CN208256822U - 电极组件及二次电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种电极组件及二次电池。电极组件包括第一极片、第二极片以及将第一极片和第二极片隔开的隔膜，第一极片、隔膜及第二极片卷绕为一体并形成水平区域以及位于水平区域两端的拐角区域。在拐角区域，第一极片为m层；在从内到外的n层第一极片中，至少部分层的第一极片设有凸包，凸包的一侧形成凹部；在从外到内的m‑n层的第一极片中，各层第一极片不设置凸包，其中m＞n＞0。二次电池包括所述电极组件。

Description

电极组件及二次电池
技术领域
本实用新型涉及电池领域，尤其涉及一种电极组件及二次电池。
背景技术
二次电池的电极组件包括正极片、负极片及将正极片和负极片隔开的隔膜，通常，正极片、负极片和隔膜卷绕在一起并形成果冻卷状的电极组件。在二次电池的充放电过程中，极片会因活性物质的脱锂或嵌锂状态而发生体积膨胀，而极片的膨胀必然会在极片与隔膜之间产生膨胀应力。膨胀变形从内到外逐渐叠加，导致电极组件外层的极片上的膨胀应力过大；如果产生的膨胀应力得不到有效释放，当二次电池循环达到一定程度时，将会导致外层的极片断裂；尤其在电极组件卷绕形成的拐角区域，膨胀应力最为集中，极片的断裂更易发生。
为了给极片提高膨胀空间，目前的二次电池通常在极片与隔膜之间预留间隙，从而给不断膨胀的极片创造缓冲空间。但是，电极组件为卷绕结构，外层的极片可能会出现松动，松动时所述缓冲空间会进一步增大，导致极片与隔膜之间的间隙过大，容易出现析锂，影响二次电池的循环性能。
实用新型内容
鉴于背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种电极组件及二次电池，其能防止极片断裂，避免析锂，改善二次电池的循环性能和安全性能。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种电极组件，其包括第一极片、第二极片以及将第一极片和第二极片隔开的隔膜，第一极片、隔膜及第二极片卷绕为一体并形成水平区域以及位于水平区域两端的拐角区域。在拐角区域，第一极片为m层；在从内到外的n层第一极片中，至少部分层的第一极片设有凸包，凸包的一侧形成凹部；在从外到内的m-n层的第一极片中，各层第一极片不设置凸包，其中m＞n＞0。
在拐角区域的从内到外的n层第一极片中，各层第一极片上均设有凸包。
在水平区域，第一极片为k层。与拐角区域的从内到外的n层第一极片相连且位于水平区域的多层第一极片上设有凸包。第一极片设有凸包的区域的面积与总面积的比为0.3～0.8。
m-n的值为4～20。凹部的深度为10μm～30μm。
在拐角区域，设有凸包的各层第一极片的表面上还设有颗粒。
为了实现上述目的，本实用新型还提供了另一种电极组件，其包括第一极片、第二极片以及将第一极片和第二极片隔开的隔膜，第一极片、隔膜及第二极片卷绕为一体并形成水平区域以及位于水平区域两端的拐角区域。在拐角区域，第一极片为m层；在从内到外的n层第一极片中，至少部分层的第一极片与隔膜之间设有颗粒；在从外到内的m-n层第一极片中，各层第一极片与隔膜之间均不设置颗粒，且m＞n＞0。颗粒设置于第一极片的表面或隔膜的表面。
本实用新型还提供了一种二次电池，包括所述的电极组件。
本实用新型的有益效果如下：在二次电池的使用过程中，第一极片会膨胀；由于凸包或颗粒可以支撑隔膜并在第一极片与隔膜之间形成缓冲间隙，因此，即使内侧的n层第一极片出现膨胀，所述缓冲间隙也能够为内侧的n 层第一极片提供膨胀空间，从而释放内侧的n层第一极片的膨胀力。由于内侧的n层第一极片的膨胀变形已经被缓冲间隙吸收，膨胀力不会叠加到外侧的m-n层的第一极片中；因此，即使外侧的m-n层的第一极片膨胀，其自身的膨胀力不足以使第一极片断裂，从而防止电极组件扭曲变形，改善二次电池的循环性能和安全性能。另外，外侧的m-n层的第一极片与隔膜紧贴，所以即使电极组件外侧的部分出现松动，外侧的m-n层的第一极片与隔膜之间也只会形成较小间隙，不会出现析锂现象，从而改善二次电池的循环性能。
附图说明
图1为根据本实用新型的电极组件的一实施例的示意图。
图2为图1的第一极片在卷绕前的示意图。
图3为图2沿线A-A作出的剖视图。
图4为根据本实用新型的电极组件的另一实施例的示意图。
图5为图4的第一极片在卷绕前的一实施例的示意图。
图6为图4的第一极片在卷绕前的另一实施例的示意图。
图7为图6沿线B-B作出的剖视图。
图8为根据本实用新型的电极组件的又一实施例的示意图。
图9为图8的第一极片在卷绕前的示意图。
图10为图9沿线C-C作出的剖视图。
图11为图8的隔膜在卷绕前的示意图。
图12为根据本实用新型的电极组件的再一实施例的示意图。
图13为图12的第一极片在卷绕前的示意图。
图14为图12的隔膜在卷绕前的示意图。
图15为图14沿线D-D作出的剖视图。
其中，附图标记说明如下：
1 第一极片 P 凸包
2 第二极片 G 凹部
3 隔膜 Z1 水平区域
4 颗粒 Z2 拐角区域
具体实施方式
二次电池通常包括壳体、电极组件以及顶盖组件。壳体可具有六面体形状或其它形状。壳体内部形成收容腔，以容纳电极组件和电解液。壳体在一端形成开口，而电极组件可经由所述开口放置到壳体的收容腔。壳体可由铝或铝合金等导电金属的材料制成，也可由塑胶等绝缘材料制成。
顶盖组件包括顶盖板和设置于顶盖板的电极端子，顶盖板固定于壳体并覆盖壳体的开口，以将电极组件封闭在壳体内。电极端子露出到二次电池的外部，且与壳体内部的电极组件电连接。电极组件经由电极端子实现充放电。
下面以不同的实施例来详细说明二次电池的电极组件。
在第一实施例中，参照图1，电极组件包括第一极片1、第二极片2以及将第一极片1和第二极片2隔开的隔膜3，第一极片1、隔膜3及第二极片2卷绕为一体并形成水平区域Z1以及位于水平区域Z1两端的拐角区域Z2。
在制备电极组件时，首先将第一极片1、隔膜3及第二极片2层叠设置，然后将其一端固定到卷轴上，随着卷轴的转动，第一极片1、隔膜3及第二极片2卷绕为果冻卷状；在卷绕完成后，抽出卷轴，并将电极组件压平(压平后的区域即为水平区域Z1)。
在拐角区域Z2，第一极片1为m层；在从内到外的n层第一极片1中，至少部分层的第一极片1设有凸包P，凸包P的一侧形成凹部G；在从外到内的m-n层的第一极片1中，各层第一极片1不设置凸包P，其中m＞n＞0。其中，从内到外的第n层第一极片1为分界线，其上必然设置有凸包P。
依照内外关系，在后述的内容中，“从内到外的n层第一极片1”简称为“内侧的n层第一极片1”，“从外到内的m-n层的第一极片1”简称为“外侧的m-n层的第一极片1”。
在二次电池的使用过程中，第一极片1(特别是拐角区域Z2的第一极片 1)会膨胀；由于凸包P可以支撑隔膜3并在第一极片1与隔膜3之间形成缓冲间隙，因此，即使内侧的n层第一极片1出现膨胀，所述缓冲间隙也能够为内侧的n层第一极片1提供膨胀空间，从而释放内侧的n层第一极片1 的膨胀力。由于内侧的n层第一极片1的膨胀变形已经被缓冲间隙吸收，膨胀力不会叠加到外侧的m-n层的第一极片1中；因此，即使外侧的m-n层的第一极片1膨胀，其自身的膨胀力不足以使第一极片1断裂，从而防止电极组件扭曲变形，改善二次电池的循环性能和安全性能。
另外，外侧的m-n层的第一极片1与隔膜3紧贴，所以即使电极组件外侧的部分出现松动，外侧的m-n层的第一极片1与隔膜3之间也只会形成较小间隙，不会出现析锂现象，从而改善二次电池的循环性能。在此说明的是，电极组件为卷绕结构，只会在外侧出现松动，而内侧的n层第一极片1与隔膜3之间的缓冲间隙不会增大，也就不会出现析锂现象。
第二极片2的膨胀变形也可由第一极片1与隔膜3之间的缓冲间隙吸收。
优选地，在拐角区域Z2的从内到外的n层第一极片1中，各层第一极片1上均设有凸包P。为了能够充分吸收内侧的n层第一极片1的膨胀变形，内侧的n层第一极片1与隔膜3之间的总缓冲间隙需要足够大。在内侧的n 层第一极片1中，各层第一极片1均设置凸包P可以增多缓冲间隙的数量，减小各缓冲间隙的大小。参照图2和图3，由于凸包P和凹部G是通过辊压第一极片1而成(例如，辊轮的表面上设置特定形状的凸起，凸起挤压第一极片1以形成凸包P和凹部G)，而各缓冲间隙的大小由凸包P的高度或凹部G的深度决定，因此，这样设置可以减小第一极片1的变形。
凹部G的深度优选为10μm～30μm。如果凹部G的深度小于10μm，那么第一极片1与隔膜3之间的缓冲间隙过小，无法充分吸收内侧的n层第一极片1的膨胀变形，外侧的m-n层的第一极片1仍有断裂风险。如果凹部 G的深度大于30μm，那么容易对第一极片1造成不可逆的损伤。
优选地，m-n的值为4～20。在拐角区域Z2，如果不设置凸包P的第一极片1的层数低于4层，当电极组件松动时，设置有凸包P的第一极片1(例如，从外到内的第4层第一极片1)可能会松动并增大其与隔膜3之间的缓冲间隙，导致该层第一极片1出现析锂，影响二次电池的循环性能。如果不设置凸包P的第一极片1的层数高于20层，那么超过20层的第一极片1的膨胀变形叠加到最外层的第一极片1，依然可能会因为膨胀力过大而导致所述最外层的第一极片1断裂。因此，m-n的值优选为4～20。
优选地，第一极片1为正极极片。
参照图4和图5，本申请的第二实施例与第一实施例大体相同，相同的内容不再赘述，区别点在于，水平区域Z1的第一极片1也可设置凸包P。
具体地，在水平区域Z1，第一极片1为k层；与拐角区域Z2的从内到外的n层第一极片1相连且位于水平区域Z1的多层第一极片1上设有凸包P。参照图5，在第一极片1的成型过程中，可以在第一极片1上连续辊压出凸包P，与第一实施例的间隔辊压相比，可以简化辊压工艺。
其中，第一极片1设有凸包P的区域的面积与总面积的比为0.3～0.8。如果所述比值小于0.3，那么凸包P的密度较低，第一极片1与隔膜3之间的缓冲间隙偏小，第一极片1仍有断裂风险。如果所述比值大于0.8，那么凸包P的密度过高，相邻的凸包P可能会连在一起，造成第一极片1的不可逆的损伤。
参照图4、图6和图7，本申请的第三实施例与第二实施例大体相同，其区别在于，在拐角区域Z2，设有凸包P的各层第一极片1的表面上还设有颗粒4。颗粒4也可以支撑隔膜3，进而增大第一极片1与隔膜3之间的缓冲间隙，因此，可以降低凸包P的高度，以减小第一极片1的变形，降低损伤第一极片1的可能性。
优选地，在水平区域Z1，设有凸包P的各层第一极片1的表面上也设有颗粒4。参照图6，这样可以连续涂布颗粒，以简化涂布工艺。颗粒4可包聚偏氟乙烯。
参照图8至图11，在第四实施例中，电极组件包括第一极片1、第二极片2以及将第一极片1和第二极片2隔开的隔膜3，第一极片1、隔膜3及第二极片2卷绕为一体并形成水平区域Z1以及位于水平区域Z1两端的拐角区域Z2。在拐角区域Z2，第一极片1为m层；在从内到外的n层第一极片 1中，至少部分层的第一极片1与隔膜3之间设有颗粒4；在从外到内的m-n层第一极片1中，各层第一极片1与隔膜3之间均不设置颗粒4，且m＞n ＞0。优选地，颗粒4可通过涂布的方式设置到第一极片1的表面。
进一步地，在拐角区域Z2的从内到外的n层第一极片1中，各层第一极片1的表面均设有颗粒4。
由于颗粒4可以支撑隔膜3并在第一极片1与隔膜3之间形成缓冲间隙，因此，即使内侧的n层第一极片1出现膨胀，所述缓冲间隙也能够为内侧的 n层第一极片1提供膨胀空间，从而释放内侧的n层第一极片1的膨胀力。由于内侧的n层第一极片1的膨胀变形已经被缓冲间隙吸收，膨胀力不会叠加到外侧的m-n层的第一极片1中；因此，即使外侧的m-n层的第一极片1 膨胀，其自身的膨胀力不足以使第一极片1断裂，从而防止电极组件扭曲变形，改善二次电池的循环性能和安全性能。另外，外侧的m-n层的第一极片 1与隔膜3紧贴，所以即使电极组件外侧的部分出现松动，外侧的m-n层的第一极片1与隔膜3之间也只会形成较小间隙，不会出现析锂现象，从而改善二次电池的循环性能。
参照图12至图15，本申请的第五实施例与第四实施例大体相同，其区别在于，颗粒4通过涂布的方式设置到隔膜3的表面，而不是第一极片1的表面。当然，也可以同时在隔膜3的表面和第一极片1的表面涂布颗粒4。

Claims (10)

1.一种电极组件，包括第一极片(1)、第二极片(2)以及将第一极片(1)和第二极片(2)隔开的隔膜(3)，第一极片(1)、隔膜(3)及第二极片(2)卷绕为一体并形成水平区域(Z1)以及位于水平区域(Z1)两端的拐角区域(Z2)；
其特征在于，
在拐角区域(Z2)，第一极片(1)为m层；在从内到外的n层第一极片(1)中，至少部分层的第一极片(1)设有凸包(P)，凸包(P)的一侧形成凹部(G)；在从外到内的m-n层的第一极片(1)中，各层第一极片(1)不设置凸包(P)，其中m＞n＞0。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，在拐角区域(Z2)的从内到外的n层第一极片(1)中，各层第一极片(1)上均设有凸包(P)。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，
在水平区域(Z1)，第一极片(1)为k层；
与拐角区域(Z2)的从内到外的n层第一极片(1)相连且位于水平区域(Z1)的多层第一极片(1)上设有凸包(P)。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其特征在于，第一极片(1)设有凸包(P)的区域的面积与总面积的比为0.3～0.8。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，m-n的值为4～20。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，凹部(G)的深度为10μm～30μm。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，在拐角区域(Z2)，设有凸包(P)的各层第一极片(1)的表面上还设有颗粒(4)。
8.一种电极组件，包括第一极片(1)、第二极片(2)以及将第一极片(1)和第二极片(2)隔开的隔膜(3)，第一极片(1)、隔膜(3)及第二极片(2)卷绕为一体并形成水平区域(Z1)以及位于水平区域(Z1)两端的拐角区域(Z2)；
其特征在于，
在拐角区域(Z2)，第一极片(1)为m层；在从内到外的n层第一极片(1)中，至少部分层的第一极片(1)与隔膜(3)之间设有颗粒(4)；在从外到内的m-n层第一极片(1)中，各层第一极片(1)与隔膜(3)之间均不设置颗粒(4)，且m＞n＞0。
9.根据权利要求8所述的电极组件，其特征在于，颗粒(4)设置于第一极片(1)的表面或隔膜(3)的表面。
10.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项的电极组件。
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