WO2021227896A1 - 电池和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种电池和电子设备，涉及电池技术领域。该电池包括第一极片、第二极片和绝缘隔膜，绝缘隔膜位于第一极片和第二极片之间；第一极片包括第一集流体和第一极耳，第一集流体包括第一表面和第二表面，第一表面和第二表面均设有第一活性物质层；第一活性物质层上设置有第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽分别位于第一表面和第二表面上，且位置相对；第一极耳焊接于第一凹槽内；第一凹槽处覆盖至少一层绝缘层，第二凹槽处覆盖至少一层绝缘层。从而不仅有利于防止第一凹槽和第二凹槽区域出现短路问题，而且有利于防止第一凹槽和第二凹槽内出现析锂问题，进而有利于提高电池的安全性能。
Description
本申请要求于2020年05月11日提交中国专利局，申请号为202010393415.5，申请名称为“卷绕电芯及其制备方法、电池以及电子产品”的中国专利申请；2020年05月29日提交中国专利局，申请号为202020953044.7，申请名称为“一种电池结构和电子设备”的中国专利申请；2020年06月19日提交中国专利局，申请号为202021145599.5，申请名称为“一种电池极片及电池”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池和电子设备。
电池极片包括集流体、活性物质层和极耳，活性物质层覆盖在集流体的表面，极耳焊接在集流体上。为方便焊接极耳，需要在电池极片的正面和反面清除掉部分活性物质层形成凹槽，以使集流体显露在凹槽内，极耳焊接在凹槽内的集流体上。
然而，电池极片上的凹槽区域容易出现短路和析锂问题，从而影响电池的安全性能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供一种电池和电子设备，以避免电池极片的凹槽区域出现短路和析锂问题，有利于提高电池的安全性能。
为了达到上述目的，本申请实施例提供以下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种电池，包括第一极片、第二极片和绝缘隔膜，所述第一极片、所述绝缘隔膜和所述第二极片依次层叠并卷绕设置；所述第一极片包括第一集流体和第一极耳，所述第一集流体包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面均设有第一活性物质层；所述第一活性物质层上设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和所述 第二凹槽分别位于所述第一表面和所述第二表面上，且位置相对；所述第一极耳焊接于所述第一凹槽内；所述第一凹槽处覆盖至少一层绝缘层，所述第二凹槽处覆盖至少一层绝缘层。
本申请实施例提供的电池通过在第一凹槽处覆盖至少一层绝缘层，同时通过在第二凹槽处覆盖至少一层绝缘层，从而不仅有利于防止第一凹槽和第二凹槽区域出现短路问题，而且有利于防止第一凹槽和第二凹槽内出现析锂问题，进而有利于提高电池的安全性能。
可选的，所述第一凹槽处覆盖至少两层绝缘层。
可选的，所述第二凹槽处覆盖一层绝缘层，所述第二极片中与所述第二凹槽相对的区域设置至少一层绝缘层。
可选的，所述第二极片中与所述第二凹槽相对的区域的绝缘层的长度和/或宽度不大于所述第二凹槽处绝缘层相应的长度和/或宽度。
可选的，所述第二凹槽处覆盖至少两层绝缘层。
可选的，所述第一凹槽处的至少两层绝缘层中，部分或者全部绝缘层均覆盖所述第一凹槽。
可选的，所述第二极片包括第二集流体和第二极耳，所述第二集流体的相对两面均设有第二活性物质层，所述第二活性物质层上分别设置有第三凹槽和第四凹槽，所述第三凹槽和所述第四凹槽分别位于所述第二集流体的相对两面，且位置相对；所述第二极耳焊接于所述第三凹槽内，所述第三凹槽和所述第四凹槽处均覆盖一层绝缘层，所述第一极片中与所述第三凹槽相对的区域设置一层绝缘层，所述第一极片中与所述第四凹槽相对的区域设置一层绝缘层。
可选的，所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述第三凹槽、所述第四凹槽和所述绝缘层均为方形，所述绝缘层为胶纸。
可选的，所述第一极片中与所述第三凹槽相对的区域的绝缘层的长度和/或宽度不大于所述第三凹槽处绝缘层相应的长度和/或宽度；所述第一极片中与所述第四凹槽相对的区域的绝缘层的长度和/或宽度不大于所述第四凹槽处绝缘层相应的长度和/或宽度。
可选的，所述第一极片为负极片，所述第二极片为正极片；覆盖所述第一凹槽的所述绝缘层设置在所述第一凹槽与所述第二极片之间的绝缘隔膜上， 所述绝缘层用于阻止锂离子穿过。
可选的，所述绝缘层位于所述绝缘隔膜朝向所述第一极片的一面；和/或，所述绝缘层位于所述绝缘隔膜朝向所述第二极片的一面。
可选的，所述绝缘层通过第一胶层与所述绝缘隔膜粘接，所述第一胶层为常温下无粘性的热熔胶层。
可选的，所述绝缘层背离所述绝缘隔膜的一面设置有第二胶层，所述第二胶层为电解液可溶胀的压敏胶层。
可选的，所述绝缘层通过喷涂的方式附着在所述绝缘隔膜的表面。
可选的，所述绝缘层包括涤纶树脂；和/或，所述绝缘层的厚度在10μm—20μm之间。
可选的，所述绝缘隔膜选自于聚乙烯类或者聚丙烯类，所述绝缘隔膜覆盖于所述第一凹槽的部分经过加热处理后形成所述绝缘层；和/或，所述第二极片包括第二集流体和第二活性物质层，所述第二活性物质层覆盖于所述第二集流体的表面，且所述第二集流体上设置有无活性物质层区，所述无活性物质层区与所述第一凹槽相对。
可选的，所述第一凹槽的面积大于所述第二凹槽的面积。
可选的，在第一表面和第二表面连线的方向上，所述第一凹槽的投影完全覆盖所述第二凹槽的投影。
可选的，所述第一凹槽和所述第二凹槽的横截面均呈矩形或者圆形，所述横截面为垂直于所述第一表面和所述第二表面的连线的平面。
可选的，当所述第一凹槽和所述第二凹槽的横截面均呈矩形时，所述第一凹槽的边长大于所述第二凹槽的边长，所述第一凹槽的边宽大于所述第二凹槽的边宽。
可选的，所述第二凹槽的面积为所述第一凹槽的面积的60～90％。
可选的，所述第一凹槽的中轴线和所述第二凹槽的中轴线所构成的平面与所述第一表面和所述第二表面的连线重合或平行。
可选的，所述第一凹槽和所述第二凹槽的相邻边的最小距离为n，其中，0.5mm≤n≤3.5mm。
可选的，所述第一凹槽和所述第二凹槽的相邻边的最大距离为x，其中，0.5mm≤x≤3.5mm。
可选的，所述第二极片包括第二集流体和第二极耳，所述第二集流体的相对两面均设有第二活性物质层，所述第二活性物质层上分别设置有第三凹槽和第四凹槽，所述第三凹槽和所述第四凹槽分别位于所述第二集流体的相对两面，且位置相对，所述第二极耳焊接于所述第三凹槽内；所述第三凹槽的面积大于所述第四凹槽的面积。
第二方面，本申请实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括如上任一项中所述的电池。
本申请实施例提供的电子设备包括电池，在电池的安全性能得到提高的情况下，包括该电池的电子设备的安全性能也得到了提高。
第三方面，本申请实施例提供一种电池的卷绕电芯的制备方法，包括：
提供正极片、绝缘层、负极片以及绝缘隔膜，所述负极片包括第一集流体和第一极耳，所述第一集流体的相对两面均设置有第一活性物质层，所述第一活性物质层上设置有第一凹槽，所述第一极耳焊接在所述第一凹槽内；在所述绝缘层的一面设置第一胶层，在所述绝缘层的另一面设置第二胶层，所述第一胶层为常温下无粘性的热熔胶层；将所述绝缘层设置有第二胶层的一面粘接在所述正极片的预设位置；在所述正极片粘接有所述绝缘层的一面上依次叠设所述绝缘隔膜和所述负极片，所述第一凹槽朝向所述绝缘隔膜；将上述层叠结构卷绕形成卷绕电芯，以使所述绝缘层覆盖所述第一凹槽，所述绝缘层用于阻挡锂离子穿过；热压处理所述卷绕电芯，以使所述绝缘层设置有第一胶层的一面与所述绝缘隔膜粘接。
本申请实施例提供的电池的卷绕电芯的制备方法有利于使绝缘层更好的覆盖第一凹槽，从而有利于防止第一凹槽区域出现短路和析锂的问题，进而有利于提高电池的安全性能。
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是本申请实施例提供的一种第一极片的上表面的示意图；
图2是本申请实施例提供的一种第一极片的剖面示意图；
图3是本申请实施例提供的一种卷芯的示意图；
图4是本申请实施例提供的一种第二极片的上表面的示意图；
图5是本申请实施例提供的另一种第一极片的示意图；
图6为本申请实施例提供的电池的部分结构示意图一；
图7为本申请实施例提供的电池的部分结构示意图二；
图8为本申请实施例提供的电池的部分结构示意图三；
图9为本申请实施例提供的电池的部分结构示意图四；
图10是本申请实施例提供的电池极片的结构示意图；
图11是本申请实施例提供的电池极片的侧视图；
图12是本申请实施例提供的电池极片的第一侧面的结构示意图；
图13是本申请实施例提供的电池极片的第二侧面的结构示意图。
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、完整地描述，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。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。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。
实施例一
图1是本申请实施例提供的一种第一极片的上表面的示意图；图2是本申请实施例提供的一种第一极片的剖面示意图；图3是本申请实施例提供的一种卷芯的示意图；图4是本申请实施例提供的一种第二极片的上表面的示意图；图5是本申请实施例提供的另一种第一极片的示意图。
参照图1至图5，本实施例提供一种电池，包括第一极片11、第二极片12、第一极耳111和绝缘隔膜；第一极片11、绝缘隔膜和第二极片12 依次叠放且卷绕设置；第一极片11包括第一集流体，第一集流体的上表面和下表面均设有第一活性物质层，第一活性物质层上设置有第一凹槽112和第二凹槽，第一凹槽112和第二凹槽相对设置，且分别位于第一集流体的上表面和下表面；第一极耳111焊接于第一凹槽112处，第一凹槽112处被覆盖至少两层绝缘层，未焊接极耳的第二凹槽处被覆盖至少一层绝缘层。
本实施例中，第一凹槽112位于第一集流体的上表面，第一凹槽的区域剔除了活性物质，且第一凹槽的底部为第一集流体。第二凹槽位于第一集流体的下表面，第二凹槽的区域剔除了活性物质，且第二凹槽的底部为第一集流体。第一凹槽112与第二极片12相对，第二凹槽与第二极片相对。第一极片11通常指电池结构中的正极片，第二极片12通常指电池结构中的负极片。
第一凹槽112处被覆盖至少两层绝缘层，该至少两层绝缘层用于工艺防呆。当其中一层绝缘层未按预设标准贴好时，绝缘层贴设设备在贴设第二层绝缘层时可以探测到第一层绝缘层的不规范贴设，及时补正。当其中一层绝缘层未贴上或者脱落时，所述第一凹槽112还被另外至少一层绝缘层覆盖。这样提高了电池结构的安全性和可靠性，第一凹槽112被覆盖得更严实更牢靠。绝缘层贴设设备更简易，设备维修更简易。
以第一凹槽112处被覆盖两层绝缘层举例说明，该两层绝缘层为第一绝缘子层和第二绝缘子层，第一绝缘子层的尺寸可以大于或小于第二绝缘子层的尺寸，第一绝缘子层的尺寸也可以等于第二绝缘子层的尺寸，对此本实施例不作限定，只要第一绝缘子层或者第二绝缘子层能够完全覆盖所述第一凹槽112即可。这样，绝缘层之间对尺寸和位置关系的设定较为宽松，避免了较为严格的位置对齐和尺寸关系而带来的累积误差，降低了电池内部短路风险，电池结构的安全性较高，电芯的一致性和稳定性较高；绝缘层的尺寸可设置为更小，提高电芯能量密度。
作为一种可选的实施方式，第二凹槽处被覆盖一层绝缘层，第二极片12中与第二凹槽相对的区域设置至少一层绝缘层。
第二凹槽与第二极片12相对，覆盖第二凹槽的其中一层绝缘层位于第一极片11上，覆盖第二凹槽的其他绝缘层位于第二极片12上。
作为一种可选的实施方式，第二极片12中与第二凹槽相对的区域的绝缘层的长度和/或宽度不大于第二凹槽处绝缘层相应的长度和/或宽度。该实施方式降低电池中发生析锂的可能性，提高电池结构的安全性。
作为一种可选的实施方式，第二凹槽处被覆盖至少两层绝缘层。
该实施方式中，第一凹槽112处被覆盖至少两层绝缘层，未焊接极耳的第二凹槽处被覆盖至少两层绝缘层，覆盖第一凹槽112和第二凹槽处的绝缘层为如图3标记的113，均位于第一极片11上。类似的，第二凹槽处的绝缘层之间的尺寸和位置关系的设定较为宽松，避免了较为严格的位置对齐和尺寸关系而带来的累积误差，降低了电池内部短路风险，电芯的一致性较高。该实施方式降低了极耳刺破绝缘层而导致电池内部短路的风险。
作为一种可选的实施方式，第一凹槽112处的至少两层绝缘层中部分或者全部绝缘层均覆盖所述第一凹槽112。
该实施方式中，第一凹槽112处的至少两层绝缘层中部分绝缘层覆盖第一凹槽112，电池结构的能量密度较高。或者，第一凹槽112处的至少两层绝缘层中全部绝缘层均覆盖所述第一凹槽112，第一凹槽112被覆盖得更严实更牢靠。
作为一种可选的实施方式，第二极片12包括第二集流体，第二集流体的上表面和下表面均设有第二活性物质层，第二活性物质层上设置有第三凹槽121和第四凹槽，第三凹槽121和第四凹槽相对设置，且分别位于第二集流体的上表面和下表面；第三凹槽121处焊接有第二极耳122，第三凹槽121和第四凹槽处均被覆盖一层绝缘层，第一极片11中与第三凹槽121相对的区域设置一层绝缘层，第一极片11中与第四凹槽相对的区域设置一层绝缘层。
第一集流体和第二集流体的组成成分可以相同，第一活性物质层和第二活性物质层的组成成分可以相同。第三凹槽121位于第二集流体的上表面，第三凹槽121的区域剔除了活性物质，且第三凹槽121的底部为第二集流体。第四凹槽位于第二集流体的下表面，第四凹槽的区域剔除了活性物质，且第四凹槽的底部为第二集流体。第三凹槽112与第一极片11相对，第四凹槽与第一极片11相对。
第三凹槽121和第四凹槽处均被覆盖一层绝缘层，如图3标记的123。 第一极片11中与第三凹槽121相对的区域设置一层绝缘层，第一极片11中与第四凹槽相对的区域设置一层绝缘层，如图3标记的114。覆盖第三凹槽121的其中一层绝缘层位于第二极片12上，覆盖第三凹槽121的另外一层绝缘层位于第一极片11上。覆盖第四凹槽的其中一层绝缘层位于第二极片12上，覆盖第四凹槽的另外一层绝缘层位于第一极片11上。
作为一种可选的实施方式，第一凹槽112、第二凹槽、第三凹槽121、第四凹槽和绝缘层均为方形，绝缘层为胶纸。
该实施方式中，由于第一凹槽112、第二凹槽、第三凹槽121、第四凹槽和绝缘层均为方形，方便凹槽的覆盖，降低胶纸贴设难度，提高凹槽覆盖的准确性，提高电池的安全性。
作为一种可选的实施方式，第一极片11中与第三凹槽121相对的区域的绝缘层的长度和/或宽度不大于第三凹槽121处绝缘层相应的长度和/或宽度，第一极片11中与第四凹槽相对的区域的绝缘层的长度和/或宽度不大于第四凹槽处绝缘层相应的长度和/或宽度。
该实施方式降低电池中发生析锂的可能性，提高电池结构的安全性。当凹槽处的绝缘层均位于自身极片时，对绝缘层之间的尺寸和位置关系的设定较为宽松。当凹槽处的绝缘层分别位于不同极片时，对绝缘层之间的尺寸和位置关系的设定较为严格。
图1中标记的115，图2标记的116，图3标记的113、114和123，图4标记的124，图5标记的116均为绝缘层。
本实施例中，电池包括第一极片11、第二极片12、第一极耳111和绝缘隔膜；第一极片11、绝缘隔膜和第二极片12依次叠放且卷绕设置；第一极片11包括第一集流体，第一集流体的上表面和下表面均设有第一活性物质层，第一活性物质层上设置有第一凹槽112和第二凹槽，第一凹槽112和第二凹槽相对设置，且分别位于第一集流体的上表面和下表面；第一极耳111焊接于第一凹槽112处，第一凹槽112处被覆盖至少两层绝缘层，未焊接极耳的第二凹槽处被覆盖至少一层绝缘层。这样相比现有技术中覆盖第一焊印的第三绝缘层和第四绝缘层设置于第二极片上，且因绝缘层尺寸和位置的累积误差易带来电池内部短路风险，本实施例可以提高电池结构的安全性。
实施例二
具有卷绕电芯的电池通常采用极耳中置技术，即，采用特定的工艺去除极片表面部分区域的活性物质层，并将极耳焊接在极片去除活性物质层后裸露的集流体上，然而，极耳焊接在极片的集流体上后并不会完全覆盖裸露的集流体，也就是说，在极耳的周围仍然存在裸露的集流体。锂离子电池在充电的过程中会出现析锂现象，当负极片上裸露的集流体对面的正极片上具有活性活性物质层时，来自活性活性物质层的锂离子会穿过正极片与负极片之间的隔膜并在负极片的裸露的集流体表面析出金属锂，从而可能导致锂离子电池热失控并引发安全事故。
图6为本申请实施例提供的电池的部分结构示意图一；图7为本申请实施例提供的电池的部分结构示意图二；图8为本申请实施例提供的电池的部分结构示意图三；图9为本申请实施例提供的电池的部分结构示意图四。
参照图6至图9，为了解决上述技术问题，本实施例提供一种电池，包括正极片10、负极片20以及位于正极片10与负极片20之间的绝缘隔膜30，其中，绝缘隔膜30能够使卷绕电芯的正极片10与负极片20之间相互绝缘，且绝缘隔膜30上具有供锂离子穿过的孔隙，从而保证了具有卷绕电芯的锂离子电池能够正常工作。
具体的，当锂离子电池充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，随着电解液穿过绝缘隔膜后插入到负极材料的晶格中，使得负极富锂，正极贫锂；当锂离子电池放电时，锂离子从负极材料的晶格中脱出，随着电解液穿过绝缘隔膜后插入到正极材料的晶格中，使得正极富锂，负极贫锂。
本实施例的负极片20包括负极集流体21、负极活性物质层22以及设置在负极集流体21表面的负极耳23，负极耳23可以是通过焊接的方式设置在负极集流体21的表面，也可以是通过其他方式设置在负极集流体21的表面。具体的，负极活性物质层22覆盖于负极集流体21的表面，且负极活性物质层22具有避让负极耳23的第一凹槽24，即，位于第一凹槽24的负极集流体21的表面未覆盖负极活性物质层22，负极耳23位于第一凹槽24。
通常情况下，为了便于将负极耳23设置在负极集流体表面的第一凹槽 24，会设置第一凹槽24的面积大于位于第一凹槽24的负极耳23的面积，也就是说，设置在第一凹槽24的负极耳23不会完全覆盖裸露在第一凹槽24的负极集流体21，从而导致负极耳23的周围还存在裸露的负极集流体21。在锂离子电池的循环过程中尤其是在锂离子电池的充电过程中，电解液中的锂离子可能会在负极耳23周围裸露的负极集流体21表面析出金属锂，从而可能导致锂离子电池热失控引发安全事故。
本实施例的第一凹槽24与正极片10之间的绝缘隔膜设置有覆盖第一凹槽24的绝缘层31，该绝缘层31能够阻止位于第一凹槽24对面的正极片10上的锂离子穿过绝缘层31进入第一凹槽24，从而能够避免锂离子在第一凹槽24析出金属锂并附着在负极耳23周围裸露的负极集流体21的表面，进而有利于防止锂离子电池热失控引发安全事故。
可以理解的是，设置绝缘层31覆盖第一凹槽24，即需要设置绝缘层31的尺寸大于第一凹槽24的尺寸，从而能够保证电芯卷绕完成后绝缘层31完全覆盖住第一凹槽24，以防止锂离子进入第一凹槽24。
具体实现时，设置锂离子电池的卷绕电芯包括正极片10、负极片20以及位于正极片10与负极片20之间的绝缘隔膜30，负极片20包括负极集流体21及覆盖于负极集流体表面的负极活性物质层22，负极集流体21的表面具有未被负极活性物质层22覆盖的第一凹槽24，负极耳23设置在第一凹槽24的负极集流体21表面，以保证卷绕电芯能够在锂离子电池中发挥正常的功能。为了避免在锂离子电池充电的过程中，位于第一凹槽24对面的正极片10中脱出的锂离子进入第一凹槽24并在负极集流体21表面析出金属锂，位于第一凹槽24与正极片10之间的绝缘隔膜设置有覆盖第一凹槽24的绝缘层31，绝缘层31能够阻止从正极片10脱出的锂离子进入第一凹槽24，以避免锂离子在第一凹槽24的负极集流体21表面析出金属锂，从而有利于防止锂离子电池热失控引发安全事故，进而有利于降低锂离子电池在快充的过程中析出金属锂带来的安全风险。
本实施例的卷绕电芯包括正极片10、负极片20以及位于正极片10与负极片20之间的绝缘隔膜30，绝缘隔膜30用于保证正极片10与负极片20之间相互绝缘；负极片20包括负极集流体21、负极活性物质层22以及设置在负极集流体21表面的负极耳23，负极活性物质层22覆盖于负极集流体21 的表面，且负极活性物质层22具有避让负极耳23的第一凹槽24，设置在负极集流体21表面的负极耳23位于第一凹槽24；通过在第一凹槽24与正极片10之间的绝缘隔膜30设置有阻挡锂离子通过的绝缘层31，并使绝缘层31覆盖第一凹槽24，即，绝缘层31的尺寸大于第一凹槽24的尺寸，以便于将第一凹槽24完全覆盖，从而能够阻止正极片10的锂离子穿过绝缘层31进入第一凹槽24，以避免锂离子在第一凹槽24析出金属锂并附着于负极集流体21上，有利于防止锂离子电池热失控引发安全事故，进而有利于降低锂离子电池在快充的过程中析出金属锂带来的安全风险。
在第一凹槽24与正极片10之间设置覆盖第一凹槽24的绝缘层31的实现方式包括但不限于以下三种可行的实现方式：
第一种可行的实现方式，参照图6所示，将绝缘层31设置在绝缘隔膜30朝向正极片10的一面上，具体实现时，从正极片10脱出的锂离子在通过绝缘隔膜30之前就会受到绝缘层31的阻止，从而使锂离子无法穿过绝缘层31进入至第一凹槽24，进而能够避免锂离子在第一凹槽24的负极集流体21表面析出金属锂，并导致锂离子电池热失控引发安全事故。
第二种可行的实现方式，参照图7所示，将绝缘层31设置在绝缘隔膜30朝向负极片20的一面上，具体实现时，从正极片10脱出的锂离子在通过绝缘隔膜30之后就会受到绝缘层31的阻止，从而使锂离子无法穿过绝缘层31进入至第一凹槽24，进而能够避免锂离子在第一凹槽24的负极集流体21表面析出金属锂，并导致锂离子电池热失控引发安全事故。
第三种可行的实现方式，参照图8所示，在绝缘隔膜30朝向正极片10的一面以及绝缘隔膜30朝向负极片20的一面均设置有绝缘层31，具体实现时，从正极片10脱出的锂离子在通过绝缘隔膜30之前就会受到绝缘层31的阻止，从而使锂离子无法穿过绝缘层31进入至第一凹槽24，在正极片10与绝缘隔膜30之间以及负极片20与绝缘隔膜30之间均设置绝缘层31，能够更好的避免锂离子进入至第一凹槽24，从而能够避免锂离子在第一凹槽24的负极集流体21表面析出金属锂，并导致锂离子电池热失控引发安全事故。
具体的，第一凹槽24与正极片10之间的绝缘隔膜30设置有绝缘层31的实现方式包括但不限于以下三种可能的实现方式：
第一种实现方式为：将绝缘层31粘接在绝缘隔膜30的表面，例如，可 以在绝缘层31朝向绝缘隔膜30的一面设置第一胶层，以便于将绝缘层31通过第一胶层与绝缘隔膜30粘接在一起。绝缘层31可以粘接在绝缘隔膜30的朝向正极片10的一面，也可以粘接在绝缘隔膜30的朝向负极片20的一面，还可以在绝缘隔膜30的两面均粘接绝缘层31。第一胶层可以为常温下无粘性的热熔胶层，其中，常温是指正常环境下的室温，也就是说，在室温环境下热熔胶层不具有粘性；第一胶层也可以为其他能够将绝缘层31粘接在绝缘隔膜30上的胶层，此处不再赘述。
具体实现时，在卷绕电芯的过程中，将绝缘层31粘接在绝缘隔膜30对应于第一凹槽24的位置处，无论是粘接在绝缘隔膜30朝向正极片10的一面，或者是粘接在绝缘隔膜30朝向负极片20的一面，亦或者是在绝缘隔膜30的两面均粘接绝缘层31，只要能够使绝缘层31在卷绕电芯卷绕完成后覆盖住第一凹槽24即可，从而能够阻止锂离子穿过绝缘层31进入至第一凹槽24，进而能够避免锂离子在第一凹槽24的负极集流体21表面析出金属锂，并导致锂离子电池热失控引发安全事故。
进一步的，还可以在绝缘层31背离绝缘隔膜30的一面设置第二胶层，并设置第二胶层为电解液可溶胀的压敏胶层，电解液可溶胀的压敏胶层在遇到电解液时会发生溶胀并与粘接物脱离粘合。其中，电解液可溶胀的压敏胶层可以采用环氧类、聚氨酯类、丙烯酸类或者橡胶类作为胶黏剂，以使该电解液可溶胀的压敏胶层在浸泡电解液后，粘结力能够降为初始状态的5％以内，即，初始粘结力为0.1～0.3N/mm，浸泡电解液后的粘结力小于0.015N/mm，优选为0.010N/mm以下。
具体实现时，以绝缘层31位于正极片10与绝缘隔膜30之间为例，在卷绕电芯的过程中，将绝缘层31设置有第二胶层即电解液可溶胀的压敏胶层的一面贴设在正极片10的预设位置处进行卷绕，其中，预设位置为电芯卷绕完成后正极片上与第一凹槽24正对的位置，即，贴设在预设位置的绝缘层31在电芯卷绕完成后会覆盖第一凹槽24，且绝缘层31设置有第一胶层即常温下无粘性的热熔胶层的一面与绝缘隔膜30接触；卷绕完成后，对卷绕完成的电芯进行热压，热压温度可以为30℃～90℃，热压会使与绝缘隔膜30接触的第一胶层即常温下无粘性的热熔胶层的粘性增大，从而与绝缘隔膜30粘结在一起；卷绕电芯封装入外壳并注入电解液后，电解液会使第二胶层即电解液 可溶胀的压敏胶层溶胀并与正极片10脱离粘合，以使绝缘层31最终粘合在绝缘隔膜30上，从而不会妨碍正极片10的性能。其中，将绝缘层31粘结在正极片10上能够对绝缘层31进行比较好的定位，以保证卷绕完成后绝缘层31能够比较准确的覆盖住第一凹槽24；将第一胶层设置为常温下无粘性的热熔胶层能够在卷绕的过程防止绝缘层31粘结在设备的输送辊上，导致胶层脱落或者极片撕裂，同时也可以防止绝缘层31的表面吸附过多粉尘，不利于电池的安全性能。
第二种实现方式为：绝缘层31可以通过喷涂的方式附着在绝缘隔膜30的表面，具体的，绝缘层31可以附着在绝缘隔膜30朝向正极片10的一面，也可以附着在绝缘隔膜30朝向负极片20的一面，还可以在绝缘隔膜30的两面均喷涂有绝缘层31。通过喷涂的方式形成的绝缘层可以是聚丙烯层、聚乙烯层或者其他聚合物层，也可以是金属层或者其他无机物层等。
此外，绝缘层31也可以通过其他方式设置在绝缘隔膜30的表面。或者，绝缘层31可以根据实际需要设置在绝缘隔膜30与正极片10之间，或者设置在绝缘隔膜30与负极片20之间。
可选的，加工形成绝缘层31的材料中可以包括涤纶树脂，也可以包括其他能够满足本实施例关于绝缘层31的要求的材料，此处不再赘述。
本实施例的绝缘层31的厚度可以设置在10μm到20μm之间，以保证绝缘层31的厚度不会对卷绕电芯的性能产生不利影响。
第三种实现方式为：可以对绝缘隔膜30覆盖于第一凹槽24的部分进行加热处理以形成绝缘层31。其中，绝缘隔膜30选自于聚乙烯类或者聚丙烯类，聚乙烯类或者聚丙烯类的绝缘隔膜30经过加热处理后能够使绝缘隔膜30上供锂离子穿过的孔隙闭合，从而形成为能够阻止锂离子穿过的绝缘层31。
其中，对绝缘隔膜30覆盖于第一凹槽24的部分进行加热处理的方式可以为接触式加热，例如，用加热板直接接触绝缘隔膜30覆盖于第一凹槽24的部分进行加热以使绝缘隔膜30覆盖于第一凹槽24的部分闭孔；也可以为非接触式加热，例如，用红外灯照射绝缘隔膜30覆盖于第一凹槽24的部分进行加热以使绝缘隔膜30覆盖于第一凹槽24的部分闭孔；对绝缘隔膜30覆盖于第一凹槽24的部分进行加热处理的温度可以为120℃～250℃，加热处理的时间可以为1s～5s。
进一步的，正极片10包括正极集流体110和正极活性物质层120，正极活性物质层120覆盖于正极集流体110的表面，且正极集流体110上设置有无活性物质层区13，无活性物质层区13与第一凹槽24相对，从而使第一凹槽24对面的正极片10上不具有产生锂离子的活性物质，进而能够避免从第一凹槽24对面的正极片10上脱出锂离子进入至第一凹槽24，并在第一凹槽24的负极集流体21表面析出金属锂，进而有利于防止锂离子电池热失控引发安全事故，同时有利于降低锂离子电池在快充的过程中析出金属锂带来的安全风险。
本实施例还提供了一种电池的卷绕电芯的制备方法，包括：
提供正极片、绝缘层、负极片以及绝缘隔膜，负极片包括负极集流体、负极活性物质层以及设置在负极集流体表面的负极耳，负极活性物质层覆盖于负极集流体的表面，且负极活性物质层具有避让负极耳的第一凹槽，负极耳位于第一凹槽，例如负极耳可以焊接在第一凹槽。
在绝缘层的一面设置第一胶层，第一胶层可以是常温下无粘性的热熔胶层，具体的，第一胶层可以是涂覆在绝缘层的表面，也可以是贴设在绝缘层的表面，还可以是通过其他方式设置在绝缘层的表面。在绝缘层的另一面设置第二胶层，第二胶层可以是电解液可溶胀的压敏胶层，也可以是其他能够将绝缘层与正极片粘合在一起的胶层，具体的，第二胶层可以是涂覆在绝缘层的表面，也可以是贴设在绝缘层的表面，还可以是通过其他方式设置在绝缘层的表面。
将绝缘层设置有第二胶层的一面粘接在正极片的预设位置，其中，预设位置是指电芯卷绕完成后正极片上与第一凹槽正对的位置，即，贴设在预设位置的绝缘层在电芯卷绕完成后会覆盖第一凹槽。
在正极片粘接有绝缘层的一面依次叠设绝缘隔膜和负极片，并使负极片上的第一凹槽朝向绝缘隔膜，此时，绝缘层设置有第一胶层即常温下无粘性的热熔胶层的一面与绝缘隔膜接触，由于热熔胶层在常温下无粘性，所以绝缘层不会与绝缘隔膜粘接在一起，从而能够避免对后续的卷绕过程产生不利影响。
将正极片、绝缘隔膜以及负极片形成的层叠结构进行卷绕形成卷绕电芯，此时，贴设在正极片上的绝缘层能够覆盖第一凹槽，以阻挡锂离子穿过绝缘 层进入第一凹槽。
热压处理卷绕电芯，热压处理会使与绝缘隔膜接触的常温下无粘性的热熔胶层的粘性增大，从而能够使绝缘层设置有热熔胶层的一面与绝缘隔膜粘接在一起，以使绝缘层能够比较可靠的覆盖第一凹槽。
具体实现时，先将绝缘层粘结在正极片上能够对绝缘层进行比较好的定位，以保证电芯卷绕完成后绝缘层能够比较准确的覆盖住第一凹槽；将绝缘层与绝缘隔膜接触的一面设置为常温下无粘性的热熔胶层能够在卷绕下料的过程防止粘合在正极片上的绝缘层粘结在设备的输送辊上，导致胶层脱落或者导致正极片撕裂，同时也可以防止绝缘层的表面吸附过多粉尘，不利于电池的安全性能。
进一步的，可以设置第二胶层为电解液可溶胀的压敏胶层，即，当卷绕电芯封装入外壳并注入电解液后，电解液会使绝缘层上设置的电解液可溶胀的压敏胶层溶胀并与正极片脱离粘合，以使绝缘层最终粘合在绝缘隔膜上，从而不会妨碍正极片的性能。
实施例三
图10是本申请实施例提供的电池极片的结构示意图；图11是本申请实施例提供的电池极片的侧视图；图12是本申请实施例提供的电池极片的第一侧面的结构示意图；图13是本申请实施例提供的电池极片的第二侧面的结构示意图。
参照图10至图13，本实施例提供了一种电池，包括极片1和极耳2，极片1包括集流体，集流体包括第一表面3和第二表面4，第一表面3和第二表面4均设有第一活性物质层，第一活性物质层上设有第一凹槽5和第二凹槽6，第一凹槽5和第二凹槽6相对设于第一表面3和第二表面4，极耳2电连接于第一凹槽5中，第一凹槽5的面积大于第二凹槽6的面积。
上述的电池极片，设置第一凹槽5的面积大于第二凹槽6的面积，能避免在清除第一表面3的时候，第一活性物质层与凹槽存在台阶导致的清除不干净或极片破损的现象，使清除工作简单化。
具体地，在该实施方式中，在第一表面3和第二表面4的连线方向上，第一凹槽5的投影完全覆盖第二凹槽6的投影，优选为第二凹槽6的面积 为第一凹槽5的面积的60～90％。例如，设定第一凹槽5和所述第二凹槽6的相邻边的最小距离为n，则需满足，0.5mm≤n≤3.5mm。设定第一凹槽5和第二凹槽6的相邻边的最大距离为x，则需满足，0.5mm≤x≤3.5mm。需要说明的是，此处仅作施例说明，并不做限定，可变换的，在其他可行的实施例中，还可以在一定程度上调整上述面积比。
可理解地，集流体指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔。第一活性物质层是包含第一活性物质的涂层，可变换的，第一活性物质层为多个涂层组合而成的多层结构，其中至少一层涂层中含有第一活性物质。
在实际工作中，需要利用刮刀的对极片本体1上的第一活性物质层用物理方法清除使之裸露出表面状态良好的集流体，使得凹槽与集流体的基材连接。本实施例中所指的第一活性物质层指涂膏。
可选地，极片1包括正极片和/或负极片。在该实施方式中，以正极片为例进行说明。但本实施例并不对此做限定，作为可变换的实施方式，在其他可行的实施例中，还可以将上述第一凹槽5和第二凹槽6设置于负极片上。在又一个可行的实施例中，还可以将上述第一凹槽5和第二凹槽6同时设置于正极片和负极片上。
此外，值得说明的是，该实施方式中，在正极板上设置有上述第一凹槽5和第二凹槽6，但本实施例并不对设置的凹槽的个数做具体限定，此处，仅作举例说明。作为可变换的实施方式，在其他可行的实施例中，还可以在同一片正极板上设置两个或者其他个数的凹槽。其具体个数，根据具体使用情况确定。
在设置时，需满足，在第一表面3和第二表面4连线的方向上，第一凹槽5的投影完全覆盖第二凹槽6的投影。
可选地，第一凹槽5和第二凹槽6的横截面呈矩形。本实施方式中的横截面是指垂直于第一表面3和第二表面4的连线的平面。
具体而言，在该实施方式中，以设置第一凹槽5和第二凹槽6的横截面呈长方形为例进行说明。其中，当第一凹槽5和第二凹槽6的横截面呈长方形时，将第一凹槽5视为长方形的第一面，将第二凹槽6视为长方形的第二面，此时，该长方形的第一面的长度大于第二面的长度，该长方形 的第一面的宽度大于第二面的宽度。可变换地，凹槽的横截面还可以成平行四边形或者正方形等其他规则的多边形状。但不管其为何种规则的多边形状，都需满足能使得极耳2嵌入。
作为可变换的实施方式，在另一个可行的实施例中，第一凹槽5和第二凹槽6的横截面还可以呈不规则的多边形状，其中，横截面为垂直于第一表面3和第二表面4的连线的平面。
具体而言，在该实施方式中，以设置第一凹槽5和第二凹槽6的横截面呈第一表面3为梯形，第二表面4为方形为例进行说明。其中，该梯形的面积应大于方形的面积。可变换地，第一凹槽5和第二凹槽6的横截面还可以为其他的不规则的多边形状，但不管其为何种不规则的多边形状，需要满足该梯形和方形相邻的第一凹槽5和第二凹槽6边的最小差值大于0mm，且能使得极耳2嵌入。
作为可变换的实施方式，在另一个可行的实施例中，第一凹槽5和第二凹槽6的横截面呈圆形，横截面为垂直于第一表面3和第二表面4的连线的平面。
具体而言，在该实施方式中，以设置第一凹槽5和第二凹槽6的横截面呈圆形为例进行说明。其中，当第一凹槽5和第二凹槽6的横截面呈圆形时，将第一凹槽5视为圆形的第一面，将第二凹槽6视为圆形的第二面，此时，该圆形的第一面的半径大于第二面的半径。
可选地，在该实施方式中，第一凹槽5的中轴线和第二凹槽6的中轴线所构成的平面与第一表面3和所述第二表面4的连线重合或平行。可以使得极耳2更好地嵌入到第一凹槽5中。但本实施例并不对此做限定，可变换地，在其他可行的实施例中，还可以使得第一凹槽5和第二凹槽6的中轴线与第一表面3和第二表面4的连线平行。
实施例四
实施例一至实施例三的基础上，本实施例提供一种电子设备，该电子设备包括电池。
本实施例中的电池与实施例一至实施例三提供的电池的结构相同，并能带来相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述，具体可参照上述实 施例的描述。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (27)
- 一种电池，其特征在于，包括第一极片、第二极片和绝缘隔膜，所述第一极片、所述绝缘隔膜和所述第二极片依次层叠并卷绕设置；所述第一极片包括第一集流体和第一极耳，所述第一集流体包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面均设有第一活性物质层；所述第一活性物质层上设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽分别位于所述第一表面和所述第二表面上，且位置相对；所述第一极耳焊接于所述第一凹槽内；所述第一凹槽处覆盖至少一层绝缘层，所述第二凹槽处覆盖至少一层绝缘层。
- 根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一凹槽处覆盖至少两层绝缘层。
- 根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述第二凹槽处覆盖一层绝缘层，所述第二极片中与所述第二凹槽相对的区域设置至少一层绝缘层。
- 根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述第二极片中与所述第二凹槽相对的区域的绝缘层的长度和/或宽度不大于所述第二凹槽处绝缘层相应的长度和/或宽度。
- 根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述第二凹槽处覆盖至少两层绝缘层。
- 根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述第一凹槽处的至少两层绝缘层中，部分或者全部绝缘层均覆盖所述第一凹槽。
- 根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述第二极片包括第二集流体和第二极耳，所述第二集流体的相对两面均设有第二活性物质层，所述第二活性物质层上分别设置有第三凹槽和第四凹槽，所述第三凹槽和所述第四凹槽分别位于所述第二集流体的相对两面，且位置相对；所述第二极耳焊接于所述第三凹槽内，所述第三凹槽和所述第四凹槽处均覆盖一层绝缘层，所述第一极片中与所述第三凹槽相对的区域设置一层绝缘层，所述第一极片中与所述第四凹槽相对的区域设置一层绝缘层。
- 根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述第三凹槽、所述第四凹槽和所述绝缘层均为方形，所述绝缘层为胶纸。
- 根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述第一极片中与所述第三凹槽相对的区域的绝缘层的长度和/或宽度不大于所述第三凹槽处绝缘层相应的长度和/或宽度；所述第一极片中与所述第四凹槽相对的区域的绝缘层的长度和/或宽度不大于所述第四凹槽处绝缘层相应的长度和/或宽度。
- 根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一极片为负极片，所述第二极片为正极片；所述第一凹槽与所述第二极片之间的所述绝缘隔膜设置有覆盖所述第一凹槽的绝缘层，所述绝缘层用于阻止锂离子穿过。
- 根据权利要求10所述的电池，其特征在于，所述绝缘层位于所述绝缘隔膜朝向所述第一极片的一面；和/或，所述绝缘层位于所述绝缘隔膜朝向所述第二极片的一面。
- 根据权利要求11所述的电池，其特征在于，所述绝缘层通过第一胶层与所述绝缘隔膜粘接，所述第一胶层为常温下无粘性的热熔胶层。
- 根据权利要求12所述的电池，其特征在于，所述绝缘层背离所述绝缘隔膜的一面设置有第二胶层，所述第二胶层为电解液可溶胀的压敏胶层。
- 根据权利要求11所述的电池，其特征在于，所述绝缘层通过喷涂的方式附着在所述绝缘隔膜的表面。
- 根据权利要求10-14任一项所述的电池，其特征在于，所述绝缘层包括涤纶树脂；和/或，所述绝缘层的厚度在10μm—20μm之间。
- 根据权利要求10-14任一项所述的电池，其特征在于，所述绝缘隔膜选自于聚乙烯类或者聚丙烯类，所述绝缘隔膜覆盖于所述第一凹槽的部分经过加热处理后形成所述绝缘层；和/或，所述第二极片包括第二集流体和第二活性物质层，所述第二活性物质层覆盖于所述第二集流体的表面，且所述第二集流体上设置有无活性物质层区，所述无活性物质层区与所述第一凹槽相对。
- 根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一凹槽的面积大于所述第二凹槽的面积。
- 根据权利要求17所述的电池，其特征在于，在第一表面和第二表面连线的方向上，所述第一凹槽的投影完全覆盖所述第二凹槽的投影。
- 根据权利要求17所述的电池，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽的横截面均呈矩形或者圆形，所述横截面为垂直于所述第一表面和所述第二表面的连线的平面。
- 根据权利要求17所述的电池，其特征在于，当所述第一凹槽和所述第二凹槽的横截面均呈矩形时，所述第一凹槽的边长大于所述第二凹槽的边长，所述第一凹槽的边宽大于所述第二凹槽的边宽。
- 根据权利要求17所述的电池，其特征在于，所述第二凹槽的面积为所述第一凹槽的面积的60～90％。
- 根据权利要求17所述的电池，其特征在于，所述第一凹槽的中轴线和所述第二凹槽的中轴线所构成的平面与所述第一表面和所述第二表面的连线重合或平行。
- 根据权利要求17所述的电池，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽的相邻边的最小距离为n，其中，0.5mm≤n≤3.5mm。
- 根据权利要求17所述的电池，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽的相邻边的最大距离为x，其中，0.5mm≤x≤3.5mm。
- 根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第二极片包括第二集流体和第二极耳，所述第二集流体的相对两面均设有第二活性物质层，所述第二活性物质层上分别设置有第三凹槽和第四凹槽，所述第三凹槽和所述第四凹槽分别位于所述第二集流体的相对两面，且位置相对，所述第二极耳焊接于所述第三凹槽内；所述第三凹槽的面积大于所述第四凹槽的面积。
- 一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-25中任一项所述的电池。
- 一种电池的卷绕电芯的制备方法，其特征在于，包括：提供正极片、绝缘层、负极片以及绝缘隔膜，所述负极片包括第一集流体和第一极耳，所述第一集流体的相对两面均设置有第一活性物质层，所述第一活性物质层上设置有第一凹槽，所述第一极耳焊接在所述第一凹槽内；在所述绝缘层的一面设置第一胶层，在所述绝缘层的另一面设置第二胶层，所述第一胶层为常温下无粘性的热熔胶层；将所述绝缘层设置有第二胶层的一面粘接在所述正极片的预设位置；在所述正极片粘接有所述绝缘层的一面上依次叠设所述绝缘隔膜和所述 负极片，所述第一凹槽朝向所述绝缘隔膜；将上述层叠结构卷绕形成卷绕电芯，以使所述绝缘层覆盖所述第一凹槽，所述绝缘层用于阻挡锂离子穿过；热压处理所述卷绕电芯，以使所述绝缘层设置有第一胶层的一面与所述绝缘隔膜粘接。
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