CN208955106U - 二次电池及其电极构件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种二次电池及其电极构件。电极构件包括绝缘基体、导电层及活性物质层。导电层设置于绝缘基体的表面，且导电层包括主体部和从主体部延伸的突部，主体部涂覆有活性物质层，突部未涂覆活性物质层。活性物质层包括第一部分和第二部分，第一部分位于活性物质层的远离突部的端部，第二部分位于第一部分靠近突部的一侧，且第一部分的厚度小于第二部分的厚度。二次电池包括电极组件，电极组件包括所述的电极构件。

Description

二次电池及其电极构件

技术领域

本实用新型涉及电池领域，尤其涉及一种二次电池及其电极构件。

背景技术

二次电池的电极构件通常包括集流体和涂覆在集流体表面的活性物质层。为了提高二次电池的安全性能，一些电极构件选择一种多层结构的集流体，参照图1和图2，所述集流体包括绝缘基体11和设置于绝缘基体11表面的导电层12，而活性物质层13涂覆于导电层12的表面。导电层12包括涂覆有活性物质层13的主体部121和未涂覆活性物质层13的突部122。活性物质层13、主体部121以及绝缘基体11的与主体部121对应的部分形成电生成区P1，突部122以及绝缘基体11的与突部122对应的部分形成电引导区P2，电引导区P2用于与二次电池的电极端子电连接，并通过电极端子实现充放电。

在电极构件的生产过程中，需要辊压活性物质层13，以将活性物质层13压薄，提高能量密度。绝缘基体11为一种较软的材质(例如PET塑料)，具有较大的延展率。参照图2，因电生成区P1的厚度远远大于电引导区P2的厚度，辊轮9仅仅在活性物质层13上施加压力，所以电生成区P1的绝缘基体11具有较大的延展；而在延展过程中，电生成区P1的绝缘基体11会对电引导区P2的绝缘基体11施加张力，以带动电引导区P2的绝缘基体11延展。对应地，电引导区P2的绝缘基体11会对电生成区P1的绝缘基体11施加反作用力，以限制电生成区P1的绝缘基体11的延展；在电生成区P1厚度均匀的情况下，沿远离电引导区P2的方向，所述反作用力逐渐减小(也就是说，电生成区P1的绝缘基体11的延展率逐渐增大)。因此，参照图3，电极构件经过辊压后，电生成区P1远离电引导区P2的一端的长度会大于电引导区P2的长度，导致电极构件整体弯曲。

在二次电池中，正负极性的电极构件卷绕为一体；如果电生成区P1弯曲，电生成区P1的端部在卷绕后无法对齐，导致负极电极构件的活性物质层13无法完全覆盖正极电极构件的活性物质层13；在充电过程中，正极电极构件的活性物质层13脱出的锂无法全部嵌入负极电极构件的活性物质层13，从而造成析锂，影响二次电池的性能。

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二次电池及其电极构件，其能减小电生成区的弯曲，避免二次电池析锂。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种二次电池及其电极构件。

电极构件包括绝缘基体、导电层及活性物质层。导电层设置于绝缘基体的表面，且导电层包括主体部和从主体部延伸的突部，主体部涂覆有活性物质层，突部未涂覆活性物质层。活性物质层包括第一部分和第二部分，第一部分位于活性物质层的远离突部的端部，第二部分位于第一部分靠近突部的一侧，且第一部分的厚度小于第二部分的厚度。

沿远离突部的方向，第一部分的厚度逐渐减小。

沿高度方向，第一部分的尺寸与活性物质层的总尺寸之比为3％～20％。

第二部分的密度大于第一部分的密度。

第一部分的厚度与第二部分的厚度之差为0.5μm～20μm。

活性物质层还包括第三部分，第三部分位于第二部分的靠近突部的一侧，且第三部分的厚度小于第二部分的厚度；沿靠近突部的方向，第三部分的厚度逐渐减小。

所述电极构件还包括保护层，设置于突部的远离绝缘基体的一侧并与第三部分相连。

在相同作用力下，绝缘基体的延展率与导电层的延展率相差不超过4％。

绝缘基体的延展率小于10％。

二次电池包括电极组件，电极组件包括所述的电极构件。

本实用新型的有益效果如下：在由于第二部分的厚度大于第一部分的厚度，因此，在辊压过程中，第二部分受到的辊压力较大，而第一部分受到的辊压力较小；也就是说，电生成区的与第二部分对应的部分的延展率较大，而电生成区的与第一部分对应的部分的延展率较小。而在辊压过程中，电引导区不受力且几乎不延展，因此，经过辊压后，电极构件沿高度方向两端的延展率较小，而电极构件中部的延展率较大。本申请通过减小第一部分的厚度，降低电极构件沿高度方向两端的长度差，减小电极构件整体的弯曲变形，避免二次电池析锂。

附图说明

图1为现有技术的电极构件的示意图。

图2为图1的电极构件在辊压过程中的示意图。

图3为图1的电极构件在辊压后的示意图。

图4为根据本实用新型的二次电池的示意图。

图5为根据本实用新型的电极组件的断面图。

图6为根据本实用新型的电极构件在卷绕后的示意图。

图7为图6的电极构件在展开后的示意图。

图8为图7沿线A-A作出的剖视图。

图9为图7的电极构件在成型过程中的示意图。

图10为图9沿线B-B作出的剖视图。

图11为图9的电极构件经过辊压后的示意图。

图12为根据本实用新型的电极构件的另一实施例的示意图。

图13为图12沿线C-C作出的剖视图。

图14为根据本实用新型的电极构件的又一实施例的示意图。

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电极构件 P2电引导区

11绝缘基体 2正极构件

12导电层 3负极构件

121主体部 4隔膜

122突部 5壳体

13活性物质层 6顶盖板

131第一部分 7电极端子

132第二部分 8转接片

133第三部分 9辊轮

14保护层 X宽度方向

15导电结构 Y厚度方向

P1电生成区 Z高度方向

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展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。

在本申请的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

本实用新型的二次电池包括电极组件，参照图5，电极组件包括正极构件2、负极构件3以及隔膜4，隔膜4设置于正极构件2和负极构件3之间。正极构件2、隔膜4及负极构件3堆叠并卷绕成扁平状。电极组件为二次电池实现充放电功能的核心部件。

本实用新型的二次电池可为软包电池，正极构件2、隔膜4和负极构件3卷绕形成的电极组件直接封装在包装袋内。所述包装袋可为铝塑膜。

当然，本申请的二次电池也可为硬壳电池。具体地，参照图4，二次电池主要包括电极组件、壳体5、顶盖板6、电极端子7及转接片8。

壳体5可具有六面体形状或其它形状。壳体5内部形成空腔，以容纳电极组件和电解液。壳体5在一端形成开口，而电极组件可经由所述开口放置到壳体5的收容腔。壳体5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。

顶盖板6设置于壳体5并覆盖壳体5的开口，从而将电极组件封闭在壳体5内。电极端子7设置于顶盖板6，电极端子7的上端突出到顶盖板6上侧，下端可穿过顶盖板6并延伸到壳体5内。转接片8设置于壳体5内并固定于电极端子7。电极端子7和转接片8均为两个，正极构件2经由一个转接片8与一个电极端子7电连接，负极构件3经由另一个转接片8与另一个电极端子7电连接。

在二次电池中，正极构件2和负极构件3中的至少一个采用后述的电极构件1。

图6至图11为本实用新型的电极构件1的第一实施例的示意图。参照图6至图11，电极构件1包括绝缘基体11、导电层12及活性物质层13。

绝缘基体11材质可为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜或PP(聚丙烯)膜。绝缘基体11的厚度可为1μm～20μm。

导电层12为两个且分别设置到绝缘基体11的两个表面。具体地，导电层12的材料选自金属导电材料、碳基导电材料中的至少一种；金属导电材料优选铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金、铝锆合金中的至少一种，所述碳基导电材料优选石墨、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。导电层12可通过气相沉积法(vapor deposition)、化学镀(electrolessplating)中的至少一种形成于绝缘基体11的表面。其中，气相沉积法优选物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition，PVD)，例如热蒸发法(Thermal Evaporation Deposition)。

活性物质层13包括活性材料，活性材料可依照电极构件1的极性而定；例如，当电极构件1为正极性时，所述活性材料可为锰酸锂或磷酸铁锂，当电极构件1为负极性时，所述活性材料可为石墨或硅。可将活性材料、粘结剂、导电剂及溶剂制成浆料，然后将浆料涂布在导电层12的远离绝缘基体11的外表面，浆料固化后形成活性物质层13。活性物质层13为两个且分别涂覆到两个导电层12上。

活性物质层13仅覆盖导电层12的部分区域。具体地，参照图7和图8，导电层12包括主体部121和从主体部121延伸的突部122，主体部121涂覆有活性物质层13，突部122未涂覆活性物质层13。

为了方便描述，将活性物质层13、主体部121以及绝缘基体11的与主体部121对应的部分称为电生成区P1，将突部122以及绝缘基体11的与突部122对应的部分称为电引导区P2。在二次电池的使用过程中，电生成区P1的活性物质层13与电解液等发生电化反应，产生充放电过程；而电引导区P2连接到转接片8，从而将电流引出到二次电池的外部。

参照图7，电引导区P2为多个且沿宽度方向X间隔布置；在二次电池中，正负极性的电极构件1通过卷绕形成电极组件，参照图6，电极构件1卷绕成型后，所述多个电引导区P2沿厚度方向Y层叠布置，且通过焊接固定到转接片8。

由于导电层12较薄，所以在裁切的过程中，导电层12产生的毛刺较小，很难刺破十几微米的隔膜4，从而避免短路，提高安全性能。另外，当异物刺穿二次电池的电极构件1时，由于导电层12厚度较小，因此导电层12在被异物刺穿的部位产生的毛刺较小，很难刺破隔膜4，从而避免短路，提高安全性能。

所述电极构件1还包括保护层14，设置于突部122的远离绝缘基体11的一侧并与活性物质层13相连。保护层14包括粘结剂和绝缘材料，所述绝缘材料包括三氧化二铝和羟基氧化铝中的至少一种。粘结剂、绝缘材料及溶剂混合在一起制备出浆料，所述浆料涂布在突部122的表面，并在固化后形成保护层14。保护层14的硬度大于导电层12硬度。

所述电极构件1还包括多个导电结构15，各导电结构15焊接于突部122的未被保护层14覆盖的区域。参照图6，当电极构件1卷绕成型后，所述多个导电结构15沿厚度方向Y层叠布置，并且每两个相邻的电引导区P2之间均具有导电结构15。所述多个导电结构15同时焊接到转接片8，从而实现两个导电层12的汇流输出。

活性物质层13包括第一部分131和第二部分132，第一部分131位于活性物质层13的远离突部122的端部，第二部分132位于第一部分131靠近突部122的一侧，且第一部分131的厚度小于第二部分132的厚度。

第一实施例的电极构件1可按照下述步骤成型：

(一)通过气相沉积法或化学镀在绝缘基体11的表面形成导电层12，从而制备出一种复合带材。

(二)参照图9，在导电层12的表面上同时涂布活性物质层13和保护层14；涂布时，减小活性物质层13远离保护层14的一端的厚度。

(三)辊压活性物质层13，以将活性物质层13压实，提高密度。

(四)辊压完成后，在导电层12上焊接金属箔材(例如铝箔)，然后同时裁切所述金属箔材、保护层14、导电层12及绝缘基体11，以得到图7所示的电极构件1。

图11示出电极构件1经过步骤(三)的辊压过程后的形状。由于第二部分132的厚度大于第一部分131的厚度，因此，在辊压过程中，第二部分132受到的辊压力较大，而第一部分131受到的辊压力较小；也就是说，电生成区P1的与第二部分132对应的部分的延展率较大，而电生成区P1的与第一部分131对应的部分的延展率较小。而在辊压过程中，电引导区P2不受力且几乎不延展，因此，参照图11，经过辊压后，电极构件1沿高度方向Z两端的延展率较小，而电极构件1中部的延展率较大。本申请通过减小第一部分131的厚度，降低电极构件1沿高度方向Z两端的长度差，减小电极构件1整体的弯曲变形，避免二次电池析锂。

由于绝缘基体11的弹性模量较小，所以在辊压电生成区P1时，电生成区P1的绝缘基体11会向突部122的内侧延展，导致突部122内侧的绝缘基体11鼓起变形，而突部122容易在绝缘基体11的作用力下开裂。在本申请中，保护层14具有较高的强度，可以在辊压电极构件1的过程中为突部122提供支撑力，限制突部122的变形，减小突部122产生裂纹的概率，改善电极构件1的过流能力。

在二次电池工作过程中，由于震动等因素可能会导致突部122脱落；优选地，保护层14连接于活性物质层13，这样可以将保护层14固定到活性物质层13，增大保护层14在电极构件1上的结合力，提高抗震能力，避免保护层14连同突部122一起脱落。同时，突部122最容易在靠近活性物质层13的根部(也就是突部122与主体区121的交界处)产生裂纹，所以，当保护层14与活性物质层13相连时，可以避免突部122开裂，从而改善电极构件1的过流能力。

沿高度方向Z，第一部分131的尺寸与活性物质层13的总尺寸之比为3％～20％。由于绝缘基体11的弹性模量较小，因此，在辊压过程中，与第二部分132对应的绝缘基体11会对与第一部分131对应的绝缘基体11施加作用力，以带动与第一部分131对应的绝缘基体11延展；沿远离电引导区P2的方向，所述作用力逐渐减小。如果第一部分131的尺寸与活性物质层13的总尺寸之比小于3％，那么在所述作用力的带动下，电生成区P1远离电引导区P2的一端仍然会有较大的延展，对减小电极构件1沿高度方向Z两端的长度差的效果有限。而如果第一部分131的尺寸与活性物质层13的总尺寸之比大于20％，将会降低活性物质层13的容量，影响能量密度。

辊压时，第二部分132受到的辊压力最大，因此，在压实后，第二部分132的密度大于第一部分131的密度。

第一部分131的厚度与第二部分132的厚度之差为0.5μm～20μm。如果所述厚度差小于0.5μm，第一部分131仍会受到较大的辊压力，电生成区P1远离电引导区P2的一端仍然会有较大的延展，对减小电极构件1沿高度方向Z两端的长度差的效果有限。如果所述厚度差大于20μm，将会降低活性物质层13的容量，影响能量密度。

通常，绝缘基体11的延展率大于导电层12的延展率，因此，在辊压过程中，绝缘基体11会对导电层12施加作用力，以带动导电层12延展。如果绝缘基体11的延展率与导电层12的延展率之差过大，那么导电层12容易在所述作用力的带动下断裂，影响导电层12的过流能力。因此，优选地，在相同作用力下，绝缘基体11的延展率与导电层12的延展率相差不超过4％。另外，所述延展率指的是，在一定的压力下，材料伸长量占原来长度的百分率。

绝缘基体11的延展率越大，电极构件1沿高度方向Z两端的长度差的也就越大，同时，也更容易在辊压过程中拉断导电层12，因此，绝缘基体11的延展率优选小于10％。进一步地，绝缘基体11的延展率优选为1％～3％

下面对其它两个实施例进行说明。为了简化描述，以下仅主要介绍其它两个实施例与第一实施例的不同之处，未描述的部分可以参照第一实施例进行理解。

图12和图13为本实用新型电极构件的第二实施例的示意图。参照图12和图13，在第二实施例中，沿远离突部122的方向，第一部分131的厚度逐渐减小。为了减小电极构件1沿高度方向Z两端的长度差，需要降低电生成区P1远离电引导区P2的一端的延展率；因此，在第一部分131中，距离突部122越远，其厚度需要越小，以减小电极构件1沿高度方向Z两端的长度差。

参照图8，在第一实施例中，第一部分131均匀涂布，那么第一部分131和第二部分132在交界处具有较大的厚度差；在辊压时，应力会集中到第一部分131和第二部分132在交界处，因此，导电层12很容易在应力的作用下断裂，影响过流能力。而在第二实施例中，第一部分131沿远离突部122的方向逐渐变薄，实现第一部分131和第二部分132在交界处的平滑过渡，进而分散应力，降低应力集中，避免应力切断导电层12。

图14和图15为本实用新型电极构件的第三实施例的示意图。参照图14和图15，在第三实施例中，活性物质层13还包括第三部分133，第三部分133位于第二部分132的靠近突部122的一侧，且第三部分133的厚度小于第二部分132的厚度。第三部分133位于活性物质层13的靠近突部122的一端。

在辊压过程中，主体部121受到辊压力的作用，而突部122则不受辊压力的作用，因此，应力会集中到两者的交界处。参照图13，在第二实施例中，突部122直接与第二部分132相邻，而第二部分132又具有较大的厚度，因此，主体部121和突部122在交界处的应力偏大，主体部121和突部122很容易分离并形成裂纹，影响过流能力。而在第三实施例中，通过减小第三部分133的厚度，可以降低主体部121和突部122在交界处的应力，减小产生裂纹的概率。

进一步地，沿靠近突部122的方向，第三部分133的厚度逐渐减小。第三部分133沿靠近突部122的方向逐渐变薄，实现第一部分131和第三部分133在交界处的平滑过渡，进而分散应力，降低应力集中，避免应力切断导电层12。

由于突部122与第三部分133相邻，因此，保护层14与第三部分133相连。

Claims (10)

1.一种二次电池的电极构件(1)，包括绝缘基体(11)、导电层(12)及活性物质层(13)；

导电层(12)设置于绝缘基体(11)的表面，且导电层(12)包括主体部(121)和从主体部(121)延伸的突部(122)，主体部(121)涂覆有活性物质层(13)，突部(122)未涂覆活性物质层(13)；

活性物质层(13)包括第一部分(131)和第二部分(132)，第一部分(131)位于活性物质层(13)的远离突部(122)的端部，第二部分(132)位于第一部分(131)靠近突部(122)的一侧，且第一部分(131)的厚度小于第二部分(132)的厚度。

2.根据权利要求1所述的电极构件(1)，其特征在于，沿远离突部(122)的方向，第一部分(131)的厚度逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的电极构件(1)，其特征在于，沿高度方向(Z)，第一部分(131)的尺寸与活性物质层(13)的总尺寸之比为3％～20％。

4.根据权利要求1所述的电极构件(1)，其特征在于，第二部分(132)的密度大于第一部分(131)的密度。

5.根据权利要求1所述的电极构件(1)，其特征在于，第一部分(131)的厚度与第二部分(132)的厚度之差为0.5μm～20μm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电极构件(1)，其特征在于，

活性物质层(13)还包括第三部分(133)，第三部分(133)位于第二部分(132)的靠近突部(122)的一侧，且第三部分(133)的厚度小于第二部分(132)的厚度；

沿靠近突部(122)的方向，第三部分(133)的厚度逐渐减小。

7.根据权利要求6所述的电极构件(1)，其特征在于，所述电极构件(1)还包括保护层(14)，设置于突部(122)的远离绝缘基体(11)的一侧并与第三部分(133)相连。

8.根据权利要求1所述的电极构件(1)，其特征在于，在相同作用力下，绝缘基体(11)的延展率与导电层(12)的延展率相差不超过4％。

9.根据权利要求8所述的电极构件(1)，其特征在于，绝缘基体(11)的延展率小于10％。

10.一种二次电池，其特征在于，包括电极组件，电极组件包括权利要求1-9中任一项所述的电极构件(1)。