层。设置于第一弯折部和第一平直部的连接处的保护层为第一保护层。
弯折部和平直部之间的连接处为拐角区域，拐角区域在极片膨胀时受力较大。上述方案在各拐角区域均设置保护层，以尽可能的降低极片开裂的风险，提高安全性。
第二方面，本申请提供了一种电池单体，包括外壳和第一方面任一实施例提供的电极组件，电极组件容纳于外壳内。
第三方面，本申请提供了一种电池，包括多个第二方面的电池单体。
第四方面，本申请提供了一种用电装置，包括第二方面的电池单体，电池单体用于提供电能。
第五方面，本申请提供了一种电池组件的制造方法，其包括：提供极片，并在极片的表面附接第一保护层；提供隔离件；沿卷绕方向卷绕极片和隔离件，以形成卷绕结构。卷绕结构包括弯折区和连接于弯折区的平直区，极片包括位于弯折区的多个弯折部和位于平直区的多个平直部；极片最外侧的弯折部为第一弯折部，极片最外侧的至少一个平直部为连接于第一弯折部的第一平直部；第一保护层覆盖第一弯折部和第一平直部的连接处的至少部分。
第六方面，本申请提供了一种电池组件的制造系统，包括：第一提供装置，用于提供极片，并在极片的表面附接第一保护层；第二提供装置，用于提供隔离件；卷绕装置，沿卷绕方向卷绕极片和隔离件，以形成卷绕结构。卷绕结构包括弯折区和连接于弯折区的平直区，极片包括位于弯折区的多个弯折部和位于平直区的多个平直部；极片最外侧的弯折部为第一弯折部，极片最外侧的至少一个平直部为连接于第一弯折部的第一平直部；第一保护层覆盖第一弯折部和第一平直部的连接处的至少部分。
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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申请的一些实施例，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。
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示意图；
图3为图2所示的电池模块的结构示意图；
图4为本申请一些实施例提供的电池单体的爆炸示意图；
图5为本申请一些实施例提供的电极组件的结构示意图；
图6为图5所示的电极组件在圆框A处的放大示意图；
图7为图5所示的第一极片在展开状态下的结构示意图；
图8为本申请另一些实施例提供的电极组件的第一极片在展开状态下的结构示意图；
图9为本申请又一些实施例提供的电极组件的第一极片在展开状态下的立体示意图；
图10为本申请再一些实施例提供的电极组件的第一极片在展开状态下的立体示意图；
图11为本申请一些实施例提供的电极组件的第一保护层的结构示意图；
图12为本申请一些实施例提供的电极组件的局部示意图；
图13为本申请另一些实施例提供的电极组件的结构示意图；
图14为本申请一些实施例提供的电池组件的制造方法的流程示意图；
图15为本申请一些实施例提供的电极组件的制造系统的示意性框图。
在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。
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单体、锂离子一次电池单体、锂硫电池单体、钠锂离子电池单体、钠离子电池单体或镁离子电池单体等，本申请实施例对此并不限定。
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是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，电极组件包括正极极片、负极极片和隔离件。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；正极集流体包括正极集流部和正极极耳，正极集流部涂覆有正极活性物质层，正极极耳未涂覆正极活性物质层。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质层包括正极活性物质，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；负极集流体包括负极集流部和负极极耳，负极集流部涂覆有负极活性物质层，负极极耳未涂覆负极活性物质层。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质可以为碳或硅等。隔离件的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。
电池单体还包括外壳，外壳用于容纳电极组件和电解液，以为电极组件和电解液提供一个密闭空间。
在电极组件的充放电过程中，极片可能会在局部开裂，极片开裂形成的毛刺容易刺破隔离件，从而引发短路，造成安全隐患。发明人在注意到上述问题后，对电极组件的充放电过程进行了深入研究，发现极片的开裂是因为极片的膨胀。
具体地，在卷绕式的电极组件中，极片卷绕为多圈。在充电过程中，内圈的极片膨胀并撑开外圈的极片，从而使外圈的极片受到拉伸应力的作用；在多圈极片中，最外圈的极片受到的拉伸应力最大。在卷绕后，每圈极片包括弯折部和平直部；最外圈的极片的平直部在膨胀时会挤压外壳，所以外壳会对最外圈的极片的平直部施加压力和摩擦力，而压力和摩擦力会限制平直部的拉伸；最外圈的极片的弯折部呈弯折状态，外壳对最外圈的极片的弯折部施加的作用力较小，弯折部容易拉伸变形，其上的拉伸应力也会向平直部传递。因此，在最外圈的极片中，平直部和弯折部的连接处会 受到拉伸应力、摩擦力、压力等作用力的综合作用，这造成平直部和弯折部的连接处开裂的风险较高。
鉴于此，本申请实施例提供了一种技术方案，在该技术方案中，电极组件包括极片和隔离件，极片和隔离件沿卷绕方向卷绕并形成卷绕结构，卷绕结构包括弯折区和连接于弯折区的平直区，极片包括位于弯折区的多个弯折部和位于平直区的多个平直部。极片最外侧的弯折部为第一弯折部，极片最外侧的至少一个平直部为连接于第一弯折部的第一平直部。极片的表面附接有第一保护层，第一保护层覆盖第一弯折部和第一平直部的连接处的至少部分。该技术方案通过设置第一保护层，可以增大第一弯折部和第一平直部的连接处的强度，从而降低极片在第一弯折部和第一平直部的连接处开裂的风险；另外，即使极片在第一弯折部和第一平直部的连接处开裂，第一保护层也能够将开裂形成的毛刺与隔离件隔开，以降低因毛刺刺破隔离件而引发短路的风险，提高安全性。
本申请实施例描述的技术方案适用于电池以及使用电池的用电装置。
用电装置可以是车辆、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装置不做特殊限制。
以下实施例为了方便说明，以用电装置为车辆为例进行说明。
图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图。
如图1所示，车辆1的内部设置有电池2，电池2可以设置在车辆1的底部或头部或尾部。电池2可以用于车辆1的供电，例如，电池2可以作为车辆1的操作电源。
车辆1还可以包括控制器3和马达4，控制器3用来控制电池2为马达4供电，例如，用于车辆1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2不仅仅可以作为车辆1的操作电源，还可以作为车辆1的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1提供驱动动力。
图2为本申请一些实施例提供的电池的爆炸示意图。
如图2所示，电池2包括箱体5和电池单体(图2未示出)，电池单体容纳于箱体5内。
箱体5用于容纳电池单体，箱体5可以是多种结构。在一些实施例中，箱体5可以包括第一箱体部5a和第二箱体部5b，第一箱体部5a与第二箱体部5b相互盖合，第一箱体部5a和第二箱体部5b共同限定出用于容纳电池单体的容纳空间5c。第二箱体部5b可以是一端开口的空心结构，第一箱体部5a为板状结构，第一箱体部5a盖合于第二箱体部5b的开口侧，以形成具有容纳空间5c的箱体5；第一箱体部5a和第二 箱体部5b也均可以是一侧开口的空心结构，第一箱体部5a的开口侧盖合于第二箱体部5b的开口侧，以形成具有容纳空间5c的箱体5。当然，第一箱体部5a和第二箱体部5b可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。
为提高第一箱体部5a与第二箱体部5b连接后的密封性，第一箱体部5a与第二箱体部5b之间也可以设置密封件，比如，密封胶、密封圈等。
假设第一箱体部5a盖合于第二箱体部5b的顶部，第一箱体部5a亦可称之为上箱盖，第二箱体部5b亦可称之为下箱体。
在电池2中，电池单体可以是一个，也可以是多个。若电池单体为多个，多个电池单体之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体中既有串联又有并联。多个电池单体之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体构成的整体容纳于箱体5内；当然，也可以是多个电池单体先串联或并联或混联组成电池模块6，多个电池模块6再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体5内。
图3为图2所示的电池模块的结构示意图。
如图3所示，在一些实施例中，电池单体7为多个，多个电池单体7先串联或并联或混联组成电池模块6。多个电池模块6再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体内。
电池模块6中的多个电池单体7之间可通过汇流部件实现电连接，以实现电池模块6中的多个电池单体7的并联或串联或混联。
图4为本申请一些实施例提供的电池单体的爆炸示意图。
如图4所示，本申请实施例的电池单体7包括电极组件10和外壳20，电极组件10容纳于外壳20内。
电极组件10为电池单体7实现充放电功能的核心部件，其包括正极极片、负极极片和隔离件，正极极片和负极极片的极性相反，隔离件用于将正极极片和负极极片绝缘隔离。电极组件10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。
电极组件10可以为一个，也可以为多个。示例性地，如图4所示，电极组件10为两个。
外壳20为空心结构，其内部形成用于容纳电极组件10和电解液的容纳腔。外壳20可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。外壳20的形状可根据电极组件10的具体形状来确定。比如，若电极组件10为圆柱体结构，则可选用为圆柱体外壳；若电极组件10为长方体结构，则可选用长方体外壳。
外壳20包括壳体21和端盖22，壳体21具有开口，端盖22盖合于开口并形成密封连接，以形成用于容纳电极组件10和电解液的密封空间。。
壳体21可为一侧开口的结构，端盖22设置为一个并盖合于壳体21的开口。可替代地，壳体21也可为两侧开口的结构，端盖22设置为两个，两个端盖22分别盖合于壳体21的两个开口。
示例性地，端盖22通过焊接、粘接、卡接或其它方式连接于壳体21。
在一些实施例中，电池单体7还可以包括正极电极端子30、负极电极端子40和泄压机构50，正极电极端子30、负极电极端子40和泄压机构50均安装于端盖22 上。正极电极端子30和负极电极端子40均分别用于与正极极片和负极极片电连接，以将电极组件10所产生的电能引出。泄压机构50用于在电池单体7的内部压力达到预定值时泄放电池单体7内部的压力。
示例性的，泄压机构50位于正极电极端子30和负极电极端子40之间，泄压机构50可以是诸如防爆阀、防爆片、气阀、泄压阀或安全阀等部件。
图5为本申请一些实施例提供的电极组件的结构示意图；图6为图5所示的电极组件在圆框A处的放大示意图；图7为图5所示的第一极片在展开状态下的结构示意图。
如图5至图7所示，本申请实施例的电极组件10包括极片11和隔离件12，极片11和隔离件12沿卷绕方向W卷绕并形成卷绕结构，卷绕结构包括弯折区13和连接于弯折区13的平直区14，极片11包括位于弯折区13的多个弯折部111和位于平直区14的多个平直部112。其中，极片11最外侧的弯折部111为第一弯折部111a，极片11最外侧的至少一个平直部112为连接于第一弯折部111a的第一平直部112a。极片11的表面附接有第一保护层15，第一保护层15覆盖第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处的至少部分。
在本实施例中，卷绕方向W为极片11和隔离件12从内向外周向卷绕的方向。示例性地，在图中，卷绕方向W为逆时针方向。
在本实施例中，内侧和外侧是相对于电极组件10的卷绕中心而言，面向卷绕中心的一侧为内侧，背离卷绕中心的一侧为外侧。
隔离件12具有大量贯通的微孔，能够保证金属离子自由通过；例如，隔离件12对锂离子有很好的透过性，所以，隔离件12基本上不能阻挡锂离子通过。示例性地，隔离件12的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。
极片11和隔离件12均为带状结构。本申请实施例可以先将极片11和隔离件12依次层叠，然后再卷绕两圈以上以形成电极组件10。
弯折区13为电极组件10具有弯折结构的区域，极片11的位于弯折区13的部分(即弯折部111)均弯折设置。示例性地，弯折部111大体弯折为圆弧形。
平直区14为电极组件10具有平直结构的区域，极片11的位于平直区14的部分(即平直部112)基本平直设置。多个平直部112沿平直部112的厚度方向层叠。示例性地，平直部112大体为平板状。平直部112和弯折部111的连接处为极片11的拐角区域。
示例性地，弯折区13为两个且分别连接于平直区14的两端。对应地，极片11可包括两个第一弯折部111a，两个第一弯折部111a分别位于两个弯折区13。至少一个第一弯折部111a和对应的第一平直部112a的连接处设置有第一保护层15。
极片11最外侧的平直部112为两个，在这两个平直部112中，可以是其中一个为第一平直部112a，也可以是两个均为第一平直部112a。
在本实施例中，在极片11附接第一保护层15是指通过粘附、涂覆、喷涂或其它方式在极片11上形成第一保护层15。通过附接，可以将第一保护层15和极片11相 连，降低或避免第一保护层15相对于极片11的移动。
在本实施例中，第一保护层15可以完全覆盖第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处，也可以仅覆盖第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处的一部分。
在本实施例中，可以仅在第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处的一侧附接第一保护层15，也可以在第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处的两侧均附接第一保护层15。
在本实施例中，附接在第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处的一侧的第一保护层15可以是一个，也可以是间隔布置的多个。
本实施例对第一保护层15的强度、硬度、厚度等参数不作特别的限制。
在电极组件10的充放电过程中，第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处开裂的风险较高。本实施例通过在第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处附接第一保护层15，可以增大第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处的强度，从而降低极片11在第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处开裂的风险；另外，即使极片11在第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处开裂，第一保护层15也能够将开裂形成的毛刺、碎屑等尖锐结构与隔离件12隔开，以降低因隔离件12被刺破而引发短路的风险，提高安全性。
在一些实施例中，极片11包括极性相反的第一极片11a和第二极片11b，第一极片11a和第二极片11b均包括多个弯折部111和多个平直部112。第一极片11a和第二极片11b中的一者为正极极片，另一者为负极极片。
在一些实施例中，第一保护层15的抗拉强度大于极片11的抗拉强度。
抗拉强度也可以称之为拉伸强度，它反映了材料的断裂抗力。材料或试件承受静态拉伸时抵抗断裂的能力或材料不致断裂所能承受的最大拉力(张应力)。
第一保护层15的抗拉强度可按照下述方法检测：在第一保护层15上截取一段试样，并测量试样的横截面积S；将试样的两端固定在拉力试验机上；开动拉力试验机，以恒定速度加载，记录试样剪切破坏的最大载荷F；计算F/S，即可测量出第一保护层15的抗拉强度。抗拉强度的单位是N/m
2。
同样地，极片11的抗拉强度也可以抗拉强度可按照上述方法检测。
在本实施例中，第一保护层15具有较大的抗拉强度，其可以有效地增大第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处的抗拉能力，减小第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处的拉伸变形，降低极片11开裂的风险，提高安全性。
在一些实施例中，第一保护层15的抗拉强度为50MPa-500MPa。
第一保护层15的抗拉强度越大，极片11在第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处的开裂的风险越低，电极组件10的安全性越高。然而，如果第一保护层15的抗拉强度过大，那么第一保护层15可能会难以变形，影响第一弯折部111a的折弯。
发明人综合考虑，将第一保护层15的抗拉强度设定在50MPa-500MPa，以在第一弯折部111a能够顺利折弯的前提下，降低极片11开裂的风险。
可选地，第一保护层15的抗拉强度为50MPa、100Mpa、150MPa、300MPa或500MPa。
在一些实施例中，第一保护层15的硬度大于隔离件12的硬度。
在本实施例中，第一保护层15相对于隔离件12更不容易被毛刺、碎屑等尖锐结构刺破，这样，即使极片11在第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处开裂，第一保护层15也能够将尖锐结构与隔离件12隔开，以降低因隔离件12被刺破而引发短路的风险，提高安全性。
在一些实施例中，第一保护层15的厚度为1μm-200μm。
第一保护层15的厚度越小，第一保护层15越容易在极片11开裂时被刺破；第一保护层15的厚度越大，第一保护层15占用的空间越大，电极组件10的能量密度越低。发明人经过综合考虑和试验，将第一保护层15的厚度设置为1μm-200μm，以平衡电极组件10的安全性和能量密度。
在一些实施例中，第一保护层15粘接于极片11。粘接可以保证第一保护层15和极片11之间的连接强度，并简化第一保护层15和极片11的装配工艺。
示例性地，第一保护层15可以为胶带或胶纸。
在一些实施例中，第一保护层15设有多个供电解液穿过的通孔151，且通孔151与第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处错开设置。
在本实施例中，电解液能够通过通孔151浸润极片11，以改善极片11的性能。通孔151与第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处错开设置，这样可以避免通孔151将极片11开裂时形成的尖锐结构露出，提高安全性。
在一些实施例中，第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处的两侧均附接有第一保护层15。
在本实施例中，第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处外侧的第一保护层15可以将该连接处与外壳隔开，降低极片11开裂形成的尖锐结构与外壳接触的风险。第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处内侧的第一保护层15可以将该连接处与其它弯折部111隔开，降低极片11开裂形成的尖锐结构与其它弯折部111接触的风险。
在一些实施例中，在卷绕方向W上，第一保护层15的一端附接于第一弯折部111a，第一保护层15的另一端附接于第一平直部112a。
在一些实施例中，在卷绕方向W上，第一保护层15的附接于第一弯折部111a的部分的尺寸为L1，第一弯折部111a的尺寸为L2，L1和L2满足：0.01≤L1/L2≤0.5。
示例性地，第一极片11a包括第一弯折部111a和第一平直部112a。如图7所示，在第一极片11a展平后，L1为第一保护层15的附接于第一弯折部111a的部分沿第一极片11a的长度方向的尺寸，L2为第一弯折部111a沿第一极片11a的长度方向的尺寸。
L1/L2的值越小，第一保护层15与第一弯折部111a的连接强度越低，第一保护层15能够保护的区域也就越小。如果L1/L2的值过小(例如小于0.01)，那么在极片11开裂时，裂纹可能会延伸到第一保护层15之外，从而引发安全隐患。
L1/L2的值越大，第一保护层15与第一弯折部111a的连接强度越高，第一保护层15能够保护的区域也就越大。但是，第一保护层15会阻挡极片11中的金属离子， 影响金属离子在极片11中的脱出和嵌入，降低电极组件10的容量。如果L1/L2的值过大(例如大于0.5)，会造成电极组件10的容量不足，无法满足要求。
因此，发明人经过综合考虑和试验，将L1/L2的值设定在0.01-0.5，以保证电极组件10的安全性和容量。
示例性地，L1/L2的值为0.01、0.05、0.1、0.2或0.5。
在一些实施例中，在卷绕方向W上，第一保护层15的附接于第一平直部112a的部分的尺寸为L3，第一平直部112a的尺寸为L4，L3和L4满足：0.01≤L3/L4≤0.2。
L3/L4的值越小，第一保护层15与第一平直部112a的连接强度越低，第一保护层15能够保护的区域也就越小。如果L3/L4的值过小(例如小于0.01)，那么在极片11开裂时，裂纹可能会延伸到第一保护层15之外，从而引发安全隐患。
L3/L4的值越大，第一保护层15与第一平直部112a的连接强度越高，第一保护层15能够保护的区域也就越大。但是，第一保护层15会阻挡极片11中的金属离子，影响金属离子在极片11中的脱出和嵌入，降低电极组件10的容量。如果L3/L4的值过大(例如大于0.2)，会造成电极组件10的容量不足，无法满足要求。
因此，发明人经过综合考虑和试验，将L3/L4的值设定在0.01-0.2，以保证电极组件10的安全性和容量。
示例性地，L3/L4的值为0.01、0.03、0.05、0.1或0.2。
在一些实施例中，在垂直于卷绕方向W的轴向Z上，第一保护层15至少覆盖连接处的中部区域。
示例性地，第一极片11a包括第一弯折部111a和第一平直部112a。如图7所示，轴向Z平行于第一极片11a展平后的宽度方向。
在本实施例中，中部区域指的是包含该连接处沿轴向Z的中点的一部分区域，其范围可根据极片11的沿轴向Z的具体尺寸确定。
对于卷绕式的电极组件10，其在中部的膨胀变形最大；对应地，第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处的中部区域相对于边缘区域更容易开裂。因此，本实施例的第一保护层15至少覆盖连接处的中部区域，以降低连接处的中部区域开裂的风险。
在一些实施例中，在轴向Z上，第一保护层15的尺寸为L5，极片11的尺寸为L6，L5和L6满足：L5/L6≥0.2。
L5/L6的值越小，第一保护层15与极片11的连接强度越低，第一保护层15能够保护的区域也就越小。如果L5/L6的值过小(例如小于0.2)，那么在极片11开裂时，裂纹可能会延伸到第一保护层15之外，从而引发安全隐患。本实施例将L5/L6的值设定为大于或等于0.2，以降低裂纹延伸到第一保护层15外的风险，从而提高安全性。
在一些实施例中，极片11包括极性相反的第一极片11a和第二极片11b，第一极片11a和第二极片11b均包括多个弯折部111和多个平直部112。第一极片11a最外侧的弯折部111为第一弯折部111a。第二极片11b最外侧的弯折部111为第二弯折部111b，第二极片11b的至少一个平直部112为连接于第二弯折部111b的第二平直部 112b。第二极片11b的表面附接有第二保护层16，第二保护层16覆盖第二弯折部111b和第二平直部112b的连接处的至少部分。
示例性地，第二弯折部111b位于第一弯折部111a的内侧并与第一弯折部111a相邻设置，第二平直部112b位于第一平直部112a的内侧并与第一平直部112a相邻设置。
第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处为第一极片11a最容易开裂的位置，第二弯折部111b和第二平直部112b的连接处为第二极片11b的最容易开裂的位置。本实施例通过设置第一保护层15和第二保护层16，以降低第一极片11a开裂的风险和第二极片11b开裂的风险。
在一些实施例中，第一极片11a为负极极片，第二极片11b为正极极片。
在一些实施例中，最外圈的第一极片11a设有四个拐角区域，最外圈的第一极片11a的各拐角区域均设置有第一保护层15。最外圈的第二极片11b设有四个拐角区域，最外圈的第二极片11b的各拐角区域均设置有第二保护层16。
图8为本申请另一些实施例提供的电极组件的第一极片在展开状态下的结构示意图。
如图8所示，在一些实施例中，在轴向Z上，第一保护层15的边缘和极片的边缘齐平。
示例性地，轴向Z平行于第一极片11a展平后的宽度方向。
在本实施例中，当极片在第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处开裂时，即使裂纹延伸到极片的边缘，第一保护层15也能够覆盖裂纹，从而降低安全风险。
图9为本申请又一些实施例提供的电极组件的第一极片在展开状态下的立体示意图。
如图9所示，在一些实施例中，第一弯折部和第一平直部的连接处的两侧均附接有第一保护层15。两个第一保护层15沿轴向Z位于同一端的边缘均超出极片并彼此连接。
在本实施例中，两个第一保护层15彼此连接，这样可以降低第一保护层15从第一极片11a上脱落的风险，提高第一保护层15的可靠性。
在一些实施例中，两个第一保护层15独立成型，并通过粘接相连。
在另一些实施例中，两个第一保护层15为一体形成结构。此时，两个第一保护层15具有很好的整体性，便于制造和安装。
在一些实施例中，两个第一保护层15形成U型结构。
图10为本申请再一些实施例提供的电极组件的第一极片在展开状态下的立体示意图。
如图10所示，在一些实施例中，第一保护层15沿轴向Z的两个边缘均超出极片，一个第一保护层15的两个边缘与另一个第一保护层15的两个边缘分别连接。
在本实施例中，两个第一保护层15连接并形成围绕第一弯折部和第一平直部的连接处的环形结构，以进一步提高极片在该连接处的强度，降低极片开裂风险。两个第一保护层15彼此连接，这样可以降低第一保护层15从极片上脱落的风险，提高第 一保护层15的可靠性。
在一些实施例中，两个第一保护层15独立成型，一个第一保护层15的两个边缘与另一个第一保护层15的两个边缘分别粘接。
在一些实施例中，两个第一保护层15为一体形成结构。示例性地，一个第一保护层15的一个边缘与另一个第一保护层15的一个边缘一体相连，一个第一保护层15的另一个边缘与另一个第一保护层15的另一个边缘通过粘接相连。
图11为本申请一些实施例提供的电极组件的第一保护层的结构示意图；图12为本申请一些实施例提供的电极组件的局部示意图。
如图11和图12所示，在一些实施例中，第一保护层15包括基体区152和两个边缘区153，两个边缘区153分别位于基体区152沿卷绕方向的两端。沿背离基体区152的方向，边缘区153的厚度之间减小。
在极片膨胀时，极片和第一保护层15会彼此挤压。本实施例对边缘区153进行减薄处理，以减小极片和第一保护层15之间的应力集中，降低极片因第一保护层15而开裂的风险。
在一些实施例中，边缘区153的背离极片的表面为弧形面。
在本实施例中，弧形面比较平滑，能够更好的分散应力，减小极片上的应力集中，降低极片开裂的风险。
图13为本申请另一些实施例提供的电极组件的结构示意图。
如图13所示，在一些实施例中，极片的表面附接有多个保护层17，各弯折部111和对应的平直部112之间的连接处设置有保护层17。设置于第一弯折部111a和第一平直部112a的连接处的保护层17为第一保护层。
弯折部111和平直部112之间的连接处为拐角区域，拐角区域在极片膨胀时受力较大。本实施例在各拐角区域均设置保护层17，以尽可能的降低极片开裂的风险，提高安全性。
图14为本申请一些实施例提供的电池组件的制造方法的流程示意图。
如图14所示，本申请实施例的电池组件的制造方法，包括：
S100、提供极片，并在极片的表面附接第一保护层；
S200、提供隔离件；
S300、沿卷绕方向卷绕极片和隔离件，以形成卷绕结构；
其中，卷绕结构包括弯折区和连接于弯折区的平直区，极片包括位于弯折区的多个弯折部和位于平直区的多个平直部；极片最外侧的弯折部为第一弯折部，极片最外侧的至少一个平直部为连接于第一弯折部的第一平直部；第一保护层覆盖第一弯折部和第一平直部的连接处的至少部分。
需要说明的是，通过上述电池组件的制造方法制造出的电池组件的相关结构，可参见上述各实施例提供的电池组件。
在基于上述的电池组件的制造方法制造电池组件时，不必按照上述步骤依次进行，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中提及的顺序执行步骤，或者若干步骤同时执行。例如，步骤S100、S200的执行不分先后， 也可以同时进行。
图15为本申请一些实施例提供的电极组件的制造系统的示意性框图。
如图15所示，本申请实施例的电池组件的制造系统90包括第一提供装置91、第二提供装置92和卷绕装置93。第一提供装置91用于提供极片，并在极片的表面附接第一保护层。第二提供装置92用于提供隔离件。卷绕装置93沿卷绕方向卷绕极片和隔离件，以形成卷绕结构。卷绕结构包括弯折区和连接于弯折区的平直区，极片包括位于弯折区的多个弯折部和位于平直区的多个平直部；极片最外侧的弯折部为第一弯折部，极片最外侧的至少一个平直部为连接于第一弯折部的第一平直部；第一保护层覆盖第一弯折部和第一平直部的连接处的至少部分。
通过上述制造系统制造出的电极组件的相关结构，可参见上述各实施例提供的电极组件。
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。
最后应说明的是：以上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，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，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精神和范围。
Claims (25)
- 一种电极组件，包括极片和隔离件，所述极片和所述隔离件沿卷绕方向卷绕并形成卷绕结构，所述卷绕结构包括弯折区和连接于所述弯折区的平直区，所述极片包括位于所述弯折区的多个弯折部和位于所述平直区的多个平直部；其中，所述极片最外侧的弯折部为第一弯折部，所述极片最外侧的至少一个平直部为连接于所述第一弯折部的第一平直部；所述极片的表面附接有第一保护层，所述第一保护层覆盖所述第一弯折部和所述第一平直部的连接处的至少部分。
- 根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述第一保护层的抗拉强度大于所述极片的抗拉强度。
- 根据权利要求2所述的电极组件，其中，所述第一保护层的抗拉强度为50MPa-500MPa。
- 根据权利要求1-3任一项所述的电极组件，其中，所述第一弯折部和所述第一平直部的连接处的两侧均附接有所述第一保护层。
- 根据权利要求1-4任一项所述的电极组件，其中，在所述卷绕方向上，所述第一保护层的一端附接于所述第一弯折部，所述第一保护层的另一端附接于所述第一平直部。
- 根据权利要求5所述的电极组件，其中，在所述卷绕方向上，所述第一保护层的附接于所述第一弯折部的部分的尺寸为L1，所述第一弯折部的尺寸为L2，L1和L2满足：0.01≤L1/L2≤0.5；和/或在所述卷绕方向上，所述第一保护层的附接于所述第一平直部的部分的尺寸为L3，所述第一平直部的尺寸为L4，L3和L4满足：0.01≤L3/L4≤0.2。
- 根据权利要求1-6任一项所述的电极组件，其中，所述第一保护层包括基体区和两个边缘区，两个所述边缘区分别位于所述基体区沿所述卷绕方向的两端；沿背离所述基体区的方向，所述边缘区的厚度之间减小。
- 根据权利要求7所述的电极组件，其中，所述边缘区的背离所述极片的表面为弧形面。
- 根据权利要求1-8任一项所述的电极组件，其中，在垂直于所述卷绕方向的轴向上，所述第一保护层至少覆盖所述连接处的中部区域。
- 根据权利要求9所述的电极组件，其中，在所述轴向上，所述第一保护层的尺寸为L5，所述极片的尺寸为L6，L5和L6满足：L5/L6≥0.2。
- 根据权利要求9或10所述的电极组件，其中，在所述轴向上，所述第一保护层的边缘和所述极片的边缘齐平。
- 根据权利要求9或10所述的电极组件，其中，所述第一弯折部和所述第一平直部的连接处的两侧均附接有所述第一保护层；两个所述第一保护层沿所述轴向位于同一端的边缘均超出所述极片并彼此连接。
- 根据权利要求12所述的电极组件，其中，所述第一保护层沿所述轴向的两个边缘均超出所述极片，一个所述第一保护层的两个边缘与另一个所述第一保护层的两个边缘分别连接。
- 根据权利要求12或13所述的电极组件，其中，两个所述第一保护层为一体形成结构。
- 根据权利要求1-14任一项所述的电极组件，其中，所述第一保护层粘接于所述极片。
- 根据权利要求1-15任一项所述的电极组件，其中，所述第一保护层的厚度为1μm-200μm。
- 根据权利要求1-16任一项所述的电极组件，其中，所述第一保护层设有多个供电解液穿过的通孔，且所述通孔与所述第一弯折部和所述第一平直部的连接处错开设置。
- 根据权利要求1-17任一项所述的电极组件，其中，所述第一保护层的硬度大于所述隔离件的硬度。
- 根据权利要求1-18任一项所述的电极组件，其中，所述极片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均包括多个弯折部和多个平直部；所述第一极片最外侧的弯折部为所述第一弯折部；所述第二极片最外侧的弯折部为第二弯折部，所述第二极片的至少一个平直部为连接于所述第二弯折部的第二平直部；所述第二极片的表面附接有第二保护层，所述第二保护层覆盖所述第二弯折部和所述第二平直部的连接处的至少部分。
- 根据权利要求1-19任一项所述的电极组件，其中，所述极片的表面附接有多个保护层，各所述弯折部和对应的所述平直部之间的连接处设置有所述保护层；设置于所述第一弯折部和所述第一平直部的连接处的保护层为所述第一保护层。
- 一种电池单体，包括：外壳；根据权利要求1-20任一项所述的电极组件，容纳于所述外壳内。
- 一种电池，包括多个根据权利要求21所述的电池单体。
- 一种用电装置，包括根据权利要求21所述的电池单体，所述电池单体用于提供电能。
- 一种电池组件的制造方法，包括：提供极片，并在所述极片的表面附接第一保护层；提供隔离件；沿卷绕方向卷绕所述极片和所述隔离件，以形成卷绕结构；其中，所述卷绕结构包括弯折区和连接于所述弯折区的平直区，所述极片包括位于所述弯折区的多个弯折部和位于所述平直区的多个平直部；所述极片最外侧的弯折部为第一弯折部，所述极片最外侧的至少一个平直部为连接于所述第一弯折部的第一 平直部；所述第一保护层覆盖所述第一弯折部和所述第一平直部的连接处的至少部分。
- 一种电池组件的制造系统，包括：第一提供装置，用于提供极片，并在所述极片的表面附接第一保护层；第二提供装置，用于提供隔离件；卷绕装置，沿卷绕方向卷绕所述极片和所述隔离件，以形成卷绕结构；其中，所述卷绕结构包括弯折区和连接于所述弯折区的平直区，所述极片包括位于所述弯折区的多个弯折部和位于所述平直区的多个平直部；所述极片最外侧的弯折部为第一弯折部，所述极片最外侧的至少一个平直部为连接于所述第一弯折部的第一平直部；所述第一保护层覆盖所述第一弯折部和所述第一平直部的连接处的至少部分。
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