CN210403926U - 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、活性物质层和导电结构。导电层设置于绝缘基体的表面，且导电层包括第一部分和从第一部分延伸的第二部分，且第二部分的厚度大于第一部分的厚度。第一部分涂覆有活性物质层，第二部分至少部分未涂覆活性物质层，导电结构焊接于第二部分的未涂覆活性物质层的区域。

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

作为一种二次电池，锂离子电池由于具有能量密度高、功率密度高、循环使用次数多以及存储时间长等优点，而被广泛应用于手机和笔记本等便携式电子设备上以及电动汽车和电动自行车等电动交通工具上。

锂离子电池的电极构件通常采用金属材质，例如正电极构件通常采用铝箔，负电极构件则通常采用铜箔。然而，在穿钉实验中，由于铝箔(铜箔)在钉子的穿刺中会产生毛刺，使得毛刺直接搭接在负电极构件(正电极构件)上，因此会导致正电极构件和负电极构件内部短路，造成锂离子电池的起火、爆炸。

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，其能降低短路风险，提高使用寿命。

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、活性物质层和导电结构。导电层设置于绝缘基体的表面，且导电层包括第一部分和从第一部分延伸的第二部分，且第二部分的厚度大于第一部分的厚度。第一部分涂覆有活性物质层，第二部分至少部分未涂覆活性物质层，导电结构焊接于第二部分的未涂覆活性物质层的区域。

第二部分未涂覆活性物质层。

沿第一部分指向第二部分的方向，活性物质层与第二部分之间具有间隙。

电极构件还包括保护层，保护层至少部分填充到所述间隙内。

保护层连接于活性物质层。

保护层的一部分涂覆于第二部分。

第二部分具有过渡区域和连接区域，过渡区域从第一部分延伸，连接区域从过渡区域的远离第一部分的一端延伸。沿远离第一部分的方向，过渡区域的厚度逐渐增大。连接区域焊接于导电结构。

导电层设置于绝缘基体的相对两侧表面上。导电结构包括第一导电件和第二导电件，第一导电件连接于第二导电件。第一导电件焊接于第二部分的位于绝缘基体一侧表面的区域，第二导电件焊接于第二部分的位于绝缘基体另一侧表面的区域。

第二部分的厚度为1μm-5μm。

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：本申请通过设置绝缘基体，可以减小导电层的厚度。当异物刺穿二次电池的电极构件时，由于导电层厚度较小，因此导电层在被异物刺穿的部位产生的毛刺较小，很难刺破隔膜，从而降低短路风险，提高安全性能。本申请将导电层设计为具有不均匀厚度的结构，可以有效地提升导电层和导电结构的连接处的过流能力，降低产热，减缓电极构件的老化，提升二次电池的使用寿命。

附图说明

图1为根据本实用新型的二次电池的示意图。

图2为根据本实用新型的二次电池的电极组件的断面图。

图3为根据本实用新型的电极构件在卷绕状态下的示意图。

图4为根据本实用新型的电极构件的一实施例在展开状态的示意图。

图5为图4的电极构件在方框处的放大图。

图6为图5的电极构件沿线A-A作出的断面图。

图7为根据本实用新型的电极构件的导电层的一示意图。

图8为根据本实用新型的电极构件的另一实施例的示意图。

图9为根据本实用新型的电极构件的导电层的另一示意图。

图10为根据本实用新型的电极构件的又一实施例的示意图。

图11为根据本实用新型的电极构件的导电层的又一示意图。

其中，附图标记说明如下：

1 电极构件

11 绝缘基体

12 导电层

121 第一部分

122 第二部分

122a 过渡区域

122b 连接区域

13 活性物质层

14 导电结构

141 第一导电件

142 第二导电件

15 保护层

2 正极构件

3 负极构件

4 隔膜

5 壳体

6 顶盖板

7 电极端子

8 集流构件

P 电引导部

X 宽度方向

Y 厚度方向

Z 高度方向

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个以上(包括两个)；除非另有规定或说明，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接，或信号连接；“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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

本申请的二次电池包括电极组件，参照图2，电极组件包括正极构件2、负极构件3以及隔膜4，隔膜4将正极构件2和负极构件3隔开。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。

本申请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1，二次电池包括电极组件、壳体5、顶盖板6、电极端子7及集流构件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。集流构件8设置于壳体5内并固定于电极端子7。电极端子7和集流构件8均为两个，正极构件2经由一个集流构件8与一个电极端子7电连接，负极构件3经由另一个集流构件8与另一个电极端子7电连接。

在二次电池的电极组件中，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。

下面以不同的实施例详细描述本申请的电极构件。

参照图4至图7，电极构件1包括绝缘基体11、导电层12、活性物质层13和导电结构14。

绝缘基体11的材质可为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜或PP(聚丙烯)膜。

导电层12设置于绝缘基体11的表面。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(electroless plating)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)。

导电层12包括第一部分121和从第一部分121延伸的第二部分122，且第二部分122的厚度大于第一部分121的厚度。第一部分121涂覆有活性物质层13，第二部分122至少部分未涂覆活性物质层13。

活性物质层13可通过涂布的方式设置到导电层12的表面。可将活性材料(例如锰酸锂、磷酸铁锂)、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的表面，浆料固化后形成活性物质层13。

绝缘基体11的厚度可为1μm～20μm，导电层12的厚度可为0.1μm～10μm。由于导电层12较薄，所以在裁切电极构件1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，从而降低短路风险，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，从而降低短路风险，提高安全性能。

绝缘基体11的与第二部分122对应的部分和第二部分122形成电引导部P。电引导部P可为多个。参照图3和图4，当电极组件卷绕成型后，多个电引导部P层叠设置。

在二次电池的使用过程中，活性物质层13与电解液等发生电化学反应，并产生充放电过程。而电引导部P则与集流构件8电连接，将产生的电流引出到外部。由于绝缘基体11的存在，如果将多个电引导部P直接连接到集流构件8，那么将会导致电引导部P和集流构件8连接处的电阻过大，在充放电过程中温升急剧增加。

因此，本申请设置有导电结构14，导电结构14焊接于第二部分122的未涂覆活性物质层13的区域。导电结构14为多个，各电引导部P与对应的导电结构14连接。当电极组件卷绕成型后，相邻的电引导部P之间可以通过导电结构14电导通，而不再受到绝缘基体11的限制，从而有效地提升电极构件1的导电能力。

多个导电结构14焊接于集流构件8。通过设置导电结构14，电引导部P无需与集流构件8直接连接，有效地改善电极构件1和集流构件8之间的导电性能。

在焊接导电结构14和第二部分122时，如果第二部分122的厚度较小，那么第二部分122很容易在焊接时被破坏，造成第二部分122和导电结构14的连接处电阻偏大，在充放电过程中发热较为严重，影响电极构件1的性能和寿命。

本申请将导电层12设计为具有不均匀厚度的结构，即焊接于导电结构14的第二部分122的厚度大于未焊接于导电结构14的第一部分121的厚度。本申请通过增大第二部分122的厚度，可以有效地提升第二部分122和导电结构14的连接处的过流能力，降低产热，减缓电极构件1的老化，提升二次电池的使用寿命。

在一些实施例中，参照图6，导电层12设置于绝缘基体11的相对两侧表面上。分别位于绝缘基体11两侧的导电层12被绝缘基体11隔开，导电层12之间的电流无法直接传递。为了提高电引导部P的过流能力，本申请的导电结构14优选连接分别位于绝缘基体11两侧的导电层12。具体地，导电结构14包括第一导电件141和第二导电件142，第一导电件141连接于第二导电件142。第一导电件141焊接于第二部分122的位于绝缘基体11一侧表面的区域，第二导电件142焊接于第二部分122的位于绝缘基体11另一侧表面的区域。

在本申请中，第一导电件141和第二导电件142能够将分别位于绝缘基体11两侧的导电层12上的电流汇集在一起，并传输到集流构件8和电极端子7，从而提高过流能力。

参照图6，第一导电件141沿远离活性物质层13的方向延伸并超出第二部分122；第二导电件142沿远离活性物质层13的方向延伸并超出第二部分122，且第二导电件142超出第二部分122的部分弯折并焊接于第一导电件141。沿远离活性物质层13的方向，第一导电件141超出第二导电件142，且第一导电件141的超出第二导电件142的部分用于焊接到集流构件8。

如果第二部分122的厚度过大，那么在卷绕电极构件1的过程中，电引导部P容易变形，同时，在第二部分122和导电结构14的焊接过程中，会产生较多的金属杂质，金属杂质会增大短路风险。因此，第二部分122的厚度优选为1μm-5μm。第一部分121的厚度为30nm-2μm。

在电极构件1的成型过程中，需要对活性物质层13进行辊压，以将活性物质层13压薄，从而提高活性物质层13的密度。如果部分的活性物质层13涂覆到第二部分122的表面，那么在辊压活性物质层13时，第一部分121和第二部分122均会受到辊压力的作用。而由于第一部分121和第二部分122之间存在厚度差，所以第一部分121和第二部分122的连接处容易产生应力集中，引发导电层12断裂的风险。因此，参照图6，在本申请中，第二部分122未涂覆活性物质层13。

在一些实施例中，参照图6，第二部分122的靠近第一部分121的一端可与活性物质层13相连。

电极构件1还包括保护层15，保护层15设置于第二部分122的远离绝缘基体11的表面。保护层15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。粘结剂和绝缘材料混合在一起制备出浆料，所述浆料涂布在第二部分122的表面，并在固化后形成保护层15。

在辊压的过程中，被第一部分121覆盖的绝缘基体11受力压缩，而被第二部分122覆盖的绝缘基体11不受辊压力的作用，这会导致位于第一部分121和第二部分的交界处的绝缘基体11鼓起变形。当绝缘基体11发生鼓起变形时，也会使得第二部分122发生鼓起变形，此时第二部分122容易发生弯折并形成裂纹，从而降低第二部分122的过流能力。

在本申请中，保护层15可以在辊压过程中限制第二部分122的变形，从而减小第二部分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第二部分122脱落。优选地，保护层15连接于活性物质层13，这样可以将保护层15固定到活性物质层13，增大保护层15在电极构件1上的结合力，提高抗震能力，避免保护层15连同第二部分122一起脱落。

在另外的一些实施例中，参照图8和图9，沿第一部分121指向第二部分122的方向，活性物质层13与第二部分122之间具有间隙。第一部分121具有未涂覆活性物质层13的区域。在电极构件1的成型过程中，如果沿着第一部分121和第二部分122的交界处进行涂覆，这对工艺的精度要求较高；由于工艺误差的存在，活性物质层13也可能会涂覆到第二部分122。而本申请可以在活性物质层13与第二部分122之间预设间隙，以降低精度要求，减小活性物质层13涂覆到第二部分122的风险。

保护层15至少部分填充到所述间隙内。保护层15可以限制第一部分121的未涂覆活性物质层13的区域的变形，从而减小第一部分121产生裂纹的概率，改善电极构件1的过流能力。

保护层15充满整个所述间隙并连接于活性物质层13。这样可以将保护层15固定到活性物质层13，增大保护层15在电极构件1上的结合力，提高抗震能力。

保护层15的一部分还涂覆于第二部分122。这样可以提高保护层15和导电层12之间的连接面积，降低脱落风险。

在一些实施例中，参照图10和图11，第二部分122具有过渡区域122a和连接区域122b，过渡区域122a从第一部分121延伸，连接区域122b从过渡区域122a的远离第一部分121的一端延伸。沿远离第一部分121的方向，过渡区域122a的厚度逐渐增大。连接区域122b焊接于导电结构14。通过设置过渡区域122a，可以减小导电层12的应力集中，降低导电层12在电极构件1的成型过程中出现裂纹的风险，改善导电层12的过流能力。

Claims (10)

1.一种电极构件(1)，其特征在于，包括绝缘基体(11)、导电层(12)、活性物质层(13)和导电结构(14)；

导电层(12)设置于绝缘基体(11)的表面，且导电层(12)包括第一部分(121)和从第一部分(121)延伸的第二部分(122)，且第二部分(122)的厚度大于第一部分(121)的厚度；

第一部分(121)涂覆有活性物质层(13)，第二部分(122)至少部分未涂覆活性物质层(13)，导电结构(14)焊接于第二部分(122)的未涂覆活性物质层(13)的区域。

2.根据权利要求1所述的电极构件(1)，其特征在于，第二部分(122)未涂覆活性物质层(13)。

3.根据权利要求2所述的电极构件(1)，其特征在于，沿第一部分(121)指向第二部分(122)的方向，活性物质层(13)与第二部分(122)之间具有间隙。

4.根据权利要求3所述的电极构件(1)，其特征在于，电极构件(1)还包括保护层(15)，保护层(15)至少部分填充到所述间隙内。

5.根据权利要求4所述的电极构件(1)，其特征在于，保护层(15)连接于活性物质层(13)。

6.根据权利要求4所述的电极构件(1)，其特征在于，保护层(15)的一部分涂覆于第二部分(122)。

7.根据权利要求1所述的电极构件(1)，其特征在于，

第二部分(122)具有过渡区域(122a)和连接区域(122b)，过渡区域(122a)从第一部分(121)延伸，连接区域(122b)从过渡区域(122a)的远离第一部分(121)的一端延伸；

沿远离第一部分(121)的方向，过渡区域(122a)的厚度逐渐增大；

连接区域(122b)焊接于导电结构(14)。

8.根据权利要求1所述的电极构件(1)，其特征在于，

导电层(12)设置于绝缘基体(11)的相对两侧表面上；

导电结构(14)包括第一导电件(141)和第二导电件(142)，第一导电件(141)连接于第二导电件(142)；

第一导电件(141)焊接于第二部分(122)的位于绝缘基体(11)一侧表面的区域，第二导电件(142)焊接于第二部分(122)的位于绝缘基体(11)另一侧表面的区域。

9.根据权利要求1所述的电极构件(1)，其特征在于，第二部分(122)的厚度为1μm-5μm。

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)。

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