CN220753482U - 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；绝缘层，位于基底的厚度方向的至少一侧表面，绝缘层能够具有涂覆厚度或膨胀厚度：在集流单元制成时，绝缘层的厚度为涂覆厚度；在集流单元与电解液接触时，绝缘层的厚度为膨胀厚度；其中，膨胀厚度大于涂覆厚度。以实现绝缘层与隔膜的良好粘附。

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。

二次电池一般包括正负极片、位于正负极片之间的隔膜、电解液以及密封壳体，为防止正负极片直接接触造成内部短路，进而引起起火或爆炸，在制备过程中，很重要的一个工序是在隔膜上进行涂胶，然后将极片与涂胶隔膜进行热复合，将隔膜与正负极片进行粘合固定。但实际应用中，依然会发生极片与隔膜脱离的风险，隔膜偏移，导致正负极片直接接触发生内部短路。

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；绝缘层，位于所述基底的厚度方向的至少一侧表面，所述绝缘层能够具有涂覆厚度或膨胀厚度：在所述集流单元制成时，所述绝缘层的厚度为所述涂覆厚度；在所述集流单元与电解液接触后，所述绝缘层的厚度为所述膨胀厚度；其中，所述膨胀厚度大于所述涂覆厚度。

本申请的技术方案通过设置体积可发生膨胀，厚度能够由涂覆厚度增厚至膨胀厚度的绝缘层，使电池中绝缘层与隔膜的粘合更好，降低隔膜脱离、与极片发生偏移的概率，降低正负极极片直接接触发生内部短路的风险，同时，保证电池容量，不会对电池性能造成影响。

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、所述绝缘层组成。

在所述的集流单元的一个或多个实施例中，所述膨胀厚度是所述涂覆厚度的1.2-1.6倍。

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。

在所述的集流单元的一个或多个实施例中，所述基底还包括导电涂层，所述导电涂层位于所述金属箔的厚度方向的至少一侧表面，所述绝缘层位于所述导电涂层远离所述金属箔的侧表面。

在所述的集流单元的一个或多个实施例中，所述基底包括主体部和极耳部，所述绝缘层至少部分位于所述主体部。

在所述的集流单元的一个或多个实施例中，位于所述主体部的绝缘层的宽度为0.5-4mm。

根据本实用新型另一方面的一种极片，包括活性材料层及如上所述的集流单元，所述活性材料层的厚度方向的内表面与所述集流单元的基底接触，所述活性材料层的宽度方向的端面与所述集流单元的绝缘层接触。

在所述的集流单元的一个或多个实施例中，所述绝缘层的涂覆厚度为所述活性材料层的厚度的0.9-1.2倍。

根据本实用新型又一方面的一种电池，所述电池包括如上任意一项所述的极片、隔膜及电解液，所述极片的绝缘层与所述隔膜粘合。

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为图1A所示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所示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又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3A所示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又一视角的结构示意图；

图4A为一实施例的极耳部与切除绝缘层的主体部的一视角的结构示意图；

图4B为另一实施例的极耳部与切除绝缘层的主体部的一视角的结构示意图；

图5A为一实施例的极耳部与保留部分绝缘层的主体部的一视角的结构示意图；

图5B为另一实施例的极耳部与保留部分绝缘层的主体部的一视角的结构示意图；

图6为一实施例的电池的结构示意图。

附图标记：

200’-极片；

100’-集流体；

3’-活性材料涂层；

101’-涂覆活性材料的表面；

103-活性材料涂层边缘；

100-集流单元；

1-基底；

101-基底的厚度方向的侧表面；

11-金属箔；

12-导电涂层；

2-绝缘层；

21-上绝缘层；

22-下绝缘层；

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-主体部；

411-主体部绝缘层；

42-极耳部；

421-极耳部绝缘层；

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。

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所示为一现有的极片200’的结构示意图，极片200’包括集流体100’及活性材料涂层3’，活性材料涂层3’位于集流体100’的厚度方向的两侧表面。本申请的发明人经过研究发现，通常为防止正负极片直接接触还会在活性材料涂层边缘103设置绝缘涂层(图中未示出)，但绝缘涂层的厚度较小，在极片和隔膜进行热复合压紧时，绝缘层与隔膜的粘附效果较差，隔膜仅通过隔膜涂胶与极片粘接，如此隔膜与极片发生偏移的风险较大。若将绝缘涂层的厚度设置较大，会导致在热压时，活性材料层的压实密度降低，则又会导致电池的容量降低，电池性能受到影响。

基于以上考虑，发明人经过深入研究，设计了一种集流单元，通过设置体积可发生膨胀，厚度能够由涂覆厚度增厚至膨胀厚度的绝缘层，在与电解液接触后，绝缘层的厚度增加，使得绝缘层与隔膜的粘合强度更强，降低隔膜脱离、与极片发生偏移的概率，降低正负极极片直接接触发生内部短路的风险，同时，保证电池容量，不会对电池性能造成影响。

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绝缘层与隔膜的粘合更好，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及绝缘层2。绝缘层2位于基底1的厚度方向的至少一侧表面101。绝缘层2包括涂覆厚度或膨胀厚度：在集流单元100制成时，绝缘层2的厚度为涂覆厚度；在集流单元100与电解液接触后，绝缘层2的厚度为膨胀厚度；其中，膨胀厚度大于涂覆厚度。具体的，绝缘层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101，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101。

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，如绝缘层、导电涂层等。在一些实施方式中，如图5A-图5B，集流单元100包括主体部41和极耳部42，极耳部42位于主体部41的宽度方向的至少一侧，绝缘层2至少部分位于主体部41，即至少具有主体部绝缘层411，从而可以使绝缘层能够与隔膜接触的面积较大，提高粘附强度。优选的，位于所述主体部的绝缘层的宽度为0.5-4mm。在一些实施例中还具有极耳部绝缘层412，在另一些实施例中，也可以仅具有主体部绝缘层411。

此处的“基底1”的含义是指作为涂覆活性材料的基础平面、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“绝缘层2”的含义是指通常位于活性材料层宽度方向至少一侧、阻断电流通过的涂层结构，可有效防止正极极片与负极极片接触引起短路的问题，其截面形状不限于图2C中所示，例如还可以是梯形、椭圆形、半圆形等。在如图2A、图3A所示的实施例中，绝缘层2分别位于活性材料层3宽度方向的两侧，分别为上绝缘层21、下绝缘层22，可作为活性材料的涂覆边界，有效防止活性材料涂覆超宽。

此处的“涂覆厚度”的含义是指，在制备集流单元100时，进行涂覆并烘干后形成的集流单元成品中的绝缘层的厚度。

此处的“膨胀厚度”的含义是指，在无其他约束的情况下，集流单元100与电解液接触绝缘层2在电解液中进行浸泡发生溶胀、体积膨胀形成的涂层厚度，在电池中的绝缘层的厚度为膨胀厚度。绝缘层2的材料包括具有浸泡能够发生溶胀的材料即可，常见的例如聚偏二氟乙烯，但不以此为限，上述材料相对易于获得，成本较低，具体的材料的选择可以根据实际膨胀厚度需求而定。

在一些实施例中，所述膨胀厚度是所述涂覆厚度的1.2-1.6倍。膨胀厚度若过大会导致绝缘层溶胀时对隔膜产生的压力过大，可能导致隔膜变形，膨胀厚度若过小会导致绝缘层溶胀时对隔膜产生的压力过小，不能达到较好的提高粘合强度的效果。

采用以上实施例的有益效果在于，通过设置体积可发生膨胀，厚度能够由涂覆厚度增厚至膨胀厚度的绝缘层，在与电解液接触后，绝缘层能发生溶胀，产生对隔膜的压力，使得绝缘层与隔膜的粘合强度更强，降低隔膜脱离、与极片发生偏移的概率，降低正负极极片直接接触发生内部短路的风险，同时，保证电池容量，不会对电池性能造成影响。

参考图3A至图3C所示，在一些实施例中，基底1的具体结构可以是，基底1包括金属箔11，此处及以下所述的“金属箔11”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。具体的，在金属箔11上直接涂覆包括镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂等的活性材料作为活性材料层3。本实施例的绝缘层2的厚度优选为50-100微米。

在一些实施例中，如图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的复合集流体(图中未示出)。

参考图2A至图2C所示，在一些实施例中，基底1的具体结构可以是，基底1包括金属箔11及导电涂层12，导电涂层12位于金属箔11的厚度方向的至少一侧表面，绝缘层2位于导电涂层12远离金属箔11的侧表面。此处的“导电涂层12”的含义是指位于金属箔11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12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，涂炭层的成分可以是包括导电碳黑、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。本实施例的绝缘层2的厚度优选为10-70微米，导电涂层12的厚度优选为0.5-3微米。具体的，在金属箔11上涂覆导电涂层12，在导电涂层2上涂覆包括磷酸铁锂等的活性材料作为活性材料层3。

在一些实施例中，如图2C所示，基底1可以仅由金属箔11及导电涂层12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的复合集流体(图中未示出)以及导电涂层12。

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，包括活性材料层3及如上所述的集流单元100，活性材料层的厚度方向的内表面31与集流单元100的基底1接触，活性材料层的宽度方向的端面32与集流单元100的绝缘层2接触。采用本实施例的极片可使绝缘层与隔膜的粘附更好，降低隔膜脱离、与极片发生偏移的概率，降低正负极极片直接接触发生内部短路的风险，同时保证电池容量，不会对电池性能造成影响。另外，本实施例的极片的绝缘层为模切增加了缓冲，减少模切时的毛刺的产生。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”。以活性材料层3沿厚度方向的两个表面为例，活性材料层3的厚度方向远离基底1的表面为外表面，活性材料层3的厚度方向靠近基底1的表面为内表面。

参考图2B结合图3B所示，在一些实施例中，绝缘层2的具体结构可以是，绝缘层2的涂覆厚度为活性材料层3的厚度的0.9-1.2倍，此处是指单侧的厚度，且为进行热压前活性材料层3和绝缘层2的厚度关系，可以理解到的是，后续进行热压，活性材料层3的厚度会被压缩，因此即使绝缘层2的涂覆厚度为活性材料层3的厚度的0.9倍，依然可以实现绝缘层和隔膜的良好粘接。如此本实例既可以获得较好的绝缘层与隔膜的粘附效果，又可以获得较佳的电池容量。而若绝缘层的涂覆厚度过低，会导致绝缘层和隔膜不能实现粘接；若绝缘层的涂覆厚度过厚，会导致阻碍对活性材料层3施加有效的热压作用力，导致活性材料层3的压实密度降低，导致电池容量降低。

参考图4A结合图4B所示，在一些实施例中，极片200的具体结构可以是其中的集流单元100具有主体部41及极耳部42的第二极片4，活性材料层3位于主体部41，绝缘层2位于极耳部42。在又一些实施例中，活性材料层3也可以部分的位于极耳部42。以上主体部41和极耳部42的实施例仅为一种举例，不作为对主体部41及极耳部42所能包含的结构层的限制，主体部41和极耳部42还可以包括其他涂层。第二极片4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，分切和模切为本领域通常采用的工艺步骤，第二极片4也可以通过其他工艺步骤获得，在此不作限制。

在另一些实施例中，如图5A结合图5B所示，主体部41保留部分的绝缘层，主体部绝缘层411的宽度为0.5-4mm，如此可以更好的实现绝缘层与隔膜的粘附，降低极片与隔膜脱离偏移导致内部短路的风险。

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，金属箔11为铝箔。活性材料层的成分可以包括锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂等。

在一些实施例中，极片200也可以为负极极片，金属箔11为铜箔，活性材料层3的成分可以包括碳材或非碳材中的一种或多种，碳材包括石墨材料(天然石墨、人造石墨或中间相碳位球)或其它碳系(硬碳、软碳或石墨烯)，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。在另一些实施例中，也可以正极极片和负极极片均采用极片200。

参考图2A至图5B结合图6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、电解液(图中未示出)及隔膜(图中未示出)，所述极片的绝缘层与所述隔膜粘合。采用本实施例的电池可增强极片与隔膜的粘附效果，降低发生内部短路的风险，同时保证电池容量，不会对电池性能造成影响。具体的，电池300可采用叠片工艺或卷绕工艺制成，如图6所示的实施例中，电池300为二次电池，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、聚合物二次电池等。

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；

绝缘层，位于所述基底的厚度方向的至少一侧表面，所述绝缘层能够具有涂覆厚度或膨胀厚度：在所述集流单元制成时，所述绝缘层的厚度为所述涂覆厚度；在所述集流单元与电解液接触后，所述绝缘层的厚度为所述膨胀厚度；其中，所述膨胀厚度大于所述涂覆厚度。

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、所述绝缘层组成。

3.如权利要求1所述的集流单元，其特征在于，所述膨胀厚度是所述涂覆厚度的1.2-1.6倍。

4.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。

5.如权利要求4所述的集流单元，其特征在于，所述基底还包括导电涂层，所述导电涂层位于所述金属箔的厚度方向的至少一侧表面，所述绝缘层位于所述导电涂层远离所述金属箔的侧表面。

6.如权利要求1所述的集流单元，其特征在于，所述基底包括主体部和极耳部，极耳部位于主体部的宽度方向的至少一侧，所述绝缘层至少部分位于所述主体部。

7.如权利要求6所述的集流单元，其特征在于，位于所述主体部的绝缘层的宽度为0.5-4mm。

8.一种极片，其特征在于，包括活性材料层及如权利要求1-7任意一项所述的集流单元，所述活性材料层的厚度方向的内表面与所述集流单元的基底接触，所述活性材料层的宽度方向的端面与所述集流单元的绝缘层接触。

9.如权利要求8所述的极片，其特征在于，所述绝缘层的涂覆厚度为所述活性材料层的厚度的0.9-1.2倍。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括隔膜、电解液及如权利要求8-9任意一项所述的极片，所述极片的绝缘层与所述隔膜粘合。