CN220710346U - 电极组件、电池单体、电池及用电设备 - Google Patents

电极组件、电池单体、电池及用电设备 Download PDF

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CN220710346U CN202420057217.5U CN202420057217U CN220710346U CN 220710346 U CN220710346 U CN 220710346U CN 202420057217 U CN202420057217 U CN 202420057217U CN 220710346 U CN220710346 U CN 220710346U
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张乐
刘强
孙宇
秦鹏程
李白清
金海族
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Abstract

本申请公开了一种电极组件、电池单体、电池及用电设备。电极组件为叠片式结构,电极组件包括极性相反的第一极片和第二极片,第一极片包括第一集流体、第一极耳和第一活性物质层。第一极耳连接于第一集流体在第一方向上的一端;第一活性物质层设置于第一集流体在厚度方向上的表面;其中,第一活性物质层包括第一主体区和第一减薄区,第一减薄区设置于第一主体区在第二方向上的至少一侧,第二方向与第一方向垂直。能够有效提高使用该电极组件的电池单体的可靠性。

Description

电极组件、电池单体、电池及用电设备
技术领域
本申请涉及电池领域,具体而言,涉及一种电极组件、电池单体、电池及用电设备。
背景技术
随着新能源技术的发展,电池的应用越来越广泛,电池具有较高的能量密度、较高的安全性、长使用寿命以及对社会环境的绿色环保性,已经被广泛应用于乘用车、商用车、电动自行车、重卡、储能设施、换电站、工程制造、智能器械等方面,同时也推动通信端、医疗器械、能源开发等方面技术开发及研究。
电池技术的发展中,如何提高电池单体的可靠性是亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本申请实施例提供一种电极组件、电池单体、电池及用电设备,能够有效提高使用该电极组件的电池单体的可靠性。
第一方面,本申请实施例提供一种电极组件,所述电极组件为叠片式结构,所述电极组件包括极性相反的第一极片和第二极片,所述第一极片包括第一集流体、第一极耳和第一活性物质层;第一极耳连接于所述第一集流体在第一方向上的一端;第一活性物质层设置于所述第一集流体在厚度方向上的表面;其中,所述第一活性物质层包括第一主体区和第一减薄区,所述第一减薄区设置于所述第一主体区在第二方向上的至少一侧,所述第二方向与所述第一方向垂直。
上述技术方案中,第一减薄区设置于第一极片的非极耳侧,第一减薄区能够减小在非极耳侧的空间占用,以在第一减薄区所在的区域形成微排气通道,从而加速电极组件内部产生的气体进入第一减薄区所对应的微排气通道,或从微排气通道排出电极组件,及时缓解了电极组件内部的压力,缓解了电极组件产气局部压力增加引起电池单体爆炸的风险,提高了电池单体的可靠性。
在一些实施例中,沿所述第二方向且背离所述第一主体区的方向,所述第一减薄区的厚度逐渐减小。
上述技术方案中,第一减薄区的厚度逐渐减小,使得沿第二方向且背离第一主体区的方向,第一减薄区对应的微排气通道逐渐扩大,利于提高排气效果,提高使用该电极组件的电池单体的可靠性。
在一些实施例中,沿所述第二方向,所述第一减薄区的宽度为W1,满足,2mm≤W1≤20mm。
上述技术方案中,第一减薄区的宽度在2mm至20mm之间,第一减薄区对应的位置能够形成微排气通道,同时对电池组件的能量密度影响较小,电极组件综合性能更优。
在一些实施例中,8mm≤W1≤15mm。
上述技术方案中,第一减薄区的宽度在8mm至15mm之间,能够进一步提高电极组件的综合性能,使用该电极组件的电池单体能量密度更高、可靠性更高。
在一些实施例中,所述第一活性物质层包括两个所述第一减薄区,两个所述第一减薄区分别设置于所述第一主体区在第二方向上的两侧。
上述技术方案中,沿第二方向,第一活性物质层的两端均设置有第一减薄区,从而,第一活性物质层的两端设有第一减薄区的位置均对应形成有微排气通道。利于在两端非极耳侧减小气体的排放路径,进一步加速气体排出电极组件,加速缓解电极组件内部的压力,进一步降低电池单体爆炸的风险,提高电池单体的可靠性。
在一些实施例中,所述第二极片包括第二集流体、第二极耳和第二活性物质层;第二极耳连接于所述第二集流体在所述第一方向上的一端;第二活性物质层设置于所述第二集流体在厚度方向上的表面;其中,所述第二活性物质层包括第二主体区和第二减薄区,所述第二减薄区设置于所述第二主体区在所述第二方向上的至少一侧。
上述技术方案中,该结构的第二极片,第二减薄区设置于第二极片的非极耳侧,第二减薄区能够减小在非极耳侧的空间占用,以形成微排气通道,从而加速电极组件内部产生的气体进入第二减薄区所对应的微排气通道,或从微排气通道排出电极组件,及时缓解了电极组件内部的压力,缓解了电极组件产气局部压力增加引起电池单体爆炸的风险,进一步提高了电池单体的可靠性。
在一些实施例中,所述第一极片为正极极片,所述第二极片为负极极片;沿第三方向,所述第二减薄区的投影与所述第一主体区的投影不重叠,所述第三方向为所述第一极片和所述第二极片的层叠方向,所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。
上述技术方案中,第一极片为正极极片,第二极片为负极极片,沿第三方向,第二减薄区的投影与第一主体区的投影不重叠。如此布置,能够缓解因设置第二减薄区引起的析锂问题,提高电池单体的可靠性。
第二方面,本申请提供一种电极组件,所述电极组件为叠片式结构,所述电极组件包括极性相反的第一极片和第二极片,所述第一极片包括第一集流体、第一极耳和第一活性物质层;第一极耳连接于所述第一集流体在第一方向上的一端;第一活性物质层设置于所述第一集流体在厚度方向上的表面;其中,所述第一活性物质层在第二方向上的至少一个边缘区设置有第一凹槽,所述第二方向与所述第一方向垂直。
上述技术方案中,第一凹槽设置于第一极片的非极耳侧,第一凹槽能够形成微排气通道,从而加速电极组件内部产生的气体进入第一凹槽,或从第一凹槽排出电极组件,及时缓解电极组件内部的压力,缓解电极组件产气局部压力增加引起电池单体爆炸的风险,提高电池单体的可靠性。
在一些实施例中,所述第一活性物质层具有在所述第一方向上的第一边缘,所述第一凹槽沿所述第一方向延伸至所述第一边缘;或,所述第一活性物质层具有在所述第二方向上的第二边缘,所述第一凹槽沿所述第二方向延伸至所述第二边缘。
上述技术方案中,第一凹槽延伸至第一边缘或第二边缘,以使电极组件内部产生的气体通过第一凹槽形成的微排气通道往第一边缘或第二边缘扩散,进一步提高了微排气通道对电极组件内部压力的缓解效果,提高了电池单体的可靠性。
在一些实施例中,所述第一凹槽的宽度为W2,满足,0mm<W2≤2mm。
上述技术方案中,第一凹槽的宽度大于0mm且小于等于2mm,优化了第一凹槽的宽度,有利于第一凹槽容纳气体或将气体排出电极组件,且能降低设置第一凹槽对电极组件能量密度的影响。
在一些实施例中,沿第三方向,所述第一凹槽的槽深不超过所述第一活性物质层的厚度的30%,所述第三方向为所述第一极片和所述第二极片的层叠方向,所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。
上述技术方案中,第一凹槽的槽深不超过第一活性物质层的厚度的30%,有利于第一凹槽容纳气体或将气体排出电极组件,且能够降低设置第一凹槽对电极组件能量密度的影响。
在一些实施例中,所述第一活性物质层在所述第二方向上的两个所述边缘区均设置有第一凹槽。
上述技术方案中,第一活性物质层在第二方向上的两个边缘区均设置有第一凹槽,如此布置,第一活性物质层在第二方向上的两个边缘区均有微排气通道,利于在两端非极耳侧减小气体的排放路径,进一步加速气体排出电极组件,加速缓解电极组件内部的压力,进一步降低电池单体爆炸的风险,提高电池单体的可靠性。
在一些实施例中,所述第二极片包括第二集流体、第二极耳和第二活性物质层;第二极耳连接于所述第二集流体在所述第一方向上的一端;第二活性物质层设置于所述第二集流体在厚度方向上的表面;其中,所述第二活性物质层在所述第二方向上的至少一个边缘区设置有第二凹槽。
上述技术方案中,第二凹槽设置于第二极片的非极耳侧,第二凹槽能够形成微排气通道,从而加速电极组件内部产生的气体进入第二凹槽,或从第二凹槽排出电极组件,进一步缓解电极组件内部的压力,缓解电极组件产气局部压力增加引起电池单体爆炸的风险,提高电池单体的可靠性。
在一些实施例中,所述第一极片为正极极片,所述第二极片为负极极片;沿第三方向,所述第一凹槽的投影覆盖所述第二凹槽的投影,所述第三方向为所述第一极片与所述第二极片的层叠方向,所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。
上述技术方案中,沿第三方向,第一凹槽的投影覆盖第二凹槽的投影,能够缓解第二凹槽引起的析锂问题,提高电极组件的综合性能,提高电池单体的可靠性。
在一些实施例中,沿所述第三方向,所述第一凹槽的槽深与所述第一活性物质层厚度的比值大于所述第二凹槽的槽深与所述第二活性物质层厚度的比值。
上述技术方案中,沿第三方向,第一凹槽的槽深与第一活性物质层厚度的比值大于第二凹槽的槽深与第二活性物质层厚度的比值,进一步优化了第一凹槽与第二凹槽的关系,有利于进一步缓解电极组件析锂问题,提高电池单体的可靠性。
第三方面,本申请提供一种电极组件,所述电极组件为叠片式结构,所述电极组件包括极性相反的第一极片和第二极片,所述第一极片包括第一集流体、第一极耳和第一活性物质层;第一极耳连接于所述第一集流体在第一方向上的一端;第一活性物质层设置于所述第一集流体在厚度方向上的表面;其中,所述第一集流体在第二方向上的至少一个边缘部设置有第一通孔,所述第一活性物质层覆盖所述第一通孔,所述第二方向与所述第一方向垂直。
上述技术方案中,第一通孔设置于第一极片的非极耳侧,第一通孔能够形成微排气通道,既能减小气体沿非极耳侧的排放路径,加速电极组件内的气体排出电极组件;又能够容纳气体或允许气体通过,及时缓解电极组件内部产气引起的局部压力升高的问题,提高电池单体的可靠性。
在一些实施例中,所述第一通孔的面积为S,满足,0.01mm2≤S≤0.1mm2
上述技术方案中,优化第一通孔的面积在0.01mm2至0.1mm2,既有利于电极组件内部的气体进入第一通孔,缓解电极组件内部的压力,又能降低第一通孔对第一活性物质层涂覆的影响,降低第一活性物质层的涂覆难度。
在一些实施例中,所述边缘部沿所述第二方向的尺寸为L,满足,1mm<L≤25mm。
上述技术方案中,优化边缘部的沿第二方向的尺寸在1mm至25mm之间,既有利于第一通孔形成的微排气通道缓解电极组件内部的压力,又能降低设置第一通孔对第一集流体结构强度的影响。
在一些实施例中,5mm≤L≤20mm。
上述技术方案中,进一步优化了边缘部沿第二方向的尺寸能够获得综合性能更优的电极组件。
在一些实施例中,沿所述第一方向,所述第一极耳的投影与所述边缘部的投影不重叠。
上述技术方案中,沿第一方向,第一极耳的投影与边缘部的投影不重叠,能够降低第一通孔对第一集流体结构强度的影响,且有利于降低第一集流体的制备难度。
在一些实施例中,所述第一集流体在第二方向上的两个所述边缘部均设置有所述第一通孔。
上述技术方案中,从而第一集流体的非极耳侧的两侧均形成有微排气通道,能够进一步缩短电极组件内部的气体从非极耳侧的排放路径,进一步加速气体排出电极组件,加速缓解电极组件内部的压力,进一步降低电池单体爆炸的风险,提高电池单体的可靠性。
在一些实施例中,所述第二极片包括第二集流体、第二极耳和第二活性物质层;第二极耳连接于所述第二集流体在第一方向上的一端;第二活性物质层,设置于所述第二集流体在厚度方向上的表面;其中,所述第二集流体在所述第二方向上的至少一个边缘部设置有第二通孔,所述第二活性物质层覆盖所述第二通孔。
上述技术方案中,第二通孔设置于第二极片的非极耳侧,第二通孔也能够形成微排气通道,进一步既能减小气体沿非极耳侧的排放路径,加速电极组件内的气体排出电极组件;又能够容纳气体或允许气体通过,及时缓解电极组件内部产气引起的局部压力升高的问题,提高电池单体的可靠性。
第四方面,本申请实施例提供一种电池单体,电池单体包括外壳和上述的电极组件,所述电极组件设置于所述外壳内。
在一些实施例中,所述外壳包括沿所述第二方向相对设置的两个第一壁,所述电池单体还包括泄压机构,所述泄压机构设置于至少一个所述第一壁。
上述技术方案中,外壳包括沿第二方向相对设置的两个第一壁,泄压机构设置于至少一个第一壁,有利于从非极耳侧将电池单体的排放物排出。
在一些实施例中,所述第二极片包括第二集流体和第二极耳,所述第二极耳设置于所述第二集流体在所述第一方向上的一端;所述第一极耳和所述第二极耳分别位于所述电极组件沿所述第一方向的两端。
上述技术方案中,第一极耳与第二极耳异侧,便于从电池单体在第一方向的两侧将电流引出。
在一些实施例中,所述外壳包括壳体、第一端盖和第二端盖,所述壳体具有沿所述第一方向相对设置的第一开口和第二开口,所述第一端盖盖设于所述第一开口,所述第二端盖盖设于所述第二开口;所述电池单体还包括第一电极端子和第二电极端子,所述第一电极端子设置于所述第一端盖且与所述第一极耳电连接,所述第二电极端子设置于所述第二端盖且与所述第二极耳电连接。
上述技术方案中,第一电极端子与第二电极端子异侧,便于从电池单体在第一方向的两侧将电流引出。
第五方面,本申请实施例提供一种电池,电池包括第四方面任一实施例提供的电池单体。
第六方面,本申请实施例提供一种用电设备,用电设备包括第四方面任一实施例提供的电池单体或第五方面实施例提供的电池,所述电池单体或所述电池用于为所述用电设备供电。
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的车辆的结构示意图;
图2为本申请一些实施例的电池的分解示意图;
图3为本申请一些实施例的电池单体的分解示意图;
图4为本申请一些实施例的电池单体的内部结构示意图;
图5为本申请一些实施例的电极组件的结构意图;
图6为本申请一些实施例的第一极片的结构示意图;
图7为图6沿A-A的剖视图;
图8为本申请一些实施例的第二极片的结构示意图;
图9为图8沿B-B的剖视图;
图10为图5中A部的放大图;
图11为本申请另一些实施例的电极组件的结构意图;
图12为本申请另一些实施例的第一极片的结构示意图;
图13为图12沿C-C的剖视图;
图14为本申请再一些实施例的第一极片的结构示意图;
图15为本申请再一些实施例的第二极片的结构示意图;
图16为图15沿D-D的剖视图;
图17为图11中B部的放大图;
图18为本申请又一些实施例的电极组件的结构意图;
图19为本申请又一些实施例的第一极片的结构示意图;
图20为图19沿E-E的剖视图;
图21为本申请一些实施例的第一集流体的结构示意图;
图22为第一通孔的形状为圆形的结构示意图;
图23为第一通孔的形状为梯形的结构示意图;
图24为第一通孔的形状为矩形的结构示意图;
图25为第一通孔的形状为菱形的结构示意图;
图26为本申请又一些实施例的第二极片的结构示意图;
图27为图26沿F-F的剖视图;
图28为本申请一些实施例的第二集流体的结构示意图。
图标:1-电极组件;110-第一极片;111-第一集流体;1111-第一极耳;1112-通孔;112-第一活性物质层;1121-第一主体区;1122-第一减薄区;1123-第一凹槽;1124-第一边缘;1125-第二边缘;120-第二极片;121-第二集流体;1211-第二极耳;1212-第二通;122-第二活性物质层;1221-第二主体区;1222-第二减薄区;10-电池单体;2-端盖;2a-第一端盖;2b-第二端盖;3-壳体;31-第一开口;32-第二开口;33-第一壁;4-电极端子;4a-第一电极端子;4b-第二电极端子;5-泄压机构;20-箱体;21-第一部分;22-第二部分;23-容纳空间;1000-车辆;100-电池;200-马达;300-控制器;X-第一方向;Y-第二方向;Z-第三方向。
各附图未按实际比例绘制。
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。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有说明,“多个”的含义是两个以上;术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述,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的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直,而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行,而是在误差允许范围之内。
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,电池单体可以包括但不限于锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等。电池单体包括但不限于扁平体、长方体或其它形状等。
电池单体包括电极组件和电解液,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,金属离子(例如锂离子)在正极和负极之间往返嵌入和脱出。隔离膜设置在正极和负极之间,可以起到防止正极极片和负极极片短路的作用,同时可以使活性离子通过。
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凸出于已涂覆正极活性物质层的正极集流体,未涂敷正极活性物质层的正极集流体作为正极极耳。
以锂离子电池为例,正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如,作为金属箔片,可以采用表面镀银处理的铝、表面镀银处理的不锈钢、不锈钢、铜、铝、镍、炭精电极、碳、镍或钛等。复合集流体可包括高分子材料基层和金属层。复合集流体可通过将金属材料(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、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚乙烯等的基材)上而形成。
负极极片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凸出于已涂覆负极活性物质层的负极集流体,未涂敷负极活性物质层的负极集流体作为负极极耳。
负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如,作为金属箔片,可以采用表面镀银处理的铝、表面镀银处理的不锈钢、不锈钢、铜、铝、镍、炭精电极、用碳、镍或钛等。负极活性物质可以为碳或硅等。
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PP(polypropylene,聚丙烯)或PE(polyethylene,聚乙烯)等。
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的箱体。箱体可以降低液体或其他异物对电池单体的充电或放电的影响。
在一些实施例中,电池可以为电池模块,电池单体有多个时,多个电池单体排列并固定形成一个电池模块。
在一些实施例中,电池可以为电池包,电池包包括箱体和电池单体,电池单体或电池模块容纳于箱体中。
在一些实施例中,可以首先将多个电池单体(cell)先整合为至少一个电池模组(module),然后将电池模组安装于箱体中,形成电池包(pack)形态。在该实施方式中,电池模组之间还可以设置有横梁等辅助结构件,以提高电池模组在箱体中的安装稳定性。
在一些实施例中,箱体可以作为车辆的底盘结构的一部分。例如,箱体的部分可以成为车辆的地板的至少一部分,或者,箱体的部分可以成为车辆的横梁和纵梁的至少一部分。
在一些实施例中,电池可以为储能装置。储能装置包括储能集装箱、储能电柜等。
电池技术的发展要同时考虑多方面的设计因素,例如,能量密度、循环寿命、放电容量、充放电倍率等性能参数,另外,还需要考虑电池单体的可靠性。
电池单体循环充放电过程中电池单体内部会产气使得电池单体膨胀甚至爆炸,电池单体膨胀的原因即有电解液产气,也有电极组件内部产气。当电极组件内部产气未及时排出电极组件时,局部压力未得到释放会引起电池单体爆炸。
电池单体根据布置方式包括直立和平躺。通常,电极端子朝上,称为直立,电极端子朝向侧面(极耳也在侧面)称为平躺。平躺式结构的电池单体适用于竖直方向空间有限的安装环境中。
在叠片式结构电池单体中,其电极组件由多个极片层叠设置而成。靠近极耳的一侧由于极耳与电池单体的外壳存在间隙,电池组件中的气体可以从该侧排出电极组件,或者进一步排出电池单体。但非极耳侧(未设置极耳的一侧)与电池单体的外壳之间缺少足够的间隙,气体难以从极耳侧排出。
尤其是在平躺布置的电池单体中,由于其侧方的尺寸大于竖直方向的尺寸,电极组件中部到极耳侧的距离远大于电极组件中部距离到顶部或底部的距离。气体从中部到极耳侧排出电极组件,排放路径较长,而从顶部或底部(顶部和底部为非极耳侧)又难以排出电极组件。导致电极组件内部产生的气体无法及时排放,电极组件内部的压力无法及时得到释放,加剧电池单体爆炸。
鉴于此,为了解决电极组件内部产生的气体无法及时排放,电极组件内部的压力无法及时得到释放的问题,本申请实施例提供了一种技术方案,考虑在电极组件的非极耳侧形成微排气通道,使得电极组件内部产生的气体能够及时从非极耳侧排出电极组件,缓解电极组件内部的压力,提高电池的可靠性。
本申请实施例公开的技术方案适用于但不限于电池以及使用电池的用电设备。
用电设备可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。车辆可以是燃油汽车、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;航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等;电动玩具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;电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具,例如,电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。
以下实施例为了方便说明,以用电设备为车辆为例进行说明。
请参照图1,图1为本申请一些实施例的车辆1000的结构示意图,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300和马达200,控制器300用来控制电池100为马达200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。
在一些实施例中,请参照图2,图2为本申请一些实施例的电池100的分解示意图,电池100包括多个电池单体10。多个电池单体10之间可串联或并联或混联。其中,混联是指多个电池单体10中既有串联又有并联。
在一些实施例中,电池100还可以包括汇流部件(图未示出),多个电池单体10之间可通过汇流部件实现电连接,以实现多个电池单体10的串联或并联或混联。
汇流部件可以是金属导体,比如,铜、铁、铝、钢、铝合金等。
在一些实施例中,电池100还可以包括箱体20,箱体20用于容纳电池单体10。箱体20可以包括第一部分21和第二部分22,第一部分21与第二部分22相互盖合,以限定出用于容纳电池单体10的容纳空间23。当然,第一部分21与第二部分22的连接处可通过密封元件(图未示出)来实现密封,密封元件可以是密封圈、密封胶等。
其中,第一部分21和第二部分22可以是多种形状,比如,长方体、圆柱体等。第一部分21可以是一侧开放的空心结构,第二部分22也可以是一侧开放的空心结构,第二部分22的开放侧盖合于第一部分21的开放侧,则形成具有容纳空间23的箱体20。当然,也可以是第一部分21为一侧开放的空心结构,第二部分22为板状结构,第二部分22盖合于第一部分21的开放侧,则形成具有容纳空间23的箱体20。
请参照图3和图4,图3为本申请一些实施例的电池单体10的分解示意图,图4为本申请一些实施例的电池单体10内部结构示意图。电池单体10可以包括壳体3、电极组件1、端盖2、电极端子4和其他功能性部件。
壳体3是用于容纳电极组件1的部件,壳体3可以是一端形成开口的空心结构,壳体3也可以是两端开口的空心结构(如图3所示)。壳体3的材质可以是多种,比如,铜、铁、铝、钢、铝合金等。壳体3可以是多种形状。示例性的,在图3中,壳体3为长方体。
端盖2是盖合于壳体3的开口以将电池单体10的内部环境与外部环境隔绝的部件。端盖2盖合于壳体3的开口,端盖2与壳体3共同限定出用于容纳电极组件1、电解液以及其他功能性部件的密封空间。即,端盖和壳体3配合形成单体的外壳。端盖2的形状可以与壳体3的形状相适配,比如,壳体3为长方体结构,端盖2为与壳体3相适配的矩形板状结构,端盖2的材质也可以是多种,示例性的,端盖2可以是金属材质,比如,铜、铁、铝、钢、铝合金等。端盖2的材质与壳体3的材质可以相同,也可以不同。
在电池单体10中,端盖2可以是一个,也可以是两个。若壳体3为一端形成开口的空心结构,端盖2则对应设置一个;若壳体3为两端形成开口的空心结构,端盖2则对应设置两个,两个端盖2分别盖合于壳体3的两个开口。示例性地,在图4中,壳体3为两端形成开口的空心结构,端盖2则应设置有两个,分别为第一端盖2a和第二端盖2b,第一端盖2a设置有第一电极端子4a,第二端盖2b设置有第二电极端子4b,第一电极端子4a与第二电极端子4b连接。
本申请实施例提供一种电极组件1,其能够缓解电极组件1排气的问题,有效提高电池单体10的可靠性,以下结合附图对电极组件1的具体结构进行详细阐述。
本申请实施例提供一种电极组件1,电极组件1为叠片式结构,电极组件1包括极性相反的第一极片110和第二极片120。
可以是第一极片110为正极极片也可以是第一极片110为正极极片,若第一极片110为正极极片,则第二极片120为负极极片;若第一极片110为负极极片,则第二极片120为正极极片。为了便于描述,后文实施例以第一极片110为正极极片,第二极片120为负极极片为例进行介绍。
在一些实施例中,第一极片110和第二极片120之间还设置有隔膜(图中未示出)。
图5为本申请一些实施例的电极组件1的结构意图;图6为本申请一些实施例的第一极片110的结构示意图;图7为图6沿A-A的剖视图;图8为本申请一些实施例的第二极片120的结构示意图;图9为图8沿B-B的剖视图;图10为图5中A部的放大图。
参照图5至图9,在一些实施例中,本申请实施例提供一种电极组件1,电极组件1为叠片式结构,电极组件1包括极性相反的第一极片110和第二极片120,第一极片110包括第一集流体111、第一极耳1111和第一活性物质层112。第一极耳1111连接于第一集流体111在第一方向X上的一端;第一活性物质层112设置于第一集流体111在厚度方向Z上的表面。
其中,第一活性物质层112包括第一主体区1121和第一减薄区1122,第一减薄区1122设置于第一主体区1121在第二方向Y上的至少一侧,第二方向Y与第一方向X垂直。
第一极耳1111连接于第一集流体111,第一极耳1111可以与第一极片110一体成型,也可以与第一极片110分体制造再通过焊接等方式连接。作为具体的示例,第一极耳1111与第一极片110一体成型,以提高生产效率。
第一极耳1111连接于第一集流体111在第一方向X上的一端,可理解地,第一极耳1111设置于第一集流体111在第一方向X上的一侧。示例性的,在图6中,第一极耳1111设置于第一集流体111的左侧。
第一活性物质层112设置于第一集流体111在厚度方向Z上的表面,可理解地,第一集流体111具有沿厚度方向Z的两个表面,可以是两个表面均设置第一活性物质层112,即双侧设置活性物质层;也可以是其中一个表面设置第一活性物质层112,另一个表面做绝缘处理,即单侧设置活性物质层,例如,未设置活性物质层的表面设置绝缘膜。示例性地,在图5和图7中,第一集流体111厚度方向Z上的两个表面均设置有第一活性物质层112。
第一活性物质层112包括第一主体区1121和第一减薄区1122,应理解,第一减薄区1122的厚度不超过第一主体区1121,且相比第一主体区1121,第一减薄区1122的局部厚度更薄或整体厚度更薄。沿背离第一主体区1121的方向,第一减薄区1122的厚度可以是逐步减小,也可以是阶梯递减,当然还可以是第一减薄区1122各处厚度均等,但第一减薄区1122的厚度小于第一主体区1121。示例性地,在图5和图7中,沿背离第一主体区1121的方向,第一减薄区1122的厚度逐步减小。
需要说明的是,相比未设置第一减薄区1122的第一活性物质层112,设置第一减薄区1122,能够减小在该侧的空间占用,以形成微排气通道。
第一减薄区1122设置于第一主体区1121在第二方向Y上的至少一侧,可理解地,第一减薄区1122设置于第一活性物质层112的边缘区,相比第一主体区1121,设置有第一减薄区1122的一侧,第一减薄区1122所在的区域更靠近外壳的壁部。
第一减薄区1122设置于第一主体区1121在第二方向Y上的至少一侧,沿第二方向Y,第一主体区1121的两侧可以均设置第一减薄区1122,即,沿第二方向Y,第一活性物质层112双侧减薄;也可以是第一主体区1121沿第二方向Y的一侧设置第一减薄区1122,而沿第二方向Y的另一侧不设置第一减薄区1122,即,沿第二方向Y,第一活性物质层112单侧减薄。
若第一集流体111厚度方向Z的一侧设置第一活性物质层112,则可以第一主体区1121沿第二方向Y的一侧设置第一减薄区1122,也可以第一主体区1121沿第二方向Y的两侧均设置第一减薄区1122。若第一集流体111厚度方向Z的两侧均设置第一活性物质层112,则两侧的第一活性物质层112可以在第二方向Y上同侧均设置第一减薄区1122,也可以异侧设置第一减薄区1122,即,一侧的第一活性物质层112在第二方向Y的一侧设置第一减薄区1122,而另一侧的第一活性物质层112在第二方向Y的另一侧设置第一减薄区1122。示例性地,如图5和图7所示,第一集流体111厚度方向Z的两侧均设置第一活性物质层112,每个第一活性物质层112中的第一主体区1121沿第二方向Y的两侧均设置第一减薄区1122。
可以控制第一减薄区1122的涂覆量小于第一主体区1121,从而使得第一减薄区1122的厚度小于第一主体区1121。也可以是整体涂布第一活性物质层112,然对第一活性物质层112在第二方向Y的至少一侧进行削薄,从而形成第一减薄区1122。
需要说明的是,本实施例中,第一极耳1111在第一方向X,第一减薄区1122第二方向Y,即,第一减薄区1122设置于第一极片110的非极耳侧,换言之,第一减薄区1122设置于电极组件1的非极耳侧。
在电池单体10的体积一定的情况下,相比未设置第一减薄区1122的电极组件1,设置第一减薄区1122,能够减小第一活性物质层112在非极耳侧的空间占用,减小占用的区域为微排气通道。微排气通道可以是第一减薄区1122与第二极片120之间的间隙。微排气通道也可以是第一减薄区1122与外壳之间的间隙。微排气通道,一方面,能够减小气体沿非极耳侧的排放路径,加速电极组件1内的气体排出电极组件1;另一方面,能够减小电极组件1在非极耳侧的空间占用,非极耳侧电极组件1与外壳之间间隙增加,有利于气体释放进电极组件1与外壳之间的间隙处。
本实施例中,第一极片110包括第一集流体111和设置于第一集流体111表面的第一活性物质层112,第一极耳1111连接于第一集流体111在第一方向X上的一端;第一活性物质层112包括第一主体区1121和第一减薄区1122,第一减薄区1122设置于第一主体区1121在第二方向Y上的至少一侧。该结构的第一极片110,第一减薄区1122设置于第一极片110的非极耳侧,第一减薄区1122能够减小在非极耳侧的空间占用,以形成微排气通道,从而加速电极组件1内部产生的气体进入第一减薄区1122所对应的微排气通道,或从微排气通道排出电极组件1,及时缓解了电极组件1内部的压力,缓解了电极组件1产气局部压力增加引起电池单体10爆炸的风险,提高了电池单体10的可靠性。
参照图7,在一些实施例中,沿第二方向Y且背离第一主体区1121的方向,第一减薄区1122的厚度逐渐减小。
第一减薄区1122的厚度逐渐减小,使得沿第二方向Y且背离第一主体区1121的方向,第一减薄区1122对应的微排气通道逐渐扩大,提高排气效果,提高使用该电极组件1的电池单体10的可靠性。
参照图7,在一些实施例中,沿第二方向Y,第一减薄区1122的宽度为W1,满足,2mm≤W1≤20mm。
第一减薄区1122的宽度,是指第一减薄区1122在第二方向Y上的尺寸。
示例性的,W1可以为2mm、3mm、5mm、9mm、10mm、13mm、17mm、19mm、20mm等等,应理解,因为无法列举2mm至20mm之间的所有数值,此处列举几个中间值作为举例,可以理解的是这中间的任意数值都可以作为第一减薄区1122的宽度。
第一减薄区1122的宽度在2mm至20mm之间,第一减薄区1122对应的位置能够形成微排气通道,同时对电池100组件的能量密度影响较小,电极组件1综合性能更优。
在一些实施例中,8mm≤W1≤15mm。
示例性的,W1可以为8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm等等,应理解,因为无法列举8mm至15mm之间的所有数值,此处列举几个中间值作为举例,可以理解的是这中间的任意数值都可以作为第一减薄区1122的宽度。
第一减薄区1122的宽度在8mm至15mm之间,能够进一步提高电极组件1的综合性能,使用该电极组件1的电池单体10能量密度更高、可靠性更高。
在一些实施例中,第一活性物质层112包括两个第一减薄区1122,两个第一减薄区1122分别设置于第一主体区1121在第二方向Y上的两侧。
可理解地,沿第二方向Y,第一极片110的两端均为非极耳侧,第一活性物质层112的两端均设置有第一减薄区1122。两个第一减薄区1122分别设置于两个非极耳侧。
本实施例中,沿第二方向Y,第一活性物质层112的两端均设置有第一减薄区1122,从而,第一活性物质层112的两端设有第一减薄区1122的位置均对应形成有微排气通道。利于在两端非极耳侧减小气体的排放路径,进一步加速气体排出电极组件1,加速缓解电极组件1内部的压力,进一步降低电池单体10爆炸的风险,提高电池单体10的可靠性。
参照图8和图9,并结合参照图5和图10,第二极片120包括第二集流体121、第二极耳1211和第二活性物质层122;第二极耳1211连接于第二集流体121在第一方向X上的一端;第二活性物质层122设置于第二集流体121在厚度方向Z上的表面;其中,第二活性物质层122包括第二主体区1221和第二减薄区1222,第二减薄区1222设置于第二主体区1221在第二方向Y上的至少一侧。
第二极耳1211连接于第二集流体121,第二极耳1211可以与第二极片120一体成型,也可以与第二极片120分体制造再通过焊接等方式连接。作为具体的示例,第二极耳1211与第二极片120一体成型,以提高生产效率。
第二极耳1211连接于第二集流体121在第一方向X上的一端,可理解地,第二极耳1211设置于第二集流体121在第一方向X上的一侧。示例性的,在图6中,第二极耳1211设置于第一集流体111的右侧。
其中,沿第一方向X,第一极耳1111与第二极耳1211可以同侧,也可以异侧,示例性地,如图6和图8所示,第一极耳1111与第二极耳1211异侧。
第二活性物质层122设置于第二集流体121在厚度方向Z上的表面,可理解地,第二集流体121具有沿厚度方向Z的两个表面,可以是两个表面均设置第二活性物质层122,即双侧设置活性物质层;也可以是其中二个表面设置第二活性物质层122,另一个表面做绝缘处理,即单侧设置活性物质层,例如,未设置活性物质层的表面设置绝缘膜。示例性地,在图5和图9中,第二集流体121厚度方向Z上的两个表面均设置有第二活性物质层122。
第二活性物质层122包括第二主体区1221和第二减薄区1222,应理解,第二减薄区1222的厚度不超过第二主体区1221,且相比第二主体区1221,第二减薄区1222的局部厚度更薄或整体厚度更薄。沿背离第二主体区1221的方向,第二减薄区1222的厚度可以是逐步减小,也可以是阶梯递减,当然还可以是第二减薄区1222各处厚度均等,但第二减薄区1222的厚度小于第二主体区1221。示例性地,在图5和图9中,沿背离第二主体区1221的方向,第二减薄区1222的厚度逐步减小。
应理解,第二减薄区1222域第一减薄区1122的作用相同,设置第二减薄区1222,也能够减小其对应位置的空间占用,以形成微排气通道。
第二减薄区1222设置于第二主体区1221在第二方向Y上的至少一侧,可理解地,第二减薄区1222设置于第二活性物质层122的边缘区。
第二减薄区1222设置于第二主体区1221在第二方向Y上的至少一侧,沿第二方向Y,第二主体区1221的两侧可以均设置第二减薄区1222,即,沿第二方向Y,第二活性物质层122双侧减薄;也可以是第二主体区1221沿第二方向Y的一侧设置第二减薄区1222,而沿第二方向Y的另一侧不设置第二减薄区1222,即,沿第二方向Y,第二活性物质层122单侧减薄。
若第二集流体121厚度方向Z的一侧设置第二活性物质层122,则可以第二主体区1221沿第二方向Y的一侧设置第二减薄区1222,也可以第二主体区1221沿第二方向Y的两侧均设置第二减薄区1222。若第二集流体121厚度方向Z的两侧均设置第一活性物质层112,则两侧的第二活性物质层122可以在第二方向Y上同侧均设置第二减薄区1222,也可以异侧设置第二减薄区1222,即,一侧的第二活性物质层122在第二方向Y的一侧设置第二减薄区1222,而另一侧的第二活性物质层122在第二方向Y的另一侧设置第二减薄区1222。示例性地,如图5和图9所示,第二集流体121厚度方向Z的两侧均设置第二活性物质层122,且每个第二活性物质层122中的第二主体区1221沿第二方向Y的两侧均设置第二减薄区1222。
可以控制第二减薄区1222的涂覆量小于第二主体区1221,从而使得第二减薄区1222的厚度小于第二主体区1221。也可以是整体涂布第二活性物质层122,然对第二活性物质层122在第二方向Y的至少一侧进行削薄,从而形成第二减薄区1222。
需要说明的是,本实施例中,第二极耳1211在第一方向X,第二减薄区1222在第二方向Y,即,第二减薄区1222设置于第二极片120的非极耳侧,换言之,第二减薄区1222设置于电极组件1的非极耳侧。
可理解地,第一减薄区1122和第二减薄区1222均设置于电极组件1的非极耳侧。需要说明的是,在第二方向Y,第一减薄区1122和第二减薄区1222可以同侧,第一减薄区1122和第二减薄区1222也可以异侧。
设置第二减薄区1222,能够减小第二活性物质层122在非极耳侧的空间占用,减小占用的区域为微排气通道。微排气通道可以是第二减薄区1222与第一极片110之间的间隙。微排气通道也可以是第二减薄区1222与外壳之间的间隙,微排气通道还可以是第一减薄区1122与第二减薄区1222之间的间隙。示例性的,在图10中,第一减薄区1122与第二减薄区1222之间的间隙A为微排气通道。
本实施例中,第二极片120包括第二集流体121和设置于第二集流体121表面的第二活性物质层122,第二极耳1211连接于第二集流体121在第二方向Y上的一端;第二活性物质层122包括第二主体区1221和第二减薄区1222,第二减薄区1222设置于第二主体区1221在第二方向Y上的至少一侧。该结构的第二极片120,第二减薄区1222设置于第二极片120的非极耳侧,第二减薄区1222能够减小在非极耳侧的空间占用,以形成微排气通道,从而加速电极组件1内部产生的气体进入第二减薄区1222所对应的微排气通道,或从微排气通道排出电极组件1,及时缓解了电极组件1内部的压力,缓解了电极组件1产气局部压力增加引起电池单体10爆炸的风险,进一步提高了电池单体10的可靠性。
参照图10,在一些实施例中,第一极片110为正极极片,第二极片120为负极极片;沿第三方向Z,第二减薄区1222的投影与第一主体区1121的投影不重叠,第三方向Z为第一极片110和第二极片120的层叠方向,第一方向X、第二方向Y和第三方向Z两两垂直。
沿第三方向Z,第二减薄区1222的投影与第一主体区1121的投影不重叠,是指沿电极组件1的层叠方向,第二减薄区1222的投影可以与第一减薄区1122的投影部分重叠,或者,第二减薄区1222的投影与第一减薄区1122的投影也不重叠。
可理解地,沿第三方向Z,正极极片设置第一减薄区1122,正极极片减薄不会引起析锂,因此负极极片对应第一减薄区1122的位置可以不设置第二减薄区1222。而负极极片设置第二减薄区1222,负极极片减薄会引起析锂,因此正极极片对应第二减薄区1222的位置需要对应设置第一减薄区1122。当然,负极极片超出正极极片,第二减薄区1222沿第三方向Z的投影与第一减薄区1122沿第三方向Z的投影不重叠以使第二减薄区1222不对应正极极片,如此也能缓解析锂问题。
换言之,沿第三方向Z,第二减薄区1222的投影与第一主体区1121的投影不重叠,即可缓解因设置第二减薄区1222引起的析锂问题。
示例性地,如图10所示,第二减薄区1222和第一减薄区1122同侧且对应设置,沿第三方向Z,第二减薄区1222的投影与第一减薄区1122的投影部分重叠。
可选地,沿第二方向Y,第二极片120超出第一极片110,以缓解电极组件1析锂的问题。
本实施例中,第一极片110为正极极片,第二极片120为负极极片,沿第三方向Z,第二减薄区1222的投影与第一主体区1121的投影不重叠。如此布置,能够缓解因设置第二减薄区1222引起的析锂问题,提高电池单体10的可靠性。
在一些实施例中,第一极片110为正极极片,沿第二方向Y,第一减薄的背离第一主体区1121的边缘的一侧的厚度不低于第一主体区1121厚度的60%;沿第二方向Y,第一减薄中部的厚度不低于第一主体区1121厚度的85%;沿第二方向Y,第一减薄区1122靠近第一主体区1121的一侧的厚度不低于第一主体区1121厚度的90%,其中,第一减薄区1122靠近第一主体区1121的一侧的厚度可以等于第一主体区1121厚度,如此,第一减薄区1122与第一主体区1121靠近的位置不存在台阶。
在一些实施例中,第二极片120为负极极片,沿第二方向Y,第二减薄的背离第二主体区1221的边缘的一侧的厚度不低于第二主体区1221厚度的75%;沿第二方向Y,第二减薄中部的厚度不低于第二主体区1221厚度的90%;沿第二方向Y,第二减薄区1222靠近第额主体区的一侧的厚度不低于第二主体区1221厚度的94%,其中,第二减薄区1222靠近第二主体区1221的一侧的厚度可以等于第二主体区1221厚度,如此,第二减薄区1222与第额主体区靠近的位置不存在台阶。
图5至图10示出了电极组件1的非极耳侧设置第一减薄区1122形成微排气通道,或电极组件1的非极耳侧设置第一减薄区1122和第二减薄区1222形成微排气通道。当然,在其他实施例中,也可以通过设置凹槽来实现微排气通道,下面结合附图对电极组件1设置凹槽形成微排气通道的具体结构进行。
图11为本申请另一些实施例的电极组件1的结构意图;图12为本申请另一些实施例的第一极片110的结构示意图;图13为图12沿C-C的剖视图;图14为本申请再一些实施例的第一极片110的结构示意图;图15为本申请再一些实施例的第二极片120的结构示意图;图16为图15沿D-D的剖视图;图17为图11中B部的放大图。
参照图11至图17,本申请提供一种电极组件1,电极组件1为叠片式结构,电极组件1包括极性相反的第一极片110和第二极片120,第一极片110包括第一集流体111、第一极耳1111和第一活性物质层112;第一极耳1111连接于第一集流体111在第一方向X上的一端;第一活性物质层112设置于第一集流体111在厚度方向Z上的表面。
其中,第一活性物质层112在第二方向Y上的至少一个边缘区设置有第一凹槽1123,第二方向Y与第一方向X垂直。
第一极耳1111连接于第一集流体111,第一极耳1111可以与第一极片110一体成型,也可以与第一极片110分体制造再通过焊接等方式连接。作为具体的示例,第一极耳1111与第一极片110一体成型,以提高生产效率。
第一极耳1111连接于第一集流体111在第一方向X上的一端,可理解地,第一极耳1111设置于第一集流体111在第一方向X上的一侧。示例性的,在图12和图14中,第一极耳1111设置于第一集流体111的左侧。
第一活性物质层112设置于第一集流体111在厚度方向Z上的表面,可理解地,第一集流体111具有沿厚度方向Z的两个表面,可以是两个表面均设置第一活性物质层112,即双侧设置活性物质层;也可以是其中一个表面设置第一活性物质层112,另一个表面做绝缘处理,即单侧设置活性物质层,例如,未设置活性物质层的表面设置绝缘膜。示例性地,在图11和图13中,第一集流体111厚度方向Z上的两个表面均设置有第一活性物质层112。
第一活性物质层112在第二方向Y上的至少一个边缘区设置有第一凹槽1123。其中,边缘区是指第一活性物质层112的边缘区域,在第二方向Y上,第一活性物质层112具有两个边缘区,边缘区也是靠近外壳的区域。
边缘区设置有第一凹槽1123,即,第一凹槽1123设置于第一活性物质层112在第二方向Y上的边缘位置。
第一凹槽1123是在第一活性物质层112的表面设置的凹槽,第一凹槽1123用于形成微排气通道。第一凹槽1123可以构造为矩形槽、U形槽等结构。
可以是在涂布第一活性物质层112的过程中,在第一凹槽1123的位置对应设置凸起的垫片,从而涂布后形成第一凹槽1123。当然,也可以是在第一活性物质层112涂布完成后,在第一活性物质层112的表面局部挖槽加工以形成第一凹槽1123。
示例性地,在图11和图13中,第一集流体111厚度方向Z的两侧均设置第一活性物质层112,沿第二方向Y,第一活性物质层112两个边缘区域均设置有第一凹槽1123。
需要说明的是,本实施例中,第一极耳1111在第一方向X,第一凹槽1123在第二方向Y,即,第一凹槽1123设置于第一极片110的非极耳侧,换言之,第一凹槽1123设置于电极组件1的非极耳侧。
设置第一凹槽1123,第一凹槽1123能够作为微排气通道容纳气体或允许气体通过。如此布置,一方面,能够减小气体沿非极耳侧的排放路径,加速电极组件1内的气体排出电极组件1;另一方面,第一凹槽1123能够容纳气体或允许气体通过,及时缓解电极组件1内部产气引起的局部压力升高的问题,及时缓解电极组件1内部产气引起的局部压力升高的问题。
本实施例中,第一极片110包括第一集流体111和设置于第一集流体111表面的第一活性物质层112,第一极耳1111连接于第一集流体111在第一方向X上的一端,第一活性物质层112在第二方向Y上的至少一个边缘区设置有第一凹槽1123。该结构的第一极片110,第一凹槽1123设置于第一极片110的非极耳侧,第一凹槽1123能够形成微排气通道,从而加速电极组件1内部产生的气体进入第一凹槽1123,或从第一凹槽1123排出电极组件1,及时缓解电极组件1内部的压力,缓解电极组件1产气局部压力增加引起电池单体10爆炸的风险,提高电池单体10的可靠性。
参照图12和图14,在一些实施例中,第一活性物质层112具有在第一方向X上的第一边缘1124,第一凹槽1123沿第一方向X延伸至第一边缘1124;或,第一活性物质层112具有在第二方向Y上的第二边缘1125,第一凹槽1123沿第二方向Y延伸至第二边缘1125。
第一边缘1124是第一活性物质层112在第一方向X上靠近外壳的边缘。示例性地,在图12中,第一凹槽1123沿第一方向X且延伸至第一边缘1124。第一凹槽1123设置有多个,多个第一凹槽1123沿第二方向Y间隔布置。
第二边缘1125是第一活性物质层112在第二方向Y上靠近外壳的边缘。示例性地,在图14中,第一凹槽1123沿第二方向Y且延伸至第二边缘1125。第一凹槽1123设置有多个,多个第一凹槽1123沿第一方向X间隔布置。
第一凹槽1123延伸至第一边缘1124或第二边缘1125,以使电极组件1内部产生的气体通过第一凹槽1123形成的微排气通道往第一边缘1124或第二边缘1125扩散,进一步提高了微排气通道对电极组件1内部压力的缓解效果,提高了电池单体10的可靠性。
参照图12和图4,在一些实施例中,第一凹槽1123的宽度为W2,满足,0mm<W2≤2mm。
在图12中,第一凹槽1123沿第一方向X延伸,第一凹槽1123在第二方向Y的尺寸为第一凹槽1123的宽度。在图14中,第一凹槽1123沿第二方向Y延伸,第一凹槽1123在第一方向X的尺寸为第一凹槽1123的宽度。
示例性地,第一凹槽1123的宽度可以为0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm等等。应理解,因为无法列举0mm至2mm之间的所有数值,此处列举几个中间值作为举例,可以理解的是这中间的任意数值都可以作为第一凹槽1123的宽度。
第一凹槽1123的宽度大于0mm且小于等于2mm,优化了第一凹槽1123的宽度,有利于第一凹槽1123容纳气体或将气体排出电极组件1,且能降低设置第一凹槽1123对电极组件1能量密度的影响。
在一些实施例中,沿第三方向Z,第一凹槽1123的槽深不超过第一活性物质层112的厚度的30%,第三方向Z为第一极片110和第二极片120的层叠方向,第一方向X、第二方向Y和第三方向Z两两垂直。
第一凹槽1123的槽深,是指第一凹槽1123在第一极片110的厚度方向Z的开槽深度。
示例性地,第一凹槽1123的槽深可以为第一活性物质层112的厚度的1%、5%、7%、10%、11%、15%、17%、20%、22%、26%、27%、29%、30%等等。
第一凹槽1123的槽深不超过第一活性物质层112的厚度的30%,有利于第一凹槽1123容纳气体或将气体排出电极组件1,且能够降低设置第一凹槽1123对电极组件1能量密度的影响。
参照图12、图13和图14,在一些实施例中,第一活性物质层112在第二方向Y上的两个边缘区均设置有第一凹槽1123。
示例性地,在图12中,第一活性物质层112在第二方向Y上的一个边缘区设置有两个第一凹槽1123,第一活性物质层112在第二方向Y上的另一个边缘区也设置有两个第一凹槽1123。
示例性地,在图12中,第一活性物质层112在第二方向Y上的一个边缘区设置有五个第一凹槽1123,第一活性物质层112在第二方向Y上的另一个边缘区也设置有五个第一凹槽1123。
本实施例中,第一活性物质层112在第二方向Y上的两个边缘区均设置有第一凹槽1123,两个边缘区均为非极耳侧,如此布置,第一活性物质层112在第二方向Y上的两个边缘区均有微排气通道,利于在两端非极耳侧减小气体的排放路径,进一步加速气体排出电极组件1,加速缓解电极组件1内部的压力,进一步降低电池单体10爆炸的风险,提高电池单体10的可靠性。
参照图15、图16和图17,在一些实施例中,第二极片120包括第二集流体121、第二极耳1211和第二活性物质层122;第二极耳1211连接于第二集流体121在第一方向X上的一端;第二活性物质层122设置于第二集流体121在厚度方向Z上的表面;其中,第二活性物质层122在第二方向Y上的至少一个边缘区设置有第二凹槽。
第二极耳1211连接于第二集流体121,第二极耳1211可以与第二极片120一体成型,也可以与第二极片120分体制造再通过焊接等方式连接。作为具体的示例,第二极耳1211与第二极片120一体成型,以提高生产效率。
第二极耳1211连接于第二集流体121在第一方向X上的一端,可理解地,第二极耳1211设置于第二集流体121在第一方向X上的一侧。示例性的,在图15中,第二极耳1211设置于第一集流体111的右侧。
其中,沿第一方向X,第一极耳1111与第二极耳1211可以同侧,也可以异侧,示例性地,如图14和图15所示,第一极耳1111与第二极耳1211异侧。
第二活性物质层122设置于第二集流体121在厚度方向Z上的表面,可理解地,第二集流体121具有沿厚度方向Z的两个表面,可以是两个表面均设置第二活性物质层122,即双侧设置活性物质层;也可以是其中二个表面设置第二活性物质层122,另一个表面做绝缘处理,即单侧设置活性物质层,例如,未设置活性物质层的表面设置绝缘膜。示例性地,在图16和图17中,第二集流体121厚度方向Z上的两个表面均设置有第二活性物质层122。
应理解,第二凹槽与第一凹槽1123的作用相同,设置第二凹槽,也能够形成微排气通道以容纳气体或允许气体通过第二凹槽排出电极组件1,缓解电极组件1内部的压力。
第二活性物质层122在第二方向Y上的至少一个边缘区设置有第二凹槽。其中,边缘区是指第二活性物质层122的边缘区域,在第二方向Y上,第二活性物质层122具有两个边缘区,边缘区也是靠近外壳的区域。
边缘区设置有第二凹槽,即,第二凹槽设置于第二活性物质层122在第二方向Y上的边缘位置。
第二凹槽是在第二活性物质层122的表面设置的凹槽,第二凹槽用于形成微排气通道。第二凹槽可以构造为矩形槽、U形槽等结构。
可以是在涂布第二活性物质层122的过程中,在第二凹槽的位置对应设置凸起的垫片,从而涂布后形成第二凹槽。当然,也可以是在第二活性物质层122涂布完成后,在第二活性物质层122的表面局部挖槽加工以形成第二凹槽。
应理解,第二凹槽与第一凹槽1123均设置于电极组件1的非极耳侧,第二凹槽与第一凹槽1123可以同侧对应设置,也可以异侧不对应设置。
第二凹槽设置于第二极片120的非极耳侧,第二凹槽能够形成微排气通道,从而加速电极组件1内部产生的气体进入第二凹槽,或从第二凹槽排出电极组件1,进一步缓解电极组件1内部的压力,缓解电极组件1产气局部压力增加引起电池单体10爆炸的风险,提高电池单体10的可靠性。
在一些实施例中,第一极片110为正极极片,第二极片120为负极极片。沿第三方向Z,第一凹槽1123的投影覆盖第二凹槽的投影,第三方向Z为第一极片110与第二极片120的层叠方向,第一方向X、第二方向Y和第三方向Z两两垂直。
可理解地,第一凹槽1123的开槽面积大于第二凹槽的开槽面积。
第一极片110为正极极片,第一极片110设置第一凹槽1123,第二极片120与第一凹槽1123对应的位置不设置凹槽不会引起析锂。第二极片120为负极,第二极片120设置第二凹槽,第二极片120与第二凹槽对应的位置不设置第一凹槽1123或第一凹槽1123小于第二凹槽都会引起析锂。因此,第一凹槽1123的开槽面积大于第二凹槽的开槽面积能够缓解析锂。
本实施例中,沿第三方向Z,第一凹槽1123的投影覆盖第二凹槽的投影,能够缓解第二凹槽引起的析锂问题,提高电极组件1的综合性能,提高电池单体10的可靠性。
在一些实施例中,沿第三方向Z,第一凹槽1123的槽深与第一活性物质层112厚度的比值大于第二凹槽的槽深与第二活性物质层122厚度的比值。
换言之,沿第一活性物质层112的厚度方向Z,第一活性物质中,第一凹槽1123的槽深占比大于第二凹槽的槽深占比。若第一活性物质层112与第二活性物质层122的厚度相等,则第一凹槽1123的深度大于第二凹槽的深度。
沿第三方向Z,第一凹槽1123的槽深与第一活性物质层112厚度的比值大于第二凹槽的槽深与第二活性物质层122厚度的比值,进一步优化了第一凹槽1123与第二凹槽的关系,有利于进一步缓解电极组件1析锂问题,提高电池单体10的可靠性。
可选地,第一极片110为正极极片,沿第三方向Z,第一凹槽1123的槽深不超过第一活性物质层112厚度的30%。
可选地,第一极片110为负极极片,沿第三方向Z,第二凹槽的槽深不超过第一活性物质层112厚度的20%。
图11至图17示出了电极组件1的非极耳侧设置第一凹槽1123形成微排气通道,或电极组件1的非极耳侧设置第一凹槽1123和第二凹槽形成微排气通道。当然,在还一些可替代的实施例中,还可以通过在集流体上打孔作为微排气通道的实现方式,下面结合附图对在集流体上打孔作为微排气通道的具体结构进行详细描述。
图18为本申请又一些实施例的电极组件1的结构意图;图19为本申请又一些实施例的第一极片110的结构示意图;图20为图19沿E-E的剖视图;图21为本申请一些实施例的第一集流体111的结构示意图;图22-图25为本申请不同实施例的第一通孔1112的形状示意图,其中,图22为第一通孔1112的形状为圆形的结构示意图,图23为第一通孔1112的形状为梯形的结构示意图;图24为第一通孔1112的形状为矩形的结构示意图;图25为第一通孔1112的形状为菱形的结构示意图。
参照图18至图25,本申请提供一种电极组件1,电极组件1为叠片式结构,电极组件1包括极性相反的第一极片110和第二极片120,第一极片110包括第一集流体111、第一极耳1111和第一活性物质层112;第一极耳1111连接于第一集流体111在第一方向X上的一端;第一活性物质层112设置于第一集流体111在厚度方向Z上的表面;其中,第一集流体111在第二方向Y上的至少一个边缘部设置有第一通孔1112,第一活性物质层112覆盖第一通孔1112,第二方向Y与第一方向X垂直。
第一极耳1111连接于第一集流体111,第一极耳1111可以与第一极片110一体成型,也可以与第一极片110分体制造再通过焊接等方式连接。作为具体的示例,第一极耳1111与第一极片110一体成型,以提高生产效率。
第一极耳1111连接于第一集流体111在第一方向X上的一端,可理解地,第一极耳1111设置于第一集流体111在第一方向X上的一侧。示例性的,在图19和图21中,第一极耳1111设置于第一集流体111的左侧。
第一活性物质层112设置于第一集流体111在厚度方向Z上的表面,可理解地,第一集流体111具有沿厚度方向Z的两个表面,可以是两个表面均设置第一活性物质层112,即双侧设置活性物质层;也可以是其中一个表面设置第一活性物质层112,另一个表面做绝缘处理,即单侧设置活性物质层,例如,未设置活性物质层的表面设置绝缘膜。示例性地,在图18和图20中,第一集流体111厚度方向Z上的两个表面均设置有第一活性物质层112。
第一集流体111在第二方向Y上的至少一个边缘部设置有第一通孔1112,其中,边缘部是指第一集流体111的边缘区域,边缘部是第一集流体111设置有通孔1112的区域,在第二方向Y上,第一集流体111具有两个边缘部,边缘部也是第一集流体111靠近外壳的区域。可以是两个边缘部均设置第一通孔1112(如图21),也可以是只有一个边缘部设置第一通孔1112。
第一通孔1112是贯穿第一集流体111的孔道结构,第一通孔1112可以容纳电极组件1中产生的气体,或允许气体通过第一通孔1112排出电极组件1。因此,第一通孔1112也能够形成微排气通道,微排气通道延伸方向为第三方向Z,即,第一极片110的厚度方向Z。
第一通孔1112设置有多个,多个第一通孔1112的形状包括但不限于圆形孔、梯形孔、矩形孔、菱形孔、椭圆形孔、三角形孔中的一种或多种。示例性地,如图22所示,第一通孔1112为圆形孔;示例性地,如图23所示,第一通孔1112为梯形孔;示例性地,如图24所示,第一通孔1112为矩形孔;示例性地,如图25所示,第一通孔1112为菱形孔。
第一活性物质层112覆盖第一通孔1112,应理解,第一活性物质层112设置于集流体的厚度方向Z的表面,第一活性物质层112覆盖了第一通孔1112的开口,但第一活性物质层112未落入第一通孔1112中。第一通孔1112的设置未影响其对应位置的第一活性物质层112的涂覆量。
需要说明的是,本实施例中,第一极耳1111在第一方向X,第一通孔1112设置于第一集流体111在第二方向Y上的边缘部,即,第一通孔1112设置于第一集流体111的非极耳侧。
设置第一通孔1112,第一通孔1112能够作为微排气通道容纳气体或允许气体通过。如此布置,一方面,能够减小气体沿非极耳侧的排放路径,加速电极组件1内的气体排出电极组件1;另一方面,第一通孔1112能够容纳气体或允许气体通过,及时缓解电极组件1内部产气引起的局部压力升高的问题,提高电池单体10的可靠性。
本实施例中,第一极片110包括第一集流体111和设置于第一集流体111表面的第一活性物质层112,第一极耳1111连接于第一集流体111在第一方向X上的一端,第一集流体111在第二方向Y上的至少一个边缘部设置有第一通孔1112,第一活性物质层112覆盖第一通孔1112。该结构的第一极片110,第一通孔1112设置于第一极片110的非极耳侧,第一通孔1112能够形成微排气通道,既能减小气体沿非极耳侧的排放路径,加速电极组件1内的气体排出电极组件1;又能够容纳气体或允许气体通过,及时缓解电极组件1内部产气引起的局部压力升高的问题,提高电池单体10的可靠性。
在一些实施例中,第一通孔1112的面积为S,满足,0.01mm2≤S≤0.1mm2
示例性地,第一通孔1112的面积可以为0.01mm2、0.02mm2、0.03mm2、0.04mm2、0.05mm2、0.06mm2、0.07mm2、0.08mm2、0.09mm2、0.1mm2。应理解,由于无法列举0.01mm2至0.1mm2之间的所有数值,此处列举几个中间值作为示例,可以理解的是这中间的任意数值都可以作为第一通孔1112的面积。
优化第一通孔1112的面积在0.01mm2至0.1mm2,既有利于电极组件1内部的气体进入第一通孔1112,缓解电极组件1内部的压力,又能降低第一通孔1112对第一活性物质层112涂覆的影响,降低第一活性物质层112的涂覆难度。
在一些实施例中,边缘部沿第二方向Y的尺寸为L,满足,1mm<L≤25mm。
可理解的是,边缘部是打孔区域,边缘部沿第二方向Y的尺寸是打孔区域在第二方向Y上的尺寸。示例性地,如图21所示,沿第二方向Y,第一集流体111的边缘线为P1,远离边缘线P1的第一通孔1112对应边缘线P2,P1与P2之间的区域为边缘部,P1与P2之间的距离为边缘部沿第二方向Y的尺寸为L。
示例性地,L可以为1mm、4mm、6mm、8mm、9mm、10mm、13mm、15mm、17mm、19mm、20mm、22mm、23mm、25mm等。应理解,由于无法列举1mm至25mm之间的所有数值,此处列举几个中间值作为举例,可以理解的是这中间的任意数值都可以作为边缘部沿第二方向Y的尺寸L。
优化边缘部的沿第二方向Y的尺寸在1mm至25mm之间,既有利于第一通孔1112形成的微排气通道缓解电极组件1内部的压力,又能降低设置第一通孔1112对第一集流体111结构强度的影响。
在一些实施例中,5mm≤L≤20mm,能够获得综合性能更优的电极组件1。
示例性地,L可以为5mm、7mm、9mm、10mm、11mm、13mm、15mm、17mm、19mm、20mm等。应理解,由于无法列举5mm至20mm之间的所有数值,此处列举几个中间值作为举例,可以理解的是这中间的任意数值都可以作为边缘部沿第二方向Y的尺寸L。
在一些实施例中,沿第一方向X,第一极耳1111的投影与边缘部的投影不重叠。
可理解地,沿第一方向X,第一极耳1111的投影未落入边缘部,从而第一极耳1111的投影与第一通孔1112不重叠。
沿第一方向X,第一极耳1111的投影与边缘部的投影不重叠,能够降低第一通孔1112对第一集流体111结构强度的影响,且有利于降低第一集流体111的制备难度。
例如,可以先在带状的基材上完成打孔,完成第一通孔1112的设置,在将基材裁切为多个片材,在片材的非打孔侧裁切出第一极耳1111,即得到带第一极耳1111的第一集流体111,且第一通孔1112未设置到第一极耳1111的区域不影响第一极耳1111的过流能力。
参照图21,在一些实施例中,第一集流体111在第二方向Y上的两个边缘部均设置有第一通孔1112。从而第一集流体111的非极耳侧的两侧均形成有微排气通道,能够进一步缩短电极组件1内部的气体从非极耳侧的排放路径,进一步加速气体排出电极组件1,加速缓解电极组件1内部的压力,进一步降低电池单体10爆炸的风险,提高电池单体10的可靠性。
图26为本申请又一些实施例的第二极片120的结构示意图;图27为图26沿F-F的剖视图;图28为本申请一些实施例的第二集流体121的结构示意图。
参照图26至图28,在一些实施例中,第二极片120包括第二集流体121、第二极耳1211和第二活性物质层122;第二极耳1211连接于第二集流体121在第一方向X上的一端;第二活性物质层122,设置于第二集流体121在厚度方向Z上的表面;其中,第二集流体121在第二方向Y上的至少一个边缘部设置有第二通1212孔,第二活性物质层122覆盖第二通1212孔。
第二极耳1211连接于第二集流体121,第二极耳1211可以与第二极片120二体成型,也可以与第二极片120分体制造再通过焊接等方式连接。作为具体的示例,第二极耳1211与第二极片120一体成型,以提高生产效率。
第二极耳1211连接于第二集流体121在第二方向Y上的二端,可理解地,第二极耳1211设置于第二集流体121在第二方向Y上的一侧。示例性的,在图26和图28中,第一极耳1111设置于第一集流体111的右侧。
第二活性物质层122设置于第二集流体121在厚度方向Z上的表面,可理解地,第二集流体121具有沿厚度方向Z的两个表面,可以是两个表面均设置第二活性物质层122,即双侧设置活性物质层;也可以是其中二个表面设置第二活性物质层122,另一个表面做绝缘处理,即单侧设置活性物质层,例如,未设置活性物质层的表面设置绝缘膜。示例性地,在图18和图20中,第二集流体121厚度方向Z上的两个表面均设置有第二活性物质层122。
第二集流体121在第二方向Y上的至少一个边缘部设置有第二通1212孔,其中,边缘部是指第二集流体121的边缘区域,边缘部是第二集流体121设置有通孔1112的区域,在第二方向Y上,第二集流体121具有两个边缘部,边缘部也是第二集流体121靠近外壳的区域。可以是两个边缘部均设置第二通1212孔(如图21),也可以是只有一个边缘部设置第二通1212孔。
第二通1212孔与第一通孔1112的作用相同,第二通1212孔是贯穿第二集流体121的孔道结构,第二通1212孔可以容纳电极组件1中产生的气体,或允许气体通过第二通1212孔排出电极组件1。因此,第二通1212孔也能够形成微排气通道,微排气通道延伸方向为第三方向Z,即,第一极片110的厚度方向Z。
第二通1212孔设置有多个,多个第一通孔1112的形状包括但不限于圆形孔、梯形孔、矩形孔、菱形孔、椭圆形孔、三角形孔中的一种或多种。
第二活性物质层122覆盖第二通1212孔,应理解,第二活性物质层122设置于集流体的厚度方向Z的表面,第二活性物质层122覆盖了第二通1212孔的开口,但第二活性物质层122未落入第二通1212孔中。第二通1212孔的设置未影响其对应位置的第二活性物质层122的涂覆量。
需要说明的是,本实施例中,第二极耳1211在第一方向X,第二通1212孔设置于第二集流体121在第二方向Y上的边缘部,即,第二通1212孔设置于第二集流体121的非极耳侧。
其中,第一极耳1111与第二极耳1211可以同侧,第一极耳1111与第二极耳1211也可以异侧。示例性地,如图21和图26所示,第一极耳1111与第二极耳1211异侧。
设置第二通1212孔,第二通1212孔也能够作为微排气通道容纳气体或允许气体通过。如此布置,一方面,能够进一步减小气体沿非极耳侧的排放路径,加速电极组件1内的气体排出电极组件1;另一方面,第二通1212孔能够容纳气体或允许气体通过,及时缓解电极组件1内部产气引起的局部压力升高的问题,进一步提高电池单体10的可靠性。
本实施例中,第二极片120包括第二集流体121和设置于第二集流体121表面的第二活性物质层122,第二极耳1211连接于第二集流体121在第一方向X上的一端,第二集流体121在第二方向Y上的至少一个边缘部设置有第二通1212孔,第二活性物质层122覆盖第二通1212孔。该结构的第二极片120,第二通1212孔设置于第二极片120的非极耳侧,第二通1212孔也能够形成微排气通道,进一步既能减小气体沿非极耳侧的排放路径,加速电极组件1内的气体排出电极组件1;又能够容纳气体或允许气体通过,及时缓解电极组件1内部产气引起的局部压力升高的问题,提高电池单体10的可靠性。
本申请实施例还提供一种电池单体10,电池单体10包括外壳和上述电极组件1,电极组件1设置于外壳内。
参照图4在一些实施例中,外壳包括沿第二方向Y相对设置的两个第一壁33,电池单体10还包括泄压机构5,泄压机构5设置于至少一个第一壁33。
外壳包括沿第二方向Y相对设置的两个第一壁33,即,第一壁33对应电极组件1的非极耳侧。可选地,电极组件1形成的微排气通道与泄压机构5位于电池单体10在第二方向Y上的同一侧。
泄压机构5设置于至少一个第一壁33,可理解地,可以两个第一壁33均设置泄压机构5,也可以仅一个壁设置泄压结构。示例性地,如图4所示,一个第一壁33设置有泄压机构5,另一个第一壁33未设置泄压机构5。
泄压机构5是指电池单体10的内部压力或温度达到预定阈值时致动以泄放内部压力或温度的元件或部件。该阈值设计根据设计需求不同而不同。阈值可能取决于电池单体10中的正极极片、负极极片、电解液和隔离膜中一种或几种的材料。泄压机构5可以采用诸如防爆阀、防爆片、气阀、泄压阀或安全阀等的形式,并可以具体采用压敏或温敏的元件或构造,即,当电池单体10的内部压力或温度达到预定阈值时,泄压机构5执行动作或者泄压机构5中设有的薄弱结构被破坏,从而形成可供内部压力或温度泄放的开口或通道。
“致动”是指泄压机构5产生动作或被激活至一定的状态,从而使得电池单体10的内部压力及温度得以被泄放。泄压机构5产生的动作可以包括但不限于:泄压机构5中的至少一部分破裂、破碎、被撕裂或者打开,等等。泄压机构5在致动时,电池单体10的内部的高温高压物质作为排放物会从致动的部位向外排出。以此方式能够在可控压力或温度的情况下使电池单体10发生泄压及泄温,从而避免潜在的更严重的事故发生。
电池单体10的排放物包括但不限于:电解液、被溶解或分裂的正负极极片、隔离膜的碎片、反应产生的高温高压气体、火焰,等等。
外壳包括沿第二方向Y相对设置的两个第一壁33,泄压机构5设置于至少一个第一壁33,有利于从非极耳侧将电池单体10的排放物排出,其中,电池单体10的排放物包括电极组件1内部产生的气体。
参照图4,在一些实施例中,第二极片120包括第二集流体121和第二极耳1211,第二极耳1211设置于第二集流体121在第一方向X上的一端;第一极耳1111和第二极耳1211分别位于电极组件1沿第一方向X的两端。可以理解的是,本实施例中,第一极耳1111与第二极耳1211异侧布置。
参照图4,在一些实施例中,外壳包括壳体3、第一端盖2a和第二端盖2b,壳体3具有沿第一方向X相对设置的第一开口31和第二开口32,第一端盖2a盖设于第一开口31,第二端盖2b盖设于第二开口32;电池单体10还包括第一电极端子4a和第二电极端子4b,第一电极端子4a设置于第一端盖2a且与第一极耳1111电连接,第二电极端子4b设置于第二端盖2b且与第二极耳1211电连接。
本实施例中,第一电极端子4a和第二电极端子4b异侧,便于从第一方向X的两侧将电极引出。
本申请实施例还提供一种电池100,电池100包括上述任一实施例提供的电池单体10。
本申请实施例还提供一种用电设备,用电设备包括上述任一实施例提供的电池单体10或上述实施例提供的电池100,电池单体10或电池100用于为用电设备供电。
参照图6至图10,并结合参照图5,本申请实施例还提供一种电池单体10,电池单体10为长方体,电池单体10包括外壳、电极组件1和第一电极端子4a和第二电极端子4b;外壳包括壳体3、第一端盖2a和第二端盖2b,壳体3具有沿第一方向X相对设置的第一开口31和第二开口32,第一端盖2a盖设于第一开口31,第二端盖2b盖设于第二开口32;电极组件1为叠片式结构,电极组件1包括极性相反的第一极片110和第二极片120;第一极片110包括第一集流体111、第一极耳1111和第一活性物质层112,第一极耳1111设置于第一集流体111在第一方向X上的一端;第一活性物质层112设置于第一集流体111在厚度方向Z上的两个表面;第一活性物质层112包括第一主体区1121和两个第一减薄区1122,两个第一减薄区1122设置于第一主体区1121在第二方向Y上的两侧,第二方向Y与第一方向X垂直。第二极片120包括第二集流体121、第二极耳1211和第二活性物质层122,第二极耳1211设置于第二集流体121在第一方向X上的一端;第二活性物质层122设置于第二集流体121在厚度方向Z上的两个表面;第二活性物质层122包括第二主体区1221和两个第二减薄区1222,两个第二减薄区1222设置于第二主体区1221在第二方向Y上的两侧;第一电极端子4a设置于第一端盖2a且与第一极耳1111电连接,第二电极端子4b设置于第二端盖2b且与第二极耳1211电连接;第一极片110为正极极片,第二极片120为负极极片,电池单体10沿第一方向X的尺寸电池单体10沿第二方向Y的尺寸。
参照图11至图17,并结合参照图5,本申请实施例还提供一种电池单体10,电池单体10为长方体,电池单体10包括外壳、电极组件1和第一电极端子4a和第二电极端子4b;
外壳包括壳体3、第一端盖2a和第二端盖2b,壳体3具有沿第一方向X相对设置的第一开口31和第二开口32,第一端盖2a盖设于第一开口31,第二端盖2b盖设于第二开口32;电极组件1为叠片式结构,电极组件1包括极性相反的第一极片110和第二极片120;第一极片110包括第一集流体111、第一极耳1111和第一活性物质层112,第一极耳1111设置于第一集流体111在第一方向X上的一端;第一活性物质层112设置于第一集流体111在厚度方向Z上的两个表面;第一活性物质层112在第二方向Y上的两个边缘区均设置有第一凹槽1123,第一凹槽1123沿第一方向X延伸至第一活性物质层112的边缘,第二方向Y与第一方向X垂直。第二极片120包括第二集流体121、第二极耳1211和第二活性物质层122,第二极耳1211设置于第二集流体121在第一方向X上的一端;第二活性物质层122设置于第二集流体121在厚度方向Z上的两个表面;第二活性物质层122在第二方向Y上的两个边缘区均设置有第二凹槽,第二凹槽沿第一方向X延伸至第二活性物质层122的边缘;第一电极端子4a设置于第一端盖2a且与第一极耳1111电连接,第二电极端子4b设置于第二端盖2b且与第二极耳1211电连接;第一极片110为正极极片,第二极片120为负极极片,电池单体10沿第一方向X的尺寸电池单体10沿第二方向Y的尺寸。
参照图18至图28,并结合参照图5,本申请实施例还提供一种电池单体10,电池单体10为长方体,电池单体10包括外壳、电极组件1和第一电极端子4a和第二电极端子4b;外壳包括壳体3、第一端盖2a和第二端盖2b,壳体3具有沿第一方向X相对设置的第一开口31和第二开口32,第一端盖2a盖设于第一开口31,第二端盖2b盖设于第二开口32;电极组件1为叠片式结构,电极组件1包括极性相反的第一极片110和第二极片120;第一极片110包括第一集流体111、第一极耳1111和第一活性物质层112,第一极耳1111设置于第一集流体111在第一方向X上的一端;第一活性物质层112设置于第一集流体111在厚度方向Z上的两个表面;第一集流体111在第二方向Y上的两个边缘部均设置有第一通孔1112,第一活性物质层112覆盖第一通孔1112,第二方向Y与第一方向X垂直。第二极片120包括第二集流体121、第二极耳1211和第二活性物质层122,第二极耳1211设置于第二集流体121在第一方向X上的一端;第二活性物质层122设置于第二集流体121在厚度方向Z上的两个表面;第二集流体121在第二方向Y上的两个边缘部均设置有第二通1212孔;第一电极端子4a设置于第一端盖2a且与第一极耳1111电连接,第二电极端子4b设置于第二端盖2b且与第二极耳1211电连接;第一极片110为正极极片,第二极片120为负极极片,电池单体10沿第一方向X的尺寸电池单体10沿第二方向Y的尺寸。
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组合。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,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 (28)

1.一种电极组件,其特征在于,所述电极组件为叠片式结构,所述电极组件包括极性相反的第一极片和第二极片,所述第一极片包括:
第一集流体;
第一极耳,连接于所述第一集流体在第一方向上的一端;
第一活性物质层,设置于所述第一集流体在厚度方向上的表面;
其中,所述第一活性物质层包括第一主体区和第一减薄区,所述第一减薄区设置于所述第一主体区在第二方向上的至少一侧,所述第二方向与所述第一方向垂直。
2.根据权利要求1所述的电极组件,其特征在于,沿所述第二方向且背离所述第一主体区的方向,所述第一减薄区的厚度逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的电极组件,其特征在于,沿所述第二方向,所述第一减薄区的宽度为W1,满足,2mm≤W1≤20mm。
4.根据权利要求3所述的电极组件,其特征在于,8mm≤W1≤15mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电极组件,其特征在于,所述第一活性物质层包括两个所述第一减薄区,两个所述第一减薄区分别设置于所述第一主体区在第二方向上的两侧。
6.根据权利要求1-4任一项所述的电极组件,其特征在于,所述第二极片包括:
第二集流体;
第二极耳,连接于所述第二集流体在所述第一方向上的一端;
第二活性物质层,设置于所述第二集流体在厚度方向上的表面;
其中,所述第二活性物质层包括第二主体区和第二减薄区,所述第二减薄区设置于所述第二主体区在所述第二方向上的至少一侧。
7.根据权利要求6所述的电极组件,其特征在于,所述第一极片为正极极片,所述第二极片为负极极片;
沿第三方向,所述第二减薄区的投影与所述第一主体区的投影不重叠,所述第三方向为所述第一极片和所述第二极片的层叠方向,所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。
8.一种电极组件,其特征在于,所述电极组件为叠片式结构,所述电极组件包括极性相反的第一极片和第二极片,所述第一极片包括:
第一集流体;
第一极耳,连接于所述第一集流体在第一方向上的一端;
第一活性物质层,设置于所述第一集流体在厚度方向上的表面;
其中,所述第一活性物质层在第二方向上的至少一个边缘区设置有第一凹槽,所述第二方向与所述第一方向垂直。
9.根据权利要求8所述的电极组件,其特征在于,所述第一活性物质层具有在所述第一方向上的第一边缘,所述第一凹槽沿所述第一方向延伸至所述第一边缘;或,
所述第一活性物质层具有在所述第二方向上的第二边缘,所述第一凹槽沿所述第二方向延伸至所述第二边缘。
10.根据权利要求8所述的电极组件,其特征在于,所述第一凹槽的宽度为W2,满足,0mm<W2≤2mm。
11.根据权利要求10所述的电极组件,其特征在于,沿第三方向,所述第一凹槽的槽深不超过所述第一活性物质层的厚度的30%,所述第三方向为所述第一极片和所述第二极片的层叠方向,所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。
12.根据权利要求8-11任一项所述的电极组件,其特征在于,所述第一活性物质层在所述第二方向上的两个所述边缘区均设置有第一凹槽。
13.根据权利要求8-11任一项所述的电极组件,其特征在于,所述第二极片包括:
第二集流体;
第二极耳,连接于所述第二集流体在所述第一方向上的一端;
第二活性物质层,设置于所述第二集流体在厚度方向上的表面;
其中,所述第二活性物质层在所述第二方向上的至少一个边缘区设置有第二凹槽。
14.根据权利要求13所述的电极组件,其特征在于,所述第一极片为正极极片,所述第二极片为负极极片;
沿第三方向,所述第一凹槽的投影覆盖所述第二凹槽的投影,所述第三方向为所述第一极片与所述第二极片的层叠方向,所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。
15.根据权利要求14所述的电极组件,其特征在于,沿所述第三方向,所述第一凹槽的槽深与所述第一活性物质层厚度的比值大于所述第二凹槽的槽深与所述第二活性物质层厚度的比值。
16.一种电极组件,其特征在于,所述电极组件为叠片式结构,所述电极组件包括极性相反的第一极片和第二极片,所述第一极片包括:
第一集流体;
第一极耳,连接于所述第一集流体在第一方向上的一端;
第一活性物质层,设置于所述第一集流体在厚度方向上的表面;
其中,所述第一集流体在第二方向上的至少一个边缘部设置有第一通孔,所述第一活性物质层覆盖所述第一通孔,所述第二方向与所述第一方向垂直。
17.根据权利要求16所述的电极组件,其特征在于,所述第一通孔的面积为S,满足,0.01mm2≤S≤0.1mm2
18.根据权利要求16所述的电极组件,其特征在于,所述边缘部沿所述第二方向的尺寸为L,满足,1mm<L≤25mm。
19.根据权利要求18所述的电极组件,其特征在于,5mm≤L≤20mm。
20.根据权利要求16-19任一项所述的电极组件,其特征在于,沿所述第一方向,所述第一极耳的投影与所述边缘部的投影不重叠。
21.根据权利要求16-19任一项所述的电极组件,其特征在于,所述第一集流体在第二方向上的两个所述边缘部均设置有所述第一通孔。
22.根据权利要求16-19任一项所述的电极组件,其特征在于,所述第二极片包括:
第二集流体;
第二极耳,连接于所述第二集流体在第一方向上的一端;
第二活性物质层,设置于所述第二集流体在厚度方向上的表面;
其中,所述第二集流体在所述第二方向上的至少一个边缘部设置有第二通孔,所述第二活性物质层覆盖所述第二通孔。
23.一种电池单体,其特征在于,包括:
外壳;
权利要求1-22任一项所述的电极组件,所述电极组件设置于所述外壳内。
24.根据权利要求23所述的电池单体,其特征在于,所述外壳包括沿所述第二方向相对设置的两个第一壁,所述电池单体还包括泄压机构,所述泄压机构设置于至少一个所述第一壁。
25.根据权利要求23所述的电池单体,其特征在于,所述第二极片包括第二集流体和第二极耳,所述第二极耳设置于所述第二集流体在所述第一方向上的一端;
所述第一极耳和所述第二极耳分别位于所述电极组件沿所述第一方向的两端。
26.根据权利要求25所述的电池单体,其特征在于,所述外壳包括壳体、第一端盖和第二端盖,所述壳体具有沿所述第一方向相对设置的第一开口和第二开口,所述第一端盖盖设于所述第一开口,所述第二端盖盖设于所述第二开口;
所述电池单体还包括第一电极端子和第二电极端子,所述第一电极端子设置于所述第一端盖且与所述第一极耳电连接,所述第二电极端子设置于所述第二端盖且与所述第二极耳电连接。
27.一种电池,其特征在于,包括权利要求23-26任一项所述的电池单体。
28.一种用电设备,其特征在于,包括权利要求23-26任一项所述的电池单体或权利要求27所述的电池,所述电池单体或所述电池用于为所述用电设备供电。
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