CN217719797U - 电极组件、电池单体、电池以及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电极组件、电池单体、电池以及用电装置。电极组件包括绝缘板、极片以及隔离件。隔离件与极片层叠设置，且隔离件和极片卷绕在绝缘板的外侧并形成卷绕结构。绝缘板可以支撑极片，减小极片在卷绕过程中的弯折的最大曲率，降低极片的活性物质的脱落，减少析锂，降低短路风险，改善电极组件的循环寿命和安全性能。

Description

电极组件、电池单体、电池以及用电装置

技术领域

本申请涉及电池领域，特别是涉及一种电极组件、电池单体、电池以及用电装置。

背景技术

电池单体广泛用于电子设备，例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等。电池单体可以包括镉镍电池单体、氢镍电池单体、锂离子电池单体和二次碱性锌锰电池单体等。

在电池技术的发展中，如何提高电池单体的安全性，是电池技术中的一个研究方向。

实用新型内容

本申请提供一种电极组件、电池单体、电池以及用电装置，其能提高安全性。

第一方面，本申请提供一种电极组件，其包括绝缘板、极片以及隔离件。隔离件与极片层叠设置，且隔离件和极片卷绕在绝缘板的外侧并形成卷绕结构。

上述技术方案中，绝缘板可以支撑极片，减小极片在卷绕过程中的弯折的最大曲率，降低极片的活性物质的脱落，减少析锂，降低短路风险，改善电极组件的循环寿命和安全性能。

在一些实施方式中，卷绕结构包括平直区和两个弯折区，两个弯折区连接于平直区沿第一方向的两端。在绝缘板的厚度方向上，绝缘板的至少部分与平直区重叠，厚度方向垂直于第一方向。

位于平直区的极片处于平直状态，平直区的活性物质不易脱落。上述技术方案通过设置绝缘板，以在卷绕结构上形成平直区域，从而减少析锂，降低短路风险，改善电极组件的循环寿命和安全性能。

在一些实施方式中，绝缘板的厚度为T，卷绕结构的最内圈沿第一方向的尺寸为L1，绝缘板沿第一方向的尺寸为L2，T、L1和L2满足： 0.03≤T/(L1-L2)≤2，以平衡电极组件的安全性和能量密度。

在一些实施方式中，T、L1和L2满足：0.05≤T/(L1-L2)≤1。

在一些实施方式中，L1和L2满足：0.95≤L2/L1≤0.98。

L2/L1越小，绝缘板在电极组件受到冲击时晃动的幅度越大，绝缘板偏斜的概率越高，极片和隔离件被绝缘板刺破的风险越高。L2/L1越大，绝缘板占用的空间越大，电极组件的能量密度越低。上述技术方案将 L2/L1设置在0.95-0.98，以平衡电极组件的安全性和能量密度。

在一些实施方式中，T的值为0.1mm-1mm。

T的值越大，绝缘板占用的空间越大，电极组件的能量密度越低。T的值越小，极片在卷绕过程中的弯折的最大曲率越大，极片的活性物质的脱落的风险越高，同时，绝缘板的强度越低，绝缘板在卷绕极片和隔离件的过程中变形的风险越高。上述技术方案将T的值限定在0.1mm-1mm，以平衡电极组件的安全性和能量密度。

在一些实施方式中，T的值为0.2mm-0.5mm。

在一些实施方式中，在厚度方向上，隔离件的卷绕起始端的至少部分与绝缘板重叠。隔离件的卷绕起始端在厚度方向上位于绝缘板的一侧，以便于绝缘板和卷绕设备的夹板夹持卷绕起始端。

在一些实施方式中，绝缘板为平板状。通过设置平板状的绝缘板，以在卷绕结构上形成平直区域，从而减少析锂，降低短路风险，改善电极组件的循环寿命和安全性能。

在一些实施方式中，绝缘板包括主体部和设置于主体部沿第一方向的端部的支撑部。主体部包括沿厚度方向相对设置的两个第一表面，支撑部包括连接两个第一表面的第二表面，第二表面为弧形面。通过设置弧形面，可以减少绝缘板端部的尖角，降低隔离件被绝缘板刺破的风险，提高安全性。

在一些实施方式中，第二表面为圆弧面，圆弧面的直径大于主体部的厚度。

通过增大圆弧面的直径，可以减小极片在弯折区弯折的曲率，以降低极片的活性物质的脱落，减少析锂，降低短路风险，改善电极组件的循环寿命和安全性能。在第一方向上，主体部具有小于支撑板的尺寸，相较于整体加厚绝缘板的方案，上述技术方案可以减小绝缘板的体积和重量，提高电极组件的能量密度。

在一些实施方式中，极片包括负极活性物质层。在第二方向上，绝缘板的两端超出负极活性物质层，且不超出隔离件；第二方向垂直于第一方向和厚度方向。

上述技术方案中，绝缘板沿第二方向的两端超出负极活性物质层，以有效地支撑负极活性物质层，减小负极活性物质层弯折的曲率，以降低活性物质的脱落，减少析锂，降低短路风险，改善电极组件的循环寿命和安全性能。绝缘板沿第二方向的两端不超出隔离件，以避免绝缘板增大电极组件在第二方向上的最大尺寸。

在一些实施方式中，绝缘板设有沿厚度方向相对设置的支撑面，绝缘板包括开口形成于支撑面的容纳孔。容纳孔可以减小绝缘板的重量，提高电极组件的能量密度。容纳孔还可用于容纳电解液，以改善极片的浸润性，提高电极组件的充放电性能。

在一些实施方式中，容纳孔沿厚度方向贯通绝缘板。容纳孔可以为电解液的流动提供通道，以改善绝缘板沿厚度方向两侧的极片的浸润一致性。

第二方面，本申请提供一种电池单体，其包括外壳和第一方面任一实施方式提供的电极组件，电极组件容纳于外壳内。

第三方面，本申请提供一种电池，其包括多个第二方面的电池单体。

第四方面，本申请提供一种用电装置，其包括第二方面的电池单体，电池单体用于提供电能。

附图说明

下面将参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图；

图2为本申请一些实施例提供的电池的爆炸示意图；

图3为图2所示的电池模块的结构示意图；

图4为本申请一些实施例提供的电池单体的爆炸示意图；

图5为本申请一些实施例提供的电极组件的结构示意图；

图6为本申请一些实施例提供的电极组件在卷绕前的结构示意图；

图7为本申请一些实施例提供的电极组件的绝缘板的剖视示意图；

图8为本申请一些实施例提供的电极组件的绝缘板的俯视示意图；

图9为本申请一些实施例提供的电极组件的绝缘板的结构示意图；

图10为本申请一些实施例提供的电极组件的另一剖视示意图。

具体实施方式的附图标记如下：

1、车辆；2、电池；3、控制器；4、马达；5、箱体；5a、第一箱体部；5b、第二箱体部；5c、容纳空间；6、电池模块；7、电池单体；

10、电极组件；11、极片；11a、正极极片；11b、负极极片；111、负极活性物质层；112、正极活性物质层；12、隔离件；12a、卷绕起始端； 13、绝缘板；13a、支撑面；131、容纳孔；132、主体部；132a、第一表面；133、支撑部；133a、第二表面；

20、外壳；21、壳体；22、端盖；30、电极端子；40、夹板；

P1、平直区；P2、弯折区；X、第一方向；Y、第二方向；Z、厚度方向。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“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。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“附接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A 和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)。

在本申请的实施例中，“平行”不仅包括绝对平行的情况，也包括了工程上常规认知的大致平行的情况；同时，“垂直”也不仅包括绝对垂直的情况，还包括工程上常规认知的大致垂直的情况。示例性地，两个方向的夹角为80°-90°，可认为两个方向垂直；两个方向的夹角为0°-10°，可认为两个方向平行。

本申请中，电池单体可以包括锂离子二次电池单体、锂离子一次电池单体、锂硫电池单体、钠锂离子电池单体、钠离子电池单体或镁离子电池单体等，本申请实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种：柱形电池单体、方体方形电池单体和软包电池单体，本申请实施例对此也不限定。

电池单体包括电极组件和电解质，电极组件包括正极极片、负极极片和隔离件。电池单体主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面，未涂敷正极活性物质层的正极集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的正极集流体，未涂敷正极活性物质层的集流体作为正极极耳。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面，未涂敷负极活性物质层的负极集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的负极集流体，未涂敷负极活性物质层的负极集流体作为负极极耳。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为碳或硅等。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。隔离件的材质可以为PP(聚丙烯)或PE(聚乙烯)等。

电池技术的发展要同时考虑多方面的设计因素，例如，能量密度、循环寿命、放电容量、充放电倍率等性能参数，另外，还需要考虑电池的安全性。

本申请的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池模块或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。

电池单体在充电时，金属离子从正极活性物质层脱出并嵌入负极活性物质层，但是可能会发生一些异常情况，导致金属离子的析出。以锂离子电池单体为例，由于负极活性物质层嵌锂空间不足、锂离子嵌入负极活性物质层阻力太大或锂离子过快的从正极活性物质层脱出等原因，脱出的锂离子无法等量的嵌入负极极片的负极活性物质层，无法嵌入负极极片的锂离子只能在负极极片表面得电子，从而形成金属锂单质，这就是析锂现象。

析锂不仅使电池单体性能下降，循环寿命大幅缩短，还限制了电池单体的快充容量。除此之外，电池单体发生析锂时，析出来的锂金属非常活泼，在较低的温度下便可以与电解液发生反应，造成电池单体自产热起始温度(Tonset)降低和自产热速率增大，严重危害电池单体的安全。再者，析锂严重时，脱出的锂离子可以在负极极片表面形成锂层，锂层可能会造成相邻的正极极片和负极极片短路的风险，引发安全隐患。

发明人在研发过程中还发现，卷绕式的电极组件更容易出现析锂现象，经过进一步研究发现，发明人找到了造成该析锂现象的原因主要是因为正极极片和负极极片在卷绕过程中需要进行折弯，而正极活性物质层和负极活性物质层容易在折弯过程中产生应力集中并导致各自的活性物质脱落。由于活性物质的脱落，尤其是负极极片上活性物质的脱落，可能导致该负极极片的负极活性物质层的嵌锂位少于其相邻的正极极片的正极活性物质层能够提供的锂离子数量，从而引发析锂现象。特别地，负极极片弯折的曲率越大，负极极片上活性物质的脱落的越多，析锂现象越严重。

鉴于此，本申请的发明人提出了一种电极组件，其通过在电极组件的中部设置绝缘板，以使绝缘板能够支撑极片，减小极片的弯折部分的曲率，降低活性物质的脱落，减少析锂，改善电极组件的循环寿命和安全性能。

本申请实施例描述的电极组件适用于电池单体、电池以及使用电池的用电装置。

用电装置可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。车辆可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具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；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本申请实施例对上述用电装置不做特殊限制。

以下实施例为了方便说明，以用电装置为车辆为例进行说明。

图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图。

如图1所示，车辆1的内部设置有电池2，电池2可以设置在车辆1的底部或头部或尾部。电池2可以用于车辆1的供电，例如，电池2可以作为车辆1的操作电源。

车辆1还可以包括控制器3和马达4，控制器3用来控制电池2为马达4供电，例如，用于车辆1的启动、导航和行驶时的工作用电需求。

在本申请一些实施例中，电池2不仅仅可以作为车辆1的操作电源，还可以作为车辆1的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1 提供驱动动力。

图2为本申请一些实施例提供的电池的爆炸示意图。

如图2所示，电池2包括箱体5和电池单体(图2未示出)，电池单体容纳于箱体5内。

箱体5用于容纳电池单体，箱体5可以是多种结构。在一些实施例中，箱体5可以包括第一箱体部5a和第二箱体部5b，第一箱体部5a与第二箱体部5b相互盖合，第一箱体部5a和第二箱体部5b共同限定出用于容纳电池单体的容纳空间5c。第二箱体部5b可以是一端开口的空心结构，第一箱体部5a为板状结构，第一箱体部5a盖合于第二箱体部5b的开口侧，以形成具有容纳空间5c的箱体5；第一箱体部5a和第二箱体部5b也均可以是一侧开口的空心结构，第一箱体部5a的开口侧盖合于第二箱体部5b的开口侧，以形成具有容纳空间5c的箱体5。当然，第一箱体部5a和第二箱体部5b可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。

为提高第一箱体部5a与第二箱体部5b连接后的密封性，第一箱体部 5a与第二箱体部5b之间也可以设置密封件，比如，密封胶、密封圈等。

假设第一箱体部5a盖合于第二箱体部5b的顶部，第一箱体部5a亦可称之为上箱盖，第二箱体部5b亦可称之为下箱体。

在电池2中，电池单体可以是一个，也可以是多个。若电池单体为多个，多个电池单体之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体中既有串联又有并联。多个电池单体之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体构成的整体容纳于箱体5内；当然，也可以是多个电池单体先串联或并联或混联组成电池模块6，多个电池模块6再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体5内。

图3为图2所示的电池模块的结构示意图。

如图3所示，在一些实施例中，电池单体7为多个，多个电池单体7 先串联或并联或混联组成电池模块6。多个电池模块6再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体内。

电池模块6中的多个电池单体7之间可通过汇流部件实现电连接，以实现电池模块6中的多个电池单体7的并联或串联或混联。

图4为本申请一些实施例提供的电池单体的爆炸示意图。

如图4所示，本申请实施例的电池单体7包括外壳20和电极组件10，电极组件10容纳于外壳20内。

外壳20为空心结构，其内部形成用于容纳电极组件10和电解液的容纳腔。外壳20的形状可根据电极组件10的具体形状来确定。比如，若电极组件10为长方体结构，则可选用长方体外壳。

电极组件10是电池单体7中浸润于电解液以发生电化学反应的部件。外壳20内可以包含一个或多个电极组件10。电极组件10主要包括正极极片、负极极片以及设置在正极极片与负极极片之间的隔离件。

在一些实施例中，外壳20包括壳体21和端盖22，壳体21具有开口，端盖22连接于壳体21并用于盖合开口。

端盖22与壳体21密封连接，以形成用于容纳电极组件10和电解液的密封空间。在一些示例中，壳体21的一端具有开口，端盖22设置为一个并盖合于壳体21的开口。在另一些示例中，壳体21相对的两端均具有开口，端盖22设置为两个，两个端盖22分别盖合于壳体21的两个开口。

不限地，端盖22的形状可以与壳体21的形状相适应以配合壳体21。可选地，端盖22可以由具有一定硬度和强度的材质(如铝合金)制成，这样，端盖22在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体7能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。

壳体21可以是多种形状和多种尺寸的，例如长方体形、圆柱体形、六棱柱形等。具体地，壳体21的形状可以根据电极组件10的具体形状和尺寸大小来确定。壳体21的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。

在一些实施例中，端盖22上可以设置有如电极端子30等的功能性部件。电极端子30可以用于与电极组件10电连接，以用于输出或输入电池单体7的电能。

图5为本申请一些实施例提供的电极组件10的结构示意图；图6为本申请一些实施例提供的电极组件10在卷绕前的结构示意图。

如图5和图6所示，本申请实施例的电极组件10包括绝缘板13、极片11和隔离件12，隔离件12与极片11层叠设置，隔离件12和极片11卷绕在绝缘板13的外侧并形成卷绕结构。

极片11设置为多个，多个极片11包括正极极片11a和负极极片11b，隔离件12用于将正极极片11a和负极极片11b绝缘隔离。电极组件10主要依靠金属离子在正极极片11a和负极极片11b之间的移动来工作。

隔离件12可以为一个，也可以为多个。示例性地，隔离件12可为两个，本申请实施例可以先将一个隔离件12、负极极片11b、另一个隔离件12和正极极片11a依次层叠，然后围绕绝缘板13卷绕两圈以上以形成卷绕结构。卷绕结构可为扁平状或其它形状。

在本实施例中，绝缘板13可以支撑极片11，减小极片11在卷绕过程中的弯折的最大曲率，降低极片11的活性物质的脱落，减少析锂，降低短路风险，改善电极组件10的循环寿命和安全性能。

在一些实施例中，电极组件10可按照下述步骤制备：S100、提供绝缘板13；S200、提供极片11和隔离件12；S300、将极片11和隔离件12层叠并卷绕在绝缘板13的外侧，以形成卷绕结构。

在一些实施例中，步骤S300包括：

S310、提供两个夹板40；

S320、将极片11和隔离件12层叠，并将隔离件12的卷绕起始端12a 牵引至绝缘板13的一侧；

S330、两个夹板40从两侧夹持绝缘板13和隔离件12的卷绕起始端 12a；

S340、两个夹板40带动绝缘板13转动，以使极片11和隔离件12卷绕在绝缘板13的外侧并形成卷绕结构；

S350、两个夹板40松开绝缘板13和隔离件12，并从卷绕结构中抽出。

两个夹板40与外部的卷绕设备相连，其能够起到固定隔离件12和带动绝缘板13转动的作用。

在本实施例中，两个夹板40可以固定绝缘板13，以减小绝缘板13在卷绕极片11和隔离件12的过程中的形变，保证绝缘板13的平整性。

在一些实施例中，夹板40的抗弯强度可高于绝缘板13的抗弯强度，这样，两个夹板40能够有效地从两侧限制绝缘板13的弯折变形。

在一些实施例中，夹板40的材质可以是金属、聚合物或其它材料。示例性地，夹板40的材质为不锈钢。

在一些实施例中，绝缘板13的材质为耐电解液腐蚀的聚合物材料。示例性地，绝缘板13的材质可以是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚苯硫醚 (PPS)。

在一些实施例中，卷绕结构包括平直区P1和两个弯折区P2，两个弯折区P2连接于平直区P1沿第一方向X的两端。在绝缘板13的厚度方向Z 上，绝缘板13的至少部分与平直区P1重叠，厚度方向Z垂直于第一方向 X。

正极极片11a、隔离件12和负极极片11b沿卷绕方向卷绕并形成弯折区P2和平直区P1，卷绕方向为正极极片11a、隔离件12和负极极片11b 从内向外周向卷绕的方向。示例性地，在图中，卷绕方向为顺时针方向。

弯折区P2为卷绕结构中具有弯折结构的区域，在弯折区P2，极片11 和隔离件12均弯折。示例性地，极片11的位于弯折区P2的部分大体弯折为圆弧形，隔离件12的位于弯折区P2的部分大体弯折为圆弧形。

平直区P1为卷绕结构中具有平直结构的区域，极片11的位于平直区 P1的部分基本平直设置。示例性地，位于平直区P1的每层极片的表面基本为平面。可选地，位于平直区P1的每层极片平行于绝缘板13。

位于平直区P1的极片11处于平直状态，平直区P1的活性物质不易脱落。本申请实施例通过设置绝缘板13，以在卷绕结构上形成平直区P1，从而减少析锂，降低短路风险，改善电极组件10的循环寿命和安全性能。

在一些实施例中，绝缘板13的厚度为T，卷绕结构的最内圈沿第一方向X的尺寸为L1，绝缘板13沿第一方向X的尺寸为L2，T、L1和L2满足： 0.03≤T/(L1-L2)≤2。

卷绕结构的最内圈指的是卷绕结构的最靠近绝缘板13的一圈。卷绕结构的最内圈可以是隔离件12，也可以是极片11。示例性地，卷绕结构的最内圈为隔离件12。具体地，隔离件12具有卷绕起始端12a，从隔离件12 的卷绕起始端12a开始计算，沿卷绕方向一周达到另一个点定位结束端，结束端与起始端之间的部分即为卷绕结构的最内圈。

示例性地，L1可为卷绕结构的最内圈围成的空间沿第一方向X的最大尺寸。

T的值越大，L1-L2的值越小，绝缘板13占用的空间越大，电极组件 10的能量密度越低。如果T/(L1-L2)过大，那么会造成电极组件10的能量密度偏低。鉴于此，发明人经过计算和试验，将T/(L1-L2)限定为小于或等于2。

T的值越小，极片11在卷绕过程中的弯折的最大曲率越大，极片11的活性物质的脱落的风险越高，同时，绝缘板13的强度越低，绝缘板13在卷绕极片11和隔离件12的过程中变形的风险越高。(L1-L2)的值越大，那么绝缘板13在电极组件10受到冲击时晃动的幅度越大，绝缘板13偏斜的概率越高，极片11和隔离件12被绝缘板13刺破的风险越高。如果T/(L1-L2)的值过小，那么会造成电极组件10的安全风险偏高。鉴于此，发明人经过计算和试验，将T/(L1-L2)限定为大于或等于0.03。

在本实施例中，T/(L1-L2)的值限定在0.03-2，以平衡电极组件10的安全性和能量密度。

在一些实施例中，T/(L1-L2)的值为0.03、0.05、0.2、0.5、0.8、1、 1.2、1.5、1.8或2。

在一些实施例中，T、L1和L2满足：0.05≤T/(L1-L2)≤1。

在一些实施例中，L1和L2满足：0.95≤L2/L1≤0.98。

L2/L1越小，绝缘板13在电极组件10受到冲击时晃动的幅度越大，绝缘板13偏斜的概率越高，极片11和隔离件12被绝缘板13刺破的风险越高。L2/L1越大，绝缘板13占用的空间越大，电极组件10的能量密度越低。发明人经过计算和试验，将L2/L1设置在0.95-0.98，以平衡电极组件10的安全性和能量密度。

在一些实施例中，T的值为0.1mm-1mm。T的值越大，绝缘板13占用的空间越大，电极组件10的能量密度越低。T的值越小，极片11在卷绕过程中的弯折的最大曲率越大，极片11的活性物质的脱落的风险越高，同时，绝缘板13的强度越低，绝缘板13在卷绕极片11和隔离件12的过程中变形的风险越高。本申请实施例将T的值限定在0.1mm-1mm，以平衡电极组件10的安全性和能量密度。

在一些实施例中，T的值为0.2mm-0.5mm。

在一些实施例中，在厚度方向Z上，隔离件12的卷绕起始端12a的至少部分与绝缘板13重叠。

在厚度方向Z上，隔离件12的卷绕起始端12a的投影与绝缘板13的投影至少部分的重叠。

隔离件12的卷绕起始端12a在厚度方向Z上位于绝缘板13的一侧，以便于绝缘板13和卷绕设备的夹板40夹持卷绕起始端12a。

在一些实施例中，绝缘板13为平板状。本申请实施例通过设置平板状的绝缘板13，以在卷绕结构上形成平直区P1，从而减少析锂，降低短路风险，改善电极组件10的循环寿命和安全性能。

在一些实施例中，夹板40沿第一方向X的尺寸为L3，L3/L2的值为 90％-95％。

L3/L2过小，则影响绝缘板13在卷绕过程中的稳定性；L3/L2过大，则会增大夹板40从电极组件10中抽出的难度。

夹板40沿厚度方向Z的尺寸为S，S的值为0.5mm-1mm。

夹板40从电极组件10中抽出的前后，卷绕结构的最内圈的周长大体不变。因此，L1、L2、L3、T以及S满足：

图7为本申请一些实施例提供的电极组件10的绝缘板13的剖视示意图；图8为本申请一些实施例提供的电极组件10的绝缘板13的俯视示意图。

如图7和图8所示，在一些实施例中，绝缘板13设有沿厚度方向Z相对设置的支撑面13a，绝缘板13包括开口形成于支撑面13a的容纳孔131。

容纳孔131可以是通孔，也可以是盲孔。容纳孔131可以是一个，也可以是多个。

容纳孔131可以减小绝缘板13的重量，提高电极组件10的能量密度。容纳孔131还可用于容纳电解液，以改善极片11的浸润性，提高电极组件 10的充放电性能。

在一些实施例中，容纳孔131沿厚度方向Z贯通绝缘板13。

容纳孔131可以为电解液的流动提供通道，以改善绝缘板13沿厚度方向Z两侧的极片11的浸润一致性。

图9为本申请一些实施例提供的电极组件10的绝缘板13的结构示意图。

如图9所示，在一些实施例中，绝缘板13包括主体部132和设置于主体部132沿第一方向X的端部的支撑部133。主体部132包括沿厚度方向Z 相对设置的两个第一表面132a，支撑部133包括连接两个第一表面132a的第二表面133a，第二表面133a为弧形面。

可以仅在主体部132沿第一方向X的一端设置支撑部133，也可以在主体部132沿第一方向X的两端均设置支撑部133。

在本实施例中，通过设置弧形面，可以减少绝缘板13端部的尖角，降低隔离件12被绝缘板13刺破的风险，提高安全性。

在一些实施例中，第一表面132a为平面。示例性地，第一表面132a 为绝缘板13的用于开设容纳孔的支撑面。

在一些实施例中，第二表面133a为圆弧面，圆弧面的直径大于主体部 132的厚度。

在本实施例中，通过增大圆弧面的直径，可以减小极片11在弯折区P2 弯折的曲率，以降低极片11的活性物质的脱落，减少析锂，降低短路风险，改善电极组件10的循环寿命和安全性能。在第一方向X上，主体部132具有小于支撑部133的尺寸，相较于整体加厚绝缘板的方案，本申请实施例可以减小绝缘板13的体积和重量，提高电极组件10的能量密度。

在一些实施例中，可以以圆弧面的直径为绝缘板13的厚度T。

图10为本申请一些实施例提供的电极组件10的另一剖视示意图。

如图10所示，在一些实施例中，极片11包括负极活性物质层111。在第二方向Y上，绝缘板13的两端超出负极活性物质层111，且不超出隔离件12。第二方向Y垂直于第一方向X和厚度方向Z。

具体地，负极极片11b包括负极活性物质层111，正极极片11a包括正极活性物质层112。

示例性地，第二方向Y可垂直于卷绕结构的卷绕方向，即第二方向Y 平行于卷绕结构的卷绕轴线。

负极活性物质层111中的活性物质脱落，可能导致该负极极片11b的负极活性物质层111的嵌锂位少于其相邻的正极极片11a的正极活性物质层112能够提供的锂离子数量，从而引发析锂现象。

在本实施例中，绝缘板13沿第二方向Y的两端超出负极活性物质层 111，以有效地支撑负极活性物质层111，减小负极活性物质层111弯折的曲率，以降低活性物质的脱落，减少析锂，降低短路风险，改善电极组件 10的循环寿命和安全性能。绝缘板13沿第二方向Y的两端不超出隔离件 12，以避免绝缘板13增大电极组件10在第二方向Y上的最大尺寸。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电池单体，其包括外壳和以上任一实施例的电极组件，电极组件容纳于外壳内。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电池，包括多个以上任一实施例的电池单体。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种用电装置，包括以上任一实施例的电池单体，电池单体用于为用电装置提供电能。用电装置可以是前述任一应用电池单体的设备或系统。

根据本申请的一些实施例，参照图5和图6，本申请提供了一种电极组件10，电极组件10包括正极极片11a、负极极片11b、隔离件12以及绝缘板13，隔离件12用于将正极极片11a和负极极片11b绝缘隔离。正极极片11a、负极极片11b和隔离件12层叠设置、卷绕在绝缘板13的外侧并形成卷绕结构。

卷绕结构包括平直区P1和两个弯折区P2，两个弯折区P2连接于平直区P1沿第一方向X的两端。在绝缘板13的厚度方向Z上，绝缘板13的至少部分与平直区P1重叠，厚度方向Z垂直于第一方向X。绝缘板13的厚度为T，卷绕结构的最内圈沿第一方向X的尺寸为L1，绝缘板13沿第一方向X的尺寸为L2，T、L1和L2满足：0.03≤T/(L1-L2)≤2。

以下结合实施例进一步说明本申请。

为了使本申请的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例进一步详细描述本申请。但是，应当理解的是，本申请的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限制本申请，且本申请的实施例并不局限于说明书中给出的实施例。实施例中未注明具体实验条件或操作条件的按常规条件制作，或按材料供应商推荐的条件制作。

实施例1可按照下述步骤制备：

(i)将正极活性物质LiNi₈Co₁Mn₁O₄、导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按质量比96:2:2进行混合，加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在铝箔上，室温晾干后转移至烘箱继续干燥，然后经过冷压、分切、裁片得到正极极片。

(ii)将负极活性物质石墨、导电剂乙炔黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在铜箔上，室温晾干后转移至烘箱继续干燥，然后经过冷压、分切、裁片得到负极极片。

(iii)将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照按体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF₆溶解于混合后的有机溶剂中，配制成浓度为1mol/L的电解液。

(iv)将7μm厚的聚乙烯膜作为隔离件。

(v)提供厚度T为0.5mm的绝缘板，绝缘板沿第一方向的尺寸L2为 50mm；

(ⅵ)将一个隔离件、负极极片、另一个隔离件和正极极片依次层叠、卷绕在绝缘板的外侧并形成卷绕结构，进而制备出电极组件；在卷绕过程中，人为地将卷绕结构的最内圈沿第一方向的尺寸L1设置为51mm。

(ⅶ)将电极组件装入方形壳体，并焊接壳体和端盖；然后经过注液、静置、化成、整形等工序，获得电池单体。

实施例2：实施例2的电池单体的制备方法参照实施例1，不同之处在于T为0.01mm。

实施例3：实施例3的电池单体的制备方法参照实施例1，不同之处在于T为0.03mm。

实施例4：实施例4的电池单体的制备方法参照实施例1，不同之处在于T为0.2mm。

实施例5：实施例5的电池单体的制备方法参照实施例1，不同之处在于T为0.8mm。

实施例6：实施例6的电池单体的制备方法参照实施例1，不同之处在于T为1mm。

实施例7：实施例7的电池单体的制备方法参照实施例1，不同之处在于T为1.5mm。

实施例8：实施例8的电池单体的制备方法参照实施例1，不同之处在于T为2mm。

实施例9：实施例9的电池单体的制备方法参照实施例1，不同之处在于T为3mm。

对比例1：对比例1的电池单体的制备方法参照实施例1，不同之处在于对比例1不设置绝缘板。

实施例1-9和对比例1各制备出电池单体，并对各电池单体进行测试。

具体地，在常温环境下，将电池单体以2C倍率充电、以1C倍率放电，进行满充满放循环测试，在10个循环后，对各电池单体进行拆解，并观察负极极片的第一次弯折部分的掉粉情况和析锂情况。

实施例-和对比示例-的评估结果示出于表1中。

表1

	T(mm)	L1(mm)	L2(mm)	T/(L1-L2)	掉粉情况	析锂情况
							实施例1	0.5	51	50	0.5	无掉粉	无析锂
实施例2	0.01	51	50	0.01	轻微掉粉	轻微析锂
							实施例3	0.03	51	50	0.03	轻微掉粉	轻微析锂
实施例4	0.2	51	50	0.2	无掉粉	无析锂
							实施例5	0.8	51	50	0.8	无掉粉	无析锂
实施例6	1.0	51	50	1.0	无掉粉	无析锂
							实施例7	1.5	51	50	1.5	无掉粉	无析锂
实施例8	2	51	50	2	无掉粉	无析锂
							实施例9	3	51	50	3	无掉粉	无析锂
对比例1	\	51	\		严重掉粉	严重析锂

参照实施例1-9和对比例1，本申请通过设置绝缘板，可以减小负极极片在卷绕过程中的弯折的最大曲率，降低负极极片的活性物质的脱落，减少析锂，降低短路风险，改善电极组件的循环寿命和安全性能。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (17)

1.一种电极组件，其特征在于，包括：

绝缘板；

极片；以及

隔离件，与所述极片层叠设置，所述隔离件和所述极片卷绕在所述绝缘板的外侧并形成卷绕结构。

2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述卷绕结构包括平直区和两个弯折区，两个所述弯折区连接于所述平直区沿第一方向的两端；

在所述绝缘板的厚度方向上，所述绝缘板的至少部分与所述平直区重叠，所述厚度方向垂直于所述第一方向。

3.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述绝缘板的厚度为T，所述卷绕结构的最内圈沿所述第一方向的尺寸为L1，所述绝缘板沿所述第一方向的尺寸为L2，T、L1和L2满足：0.03≤T/(L1-L2)≤2。

4.根据权利要求3所述的电极组件，其特征在于，T、L1和L2满足：0.05≤T/(L1-L2)≤1。

5.根据权利要求3所述的电极组件，其特征在于，L1和L2满足：0.95≤L2/L1≤0.98。

6.根据权利要求3所述的电极组件，其特征在于，T的值为0.1mm-1mm。

7.根据权利要求6所述的电极组件，其特征在于，T的值为0.2mm-0.5mm。

8.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，在所述厚度方向上，所述隔离件的卷绕起始端的至少部分与所述绝缘板重叠。

9.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述绝缘板为平板状。

10.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，

所述绝缘板包括主体部和设置于所述主体部沿所述第一方向的端部的支撑部；

所述主体部包括沿所述厚度方向相对设置的两个第一表面，所述支撑部包括连接两个所述第一表面的第二表面，所述第二表面为弧形面。

11.根据权利要求10所述的电极组件，其特征在于，所述第二表面为圆弧面，所述圆弧面的直径大于所述主体部的厚度。

12.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，

所述极片包括负极活性物质层；

在第二方向上，所述绝缘板的两端超出所述负极活性物质层，且不超出所述隔离件；所述第二方向垂直于所述第一方向和所述厚度方向。

13.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述绝缘板设有沿厚度方向相对设置的支撑面，所述绝缘板包括开口形成于所述支撑面的容纳孔。

14.根据权利要求13所述的电极组件，其特征在于，所述容纳孔沿所述厚度方向贯通所述绝缘板。

15.一种电池单体，其特征在于，包括：

外壳；以及

根据权利要求1-14中任一项所述的电极组件，所述电极组件容纳于所述外壳内。

16.一种电池，其特征在于，包括多个根据权利要求15所述的电池单体。

17.一种用电装置，其特征在于，包括根据权利要求15所述的电池单体，所述电池单体用于提供电能。

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