CN216872018U - 极片、电极组件、电池单体、电池和用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种极片、电极组件、电池单体、电池和用电装置。所述极片具有第一端和相对于所述第一端的第二端；从所述第一端至所述第二端，所述极片的厚度呈线性地连续递减。极片的第一端的压实密度最小，极片的第二端的压实密度最大，那么，相较于极片的第二端，极片的第一端的韧性更好，使得该极片在卷绕过程中不易在靠近卷芯中心的内圈处出现脆裂；另外，相较于现有技术中具有均匀压实密度的电芯极片，该极片的平均压实密度并不低于电芯极片的压实密度。故该极片在保证平均压实密度的情况下，极大地提高了极片的卷绕成品率，也能提高极片的电化学性能和安全性能。

Description

极片、电极组件、电池单体、电池和用电装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种极片、电极组件、电池单体、电池和用电装置。

背景技术

极片在制作过程中，通常需要将极片卷绕成一个层层包裹的卷芯状结构。然而，卷芯状结构靠近卷芯中心的内圈的卷绕拐角处大致呈直角弯折状态，导致极片在卷绕过程中容易在内圈卷绕拐角处出现脆裂。

实用新型内容

基于此，有必要针对极片在卷绕过程中容易在内圈卷绕拐角处出现脆裂的问题，提供一种极片、电极组件、电池单体、电池和用电装置。

根据本申请的一个方面，提供了一种极片，所述极片具有第一端和相对于所述第一端的第二端。从所述第一端至所述第二端，所述极片的厚度呈线性地连续递减。

本申请实施例的技术方案中，在极片的单位体积下，在极片的长度方向上极片的活性物质的分布逐渐趋于密集，使得在极片的长度方向上极片的活性物质的质量连续递增，以使极片的压实密度连续递增，也就是说，极片的第一端的压实密度最小，极片的第二端的压实密度最大，那么，相较于极片的第二端，极片的第一端的韧性更好，使得该极片在卷绕过程中不易在靠近卷芯中心的内圈处出现脆裂；另外，相较于现有技术中具有均匀压实密度的电芯极片，该极片的平均压实密度并不低于电芯极片的压实密度。故该极片在保证平均压实密度的情况下，极大地提高了极片的卷绕成品率，也能提高极片的电化学性能和安全性能。

在其中一个实施例中，从所述第一端至所述第二端，所述极片的厚度均匀递减。一方面，保证极片在靠近卷芯中心的内圈处的韧性，使得该极片在卷绕过程中不易在靠近卷芯中心的内圈处出现脆裂。另一方面，若将该极片绕卷绕轴线卷绕形成卷芯状结构，获得的卷芯状结构的能量密度分布更合理，也有利于获得能量密度较高、使用寿命较长、安全性能较佳的电池。

在其中一个实施例中，所述极片包括集流体和涂覆于所述集流体的两侧表面的活性物质层。从所述极片的第一端至第二端，所述活性物质层的厚度呈线性地连续递减。

在其中一个实施例中，从所述极片的第一端至第二端，所述活性物质层的厚度均匀递减。一方面，保证极片在靠近卷芯中心的内圈处的韧性，使得该极片在卷绕过程中不易在靠近卷芯中心的内圈处出现脆裂。另一方面，若将该极片绕卷绕轴线卷绕形成卷芯状结构，获得的卷芯状结构的能量密度分布更合理，也有利于获得能量密度较高、使用寿命较长、安全性能较佳的电池。

在其中一个实施例中，从所述极片的第一端至第二端，所述活性物质层的厚度以单位长度内2-4μm递减。

在其中一个实施例中，从所述极片的第一端至第二端，所述活性物质层的厚度以单位长度内3μm递减。

在其中一个实施例中，在所述极片的所述第一端，所述活性物质层的厚度为125-135μm。在所述极片的所述第二端，所述活性物质层的厚度为105-115μm。对应地，极片的第一端的压实密度为3.0-3.1g/cm³，极片的第二端的压实密度为3.7-3.8g/cm³。

在其中一个实施例中，从所述极片的第一端至第二端，所述集流体的厚度保持不变。所述集流体的厚度为8-13μm。使得极片的厚度降低，以该极片制得的电池的重量更轻，另外，选择重量较轻或厚度较小的集流体也有利于获得体积能量密度较高的电池。

在其中一个实施例中，所述集流体包括铝箔，所述活性物质层包括镍钴锰三元材料层。以铝箔为集流体，以镍钴锰三元材料层为活性物质层，制得的电池容量较高。根据本申请的另一个方面，提供一种电极组件，包括第一极片、第二极片。第二极片，与所述第一极片极性相反；以及隔离膜，设置于所述第一极片和所述第二极片之间。其中，所述第一极片、所述隔离膜及所述第二极片绕预设轴线卷绕形成卷绕体。所述第一极片和所述第二极片中的至少一个为上述的极片。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种电池单体，包括上述的电极组件。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种电池，包括上述的电池单体。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种用电装置，包括上述的电池。

附图说明

图1示出了本申请一实施例的活性物质层涂覆于集流层的过程示意图；

图2示出了本申请一实施例的极片的结构示意图；

图3示出了本申请一实施例的电极组件的卷绕示意图。

图中：10、电极组件；110、第一极片；120、第二极片；130、隔离膜；100、极片；1001、第一端；1002、第二端；111、集流体；112、活性物质层。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，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”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。随着锂离子电池的应用范围不断扩大，大家对锂离子电池的重量能量密度和体积能量密度的要求也越来越高。

为了得到质量能量密度和体积能量密度较高的锂离子电池，通常选择高压实密度的正极极片或负极极片，而高压实密度的极片通常通过极片的对辊过程而实现，其中，极片的对辊过程是利用两个压辊来对极片做压缩活动，也是把极片拉进旋转的两个压辊之间，使极片受压变形的过程。极片的对辊过程不同于钢块的轧制过程，轧钢是板材沿纵向延伸和横向宽展的过程，其密度在轧制过程中不发生变化，而极片的对辊过程则是将极片上的活性物质压实压密的过程，其目的在于增加活性材料的压实密度，合适的压实密度可增大电池的放电容量、减小内阻、减小极化损失、延长电池的循环寿命、提高锂离子电池的利用率。

申请的本发明人注意到，极片的压实密度与极片的韧性息息相关。极片的压实密度越高，极片的韧性越低，而卷绕式的电极组件中的极片，通常会在卷绕的过程中在极片的内圈形成接近于直角状的拐角，该拐角处的拉伸应力会增大，韧性较低的极片则容易在接近于直角状的拐角处出现断裂，严重情况下会发生着火事件，影响电芯的安全性，造成不必要的损失。

为了解决韧性较低的极片容易在拐角处出现断裂的问题，申请人经过研究发现，需要设计出一种卷绕结构的极片，既能使极片借助于对辊过程而获得高压实密度，从而达到提升能量密度的目的，又能使极片在卷绕过程中其最内圈处不发生断裂。

本申请的发明人进一步经过深入研究发现，可以将极片进行差异性压密设计，即设计为压实密度连续递增的结构，并从压实密度较低的一端开始卷绕，直至压实密度较高的一端，也就是说，从极片最内圈到极片最外圈的压实密度从小到大递增，那么，最内圈的压实密度较小，该处的韧性较高，不容易在卷绕成型过程中发生断裂，也避免该极片在电极组件的循环检测、装配、存储等过程断裂，提高电极组件的安全性。且最外圈的压实密度较大，可保证来保证电极组件的平均能量密度，满足较高能量密度的使用需求。

本申请实施例公开的极片和/或电极组件可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。可以使用具备本申请公开的极片、电极组件等等组成该用电装置的电源系统，这样，有利于获得较高的能量密度、较长的使用寿命。

图1示出了本申请一实施例的活性物质层112涂覆于集流体111的过程示意图，图2示出了本申请一实施例的极片100的结构示意图。

参阅图2，本申请一实施例提供的极片100，具有第一端1001和相对于第一端1001的第二端1002。

参阅图1，先将活性物质层112涂覆到集流体111的两侧，参阅图2，再经过两个压辊相向辊压于活性物质层112，即得极片100。请结合参阅图3，以第一端1001为卷绕起始端，以第二端1002为卷绕终止端，以使极片100绕预设轴线卷绕形成卷芯状结构，也就是说，以第一端1001开始卷绕，将极片100绕预设轴线卷绕形成终止于第二端1002的卷芯状结构。

从第一端1001至第二端1002，极片100的厚度呈线性地连续递减，以使极片100的压实密度连续递增。也就是说，在极片100的单位体积下，在极片100的长度方向L上极片100的活性物质的分布逐渐趋于密集，使得在极片100的长度方向L上极片100的活性物质的质量连续递增，以使极片100的压实密度连续递增。显然，相较于图1，图2中的极片100的压实密度递增，也使得极片100的第一端1001处的压实密度最小，极片100的第二端1002处的压实密度最大，那么，相较于极片100的第二端1002处，极片100的第一端1001处的韧性更好，使得该极片100在卷绕过程中不易在靠近卷芯中心的内圈处出现脆裂。另外，相较于现有技术中具有均匀压实密度的电芯极片，该极片100的平均压实密度并不低于电芯极片的压实密度。故该极片100在保证平均压实密度的情况下，能够获得较高能量密度的电池，满足较高能量密度的使用需求，也极大地提高了极片100的加工性能和卷绕成品率，有利于获得使用寿命较长的电池，也能提高电池的安全性能。

根据本申请的一些实施例，可选地，请再次参阅图2，从第一端1001至第二端1002，极片100的厚度均匀递减。

也就是说，从第一端1001至第二端1002，极片100的压实密度均匀地递增。

极片100的压实密度呈均匀地递增，一方面，保证极片100在靠近卷芯中心的内圈处的韧性，使得该极片100在卷绕过程中不易在靠近卷芯中心的内圈处出现脆裂。另一方面，若将该极片100绕卷绕轴线卷绕形成卷芯状结构，获得的卷芯状结构的能量密度分布更合理，也有利于获得能量密度较高、使用寿命较长、安全性能较佳的电池。

根据本申请的一些实施例，可选地，请再次参阅图2，极片100包括集流体111和涂覆于集流体111的两侧表面的活性物质层112，从极片100的第一端1001至第二端1002，活性物质层112的厚度呈线性地连续递减。

从极片100的第一端1001至第二端1002的方向平行于极片100的长度方向L。活性物质层112的厚度为活性物质层112在垂直于集流体111的表面方向D上的尺寸。那么，极片100的整体厚度递减，且极片100的压实密度递增。

极片100的压实密度与压辊的辊压成正比，且极片100的压实密度与两个压辊之间的间距成反比，可在极片100的长度方向L上，使两个压辊以预设速度位移，并以极片100的单位长度为间隔，改变该辊压和/或该间距，从而使活性物质层112在垂直于集流体111的表面方向D上的厚度递减。

根据本申请的一些实施例，可选地，从极片100的第一端1001至第二端1002，活性物质层112的厚度均匀递减。活性物质层112的厚度是指活性物质层112在垂直于集流体111的表面方向D上的尺寸。

同样，一方面，保证极片100在靠近卷芯中心的内圈处的韧性，使得该极片100在卷绕过程中不易在靠近卷芯中心的内圈处出现脆裂。另一方面，若将该极片100绕卷绕轴线卷绕形成卷芯状结构，获得的卷芯状结构的能量密度分布更合理，也有利于获得能量密度较高、使用寿命较长、安全性能较佳的电池。

根据本申请的一些实施例，可选地，从极片100的第一端1001至第二端1002，活性物质层112的厚度以单位长度内2-4μm递减。

也就是说，在极片100的长度方向L上，使两个压辊以预设速度位移，并以1m为间隔，改变上述辊压和/或上述间距，使活性物质层112的厚度以单位长度内2-4μm递减。以1m为一个单位长度，那么在这个单位长度范围内，从起点处至终点处，极片100的厚度减少了2-4μm。

对应地，从极片100的第一端1001至第二端1002，极片100的压实密度以单位长度内0.06-0.08g/cm³递增。以1m为一个单位长度，那么在这个单位长度范围内，从起点处至终点处，极片100的压实密度增加了0.06-0.08g/cm³。

可选地，这个单位长度范围内，极片100的压实密度呈均匀地递增，更好地保证极片100的韧性。

根据本申请的一些实施例，可选地，从极片100的第一端1001至第二端1002，活性物质层112的厚度以单位长度内3μm递减。

以1m为一个单位长度，那么在这个单位长度范围内，从起点处至终点处，极片100的厚度减少了3μm。

对应地，从极片100的第一端1001至第二端1002，极片100的压实密度以单位长度内0.07g/cm³递增，以1m为一个单位长度，那么在这个单位长度范围内，从起点处至终点处，极片100的压实密度增加了0.07g/cm³。

根据本申请的一些实施例，可选地，在极片100的第一端1001，活性物质层112的厚度为125-135μm。在极片100的第二端1002，活性物质层112的厚度为105-115μm。

可选地，在极片100的第一端1001，活性物质层112的厚度为130μm。在极片100的第二端1002，活性物质层112的厚度为110μm。

根据本申请的一些实施例，可选地，从极片100的第一端1001至第二端(1002)，集流体111的厚度保持不变，集流体111的厚度为8-13μm。

对应地，极片100的第一端1001处的压实密度为3.0-3.1g/cm³，极片100的第二端1002处的压实密度为3.7-3.8g/cm³。若将该极片100绕卷绕轴线卷绕形成卷芯状结构，获得的卷芯状结构的最内圈压实密度较小，该处韧性较好，不易发生脆裂，而卷芯状结构的最外圈的压实密度较大，以保证极片100的平均压实密度较大，从而使以该极片100制作的电池的能量密度较大。

使得极片100的厚度降低，以该极片100制得的电池的重量更轻，另外，选择重量较轻或厚度较小的集流体111也有利于获得体积能量密度较高的电池。

根据本申请的一些实施例，可选地，集流体111包括铝箔，活性物质层112包括镍钴锰三元材料层。

以铝箔为集流体111，以镍钴锰三元材料层为活性物质层112，制得的电池容量较高。

在一些实施例中，多个极片100的制作过程如下：参阅图1，先将活性物质层112涂覆到集流体111的两侧表面，其中，活性物质层112的涂覆厚度为160μm，活性物质层112的涂覆密度等于0.02-0.03g/cm³；然后在极片100的长度方向L，以一个单位长度为一个间隔进行标记，参阅图2，在每一个单位长度上，使两个压辊相向辊压于活性物质层112，以使在极片100的第一端1001处，活性物质层112的厚度为130μm。在极片100的第二端1002处，活性物质层112的厚度为110μm，从而使得极片100的第一端1001处的压实密度为3.0-3.1g/cm³，极片100的第二端1002处的压实密度为3.7-3.8g/cm3。这样就可获得多个极片100，最后在标记处模切，分割为多个极片100。获得的极片100的活性物质层112在垂直于集流体111的表面方向D上的厚度在极片100的长度方向L上呈递减，且在极片100的长度方向L上，极片100的压实密度递增，且获得极片100的平均压实密度较大，有利于获得能量密度较高、使用寿命较长、安全性能较佳的电池。

需要说明的是，上述活性物质层112的涂覆厚度是指两个压辊相向辊压于活性物质层112之前活性物质层112涂覆于集流体111的一侧表面的厚度，该活性物质层112的涂覆厚度不同于两个压辊相向辊压于活性物质层112之后活性物质层112的厚度。

图3示出了本申请一实施例的电极组件10的卷绕示意图。

请参阅图3，本申请一实施例提供的电极组件10，包括第一极片110、第二极片120以及隔离膜130。其中，第二极片120与第一极片110极性相反，隔离膜130设置于第一极片110和第二极片120之间，第一极片110、隔离膜130和第二极片120绕预设轴线卷绕形成卷绕体。且第一极片110和第二极片120中的至少一个为上述的极片100，以保证该电极组件10的平均压实密度，且该极片100在卷绕过程中不易在靠近卷芯中心的内圈处出现脆裂，避免该极片100在电极组件10的循环检测、装配、存储等过程断裂，提高电极组件10的安全性。

本申请一实施例提供的电池单体，包括上述的电极组件10。电池单体包括壳体，壳体可以是铝、钢、铝合金等材料。壳体形状可具有六面体形状或其它形状。

本申请一实施例提供的电池，包括上述的电池单体。能获得能量密度较高、使用寿命较长、安全性能较佳的电池。电池包含的电池单体数量可以是一个也可以是多个。电池可以是电池模组也可以是电池包。电池单体间通过串联、并联或混联的方式连接以实现较大的容量或功率。

本申请一实施例提供的用电装置，包括上述的电池。用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种极片，其特征在于，所述极片(100)具有第一端(1001)和相对于所述第一端(1001)的第二端(1002)；

从所述第一端(1001)至所述第二端(1002)，所述极片(100)的厚度呈线性地连续递减；

以第一端(1001)为卷绕起始端，以第二端(1002)为卷绕终止端，以使极片(100)绕预设轴线卷绕形成卷芯状结构。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，从所述第一端(1001)至所述第二端(1002)，所述极片(100)的厚度均匀递减。

3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极片(100)包括集流体(111)和涂覆于所述集流体(111)的两侧表面的活性物质层(112)；

从所述极片(100)的第一端(1001)至第二端(1002)，所述活性物质层(112)的厚度呈线性地连续递减。

4.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，从所述极片(100)的第一端(1001)至第二端(1002)，所述活性物质层(112)的厚度均匀递减。

5.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，从所述极片(100)的第一端(1001)至第二端(1002)，所述活性物质层(112)的厚度以单位长度内2-4μm递减。

6.根据权利要求5所述的极片，其特征在于，从所述极片(100)的第一端(1001)至第二端(1002)，所述活性物质层(112)的厚度以单位长度内3μm递减。

7.根据权利要求5所述的极片，其特征在于，在所述极片(100)的所述第一端(1001)，所述活性物质层(112)的厚度为125-135μm；

在所述极片(100)的所述第二端(1002)，所述活性物质层(112)的厚度为105-115μm。

8.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，从所述极片(100)的第一端(1001)至第二端(1002)，所述集流体(111)的厚度保持不变；

所述集流体(111)的厚度为8-13μm。

9.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述集流体(111)包括铝箔，所述活性物质层(112)包括镍钴锰三元材料层。

10.一种电极组件，其特征在于，包括

第一极片(110)；

第二极片(120)，与所述第一极片(110)极性相反；以及

隔离膜(130)，设置于所述第一极片(110)和所述第二极片(120)之间；

其中，所述第一极片(110)、所述隔离膜(130)及所述第二极片(120)绕预设轴线卷绕形成卷绕体；

所述第一极片(110)和所述第二极片(120)中的至少一个为如权利要求1-9任一项所述的极片(100)。

11.一种电池单体，其特征在于，包括如权利要求10所述的电极组件。

12.一种电池，其特征在于，包括如权利要求11所述的电池单体。

13.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求12所述的电池。

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