CN218975473U - 极片、电池、车辆和电池制造装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了极片、电池、车辆和电池制造装置。所述极片（1）用于制造电池（100），其中，所述极片（1）包括高分子聚合物薄膜（11）、金属材料层（12）以及活性材料层（13），所述金属材料层（12）构造于所述高分子聚合物薄膜（11）与所述活性材料层（13）之间。通过本实用新型，使极片具有较好的柔性，可弯折变形，以适应不同空间下的组装。

Description

极片、电池、车辆和电池制造装置

技术领域

本实用新型涉及极片、电池及其生产领域，具体而言，涉及一种极片、电池、车辆和电池制造装置。

背景技术

作为一种能量密度高、环保的新型二次电池，锂离子电池被广泛应用于便携式电子产品、电动汽车、储能等领域。更多地在电动汽车领域，随着要求整体能量密度的提高，从电池直接组装到汽车成为未来的趋势。这就要求电池柔性化、可弯曲，以适应不同形状的汽车设计要求。传统的硬壳电池，包括钢壳、铝壳（方形或圆柱形）无法弯曲，而聚合物电池（又称软包电池，以铝塑膜封装）虽然外壳有一定的变形能力，但反复弯折会导致内部结构（极片与隔膜）的损坏，性能与安全无法保证。

实用新型内容

本实用新型的目的在于使极片具有较好的柔性，可弯折变形，以适应不同空间下的组装。

此外，本实用新型还旨在解决或者缓解现有技术中存在的其它技术问题。

本实用新型通过提供一种极片、电池、车辆和电池制造装置来解决上述问题，具体而言，根据本实用新型的一方面，提供了：

一种极片，用于制造电池，其中，所述极片包括高分子聚合物薄膜、金属材料层以及活性材料层，所述金属材料层构造于所述高分子聚合物薄膜与所述活性材料层之间。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述金属材料层形成极耳，所述极耳未被所述活性材料层所覆盖并且布置于所述高分子聚合物薄膜上，所述极耳用于与对应极性的另一极片的高分子聚合物薄膜连接。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述极片的横截面为矩形，所述极耳设置于所述极片的短侧或长侧上。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述极片包括正极片，其中，所述高分子聚合物薄膜由PET或PP材料构成，所述金属材料层由铝构成，所述活性材料层由磷酸铁锂或三元材料构成；或者

所述极片包括负极片，其中，所述高分子聚合物薄膜由PET或PP材料构成，所述金属材料层由铜或镍构成，所述活性材料层由石墨构成。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述活性材料层仅设置于所述极片的一侧。

根据本实用新型的另一方面，本实用新型提供了一种电池，其中，所述电池包括上述任一种极片以及隔离膜，所述极片包括正极片和负极片，所述隔离膜设置于所述正极片和所述负极片的活性材料层之间，所述正极片和所述负极片的高分子聚合物薄膜形成所述电池的外部。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述电池为锂电池。

根据本实用新型的又一方面，本实用新型提供了一种车辆，其中，所述车辆具有上述任一种电池。

根据本实用新型的还一方面，本实用新型提供了一种用于制造上述任一种电池的电池制造装置，其中，所述电池制造装置包括正极片放卷机构、隔离膜放卷机构、负极片放卷机构、电解液喷涂机构以及用于将所述正极片、所述隔离膜和所述负极片复合的合膜机构，其中，所述隔离膜放卷机构设置于所述正极片放卷机构与所述负极片放卷机构之间，并且设置有多个所述电解液喷涂机构，分别位于所述正极片放卷机构、所述隔离膜放卷机构、所述负极片放卷机构的下游以及所述合膜机构的上游。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述电池制造装置还包括加热机构，所述加热机构设置于所述合膜机构的下游并且用于对所述电池的高分子聚合物薄膜进行熔化粘合。

所提供的极片、电池、车辆和电池制造装置的有益之处包括：极片、电池具有较好的柔性，可弯折变形，以适应不同空间下的组装；生产工艺简单、效率高；极片电阻可较低；极耳可灵活设置；成本可控。

附图说明

参考附图，本实用新型的上述以及其它的特征将变得显而易见，其中，

图1示出了根据本实用新型的一种极片的结构示意图；

图2示出了与图1所示的极片对应极性的极片的结构示意图；

图3示出了根据本实用新型的一种极片的截面示意图；

图4示出了根据本实用新型的另一种极片的结构示意图；

图5示出了与图4所示的极片对应极性的极片的结构示意图；

图6示出了根据本实用新型的一种电池的截面示意图；

图7示出了根据本实用新型的一种电池制造装置的结构示意图；

图8示出了根据本实用新型的极片和隔离膜在合膜机构之前的状态图；以及

图9示出了根据本实用新型的极片和隔离膜在加热机构处的状态图。

具体实施方式

容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等或类似表述仅用于描述与区分目的，而不能理解为指示或暗示相应的构件的相对重要性。

参考图1、图2和图3，它们分别示出了根据本实用新型的一种极片的结构示意图、与图1所示的极片对应极性的极片的结构示意图，以及根据本实用新型的一种极片的截面示意图。

所述极片1用于制造电池100，其中，所述极片1包括高分子聚合物薄膜11、金属材料层12以及活性材料层13，所述金属材料层12构造于所述高分子聚合物薄膜11与所述活性材料层13之间。

由此可见，由于高分子聚合物薄膜具有较好的柔性，可弯折变形，所以所得到的极片和电池亦可进行随意弯折，以适应不同空间下的组装。

应当理解，所述极片1可以是正极片，也可以是负极片，正、负极片连同隔离膜2可组合成电芯，或者说电池100。所谓的高分子聚合物通常是指由键重复连接而成的高分子量（通常可达10⁴至10⁶）化合物，包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构以及织态结构。由于其相对分子质量是在10⁴至10⁶以上，属于大分子物质。具有高弹形变和黏弹性等力学特性。高分子聚合物可以包括塑料、橡胶和纤维等用于复合集流体的材料。

具体来说，在本公开的一些实施例中，所述极片1包括正极片，其中，所述高分子聚合物薄膜11由PET或PP材料构成，所述金属材料层12由铝构成，所述活性材料层13由磷酸铁锂或三元材料构成；或者所述极片1包括负极片，其中，所述高分子聚合物薄膜11由PET或PP材料构成，所述金属材料层12由铜或镍构成，所述活性材料层13由石墨构成。

其中，PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯，在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，抗蠕变性、耐疲劳性、耐摩擦性、尺寸稳定性都很好，难溶于水。PP为聚丙烯，具有热塑性、比重轻、耐化学腐蚀等的特性，必要时可以进行接枝、共聚、交联、增强、填充等改性手段，或进行合金化、复合化。此外，三元材料在广义上是指由三种化学成分（元素）、组分（单质及化合物）或部分（零件）组成的材料整体，本领域技术人员知晓，在极片、电池等领域中，三元材料在狭义上是将镍钴锰酸锂作为材料。就此而言，磷酸铁锂电池具有耐高温，安全稳定性强，价格便宜，循环性能更好的优势，而三元材料的比能量、比功率更大，并且在大倍率充电和耐低温性能等方面，三元材料也有很大的优势，本领域技术人员可以根据实际要求和成本预算等因素进行选用。

从图1和图2中还能够看出的是，极片1的高分子聚合物薄膜11的表面是最大的，因此可以被视为是一种基底，在该基底上镀上了金属材料层12，并且活性材料层13再覆盖于金属材料层12上。此外，金属材料层12的宽度为最小，长度介于高分子聚合物薄膜11和活性材料层13之间。也就是说，尽管在图中由于遮挡而未标示地，以图1为例，金属材料层12从高分子聚合物薄膜11的左端起一直向右延伸至活性材料层13的右端。然而，本领域技术人员应当理解的是，这三种材料膜或者说材料层的形状、尺寸、位置布局，甚至数量等可以根据实际需要进行改型。本公开的其它有关附图可以类似地进行理解、解读。此外，所述活性材料层13可以仅设置于所述极片1的一侧。也就是说，极片具有单面的活性材料层，另一面为作为基底的高分子聚合物薄膜。由此，能够在保证结构简单、用料较少、成本低廉的情况下仍然可以实现极片本身的作用以及本实用新型的目的。类似地，金属材料层12也可以为单面设计，并且例如可以采用真空镀层等方式来实现镀金，之后再进行活性材料层13的涂布、辊压以及分切制成符合宽度规格的极片卷，以便于极片的收纳和后续电池制造时的取用。

在本公开的一些实施例中，所述金属材料层12形成极耳121，所述极耳121未被所述活性材料层13所覆盖并且布置于所述高分子聚合物薄膜11上，所述极耳121用于与对应极性的另一极片的高分子聚合物薄膜连接。应当知晓，所述极耳121可以被理解为充当了极柱的作用。例如，图1和图2所示的极片彼此相叠放置，中间夹有隔离膜2而形成电池100，在这种情况下，极片各自的极耳与对应极片的高分子聚合物薄膜接触，并且各自极片的极耳处于彼此相对的两侧。为了保证或增强这种接触性或密封性，在密封前可以附加地在要接触的地方或极耳位置处涂覆极耳胶。与之前的描述类似地，极耳的形状、尺寸、布局位置、数量等特点可以根据实际情况进行调整。此外，关于图4和图5的极片组合方式也可以类似地进行理解。

参考图4和图5，它们分别示出了根据本实用新型的另一种极片的结构示意图，以及与图4所示的极片对应极性的极片的结构示意图。结合之前的图1和图2可以明显地看出，所述极片1的横截面为矩形，并且所述极耳121设置于所述极片1的短侧（图1、图2）或长侧（图4、图5）上，对应极片的对应极耳也是各自处于彼此相对的两侧。在图4和图5中，极耳121彼此等间隔地在所述极片1的长侧上并排布置，并且它们具有相同的形状和尺寸。本领域技术人员可以根据需要对图中各种特征进行再调整。应当理解，短侧是指矩形宽度侧（即尺寸较小的一侧），长侧是指矩形的长度一侧（即尺寸较大的一侧）。因此，本公开的一些实施例提供了两种不同方式的极耳布局设计。在图1和图2所示出的极耳布局中，宽度边位置单侧留出极耳以供外侧连接。整个极片的电阻较大，但是生产的时间和金钱成本较低，并且连接形式较为简单和明确；在图4和图5所示出的极耳布局中，长度边单侧以一定间隙留出极耳以供外侧连接。整个极片的电阻较低，因此极片本身对于电路的影响较小，并且通路更多，抗干扰性和容错率更高。还应当理解的是，如有必要，本领域技术人员也可以将这两种极耳布局混合使用，或根据实际需求进行改型。

参考图6，其示出了根据本实用新型的一种电池的截面示意图。所述电池100包括上述任一种极片1以及隔离膜2，所述极片1包括正极片和负极片，所述隔离膜2设置于所述正极片和所述负极片的活性材料层之间，所述正极片和所述负极片的高分子聚合物薄膜形成所述电池100的外部。所述正极片、所述负极片和所述隔离膜2分别可以仅为一个或一片。

如前所述，由于高分子聚合物薄膜具有较好的柔性，可弯折变形，所以所得到的电池亦可进行随意弯折，以适应不同空间下的组装。由该图还可见，隔离膜2被夹在两个极片的活性材料层之间，而两个极片的高分子聚合物薄膜分别形成了电池或电芯的外部，活性材料层朝向内部。其中，隔离膜可以是微孔性及多孔性的薄膜，材质以PP、PE为主，置于电芯内部正负极片之间，其主要用作隔离正负极片，防止电池内部阴阳极短路，同时可使离子通过，并具保持电解液的功能。所述电池100具体可以有多种形式，例如所述电池100为锂电池，除此之外也可以为钠电池等。所述电池100可以应用于各种领域中，没有特别的限制，例如可以用于电动车辆的动力电池。

参考图7、图8和图9，它们分别示出了根据本实用新型的一种电池制造装置的结构示意图、根据本实用新型的极片和隔离膜在合膜机构之前的状态图，以及根据本实用新型的极片和隔离膜在加热机构处的状态图。

所述电池制造装置1000用于制造上述任一种电池100，其中，所述电池制造装置1000包括正极片放卷机构1001、隔离膜放卷机构1002、负极片放卷机构1003、电解液喷涂机构1004以及用于将所述正极片、所述隔离膜2和所述负极片复合的合膜机构1005，其中，所述隔离膜放卷机构1002设置于所述正极片放卷机构1001与所述负极片放卷机构1003之间，并且设置有多个所述电解液喷涂机构1004，分别位于所述正极片放卷机构1001、所述隔离膜放卷机构1002、所述负极片放卷机构1003的下游以及所述合膜机构1005的上游。

应当理解的是，正极片放卷机构1001用于将处于收纳状态中的、被卷绕的正极片（该正极片可以通过所述极片1形成）进行展开（也成为放卷），并且展开的正极片会被运输到合膜机构1005、例如合膜辊处。在此过程中，可以按需要地通过设置一个或多个导向辊1009，来对展开的正极片的运输方向进行引导，以便与其它的机构进行更好地协同工作或者是适应不同的占地空间要求。其它的放卷机构也可以类似地进行解读，在此不再赘述。

根据上述技术方案，通过所述隔离膜放卷机构1002放卷的隔离膜2会位于正极片和负极片之间（如图8所示），以便进行电池的生产、制造。电解液喷涂机构1004分别位于各放卷机构的下游，并且位于合膜机构1005的上游，由此在复合之前，正极片、负极片以及隔离膜2上已经预先被喷涂好了电解液，再经过合膜机构1005复合成型之后，无需再额外地进行电解液的施加工作，而且此时的施加工作由于电池的紧凑结构而变得较为困难。因此，电池的组合过程和电解液的喷涂过程是一步到位的，没有附加的停机时间。可选的是，在放卷途中，通过电解液喷涂机构1004对正、负极片的活性材料层以及隔离膜2进行定量喷涂，使其充分润湿，能够在节省用料的同时仍然实现预期的作用和效果。

所述电池制造装置1000还包括加热机构1006，所述加热机构1006设置于所述合膜机构1005的下游并且用于对所述电池100的高分子聚合物薄膜进行熔化粘合。由于极片的材料基底为高分子聚合物薄膜，在高温下可以达到熔化粘合的目的，因此该电池采用加热机构1006来实现辊压热封边缘（如图9所示）。也就是说，加热机构1006的设计正好利用到了极片的高分子聚合物薄膜11的特点，与之前的极片、电池设计构思保持了一致性，并且也不需要额外的原料来实现热封。可选地，所述加热机构1006构造为若干成对的高温辊，分别彼此对位地位于正极片上方和负极片下方，并且沿着电池输送方向或者说在极片的长度方向上在极片的两个长侧边缘处进行辊压操作，以便完成前述提及的熔化粘合，并且同时还起到了对电池的输送方向的引导效果。

从图中还能够看出的是，所述电池制造装置1000在加热机构1006的下游还依次包括了切割装置1007以及收纳装置1008，所述切割装置1007、例如切刀用于将电池进行定长裁切，所述收纳装置1008、例如收料盒用于将裁切好的电池进行收纳。还可选地，以上得到的条带电池可以再通过封边机对宽度方向进行侧封边，完成最终组装。组装后的电池可以再通过后续的化成、容量测试等工序得到最终成品电池。本领域技术人员可以根据实际需要对上述各种装置、构件进行改型，例如调整其数量、设置位置，或是根据需要或实践情况对电池的生产、测试步骤所用的装置、构件进行增删。例如，宽度方向的侧封边可以在定长裁切之前或之后进行。

由此可见，通过本电池制造装置制得的条带电池具有高柔性的特点，同时生产工艺简单、效率高。

应当理解的是，本实用新型的电池100可装设在各种车辆上，包括轿车、货车、客车、混合动力车辆，纯电动汽车等等。因此，本实用新型的主题还旨在保护装设有本实用新型的电池100的各种车辆。

应当理解的是，所有以上的优选实施例都是示例性而非限制性的，本领域技术人员在本实用新型的构思下对以上描述的具体实施例做出的各种改型或变形都应在本实用新型的法律保护范围内。

Claims (10)

1.一种极片（1），用于制造电池（100），其特征在于，所述极片（1）包括高分子聚合物薄膜（11）、金属材料层（12）以及活性材料层（13），所述金属材料层（12）构造于所述高分子聚合物薄膜（11）与所述活性材料层（13）之间。

2.根据权利要求1所述的极片（1），其特征在于，所述金属材料层（12）形成极耳（121），所述极耳（121）未被所述活性材料层（13）所覆盖并且布置于所述高分子聚合物薄膜（11）上，所述极耳（121）用于与对应极性的另一极片的高分子聚合物薄膜连接。

3.根据权利要求2所述的极片（1），其特征在于，所述极片（1）的横截面为矩形，所述极耳（121）设置于所述极片（1）的短侧或长侧上。

4. 根据权利要求1至3中任一项所述的极片（1），其特征在于，

所述极片（1）包括正极片，其中，所述高分子聚合物薄膜（11）由PET或PP材料构成，所述金属材料层（12）由铝构成，所述活性材料层（13）由磷酸铁锂或三元材料构成；或者

所述极片（1）包括负极片，其中，所述高分子聚合物薄膜（11）由PET或PP材料构成，所述金属材料层（12）由铜或镍构成，所述活性材料层（13）由石墨构成。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的极片（1），其特征在于，所述活性材料层（13）仅设置于所述极片（1）的一侧。

6.一种电池（100），其特征在于，所述电池（100）包括根据权利要求1至5中任一项所述的极片（1）以及隔离膜（2），所述极片（1）包括正极片和负极片，所述隔离膜（2）设置于所述正极片和所述负极片的活性材料层之间，所述正极片和所述负极片的高分子聚合物薄膜形成所述电池（100）的外部。

7.根据权利要求6所述的电池（100），其特征在于，所述电池（100）为锂电池。

8.一种车辆，其特征在于，所述车辆具有根据权利要求6或7所述的电池（100）。

9.一种用于制造根据权利要求6或7所述的电池（100）的电池制造装置（1000），其特征在于，所述电池制造装置（1000）包括正极片放卷机构（1001）、隔离膜放卷机构（1002）、负极片放卷机构（1003）、电解液喷涂机构（1004）以及用于将所述正极片、所述隔离膜（2）和所述负极片复合的合膜机构（1005），其中，所述隔离膜放卷机构（1002）设置于所述正极片放卷机构（1001）与所述负极片放卷机构（1003）之间，并且设置有多个所述电解液喷涂机构（1004），分别位于所述正极片放卷机构（1001）、所述隔离膜放卷机构（1002）、所述负极片放卷机构（1003）的下游以及所述合膜机构（1005）的上游。

10.根据权利要求9所述的电池制造装置（1000），其特征在于，所述电池制造装置（1000）还包括加热机构（1006），所述加热机构（1006）设置于所述合膜机构（1005）的下游并且用于对所述电池（100）的高分子聚合物薄膜进行熔化粘合。

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