CN220172163U - 集流单元、极片及电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供集流单元、极片及电池。其中，集流单元包括：基底；导电涂层，位于基底的厚度方向的至少一侧表面，包括：主体部；墙体部，包括上墙体及下墙体，墙体部位于主体部的厚度方向的外侧表面；其中，墙体部与主体部限定一空间，上墙体与下墙体构成空间在宽度方向上的边界，空间用于设置活性材料层。以实现活性材料涂覆宽度精度可控并减少模切毛刺。

Description

集流单元、极片及电池

技术领域

本实用新型涉及集流单元、极片及电池的技术领域。

背景技术

电池(Battery)是指盛有电解质和电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。利用电池作为能量来源，可以得到具有稳定电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影响很小的电流，并且电池结构简单，携带方便，充放电操作简便易行，不受外界气候和温度的影响，性能稳定可靠，在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。

图1A至图1C所示的是一现有的极片200’的结构示意图，极片200’包括活性材料涂层3’、金属箔1’及位于金属箔1’厚度方向两侧表面的涂炭层102，活性材料涂层3’位于涂炭层102的厚度方向的两侧表面(即涂覆活性材料的表面101)。

在制备图1A至图1C所示的极片200’时，在涂覆活性材料的表面101涂覆活性材料时，活性材料的涂覆宽度精度很难控制，且会存在抓边不良的问题。同时，极片在后期模切时在活性材料层边缘位置容易出现毛刺，为避免毛刺造成短路等问题，现有措施是采用在活性物质边缘涂覆绝缘材料的方式进行保护，但这种材料价格昂贵，且制程工序不易受控。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种集流单元。

本实用新型的另一目的是提供一种极片。

本实用新型的又一目的是提供一种电池。

根据本实用新型的一方面的一种集流单元，包括：基底；导电涂层，位于所述基底的厚度方向的至少一侧表面，包括：主体部；墙体部，包括上墙体及下墙体，所述墙体部位于所述主体部的厚度方向的外侧表面；其中，所述墙体部与所述主体部限定一空间，所述上墙体与所述下墙体构成所述空间在宽度方向上的边界，所述空间用于设置活性材料层。

本申请的技术方案通过设置导电涂层的墙体部形成活性材料的涂覆边界，可有效防止活性材料涂覆超宽，实现活性材料涂覆宽度精度可控。同时，墙体部的厚度增加，可有效减少模切时毛刺的产生，无需额外涂覆绝缘材料遮盖毛刺，节约成本。

在所述的集流单元的一个或多个实施例中，所述集流单元由所述基底、所述导电涂层组成。

在所述的集流单元的一个或多个实施例中，所述上墙体、所述下墙体的宽度方向的外端面分别与所述主体部的宽度方向的两端面平齐。

在所述的集流单元的一个或多个实施例中，所述上墙体、所述下墙体的宽度方向的外端面均位于所述主体部的宽度方向的两端面之间。

在所述的集流单元的一个或多个实施例中，所述导电涂层为涂炭层。

在所述的集流单元的一个或多个实施例中，所述主体部的厚度为0.5-3μm，所述墙体部的厚度为10-70μm。

在所述的集流单元的一个或多个实施例中，所述基底包括金属箔。

根据本实用新型的另一方面的一种极片，包括如上所述的集流单元及活性材料层，所述活性材料层位于所述集流单元的导电涂层的空间内，所述活性材料层的厚度方向的内表面与所述集流单元的导电涂层的主体部接触，所述活性材料层的宽度方向的两端面与所述集流单元的导电涂层的墙体部接触。

在所述的极片的一个或多个实施例中，所述极片经为加工后的第二极片，所述第二极片包括极片主体部及极耳部，所述极耳部位于所述极片主体部的宽度方向的至少一侧，所述活性材料层全部位于所述极片主体部，所述墙体部至少部分位于所述极耳部。

根据本实用新型又一方面的一种电池，所述电池包括如上所述的极片之一。

附图说明

本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，需要注意的是，这些附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制，其中：

图1A为一现有方案的极片的一视角的结构示意图；

图1B为一现有方案的极片的另一视角的结构示意图；

图1C为另一现有方案的极片的一视角的结构示意图；

图2A为一实施例的极片的一视角的结构示意图；

图2B为图2A中的极片的另一视角的结构示意图；

图2C为另一实施例的极片的一视角的结构示意图；

图3A为又一实施例的极片的一视角的结构示意图；

图3B为图3B中的极片的另一视角的结构示意图；

图3C为又一实施例的极片的一视角的结构示意图；

图4为一实施例的电池的结构示意图；

图5为一实施例的极片制备的流程示意图；

图6为另一实施例的极片制备的流程示意图。

附图标记：

200’-极片；

1’-金属箔；

3’-活性材料涂层；

101-涂覆活性材料的表面；

102-涂炭层；

103-活性材料涂层边缘；

100-集流单元；

1-基底；

11-基底的厚度方向的侧表面；

2-导电涂层；

21-主体部；

211-主体部的宽度方向的端面；

212-主体部的厚度方向的外侧表面；

22-墙体部；

221-上墙体；

222-下墙体；

223-墙体部的宽度方向的外端面；

23-空间；

3-活性材料层；

31-活性材料层的厚度方向的内表面；

32-活性材料层的宽度方向的端面；

200-极片；

4-第二极片；

41-极片主体部；

42-极耳部；

300-电池。

具体实施方式

现在将详细地参考本实用新型的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本实用新型将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本实用新型限制为那些示例性实施方案。相反，本实用新型旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。

在随后的描述中，“上”、“下”、“内”、“外”或者其他方位术语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部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，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”和/或“一实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

以下，基于附图对本实用新型的实施例加以说明。但是，以下所示的实施例是用于将本实用新型的技术思想具体化的集流单元、极片及电池的例示，本实用新型的集流单元、极片及电池并不特定为以下的内容。进而，本说明书是为了容易理解权利要求的范围，将对应于实施例所示的构件的编号赋予“权利要求书”及“实用新型内容”栏中所示的构件。但是，绝非将权利要求中所示的构件特定为实施例的构件。特别是记载于实施例的构成构件的尺寸、材质、形状、及其相对的配置等，如无特定的记载，则其意图并不是将本实用新型的范围只限定于此，只不过为说明例。

然而，各附图所示的构件的尺寸或位置关系等有时为了明确说明而有夸张。进而，在以下的说明中，对于相同的名称、符号，表示相同或同质的构件，适宜省略其详细说明。进而，构成本实用新型的各要素可以是以相同的构件构成多个要素从而以一个构件兼用多个要素的形态，相反地也可以是由多个构件分担一个构件的功能来实现。另外，在本说明书中，“上”并不限于与上表面接触而形成的情况，也包含分隔地形成于上方的情况，还以也包含层与层之间存在有介在层的含义而使用。

如图1A至图1C所示的极片200’，本申请的发明人经过研究发现，在涂布时，很难对活性材料的涂覆宽度进行精确控制，且会抓边不良，原因在于，涂覆活性材料的表面101为平面，无法对活性材料的流平宽度精度进行控制。涂炭层102非常薄厚度一般为1μm。在涂覆活性材料后，涂炭层的厚度与活性材料层的厚度相差较大，导致辊压时无法压到涂炭层处，后期需要进行拉伸才能使涂炭层得到延展，但是拉伸延展易发生拉伸不良，如此导致在模切时活性材料涂层边缘103容易出现毛刺。

基于以上考虑，发明人经过深入研究，设计了一种集流单元，通过设置导电涂层的墙体部形成活性材料的涂覆边界，可有效防止活性材料涂覆超宽，实现活性材料涂覆宽度精度可控。同时，墙体部的厚度增加，可有效减少模切时毛刺的产生，无需额外涂覆绝缘材料遮盖毛刺，节约成本。

虽然本申请实施例公开的集流单元适用于二次电池以实现活性材料涂覆宽度精度可控并减少模切毛刺，但不以此为限，只要是电池可以应用本申请实施例公开的集流单元即可。

参考图2A至图3C所示，在一个实施例中，集流单元100的具体结构可以是，包括基底1及导电涂层2。导电涂层2位于基底1的厚度方向的至少一侧表面11，导电涂层2包括主体部21及墙体部22。墙体部22包括上墙体221及下墙体222，墙体部22位于主体部21的厚度方向的外侧表面212。其中，墙体部22与主体部21限定一空间23，上墙体221与下墙体222构成空间23在宽度方向上的边界，空间23用于设置活性材料层3。具体的，导电涂层2可以如图2B、3B所示仅位于基底的厚度方向的一侧侧表面11；导电涂层2也可以如图2C、3C所示分别位于基底的厚度方向的两侧侧表面11。

此处的“集流单元100”的含义是指具有与本领域常用集流体的相似功能，即汇集电流，但结构上相较于本领域常用集流体还包括其他功能性涂层结构，如导电涂层等。

此处的“基底1”的含义是指作为涂覆涂层的基础平面、可汇集电流的结构或零件，将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，如图2A、图3A所示，基底1为长方形薄片结构，但不限于以上介绍的图中的具体结构，其亦可以是其他形状，如圆形薄片、正方形薄片等，根据实际需求进行设计。

此处的“导电涂层2”的含义是指位于基底1与活性材料层3之间的中间层结构，可有效改善集流单元与活性材料的界面接触电阻，且可提高活性材料与集流单元的粘结强度，减小电极循环过程中的活性材料剥落问题。导电涂层的材料一般可以是碳材料，即导电涂层一般可以是涂炭层，但不以此为限。在本领域中，导电涂层通常涂覆于基底1沿宽度方向的中部区域，在基底1沿宽度方向的两侧留白，以在后期加工时用作极耳。

此处的“主体部21”的含义是指，主体部21主要作为涂覆活性材料的平台。

此处的“墙体部22”的含义是指，墙体部22是涂布时对活性材料的流平宽度起到止挡作用，墙体部22的截面形状不限于图2B、图3B中所示的方形也可以是其他形状。

此处的“主体部21的厚度方向的外侧表面212”即为导电涂层2远离基底1的表面。本申请中的“内”、“外”是具有相对性的，相对靠近基底1的为“内”、相对远离基底1的为“外”。

采用以上实施例的有益效果在于，通过设置导电涂层的墙体部形成活性材料的涂覆边界，可有效防止活性材料涂覆超宽，实现活性材料涂覆宽度精度可控。同时，墙体部的厚度增加，可有效减少模切时毛刺的产生，无需额外涂覆绝缘材料遮盖毛刺，节约成本。

参考图2A至图2C所示，在一些实施例中，墙体部22的具体结构可以是，上墙体221、下墙体222的宽度方向的外端面分别与主体部21的宽度方向的两端面平齐。即如图2B所示，位于同侧的墙体部的宽度方向的外端面223与主体部的宽度方向的端面211位于同一平面内。

参考图3A至图3C所示，在另一些实施例中，墙体部22的具体结构可以是，上墙体221、下墙体222的宽度方向的外端面均位于主体部21的宽度方向的两个端面211之间。

参考图2A至图3C所示，在一些实施例中，导电涂层2可以为涂炭层。涂炭层的成分可以是包括导电炭黑、纳米碳纤维、石墨粉、碳纳米管等，以提供较佳的静态导电性能，收集活性材料的微电流，从而大幅度降低正/负极活性材料和集流单元之间的接触电阻，并能提高两者之间的附着能力，减少粘结剂的使用量，进而使电池的整体性能产生显著的提升。

参考图2A至图3C所示，在一些实施例中，导电涂层2的具体结构可以是，主体部21的厚度为0.5-3μm，墙体部22的厚度为10-70μm。如此既保证不影响电池容量，又可防止涂覆超宽同时增加了活性材料层边缘导电涂层的厚度，防止毛刺的产生。

继续参考图2A至图3C所示，在一些实施例中，基底1的具体结构可以是，包括金属箔。此处的“金属箔”的含义是指可聚集电流的金属箔，例如可以为铜箔、铝箔、锡箔、镍箔、钛箔或不锈钢箔。在一些实施例中，如图2C、图3C所示，基底1可以仅由金属箔11构成。在另一些实施例中，基底1也可以是包括绝缘基材(例如高分子材料)和位于绝缘基材两侧的金属层(图中未示出)的复合集流体。

继续参考图2A至图3C所示，在一个实施例中，极片200的具体结构可以是，包括如上所述的集流单元100及活性材料层3，活性材料层3位于集流单元100的导电涂层2的空间23内，活性材料层的厚度方向的内表面31与集流单元100的导电涂层2的主体部21接触，活性材料层3的宽度方向的两端面与集流单元100的导电涂层2的墙体部22接触。具体如图2C所示，活性材料层的宽度方向的端面32与墙体部22沿宽度方向的内端面接触。采用本实施例的极片可有效防止活性材料涂覆超宽，实现活性材料涂覆宽度精度可控，并且可有效减少模切时毛刺的产生，无需额外涂覆绝缘材料遮盖毛刺，节约成本。

参考图5所示，在一些实施例中，在制备本实施例的极片100时，可以事先在基底1上制备好导电涂层2的主体部21与墙体部22的集流单元100，进行活性材料层3涂覆，防止活性材料涂覆过程中的宽度波动。具体的制备方法如下：

S1.选择具有墙体部22与主体部21的导电涂层2的集流单元100；

S2.通过加入溶剂使活性材料呈流动状，涂布活性材料于墙体部22与主体部21构成的空间23；

S3.烘干涂布于空间23的活性材料，使溶剂挥发，固化后形成活性材料层3；

S4.对活性材料层3进行辊压，使活性材料层3与集流单元100的连接更严实。

参考图6所示，在另一些实施例中，在制备极片100时，活性材料层3、集流单元100的导电涂层2的墙体部22一同设置于集流单元100的导电涂层2的主体部21。具体的，在制备本实施例的极片100时，事先在基底1上仅制备好导电涂层2的主体部21的集流单元100，进行活性材料层3与墙体部22同时涂覆。具体的制备方法如下：

S1.选择仅具有主体部21的导电涂层2的集流单元100；

S2.通过加入溶剂使活性材料呈流动状，涂布活性材料、导电浆料于主体部21；

S3.烘干活性材料及导电浆料，形成活性材料层3及墙体部22，活性材料层3位于墙体部22与主体部21构成的空间23；

S4.对活性材料层3进行辊压，使活性材料层3与集流单元100的连接更严实。

参考图2C结合图3C所示，在一些实施例中，极片200的具体结构可以是，极片200为正极极片。具体的，如图2C结合图3C所示，基底1为铝箔，铝箔厚度为10-18μm，优选为13μm；活性材料层3经辊压后的厚度一般为150-190μm。活性材料层的成分可以为锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂或钴酸锂等中的一种或多种。

在一些实施例中，极片200也可以为负极极片，基底1为铜箔，活性材料层3的成分可以包括碳材和/或非碳材，碳材可以为石墨材料(天然石墨、人造石墨以及中间相碳位球)或其它碳系材料(硬碳、软碳和石墨烯)，非碳材可以为钛基材料、硅基材料、锡基材料、氮化物或金属锂等中的一种或多种。

参考图2A至图4所示，在一个实施例中，电池300的具体结构可以是，电池300包括如上所述的极片200或由极片200经加工后得到的第二极片4，第二极片4包括极耳部42及极片主体部41，极耳部42位于极片主体部41的宽度方向的至少一侧，活性材料层3全部位于极片主体部41，墙体部22至少部分位于极耳部42。此处的加工可以是将图3A或图2A所示的极片200进行模切形成极耳后再沿宽度方向的中间位置进行分切以获得单侧有极耳部42的极片或者直接进行模切形成极耳后获得两侧有极耳部42的极片，另外，在进行模切前后，也可以根据实际对极片长度的需求沿平行于宽度方向的方向对极片进行分切，分切和模切为本领域通常采用的工艺步骤，具体的，分切可以采用激光切割，模切可以采用模具冲切或激光切割，激光切割、模具冲切均是本领域常规的加工方法，仅为加工方式的举例，不限于此，也可以是其他方法，只要是能起到有效切割作用可获得包括极耳部42及极片主体部41的第二极片4的工艺均可。采用本实施例的电池可有效防止极片的活性材料涂覆超宽，实现活性材料涂覆宽度精度可控。并且由于极片200的墙体部的厚度增加，可有效减少模切时毛刺的产生，无需额外涂覆绝缘材料遮盖毛刺，节约极片以及电池的成本。具体的，电池300可采用叠片工艺或卷绕工艺制成，如图4所示的实施例中，电池300为二次锂离子电池，为采用卷绕工艺制成卷绕式电芯的电池。电芯的结构不限于图4中所示的横切面类似于椭圆形(跑道形)，以形成方形结构的电芯，例如还可以是圆柱结构的电芯，以及软包结构的电芯等等，均不以此为限。另外，正极极片、负极极片以及隔膜构成的电极组件，需要与电解质集成，例如浸泡于液态的电解质，电极组件与电解质一般被容纳于电池外壳提供的腔室内部。可以理解到，电池300不以图中所示的实施例为限二次锂离子电池为限，例如还可以是镍氢电池、镍铬电池、铅酸电池、聚合物锂离子电池、钠离子电池等。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集流单元，其特征在于，包括：

基底；

导电涂层，位于所述基底的厚度方向的至少一侧表面，包括：

主体部；

墙体部，包括上墙体及下墙体，所述墙体部位于所述主体部的厚度方向的外侧表面；

其中，所述墙体部与所述主体部限定一空间，所述上墙体与所述下墙体构成所述空间在宽度方向上的边界，所述空间用于设置活性材料层。

2.如权利要求1所述的集流单元，其特征在于，所述集流单元由所述基底、所述导电涂层组成。

3.如权利要求1所述的集流单元，其特征在于，所述上墙体、所述下墙体的宽度方向的外端面分别与所述主体部的宽度方向的两端面平齐。

4.如权利要求1所述的集流单元，其特征在于，所述上墙体、所述下墙体的宽度方向的外端面均位于所述主体部的宽度方向的两端面之间。

5.如权利要求1所述的集流单元，其特征在于，所述导电涂层为涂炭层。

6.如权利要求5所述的集流单元，其特征在于，所述主体部的厚度为0.5-3μm，所述墙体部的厚度为10-70μm。

7.如权利要求1所述的集流单元，其特征在于，所述基底包括金属箔。

8.一种极片，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的集流单元及活性材料层，所述活性材料层位于所述集流单元的导电涂层的空间内，所述活性材料层的厚度方向的内表面与所述集流单元的导电涂层的主体部接触，所述活性材料层的宽度方向的两端面与所述集流单元的导电涂层的墙体部接触。

9.如权利要求8所述的极片，其特征在于，所述极片为经加工后的第二极片，所述第二极片包括极片主体部及极耳部，所述极耳部位于所述极片主体部的宽度方向的至少一侧，所述活性材料层全部位于所述极片主体部，所述墙体部至少部分位于所述极耳部。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求8或9任意一项所述的极片。