CN217822943U - 电极极片单元、电极组件、电池及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电极极片单元、电极组件、电池及用电设备，涉及电池领域。电极极片单元包括：至少一个第一极片以及至少两个第二极片，其中，第二极片与第一极片的极性相反，第二极片与第一极片沿电极极片单元的厚度方向交替层叠布置，第二极片和相邻的第一极片之间设置有隔膜，第二极片及第一极片分别具有与隔膜接触的活性物质层；电极极片单元沿其厚度方向具有相对的第一侧以及第二侧，第一侧与第二侧均为第二极片，位于第一侧的第二极片背离隔膜的一侧未设置活性物质层，位于第二侧的第二极片背离隔膜的一侧未设置活性物质层。其能够改善现有的电动交通工具整车重量重、续航里程较短，实际运行过程中电池易鼓胀导致其短路烧毁的技术问题。

Description

电极极片单元、电极组件、电池及用电设备

技术领域

本申请涉及电池领域，具体而言，涉及一种电极极片单元、电极组件、电池及用电设备。

背景技术

随着经济的发展，社会的进步，科技技术的发展已经成为必然和社会共识。电动交通工具飞速发展，逐步替代传统燃油车。电动交通工具以动力电池为动力驱动其行驶，由于电动交通工具对环境污染较少，被越来越多的人所喜爱。

目前，电动交通工具存在整车重量重、续航里程较短，实际运行过程中电池易鼓胀以导致短路烧毁等问题。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种电极极片单元、电极组件、电池及用电设备，其能够改善现有的电动交通工具整车重量重、续航里程较短，实际运行过程中电池易鼓胀导致其短路烧毁的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种电极极片单元，其包括：至少一个第一极片以及至少两个第二极片，其中，第二极片与第一极片的极性相反，第二极片与第一极片沿电极极片单元的厚度方向交替层叠布置，第二极片和相邻的第一极片之间设置有隔膜，第二极片及第一极片分别具有与隔膜接触的活性物质层；电极极片单元沿其厚度方向具有相对的第一侧以及第二侧，第一侧与第二侧均为第二极片，位于第一侧的第二极片背离隔膜的一侧未设置活性物质层，位于第二侧的第二极片背离隔膜的一侧未设置活性物质层。

本申请提供的电极极片单元，利用其结构的改进，使其相比于现有的正极片/隔膜/负极片构成的电机极片单元，在容量相同的前提下，可有效减少第一极片的集流体的使用量，从而在将其应用于电池中及相关的用电设备(例如新能源电动汽车)中时，一方面能够在容量相同的前提下可有效减少电极组件的体积，以使使用含有上述电极极片的电池的用电设备实现轻量化设置，并且在体积相同的前提下有效增大容量，从而提高新能源电动汽车的续航里程，另一方面在电池使用过程中，利用容量相同的前提下有效减少第一极片的集流体，以缓解因集流体导热造成的电池膨胀，从而提高电池的安全性能，并且有效降低生产成本。

在一种可能的实施方案中，第一极片为正极片，第二极片为负极片。

在一种可能的实施方案中，第一极片为负极片，第二极片为正极片。

在上述两种实现过程中，本领域技术人员可根据实际的需求选择电极极片单元的设置方式，设置方式更为灵活，且上述两种设置方式均能够改善现有的新能源电动汽车整车重量重、续航里程较短，实际运行过程中电池易鼓胀导致其短路烧毁的问题，本领域技术人员可根据实际的需求进行选择。

在一种可能的实施方案中，第一极片的数量为一个，第二极片的数量为两个。

在上述实现过程中，电极极片单元结构简单且便于设置。

在一种可能的实施方案中，正极片包括正极集流体以及形成于正极集流体的至少一面的正极活性物质层，正极集流体的厚度为10-20μm。

在上述实现过程中，上述正极集流体的厚度合理，具有较佳的支撑性能，若厚度过薄，将导致正极片成型过程中易变形、以及强度不够易断裂，若厚度过厚，制作成本高且易导致电池膨胀，影响电池的安全性能。

在一种可能的实施方案中，负极片包括负极集流体以及形成于负极集流体的至少一面的负极活性物质层，负极集流体的厚度为4.5-20μm。

在上述实现过程中，上述负极集流体的厚度合理，具有较佳的支撑性能，若厚度过薄，将导致负极片成型过程中易变形、以及强度不够易断裂，若厚度过厚，制作成本高且易导致电池膨胀，影响电池的安全性能。

在一种可能的实施方案中，电极极片单元的厚度为50-300um。

在上述实现过程中，上述厚度合理，满足电池的制备要求。

第二方面，本申请实施例提供一种电极组件，电极组件为卷绕布置的上述实施例提供的电极极片单元，或者，电极组件为层叠布置的多个上述实施例提供的电极极片单元。

在上述实现过程中，电极极片单元可根据实际的需求进行卷绕布置或层叠布置，均在应用于为用电设备进行供能的电池中时，能够改善现有的新能源电动汽车整车重量重、续航里程较短，实际运行过程中电池易鼓胀导致其短路烧毁的问题。

第三方面，本申请实施例提供一种电池，其包括上述实施例提供的电极组件。

第四方面，本申请实施例一种用电设备，其包括上述实施例提供的电池，电池用于供能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请一些实施例提供的电极极片单元的结构示意图；

图2为本申请一些实施例提供的电极极片单元的结构示意图；

图3为本申请实施例1提供的电极极片单元的结构示意图；

图4为本申请实施例2提供的电极极片单元的结构示意图。

图标：10-电极极片单元；100-第一极片；110-第二极片；120-正极片；121-正极集流体；123-正极活性物质层；130-负极片；131-负极集流体；133-负极活性物质层；140-隔膜。

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“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。

目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。

但是实际使用过程中，以电动交通工具为例，其存在整车重量重、续航里程较短，实际运行过程中电池易鼓胀以导致短路烧毁等问题。

发明人发现，实际运行过程中电池易鼓胀以导致短路烧毁的原因之一在于电极组件的集流体为导热金属，在使用过程中其能够快速导热以使活性物质层进行膨胀，从而引起电池膨胀以导致短路烧毁。而为了解决续航里程，通常做法为增加单位体积内的容量，但这势必会增加整车重量。因此如何在提高电池单位体积内的容量且降低相同容量的电池的重量，并且兼顾缓解电池膨胀是一难点。

为了解决上述问题，发明人尝试对用于卷绕或叠片获得电极组件的电极极片单元的结构进行了更改，以改善上述技术问题。改善后的电极极片单元包括：至少一个第一极片以及至少两个第二极片，其中，第二极片与第一极片的极性相反，第二极片与第一极片沿电极极片单元的厚度方向交替层叠布置，第二极片和相邻的第一极片之间设置有隔膜，第二极片及第一极片分别具有与隔膜接触的活性物质层；电极极片单元沿其厚度方向具有相对的第一侧以及第二侧，第一侧与第二侧均为第二极片，位于第一侧的第二极片背离隔膜的一侧未设置活性物质层，位于第二侧的第二极片背离隔膜的一侧未设置活性物质层。

利用其结构的改进，使其相比于现有的正极片/隔膜/负极片构成的电机极片单元，在容量相同的前提下，可有效减少第一极片的集流体的使用量，从而在将其应用于电池中及相关的用电设备(例如新能源电动汽车)中时，一方面能够在容量相同的前提下可有效减少电极组件的体积，以使使用含有上述电极极片的电池的用电设备实现轻量化设置，并且在体积相同的前提下有效增大容量，从而提高新能源电动汽车的续航里程，另一方面在电池使用过程中，利用容量相同的前提下有效减少第一极片的集流体，以缓解因集流体导热造成的电池膨胀，从而提高电池的安全性能，并且有效降低生产成本。

需要说明的是，本申请实施例公开的电池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池膨胀恶化，提高电池的稳定性，并且能够实现用电装置的轻量化设置以及较佳的续航里程。

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。以下实施例中，以用电装置为电动交通工具，具体为新能源汽车为例进行效果的描述。

本申请实施例提供一种新能源汽车，其包括电池，电池可以用于对新能源汽车的供电，以满足新能源汽车的启动、导航和行驶时的工作用电需求。

电池包括箱体和容置于箱体内形成电池模组的多个电池单体，电池单体是指组成电池的最小单元。电池单体包括有端盖、壳体、电极组件以及其他的功能性部件，具体设置可参阅相关技术，在此不做限定。

电极组件是电池单体中发生电化学反应的部件。其中，电极组件由电极极片单元卷绕所得，或者，电极组件由多个电极极片单元层叠布置所得。

也即是，电极组件为卷绕布置的电极极片单元，或者，电极组件为层叠布置的多个电极极片单元。

请参阅图1以及图2，根据本申请的一些实施例，可选地，电极极片单元10包括：至少一个第一极片100以及至少两个第二极片110。

其中，第二极片110与第一极片100的极性相反，第二极片110与第一极片100沿电极极片单元10的厚度方向交替层叠布置，第二极片110和相邻的第一极片100之间设置有隔膜140，第二极片110及第一极片100分别具有与隔膜140接触的活性物质层；电极极片单元10沿其厚度方向具有相对的第一侧以及第二侧，第一侧与第二侧均为第二极片110，位于第一侧的第二极片110背离隔膜140的一侧未设置活性物质层，位于第二侧的第二极片110背离隔膜140的一侧未设置活性物质层。

位于第一侧的第二极片110背离隔膜140的一侧未设置活性物质层是指：位于第一侧的第二极片110的集流体，在背离隔膜140的一侧未设置活性物质层，直接裸露集流体。

位于第二侧的第二极片110背离隔膜140的一侧未设置活性物质层是指：位于第二侧的第二极片110的集流体，在背离隔膜140的一侧未设置活性物质层，直接裸露集流体。

本申请提供的电极极片单元10，利用其结构的改进，使其相比于现有的正极片120/隔膜140/负极片130构成的电机极片单元，在容量相同的前提下，可有效减少第一极片100的集流体的使用量，从而在将其应用于电池中及相关的用电设备(例如新能源电动汽车)中时，一方面能够在容量相同的前提下可有效减少电极组件的体积，以使使用含有上述电极极片的电池的用电设备实现轻量化设置，并且在体积相同的前提下有效增大容量，从而提高新能源电动汽车的续航里程，另一方面在电池使用过程中，利用容量相同的前提下有效减少第一极片100的集流体，以缓解因集流体导热造成的电池膨胀，从而提高电池的安全性能，并且有效降低生产成本。

其中，第一极片100的数量为至少一个，例如为一个、两个或三个等，第二极片110的数量为至少两个，例如为两个、三个或四个等，可以理解的是，由于第二极片110与第一极片100沿电极极片单元10的厚度方向交替层叠布置，且第一侧与第二侧均为第二极片110，也即是说第二极片110的数量大于第一极片100的数量。

如图1所示，第一极片100的数量为两个，第二极片110的数量为三个，此时，位于两个第一极片100之间的第二极片110的两个表面均形成有与隔膜140接触的活性物质层。

如图2所示，本实施例中，第一极片100的数量为一个，第二极片110的数量为两个，此时电极极片单元10呈三明治结构。

如图2以及图3所示，根据本申请的一些实施例，可选地，第一极片100为正极片120，第二极片110为负极片130。

如图2以及图4所示，根据本申请的一些实施例，可选地，第一极片100为负极片130，第二极片110为正极片120。

需要说明的是，无论上述哪种设置方式，正极片120包括正极集流体121以及形成于正极集流体121的至少一面的正极活性物质层123，正极集流体121的厚度为10-20μm。

上述正极集流体121的厚度合理，具有较佳的支撑性能，若厚度过薄，将导致正极片120成型过程中易变形、以及强度不够易断裂，若厚度过厚，制作成本高且易导致电池膨胀，影响电池的安全性能。

可以理解的是，当正极片120在厚度方向的两侧均层叠有隔膜140时，正极集流体121的在厚度方向的两面的正极活性物质层123，当正极片120为位于第一侧或第二侧的第二极片110时，此时该正极片120仅仅在面向隔膜140的一侧设有正极活性物质层123，另一侧未设置正极活性物质层123。

示例性地，正极集流体121的厚度为10μm、11μm、13μm、15μm、17μm、18μm、20μm中的任一值或介于任意两个值之间。

其中，正极集流体121选自铝箔，例如为多孔铝箔或刻蚀铝箔的一种。

正极活性物质包括但不局限于镍钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、尖晶石镍锰酸锂、镍钴锰三元材料等中的至少一种。

负极片130包括负极集流体131以及形成于负极集流体131的至少一面的负极活性物质层133，负极集流体131的厚度为4.5-20μm。

上述负极集流体131的厚度合理，具有较佳的支撑性能，若厚度过薄，将导致负极片130成型过程中易变形、以及强度不够易断裂，若厚度过厚，制作成本高且易导致电池膨胀，影响电池的安全性能。

可以理解的是，当负极片130在厚度方向的两侧均层叠有隔膜140时，正极集流体121的在厚度方向的两面的负极活性物质层133，当负极片130为位于第一侧或第二侧的第二极片110时，此时该负极片130仅仅在面向隔膜140的一侧设有负极活性物质层133，另一侧未设置负极活性物质层133。

示例性地，负极集流体131的厚度为4.5μm、5μm、6.5μm、8μm、10μm、13μm、15μm、17μm、18μm、20μm中的任一值或介于任意两个值之间。

其中，负极集流体131的材质包括但不局限于单质铜，还可以为铜合金，或为铜和贵金属的复合材料等。

负极活性物质为碳基材料、硅基材料和金属氧化物中的至少一种，碳基材料可以为石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳等中的至少一种，硅基材料可以为硅碳和氧化硅中的至少一种，金属氧化物可以为氧化铁和氧化锡中的至少一种。

隔膜140包括PP或者PE复合膜。

电极极片单元10的厚度为50-300um。

上述厚度合理，满足电池的制备要求。

示例性地，电极极片单元10的厚度为50μm、70μm、100μm、130μm、150μm、180μm、200μm、230μm、250μm、280μm、300μm中的任一值或介于任意两个值之间。

以下结合实施例对本申请的电极极片单元、电极组件、电池及用电设备作进一步的详细描述。

实施例及对比例

【正极浆料】：

将磷酸铁锂、乙炔黑和聚偏氟乙烯按97.2:1.5:1.3的质量比加入搅拌罐，加入N-甲基吡咯烷酮溶剂搅拌后过200目筛网，配置成正极浆料。

【负极浆料】：由97wt％石墨、1wt％导电炭黑和2wt％丁苯橡胶构成。

【第一正极片】用涂布机将正极浆料涂布到正极集流体(铝箔)的两侧面上，在120℃烘干，接着经辊压得到双面涂覆的第一正极片。

【第二正极片】其与第一正极片的区别仅在于：用涂布机将正极浆料涂布到正极集流体(铝箔)的单侧面上。

【第一负极片】用涂布机将正极浆料涂布到负极集流体(铜箔)的两侧面上烘干，接着经辊压得到双面涂覆的第一负极片。

【第二负极片】其与第一负极片的区别仅在于：用涂布机将正极浆料涂布到正极集流体(铝箔)的单侧面上。

【隔膜】厚度为45um的聚丙烯膜。

【组装电极极片单元】

实施例1的电极极片单元结构如图3所示，电极极片单元由第二负极片、隔膜、第一正极片、隔膜、第二负极片依次叠加所得。

实施例2的电极极片单元如图4所示，电极极片单元由第二正极片、隔膜、第一负极片、隔膜、第二正极片依次叠加所得。

对比例1的电极极片单元由隔膜、第一负极片、隔膜、第一正极片依次叠加所得。

其中，实施例1以及对比例1的容量相同。

【电解液】将LiPF₆溶于碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯按照体积比1：1：1的溶剂中，配置成浓度为1mol/L的电解液。

【锂离子电池的制作】将上述电极极片单元卷绕后获得的裸电芯置于包装壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，得到锂离子电池。

检测各实施例以及对比例获得的电极极片单元的厚度参数、容量、重量、体积、膨胀系数以及制作成本，结果如表1所示。

表1

根据表1可以看出，实施例1以及对比例1在容量相同的前提下，重量减少2-4％，体积减少3％，膨胀率减少3-5％，制作成本减少4-8％。

也即是说明采用本申请制得的电极极片单元，相比于对比例1的方式，可在单位体积或重量内，增加电池的容量，以将其应用于电动交通工具时，能够提高其续航里程，并且在相同的续航里程的前提下，可减少整车重量以及电池的膨胀率，提高运行的安全性以及稳定性。

综上，本申请提供的电极极片单元，利用其结构的改进，使其相比于现有的电极极片单元，一方面能够在容量相同的前提下可有效减少电极组件的体积，以使使用含有上述电极极片的电池的用电设备实现轻量化设置，并且在体积相同的前提下有效增大容量，从而提高新能源电动汽车的续航里程，另一方面在电池使用过程中，利用容量相同的前提下有效减少第一极片的集流体，以缓解因集流体导热造成的电池膨胀，从而提高电池的安全性能，并且有效降低生产成本。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电极极片单元，其特征在于，包括：

至少一个第一极片；

至少两个第二极片，所述第二极片与所述第一极片的极性相反，所述第二极片与所述第一极片沿所述电极极片单元的厚度方向交替层叠布置，所述第二极片和相邻的所述第一极片之间设置有隔膜，所述第二极片及所述第一极片分别具有与所述隔膜接触的活性物质层；

所述电极极片单元沿其厚度方向具有相对的第一侧以及第二侧，所述第一侧与所述第二侧均为第二极片，位于所述第一侧的所述第二极片背离所述隔膜的一侧未设置所述活性物质层，位于所述第二侧的所述第二极片背离所述隔膜的一侧未设置所述活性物质层。

2.根据权利要求1所述的电极极片单元，其特征在于，所述第一极片为正极片，所述第二极片为负极片。

3.根据权利要求1所述的电极极片单元，其特征在于，所述第一极片为负极片，所述第二极片为正极片。

4.根据权利要求2或3所述的电极极片单元，其特征在于，所述第一极片的数量为一个，所述第二极片的数量为两个。

5.根据权利要求2或3所述的电极极片单元，其特征在于，所述正极片包括正极集流体以及形成于所述正极集流体的至少一面的正极活性物质层，所述正极集流体的厚度为10-20μm。

6.根据权利要求2或3所述的电极极片单元，其特征在于，所述负极片包括负极集流体以及形成于所述负极集流体的至少一面的负极活性物质层，所述负极集流体的厚度为4.5-20μm。

7.根据权利要求1所述的电极极片单元，其特征在于，所述电极极片单元的厚度为50-300um。

8.一种电极组件，其特征在于，所述电极组件为卷绕布置的如权利要求1-7任意一项所述的电极极片单元，或者，所述电极组件为层叠布置的多个如权利要求1-7任意一项所述的电极极片单元。

9.一种电池，其特征在于，包括权利要求8所述的电极组件。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的电池，所述电池用于供能。

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