CN220367979U - 叠片电芯、二次电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于电池技术领域，具体涉及一种叠片电芯、二次电池及用电装置。本申请提供的叠片电芯包含正极极片、负极极片及隔离膜，隔离膜包含隔离膜本体，隔离膜本体包含朝向负极极片的侧面，侧面具备侧边，至少部分侧边上设有胶膜层；胶膜层沿隔离膜本体所在平面的第一方向和/或第二方向设置以形成容纳区，负极极片位于容纳区内。该叠片电芯有利于改善电池的安全性。

Description

叠片电芯、二次电池及用电装置

技术领域

本申请涉及电池领域，具体涉及一种叠片电芯、二次电池及用电装置。

背景技术

目前，电池中的电芯主要通过叠片和卷绕工艺制作而成，由于叠片电芯具有诸多优点而得到较为广泛的应用，例如高倍率、高能量密度等。然而，电池在充放电过程中，叠片电芯容易发生短路，导致电池存在安全隐患。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供一种叠片电芯、二次电池及用电装置，其有利于改善锂金属二次电池的安全性。

本申请的第一方面是公开了一种叠片电芯，包括：

正极极片；

负极极片；

隔离膜：包含隔离膜本体，所述隔离膜本体包含朝向所述负极极片的侧面，所述侧面具备侧边，至少部分侧边上设有胶膜层；所述胶膜层沿所述隔离膜本体所在平面的第一方向和/或第二方向设置以形成容纳区，所述负极极片位于所述容纳区内；

所述第一方向与所述第二方向不同。

本申请通过将负极极片限制在由胶膜层形成的容纳区内部，进一步可将负极极片上出现的“死锂”或“粉化锂”等也限制在该容纳区内部，有利于减少正负极短路概率进而改善电池的安全性。

在本申请的一些实施方式中，沿所述第二方向，所述隔离膜本体的宽度与所述负极极片的宽度之间具备差值，所述胶膜层的宽度小于所述差值。

本申请选择将隔离膜设置在隔离膜本体与负极极片在第二方向形成的宽度差值区间内，该设计方式能有效降低对负极极片的影响。

在本申请的一些实施方式中，所述差值为η，所述胶膜层的宽度为Y，满足Y＜1/2×η。

本申请中为减少胶膜层在后续工艺的热压后溢出至负极极片主体上，选择控制胶膜层的宽度值Y＜1/2×η。

在本申请的一些实施方式中，满足：Y≤5/6×1/2×η。

本申请在具体实验探究中详细探究了胶膜层的适宜合度，结果发现，满足该宽度关系式的胶膜层方便较大程度的减少胶膜层受到热压后溢出至极片主体的概率。

在本申请的一些实施方式中，沿所述第一方向，所述胶膜层的长度大于所述负极极片的长度。

本申请为更好的将负极极片限制在由胶膜层形成的容纳区内，选择控制胶膜层的长度大于负极极片的程度。

在本申请的一些实施方式中，所述胶膜层的厚度不大于所述负极极片的厚度。

本申请中，胶膜层的厚度不大于负极极片的厚度时，既能有利于实现将负极极片限制在容纳区的技术目的，还能尽可能降低对叠片电芯制备工艺，以及电芯自身性能的影响，比如，胶膜层不会产生不合理的凸起进而影响电芯主体的应力不集中。

在本申请的一些实施方式中，所述胶膜层的材质包含聚丙烯及增粘树脂形成的混合物。

本申请选择具备该材质的胶膜层能够很好的粘接在隔离膜本体表面，满足粘性好的特点，且胶膜层还具备耐电解液腐蚀性强的特点，其还能够在电芯结构中稳定存在，比如，胶膜层在热压后，不会自隔离膜本体的侧边溢到极片主体位置，又比如电芯在测试或使用过程中会发生膨胀，胶膜层能够满足膨胀中的机械拉伸。

在本申请的一些实施方式中，全部的所述侧边边沿上均设有胶膜层。

在本申请的一些实施方式中，所述侧面包含相对设置的第一侧面、第二侧面，所述第一侧面与所述第二侧面设于所述隔离膜两端；

所述第一侧面的部分侧边设有第一胶膜层；

所述第二侧面的部分侧边设有第二胶膜层；

所述第一胶膜层平行于所述第二胶膜层。

在本申请的一些实施方式中，所述第一胶膜层与所述第二胶膜层在所述电芯中设置以形成所述容纳区。

本申请的第二方面是公开了一种二次电池，包括第一方面所述的叠片电芯。

本申请的第三方面是公开了一种用电装置，包括第一方面所述的叠片电芯或第二方面所述的二次电池。

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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请一些实施例的叠片电芯的结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为本申请一些实施例的叠片电芯的结构示意图；

图4为图3的剖视图；

图5为本申请一些实施例的隔离膜的结构示意图；

图6为本申请一些实施例的叠片电芯的结构示意图；

图7为本申请一些实施例的叠片电芯的结构示意图；

图8为本申请一些实施例的叠片电芯的结构示意图；

图9为本申请一些实施例的叠片电芯的结构示意图；

图10为本申请一些实施例的叠片电芯的结构示意图；

图11为本申请一些实施例的叠片电芯的结构示意图；

图12为本申请一些实施例的叠片电芯的结构示意图；

图13为本申请一些实施例的叠片电芯的结构示意图；

图14为本申请一些实施例的叠片电芯的结构示意图；

图15为本申请一些实施例的电池的结构示意图；

图16本申请一些实施例的电池的分解结构示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：

1000、叠片电芯；

100、隔离膜；200、负极极片；300、正极极片；

101、隔离膜本体；102、胶膜层；103、容纳区；

102a、第一胶膜层；102b、第二胶膜层；

1011、侧面；1021、侧边；

1011a、第一侧面；1011b、第二侧面；

2000、锂离子电池；2100、壳体；2200、电极组件；2300、盖板。

坐标轴x方向：隔离膜长度方向或宽度方向；

坐标轴y方向：隔离膜宽度方向或长度方向；

坐标轴z方向：隔离膜厚度方向；

d1：隔离膜本体沿坐标轴y方向的宽度值；

d2：负极极片沿坐标轴y方向的宽度值；

η：隔离膜本体与负极极片在坐标轴y方向的宽度值的差值；

Y：胶膜层沿坐标轴y方向的宽度值；

γ：胶膜层沿坐标轴z方向的厚度值；

Z：负极极片沿坐标轴z方向的厚度值。

具体实施方式

以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的二次电池及其制备方法与电池模块、电池包、用电装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。

本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60~120和80~110的范围，理解为60~110和80~120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1~3、1~4、1~5，2~3，2~4和2~5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a~b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0~5”表示本文中已经全部列出了“0~5”之间的全部实数，“0~5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。

如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。

如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤（a）和（b），表示所述方法可包括顺序进行的步骤（a）和（b)，也可以包括顺序进行的步骤（b）和（a）。例如，所述提到所述方法还可包括步骤（c），表示步骤(c）可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤（a）、（b）和（c），也可包括步骤（a）、（c）和（b），也可以包括步骤（c）、（a）和（b）等。

如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。

如果没有特别的说明，在本申请中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真（或存在）并且B为假（或不存在）；A为假（或不存在）而B为真（或存在）；或A和B都为真（或存在）。

如果没有特别的说明，在本申请中，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。

如果没有特别的说明，在本申请中，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）。

如果没有特别的说明，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。

如果没有特别的说明，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。

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。

叠片电芯具有高倍率、高能量密度等优点。然而，电池在充放电过程中，叠片电芯容易发生短路。这种问题在负极为金属锂时表现的尤为严峻。探究其原因可能是由于锂金属负极在反复脱嵌锂过程中，体积不断发生变化进而容易引起金属锂的机械粉化和/或锂枝晶，锂枝晶容易从电极上脱落，从而无法被有效利用，形成“死锂”，而金属锂的机械粉化容易产生“粉化锂”。无论是“死锂”，还是“粉化锂”均易沿负极极片宽度方向和/或长度方向“逸出”至隔离膜上，又通过隔离膜转移至正极极片上。进而引起正负极接触发生短路，这种短路发生在电池过充时容易引起电池的起火甚至爆炸，具有很大的安全风险。

现有技术多探究尽可能的减少负极的机械粉化和/或产生锂枝晶的概率，但是该方式通常周期长。

探究发现，如果对“死锂”和/或“粉化锂”进行束缚，比如将其限制在负极极片或隔离膜表面，通过减少与正极极片直接接触的概率，则能改善二次电池的安全性。

基于以上考虑，为了解决叠片电芯负极的“死锂”和/或“粉化锂”自负极极片转移至正极极片引起正负极接触发生短路的问题。根据上述设计理念并进行的实验探究得到了一种叠片电芯、二次电池及用电装置。

叠片电芯

首先，本申请提供了一种叠片电芯，该叠片电芯包含依次层叠设置的正极极片、负极极片及隔离膜。本申请的叠片电芯可以是图1、图2、图3、图4示意的结构，其中，在图1、图2中，隔离膜100包含了切割成片状结构，在图3、图4中，隔离膜100包含了可连续性的Z字形堆叠，且图3、图4示意的可Z字形堆叠的隔离膜在拐角处还可以具备一定弧度，本申请在附图4中未体现，但其实际存在。

无论是哪种形状的隔离膜，其均包括隔离膜本体101，隔离膜本体101包含朝向负极极片的侧面，如图5示意了隔离膜本体101上的其中一个朝向负极极片设置的侧面1011，该“朝向负极极片的侧面”正对着负极极片，且该“朝向负极极片的侧面”分布于沿隔离膜本体的第一方向和/或第二方向形成的区域内。其中，第一方向与第二方向不同，具体的，第一方向可以为坐标轴x方向，坐标轴x方向可以是隔离膜本体的长度方向或宽度方向，第二方向可以为坐标轴y方向，坐标轴y方向可以是隔离膜本体的宽度方向或长度方向，一般而言，隔离膜本体沿长度方向的长度值大于隔离膜本体沿宽度方向的长度值。如果在某些特殊结构的电芯中，隔离膜本体的长度和宽度在数值上相等，则第一方向或第二方向为二者中的任意一个。

结合图5可知，隔离膜本体101的侧面1011具备侧边1021。对于片状结构的隔离膜，侧边沿隔离膜的第一方向和/或第二方向（坐标轴x方向和/或坐标轴y方向）分布在侧面的一端或两端以上位置。对于Z字形堆叠的隔离膜，侧边沿隔离膜的第一方向分布在侧面的一端或两端以上位置，本申请选择以第一方向为坐标轴x方向，第二方向为坐标轴y方向进行解释说明。

为减少“死锂”或“粉化锂”沿负极极片宽度方向和/或长度方向“逸出”至隔离膜上，结合图5、图6可知，本申请选择在至少部分侧边上设置胶膜层102，这里的“至少部分”包含了可以是全部侧边或部分侧边上设置胶膜层，该胶膜层102沿隔离膜本体101的第一方向（坐标轴x方向）和/或第二方向（坐标轴y方向）设置。且胶膜层102在隔离膜本体101表面的设置方式可以是“连续状”的，也可以是“间断状”。这里的“连续状”和“间断状”是相对的概念，其中，“连续状”指代胶膜层沿隔离膜本体的第一方向和/或第二方向是连贯的且形成不间断的整体。比如对于Z字形堆叠的隔离膜，胶膜层可以是连续的。“间断状”指代胶膜层沿隔离膜本体的第一方向和/或第二方向是不连续的，比如对于片状隔离膜，胶膜层可以是间断的设置于各层隔离膜上。无论是“连续状”，还是“间断状”的胶膜层，所有的胶膜层均能围合形成容纳区，负极极片位于该容纳区内以限制负极极片上的“死锂”或“粉化锂”的“逸出”。

为更好的解释胶膜层在隔离膜本体上的分布状态，本申请在一些实施例中以Z字形堆叠的隔离膜为例进行解释说明。如图6可知，胶膜层102沿隔离膜本体101的第一方向（坐标轴x方向）和/或第二方向（坐标轴y方向）呈连续状分布，该分布方式方便在隔离膜本体上制作胶膜层。如图7可知，胶膜层102沿隔离膜本体101的第一方向（坐标轴x方向）呈连续状分布，而在隔离膜拐角处不设置胶膜层，故最终体现在隔离膜本体101上的胶膜层102为间断状，该种设计方式避免了在不必要的位置形成胶膜层。

对于图6、图7示意的胶膜层，本申请在图8至图11中进一步的示意了胶膜层在侧面两端的分布状态，结合图8可知，胶膜层102沿隔离膜本体101的第一方向（坐标轴x方向）分布在侧面的两端。进一步结合图9可知，该两端布置的胶膜层102围合形成容纳区103，而负极极片200位于该容纳区103内部。

结合图10可知，第一胶膜层102a沿隔离膜本体101的第一方向（坐标轴x方向）分布在第一侧面1011a的一端，第二胶膜层102b沿隔离膜本体101的第一方向（坐标轴x方向）分布在第二侧面1011b的另一端，其中第一侧面1011a与第二侧面1011b相对设置且分别位于负极极片200沿坐标轴Z方向的两端，而第一胶膜层102a与第二胶膜层102b相互平行且分别位于负极极片200沿第一方向（坐标轴x方向）的两端。进一步结合图11可知，第一胶膜层102a与第二胶膜层102b也能围合形成容纳区103。

本申请在一些实施例中以片状结构的隔离膜为例进行解释说明。本申请在这些实施例中，胶膜层102沿隔离膜本体101的第一方向和/或第二方向设置，具体如图12、图13示意。

本申请中的容纳区可以是由沿第一方向（坐标轴x方向）、坐标轴z方向分布的胶膜层形成，也可以是由沿第二方向（坐标轴y方向）、坐标轴z方向分布的胶膜层形成，还可以是由沿第一方向（坐标轴x方向）、第二方向（坐标轴y方向）、坐标轴z方向分布的胶膜层形成。比如，对于片状隔离膜，胶膜层可以沿第一方向（坐标轴x方向）、坐标轴z方向设置，或者沿第二方向（坐标轴y方向）、坐标轴z方向设置，甚至是沿第一方向（坐标轴x方向）、第二方向（坐标轴y方向）、坐标轴z方向同时设置。

本申请形成的容纳区能够将负极极片限制在该区域内，更好的阻止死锂”或“粉化锂”的逸出，进而提高电池循环过程中的安全性。

本申请在一些实施例中，隔离膜本体101的材质包含但不限于聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜等；胶膜层102的材质包含但不限于聚丙烯及增粘树脂以任意配比形成的混合物，其中，增粘树脂为具备强有力粘接作用的热熔胶，该热熔胶包含Escorez增粘树脂或其他增粘树脂。具备该材质的胶膜层能够很好的粘接在隔离膜本体表面，满足粘性好的特点，且胶膜层还具备耐电解液腐蚀性强的特点，其还能够在电芯结构中稳定存在，比如，胶膜层在热压后，不会自隔离膜本体的侧边溢到极片主体位置，又比如电芯在测试或使用过程中会发生膨胀，胶膜层能够满足膨胀中的机械拉伸。

本申请在一些实施例中公开了胶膜层的厚度，本申请在这些实施例中不考虑叠片电芯制备工艺对胶膜层厚度的影响，故胶膜层的厚度不大于负极极片的厚度，具备该厚度的胶膜层既有利于实现将负极极片限制在容纳区的技术目的，还能尽可能降低对叠片电芯制备工艺，以及电芯自身性能的影响，比如，胶膜层不会产生不合理的凸起进而影响电芯主体的应力不集中。

结合图9、图11可知，在本申请的一些实施例中，胶膜层102的厚度为γ，负极极片200的厚度为Z，二者满足：γ≤Z。

本申请在一些实施例中公开了负极极片的厚度为100μm~300μm。在这些实施例中，负极极片的厚度可以是100μm、120μm、150μm、180μm、200μm、220μm、250μm、280μm、300μm中的任一种或满足该范围值中的任一种。

本申请中，胶膜层的厚度、负极极片的厚度为沿坐标轴z方向上的一个端面与相对设置的另一个端面之间的距离，其具体数值可以通过测量获得，比如利用万分尺测量前后的厚度，然后计算差值即可得到，也可以通过利用扫描电子显微镜对极片厚度方向上的切片样本进行拍照，并对扫描电子显微镜获得的图像测量获得。

本申请在一些实施例中还重点探究了胶膜层的厚度γ与负极极片的厚度Z相等或者胶膜层的厚度γ为负极极片的厚度Z的二分之一，本申请在这些实施例中选择该设计方式不仅有利于实现将负极极片限制在容纳区的技术目的，还能简化制备工艺。

本申请在一些实施例中还公开了胶膜层沿第二方向（坐标轴y方向）的宽度值，本申请在这些实施例中不考虑叠片电芯制备工艺对胶膜层宽度的影响。为实现上述胶膜层阻止死锂”或“粉化锂”逸出的目的，与此同时，为降低胶膜层对负极极片的影响，胶膜层沿第二方向（坐标轴y方向）的宽度值符合如下条件：沿第二方向，隔离膜本体的宽度与负极极片的宽度之间具备差值，胶膜层的宽度小于该差值。

本申请在前述中描述了胶膜层可以设置于隔离膜本体沿坐标轴x方向的两侧端，也可以只设置于隔离膜本体沿坐标轴x方向的其中任一侧端。在电芯设计中，隔离膜本体沿坐标轴y方向的宽度值通常大于负极极片沿坐标轴y方向的宽度值以实现隔离膜对极片的包覆。如图14示意，隔离膜本体101沿第二方向（坐标轴y方向）的宽度值为d1，负极极片200沿第二方向（坐标轴y方向）的宽度值为d2，二者之间具备的差值η为d1-d2。胶膜层102的宽度值为Y，满足：Y＜1/2×η。

本申请在一些实施例中公开了隔离膜本体、负极极片、正极极片的宽度为30mm~60mm之间。在这些实施例中，具体宽度值可以是30mm、32mm、35mm、37mm、40mm、42mm、45mm、48mm、50mm、52mm、55mm、58mm、60mm中的任一种或满足该范围值中的任一种。

本申请在一些实施例中公开了隔离膜本体为Z字形堆叠，故其具体长度不作具体介绍，负极极片与正极极片为片状，其长度值比宽度值大，具体的数值范围包含45mm~65mm之间。在这些实施例中，具体长度值可以是45mm、48mm、50mm、52mm、55mm、58mm、60mm、62mm、65mm中的任一种或满足该范围值中的任一种。

本申请中，隔离膜本体、负极极片、胶膜层沿坐标轴y方向的宽度为沿坐标轴y方向上的一个端面与相对设置的另一个端面之间的距离，其具体数值也可以通过测量获得，比如利用游标卡尺测量前后的厚度，然后计算差值即可得到。

本申请在制备叠片电芯过程要热压层叠在一起的隔离膜、负极极片及正极极片，为减少胶膜层受到热压后溢出至极片主体上，本申请选择控制胶膜层的宽度值Y，满足：Y＜1/2×η。

本申请还在一些实施例中选择控制胶膜层的宽度值Y满足：Y≤5/6×1/2×η，具备该宽度值的胶膜层方便较大程度的减少胶膜层受到热压后溢出至极片主体的概率。

本申请在一些实施例中公开了胶膜层沿坐标轴x方向的长度大于负极极片的长度。本申请在这些实施例中对胶膜层的具体长度不作详细描述，具备该长度的胶膜层更有利于将负极极片限制在容纳区内部。

本申请中，胶膜层、负极极片沿坐标轴x方向的长度可以通过测量获得，比如采用游标卡尺直接测得。

在本申请的一些实施例中，叠片电芯的负极极片为负极集流体或者负极极片包含负极集流体及位于负极集流体至少一个侧面的锂金属或锂合金。本申请在这些实施例中探究了在隔离膜本体上设置胶膜层，该胶膜层围合形成容纳区，该容纳区将负极极片限制在其内部，通过对负极极片容易出现的“死锂”和/或“粉化锂”进行束缚以减少与正极极片直接接触的概率，进而改善二次电池的安全性。比如能够降低锂金属电池在过充时容易引起的起火，甚至是爆炸的概率。

在本申请的一些实施例中，叠片电芯的负极极片包含负极集流体及位于负极集流体至少一个侧面的负极膜层。本申请在这些实施例中探究了在隔离膜本体上设置胶膜层，该胶膜层围合形成容纳区，该容纳区将负极极片限制在其内部，通过对负极极片容易出现的“粉化锂”或者是锂枝晶进行束缚以减少与正极极片直接接触的概率，进而降低电池短路的概率。

隔离膜

本申请在一些实施例中公开的隔离膜本体可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。例如，隔离膜的材质可包括但不限于下组中的一种或两种以上的组合：玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜，没有特别限制。在隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同或不同，没有特别限制。

负极极片

根据本申请的一些实施例，负极极片包含负极集流体及位于负极集流体至少一个侧面的负极膜层。负极极片中的负极膜层包含负极活性物质、粘结剂、导电剂及分散剂等，负极活性物质包含碳质材料，碳质材料包含人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭中的一种或两种以上组合。其中，人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭等包含本领域常规的任意形式的材料，且包含了本领域常规的任意厂家与型号。与此同时，负极活性物质也可以包含硅基材料，硅基材料包含硅氧材料或硅碳材料中的一种或两种。除此以外，负极活性物质还可以包含硅-碳复合物、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO₂、TiO₂-Li₄Ti₅O₁₂、Li-Al合金。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作锂离子电池负极活性材料的传统材料。这些负极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。负极极片中的粘结剂、导电剂及分散剂的种类可以与正极极片相同。

根据本申请的一些实施例，负极极片为负极集流体或者负极极片包含负极集流体及位于负极集流体至少一个侧面的锂金属或锂合金，该锂金属的厚度通常比较薄，比如＜25μm。锂合金包含金属锂与锡（Sn），锌（Zn），铝（Al），镁（Mg），银（Ag），金（Au），镓（Ga），铟（In），箔(Pt)、硼（B），碳（C），硅(Si)等中的至少一种形成的合金。

其中，负极集流体可以是金属箔片或复合集流体，金属箔片可以是铜箔片，复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料，如铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等形成在高分子材料基材如聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）等的基材上而形成。

正极极片

本申请中的正极极片包含正极集流体，及设置于正极集流体至少一侧表面的正极膜层，其中，正极膜层中包含正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂等，本申请对正极活性物质的具体种类不作具体限定，比如，正极极片应用于锂离子电池时，正极活性材料包含但不限于LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂(NCM111)、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)、LiNi_0.6CO_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)、LiNi_0.8CO_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)、LiNi_0.85CO_0.15Al_0.05O₂、LiFePO₄(LFP)和LiMnPO₄中的一种或两种以上。正极导电剂包含但不限于石墨、超导碳、炭黑（如乙炔黑、科琴黑、Super P等）、碳点、碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维中的一种或两种以上组合。正极粘结剂包含但不限于聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、含氟丙烯酸酯树脂、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚甲基丙烯酸、羧甲基壳聚糖等中的一种或两种以上组合。本申请中的正极集流体可以是金属箔片或复合集流体，其中，金属箔片可以是铝箔片，复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料，如铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等形成在高分子材料基材如聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）等的基材上而形成。

电解质

根据本申请的一些实施例，电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。本申请对电解质的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。例如，电解质可以是液态的、凝胶态的或全固态的。电解液包括电解质盐和溶剂，电解质盐可选自六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、高氯酸锂(LiClO₄)、六氟砷酸锂(LiAsF₆)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、三氟甲磺酸锂(LiTFS)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟磷酸锂(LiPO₂F₂)、二氟二草酸磷酸锂(LiDFOP)及四氟草酸磷酸锂(LiTFOP)中的一种或几种。电解质盐的浓度通常为0.5mol/L~5mol/L。溶剂可选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙基酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸亚丁酯(BC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)、1,4-丁内酯(GBL)、环丁砜(SF)、二甲砜(MSM)、甲乙砜(EMS)及二乙砜(ESE)中的一种或几种。所述电解液还可选地包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。

二次电池

本申请提供的叠片电芯能够对“死锂”和/或“粉化锂”进行束缚，比如将其限制在负极极片或隔离膜表面，可有效减少“死锂”和/或“粉化锂”与正极极片直接接触的概率。将该叠片电芯制成二次电池。该二次电池可以包括外包装。该外包装可用于封装上述叠片电芯。二次电池的外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。二次电池的外包装也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，作为塑料，可列举出聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等。

本申请对二次电池的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。例如，图15是作为一个示例的方形结构的锂离子电池2000。

根据本申请的一些实施例中，参照图16，外包装可包括壳体2100和盖板2300。其中，壳体2100可包括底板和连接于底板上的侧板，底板和侧板围合形成容纳腔。壳体2100具有与容纳腔连通的开口，盖板2300能够盖设于开口，以封闭容纳腔。正极极片、负极极片和隔离膜可经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件2200。电极组件2200封装于容纳腔内。电解液浸润于电极组件2200中。锂离子电池2000所含电极组件2200的数量可以为一个或多个，本领域技术人员可根据具体实际需求进行选择。

用电装置

根据本申请的一些实施例中，二次电池用于用电装置中。该二次电池可以应用但不限于车辆、船舶或飞行器等用电装置中；进一步的将该用电装置应用于电源系统中，以实现改善安全性的技术目的。

本申请实施例提供了一种使用二次电池作为电源的用电装置。用电装置可以包括但不限于手机、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。

选择隔离膜

聚丙烯材质的隔离膜本体，该隔离膜本体沿坐标轴y方向的宽度为47mm，厚度为10~100μm之间。

在隔离膜本体上贴覆形成有胶膜层，胶膜层沿隔离膜本体的第一方向（坐标轴x方向）分布在侧面的任一端。

选择负极极片

长×宽×厚为51mm×41mm×150μm的铜箔。

选择正极极片

将NCM811、粘结剂聚偏氟乙烯、导电剂超导碳、分散剂羧甲基纤维素按照质量比97：2：0.8：0.2混合，加入溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP），在真空搅拌机作用搅拌至稳定均一，获得正极浆料，将正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔上，涂布重量为0.275g/1540mm²，经干燥、冷压、分切后，得到常规正极极片，该正极极片的长×宽为50mm×40mm。

制备叠片电芯

将上述隔离膜、负极极片、正极极片进行层层堆叠，其中负极为11层，正极为10层，隔离膜为Z字形堆叠，向叠片电芯中注入体积比5:5的碳酸乙烯酯与碳酸甲乙酯。

（1）探究叠片电芯是否合格

实施例1至实施例6、对比例1公开了不同厚度的胶膜层沿隔离膜本体的第一方向（坐标轴x方向）分布在侧面的任一端（连续状设置）。对比例2公开了在隔离膜本体沿第一方向（坐标轴x方向）分布的侧面上间断式的设置胶膜层。

对比例3公开了不设置胶膜层。

本申请进一步探究在电芯热压后进行循环测试的结果。

测试方法：对各叠片电芯在70℃下热压60s，然后以0.5C的电流进行恒流充电至电压U1，在U1恒压充电至0.05C，静置10min；以0.5C的电流恒流放电至电压U2，静置10min；

重复上面步骤100圈后，进行电芯拆解；

对未到达100圈的电芯也进行标记；

拆分开正负极极片后，观察负极极片与隔离膜之间的overhang处是否有明显粉化锂的外溢现象。其中，这里的overhang是指隔离膜在坐标轴x方向和坐标轴y方向多出负极极片以外的部分。

判定标准：

合格：电池循环过程中无短路过充现象，拆解后，胶膜层结构完整，粉化锂被有效限制在胶膜层围合形成的容纳区内，粉化锂无明显外溢迁移的状态。

不合格：电池提前过充短路或拆解后，胶膜层的结构不完整或有孔隙，或粉化锂有明显外溢迁移，或正极极片能明显观察到粉化锂。

表1 实施例及对比例的参数及性能列表（一）

结合表1可知，对于锂金属电池，如果只在侧面的其中一侧形成胶膜层，且胶膜层无法围合形成容纳区，则仍不能有效阻止粉化锂的外溢，与此同时，如果只在侧面的其中一侧形成胶膜层，但胶膜层仍能围合形成容纳区，则仍能有效阻止粉化锂的外溢。此外，对于间断式分布的胶膜层，即使最终能形成一定的闭合区间，但由于无法做到完全闭合，故仍容易导致锂粉外溢。

此外，由于两侧布置的胶膜层最终均能形成容纳区即实现隔离膜的闭合，故胶膜层的厚度满足不大于负极极片的厚度即可。

（2）探究胶膜层的适宜宽度。

实施例7至11、对比例4公开了胶膜层（厚度为100μm）沿隔离膜本体的第一方向（坐标轴x方向）分布在侧面的两端。进一步探究具备不同宽度的胶膜层，在电芯热压后是否有溢胶情况。

测试方法：对各叠片电芯在70℃下热压60s，拆解电芯观察是否溢胶到极片主体。

其中实施例7至11的参数列表如表2示意，隔离膜本体与负极极片在宽度方向的差值为（47mm-41mm）=6mm。胶膜层的宽度＜3mm。

表2 实施例及对比例的参数及性能列表（二）

由表2可知，胶膜层沿隔离膜本体的第一方向（坐标轴x方向）分布在侧面的两端，故能实现隔离膜的良好闭合，且对于隔离膜本体与负极极片在宽度方向的差值为6mm时，单侧胶膜层的宽度≤2.5mm时可以有效减少热压后的溢胶问题，故本申请选择控制胶膜层的宽度值Y满足：Y≤5/6×1/2×η，具备该宽度值的胶膜层方便较大程度的减少胶膜层受到热压后溢出至极片主体的概率，即降低了胶膜层对负极极片的影响。

本申请进一步的按照上述循环测试方法对各实施例及对比例的电芯进行测试，结果如表3示意；

表3 实施例及对比例的性能列表（三）

结合表3可知，即使胶膜层有少量部分的不完整，对电池的循环过程影响也有限。

综上所述，本申请以锂金属电池为例，探究了在隔离膜本体上设置胶膜层，该胶膜层围合形成容纳区，该容纳区将负极极片限制在其内部，通过对负极极片容易出现的“死锂”和/或“粉化锂”进行束缚以减少与正极极片直接接触的概率，进而改善了二次电池的安全性。

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 (10)

1.一种叠片电芯，其特征在于，包括：

正极极片；

负极极片；

隔离膜：包含隔离膜本体，所述隔离膜本体包含朝向所述负极极片的侧面，所述侧面具备侧边，至少部分所述侧边上设有胶膜层；所述胶膜层沿所述隔离膜本体所在平面的第一方向和/或第二方向设置以形成容纳区，所述负极极片位于所述容纳区内；

所述第一方向与所述第二方向不同。

2.根据权利要求1所述的叠片电芯，其特征在于，沿所述第二方向，所述隔离膜本体的宽度与所述负极极片的宽度之间具备差值，所述胶膜层的宽度小于所述差值。

3.根据权利要求2所述的叠片电芯，其特征在于，所述差值为η，所述胶膜层的宽度为Y，满足：Y＜1/2×η。

4.根据权利要求3所述的叠片电芯，其特征在于，满足：Y≤5/6×1/2×η。

5.根据权利要求1~4中任一项所述的叠片电芯，其特征在于，沿所述第一方向，所述胶膜层的长度大于所述负极极片的长度。

6.根据权利要求1~4中任一项所述的叠片电芯，其特征在于，所述胶膜层的厚度不大于所述负极极片的厚度。

7.根据权利要求1~4中任一项所述的叠片电芯，其特征在于，所述侧面包含相对设置的第一侧面、第二侧面，所述第一侧面与所述第二侧面设于所述隔离膜两端；

所述第一侧面的部分侧边设有第一胶膜层；

所述第二侧面的部分侧边设有第二胶膜层；

所述第一胶膜层平行于所述第二胶膜层。

8.根据权利要求7所述的叠片电芯，其特征在于，所述第一胶膜层与所述第二胶膜层在所述电芯中设置以形成所述容纳区。

9.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求1~8中任一项所述的叠片电芯。

10.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求1~8中任一项所述的叠片电芯或权利要求9所述的二次电池。