CN208078090U - 电极、电芯、电池以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例提供了一种电极，包括：集流体；极耳，通过胶层粘接至集流体，胶层导电；其中，集流体和极耳中至少一者的表面形成有第一凹槽，胶层设置在第一凹槽中。本申请的实施例还提供了电芯、电池和电子设备。本申请的目的在于提供以粘接方式将极耳与集流体连接并实现二者之间具有更大接触面积的电极、电芯、电池以及电子设备。

Description

电极、电芯、电池以及电子设备

技术领域

本申请涉及一种电池，特别是用于电池的电极。

背景技术

大多数移动设备如手机和笔记本电脑均采用电池供电。另外，作为用于电动车辆，混合动力车辆等的矿物燃料的替代能源，电池已经得到了积极开发。

消费电子类产品在人们日常生活中扮演越来越重要的角色，随之而来的使用方面的安全事故也逐渐增多，市场对电池安全的需求日益上升。另外，为了提升电池续航能力改善消费体验，锂离子电池的电芯必须同时具有更高的能量密度。在电池生产过程中，一个极为重要的工序是将极耳连接在极片上以实现电池内部和外部的电子导通，这个工序目前主要使用超声波焊、电阻焊等传统焊接工艺，这些传统的焊接工艺在电池的安全使用过程中存在极大的潜在风险和实际问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供以粘接方式将极耳与集流体连接并实现二者之间具有更大接触面积的电极、电芯、电池以及电子设备。

根据本申请的实施例，提供了一种电极，包括：集流体；极耳，通过胶层粘接至集流体，胶层导电；其中，集流体和极耳中至少一者的表面形成有第一凹槽，胶层设置在第一凹槽中。

根据本申请的实施例，电极还包括第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽分别沿电极的第一方向延伸。

根据本申请的实施例，第一凹槽和第二凹槽平行。

根据本申请的实施例，电极还包括第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽以点状阵列的形式布置。

根据本申请的实施例，电极还包括第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽相交。

根据本申请的实施例，电极还包括第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽为圆环。

根据本申请的实施例，胶层包括导电银胶或者环氧导电胶黏剂。

根据本申请的实施例，还提供了一种电芯，其中，电芯包括如上所述的电极。

根据本申请的实施例，还提供了一种电池，其中，电池包括如上所述的电芯。

根据本申请的实施例，还提供了一种电子设备，其中，电子设备包括如上所述的电池。

本申请的有益效果在于：

在本申请提供的电极、电芯、电池以及电子设备中，集流体和极耳之间通过胶层相互粘接从而代替现有技术中采用的焊接工艺，这样能够解决传统焊接工艺所带来的虚焊(焊接不牢)以及过焊(焊破)等焊接异常问题。同时，这种结构确保极耳与集流体的紧密结合、减小内阻并降低温升，避免了焊印、毛刺等影响安全性能的异常。而且，由于不存在潜在的可能刺穿隔离膜的因素，故可以消除用于覆盖极耳的绝缘胶的使用，从而提升了电芯的能量密度。此外，由于本申请对极耳和集流体中的至少一者进行了预处理(即，形成凹槽)，在使用胶层时，可以将其滴入凹槽内再将极耳与集流体紧密贴合，因此能够实现极耳与集流体的更大面积的接触，增强电子导通能力，同时减小电芯厚度，提高电池能量密度。

附图说明

图1A和图1B是本申请一个实施例的电极的立体图和局部侧视图；

图2A至图2C是本申请一个实施例的电极中极耳的主视图、侧视图和局部放大图；

图3A至图3C是本申请一个实施例的电极中极耳的主视图、侧视图和局部放大图；

图4A至图4C是本申请一个实施例的电极中极耳的主视图、侧视图和局部放大图；

图5A和图5B是本申请一个实施例的电极中极耳的主视图和截面图；

图6A和图6B是本申请一个实施例的电极中极耳的主视图和截面图；

图7A和图7B是本申请一个实施例的电极中极耳的主视图和截面图；

图8A和图8B是本申请一个实施例的电极中极耳的主视图和截面图；

图9是本申请一个实施例的电极中极耳的主视图；

图10是本申请一个实施例的电极中极耳的主视图；

图11是本申请一个实施例的电极中集流体的主视图。

具体实施方式

一般来说，锂离子电池包括锂基氧化物作为正极活性材料构成的阴极和碳材料作为负极活性材料构成的阳极。阴极和阳极通过隔板(典型地为微孔聚合物隔膜)相互隔离，隔板允许在两个电极之间交换锂离子。根据用于锂离子电池的电解质，电池被进一步分类为液体电解质电池和高分子电解质电池。例如，使用液体电解质的电池被称为“锂离子电池”，使用高分子电解质的电池被称为“锂聚合物电池”。锂离子电池可以形成为各种形状，例如罐型锂离子电池和袋型锂离子电池。

对于锂离子电池单元的基本操作原理而言，由于放电的阴极材料(例如，LiCoO₂，LiFePO₄)和阳极材料(例如碳)在大气中稳定并因此可以在工业实践中容易地处理，因此电池单元通常以放电状态组装。在充电过程中，两个电极从外部连接到电源，导致电子从阴极释放到阳极。同时，锂离子通过电解质从阴极向内部移动。这样，外部能量以化学能的形式电化学储存在具有不同化学势(即阴极高电位和阳极低电位)的阳极和阴极材料中。在放电过程中，电子通过外部负载(例如，移动电话内的电路或电动车辆中的发动机)从阳极向外部移动以进行工作，而锂离子在电解质内部从阳极移动到阴极。结果，两个电极处的电化学反应释放储存的化学能。这也被称为“梭椅”机制，锂离子在充电和放电循环期间在阳极和阴极之间穿梭。

一般来说，袋型锂离子电池包括袋型外壳和电极组件，该袋型外壳包括顶部外壳和底部外壳，电极组件容纳在外壳中。顶部和底部外壳和在一侧彼此接合，并且另一侧敞开以容纳电极组件。在下外壳中形成电极组件的容纳空间。通过诸如热结合外壳和的顶部和底部外围形成顶部和底部密封部分。

外壳是一个多层结构，外壳包括用作密封的具有热粘合特性的热粘合层，金属材料形成的用于保持机械强度并用作阻挡水气的金属层，以及绝缘层。

电极组件可以包括连接到第一极片、第二极片以及设置在第一极片和第二极片之间的隔板，第一极耳电连接到第一极片，第二极耳电连接到第二极片。电极组件可以由第一极片、隔板和第二极片卷绕而成。

正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面上的锂基氧化物的正极活性材料层。正极极耳可以通过焊接固定在正极集流体上，也可通过正极集流体直接切割形成。正极极耳的材料一般可以是镍或镍合金。

负极片包括负极集流体和设置在负极集流体上的负极活性物质，负极集流体是铝箔，负极活性物质包括碳材料。负极极耳可以通过焊接固定在负极集流体上，也可以通过负极集流体直接切割形成，负极极耳的材料一般可以是镍或镍合金。

隔离件设置在正极片和负极片之间来起到绝缘作用。隔离件可以由聚乙烯，聚丙烯或聚乙烯和聚丙烯的组合物形成。在一个实施例中，隔离件的宽度大于正极片和负极片的宽度，这样可以有效阻止正极片和负极片之间的短路。

现参照附图对本申请的电极、电芯、电池以及电子设备进行描述。应当理解的是，以下说明书中和附图中相应的示例性实施例可以相互组合，从而形成未在以下进行描述的其他实施方式；并且其中部分部件在不同实施例中可以省略。换句话说，以下描述对本申请并不构成限定。

如图1A至图1B所示，本申请的实施例提供了一种电极10。该电极10可以宽泛地描述为包括集流体12和极耳14。具体地，在如图1B(由图1A中B区域截取)所示的实施例中，极耳14通过胶层16粘接至集流体12并且胶层16是导电的。

进一步地，集流体12和极耳14中至少一者的表面形成有第一凹槽18，并且胶层16设置在第一凹槽18中。

此处应当理解的是，在一个实施例中，第一凹槽18可以仅形成在集流体12上，如图11所示；在另一个实施例中，第一凹槽18可以仅形成在极耳14上；在其它实施例中，第一凹槽18可以同时形成在集流体12和极耳14的两者上。还应当理解的是，无论第一凹槽18形成在集流体12、极耳14或者两者上，均可以实现相同的技术效果。换句话说，第一凹槽18的具体形成位置不对本申请构成任何限定，这可以根据具体使用情况而定。

根据本申请以上提供的结构，由于集流体12和极耳14之间通过胶层16相互粘接从而代替现有技术中采用的焊接工艺，这样能够解决传统焊接工艺所带来的虚焊(焊接不牢)以及过焊(焊破)等焊接异常问题。同时，这种结构确保极耳14与集流体12的紧密结合、减小内阻并降低温升，避免了焊印、毛刺等影响安全性能的异常。而且，由于不存在潜在的可能刺穿隔离膜的因素，故可以消除绝缘胶的使用，从而提升了电芯的能量密度。此外，由于本申请对极耳14和集流体12中的至少一者进行了预处理(即，形成第一凹槽18)，在使用胶层16时，可以将其滴入第一凹槽18内再将极耳14与集流体12紧密贴合，因此能够实现极耳14与集流体12的更大面积的接触，增强电子导通能力。

以下将参照图2A至图8B所示的各个实施例来对本申请的电极10进行描述。在以下实施例中，以第一凹槽18形成在极耳14上为例进行描述，应当理解的是，以下参照各个附图所描述的实施例，可以同样地应用在第一凹槽18形成在集流体12上(如图11)、以及第一凹槽18同时形成在集流体12和极耳14上的实施例中。因此，以下实施例仅是示意性的，并不对本申请构成任何限定。

其中，图2A、图3A和图4A为各个实施例中电极10的极耳14的主视图；图2B、图3B和图4B为各个实施例中电极10的极耳14的侧视图；图2C、图3C和图4C为各个实施例中电极10的极耳14的在前一视图中A部分的局部放大图。总的来说，根据本申请的实施例，电极10还包括第二凹槽20，该第二凹槽20在以下所述的各种描述和附图中可以指代不同的结构和形状。另外，虽然本申请描述了电极10包括第一凹槽18和第二凹槽20的实施例；但是应当理解的是，凹槽的数量并不对本申请构成任何限定，也就是说，电极10可以包括更多的凹槽(例如，第三、第四凹槽等)。这可以根据电极10的具体结构和使用需要而定，本申请不局限于此。

例如，在一个实施例中，第一凹槽18和第二凹槽20分别沿电极10的第一方向延伸。此处应当理解的是，该第一方向可以是电极10的长度方向或者宽度方向，以下将分别结合两个方向对本申请进行描述。

如图2A至图4C所示，第一凹槽18和第二凹槽20沿极耳14的宽度方向W(即第一方向)延伸，并且它们沿极耳14的长度方向L排列。此外在可选的实施例中，第一凹槽18和第二凹槽20可以是相互平行的。

例如，在如图2A至图2C所示的实施例中，极耳14的宽度可以为5mm，极耳14的厚度可以为80μm。此外，本实施例采用对极耳14进行预处理的方式，在极耳14与集流体12接触的部分蚀刻第一凹槽18和第二凹槽20，为胶层16提供空间。在预处理结束后，胶层16被均匀涂布在第一和第二凹槽18、20中，随后将极耳14与集流体12对应位置粘接。本实施例的效果在于：增大了胶层16与极耳14的接触面积，保持了极耳14与集流体12的连接，从而提供了更为优秀的导电性能。另外由于第一和第二凹槽18、20的设置，减小电芯在极耳14处的厚度，进而提高了能量密度。在本实施例中，第一和第二凹槽18、20为矩形槽。矩形结构的凹槽18、20形成工艺简单，以实现。

再例如，在如图3A至图3C所示的实施例中，极耳14的宽度可以为5mm，极耳14的厚度可以为80μm。与以上实施例不同的是，本实施例在极耳14与集流体12接触的部分蚀刻如图2C所示的三角形的第一和第二凹槽18、20，为胶层16提供空间。

再例如，在如图4A至图4C所示的实施例中，极耳14的宽度可以为5mm，极耳14的厚度可以为80μm。与以上实施例不同的是，本实施例在极耳14与集流体12接触的部分蚀刻如图4C所示的弧形的第一和第二凹槽18、20，为胶层16提供空间。

换句话说，在以上所述的实施例中，第一和第二凹槽18、20可以为沿着极耳14的宽度方向W连续延伸(即，不间断地延伸)的凹槽，而凹槽的形状可以根据具体的使用情况而定，本申请不局限于任何特定的凹槽形状。

现结合图5A至图7B所示的实施例对本申请进行描述。其中，图5A、图6A和图7A为各个实施例中电极10的极耳14的主视图；图5B、图6B和图7B为各个实施例中电极10的极耳14的在前一视图中沿线A-A截取的截面图。

如图5A至图7B所示，第一凹槽18和第二凹槽20可以为沿极耳14的长度方向L(即第一方向)连续延伸的凹槽。

例如，在图5A和图5B所示的实施例中，极耳14的宽度可以为5mm，极耳14的厚度可以为80μm。在本实施例中，在极耳14与集流体12接触的部分蚀刻如图所示的竖阶梯状第一和第二凹槽，第一和凹槽18、20为矩形，为胶层16提供空间。在预处理结束后，胶层16被均匀涂布在第一和第二凹槽18、20中，随后将极耳14与集流体12对应位置粘接，从而在保障连接的同时最大限度地保持了极耳14与集流体12的金属部分的连接，从而提供优秀的导电性能。

再例如，在如图6A和图6B所示的实施例中，极耳14的宽度可以为5mm，极耳14的厚度可以为80μm。与以上不同的是，本实施例中在极耳14与集流体12接触的部分蚀刻如图6B所示的三角形的第一和第二凹槽18、20，为胶层16提供空间。

再例如，在如图7A和图7B所示的实施例中，极耳14的宽度可以为5mm，极耳14的厚度可以为80μm。与以上不同的是，本实施例中在极耳14与集流体12接触的部分蚀刻如图所示的弧形的第一和第二凹槽18、20，为胶层16提供空间。

换句话说，在以上所述的实施例中，第一和第二凹槽18、20可以为沿着极耳14的长度方向L连续延伸(即，不间断地延伸)的凹槽，而第一和第二凹槽的形状可以根据具体的使用情况而定，本申请不局限于任何特定的凹槽形状。此外可选地，沿极耳14的宽度方向W相邻的第一和第二凹槽18、20之间可以彼此平行，即，在如图所示的实施例中，第一和第二凹槽18、20可以沿着极耳14的长度方向L延伸，并且彼此之间沿着宽度方向W隔开且相互平行。当然应当理解，第一和第二凹槽18、20之间可以相互平行也可以形成角度，这可以根据具体使用情况而定。

此外，与以上各实施例不同的是，本申请中电极10的第一和凹槽18、20也可以采用不连续的方向进行布置。也就是说，第一和凹槽18、20可以以阵列(即，排成行和列的数学元素的排列)的形式布置在极耳14的表面上。例如，在如图8A和图8B所示的实施例中，第一和第二凹槽18、20可以点状阵列的形式布置在极耳14上。当然应当理解，图8A和图8B所示仅为示例性的实施例，在可选的实施例中第一和第二凹槽18、20也可以任何其它阵列形式布置，例如螺旋状、放射状等，本申请不局限于此。

另外，在其它实施例中，第一和第二凹槽18、20也可以其它形式布置在极耳14的表面上。例如，如图9所示，第一和第二凹槽18、20可以彼此相交。也就是说，第一和第二凹槽18、20可以交叉状形式布置。

另外，在其它实施例中，第一和第二凹槽18、20还可以为两个圆环，如图10所示。当然应当理解，第一和第二凹槽18、20的形状也可以为其他形状，如多边形、椭圆形等；并且数量也不局限于两个。这可以根据具体使用情况而定，本申请不局限于此。

此外，对于本申请中的胶层16而言，胶层16可以采用导电银胶或者环氧导电胶黏剂。具体地，目前在各个领域中，具备强导电、高弹性模量、高稳定性等特殊工程性能的强效液态胶有着十分广阔的应用前景，高铁、汽车、各类飞行器的零部件与外壳都在广泛使用具有各种工程性能的强效液态胶。而在本申请中所使用的强效导电液态胶具备导电性良好、高弹性模量的特殊性能，除了可以连接极耳14与集流体12之外，还可以提升电芯10在非正常使用环境下(比如，跌落，强烈冲击等)的安全性能。

进一步地，本申请还提供了一种电芯，其中该电芯包括如上所述的电极10。另外，本申请还提供了一种电池，其中该电池包括如上所述的电芯。并且本申请还提供了一种电子设备，并且该电子设备包括如上所述的电池。由于以上所述的电芯、电池和电子设备中均包括本申请上述的电极10，因此上述电芯、电池和电子设备均具备以上有关电极10所述的全部优势。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，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 (10)

1.一种电极，包括：

集流体；

极耳，通过胶层粘接至所述集流体，所述胶层导电；

其中，所述集流体和所述极耳中至少一者的表面形成有第一凹槽，所述胶层设置在所述第一凹槽中。

2.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极还包括第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽分别沿所述电极的第一方向延伸。

3.根据权利要求2所述的电极，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽平行。

4.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极还包括第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽以点状阵列的形式布置。

5.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极还包括第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽相交。

6.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极还包括第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽为圆环。

7.根据权利要求1所述的电极，其中，所述胶层包括导电银胶或者环氧导电胶黏剂。

8.一种电芯，其中，所述电芯包括权利要求1至7中任一项所述的电极。

9.一种电池，其中，所述电池包括权利要求8所述的电芯。

10.一种电子设备，其中，所述电子设备包括权利要求9所述的电池。