CN217822871U - 集流体、极片、电芯、电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种集流体、极片、电芯、电池及用电装置。该集流体包括：抗拉层；及导电层，设于抗拉层在厚度方向上的两侧；其中，抗拉层与导电层电连接。本申请实施例的集流体通过设置抗拉层，保证了极片的冷压延展质量，并降低了后续加工生产的电池的报废率。

Description

集流体、极片、电芯、电池及用电装置

技术领域

本申请涉及电池领域，具体涉及一种集流体、极片、电芯、电池及用电装置。

背景技术

节能减排是汽车产业可持续发展的关键，电动车辆由于其节能环保的优势成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。

其中，极片是电池的重要组成部分，极片具有集流体和极耳。在极片制程工序中，需要将极片冷压延展至一定厚度，使极片单位体积内的能量密度增大，之后对极片两侧进行裁切，以裁切出极耳，从而供后续电池生产所需。

但是，若极片的冷压延展质量不合格，常常造成后续加工中生产的电池的报废率较高。

实用新型内容

鉴于上述问题，本申请提供一种集流体、极片、电芯、电池及用电装置，能够改善极片的冷压延展质量，从而降低后续加工生产的电池的报废率。

第一方面，本申请提供了一种集流体，包括：抗拉层；及导电层，设于所述抗拉层在厚度方向上的两侧；其中，所述抗拉层与所述导电层电连接。

本申请实施例的技术方案中，由于集流体的抗拉层不仅能够导通设于其相对两侧的导电层，而且其具有高抗拉性，低延展性。因此，抗拉层不易发生塑性变形，从而保证了极片的冷压延展质量，进而降低了后续加工生产的电池的报废率。

在一些实施例中，所述抗拉层包括碳纤维薄膜层。本申请实施例中的抗拉层包括碳纤维薄膜层，一方面，碳纤维薄膜层的延展性低，抗拉性能好,因而能有效防止具有其的集流体表面在冷压后出现不平整现象；另一方面，碳纤维薄膜层具有良好的导电性能，因而能有效导通设于其相对两侧的导电层。

在一些实施例中，所述抗拉层为厚度为0.5～4微米的碳纤维薄膜层。本申请实施例中的抗拉层为厚度为0.5～4微米的碳纤维薄膜层，既能保证抗拉层的所需抗拉强度，又能提高电芯的重量能量密度。

在一些实施例中，所述导电层包括金属箔。本申请实施例中的导电层包括金属箔，能够保证导电层的导电和集流的作用。

在一些实施例中，所述导电层为金属箔，所述金属箔包括铜箔、铝箔中的任意一种。本申请实施例中的金属箔可以由铜箔或铝箔制成，因而具有高导电性能。

在一些实施例中，所述金属箔的厚度为0.5～3微米。本申请实施例中的金属箔的厚度为0.5～3微米，能够保证金属箔表面不会出现微孔，且具有均匀的表面，从而保证金属箔的导电性能。

第二方面，本申请提供了一种极片，包括集流体及活性物质层，所述集流体为如上述实施例中的的集流体，所述活性物质层涂覆在所述导电层上。

第三方面，本申请提供了一种电芯，包括正极极片、负极极片及隔离膜，所述正极极片及所述负极极片为如上述实施例中的极片。

第四方面，本申请提供了一种电池，包括电芯及电解液，所述电芯为如上述实施例中的电芯。

第五方面，本申请提供了一种用电装置，包括如上述实施例中的电池。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请一些实施例的车辆的结构示意图；

图2位本申请一些实施例的电池的分解结构示意图；

图3为本申请一些实施例的电池单体的分解结构示意图；

图4为本申请一些实施例的集流体的结构示意图；

图5为图4所示的集流体的另一视角的结构示意图；

图6为图4所示的集流体的另一视角的结构示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：

车辆1000；

电池100，控制器200，马达300；

箱体10，第一部分11，第二部分12；

电池单体20，端盖21，电极端子21a，壳体22，电芯组件23；

集流体3，抗拉层31，导电层32。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

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。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，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、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

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。

在本申请实施例的描述中，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。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。

在本申请实施例的描述中，技术术语“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实施例和简化描述，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实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“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；也可以是机械连接，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。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实施例中的具体含义。

随着新能源汽车的大力发展，锂离子电池得到了广泛应用。其中，极片是锂离子电池的重要组成部分，其在制程生产时，会在冷压辊的辊压作用下变薄，并在平行于极片的走带方向出现一定的延展。

但是，由于冷压辊的圆柱度偏差，导致极片在冷压后出现波浪型起伏，波浪形起伏的极片在电芯卷绕过程中，会产生正负极极片对齐度不良的问题，从而出现电池析锂风险以及设计容量出现偏差，进而导致电池的报废率较高。

针对上述波浪型起伏的问题，通常的改善办法为：优化冷压辊的圆柱度(磨损量控制)。但是，该办法仅能起到改善作用，无法彻底解决波浪型起伏的问题。

为了探索改善该问题的方案，申请人研究发现，虽然不锈钢的塑性变形能力差，但若将不锈钢拉伸为薄片作为极片的集流体，该集流体存在的缺陷在于电解液会对不锈钢产生腐蚀作用。

鉴于此，本申请实施例提供一种新的集流体，能够在保证导电性能的前提下，还具有低延展性和高抗拉性的特征，从而一定程度上避免极片在冷压后出现不平整现象，如波浪型起伏变形，进而保证极片的冷压延展质量，降低后续加工生产的电池的报废率。

本申请实施例公开的电池单体可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。可以使用具备本申请公开的电池单体、电池等组成该用电装置的电源系统，这样，有利于缓解并自动调节电芯膨胀力恶化，补充电解液消耗，提升电池性能的稳定性和电池寿命。

本申请实施例提供一种使用电池作为电源的用电装置，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。

以下实施例为了方便说明，以本申请一实施例的一种用电装置为车辆1000为例进行说明。

请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆1000的结构示意图。车辆1000可以为燃油汽车、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。车辆1000的内部设置有电池100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源。车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300供电，例如，用于车辆1000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100不仅可以作为车辆1000的操作电源，还可以作为车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。

请参照图2，图2为本申请一些实施例提供的电池100的爆炸图。电池100包括箱体10和电池单体20，电池单体20容纳于箱体10内。其中，箱体10用于为电池单体20提供容纳空间，箱体10可以采用多种结构。在一些实施例中，箱体10可以包括第一部分11和第二部分12，第一部分11与第二部分12相互盖合，第一部分11和第二部分12共同限定出用于容纳电池单体20的容纳空间。第二部分12可以为一端开口的空心结构，第一部分11可以为板状结构，第一部分11盖合于第二部分12的开口侧，以使第一部分11与第二部分12共同限定出容纳空间；第一部分11和第二部分12也可以是均为一侧开口的空心结构，第一部分11的开口侧盖合于第二部分12的开口侧。当然，第一部分11和第二部分12形成的箱体10可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。

在电池100中，电池单体20可以是多个，多个电池单体20之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体20中既有串联又有并联。多个电池单体20之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体20构成的整体容纳于箱体10内；当然，电池100也可以是多个电池单体20先串联或并联或混联组成电池模块形式，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体10内。电池100还可以包括其他结构，例如，该电池100还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体20之间的电连接。

其中，每个电池单体20可以为二次电池或一次电池；还可以是锂硫电池、钠离子电池或镁离子电池，但不局限于此。电池单体20可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。

请参照图3，图3为本申请一些实施例提供的电池单体20的分解结构示意图。电池单体20是指组成电池的最小单元。如图3，电池单体20包括有端盖21、壳体22、电芯组件23以及其他的功能性部件。

端盖21是指盖合于壳体22的开口处以将电池单体20的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，端盖21的形状可以与壳体22的形状相适应以配合壳体22。可选地，端盖21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21在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体20能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。端盖21上可以设置有如电极端子21a等的功能性部件。电极端子21a可以用于与电芯组件23电连接，以用于输出或输入电池单体20的电能。在一些实施例中，端盖21上还可以设置有用于在电池单体20的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。端盖21的材质也可以是多种的，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，在端盖21的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体22内的电连接部件与端盖21，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。

壳体22是用于配合端盖21以形成电池单体20的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电芯组件23、电解液以及其他部件。壳体22和端盖21可以是独立的部件，可以于壳体22上设置开口，通过在开口处使端盖21盖合开口以形成电池单体20的内部环境。不限地，也可以使端盖21和壳体22一体化，具体地，端盖21和壳体22可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体22的内部时，再使端盖21盖合壳体22。壳体22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22的形状可以根据电芯组件23的具体形状和尺寸大小来确定。壳体22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。

电芯组件23是电池单体100中发生电化学反应的部件。壳体22内可以包含一个或更多个电芯组件23。电芯组件23主要由正极片和负极片卷绕或层叠放置形成，并且通常在正极片与负极片之间设有隔膜。正极片和负极片具有活性物质的部分构成电芯组件的主体部，正极片和负极片不具有活性物质的部分各自构成极耳23a。正极极耳和负极极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳23a连接电极端子以形成电流回路。

请参阅图4～6，本申请一实施例中的集流体3包括抗拉层31和导电层32。导电层32设于抗拉层31在厚度方向上的相对两侧，抗拉层31能够电导通设于其相对两侧的导电层32。

具体到实际运用中，抗拉层31用于承载导电层32，导电层32用于承载电极活性材料层。

由于集流体3的抗拉层31不仅能够导通设于其相对两侧的导电层32，而且其具有抗拉性，延展性低，不易发生塑性变形。因此，在冷压延展工序中，抗拉层31既不易受到冷压辊的圆柱度的影响，也不会在冷压后发生塑性变形。因此，该集流体3在冷压后的平面度好，避免了电池析锂风险和设计容量偏差，降低了后续加工生产的电池的报废率。

根据本申请的一些实施例，可选地，抗拉层31包括碳纤维薄膜层。

具体到一些实施例中，碳纤维薄膜层是以碳纤维为原材料加工制造得到。碳纤维薄膜层具备良好的导电性能，能够导通设于其相对两侧的导电层32。此外，碳纤维薄膜层还具有低延展性和高抗拉性，因此使用该抗拉层31的集流体3在冷压后不易出现不平整现象。

需要说明的是，上述仅为了举例说明，并不能理解为对本申请的限定。抗拉层31还可以由其他具有低延展性、高抗拉性的材料制成。

根据本申请的一些实施例，可选地，抗拉层31为厚度为0.5～4微米的碳纤维薄膜层。

具体到实际运用中，0.5～4微米的碳纤维薄膜层既能保证电芯的能量密度，又能保证作为抗拉层31所需的抗拉强度。

需要说明的是，抗拉层31的厚度应该根据实际设计需求而定，本申请在此并不作具体限定。例如，在满足抗拉层31的使用要求前提下，应尽量减小抗拉层31的厚度，从而降低集流体3的重量，提高能量密度。

根据本申请的一些实施例，可选地，导电层32包括金属箔。

具体到一些实施例中，金属箔的材料可选自金属导电材料。作为示例，金属导电材料可选自铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金、铝锆合金中的至少一种。

具体到实际运用中，使用金属箔的导电层32能够保证其导电和集流的作用。

根据本申请的一些实施例，可选地，导电层32为金属箔，金属箔包括铜箔、铝箔中的任意一种。

具体到一些实施例中，当该集流体3应用于正极极片时，该集流体3的导电层32可采用铝制作而成，当该集流体3应用于负极极片时，该集流体3的导电层32可采用铜制作而成。

具体到实际运用中，分别采用铝箔和铜箔制成的导电层32具有良好的导电和集流性能。

根据本申请的一些实施例，可选地，金属箔的厚度为0.5～3微米。

具体地一些实施例中，该范围厚度的金属箔能够保证金属箔表面不会出现微孔，且具有均匀的表面，从而保证金属箔的导电和集流的作用。

需要说明的是，导电层32的厚度足以起到导电和集流的作用即可。如果导电层32的厚度太小，则导电和集流的效果太差，电池极化会较大，也易在极片加工工艺等过程中发生破损。如果导电层32的厚度太大，则会影响电池的重量能量密度，且会降低该集流体3的电阻，从而不利于改善电池的安全性能。因此，金属箔的厚度可根据实际需要而定，本申请在此并不作限定。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种极片，包括集流体3及活性物质层，集流体3为以上任一方案所述的集流体3，活性物质层涂覆在导电层32上。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电芯，包括正极极片、负极极片及隔离膜，正极极片及负极极片为以上任一方案所述的极片。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电池，包括电芯及电解液，电芯为以上任一方案所述的电芯。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种用电装置，该用电装置可以是前述任一应用电池的设备或系统。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种集流体，其特征在于，包括：

抗拉层；及

导电层，设于所述抗拉层在厚度方向上的两侧；

其中，所述抗拉层与所述导电层电连接，所述抗拉层为厚度为0.5～4微米的碳纤维薄膜层。

2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于，所述导电层包括金属箔。

3.根据权利要求2所述的集流体，其特征在于，所述导电层为金属箔，所述金属箔包括铜箔、铝箔中的任意一种。

4.根据权利要求3所述的集流体，其特征在于，所述金属箔的厚度为0.5～3微米。

5.一种极片，其特征在于，包括集流体及活性物质层，所述集流体为如权利要求1～4中任意一项所述的集流体，所述活性物质层涂覆在所述导电层上。

6.一种电芯，其特征在于，包括正极极片、负极极片及隔离膜，所述正极极片及所述负极极片为如权利要求5所述的极片。

7.一种电池，其特征在于，包括电芯及电解液，所述电芯为如权利要求6所述的电芯。

8.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求7所述的电池。

Images