CN216354298U - 一种极片、叠片电芯、电池及电子产品 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种极片、叠片电芯、电池及电子产品，极片包括极片集流体和设置在极片集流体两相对侧表面的涂膏区，至少一个涂膏区的外围环绕设置有由绝缘物质层形成的绝缘区。本实用新型通过在极片集流体的涂膏区的外围环绕设置由绝缘物质层形成的绝缘区，能够避免相邻的极片集流体的边缘接触，造成短路的风险，且与现有技术中的通过高温高压粘接处理或增大正、负极片的覆盖的方法相比，能够较好地防止极片接触造成的短路，提高了叠片电芯的安全性，也降低了生产成本。

Description

一种极片、叠片电芯、电池及电子产品

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种极片、叠片电芯、电池及电子产品。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，自商品化以来，受到了广泛的关注与应用。

目前，锂离子电池的制作方法主要有卷绕式和叠片式两种。卷绕式电池是将正极片和负极片做成连续的长片型，中间通过隔膜隔开，并通过卷绕的方式制成电池卷芯。卷绕式电池在极片弯曲之处存在应力集中的问题，而随着卷绕式电池的充放电，极片长期膨胀和收缩可能会造成极片的变形，影响电池的性能。叠片式电池是将正极片和负极片交替放入隔膜中，通过层叠交替设置的方式制成电池叠芯。与卷绕式电池相比，叠片式电池具有能量密度高，形状尺寸灵活、更低的内阻和倍率充放电性能突出等优点，越来越占据着重要的地位。

虽然，叠片式电池有诸多优点，但现有的叠片式电池的极片并非完全被隔膜包裹，在制造过程中很容易出现因隔膜张力不均匀、隔膜或极片不齐、隔膜翻折或收缩等问题，从而导致正、负极片接触短路，造成电芯的燃烧或爆炸等安全问题。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有的叠片电芯在制造过程中易出现正、负极片接触短路，导致电池的安全性能差的问题。

为解决上述问题，本实用新型第一方面提供了一种极片，包括极片集流体和设置在所述极片集流体两相对侧表面的涂膏区，至少一个所述涂膏区的外围环绕设置有由绝缘物质层形成的绝缘区。

进一步地，所述绝缘区靠近所述涂膏区的一侧和所述绝缘区远离所述涂膏区的一侧之间的距离在0.1mm至3mm之间。

进一步地，所述绝缘区的形状为矩形、菱形或圆形。

进一步地，所述绝缘区的厚度小于等于所述涂膏区的厚度。

进一步地，所述绝缘物质为陶瓷。

本实用新型所述的极片，通过在极片集流体的涂膏区的外围环绕设置绝缘区，能够避免在制造的过程中因隔膜张力不均匀、隔膜或极片不齐、隔膜翻折或收缩等问题而造成正极集流体和负极集流体的边缘接触，从而造成短路的风险；本申请与现有技术中的通过高温高压粘接处理或增大正、负极片的覆盖的方法相比，仅需要在正极集流体和/或负极集流体的边缘涂敷绝缘物质层，对电池的能量密度基本没有影响，也降低了生产成本，并能较好地防止极片接触造成的短路，提高叠片电芯的安全性能的方式更加有效。

本实用新型第二方面提供了一种叠片电芯，包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片和所述负极片交替叠置并被所述隔膜隔开，所述正极片和/或所述负极片为第一方面任一项所述的极片。

进一步地，所述正极片的涂膏区在所述隔膜上的投影位于所述负极片的涂膏区在所述隔膜上的投影内。

进一步地，所述正极片在所述隔膜上的投影和所述负极片在所述隔膜上的投影重合。

本实用新型所述的叠片电芯的有益效果与所述极片的有益效果相同，此处不再赘述。

本实用新型第三方面提供了一种电池，包括电池外壳和封装于所述电池外壳内部的电芯，所述电芯为第二方面任一项所述的叠片电芯。

本实用新型所述的电池的有益效果与所述极片的有益效果相同，此处不再赘述。

本实用新型第四方面提供了一种电子产品，包括电池，所述电池为第三方面所述的电池。

本实用新型所述的电子产品的有益效果与所述极片的有益效果相同，此处不再赘述。

附图说明

图1为本实用新型实施例中提供的极片的主视结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的叠片电芯的主视结构示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的叠片电芯的侧视结构示意图；

图4为本实用新型实施例中提供的正极集流体涂布的结构示意图。

附图标记说明：1-正极片；2-负极片；3-隔膜；4-涂膏区；5-绝缘区。

具体实施方式

叠片式电池是将正极片和负极片交替放入隔膜中，通过层叠交替设置的方式制成电池叠芯。与卷绕式电池相比，叠片式电池具有能量密度高，形状尺寸灵活、更低的内阻和倍率充放电性能突出等优点，越来越占据着重要的地位。虽然，叠片式电池有诸多优点，但现有的叠片式电池的极片并非完全被隔膜包裹，在制造过程中很容易出现因隔膜张力不均匀、隔膜或极片不齐、隔膜翻折或收缩等问题，从而导致正、负极片接触短路，造成电芯的燃烧或爆炸等安全问题。

现有技术中通过将隔膜与极片通过高温高压粘接在一起，但是经过电解液浸润后，隔膜与极片的粘接力减小了，极片边缘的隔膜起皱或者翻折等依然容易造成正、负极片接触短路；另外也有通过增大正、负极片的覆盖以防止正、负极片接触短路，但正、负极片的覆盖增大的同时，也会造成电池能量密度的减小，提高了叠片电芯的制造成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种极片、叠片电芯、电池及电子产品，通过在极片集流体的涂膏区的外围设置由绝缘物质层形成的绝缘区，能够有效地防止极片接触，从而避免极片接触造成的短路以及电芯燃烧或爆炸等安全问题。

下面将结合附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“至少一个”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，术语“一些优选实施例中”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个优选实施例或优选示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

结合图1所示，本申请的实施例第一方面提供了一种极片，包括极片集流体和设置在极片集流体两相对侧表面的涂膏区4，涂膏区4设置有活性物质层，至少一个涂膏区4的外围环绕设置有由绝缘物质层形成的绝缘区5。

本申请提供的极片，通过在极片集流体的涂膏区的外围环绕设置绝缘区，能够避免在制造的过程中因隔膜张力不均匀、隔膜或极片不齐、隔膜翻折或收缩等问题而造成正极集流体和负极集流体的边缘接触，从而造成短路的风险；本申请与现有技术中的通过高温高压粘接处理或增大正、负极片的覆盖的方法相比，仅需要在正极集流体和/或负极集流体的边缘涂敷绝缘物质层，对电池的能量密度基本没有影响，也降低了生产成本，并能较好地防止极片接触造成的短路，提高叠片电芯的安全性能的方式更加有效。

其中，极片集流体的双侧表面均设有涂膏区4，可以在其中一个涂膏区4的外围环绕设置绝缘区5，也可以在两个涂膏区4的外围环绕设置绝缘区5，通过在极片的两相对侧表面的涂膏区的外围均设置绝缘区，从而该极片的绝缘区和与其相邻的两个极片接触，进一步避免相邻的集流体的边缘接触的风险。

在上述实施例的基础上，为了避免正极片1和负极片2的边缘接触，并避免绝缘物质层覆盖过多的活性物质层，影响电池的能量密度，绝缘区5靠近涂膏区4的一侧边缘和绝缘区5远离涂膏区4的一侧边缘之间的距离a均在0.1mm以上(即大于等于0.1mm)，但不超过3mm。例如，图2中绝缘区5的上侧外边缘S1和绝缘区5的下侧外边缘S2之间的距离为a，3mm≥a≥0.1mm；可以理解的是，图2中绝缘区5的左侧外边缘和绝缘区的右侧外边缘之间的距离也为3mm≥a≥0.1mm。

上述实施例中对绝缘区5的形状不做进一步地要求，绝缘区5的形状可以根据极片的形状变化，绝缘区5始终环绕设置在涂膏区4的外围，例如，极片的形状为矩形、菱形或圆形，相应地，绝缘区5的形状为矩形、菱形或圆形。

在极片集流体上涂敷活性物质层时，活性物质层会从极片集流体的中间向极片集流体的边缘流延，从而导致极片集流体中间的厚度大于极片集流体边缘的厚度，为了保证极片的整体厚度的一致性，避免极片的厚度不一致影响电池的性能，在上述实施例的基础上，绝缘区5的厚度小于等于涂膏区4的厚度，即涂敷在极片集流体表面的绝缘区5的厚度小于等于涂敷在极片集流体表面的活性物质层的厚度，以使得极片集流体边缘的绝缘区5的厚度与极片集流体中间的涂膏区4的厚度接近，确保电池的充放电性能不受影响。

结合图2-图3所示，本申请的实施例的第二方面提供了一种叠片电芯，该叠片电芯包括至少一组电芯单元，每组电芯单元均包括正极片1、负极片2和隔膜3，正极片1和负极片2交替叠置并被隔膜3隔开；其中，正极片1和/或负极片2为第一方面所述的极片。由于本实施例的技术方案包含了上述实施例的全部技术方案，因此至少能实现上述实施例的全部技术效果，此处不再一一赘述。

叠片电芯中可以是正极片1为第一方面所述的极片，负极片2为传统极片(即极片集流体的表面仅仅只设置了涂膏区4，未设置绝缘区5)，也可以是正极片1为传统极片，负极片2为第一方面所述的极片，还可以是正极片1和负极片2均为第一方面所述的极片。但不论正极片1和负极片2采用哪种结构的极片，都需要保证负极片2涂膏区4的尺寸大于正极片1涂膏区4的尺寸，即正极片1的涂膏区4在隔膜3上的投影位于负极片2的涂膏区4在隔膜3上的投影内，由此能够产生overhang区域(即负极片2与正极片1非重叠区域)，通过这种尺寸差的设计，避免负极片2没有接受锂离子的位置，锂离子在负极表面析出，形成锂枝晶，刺穿隔膜3，造成电池内短路，引发热失控的问题。通过设置overhang区域能够实现正负极间的物理隔离，以解决正负极间短路的问题。

具体地，当正极片1为第一方面所述的极片，负极片2为传统极片时，则负极片2的涂膏区4的尺寸(包括长度和宽度)大于正极片1的涂膏区4的尺寸，且负极片2的尺寸可以大于正极片1的尺寸，或负极片2的尺寸也可以与正极片1的尺寸相同，即正极片1的涂膏区4在隔膜3上的投影位于负极片2的涂膏区4在隔膜3上的投影内，且正极片1在隔膜3上的投影位于负极片2在隔膜3上的投影内，或正极片1在隔膜3上的投影和负极片2在隔膜3上的投影重合。

当正极片1为传统极片，负极片2为第一方面所述的极片，则负极片2的涂膏区4的尺寸大于正极片1的尺寸，即正极片1在隔膜3上的投影位于负极片2的涂膏区4在隔膜3上的投影内。

当正极片1和负极片2均为第一方面所述的极片，则负极片2的涂膏区4的尺寸大于正极片1的涂膏区4的尺寸，且负极片2的尺寸可以大于正极片1的尺寸，负极片2的尺寸也可以与正极片1的尺寸相同(当正极片1的绝缘区5的尺寸大于负极片2的绝缘区5的尺寸时)，只要能够保证负极片2的涂膏区4的尺寸大于正极片1的涂膏区4的尺寸即可；也即，正极片1的涂膏区4在隔膜3上的投影位于负极片2的涂膏区4在隔膜3上的投影内，且正极片1在隔膜3上的投影位于负极片2在隔膜3上的投影，或正极片1在隔膜3上的投影和负极片2在隔膜3上的投影重合。

在上述实施例的基础上，正极片1为第一方面所述的极片，负极片2为传统极片，且负极片2的尺寸与正极片1的尺寸相同，即正极片1的涂膏区4在隔膜3上的投影位于负极片2的涂膏区4在隔膜3上的投影内，且正极片1在隔膜3上的投影和负极片2在隔膜3上的投影重合。由此，正极片1上的绝缘区5能够部分替代或完全替代overhang区域的作用，在提高叠片电芯安全性能的前提下，还能提高减小绝缘区5导致的能量密度的损失，延长锂离子电池的循环次数和使用寿命；此外，在制备叠片电芯的过程中，正极片1和负极片2的尺寸相同，能使正极片1和负极片2对齐，降低了叠片的难度，节省了生产的成本。

需要说明的是，负极片2的涂膏区4的尺寸大于正极片1的涂膏区4的尺寸是指负极片2上的负极涂膏区的覆盖区域大于正极片1上的正极涂膏区的覆盖区域。

在上述实施例的基础上，为了能够进一步避免在制造的过程中因隔膜3张力不均匀、隔膜3或极片不齐、隔膜翻折或收缩等问题而造成正极集流体和负极集流体的边缘接触，从而造成短路的风险，隔膜3的尺寸大于负极片2的尺寸，即隔膜3的长度和宽度大于负极片2的长度和宽度。

示例性地，叠片电芯的制备方法，可以采用如下步骤：

步骤S1、在正极集流体的至少一个表面形成涂膏区4，围绕涂膏区4四周的外侧边缘形成绝缘区5，得到正极片1；在负极集流体的至少一个表面形成涂膏区4，得到负极片2；

步骤S2、将正极片1和负极片2交替叠置，且任一相邻的正极片1和负极片2之间均被隔膜3隔开，得到叠片电芯。

在上述实施例的基础上，步骤S1中在正极集流体的至少一个表面形成涂膏区4，围绕涂膏区4四周的外侧边缘形成绝缘区5，得到正极片1，包括：

提供正极集流体，在正极集流体的至少一个表面涂敷正极活性物质，干燥后形成涂膏区4，围绕涂膏区4四周的外侧边缘涂敷绝缘物质，干燥后形成绝缘区5，其中，若干涂膏区4和若干绝缘区5交替间隔设置在正极集流体上，正极集流体的四周边缘均为绝缘区5，且绝缘区5将若干涂膏区4分隔形成若干集流体单元(图4中的虚线内的区域)，每个集流体单元均包括一个涂膏区4和围绕该涂膏区4外侧的周围设置的绝缘区5。

按照预设的尺寸，对集流体单元进行模切，得到若干尺寸相同的正极片1。需要说明的是，本领域的技术人员可以根据实际情况在正极集流体的单侧表面涂敷正极活性物质，形成单面涂敷的正极片，也可以在正极集流体的双侧表面均涂敷正极活性物质，形成双面涂敷的正极片，本申请对此不做进一步地限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行调整。

在上述实施例的基础上，在正极集流体四周边缘的绝缘区5的长度或宽度为1mm至3mm，位于相邻的两个涂膏区4之间的绝缘区5的宽度为2mm至6mm。

在上述实施例的基础上，绝缘物质层由绝缘物质涂敷在所述正极集流体上并经过干燥形成。本申请中对绝缘物质的种类不做进一步地限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行选择，只要能够涂敷在正极集流体上，并起到绝缘的物质即可。在一些优选实施例中，为了避免被析出的锂刺穿，给电池带来安全隐患，绝缘物质涂敷在正极集流体上干燥后具有一定的硬度，能够避免被析出的锂刺穿；优选地，绝缘物质为陶瓷。

在上述实施例的基础上，正极片集流体和负极片集流体的为铝箔、铜箔、镍箔、金箔或铂箔等金属箔中的一种或几种。优选地，正极片集流体的箔材为铝箔，负极片集流体为铜箔。

在上述实施例的基础上，对集流体单元进行模切时，每个集流体单元四周边缘的绝缘区5的长度或宽度均在0.1mm以上，即每个集流体单元的涂膏区4边缘与绝缘区5边缘之间的距离均在0.1mm以上。

本申请实施例的第四方面提供了一种电池，该电池包括了上述的叠片电芯结构，该电池还包括电池外壳，叠片电芯封装于电池外壳的内部，并向电池外壳的内部注入电解液，进行封装后形成电池。由于本实施例的技术方案包含了上述实施例的全部技术方案，因此至少能实现上述实施例的全部技术效果，此处不再一一赘述。

本申请实施例的第五方面提供了一种电子产品，该电子产品包括了上述的电池结构。由于本实施例的技术方案包含了上述实施例的全部技术方案，因此至少能实现上述实施例的全部技术效果，此处不再一一赘述。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种极片，其特征在于，包括极片集流体和设置在所述极片集流体两相对侧表面的涂膏区，至少一个所述涂膏区的外围环绕设置有由绝缘物质层形成的绝缘区。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述绝缘区靠近所述涂膏区的一侧和所述绝缘区远离所述涂膏区的一侧之间的距离在0.1mm至3mm之间。

3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述绝缘区的形状为矩形、菱形或圆形。

4.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述绝缘区的厚度小于等于所述涂膏区的厚度。

5.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述绝缘物质为陶瓷。

6.一种叠片电芯，其特征在于，包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片和所述负极片交替叠置并被所述隔膜隔开，所述正极片和/或所述负极片为权利要求1至5任一项所述的极片。

7.根据权利要求6所述的叠片电芯，其特征在于，所述正极片的涂膏区在所述隔膜上的投影位于所述负极片的涂膏区在所述隔膜上的投影内。

8.根据权利要求6所述的叠片电芯，其特征在于，所述正极片在所述隔膜上的投影和所述负极片在所述隔膜上的投影重合。

9.一种电池，其特征在于，包括电池外壳和封装于所述电池外壳内部的电芯，所述电芯为权利要求6至8任一项所述的叠片电芯。

10.一种电子产品，其特征在于，包括电池，所述电池为权利要求9所述的电池。

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