CN217788491U - 一种复合集流体电芯及锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种复合集流体电芯及锂电池，复合集流体电芯包括多个复合集流体极片和多个金属箔集流体极片。此结构的复合集流体电芯，复合集流体极片与金属箔集流体极片交替层叠，复合极耳与金属箔极耳交替层叠，金属箔极耳与复合极耳的相邻面焊接，实现相邻金属箔极耳与复合极耳的电路连接，相邻金属箔极耳的相邻面焊接，实现各层金属箔极耳的电路连通以及各层复合集流体极片与金属箔集流体极片的电路连通，利用金属箔极耳作为复合集流体极片的转接装置实现复合集流体极片的电路连接。电芯极耳两侧无需额外的假极耳进行转接，电芯极耳处厚度不变，防止电芯极耳处厚度增加，以防电芯在后续加工过程中由于极耳变厚导致极耳撕裂。

Description

一种复合集流体电芯及锂电池

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，具体涉及一种复合集流体电芯及锂电池。

背景技术

锂离子电池主要由电池内部极芯、连接片与电池壳体组成。其中，电池内部极芯由正、负电极极片通过叠片或卷绕工艺制成，正、负极集流体在模切工序中预留部分集流体作为每层极片的极耳(即集流体极耳)，每层极片的集流体极耳互相重叠在一起，构成了电池内部极芯的极耳；连接片是电池与外界进行能量传递的载体。电池要实现充、放电的储能功能，电池内部极芯的集流体极耳必须与连接片实现良好的电连接。

复合集流体结构包括中间聚合物层和在聚合物层两侧蒸镀或溅射上的金属层。复合集流体由于中间采用密度更轻和厚度更薄的有机聚合物能够降低集流体在电芯的质量占比，提升电芯的能量密度，同时由于中间聚合物层相比纯金属箔材具有更好的韧性能够释放电芯循环过程中产生的应力和膨胀从而提升电芯的循环寿命。常规集流体通常采用铝箔作为正极集流体，采用铜箔作为负极集流体。利用复合集流体替代常规集流体能够有效改善电芯的安全性能，当电芯内部发生热失控时，复合集流体表面的金属层受热皱缩、聚合层热胀形成内部断路从而提高电池的安全性能。

但复合集流体由于中间聚合物层的存在导致两侧金属层在电池充放电时无法像常规集流体那样实现两侧的电路连通；同时由于中间聚合物的存在，导致电芯内阻增大不利于电芯的倍率性能，因此复合集流体采用常规集流体极耳焊接方式无法实现多层极片间的电路连通。目前针对这一现象解决措施是通过在每个复合集流极耳的两侧焊接常规集流体，利用常规集流体的导电性实现复合集流体电芯的充放电，这样会增加复合集流体电芯极耳位置处的厚度。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的通过在复合集流体极耳两侧焊接常规集流体来实现复合集流体充放电而导致复合集流体极耳厚度增加的缺陷。

为此，本实用新型提供一种复合集流体电芯，包括：

多个复合集流体极片，层叠设置；任一所述复合集流体极片上设有复合极耳；

多个金属箔集流体极片，与多个所述复合集流体极片交错层叠设置；任一所述金属箔集流体上设有金属箔极耳；所述金属箔极耳与所述复合极耳同向延伸，所述金属箔极耳在电芯层叠方向上的投影覆盖并超出所述复合极耳在电芯层叠方向上的投影；所述金属箔极耳与所述复合极耳的相邻面焊接，相邻所述金属箔极耳的相邻面焊接。

可选地，上述的复合集流体电芯，还包括连接片，最外层的所述金属箔极耳的超出所述复合极耳的区域焊接于所述连接片上。

可选地，上述的复合集流体电芯，所述金属箔极耳与所述复合极耳的相邻面通过超声波平焊连接。

可选地，上述的复合集流体电芯，所述金属箔极耳和所述复合极耳均呈矩形，沿所述复合集流体极片的长度方向，所述金属箔极耳与所述复合极耳的尺寸相同，沿所述复合集流体极片的宽度方向，所述金属箔极耳的尺寸大于所述复合极耳。

可选地，上述的复合集流体电芯，所述金属箔极耳和所述复合极耳均呈矩形，沿所述复合集流体极片的长度方向，所述金属箔极耳的尺寸大于所述复合极耳，沿所述复合集流体极片的宽度方向，所述金属箔极耳与所述复合极耳的尺寸相同。

可选地，上述的复合集流体电芯，任一所述复合集流体极片包括中间聚合物层、设于所述中间聚合物层两侧的金属保护层和设于所述金属保护层外的导电层。

可选地，上述的复合集流体电芯，所述中间聚合物层材质为有机聚合物。

可选地，上述的复合集流体电芯，所述金属保护层为铝、铜、镍、钛、银、不锈钢、镍铜合金或铝锆合金中的一种。

可选地，上述的复合集流体电芯，复合集流体电芯的正极极片包括多个交错层叠设置的复合集流体极片和金属箔集流体极片；和/或复合集流体电芯的负极极片包括多个交错层叠设置的复合集流体极片和金属箔集流体极片。

本实用新型提供一种锂电池，包括上述中任一项所述的复合集流体电芯。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的复合集流体电芯，复合集流体极片与金属箔集流体极片交替层叠，复合极耳与金属箔极耳交替层叠，金属箔极耳与复合极耳的相邻面焊接，实现相邻金属箔极耳与复合极耳的电路连接，相邻金属箔极耳的相邻面焊接，实现各层金属箔极耳的电路连通以及各层复合集流体极片与金属箔集流体极片的电路连通，利用金属箔极耳作为复合集流体极片的转接装置实现复合集流体极片的电路连接。复合极耳两侧无需额外的常规金属箔极耳作为假极耳进行转接，电芯极耳处厚度不变，防止电芯极耳处厚度增加，以防电芯在后续加工过程中由于极耳变厚导致极耳撕裂。同时防止由于极耳增厚使得焊接时发生虚焊或过焊导致电芯内阻增加。同时能够降低焊接工艺难度并提升焊接效率，电芯生产成本降低。

2.复合集流体电芯还包括连接片，连接片适于与电芯壳体上的极柱进行焊接，从而实现电芯内部和外部电路的连通。

3.金属箔极耳尺寸大于复合极耳，便于使相邻各层金属箔极耳伸出复合极耳的部分受挤压变形而相互靠近并焊接，实现所有极片的电流汇总连接，电流汇总后再与外电路连接。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1所提供的复合集流体电芯的立体结构示意图；

图2为图1中复合极耳、金属箔极耳与连接片的示意图；

图3为本实用新型实施例1所提供的复合集流体电芯的俯视图；

图4为本实用新型实施例2所提供的复合集流体电芯的立体结构示意图；

图5为图4中复合极耳、金属箔极耳与连接片的示意图；

图6为本实用新型实施例2所提供的复合集流体电芯的俯视图；

图7为本实用新型实施例1和实施例2所提供的复合集流体极片结构示意图。

附图标记说明：

1-复合集流体极片；11-复合极耳；12-中间聚合物层；13-金属保护层；131-第一金属保护层；132-第二金属保护层；14-导电层；141-第一导电层；142-第二导电层；2-金属箔集流体极片；21-金属箔极耳；3-连接片；4-第一焊印；5-第二焊印。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，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”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种复合集流体电芯，如图1至图3所示，其包括多个复合集流体极片1和多个金属箔集流体极片2，其中，多个复合集流体极片1层叠设置；任一复合集流体极片1上设有复合极耳11；多个金属箔集流体极片2与多个复合集流体极片1交错层叠设置；任一金属箔集流体上设有金属箔极耳21；金属箔极耳21与复合极耳11同向延伸，金属箔极耳21在电芯层叠方向上的投影覆盖并超出复合极耳11在电芯层叠方向上的投影；金属箔极耳21与复合极耳11的相邻面焊接，相邻金属箔极耳21的相邻面焊接。

此结构的复合集流体电芯，复合集流体极片1与金属箔集流体极片2交替层叠，复合极耳11与金属箔极耳21交替层叠，金属箔极耳21与复合极耳11的相邻面焊接，实现相邻金属箔极耳21与复合极耳11的电路连接，相邻金属箔极耳21的相邻面焊接，实现各层金属箔极耳21的电路连通以及各层复合集流体极片1与金属箔集流体极片2的电路连通，利用金属箔极耳21作为复合集流体极片1的转接装置实现复合集流体极片1的电路连接。复合极耳两侧无需额外的常规金属箔极耳21作为假极耳进行转接，电芯极耳处厚度不变，防止电芯极耳处厚度增加，以防电芯在后续加工过程中由于极耳变厚导致极耳撕裂。同时防止由于极耳增厚使得焊接时发生虚焊或过焊导致电芯内阻增加。同时能够降低焊接工艺难度并提升焊接效率，电芯生产成本降低。

复合集流体电芯采用复合集流体极片1与金属箔集流体极片2交替层叠，电芯内阻相比于全部采用复合集流体极片1的电芯内阻降低，有利于提高电芯的倍率性能。

由于复合集流体极片1具有更好的韧性，电芯通过交替层叠方式引入复合集流体极片1能够有效的缓解电芯循环过程中膨胀/收缩产生的应力，以提高电芯的循环寿命。金属箔集流体极片2具有更好的导电性，复合集流体极片1和金属箔集流体极片2交替层叠相比于纯复合集流体电芯具有更低的电阻。

复合极耳11各层材质和结构与复合集流体极片1相同，复合集流体极片1在模切工序中预留部分集流体作为复合极耳11，金属箔极耳21各层材质和结构与金属箔集流体极片2材质相同，金属箔集流体极片2在模切工序中预留部分集流体作为金属箔极耳21。

参见图2，复合集流体电芯还包括连接片3，最外层的金属箔极耳21的超出复合极耳11的区域焊接于连接片3上。各层金属箔极耳21伸出复合极耳11区域焊接连接，实现各层复合集流体极片1的电路连通，最外层的金属箔极耳21再焊接在连接片3上，连接片3适于与电芯壳体上的极柱进行焊接，从而实现电芯内部和外部电路的连通。

金属箔极耳21与复合极耳11的相邻面通过超声波平焊连接。超声波平焊为现有焊接方式，其利用平齿焊头可以在小的功率和能量条件下实现复合极耳11两侧的金属层和金属箔极耳21良好的电连通。

参见图3，金属箔极耳21与复合极耳11的相邻面之间通过超声波平焊形成第一焊印4，金属箔极耳21与连接片3之间通过焊接形成第二焊印5。第一焊印4和第二焊印5的尺寸均为长16mm，宽3mm。

参见图1，极片长度方向为第一方向，极片宽度方向为第二方向，极片层叠方向为第三方向。

金属箔极耳21和复合极耳11均呈矩形，沿复合集流体极片1的长度方向，金属箔极耳21与复合极耳11的尺寸相同，沿复合集流体极片1的宽度方向，金属箔极耳21的尺寸大于复合极耳11。及沿第一方向，金属箔极耳21与复合极耳11边部平齐，金属箔极耳21沿第二方向伸出复合极耳11，便于使相邻各层金属箔极耳21伸出复合极耳11的部分受挤压变形而相互靠近并焊接，实现所有极片的电流汇总连接，电流汇总后再与外电路连接。

例如，金属箔极耳21尺寸为长23mm，宽24mm，复合极耳11尺寸为长23mm，宽12mm。

参见图7，任一复合集流体极片1包括中间聚合物层12、设于中间聚合物层12两侧的金属保护层13和设于金属保护层13外的导电层14。金属保护层13设于中间聚合物层12与导电层14之间，以增加导电层14与中间聚合物层12之间的粘结强度。中间聚合物层12上下两侧分别通过蒸镀、磁控溅射、水电镀等方式镀上第一金属保护层131和第二金属保护层132，第一金属保护层131和第二金属保护层132上分别通过蒸镀、磁控溅射、水电镀等方式镀上第一导电层141和第二导电层142。导电层14的材质为铝、铜、镍、钛、银、不锈钢、镍铜合金或铝锆合金中一种，金属保护层13的材质为铝、铜、镍、钛、银、不锈钢、镍铜合金、铝锆合金中的一种。保证金属保护层13在中间聚合物层12上的附着温度低于导电层14在中间聚合物层12上的附着温度，防止导电层14直接附着在中间聚合物层12上其附着温度过高而导致中间聚合物穿孔即可。

中间聚合物层12材质为有机聚合物。例如，中间聚合物层12材质可以为对苯二甲酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯、聚氨基甲酸酯、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯酯、聚甲醛、酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜或聚苯醚。

可选地，中间聚合为层的厚度范围在1um-30um；金属保护层13厚度为50nm-500nm；导电层14厚度为300nm-5um；在一些实施例中也可不设金属保护层13。

复合集流体电芯的正极极片包括多个交错层叠设置的复合集流体极片1和金属箔集流体极片2；和/或复合集流体电芯的负极极片包括多个交错层叠设置的复合集流体极片1和金属箔集流体极片2。即电芯的正极极片和/或负极极片采用复合集流体极片1和金属箔集流体极片2交错层叠的方式。比如，参见图1和图4，电芯的正极极片采用复合集流体极片1和金属箔集流体极片2交错层叠的方式(图中未示出负极极片)。例如，复合集流体极片1的导电层14材质为铝，金属箔集流体极片2为铝箔集流体极片，即沿第三方向，铝箔集流体极片和复合集流体正极极片交错排布。电芯的正极极片采用复合集流体极片1和金属箔集流体极片2交错层叠的方式时，最外层的两层正极极片均为铝箔集流体极片，最外层两层铝箔集流体极片的极耳内侧与复合极耳11焊接，保证最外侧复合极耳11的两个外侧面与铝箔集流体极片的极耳电连通。

电芯的负极极片也采用复合集流体极片1和金属箔集流体极片2交错层叠的方式，例如，复合集流体极片1的导电层14材质为铜箔，金属箔集流体极片2为铜箔集流体极片。此时，第三方向两侧最外层的两层负极极片可以为铜箔集流体极片或复合集流体极片1。

可选地，电芯的正极极片和负极极片均采用复合集流体极片1和金属箔集流体极片2交错层叠的方式，此时正极极片和负极极片的极耳在第一方向上间隔排布。

实施例2

本实施例提供一种复合集流体电芯，如图4至图6所示，其与实施例1的区别在于，沿复合集流体极片1的长度方向(第一方向)，金属箔极耳21的尺寸大于复合极耳11，沿复合集流体极片1的宽度方向(第二方向)，金属箔极耳21与复合极耳11的尺寸相同。即沿第一方向，金属箔极耳21伸出复合极耳11，沿第二方向，金属箔极耳21边部与复合极耳11边部平齐。此种结构，能够降低极耳在第二方向上的长度，电芯卷绕后高度降低，利于充分利用电芯内部空间提升电芯的能量密度。

最佳地，沿第一方向，金属箔极耳21的两端均伸出复合极耳11，相邻各层金属箔极耳21的两端焊接连接，最底层金属箔极耳21的两端焊接在连接片3上。

实施例3

本实施例提供一种锂电池，包括实施例1或实施例2中的复合集流体电芯、壳体和极柱，连接片3与极柱焊接，实现电芯内部和外部电路的连通。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种复合集流体电芯，其特征在于，包括：

多个复合集流体极片(1)，层叠设置；任一所述复合集流体极片(1)上设有复合极耳(11)；

多个金属箔集流体极片(2)，与多个所述复合集流体极片(1)交错层叠设置；任一所述金属箔集流体极片上设有金属箔极耳(21)；所述金属箔极耳(21)与所述复合极耳(11)同向延伸，所述金属箔极耳(21)在电芯层叠方向上的投影覆盖并超出所述复合极耳(11)在电芯层叠方向上的投影；所述金属箔极耳(21)与所述复合极耳(11)的相邻面焊接，相邻所述金属箔极耳(21)的相邻面焊接。

2.根据权利要求1所述的复合集流体电芯，其特征在于，还包括连接片(3)，最外层的所述金属箔极耳(21)的超出所述复合极耳(11)的区域焊接于所述连接片(3)上。

3.根据权利要求1或2所述的复合集流体电芯，其特征在于，所述金属箔极耳(21)与所述复合极耳(11)的相邻面通过超声波平焊连接。

4.根据权利要求1或2所述的复合集流体电芯，其特征在于，所述金属箔极耳(21)和所述复合极耳(11)均呈矩形，沿所述复合集流体极片(1)的长度方向，所述金属箔极耳(21)与所述复合极耳(11)的尺寸相同，沿所述复合集流体极片(1)的宽度方向，所述金属箔极耳(21)的尺寸大于所述复合极耳(11)。

5.根据权利要求1或2所述的复合集流体电芯，其特征在于，所述金属箔极耳(21)和所述复合极耳(11)均呈矩形，沿所述复合集流体极片(1)的长度方向，所述金属箔极耳(21)的尺寸大于所述复合极耳(11)，沿所述复合集流体极片(1)的宽度方向，所述金属箔极耳(21)与所述复合极耳(11)的尺寸相同。

6.根据权利要求1或2所述的复合集流体电芯，其特征在于，任一所述复合集流体极片(1)包括中间聚合物层(12)、设于所述中间聚合物层(12)两侧的金属保护层(13)和设于所述金属保护层(13)外的导电层(14)。

7.根据权利要求6所述的复合集流体电芯，其特征在于，所述中间聚合物层(12)材质为有机聚合物。

8.根据权利要求6所述的复合集流体电芯，其特征在于，所述金属保护层(13)为铝、铜、镍、钛、银、不锈钢、镍铜合金或铝锆合金中的一种。

9.根据权利要求1或2所述的复合集流体电芯，其特征在于，复合集流体电芯的正极极片包括多个交错层叠设置的复合集流体极片(1)和金属箔集流体极片(2)；和/或复合集流体电芯的负极极片包括多个交错层叠设置的复合集流体极片(1)和金属箔集流体极片(2)。

10.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的复合集流体电芯。

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