WO2022247665A1 - 极耳极片及卷绕电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种极耳极片（1），包括涂覆区（11）和位于涂覆区（11）一侧的空箔区（12），空箔区（12）包括切割区（121）和保留区（122），切割区（121）通过切割形成多个极耳（14），多个极耳（14）沿极耳极片（1）的长度方向（X）依次排列设置，且多个极耳（14）于靠近涂覆区（11）的一端通过保留区（122）连为一体；切割区（121）和保留区（122）相接的位置形成分割线（123），每个极耳（14）包括相对的第一边（141）和第二边（142），第一边（141）和第二边（142）均与分割线（123）相交，第一边（141）与分割线（123）之间形成的夹角为a，夹角a位于极耳（14）内，且夹角a为锐角。本申请还提供一种卷绕电池。

Description

极耳极片及卷绕电池 技术领域
本申请涉及电池技术领域，尤其是涉及一种极耳极片及卷绕电池。
 背景技术
随着电子技术的发展，锂离子电池具有的比功率高、循环寿命长、安全性能好以及无污染等优点使其得到广泛地应用。传统的卷绕式电池主要为单极耳或多极耳的卷绕式电池，全极耳卷绕式电池由于其内阻低、能量密度高越来越受到认可。
 技术问题
全极耳卷绕式电池的制造方式通常是分别将正负极片的一端涂覆活性材料（该涂覆有活性材料的部分称为涂覆区），其另一端为空白部分（即未涂覆活性材料，该部分称为空箔区），在正负极片卷绕过程中（或者是正负极片卷绕完成后），通过将上述空白部分抚平形成全极耳。
在上述空白部分向内折叠的过程中，为了抚平极耳，通常需要在垂直于极片的表面（即卷绕后形成的圆柱电池的两个圆柱形端面）施加较大的压力，这容易导致内部正负极片上的活性材料脱落，甚至引起内部极片的变形，大大降低了卷绕式电池的使用性能。
 技术解决方案
本申请的目的是提供一种极耳极片及卷绕电池，旨在解决上述背景技术存在的不足，通过将第一边与分割线之间形成的夹角a设置成锐角，使得当卷绕方向与锐角a的朝向相同时，能够减少抚平极耳时所需要的辊压力，从而避免极耳极片的变形，同时减少正负极极片上活性材料的脱落，大大提高极耳卷绕电芯的良品率。此外，由于抚平极耳时不需要很大的压力，能够减少弯折极耳的应力，从而保证卷绕电池的质量。同时，由于切割区通过保留区与涂覆区相间隔，能够避免在切割形成极耳时切割到涂覆区而导致涂覆区内的活性材料粉末脱落，从而避免对极耳极片的电性能造成影响，且方便切割操作。该卷绕电池不仅设计方案简单，而且电性能佳，产率高，实用性强。
本申请的一种实施例提供一种极耳极片，包括涂覆区和位于所述涂覆区一侧的空箔区，所述空箔区包括切割区和保留区，所述保留区靠近于所述涂覆区且位于所述涂覆区与所述切割区之间，所述切割区通过切割形成多个极耳，多个所述极耳沿所述极耳极片的长度方向依次排列设置，且多个所述极耳于靠近所述涂覆区的一端通过所述保留区连为一体；所述切割区和所述保留区相接的位置形成分割线，每个所述极耳包括相对的第一边和第二边，所述第一边和所述第二边均与所述分割线相交，所述第一边与所述分割线之间形成的夹角为a，所述夹角a位于所述极耳内，且所述夹角a为锐角。
本申请所述的“所述切割区通过切割形成多个极耳”指可以将切割区全部切割形成多个极耳，也可以指将切割区部分切割形成多个极耳。如本申请图2所示，切割区部分切割形成多个极耳。
根据实际操作过程需要，每个极耳往孔芯处弯折或折叠距离可以一致，也可以不一致；如可以使所有极耳均以分割线作为折叠线向孔芯处折叠以具备统一的弯折或折叠距离；也可以使部分极耳以分割线作为折叠线，其它极耳以空箔区任意位置作为折叠线等。
在一种可实现的方式中，所述极耳极片为正极极耳极片和/或负极极耳极片，所述极耳极片的卷绕方向与所述夹角a的朝向相同。
在一种可实现的方式中，所述空箔区与所述涂覆区相接的位置形成交界线，所述分割线与所述交界线之间的距离小于等于5mm；或所述分割线与所述交界线之间的距离大于等于0.5 mm且小于等于5mm；或所述分割线与所述交界线之间的距离大于等于0.5 mm且小于等于2mm。
在一种可实现的方式中，所述第一边与所述分割线之间形成的另一夹角为b，所述夹角b位于所述极耳外，所述夹角b倒有圆角；
和/或，所述第二边与所述分割线之间形成的夹角为c，所述夹角c位于所述极耳外，所述夹角c倒有圆角。倒圆角后两边相交处为圆滑过渡，更利于减少抚平极耳所需的压力。
在一种可实现的方式中，所述第二边与所述分割线之间形成的另一夹角为d，所述夹角d位于所述极耳内，所述夹角d为直角或钝角，所述夹角a与所述夹角d之和小于或等于180°。
在一种可实现的方式中，每两个相邻的极耳之间设有间隔，所述间隔的长度为所述极耳的长度的1/100~1；或1/10~1/2；所述夹角b倒圆角的半径大小为0-所述间隔的长度，所述夹角c倒圆角的半径大小为0-所述间隔的长度。
在一种可实现的方式中，所述间隔的长度为0.1mm ~10mm；或1mm ~4mm；或0.1mm ~1mm；或5mm ~8mm。
在一种可实现的方式中，所述夹角a小于60°；或所述夹角a小于45°。该夹角范围更利于减少抚平极耳所需的压力。
在一种可实现的方式中，每个所述极耳还包括第三边，所述第三边同时与所述第一边和所述第二边相交，且所述第三边与所述分割线相对设置，所述第一边与所述第三边之间形成的夹角倒有圆角，和/或所述第二边与所述第三边之间形成的夹角倒有圆角。倒圆角后两边相交处为圆滑过渡，更利于减少抚平极耳所需的压力；以及减少尖端放电。
在一种可实现的方式中，所述极耳为四边形结构。
在一种可实现的方式中，所述极耳为平行四边形结构。
在一种可实现的方式中，每个所述极耳的长度与宽度的比例为（1~4）：2；或（1~3）：2或0.5:1。
本申请的另一种实施例还提供一种卷绕电池，包括正极极耳极片和负极极耳极片，所述正极极耳极片和/或所述负极极耳极片为以上所述的极耳极片。
在一种可实现的方式中，所述卷绕电池还包括第一隔膜，所述第一隔膜夹设于所述正极极耳极片和所述负极极耳极片之间，所述正极极耳极片、所述第一隔膜和所述负极极耳极片叠合后通过卷绕形成电芯，所述正极极耳极片上的极耳和所述负极极耳极片上的极耳分别位于所述电芯的两端。
在一种可实现的方式中，所述正极极耳极片上的极耳在抚平后超出所述第一隔膜的顶端的距离为0.5-5mm，所述负极极耳极片上的极耳在抚平后超出所述第一隔膜的底端的距离小于5mm。
 有益效果
本申请提供的极耳极片，将极耳的第一边与分割线之间形成的夹角a设置成锐角，在极耳极片卷绕形成电芯的过程中，极耳极片的卷绕方向与该锐角的朝向一致，通过边卷绕极耳极片边向孔芯处折叠抚平极耳，能够有效地减少抚平极耳时所需要的辊压力，从而避免极耳极片的变形，同时减少极片上活性材料的脱落，大大提高极耳卷绕电芯工艺的良品率。此外，由于抚平极耳时不需要很大的压力，能够减少弯折极耳的应力，从而保证卷绕电池的质量。同时，由于切割区通过保留区与涂覆区相间隔，能够避免在切割形成极耳时切割到涂覆区而导致涂覆区内的活性材料粉末脱落，从而避免对极耳极片的电性能造成影响，且方便切割操作。该卷绕电池不仅设计方案简单，而且电性能佳，产率高，实用性强。
 附图说明
图1为本申请第一实施例中极耳极片还未切割时的结构示意图。
图2为本申请第一实施例中极耳极片在切割后的结构示意图。
图3为图2中A位置处的结构放大示意图。
图4为图3中单个极耳的结构示意图。
图5为本申请第一实施例中卷绕电池的立体结构示意图。
图6为图5的俯视图。
图7为图5的仰视图。
图8为图5中正极极耳极片的结构示意图。
图9为图5中负极极耳极片的结构示意图。
图10为本申请第二实施例中极耳极片的结构示意图。
图11为本申请第三实施例中极耳极片的结构示意图。
图12为本申请第四实施例中极耳极片的结构示意图。
图13为本申请第五实施例中极耳极片的结构示意图。
 本发明的实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本申请的说明书和权利要求书中所涉及的上、下、左、右、前、后、顶、底等（如果存在）方位词是以附图中的结构位于图中的位置以及结构相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
如图1所示，本申请的一种实施例提供的极耳极片1，在其还未切割时，该极耳极片1包括涂覆区11和位于涂覆区11一侧的空箔区12，空箔区12与涂覆区11相接的位置形成交界线13。具体地，该极耳极片1在切割前为矩形结构，极耳极片1具有长度方向X和宽度方向Y，在极耳极片1的宽度方向Y上，极耳极片1分为涂覆区11和空箔区12。其中，该涂覆区11涂覆有活性材料（一般地，活性材料为粉末状），该空箔区12未涂覆活性材料。空箔区12包括切割区121和保留区122（保留区122不进行切割），保留区122靠近于涂覆区11且位于涂覆区11与切割区121之间。
如图2至图4所示，极耳极片1在切割后，切割区121通过切割形成多个四边形结构的极耳14，多个极耳14沿极耳极片1的长度方向X依次排列设置，且多个极耳14于靠近涂覆区11的一端通过保留区122连为一体。切割区121和保留区122相接的位置形成分割线123（在图1中，分割线123以虚线表示），每个极耳14包括相对的第一边141和第二边142，第一边141和第二边142均与分割线123相交。第一边141与分割线123之间形成的夹角为a，夹角a位于极耳14内，且夹角a为锐角。
具体地，极耳极片1为正极极耳极片21和/或负极极耳极片22（正极极耳极片21和负极极耳极片22的结构可参见图5、图8和图9），极耳极片1的卷绕方向S与夹角a的朝向相同。如图5所示，正极极耳极片21和负极极耳极片22的卷绕方向S从图5中看为逆时针方向，正极极耳极片21和负极极耳极片22在卷绕过程中，其锐角a的朝向与卷绕方向S相同。本实施例将极耳14的第一边141与分割线123之间形成的夹角a设置成锐角，在极耳极片1卷绕形成电芯的过程中，极耳极片1的卷绕方向S与该锐角a的朝向一致，边卷绕极耳极片1边向孔芯20处折叠抚平极耳14，能够有效地减少抚平极耳14时所需要的辊压力，从而避免极耳极片1涂覆区11的变形，同时减少极耳极片1上活性材料的脱落，大大提高极耳卷绕电芯的良品率。同时，由于切割区121通过保留区122与涂覆区11相间隔，能够避免在切割形成极耳14时切割到涂覆区11而导致涂覆区11内的活性材料粉末脱落，从而避免对极耳极片1的电性能造成影响，且方便切割操作。
如图1所示，作为一种实施方式，分割线123与交界线13相对设置且相互平行，分割线123与交界线13之间的距离小于等于5mm；或小于等于3mm；或分割线123与交界线13之间的距离大于等于0.5 mm且小于等于5mm。
如图2及图3所示，作为一种实施方式，每个极耳14还包括第三边143，第三边143同时与第一边141和第二边142相交，第三边143与分割线123相对设置且相互平行。当然，在其它实施例中，第三边143也可以不与分割线123平行。
如图12所示，作为一种实施方式，第一边141与第三边143之间形成的夹角倒有圆角，同时第二边142与第三边143之间形成的夹角也倒有圆角。倒圆角后两边相交处为圆滑过渡，更利于减少抚平极耳14所需的压力；以及减少尖端放电。
如图3及图4所示，作为一种实施方式，每两个相邻的极耳14之间设有间隔，间隔的长度N为极耳14的长度L（即第三边143的长度）的1/10~1/2；或1/5~1/3。
作为一种实施方式，间隔的长度N为0.1mm~10mm。
如图3所示，作为一种实施方式，第一边141与分割线123之间形成的另一夹角（即与夹角a互补的角）为b，夹角b位于极耳14外。第二边142与分割线123之间形成的夹角为c，夹角c位于极耳14外。
如图13所示，同时请结合图3，作为一种实施方式，夹角b和夹角c均倒有圆角，夹角b倒圆角的半径大小为0-间隔的长度N，夹角c倒圆角的半径大小为0-间隔的长度N。倒圆角后两边相交处为圆滑过渡，更利于减少抚平极耳14所需的压力。
如图3所示，作为一种实施方式，第二边142与分割线123之间形成的另一夹角（即与夹角c互补的角）为d，夹角d位于极耳14内，夹角d为直角或钝角，夹角a与夹角d之和小于或等于180°。
如图3所示，作为一种实施方式，夹角d为钝角，且夹角a与夹角d之和等于180°，即在本实施例中，极耳14为平行四边形结构。
当然，在其它实施例中，极耳14也可以为其它形状，例如梯形结构。如图10所示，第一边141与分割线123之间形成的夹角（即图3中的夹角a）为锐角，第二边142与分割线123之间形成的夹角（即图3中的夹角d）为直角，即极耳14为直角梯形结构。同时，从左至右看，每两个相邻的极耳14中，前一个极耳14的第二边142于靠近分割线123的一端与后一个极耳14的第一边141于靠近分割线123的一端相互靠近，而由于极耳14为梯形结构，故前一个极耳14的第二边142于远离分割线123的一端与后一个极耳14的第一边141于远离分割线123的一端相互间隔远离，且该间隔的长度N为第三边143的长度的1/10~1/2。
如图11所示，在另一实施例中，第一边141与分割线123之间形成的夹角（即图3中的夹角a）为锐角，第二边142与分割线123之间形成的夹角（即图3中的夹角d）为钝角，且该锐角与该钝角之和小于180°，即极耳14为钝角梯形结构。同时，从左至右看，每两个相邻的极耳14中，前一个极耳14的第二边142于靠近分割线123的一端与后一个极耳14的第一边141于靠近分割线123的一端相互靠近，而由于极耳14为梯形结构，故前一个极耳14的第二边142于远离分割线123的一端与后一个极耳14的第一边141于远离分割线123的一端相互间隔远离，且该间隔的长度N为第三边143的长度的1/10~1/2。
如图3及图4所示，作为一种实施方式，第一边141与分割线123之间形成的夹角a小于60°。
作为另一种实施方式，夹角a大于等于15°，且小于等于45°。
如图4所示，作为一种实施方式，每个极耳14的长度L与宽度W的比例为（1~4）：2。
作为另一种实施方式，每个极耳14的长度L与宽度W的比例为（1~3）：2或0.5:1。
如图5至图9所示，本实施例还提供一种卷绕电池，包括正极极耳极片21和负极极耳极片22，该正极极耳极片21和该负极极耳极片22均为以上所述的极耳极片1。
如图5所示，作为一种实施方式，该卷绕电池还包括第一隔膜23，第一隔膜23夹设于正极极耳极片21和负极极耳极片22之间，正极极耳极片21、第一隔膜23和负极极耳极片22叠合后通过卷绕形成电芯2，正极极耳极片21上的极耳211和负极极耳极片22上的极耳221分别位于电芯2的两端。如图6及图7所示，在完成卷绕并抚平极耳211/221后，正极极耳极片21上的极耳211以及负极极耳极片22上的极耳221分别叠加形成圆环状。
具体地，如图5、图8及图9所示，正极极耳极片21的极耳211上的锐角的朝向以及负极极耳极片22的极耳221上的锐角的朝向均与卷绕方向S相同。电芯2在卷绕过程中，通过边卷绕正负极极耳极片21/22边向孔芯20处抚平极耳211/221，能够有效地减少抚平极耳211/221时所需要的辊压力，从而避免正负极极耳极片21/22的变形，同时减少正负极极耳极片21/22上活性材料的脱落，大大提高极耳卷绕电芯的良品率。
作为一种实施方式，如图8及图9所示，正极极耳极片21的极耳211和负极极耳极片22的极耳221上均倒有圆角，倒圆角后两边相交处为圆滑过渡，更利于减少抚平极耳211/221所需的压力；以及减少尖端放电。
作为一种实施方式，该卷绕电池还包括第二隔膜24，正极极耳极片21、第一隔膜23、负极极耳极片22和第二隔膜24从内至外依次叠加设置，该四者在叠合后通过卷绕形成电芯2。
作为一种实施方式，正极极耳极片21上的极耳211在抚平后超出第一隔膜23的顶端的距离为0.5-5mm，负极极耳极片22上的极耳221在抚平后超出第一隔膜23的底端的距离小于5mm。
作为另一种实施方式，正极极耳极片21上的极耳211在抚平后超出第一隔膜23的顶端的距离小于3mm，负极极耳极片22上的极耳221在抚平后超出第一隔膜23的底端的距离小于3mm。
作为另一种实施方式，正极极耳极片21上的极耳211在抚平后超出第一隔膜23的顶端的距离小于3mm且大于1.5mm；负极极耳极片22上的极耳221在抚平后超出第一隔膜23的底端的距离小于3mm且大于1.5mm。
本实施例还提供一种卷绕电池的制备方法，具体包括：将正极极耳极片21和负极极耳极片22用涂布机进行常规涂布，保证正极极耳极片21和负极极耳极片22上均形成空箔区；将正极极耳极片21和/或负极极耳极片22的空箔区通过激光分切形成多个四边形状的极耳211/221；然后将正极极耳极片21、负极极耳极片22和隔膜23/24卷绕成柱形，卷绕过程中极耳211/221向孔芯20处折叠抚平。
本申请实施例提供的极耳极片1，将极耳14设置成四边形结构，且第一边141与分割线123之间形成的夹角a为锐角，在极耳极片1卷绕形成电芯的过程中，极耳极片1的卷绕方向S与该锐角a的朝向一致，通过边卷绕极耳极片1边向孔芯20处抚平极耳14，能够有效地减少抚平极耳14时所需要的辊压力，从而避免极耳极片1的变形，同时减少极耳极片1上活性材料的脱落，大大提高极耳卷绕电芯的良品率。此外，由于抚平极耳14时不需要很大的压力，能够减少弯折极耳14的应力，从而保证卷绕电池的质量。同时，由于切割区121通过保留区122与涂覆区11相间隔，能够避免在切割形成极耳14时切割到涂覆区11而导致涂覆区11内的活性材料粉末脱落，从而避免对极耳极片1的电性能造成影响，且方便切割操作。该卷绕电池不仅设计方案简单，而且电性能佳，产率高，实用性强。
以上，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以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

  1. 一种极耳极片，包括涂覆区（11）和位于所述涂覆区（11）一侧的空箔区（12），其特征在于，所述空箔区（12）包括切割区（121）和保留区（122），所述保留区（122）位于所述涂覆区（11）与所述切割区（121）之间，所述切割区（121）通过切割形成多个极耳（14），多个所述极耳（14）沿所述极耳极片（1）的长度方向（X）依次排列设置，且多个所述极耳（14）于靠近所述涂覆区（11）的一端通过所述保留区（122）连为一体；所述切割区（121）和所述保留区（122）相接的位置形成分割线（123），每个所述极耳（14）包括相对的第一边（141）和第二边（142），所述第一边（141）和所述第二边（142）均与所述分割线（123）相交，所述第一边（141）与所述分割线（123）之间形成的夹角为a，所述夹角a位于所述极耳（14）内，且所述夹角a为锐角。
  2. 如权利要求1所述的极耳极片，其特征在于，所述极耳极片（1）为正极极耳极片（21）和/或负极极耳极片（22），所述极耳极片（1）的卷绕方向（S）与所述夹角a的朝向相同。
  3. 如权利要求1所述的极耳极片，其特征在于，所述空箔区（12）与所述涂覆区（11）相接的位置形成交界线（13），所述分割线（123）与所述交界线（13）之间的距离小于等于5mm。
  4. 如权利要求1所述的极耳极片，其特征在于，所述第一边（141）与所述分割线（123）之间形成的另一夹角为b，所述夹角b位于所述极耳（14）外，所述夹角b倒有圆角；
    和/或，所述第二边（142）与所述分割线（123）之间形成的夹角为c，所述夹角c位于所述极耳（14）外，所述夹角c倒有圆角。
  5. 如权利要求4所述的极耳极片，其特征在于，每两个相邻的极耳（14）之间设有间隔，所述间隔的长度（N）为所述极耳（14）的长度（L）的1/10~1/2；所述夹角b倒圆角的半径大小为0-所述间隔的长度（N），所述夹角c倒圆角的半径大小为0-所述间隔的长度（N）。
  6. 如权利要求5所述的极耳极片，其特征在于，所述间隔的长度（N）为0.1mm ~10mm。
  7. 如权利要求1所述的极耳极片，其特征在于，所述第二边（142）与所述分割线（123）之间形成的另一夹角为d，所述夹角d位于所述极耳（14）内，所述夹角d为直角或钝角，所述夹角a与所述夹角d之和小于或等于180°。
  8. 如权利要求1所述的极耳极片，其特征在于，每个所述极耳（14）还包括第三边（143），所述第三边（143）同时与所述第一边（141）和所述第二边（142）相交，且所述第三边（143）与所述分割线（123）相对设置，所述第一边（141）与所述第三边（143）之间形成的夹角倒有圆角，和/或所述第二边（142）与所述第三边（143）之间形成的夹角倒有圆角。
  9. 如权利要求1所述的极耳极片，其特征在于，所述极耳（14）为四边形结构。
  10. 如权利要求9所述的极耳极片，其特征在于，所述极耳（14）为平行四边形结构。
  11. 如权利要求1-10任一项所述的极耳极片，其特征在于，每个所述极耳（14）的长度（L）与宽度（W）的比例为（1~4）：2。
  12. 一种卷绕电池，包括正极极耳极片（21）和/或负极极耳极片（22），其特征在于，所述正极极耳极片（21）和/或所述负极极耳极片（22）为权利要求1-11中任一项所述的极耳极片（1）。
  13. 如权利要求12所述的卷绕电池，其特征在于，所述卷绕电池还包括第一隔膜（23），所述第一隔膜（23）夹设于所述正极极耳极片（21）和所述负极极耳极片（22）之间，所述正极极耳极片（21）、所述第一隔膜（23）和所述负极极耳极片（22）叠合后通过卷绕形成电芯（2），所述正极极耳极片（21）上的极耳（211）和所述负极极耳极片（22）上的极耳（221）分别位于所述电芯（2）的两端；所述正极极耳极片（21）上的极耳（211）在抚平后超出所述第一隔膜（23）的顶端的距离为0.5-5mm，所述负极极耳极片（22）上的极耳（221）在抚平后超出所述第一隔膜（23）的底端的距离小于5mm。
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