CN218867146U - 电极组件、电池单体、电池及用电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电极组件、电池单体、电池及用电装置,属于电池技术领域。其中,电池单体包括负极极片和正极极片。负极极片包括多孔集流体和连接于多孔集流体的至少一端的第一极耳。正极极片包括主体部和连接于主体部的至少一端的第二极耳,沿多孔集流体的厚度方向,主体部与多孔集流体层叠设置,沿第一方向,多孔集流体的两端均不超出主体部,第一方向垂直于多孔集流体的厚度方向。这种结构的电极组件能够对多孔集流体在第一方向上的边缘施加一定的束缚力,诱导多孔集流体上的锂金属均匀沉积,以缓解锂金属在多孔集流体的边缘沉积形成枝晶的现象,进而能够有效抑制锂金属枝晶的生长,有利于降低电极组件出现短路的风险。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域,具体而言,涉及一种电极组件、电池单体、电池及用电装置。
背景技术
近些年,新能源汽车有了飞跃式的发展,在电动汽车领域,动力电池作为电动汽车的动力源,起着不可替代的重要作用。随着新能源汽车的大力推广,对动力电池产品的需求也日益增长,其中,电池作为新能源汽车核心零部件不论在使用寿命或安全性方面等都有着较高的要求。电池的电池单体是由正极极片、负极极片和隔离膜通过卷绕或者叠片等方式组装成电极组件(裸电芯),之后装入外壳,再注入电解液后得到的。但是,现有技术中的电池单体在后期使用过程中极容易出现短路等安全隐患,从而导致电池单体存在较大的使用风险。
实用新型内容
本申请实施例提供一种电极组件、电池单体、电池及用电装置,能够有效提高电池单体的安全性。
第一方面,本申请实施例提供一种电池单体,包括负极极片和正极极片;所述负极极片包括多孔集流体和连接于所述多孔集流体的至少一端的第一极耳;所述正极极片包括主体部和连接于所述主体部的至少一端的第二极耳,沿所述多孔集流体的厚度方向,所述主体部与所述多孔集流体层叠设置,沿第一方向,所述多孔集流体的两端均不超出所述主体部,所述第一方向垂直于所述多孔集流体的厚度方向。
在上述技术方案中,电极组件的负极极片设置有多孔集流体和凸设于多孔集流体的至少一端的第一极耳,电极组件的正极极片设置有主体部和连接于主体部的至少一端的第二极耳,通过将负极极片的多孔集流体与正极极片的主体部层叠设置,并将多孔集流体在第一方向上的两端设置为均不超出正极极片的主体部,使得负极极片的多孔集流体整体能够被正极极片的主体部覆盖,从而能够保证负极极片的多孔集流体均能够受到主体部的压力,一方面能够使得电极组件在充电时的电流密度均匀,另一方面能够对多孔集流体在第一方向上的边缘也施加一定的束缚力,诱导多孔集流体上的锂金属均匀沉积,以缓解锂金属在多孔集流体的边缘沉积形成枝晶的现象,进而能够有效抑制锂金属枝晶的生长,有利于降低电极组件出现短路的风险,且能够减少多孔集流体出现沉积大量的“死锂”而造成活性锂损失和容量衰减的现象,以提升电极组件的使用安全性和使用性能。
在一些实施例中,所述主体部包括基材和正极活性物质层;所述第二极耳连接于所述基材;所述正极活性物质层设置于所述基材在所述多孔集流体的厚度方向上面向所述多孔集流体的一侧,沿所述第一方向,所述多孔集流体的两端均不超出所述正极活性物质层;其中,所述正极活性物质层面向所述多孔集流体的一侧设置有绝缘层,所述绝缘层覆盖所述正极活性物质层的一端。
在上述技术方案中,主体部设置有基材和在多孔集流体的厚度方向上设置于基材的一侧的正极活性物质层,以使正极活性物质层与多孔集流体在多孔集流体的厚度方向上面向设置,通过将多孔集流体在第一方向上的两端设置为均不超出正极活性物质层,以正极活性物质层能够覆盖多孔集流体,从而实现多孔集流体的整体均能够受到正极活性物质层的束缚力,这种结构简单,且便于制造。此外,通过在正极活性物质层面向多孔集流体的一侧设置绝缘层,且绝缘层覆盖正极活性物质层的一端,采用这种结构的电极组件一方面通过绝缘层能够对正极活性物质层超出多孔集流体的部分析出的锂离子起到一定的阻挡作用,从而有利于降低锂离子在多孔集流体的边缘进行沉积的现象,另一方面通过绝缘层能够对多孔集流体在第一方向上的边缘形成的锂金属枝晶起到一定的阻隔作用,以缓解负极极片和正极极片因锂金属枝晶而出现短接的现象,进而能够有效降低电极组件在使用过程中的安全隐患。
在一些实施例中,所述正极活性物质层包括第一区域和第二区域,沿所述第一方向,所述第一区域连接于所述第二区域的至少一端;其中,所述绝缘层覆盖所述第一区域,沿所述第一方向,所述第二区域不超出所述多孔集流体。
在上述技术方案中,通过将绝缘层设置为覆盖正极活性物质层的第一区域,并将第二区域设置为在第一方向上的两端均不超出多孔集流体,从而使得正极活性物质层与多孔集流体面向设置的有效区域在第一方向上的尺寸小于或等于多孔集流体的尺寸,一方面能够缓解电极组件在使用过程中的析锂现象,另一方面通过绝缘层能够对多孔集流体在第一方向上的边缘形成的锂金属枝晶起到更好的阻隔效果。
在一些实施例中,所述正极活性物质层面向所述多孔集流体的一侧设置有两个所述绝缘层,两个所述绝缘层分别覆盖所述正极活性物质层的两端。
在上述技术方案中,通过在正极活性物质层面向多孔集流体的一侧上设置有两个绝缘层,使得两个绝缘层能够分别对正极活性物质层在第一方向上的两端进行覆盖,从而能够对正极活性物质层在第一方向上的两端析出的锂金属起到阻挡作用,且能够对多孔集流体在第一方向上的两个边缘形成的锂金属枝晶起到阻隔作用,进而有利于进一步提升电极组件的使用安全性。
在一些实施例中,沿所述第一方向,所述绝缘层延伸出所述正极活性物质层的一端。
在上述技术方案中,通过将绝缘层在第一方向上设置有延伸出正极活性物质层的一端,即绝缘层在第一方向上具有超出正极活性物质层的一端的部分,一方面使得绝缘层能够对正极活性物质层的一端起到更好的覆盖效果,另一方面通过绝缘层能够对正极活性物质层在第一方向上的一端起到较好的保护作用,且便于在电极组件的制造过程中对正极极片进行裁切加工。
在一些实施例中,沿所述多孔集流体的厚度方向,所述绝缘层的部分与所述多孔集流体相互重叠,所述绝缘层与所述多孔集流体相互重叠的部分在所述第一方向上的宽度为L,满足,1mm≤L≤3.5mm。
在上述技术方案中,通过将绝缘层与多孔集流体相互重叠的部分在第一方向上的宽度设置为1mm到3.5mm,从而一方面能够缓解因绝缘层与多孔集流体的重叠宽度过小而导致绝缘层阻隔锂金属枝晶和阻挡析出的锂离子的效果太差的现象,且能够缓解因绝缘层与多孔集流体的重叠宽度过小而导致制造难度较大的问题,另一方面能够缓解因绝缘层与多孔集流体的重叠宽度过大使得绝缘层覆盖正极活性物质层的面积过大而导致电极组件容量损失过多的现象。
在一些实施例中,所述绝缘层连接于所述正极活性物质层。
在上述技术方案中,通过将绝缘层连接在正极活性物质层上,以实现绝缘层能够对正极活性物质层在第一方向上的一端进行覆盖,采用这种结构的电极组件一方面有利于提高绝缘层对正极活性物质层的覆盖效果,且有利于降低电极组件的装配难度,另一方面通过绝缘层还能够对正极活性物质层被覆盖的区域起到抑制锂离子析出的效果,从而有利于降低电极组件在使用过程中的析锂风险,且能够减少锂离子在多孔集流体的边缘沉积的现象。
在一些实施例中,所述正极活性物质层包括第一区域和第二区域,沿所述第一方向,所述第一区域连接于所述第二区域的至少一端;其中,所述绝缘层覆盖所述第一区域,沿所述多孔集流体的厚度方向,所述第一区域与所述绝缘层在同一位置的厚度之和为D2,所述第二区域的厚度为D3,满足,-80μm≤D2-D3≤10μm。
在上述技术方案中,在多孔集流体的厚度方向上,通过将正极活性物质层的第一区域与绝缘层在同一位置的厚度之和与第二区域的厚度的差值设置在-80μm到10μm,即绝缘层在多孔集流体的厚度方向上凸出于第二区域0μm到10μm,或第二区域在多孔集流体的厚度方向上凸出于绝缘层0μm到80μm,采用这种结构的电极组件能够缓解正极活性物质层与多孔集流体之间的间隙过大的现象,一方面能够缓解正极活性物质层与多孔集流体之间的间隙过大而导致电极组件的内阻过大的现象,另一方面能够缓解正极活性物质层与多孔集流体之间的间隙过大而导致电极组件出现析锂的风险。
在一些实施例中,所述正极活性物质层包括第一区域和第二区域,沿所述第一方向,所述第一区域连接于所述第二区域的至少一端;其中,所述绝缘层覆盖所述第一区域,所述第一区域的厚度小于所述第二区域的厚度。
在上述技术方案中,通过将正极活性物质层设置有绝缘层的第一区域的厚度设置为小于正极活性物质层的第二区域的厚度,即正极活性物质层上形成有厚度减薄的区域,且绝缘层设置于正极活性物质层的厚度减薄的区域内,采用这种结构的电极组件能够增加绝缘层连接于正极活性物质层上的稳定性和可靠性,以减少绝缘层在使用过程中出现脱落的风险。
在一些实施例中,所述正极活性物质层包括第一区域和第二区域,沿所述第一方向,所述第一区域连接于所述第二区域的至少一端;其中,所述绝缘层覆盖所述第一区域,沿所述多孔集流体的厚度方向,所述第一区域面向所述多孔集流体的表面与所述第二区域面向所述多孔集流体的表面平齐。
在上述技术方案中,通过将正极活性物质层设置有绝缘层的第一区域面向多孔集流体的表面设置为与正极活性物质层的第二区域面向多孔集流体的表面相互平齐,即正极活性物质层在多孔集流体的厚度方向上面向多孔集流体的表面为平面,且绝缘层连接于正极活性物质层面向多孔集流体的表面上,以对正极活性物质层的第一区域进行覆盖,采用这种结构便于将绝缘层连接在正极活性物质层上,有利于降低加工难度,以提升生产效率。
在一些实施例中,所述电极组件还包括隔离膜;所述隔离膜设置于所述负极极片与所述正极极片之间,以分隔负极极片与所述正极极片;其中,所述绝缘层连接于所述隔离膜面向所述正极活性物质层的表面上。
在上述技术方案中,电极组件还设置有隔离膜,通过隔离膜能够对正极极片和负极极片起到分隔作用,以降低正极极片和负极极片之间的短接风险。此外,通过绝缘层连接于隔离膜面向正极活性物质层的表面上,以实现绝缘层对正极活性物质层的一端进行覆盖,这种结构有利于降低绝缘层的装配难度。
在一些实施例中,所述主体部包括基材和正极活性物质层;所述第二极耳连接于所述基材;所述正极活性物质层设置于所述基材在所述多孔集流体的厚度方向上面向所述多孔集流体的一侧,沿所述第一方向,所述正极活性物质层的两端均不超出所述多孔集流体;其中,沿所述第一方向,所述正极活性物质层的至少一端连接有绝缘层,且所述绝缘层超出所述多孔集流体的一端。
在上述技术方案中,通过将正极活性物质层在第一方向上两端设置为均不超出多孔集流体,将绝缘层连接于正极活性物质层在第一方向上的至少一端,且绝缘层在第一方向上超出多孔集流体的一端,以使绝缘层能够对多孔集流体的边缘提供束缚力,采用这种结构的电极组件在保证多孔集流体的整体均能够受到主体部的压力的同时还能够有效降低电极组件在使用过程中的析锂风险。
在一些实施例中,沿所述第一方向,所述正极活性物质层的两端均连接有所述绝缘层。
在上述技术方案中,通过在正极活性物质层沿第一方向的两端均连接绝缘层,使得两个绝缘层能够沿第一方向分别延伸出多孔集流体的两端,从而能够对多孔集流体的在第一方向上的两个边缘均提供束缚力,以缓解锂金属在多孔集流体的边缘沉积形成枝晶的现象,进而能够有效抑制锂金属枝晶的生长,有利于降低电极组件出现短路的风险,以提升电极组件的使用安全性和使用性能。
在一些实施例中,所述绝缘层的弹性模量为E,满足,E≥1GPa。
在上述技术方案中,采用弹性模量大于或等于1GPa的绝缘层,使得这种绝缘层具有较好的强度和韧性,一方面能够有效降低绝缘层在使用过程中出现损坏的现象,以提升电极组件的使用寿命,另一方面能够对锂金属枝晶起到较好的阻挡作用,有利于减少绝缘层被锂金属枝晶刺破的现象,从而能够有效降低电池单体的使用风险。
在一些实施例中,所述绝缘层为绝缘胶带或绝缘涂层。
在上述技术方案中,采用绝缘胶带或绝缘涂层作为绝缘层对正极活性物质层在第一方向上的一端进行覆盖,这种结构的绝缘层只需将绝缘层粘接或涂覆于正极活性物质层面向多孔集流体的一侧即可,便于对电极组件进行装配,有利于提升电极组件的生产效率。
在一些实施例中,沿所述第一方向,所述主体部的至少一端超出所述多孔集流体。
在上述技术方案中,通过将主体部在第一方向上的至少一端设置为超出多孔集流体,以保证多孔集流体均能够受到主体部的压力,使得多孔集流体的能够受到较好的膨胀束缚力,从而能够有效缓解多孔集流体出现锂金属枝晶无限生长的现象。
在一些实施例中,沿所述第一方向,所述主体部的两端与所述多孔集流体的两端平齐。
在上述技术方案中,通过将主体部在第一方向上的两端设置为与多孔集流体相互平齐,采用这种结构的电极组件在保证多孔集流体的整体均能够受到主体部的压力的同时能够有效减少正极活性物质层的浪费,有利于降低电极组件的制造成本,且能够节省电极组件的占用空间。
在一些实施例中,沿所述多孔集流体的厚度方向,所述第一极耳的最大厚度小于所述多孔集流体的厚度。
在上述技术方案中,通过将第一极耳在多孔集流体的厚度方向上的最大厚度设置为小于多孔集流体的厚度,一方面便于后续将第一极耳与其他部件进行装配连接,另一方面在电极组件的生产过程中,在将负极极片的多孔集流体在第一方向上的两端设置为均不超出正极极片的主体部时便于对多孔集流体和第一极耳进行有效区分,以提高电极组件的制造精度。
在一些实施例中,所述多孔集流体与所述第一极耳为一体式结构,所述第一极耳连接于所述多孔集流体在所述第一方向上的一端;其中,所述第一极耳包括主体段和过渡段,沿所述第一方向,所述过渡段连接于所述主体段和所述多孔集流体之间,且所述过渡段在所述多孔集流体的厚度方向上的厚度从靠近所述主体段的一端向靠近所述多孔集流体的一端逐渐增大。
在上述技术方案中,通过将多孔集流体和第一极耳设置为一体成型的结构,使得第一极耳形成有主体段和连接于多孔集流体和主体段之间的过渡段,且过渡段在多孔集流体的厚度方向上的厚度从靠近主体段的一端向靠近多孔集流体的一端逐渐增大,从而实现第一极耳凸出于多孔集流体的一端,采用这种结构的负极极片能够有效提高第一极耳的结构强度,且能够有效提升第一极耳与多孔集流体之间的连接强度。
在一些实施例中,所述多孔集流体与所述第一极耳为分体式结构,所述第一极耳连接于所述多孔集流体在所述多孔集流体的厚度方向上的一侧,且所述第一极耳沿所述第一方向凸出于所述多孔集流体的一端。
在上述技术方案中,通过将多孔集流体和第一极耳设置为分体式结构,并将第一极耳连接于多孔集流体在多孔集流体的厚度方向上的一侧后沿第一方向凸出于多孔集流体的一端,以实现第一极耳凸出于多孔集流体的一端,这种结构的负极极片的制造难度较低,有利于提升电极组件的生产效率。
在一些实施例中,沿所述多孔集流体的厚度方向,所述第二极耳的厚度小于所述主体部的厚度。
在上述技术方案中,通过将第二极耳在多孔集流体的厚度方向上的厚度设置为小于主体部的厚度,一方面便于后续将第二极耳与其他部件进行装配连接,另一方面在电极组件的生产过程中,在将负极极片的多孔集流体在第一方向上的两端设置为均不超出正极极片的主体部时便于对主体部和第二极耳进行有效区分,以提高电极组件的制造精度。
在一些实施例中,所述电极组件为卷绕式电极组件,所述第一方向与所述电极组件的卷绕轴线方向一致。
在上述技术方案中,通过将电极组件设置为卷绕式的结构,且第一方向与电极组件的卷绕轴线方向一致,采用这种结构的电极组件一方面便于制造和生产,有利于降低正极极片和负极极片出现错位的现象,另一方面只需将负极极片的多孔集流体在第一方向上的两端设置为不超出正极极片的正极活性物质层即可保证多孔集流体的整体受到主体部的压力,从而能够有效抑制多孔集流体的锂金属枝晶的生长。
在一些实施例中,所述多孔集流体的材质为泡沫金属。
在上述技术方案中,采用泡沫金属的多孔集流体使得多孔集流体具有与锂离子直接进行反应的功能,以实现负极极片的电能输入或输出,且这种结构的多孔集流体能够实现锂离子在多孔集流体的内部进行沉积,有利于降低多孔集流体的表面出现锂金属沉积的风险。
在一些实施例中,所述电极组件为圆柱体结构。
在上述技术方案中,通过将电极组件设置为圆柱体结构,使得圆柱体结构的电极组件在使用过程中的产生的膨胀力更小,以适用于材质为泡沫金属的多孔集流体。
第二方面,本申请实施例还提供一种电池单体,包括外壳和上述的电极组件;所述电极组件容纳于所述外壳内。
第三方面,本申请实施例还提供一种电池,包括上述的电池单体。
第四方面,本申请实施例还提供一种用电装置,包括上述的电池单体。
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结构爆炸图;
图3为本申请一些实施例提供的电池单体的结构爆炸图;
图4为本申请一些实施例提供的电极组件的截面图;
图5为本申请一些实施例提供的电极组件的局部剖视图;
图6为本申请又一些实施例提供的电极组件的局部剖视图;
图7为本申请再一些实施例提供的电极组件的局部剖视图;
图8为本申请一些实施例提供的电极组件的正极极片的剖视图;
图9为图8所示的正极极片的A处的局部放大图;
图10为本申请一些实施例提供的电极组件的正极极片在其他实施例中的剖视图;
图11为所示的正极极片的B处的局部放大图;
图12为本申请一些实施例提供的电极组件的正极极片在另一些实施例中的剖视图;
图13为本申请一些实施例提供的电极组件的正极极片在又一些实施例中的剖视图;
图14为图13所示的正极极片的C处的局部放大图;
图15为本申请另一些实施例提供的电极组件的局部剖视图;
图16为图15所示的电极组件的D处的局部放大图;
图17为本申请再又一些实施例提供的电极组件的局部剖视图;
图18为本申请又再一些实施例提供的电极组件的局部剖视图;
图19为图18所示的电极组件的E处的局部放大图。
图标:1000-车辆;100-电池;10-箱体;11-第一箱本体;12-第二箱本体;20-电池单体;21-外壳;211-壳体;2111-开口;212-端盖;22-电极组件;221-负极极片;2211-多孔集流体;2212-第一极耳;2212a-主体段;2212b-过渡段;2213-焊印;2214-保护胶;222-隔离膜;223-正极极片;2231-主体部;22311-基材;22311a-第一部分;22311b-第二部分;22312-正极活性物质层;22312a-第一区域;22312b-第二区域;2232-第二极耳;224-绝缘层;200-控制器;300-马达;X-第一方向;Y-多孔集流体的厚度方向。
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,本申请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;本申请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。
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。
本申请中术语“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,本申请中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请的实施例中,相同的附图标记表示相同的部件,并且为了简洁,在不同实施例中,省略对相同部件的详细说明。应理解,附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸,以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明,而不应对本申请构成任何限定。
本申请中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)。
本申请中,电池单体可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠离子电池或镁离子电池等,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、方形电池单体和软包电池单体,本申请实施例对此也不限定。
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或多个电池模组的箱体。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。
电池单体包括外壳、电极组件和电解液,外壳用于容纳电极组件和电解液。电极组件由正极极片、负极极片和隔离膜组成。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的部分作为正极极耳,以通过正极极耳实现正极极片的电能输入或输出。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。负极极片可以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的部分作为负极极耳,以通过负极极耳实现负极极片的电能输入或输出。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。当然,负极极片也可以直接采用泡沫金属作为负极极片,并将泡沫金属的部分进行辊压形成负极极耳或将负极极耳焊接于泡沫金属上。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。
隔离膜的材质可以为聚丙烯(polypropylene,PP)或聚乙烯(polyethylene,PE)等。此外,电极组件可以是卷绕式结构,也可以是叠片式结构,本申请实施例并不限于此。
电池具有能量密度高、环境污染小、功率密度大、使用寿命长、适应范围广、自放电系数小等突出的优点,是现今新能源发展的重要组成部分。电池的电池单体是由正极极片、负极极片和隔离膜通过卷绕或者叠片等方式组装成电极组件(裸电芯),之后装入外壳,最后注入电解液后得到的。但是,随着电池技术的不断发展,对电池的使用性能和使用安全等也提出了更高的要求。因此,电池单体的安全性能决定了电池在使用过程中的安全性。
发明人发现,在电池的后期使用过程中,电池单体的电极组件容易产生锂金属沉积的现象,主要表现为在电极组件的负极极片上存在锂金属沉积的问题,从而常常导致负极极片出现表面沉积枝晶等现象,进而极容易造成隔离膜被损坏而出现电极组件短路的风险。为了解决负极极片在锂金属析出时造成的使用安全问题,在采用泡沫金属作为电极组件的负极极片,并将负极极片的宽度设置为大于正极极片,从而在降低电极组件的析锂风险的同时能够实现锂金属在负极极片的内部沉积。但是,在这种结构的电池单体中,由于泡沫金属的负极极片在超出正极极片的部分没有受到膨胀力束缚,且使得整个负极极片受到的压力不均衡,从而会导致负极极片延伸出正极极片的部分会沉积大量的“死锂”而造成活性锂损失和容量快速衰减,且极容易出现锂金属枝晶无限生长的情况,使得电极组件存在隔离膜被锂金属枝晶刺破而引起正极极片和负极极片短接的现象,进而造成电池单体在后期使用过程中存在较大的安全隐患,不利于消费者的使用安全。
基于上述考虑,为了解决电池单体在后期使用过程中存在较大的安全隐患的问题,发明人经过深入研究,设计了一种电极组件,电极组件包括负极极片和正极极片。负极极片包括多孔集流体和连接于多孔集流体的至少一端的第一极耳。正极极片包括主体部和连接于主体部的至少一端的第二极耳,沿多孔集流体的厚度方向,主体部与多孔集流体层叠设置,沿第一方向,多孔集流体的两端均不超出主体部,第一方向垂直于多孔集流体的厚度方向。
在这种结构的电极组件中,电极组件的负极极片设置有多孔集流体和凸设于多孔集流体的至少一端的第一极耳,电极组件的正极极片设置有主体部和连接于主体部的至少一端的第二极耳,通过将负极极片的多孔集流体与正极极片的主体部层叠设置,并将多孔集流体在第一方向上的两端设置为均不超出正极极片的主体部,使得负极极片的多孔集流体整体能够被正极极片的主体部覆盖,从而能够保证负极极片的多孔集流体均能够受到主体部的压力,一方面能够使得电极组件在充电时的电流密度均匀,另一方面能够对多孔集流体在第一方向上的边缘也施加一定的束缚力,诱导多孔集流体上的锂金属均匀沉积,以缓解锂金属在多孔集流体的边缘沉积形成枝晶的现象,进而能够有效抑制锂金属枝晶的生长,有利于降低电极组件出现短路的风险,且能够减少多孔集流体出现沉积大量的“死锂”而造成活性锂损失和容量衰减的现象,以提升电极组件的使用安全性和使用性能。
本申请实施例公开的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。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,能够有效降低电池单体在后期使用过程中出现短路的风险,以提升电池的使用安全性。
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的结构爆炸图。电池100包括箱体10和电池单体20,电池单体20用于容纳于箱体10内。其中,箱体10用于为电池单体20提供装配空间,箱体10可以采用多种结构。在一些实施例中,箱体10可以包括第一箱本体11和第二箱本体12,第一箱本体11与第二箱本体12相互盖合,第一箱本体11和第二箱本体12共同限定出用于容纳电池单体20的装配空间。第二箱本体12可以为一端开放的空心结构,第一箱本体11可以为板状结构,第一箱本体11盖合于第二箱本体12的开放侧,以使第一箱本体11与第二箱本体12共同限定出装配空间;第一箱本体11和第二箱本体12也可以是均为一侧开放的空心结构,第一箱本体11的开放侧盖合于第二箱本体12的开放侧。当然,第一箱本体11和第二箱本体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。示例性的,在图2中,电池单体20为圆柱体结构。
请参照图3和图4,图3为本申请一些实施例提供的电池单体20的结构爆炸图,图4为本申请一些实施例提供的电极组件22的截面图。电池单体20包括外壳21和电极组件22,外壳21用于容纳电极组件22。
其中,外壳21还可用于容纳电解质,例如电解液。外壳21可以是多种结构形式。外壳21的材质也可以是多种,比如,铜、铁、铝、钢、铝合金等。
在一些实施例中,外壳21可以包括壳体211和端盖212,壳体211为一侧开口2111的空心结构,端盖212盖合于壳体211的开口2111处并形成密封连接,以形成用于容纳电极组件22和电解质的密封空间。
在组装电池单体20时,可先将电极组件22放入壳体211内,并向壳体211内填充电解质,再将端盖212盖合于壳体211的开口2111。
壳体211可以是多种形状,比如,圆柱体、长方体等。壳体211的形状可根据电极组件22的具体形状来确定。比如,若电极组件22为圆柱体结构,则可选用为圆柱体壳体;若电极组件22为长方体结构,则可选用长方体壳体。当然,端盖212也可以是多种结构,比如,端盖212为板状结构、一端开口2111的空心结构等。示例性的,在图3中,电极组件22为圆柱体结构,对应的,壳体211为圆柱体结构,端盖212为圆柱形板状结构,端盖212盖合于壳体211的开口2111处。
在一些实施例中,电池单体20还可以包括正极电极端子和负极电极端子,正极电极端子安装于端盖212上,负极电极端子安装于壳体211与端盖212相对的一端上,当然,也可以是正极电极端子安装于壳体211与端盖212相对的一端上,负极电极端子安装于端盖212上。正极电极端子和负极电极端子均用于与电极组件22电连接,以实现电池单体20的电能的输入或输出。其中,正极电极端子和负极电极端子可以是与电极组件22直接相连,比如,焊接或抵接等,正极电极端子和负极电极端子也可以是与电极组件22间接相连,比如,正极电极端子和负极电极端子通过集流构件与电极组件22抵接或焊接等。
可理解的,外壳21并不仅仅局限于上述结构,外壳21也可以是其他结构,比如,外壳21包括壳体211和两个端盖212,壳体211为相对的两侧开口2111的空心结构,一个端盖212对应盖合于壳体211的一个开口2111处并形成密封连接,以形成用于容纳电极组件22和电解质的密封空间。
在一些实施例中,电池单体20还可以包括泄压机构,泄压机构安装于端盖212上,也可以安装于壳体211上。泄压机构用于在电池单体20的内部压力或温度达到预定值时泄放电池单体20内部的压力。
示例性的,泄压机构可以是诸如防爆阀、防爆片、气阀、泄压阀或安全阀等部件。
需要说明的是,电极组件22是电池单体20中发生电化学反应的部件。电极组件22可以包括负极极片221、隔离膜222和正极极片223。电极组件22可以是由负极极片221、隔离膜222和正极极片223通过卷绕形成的卷绕式结构,也可以是由负极极片221、隔离膜222和正极极片223通过层叠布置形成的叠片式结构。示例性的。在图4中,电极组件22为由负极极片221、隔离膜222和正极极片223卷绕形成的卷绕式结构。
根据本申请的一些实施例,参照图3和图4,并请进一步参照图5,图5为本申请一些实施例提供的电极组件22的局部剖视图。本申请提供了一种电极组件22,电极组件22包括负极极片221和正极极片223。负极极片221包括多孔集流体2211和连接于多孔集流体2211的至少一端的第一极耳2212。正极极片223包括主体部2231和连接于主体部2231的至少一端的第二极耳2232,沿多孔集流体的厚度方向Y,主体部2231与多孔集流体2211层叠设置,沿第一方向X,多孔集流体2211的两端均不超出主体部2231,第一方向X垂直于多孔集流体的厚度方向Y。
其中,负极极片221的多孔集流体2211为具有多个孔隙的结构,其可以为泡沫金属,也可以为由金属丝编织而成的网状结构。
第一极耳2212连接于多孔集流体2211的至少一端,即第一极耳2212连接于多孔集流体2211在垂直于多孔集流体的厚度方向Y上的至少一端,第一极耳2212可以是连接于多孔集流体2211的一端,也可以是多孔集流体2211的两端均连接有第一极耳2212。第一极耳2212作为电极组件22的负输出极,第一极耳2212用于与负极电极端子相连,以实现电极组件22的电能的输入或输出。
示例性的,在图5中,第一极耳2212连接于多孔集流体2211在第一方向X上的一端,当然,在其他实施例中,第一极耳2212也可以连接于多孔集流体2211在垂直于第一方向X和多孔集流体的厚度方向Y上的一端。需要说明的是,第一极耳2212为连接于多孔集流体2211在第一方向X的一端,第一极耳2212可以是连接于多孔集流体2211在第一方向X上的一端,也可以是连接于多孔集流体2211在多孔集流体的厚度方向Y上面向主体部2231的一侧,只需第一极耳2212沿第一方向X延伸并凸出多孔集流体2211在第一方向X的一端即可。
需要说明的是,在图3、图4和图5中,电极组件22为卷绕式结构,多孔集流体的厚度方向Y即为电极组件22的径向,第一方向X为负极极片221的宽度方向,也为电极组件22的卷绕中心轴线的延伸方向,当然,第一方向X也可以为电极组件22的卷绕方向,即第一方向X为负极极片221的延伸方向,当第一方向X为负极极片221的延伸方向时,第一方向X与多孔集流体的厚度方向Y相互垂直指第一方向X与多孔集流体的厚度方向Y相交的点在第一方向X上的切线与多孔集流体的厚度方向Y相互垂直。在一些实施例中,若电极组件22为叠片式结构,即负极极片221和正极极片223为沿多孔集流体的厚度方向Y交替层叠的结构,在这种实施例中,第一方向X可以是负极极片221的宽度方向,也可以为负极极片221的长度方向。当然,若负极极片221为连续设置折叠成“Z”字型结构,且正极极片223交替层叠于负极极片221之间的叠片式电极组件22中,第一方向X则为负极极片221的宽度方向。
第二极耳2232连接于主体部2231的至少一端,即第二极耳2232连接于主体部2231在垂直于多孔集流体的厚度方向Y上的至少一端,第二极耳2232可以是连接于主体部2231的一端,也可以是主体部2231的两端均连接有第二极耳2232。第二极耳2232作为电极组件22的正输出极,第二极耳2232用于与正极电极端子相连,以实现电极组件22的电能的输入或输出。
示例性的,在图5中,第二极耳2232连接于主体部2231在第一方向X上的一端,当然,在其他实施例中,第二极耳2232也可以连接于主体部2231在垂直于第一方向X和多孔集流体的厚度方向Y上的一端。
需要说明的是,第二极耳2232为凸出于主体部2231在第一方向X上的一端的部分,且第二极耳2232在多孔集流体的厚度方向Y上的厚度小于主体部2231的厚度,也就是说,正极极片223的主体部2231为正极极片223用于与负极极片221的多孔集流体2211相互层叠的部分,且正极极片223的主体部2231能够在多孔集流体的厚度方向Y上为负极极片221的多孔集流体2211提供挤压力。
沿第一方向X,多孔集流体2211的两端均不超出主体部2231,即在第一方向X上,主体部2231可以是两端均超出多孔集流体2211,也可以是主体部2231的一端超出多孔集流体2211,另一端与多孔集流体2211的一端相互平齐,还可以是主体部2231的两端与多孔集流体2211的两端平齐。示例性的,在图5中,主体部2231的两端均超出多孔集流体2211。
电极组件22的负极极片221设置有多孔集流体2211和凸设于多孔集流体2211的至少一端的第一极耳2212,电极组件22的正极极片223设置有主体部2231和连接于主体部2231的至少一端的第二极耳2232,通过将负极极片221的多孔集流体2211与正极极片223的主体部2231层叠设置,并将多孔集流体2211在第一方向X上的两端设置为均不超出正极极片223的主体部2231,使得负极极片221的多孔集流体2211整体能够被正极极片223的主体部2231覆盖,从而能够保证负极极片221的多孔集流体2211均能够受到主体部2231的压力,一方面能够使得电极组件22在充电时的电流密度均匀,另一方面能够对多孔集流体2211在第一方向X上的边缘也施加一定的束缚力,诱导多孔集流体2211上的锂金属均匀沉积,以缓解锂金属在多孔集流体2211的边缘沉积形成枝晶的现象,进而能够有效抑制锂金属枝晶的生长,有利于降低电极组件22出现短路的风险,且能够减少多孔集流体2211出现沉积大量的“死锂”而造成活性锂损失和容量衰减的现象,以提升电极组件22的使用安全性和使用性能。
根据本申请的一些实施例,参照图4和图5。主体部2231包括基材22311和正极活性物质层22312。第二极耳2232连接于基材22311。正极活性物质层22312设置于基材22311在多孔集流体的厚度方向Y上面向多孔集流体2211的一侧,沿第一方向X,多孔集流体2211的两端均不超出正极活性物质层22312。其中,正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的一侧设置有绝缘层224,绝缘层224覆盖正极活性物质层22312的一端。
其中,沿多孔集流体的厚度方向Y,正极极片223的两侧均设置有负极极片221,对应的,正极极片223的主体部2231的基材22311的两侧均涂覆有正极活性物质层22312,正极活性物质层22312和负极极片221的多孔集流体2211是电池单体20内发生化学反应的区域,主要依靠金属离子在正极活性物质层22312和多孔集流体2211之间移动来工作。
示例性的,正极活性物质层22312的材质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。
在图5中,第二极耳2232与基材22311为一体式结构,即第二极耳2232为基材22311在第一方向X上延伸出正极活性物质层22312和绝缘层224的区域,当然,在其他实施例中,第二极耳2232与基材22311也可以为分体式结构,第二极耳2232通过焊接等方式连接于基材22311在第一方向X上的一端,以实现第二极耳2232凸出于主体部2231在第一方向X上的一端。
示例性的,基材22311的材质可以为铜、铁、铝、钢、铝合金等。
正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的一侧设置有绝缘层224,绝缘层224覆盖正极活性物质层22312的一端,即正极活性物质层22312在多孔集流体的厚度方向Y上面向多孔集流体2211的一侧设置有绝缘层224,且绝缘层224在多孔集流体的厚度方向Y上的投影覆盖正极活性物质层22312在第一方向X上的一端,也就是说,绝缘层224沿第一方向X延伸至正极活性物质层22312在第一方向X上的边缘。在这种实施例中,绝缘层224可以是连接于正极活性物质层22312上,也可以是连接于设置在正极极片223和负极极片221之间的隔离膜222上。
在图5中,多孔集流体2211在第一方向X上的两端均设置为不超出正极活性物质层22312的结构,并通过在正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的一侧上设置绝缘层224,以实现多孔集流体2211在第一方向X上的两端均不超出主体部2231的结构,从而实现多孔集流体2211在第一方向X上的两个边缘能够受到正极极片223的主体部2231的膨胀束缚力。当然,在一些实施例中,参照图6,图6为本申请又一些实施例提供的电极组件22的局部剖视图,电极组件22还可以是其他结构,主体部2231包括正极活性物质层22312和在第一方向X上连接于正极活性物质层22312的两端的绝缘层224,正极活性物质层22312在第一方向X上的两端设置为不超出多孔集流体2211,绝缘层224沿第一方向X延伸出多孔集流体2211的一端,以实现多孔集流体2211在第一方向X上的两端均不超出主体部2231的结构,从而实现多孔集流体2211在第一方向X上的两个边缘能够受到正极极片223的主体部2231的膨胀束缚力。在这种实施例中,第二极耳2232为基材22311在第一方向X上延伸出绝缘层224的区域。
需要说明的是,在一些实施例中,电极组件22的正极极片223的主体部2231还可以不设置绝缘层224,参照图7,图7为本申请再一些实施例提供的电极组件22的局部剖视图,主体部2231包括基材22311和正极活性物质层22312,基材22311包括第一部分22311a和在第一方向X上连接于第一部分22311a的两端的第二部分22311b,第一部分22311a在多孔集流体的厚度方向Y上的厚度小于第二部分22311b的厚度,正极活性物质层22312设置于第一部分22311a面向多孔集流体2211的一侧,正极活性物质层22312在第一方向X上位于两个第二部分22311b之间,在多孔集流体的厚度方向Y上,正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的表面与第二部分22311b面向多孔集流体2211的表面平齐,也就是说,基材22311为沿第一方向X在正极活性物质层22312的两端加厚的结构。其中,正极活性物质层22312在第一方向X上的两端均不超出多孔集流体2211,第二部分22311b在第一方向X上延伸出多孔集流体2211的一端,以实现多孔集流体2211在第一方向X上的两端均不超出主体部2231的结构,从而实现多孔集流体2211在第一方向X上的两个边缘能够受到正极极片223的主体部2231的膨胀束缚力。在这种实施例中,第二极耳2232在第一方向X上连接于第二部分22311b背离第一部分22311a的一端。
主体部2231设置有基材22311和在多孔集流体的厚度方向Y上设置于基材22311的一侧的正极活性物质层22312,以使正极活性物质层22312与多孔集流体2211在多孔集流体的厚度方向Y上面向设置,通过将多孔集流体2211在第一方向X上的两端设置为均不超出正极活性物质层22312,以正极活性物质层22312能够覆盖多孔集流体2211,从而实现多孔集流体2211的整体均能够受到正极活性物质层22312的束缚力,这种结构简单,且便于制造。此外,通过在正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的一侧设置绝缘层224,且绝缘层224覆盖正极活性物质层22312的一端,采用这种结构的电极组件22一方面通过绝缘层224能够对正极活性物质层22312超出多孔集流体2211的部分析出的锂离子起到一定的阻挡作用,从而有利于降低锂离子在多孔集流体2211的边缘进行沉积的现象,另一方面通过绝缘层224能够对多孔集流体2211在第一方向X上的边缘形成的锂金属枝晶起到一定的阻隔作用,以缓解负极极片221和正极极片223因锂金属枝晶而出现短接的现象,进而能够有效降低电极组件22在使用过程中的安全隐患。
根据本申请的一些实施例,参照图5,并请进一步参照图8和图9,图8为本申请一些实施例提供的电极组件22的正极极片223的剖视图,图9为图8所示的正极极片223的A处的局部放大图。正极活性物质层22312包括第一区域22312a和第二区域22312b,沿第一方向X,第一区域22312a连接于第二区域22312b的至少一端。其中,绝缘层224覆盖第一区域22312a,沿第一方向X,第二区域22312b不超出多孔集流体2211。
其中,第一区域22312a为正极活性物质层22312在多孔集流体的厚度方向Y上被绝缘层224覆盖的区域,而第二区域22312b则为正极活性物质层22312在多孔集流体的厚度方向Y上未被绝缘层224覆盖的区域。
示例性的,在图8中,正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的一侧上设置有两个绝缘层224,且两个绝缘层224分别覆盖正极活性物质层22312在第一方向X上的两端,对应的,正极活性物质层22312形成有两个第一区域22312a,且两个区域沿第一方向X分别连接于第二区域22312b的两端。当然,在一些实施例中,正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的一侧上也可以只设置一个绝缘层224,对应的,正极活性物质层22312只形成有一个第一区域22312a。
沿第一方向X,第二区域22312b不超出多孔集流体2211,即正极活性物质层22312未被绝缘层224覆盖的区域在第一方向X上的两端均不超出多孔集流体2211。
通过将绝缘层224设置为覆盖正极活性物质层22312的第一区域22312a,并将第二区域22312b设置为在第一方向X上的两端均不超出多孔集流体2211,从而使得正极活性物质层22312与多孔集流体2211面向设置的有效区域在第一方向X上的尺寸小于或等于多孔集流体2211的尺寸,一方面能够缓解电极组件22在使用过程中的析锂现象,另一方面通过绝缘层224能够对多孔集流体2211在第一方向X上的边缘形成的锂金属枝晶起到更好的阻隔效果。
根据本申请的一些实施例,请参见图5和图8所示,正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的一侧设置有两个绝缘层224,两个绝缘层224分别覆盖正极活性物质层22312的两端。
其中,两个绝缘层224分别覆盖正极活性物质层22312的两端,即正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的一侧设置有两个绝缘层224,且两个绝缘层224沿第一方向X分别延伸至正极活性物质层22312的两端。
通过在正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的一侧上设置有两个绝缘层224,使得两个绝缘层224能够分别对正极活性物质层22312在第一方向X上的两端进行覆盖,从而能够对正极活性物质层22312在第一方向X上的两端析出的锂金属起到阻挡作用,且能够对多孔集流体2211在第一方向X上的两个边缘形成的锂金属枝晶起到阻隔作用,进而有利于进一步提升电极组件22的使用安全性。
根据本申请的一些实施例,参照图10和图11,图10为本申请一些实施例提供的电极组件22的正极极片223在其他实施例中的剖视图,图11为图10所示的正极极片223的B处的局部放大图。沿第一方向X,绝缘层224延伸出正极活性物质层22312的一端。
其中,沿第一方向X,绝缘层224延伸出正极活性物质层22312的一端,即绝缘层224的部分设置于正极活性物质层22312在第一方向X上的一端上,也就是说,绝缘层224在第一方向X上的部分设置于正极活性物质层22312上,另一部分设置于基材22311上,在这种实施例中,第二极耳2232为基材22311延伸出绝缘层224的区域。
示例性的,在图10中,正极活性物质层22312在面向多孔集流体2211的一侧上设置的两个绝缘层224中,一个绝缘层224沿第一方向X延伸出正极活性物质层22312的一端,另一个绝缘层224与正极活性物质层22312在第一方向X上的一端相互平齐。当然,正极极片223的结构并不局限于此,在其他实施例中,也可以是两个绝缘层224沿第一方向X分别延伸出正极活性物质层22312的两端。
通过将绝缘层224在第一方向X上设置有延伸出正极活性物质层22312的一端,即绝缘层224在第一方向X上具有超出正极活性物质层22312的一端的部分,一方面使得绝缘层224能够对正极活性物质层22312的一端起到更好的覆盖效果,另一方面通过绝缘层224能够对正极活性物质层22312在第一方向X上的一端起到较好的保护作用,且便于在电极组件22的制造过程中对正极极片223进行裁切加工。
根据本申请的一些实施例,参见图5所示,沿多孔集流体的厚度方向Y,绝缘层224的部分与多孔集流体2211相互重叠,绝缘层224与多孔集流体2211相互重叠的部分在第一方向X上的宽度为L,满足,1mm≤L≤3.5mm。
其中,绝缘层224与多孔集流体2211相互重叠的部分在第一方向X上的宽度为L,即绝缘层224在第一方向X上未延伸出多孔集流体2211的一端的部分的尺寸为L。
通过将绝缘层224与多孔集流体2211相互重叠的部分在第一方向X上的宽度设置为1mm到3.5mm,从而一方面能够缓解因绝缘层224与多孔集流体2211的重叠宽度过小而导致绝缘层224阻隔锂金属枝晶和阻挡析出的锂离子的效果太差的现象,且能够缓解因绝缘层224与多孔集流体2211的重叠宽度过小而导致制造难度较大的问题,另一方面能够缓解因绝缘层224与多孔集流体2211的重叠宽度过大使得绝缘层224覆盖正极活性物质层22312的面积过大而导致电极组件22容量损失过多的现象。
在一些实施例中,参见图9所示,沿多孔集流体的厚度方向Y,绝缘层224的厚度为D1,满足,D1≥10μm。
其中,绝缘层224的厚度为D1为绝缘层224在多孔集流体的厚度方向Y上的最大厚度为D1。
示例性的,绝缘层224的厚度为D1可以为10μm、11μm、15μm、20μm、30μm等。
根据本申请的一些实施例,参见图8、图9、图10和图11所示,绝缘层224连接于正极活性物质层22312。
其中,绝缘层224连接于正极活性物质层22312的方式可以是多种,比如,粘接、吸附等。
通过将绝缘层224连接在正极活性物质层22312上,以实现绝缘层224能够对正极活性物质层22312在第一方向X上的一端进行覆盖,采用这种结构的电极组件22一方面有利于提高绝缘层224对正极活性物质层22312的覆盖效果,且有利于降低电极组件22的装配难度,另一方面通过绝缘层224还能够对正极活性物质层22312被覆盖的区域起到抑制锂离子析出的效果,从而有利于降低电极组件22在使用过程中的析锂风险,且能够减少锂离子在多孔集流体2211的边缘沉积的现象。
根据本申请的一些实施例,参见图10和图11所示,正极活性物质层22312包括第一区域22312a和第二区域22312b,沿第一方向X,第一区域22312a连接于第二区域22312b的至少一端。其中,绝缘层224覆盖第一区域22312a,沿多孔集流体的厚度方向Y,第一区域22312a与绝缘层224在同一位置的厚度之和为D2,第二区域22312b的厚度为D3,满足,-80μm≤D2-D3≤10μm。
其中,沿多孔集流体的厚度方向Y,第一区域22312a与绝缘层224在同一位置的厚度之和为D2,即在多孔集流体的厚度方向Y,第一区域22312a和绝缘层224相互叠加后的厚度为D2。
-80μm≤D2-D3≤10μm,即绝缘层224在多孔集流体的厚度方向Y上凸出于第二区域22312b的尺寸为0μm到10μm,或第二区域22312b在多孔集流体的厚度方向Y上凸出于绝缘层224的尺寸为0μm到80μm。
在多孔集流体的厚度方向Y上,通过将正极活性物质层22312的第一区域22312a与绝缘层224在同一位置的厚度之和与第二区域22312b的厚度的差值设置在-80μm到10μm,采用这种结构的电极组件22能够缓解正极活性物质层22312与多孔集流体2211之间的间隙过大的现象,一方面能够缓解正极活性物质层22312与多孔集流体2211之间的间隙过大而导致电极组件22的内阻过大的现象,另一方面能够缓解正极活性物质层22312与多孔集流体2211之间的间隙过大而导致电极组件22出现析锂的风险。
根据本申请的一些实施例,参见图8和图9所示,正极活性物质层22312包括第一区域22312a和第二区域22312b,沿第一方向X,第一区域22312a连接于第二区域22312b的至少一端。其中,绝缘层224覆盖第一区域22312a,第一区域22312a的厚度小于第二区域22312b的厚度。
其中,第一区域22312a的厚度小于第二区域22312b的厚度,即正极活性物质层22312上形成有厚度减薄的区域,且绝缘层224设置于正极活性物质层22312的厚度减薄的区域内。
正极极片223的结构可以是多种,比如,在图9中,在多孔集流体的厚度方向Y上,第一区域22312a的厚度小于第二区域22312b,且第一区域22312a背离基材22311的表面与第二区域22312b背离基材22311的表面相互平行,也就是说,正极活性物质层22312背离基材22311的表面形成有用于容纳绝缘层224的凹槽,且正极活性物质层22312形成凹槽的区域即为第一区域22312a。当然,在一些实施例中,正极极片223的结构并不局限于此,参照图12,图12为本申请一些实施例提供的电极组件22的正极极片223在另一些实施例中的剖视图。在多孔集流体的厚度方向Y上,第一区域22312a的最大厚度小于第二区域22312b,且第一区域22312a背离基材22311的表面与第二区域22312b背离基材22311的表面相互连接,也就是说,第一区域22312a背离基材22311的表面为斜面,第一区域22312a背离基材22311的表面与第二区域22312b背离基材22311的表面呈锐角设置,以使正极活性物质层22312背离基材22311的表面形成有用于容纳绝缘层224的缺口,且正极活性物质层22312形成凹槽的区域即为第一区域22312a。
需要说明的是,正极活性物质层22312的第二区域22312b在第一方向X上的两端均连接有第一区域22312a,两个第一区域22312a的结构可以是相同,也可以是不相同,比如,在图10中,正极活性物质层22312在第一方向X上的一端形成的第一区域22312a背离基材22311的表面为平面,另一端形成的第一区域22312a背离基材22311的表面为斜面。
通过将正极活性物质层22312设置有绝缘层224的第一区域22312a的厚度设置为小于正极活性物质层22312的第二区域22312b的厚度,采用这种结构的电极组件22能够增加绝缘层224连接于正极活性物质层22312上的稳定性和可靠性,以减少绝缘层224在使用过程中出现脱落的风险。
根据本申请的一些实施例,参照图13和图14,图13为本申请一些实施例提供的电极组件22的正极极片223在又一些实施例中的剖视图,图14为图13所示的正极极片223的C处的局部放大图。正极活性物质层22312包括第一区域22312a和第二区域22312b,沿第一方向X,第一区域22312a连接于第二区域22312b的至少一端。其中,绝缘层224覆盖第一区域22312a,沿多孔集流体的厚度方向Y,第一区域22312a面向多孔集流体2211的表面与第二区域22312b面向多孔集流体2211的表面平齐。
其中,第一区域22312a面向多孔集流体2211的表面与第二区域22312b面向多孔集流体2211的表面平齐,即在多孔集流体的厚度方向Y上,设置于基材22311的一侧的第一区域22312a与第二区域22312b的厚度相同,也就是说,正极活性物质层22312在多孔集流体的厚度方向Y上面向多孔集流体2211的表面为平面。在这种实施例中,设置于正极活性物质层22312被绝缘层224覆盖的区域则为第一区域22312a。
通过将正极活性物质层22312设置有绝缘层224的第一区域22312a面向多孔集流体2211的表面设置为与正极活性物质层22312的第二区域22312b面向多孔集流体2211的表面相互平齐,即正极活性物质层22312在多孔集流体的厚度方向Y上面向多孔集流体2211的表面为平面,且绝缘层224连接于正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的表面上,以对正极活性物质层22312的第一区域22312a进行覆盖,采用这种结构便于将绝缘层224连接在正极活性物质层22312上,有利于降低加工难度,以提升生产效率。
根据本申请的一些实施例,请参照图15和图16,图15为本申请另一些实施例提供的电极组件22的局部剖视图,图16为图15所示的电极组件22的D处的局部放大图。电极组件22还可以包括隔离膜222,隔离膜222设置于负极极片221与正极极片223之间,以分隔负极极片221与正极极片223,绝缘层224连接于隔离膜222面向正极活性物质层22312的表面上。
其中,绝缘层224连接于隔离膜222面向正极活性物质层22312的表面上,即绝缘层224在多孔集流体的厚度方向Y上位于隔离膜222与正极极片223的活性物质层之间,并连接于隔离膜222上,以实现绝缘层224对正极活性物质层22312的一端进行覆盖。在这种实施例中,第二极耳2232为基材22311在第一方向X上延伸出正极活性物质层22312的区域。
示例性的,绝缘层224可以通过粘接或吸附等连接方式连接于隔离膜222上。
示例性的,隔离膜的材质可以为聚丙烯(polypropylene,PP)或聚乙烯(polyethylene,PE)等。
电极组件22还设置有隔离膜222,通过隔离膜222能够对正极极片223和负极极片221起到分隔作用,以降低正极极片223和负极极片221之间的短接风险。此外,通过绝缘层224连接于隔离膜222面向正极活性物质层22312的表面上,以实现绝缘层224对正极活性物质层22312的一端进行覆盖,这种结构有利于降低绝缘层224的装配难度。
根据本申请的一些实施例,参见图6所示,主体部2231包括基材22311和正极活性物质层22312。第二极耳2232连接于基材22311。正极活性物质层22312设置于基材22311在多孔集流体的厚度方向Y上面向多孔集流体2211的一侧,沿第一方向X,正极活性物质层22312的两端均不超出多孔集流体2211。沿第一方向X,正极活性物质层22312的至少一端连接有绝缘层224,且绝缘层224超出多孔集流体2211的一端。
其中,主体部2231包括基材22311、正极活性物质层22312和绝缘层224,即主体部2231由基材22311和设置于基材22311的一侧的正极活性物质层22312和绝缘层224组成,且绝缘层224在第一方向X上连接于正极活性物质层22312的一端,以使正极活性物质层22312和绝缘层224能够配合对负极极片221的多孔集流体2211进行覆盖和挤压,即基材22311在面向多孔集流体2211的一侧上设置有沿第一方向X排布的绝缘层224的正极活性物质层22312。在这种实施例中,第二极耳2232为基材22311延伸出绝缘层224的区域。
沿第一方向X,正极活性物质层22312的两端均不超出多孔集流体2211,即在第一方向X上,多孔集流体2211可以是两端均超出正极活性物质层22312,也可以是多孔集流体2211的一端超出正极活性物质层22312,另一端与正极活性物质层22312的一端相互平齐,还可以是多孔集流体2211的两端与正极活性物质层22312的两端平齐。示例性的,在图6中,多孔集流体2211在第一方向X上的两端均超出正极活性物质层22312。
沿第一方向X,绝缘层224超出多孔集流体2211的一端,即在第一方向X上,绝缘层224从靠近正极活性物质层22312的一端向背离正极活性物质层22312的方向延伸,并超出多孔集流体2211的一端,以使多孔集流体2211的边缘在多孔集流体的厚度方向Y上的投影位于绝缘层224内。
示例性的,在图6中,沿多孔集流体的厚度方向Y,绝缘层224的厚度与正极活性物质层22312的厚度相同,以使绝缘层224面向多孔集流体2211的表面与正极活性物质层22312的面向多孔集流体2211的表面平齐。
通过将正极活性物质层22312在第一方向X上两端设置为均不超出多孔集流体2211,将绝缘层224连接于正极活性物质层22312在第一方向X上的至少一端,且绝缘层224在第一方向X上超出多孔集流体2211的一端,以使绝缘层224能够对多孔集流体2211的边缘提供束缚力,采用这种结构的电极组件22在保证多孔集流体2211的整体受到主体部2231的压力的同时还能够有效降低电极组件22在使用过程中的析锂风险。
在一些实施例中,请继续参见图6所示,沿第一方向X,正极活性物质层22312的两端均连接有绝缘层224。
其中,正极活性物质层22312的两端均连接有绝缘层224,且两个绝缘层224分别超出多孔集流体2211的两端。
通过在正极活性物质层22312沿第一方向X的两端均连接绝缘层224,使得两个绝缘层224能够沿第一方向X分别延伸出多孔集流体2211的两端,从而能够对多孔集流体2211的在第一方向X上的两个边缘均提供束缚力,以缓解锂金属在多孔集流体2211的边缘沉积形成枝晶的现象,进而能够有效抑制锂金属枝晶的生长,有利于降低电极组件22出现短路的风险,以提升电极组件22的使用安全性和使用性能。
根据本申请的一些实施例,绝缘层224的弹性模量为E,满足,E≥1GPa。绝缘层224的弹性模量的值可以参见国家标准,在此不再赘述。
采用弹性模量大于或等于1GPa的绝缘层224,使得这种绝缘层224具有较好的强度和韧性,一方面能够有效降低绝缘层224在使用过程中出现损坏的现象,以提升电极组件22的使用寿命,另一方面能够对锂金属枝晶起到较好的阻挡作用,有利于减少绝缘层224被锂金属枝晶刺破的现象,从而能够有效降低电池单体20的使用风险。
在一些实施例中,绝缘层224为绝缘胶带或绝缘涂层。
其中,若绝缘层224为绝缘胶带,绝缘层224可以为蓝胶胶带或绿胶胶带等,绝缘层224通过粘接方式连接于正极活性物质层22312或隔离膜222上;若绝缘层224为绝缘涂层,绝缘层224可以为环氧树脂类绝缘漆或氧化铝陶瓷涂层等,绝缘层224通过涂覆方式连接于正极活性物质层22312或隔离膜222上,其弹性模量可参见下表所示。
材质 | 蓝胶 | 绿胶 | 环氧树脂类绝缘漆 | 氧化铝陶瓷涂层 |
弹性模量/GPa | ≥1 | ≥1 | ≥2 | ≥1 |
采用绝缘胶带或绝缘涂层作为绝缘层224对正极活性物质层22312在第一方向X上的一端进行覆盖,这种结构的绝缘层224只需将绝缘层224粘接或涂覆于正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的一侧即可,便于对电极组件22进行装配,有利于提升电极组件22的生产效率。
根据本申请的一些实施例,参见图5、图6和图7所示,沿第一方向X,主体部2231的至少一端超出多孔集流体2211。
其中,主体部2231的至少一端超出多孔集流体2211,即主体部2231在第一方向X上可以是一端超出多孔集流体2211,另一端与多孔集流体2211的一端平齐,也可以是主体部2231在第一方向X上的两端均超出多孔集流体2211。
示例性的,在图5、图6和图7中,主体部2231的两端均为超出多孔集流体2211的结构。
通过将主体部2231在第一方向X上的至少一端设置为超出多孔集流体2211,以保证多孔集流体2211均能够受到主体部2231的压力,使得多孔集流体2211的能够受到较好的膨胀束缚力,从而能够有效缓解多孔集流体2211出现锂金属枝晶无限生长的现象。
根据本申请的一些实施例,请参照图17,图17为本申请再又一些实施例提供的电极组件22的局部剖视图。沿第一方向X,主体部2231的两端与多孔集流体2211的两端平齐。
通过将主体部2231在第一方向X上的两端设置为与多孔集流体2211相互平齐,采用这种结构的电极组件22在保证多孔集流体2211的整体受到主体部2231的压力的同时能够有效减少正极活性物质层22312的浪费,有利于降低电极组件22的制造成本,且能够节省电极组件22的占用空间。
根据本申请的一些实施例,请参见图5所示,沿多孔集流体的厚度方向Y,第一极耳2212的最大厚度小于多孔集流体2211的厚度。
其中,第一极耳2212的最大厚度小于多孔集流体2211的厚度,即第一极耳2212在多孔集流体的厚度方向Y上的任意一个位置的厚度均小于多孔集流体2211的厚度。
通过将第一极耳2212在多孔集流体的厚度方向Y上的最大厚度设置为小于多孔集流体2211的厚度,一方面便于后续将第一极耳2212与其他部件进行装配连接,另一方面在电极组件22的生产过程中,在将负极极片221的多孔集流体2211在第一方向X上的两端设置为均不超出正极极片223的主体部2231时便于对多孔集流体2211和第一极耳2212进行有效区分,以提高电极组件22的制造精度。
根据本申请的一些实施例,请继续参见图5所示,多孔集流体2211与第一极耳2212为一体式结构,第一极耳2212连接于多孔集流体2211在第一方向X上的一端。其中,第一极耳2212包括主体段2212a和过渡段2212b,沿第一方向X,过渡段2212b连接于主体段2212a和多孔集流体2211之间,且过渡段2212b在多孔集流体的厚度方向Y上的厚度从靠近主体段2212a的一端向靠近多孔集流体2211的一端逐渐增大。
其中,第一极耳2212为负极极片221在第一方向X上的一端通过辊压等工艺形成的结构,从而使得负极极片221形成有多孔集流体2211和凸出于多孔集流体2211在第一方向X上的一端且厚度较小的第一极耳2212,即使得第一极耳2212形成有主体段2212a和连接于主体段2212a和多孔集流体2211之间的过渡段2212b,主体段2212a用于与负极电极端子相连。在这种实施例中,只需将负极极片221未被辊压压缩的部分(即多孔集流体2211)设置为不超出正极极片223的主体部2231即可。
通过将多孔集流体2211和第一极耳2212设置为一体成型的结构,使得第一极耳2212形成有主体段2212a和连接于多孔集流体2211和主体段2212a之间的过渡段2212b,且过渡段2212b在多孔集流体的厚度方向Y上的厚度从靠近主体段2212a的一端向靠近多孔集流体2211的一端逐渐增大,从而实现第一极耳2212凸出于多孔集流体2211的一端,采用这种结构的负极极片221能够有效提高第一极耳2212的结构强度,且能够有效提升第一极耳2212与多孔集流体2211之间的连接强度。
根据本申请的一些实施例,请参照图18和图19,图18为本申请又再一些实施例提供的电极组件22的局部剖视图,图19为图18所示的电极组件22的E处的局部放大图。多孔集流体2211与第一极耳2212为分体式结构,第一极耳2212连接于多孔集流体2211在多孔集流体的厚度方向Y上的一侧,且第一极耳2212沿第一方向X凸出于多孔集流体2211的一端。
其中,第一极耳2212与多孔集流体2211为分体式结构,即第一极耳2212与多孔集流体2211为相互独立的部件,第一极耳2212连接于多孔集流体2211在多孔集流体的厚度方向Y上的一侧并沿第一方向X延伸出多孔集流体2211的一端。在这种实施例中,第一极耳2212与多孔集流体2211在多孔集流体的厚度方向Y具有相互重叠的区域,从而只需将多孔集流体2211在第一方向X上设置为不超出正极极片223的主体部2231即可。
示例性的,第一极耳2212焊接于多孔集流体2211并形成焊印2213。
当然,在一些实施例中,参见图19所示,在第一极耳2212焊接于多孔集流体2211的实施例中,负极极片221还可以设置有保护胶2214,保护胶2214在多孔集流体的厚度方向Y上设置于焊印2213面向隔离膜222的一侧,并覆盖焊印2213。需要说明的是,在其他实施例中,负极极片221的焊印2213上也可以不设置保护胶2214。
示例性的,保护胶2214的材质可以是橡胶、塑胶或硅胶等。
通过将多孔集流体2211和第一极耳2212设置为分体式结构,并将第一极耳2212连接于多孔集流体2211在多孔集流体的厚度方向Y上的一侧后沿第一方向X凸出于多孔集流体2211的一端,以实现第一极耳2212凸出于多孔集流体2211的一端,这种结构的负极极片221的制造难度较低,有利于提升电极组件22的生产效率。
根据本申请的一些实施例,参见图5所示,沿多孔集流体的厚度方向Y,第二极耳2232的厚度小于主体部2231的厚度。
其中,第二极耳2232与基材22311可以为一体式结构,也可以为分体式结构。若第二极耳2232与基材22311为一体式结构,即第二极耳2232为基材22311在第一方向X上延伸出正极活性物质层22312和绝缘层224的区域;若第二极耳2232与基材22311为分体式结构,第二极耳2232可以通过焊接等方式连接于基材22311在第一方向X上的一端,以实现第二极耳2232凸出于主体部2231在第一方向X上的一端。示例性的,在图5中,第二极耳2232与基材22311为一体式结构。
通过将第二极耳2232在多孔集流体的厚度方向Y上的厚度设置为小于主体部2231的厚度,一方面便于后续将第二极耳2232与其他部件进行装配连接,另一方面在电极组件22的生产过程中,在将负极极片221的多孔集流体2211在第一方向X上的两端设置为均不超出正极极片223的主体部2231时便于对主体部2231和第二极耳2232进行有效区分,以提高电极组件22的制造精度。
根据本申请的一些实施例,参见图4和图5所示,电极组件22为卷绕式电极组件22,第一方向X与电极组件22的卷绕轴线方向一致。
其中,电极组件22为卷绕式结构,使得第一方向X为电极组件22的卷绕轴线的延伸方向,即电极组件22的卷绕方向所在的平面与第一方向X相互垂直,且使得多孔集流体的厚度方向Y为电极组件22的径向。
通过将电极组件22设置为卷绕式的结构,且第一方向X与电极组件22的卷绕轴线方向一致,采用这种结构的电极组件22一方面便于制造和生产,有利于降低正极极片223和负极极片221出现错位的现象,另一方面只需将负极极片221的多孔集流体2211在第一方向X上的两端设置为不超出正极极片223的正极活性物质层22312即可保证多孔集流体2211的整体受到主体部2231的压力,从而能够有效抑制多孔集流体2211的锂金属枝晶的生长。
根据本申请的一些实施例,多孔集流体2211的材质为泡沫金属。
示例性的,多孔集流体2211的材质为泡沫铜。当然,在其他实施例中,多孔集流体2211的材质也可以为泡沫镍等。采用泡沫铜作为多孔集流体2211的材质能够使得多孔集流体2211具有较好的导电性能,从而有利于减少具有这种负极极片221的电极组件22的内阻,以提升电池单体20的使用性能。
采用泡沫金属的多孔集流体2211使得多孔集流体2211具有与锂离子直接进行反应的功能,以实现负极极片221的电能输入或输出,且这种结构的多孔集流体2211能够实现锂离子在多孔集流体2211的内部进行沉积,有利于降低多孔集流体2211的表面出现锂金属沉积的风险。
在一些实施例中,参见图3和图4所示,电极组件22为圆柱体结构。
其中,圆柱体结构的电极组件22的中心轴线沿第一方向X延伸。
通过将电极组件22设置为圆柱体结构,使得圆柱体结构的电极组件22在使用过程中的产生的膨胀力更小,以适用于材质为泡沫金属的多孔集流体2211。
根据本申请的一些实施例,本申请实施例还提供了一种电池单体20,电池单体20包括外壳21和以上任一方案的电极组件22,电极组件22容纳于外壳21内。
根据本申请的一些实施例,本申请实施例还提供了一种电池100,电池100包括以上任一方案的电池单体20。
根据本申请的一些实施例,本申请实施例还提供了一种用电装置,用电装置包括以上任一方案的电池单体20,并且电池单体20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20的设备或系统。
根据本申请的一些实施例,参见图3至图5以及图8至图9所示,本申请提供了一种电极组件22,电极组件22包括负极极片221、正极极片223和隔离膜222。隔离膜222设置于负极极片221和正极极片223之间,以分隔负极极片221和正极极片223之间。负极极片221包括多孔集流体2211和沿第一方向X连接于多孔集流体2211的一端的第一极耳2212,第一极耳2212与多孔集流体2211为一体式结构,第一极耳2212包括主体段2212a和过渡段2212b,沿第一方向X,过渡段2212b连接于主体段2212a和多孔集流体2211之间,且过渡段2212b在多孔集流体的厚度方向Y上的厚度从靠近主体段2212a的一端向靠近多孔集流体2211的一端逐渐增大。正极极片223包括主体部2231和沿第一方向X连接于主体部2231的一端的第二极耳2232,沿多孔集流体的厚度方向Y,主体部2231与多孔集流体2211层叠设置,沿第一方向X,主体部2231的两端均超出多孔集流体2211,第一方向X垂直于多孔集流体的厚度方向Y。主体部2231包括基材22311和沿多孔集流体的厚度方向Y涂覆于基材22311的两侧的正极活性物质层22312,正极活性物质层22312面向多孔集流体2211的一侧设置有两个绝缘层224,两个绝缘层224分别覆盖正极活性物质层22312在第一方向X上的两端。第二极耳2232与基材22311为一体成型结构,第二极耳2232为基材22311在第一方向X上延伸出正极活性物质层22312和绝缘层224的区域。正极活性物质层22312包括第一区域22312a和第二区域22312b,沿第一方向X,第二区域22312b的两端均连接有第一区域22312a,两个绝缘层224分别覆盖两个第一区域22312a,沿第一方向X,第二区域22312b不超出多孔集流体2211。其中,绝缘层224连接于正极活性物质层22312的第一区域22312a,第一区域22312a的厚度小于第二区域22312b的厚度。沿多孔集流体的厚度方向Y,绝缘层224的部分与多孔集流体2211相互重叠,绝缘层224与多孔集流体2211相互重叠的部分在第一方向X上的宽度为L,满足,1mm≤L≤3.5mm。沿多孔集流体的厚度方向Y,第一区域22312a与绝缘层224在同一位置的厚度之和为D2,第二区域22312b的厚度为D3,满足,-80μm≤D2-D3≤10μm。
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结合。
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 (27)
1.一种电极组件,其特征在于,包括:
负极极片,包括多孔集流体和连接于所述多孔集流体的至少一端的第一极耳;以及
正极极片,包括主体部和连接于所述主体部的至少一端的第二极耳,沿所述多孔集流体的厚度方向,所述主体部与所述多孔集流体层叠设置,沿第一方向,所述多孔集流体的两端均不超出所述主体部,所述第一方向垂直于所述多孔集流体的厚度方向。
2.根据权利要求1所述的电极组件,其特征在于,所述主体部包括:
基材,所述第二极耳连接于所述基材;
正极活性物质层,设置于所述基材在所述多孔集流体的厚度方向上面向所述多孔集流体的一侧,沿所述第一方向,所述多孔集流体的两端均不超出所述正极活性物质层;
其中,所述正极活性物质层面向所述多孔集流体的一侧设置有绝缘层,所述绝缘层覆盖所述正极活性物质层的一端。
3.根据权利要求2所述的电极组件,其特征在于,所述正极活性物质层包括第一区域和第二区域,沿所述第一方向,所述第一区域连接于所述第二区域的至少一端;
其中,所述绝缘层覆盖所述第一区域,沿所述第一方向,所述第二区域不超出所述多孔集流体。
4.根据权利要求2所述的电极组件,其特征在于,所述正极活性物质层面向所述多孔集流体的一侧设置有两个所述绝缘层,两个所述绝缘层分别覆盖所述正极活性物质层的两端。
5.根据权利要求2所述的电极组件,其特征在于,沿所述第一方向,所述绝缘层延伸出所述正极活性物质层的一端。
6.根据权利要求2所述的电极组件,其特征在于,沿所述多孔集流体的厚度方向,所述绝缘层的部分与所述多孔集流体相互重叠,所述绝缘层与所述多孔集流体相互重叠的部分在所述第一方向上的宽度为L,满足,1mm≤L≤3.5mm。
7.根据权利要求2-6任一项所述的电极组件,其特征在于,所述绝缘层连接于所述正极活性物质层。
8.根据权利要求7所述的电极组件,其特征在于,所述正极活性物质层包括第一区域和第二区域,沿所述第一方向,所述第一区域连接于所述第二区域的至少一端;
其中,所述绝缘层覆盖所述第一区域,沿所述多孔集流体的厚度方向,所述第一区域与所述绝缘层在同一位置的厚度之和为D2,所述第二区域的厚度为D3,满足,-80μm≤D2-D3≤10μm。
9.根据权利要求7所述的电极组件,其特征在于,所述正极活性物质层包括第一区域和第二区域,沿所述第一方向,所述第一区域连接于所述第二区域的至少一端;
其中,所述绝缘层覆盖所述第一区域,所述第一区域的厚度小于所述第二区域的厚度。
10.根据权利要求7所述的电极组件,其特征在于,所述正极活性物质层包括第一区域和第二区域,沿所述第一方向,所述第一区域连接于所述第二区域的至少一端;
其中,所述绝缘层覆盖所述第一区域,沿所述多孔集流体的厚度方向,所述第一区域面向所述多孔集流体的表面与所述第二区域面向所述多孔集流体的表面平齐。
11.根据权利要求2-6任一项所述的电极组件,其特征在于,所述电极组件还包括:
隔离膜,设置于所述负极极片与所述正极极片之间,以分隔负极极片与所述正极极片;
其中,所述绝缘层连接于所述隔离膜面向所述正极活性物质层的表面上。
12.根据权利要求1所述的电极组件,其特征在于,所述主体部包括:
基材,所述第二极耳连接于所述基材;
正极活性物质层,设置于所述基材在所述多孔集流体的厚度方向上面向所述多孔集流体的一侧,沿所述第一方向,所述正极活性物质层的两端均不超出所述多孔集流体;
其中,沿所述第一方向,所述正极活性物质层的至少一端连接有绝缘层,且所述绝缘层超出所述多孔集流体的一端。
13.根据权利要求12所述的电极组件,其特征在于,沿所述第一方向,所述正极活性物质层的两端均连接有所述绝缘层。
14.根据权利要求2所述的电极组件,其特征在于,所述绝缘层的弹性模量为E,满足,E≥1GPa。
15.根据权利要求2所述的电极组件,其特征在于,所述绝缘层为绝缘胶带或绝缘涂层。
16.根据权利要求1所述的电极组件,其特征在于,沿所述第一方向,所述主体部的至少一端超出所述多孔集流体。
17.根据权利要求1所述的电极组件,其特征在于,沿所述第一方向,所述主体部的两端与所述多孔集流体的两端平齐。
18.根据权利要求1所述的电极组件,其特征在于,沿所述多孔集流体的厚度方向,所述第一极耳的最大厚度小于所述多孔集流体的厚度。
19.根据权利要求18所述的电极组件,其特征在于,所述多孔集流体与所述第一极耳为一体式结构,所述第一极耳连接于所述多孔集流体在所述第一方向上的一端;
其中,所述第一极耳包括主体段和过渡段,沿所述第一方向,所述过渡段连接于所述主体段和所述多孔集流体之间,且所述过渡段在所述多孔集流体的厚度方向上的厚度从靠近所述主体段的一端向靠近所述多孔集流体的一端逐渐增大。
20.根据权利要求18所述的电极组件,其特征在于,所述多孔集流体与所述第一极耳为分体式结构,所述第一极耳连接于所述多孔集流体在所述多孔集流体的厚度方向上的一侧,且所述第一极耳沿所述第一方向凸出于所述多孔集流体的一端。
21.根据权利要求1所述的电极组件,其特征在于,沿所述多孔集流体的厚度方向,所述第二极耳的厚度小于所述主体部的厚度。
22.根据权利要求1所述的电极组件,其特征在于,所述电极组件为卷绕式电极组件,所述第一方向与所述电极组件的卷绕轴线方向一致。
23.根据权利要求1所述的电极组件,其特征在于,所述多孔集流体的材质为泡沫金属。
24.根据权利要求23所述的电极组件,其特征在于,所述电极组件为圆柱体结构。
25.一种电池单体,其特征在于,包括:
外壳;以及
如权利要求1-24任一项所述的电极组件,所述电极组件容纳于所述外壳内。
26.一种电池,其特征在于,包括如权利要求25所述的电池单体。
27.一种用电装置,其特征在于,包括如权利要求25所述的电池单体。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
CN202222788097.XU CN218867146U (zh) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 电极组件、电池单体、电池及用电装置 |
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CN (1) | CN218867146U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024221586A1 (zh) * | 2023-04-24 | 2024-10-31 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 极片、电极组件、电池单体、电池及用电设备 |
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2022
- 2022-10-21 CN CN202222788097.XU patent/CN218867146U/zh active Active
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WO2024221586A1 (zh) * | 2023-04-24 | 2024-10-31 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 极片、电极组件、电池单体、电池及用电设备 |
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