WO2023193540A1 - 极片、电极组件、电池单体、电池和用电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种极片、电极组件、电池单体、电池和用电装置，其中，极片包括：集流体(20)，集流体(20)包括基膜层(22)和金属层(24)，金属层(24)以彼此间隔开的方式设置在所述基膜层(22)上；以及活性物质层(30)，活性物质层(30)以彼此间隔开的方式涂布在基膜层(22)上，并且每个活性物质层(30)至少部分地覆盖相应的金属层(24)。
Description
相关申请的横向引用
本申请是以申请号为202220803526.3，申请日为2022年4月8日的中国申请为基础，并主张其优先权，该中国申请的公开内容在此作为整体引入本申请中。
本申请涉及电池领域，具体涉及极片、电极组件、电池单体、电池和用电装置。
节能减排是汽车产业可持续发展的关键，电动车辆由于其节能环保的优势成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。
电池的电极组件通常包括折叠式电极组件和叠片式电极组件。在折叠式电极组件中，正极极片、负极极片以及正极极片和负极极片之间的隔膜进行折叠而形成电极组件。在叠片式电极组件中，极片被裁切成单片式极片，单片式正极极片、单片式负极极片以及正极极片和负极极片之间的隔膜彼此交替地堆叠放置而形成电极组件。
在折叠式电极组件中，当极片进行折叠时，所形成的拐角处存在极片上的活性物质掉落的风险。在叠片式电极组件中，需要先将极片裁切成单片式极片。在裁切过程中增加了金属毛刺外露的风险，还增加了极片上的活性物质被裁切掉落的风险。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提供一种极片、电极组件、电池单体、电池和用电装置，能够缓解极片上活性物质掉落的问题。
在第一方面，本申请提供了一种极片，极片包括：
集流体，集流体包括基膜层和金属层，金属层以彼此间隔开的方式设置在基膜层上；以及
活性物质层，活性物质层以彼此间隔开的方式涂布在基膜层上并且每个活性物质层至少部分地覆盖相应的金属层。
由于金属层彼此间隔开并且活性物质层彼此间隔开，因此，在金属层和活性物质
层与相邻的金属层和活性物质层之间存在间隙，使得基膜层存在未设置有金属层且未被活性物质层覆盖的部分。由于该部分未设置有金属层且未被活性物质层覆盖，因此，即便其被弯折或被裁切也不存在活性物质层脱落的风险，由此克服了现有技术中存在的缺陷。
在极片的一些实施例中，基膜层是非导电的。基膜层是非导电的，使得无论是在被裁切还是被弯折时，极片都不会出现导电部分外露的情况，降低了短路的风险。
在极片的一些实施例中，金属层设置在基膜层的一侧或两侧上。
在极片的一些实施例中，每个活性物质层完全覆盖相应的金属层，可以减小裁切时无意中裁切到金属层的可能性，避免了金属毛刺的产生以及金属表面暴露在外的可能。
在极片的一些实施例中，基膜层的未设置有金属层且未被活性物质层覆盖的部分形成裁切部或拐角部，基膜层的设置有金属层且被活性物质层覆盖的部分形成平直部。
在极片的一些实施例中，金属层的长度彼此相等，并且活性物质层的长度彼此相等。
在极片的一些实施例中，金属层通过真空蒸镀、粘接或机械联接而附着到基膜层上。
在极片的一些实施例中，金属层的厚度范围为0.01μm至3μm。
在第二方面，本申请提供了一种电极组件，电极组件包括正极极片、负极极片以及设置在正极极片和负极极片之间的隔膜，其特征在于，正极极片由如上的极片形成和/或负极极片由如上的极片形成。
同样地，由于金属层彼此间隔开并且活性物质层彼此间隔开，因此，在金属层和活性物质层与相邻的金属层和活性物质层之间存在间隙，使得基膜层存在未设置有金属层且未被活性物质层覆盖的部分。由于该部分未设置有金属层且未被活性物质层覆盖，因此，即便其被弯折或被裁切也不存在活性物质层脱落的风险，由此克服了现有技术中存在的缺陷。
此外，由于用来形成拐角部的部分未设置有金属层且未被活性物质层覆盖，因此，即便该部分出现断裂的情况，也不存在析锂的风险。此外，由于极片上用来形成平直部和拐角部的部分较为明显且明确，因此在折叠装配时可以减小错位概率，提高装配效率，进一步改善叠片电池的安全性能。
另外，由于在金属层和活性物质层与相邻的金属层和活性物质层之间存在间隙，当对极片的未设置有金属层且未被活性物质层覆盖的部分进行裁切以形成单片式极片时，可以直接对准该间隙进行裁切，裁切的位置并不是严格固定的，而是存在一定的裕度，
即在该间隙的范围内均可以进行裁切，这提高了裁切的灵活度，提高了裁切效率，进而提高了生产效率。
在电极组件的一些实施例中，正极极片被配置为通过在基膜层的未设置有金属层且未被活性物质层覆盖的部分进行裁切而形成为单片式正极极片，负极极片被配置为通过在基膜层的未设置有金属层且未被活性物质层覆盖的部分进行裁切而形成为单片式负极极片，正极极片和负极极片彼此交替地层叠布置。
在电极组件的一些实施例中，单片式正极极片的长度小于单片式负极极片的长度。
在电极组件的一些实施例中，单片式正极极片的活性物质层的长度小于单片式负极极片的活性物质层的长度。
正极极片和负极极片的这种尺寸关系有利于正极边缘脱出的锂离子到负极有充足的空间嵌入，可以降低析锂的风险。
在电极组件的一些实施例中，单片式正极极片的基膜层被裁切成使得基膜层的长度大致等于活性物质层的长度，单片式负极极片的基膜层被裁切成使得基膜层的长度大致等于活性物质层的长度。
在电极组件的一些实施例中，电极组件被配置为：正极极片的基膜层的未设置有金属层且未被活性物质层覆盖的部分进行折叠，负极极片的基膜层的未设置有金属层且未被活性物质层覆盖的部分进行折叠，使得正极极片的设置有金属层且被活性物质层覆盖的部分与负极极片的设置有金属层且被活性物质层覆盖的部分彼此交替地层叠布置。
在电极组件的一些实施例中，正极极片的设置有金属层且被活性物质层覆盖的部分的长度小于负极极片的设置有金属层且被活性物质层覆盖的部分的长度。正极极片和负极极片的这种尺寸关系有利于正极脱出的锂离子游离到负极，可以降低析锂的风险。
在第三方面，本申请提供了一种电池单体，电池单体包括壳体和如上的电极组件，电极组件设置在壳体内。
在第四方面，本申请提供了一种电池，包括上述实施例的电池单体。
在第五方面，本申请提供了一种用电装置，包括上述实施例的电池单体，和/或电池，用于为用电装置提供电能。
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。
通过阅读对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。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
图1是根据本申请一些实施例的极片的示意图；
图2是根据本申请一些实施例的正极极片的示意图；
图3是根据本申请一些实施例的负极极片的示意图；
图4是根据本申请一些实施例的电极组件的示意图；
图5是根据本申请一些实施例的电极组件的示意图；
图6是根据本申请一些实施例的电极组件的示意图；
图7是根据本申请一些实施例的电极组件的示意图；以及
图8是根据本申请一些实施例的电极组件的示意图。
具体实施方式中的附图标号如下：
极片1；集流体20；活性物质层30；基膜层22；金属层24；间隙222；部分224；
正极极片11；正极集流体120；正极活性物质层130；正极基膜层122；正极金属层124；
负极极片31；负极集流体320；负极活性物质层330；负极基膜层322；负极金属层324；
电极组件5；隔膜52。
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文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；本文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。
在本申请实施例的描述中，技术术语“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。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“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。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中，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，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请实施例的描述中，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)。
在本申请实施例的描述中，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”和“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。
在本申请实施例的描述中，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。
目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
电池通常包括壳体和电极组件，电极组件容纳在壳体内。电极组件通常由连续极片通过堆叠或折叠或卷绕方式形成。极片包括正极极片和负极极片。连续极片通常包括集流体和连续地涂布在集流体上的活性物质层，活性物质层可以涂布在集流体的一侧或两侧上。
电池的电极组件通常包括折叠式电极组件和叠片式电极组件以及卷绕式电极组件。在折叠式电极组件中，正极极片、负极极片以及正极极片和负极极片之间的隔膜共同进
行折叠而形成电极组件。在折叠之后，正极极片和负极极片均形成多层的平直部和拐角部，相邻的平直部之间通过拐角部连接。
在折叠式和卷绕式电极组件中，当极片进行折叠或卷绕时，由于集流体和活性物质层弯折而形成拐角部，这种弯折导致集流体上的活性物质层存在脱落的风险，也称为掉粉，这使得电池存在引发短路的隐患。
此外，极片在弯折时可能在拐角部处断裂。在负极极片的拐角部产生断裂的情况下，导致相应的正极极片的拐角部处没有对应区域，因而存在析锂的风险。在正极极片的拐角部产生断裂的情况下，该拐角部处形成毛刺，可能刺穿负极极片和正极极片之间的隔膜。
在叠片式电极组件中，极片被裁切成单片式极片，单片式正极极片、单片式负极极片以及正极极片和负极极片之间的隔膜彼此交替地堆叠放置而形成电极组件。
在叠片式电极组件中，需要先将极片裁切成单片式极片。在裁切过程中，每个单片式极片有四条裁切边，增加了金属毛刺外露的风险，还增加了极片上的活性物质层被裁切而脱落的风险。
本申请实施例公开的电极组件可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。可以使用具备本申请公开的极片、电极组件、电池等组成该用电装置的电源系统，这样，有利于降低电池的电极组件的极片上的活性物质掉落的风险。
本申请的电池可以作为用电装置的电源，用电装置可以为但不限于手机、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。
根据本申请的一些实施例，参照图1，并请进一步参照图2至图3，图1为根据本申请一些实施例的极片的剖面结构示意图，图2至图3为根据本申请一些实施例的正极极片和负极极片的剖面结构示意图。
如图1所示，本申请提供了一种极片1，其包括集流体20和活性物质层30。根据本申请的一些实施例，集流体20可以为复合型集流体，包括基膜层22和金属层24。金属层24以彼此间隔开的方式设置在基膜层22上。活性物质层30以彼此间隔开的方式涂布在基膜层22上，并且每个活性物质层30至少部分地覆盖相应的金属层24。
基膜层22可以是连续的基膜层，金属层24可以是分布在基膜层22上的多个金属层，这些金属层24之间彼此间隔开。活性物质层30可以是分布在基膜层22上的多个活性物质层，这些活性物质层30之间彼此间隔开。一般而言，活性物质层30的数量的金属
层24的数量相同，使得每个活性物质层30都能够覆盖与其对应的金属层24，而每个金属层24都被活性物质层30覆盖。
图1示出了根据本申请一些实施例的极片的一部分，为了便于解释和理解，示出了极片1的基膜层22、四个金属层24和相应的四个活性物质层30。本领域技术人员可以理解，上述结构和数量仅仅只是示意性的而非限制性的，金属层24和活性物质层30的数量可以多于或少于四个。
由于金属层24彼此间隔开并且活性物质层30彼此间隔开，因此，在金属层24和活性物质层30与相邻的金属层24和活性物质层30之间存在间隙222，使得基膜层22存在未设置有金属层24且未被活性物质层30覆盖的部分224，如图1所示。根据本申请构造的极片1可以避免上述现有技术中存在的缺陷。
当由极片1形成折叠式或卷绕式电极组件时，极片1进行折叠，极片1的设置有金属层24且被活性物质层30覆盖的部分可以用来形成平直部，而极片1的未设置有金属层24且未被活性物质层30覆盖的部分224则可以用来形成拐角部。由于该部分224未设置有金属层24且未被活性物质层30覆盖，因此，避免拐角金属层外露的风险，且即便其被弯折也不存在活性物质层脱落的风险，由此克服了现有技术中存在的缺陷。
另一方面，由于用来形成拐角部的部分224未设置有金属层24且未被活性物质层30覆盖，因此，即便该部分224出现断裂的情况，也不存在短路或/和析锂的风险。此外，由于极片1上用来形成平直部和拐角部的部分较为明显且明确，因此在折叠装配时可以减小错位概率，提高装配效率，进一步改善叠片电池的安全性能。
当由极片1形成叠片式电极组件时，极片1被裁切成单片式极片，极片1的未设置有金属层24且未被活性物质层30覆盖的部分224可以用来被裁切，而确保极片1的设置有金属层24且被活性物质层30覆盖的部分不会被裁切。由于该部分224未设置有金属层24且未被活性物质层30覆盖，因此，对该部分224进行裁切不会造成活性物质层30脱落，也不会使得金属层形成毛刺，由此克服了现有技术中存在的缺陷。
另一方面，由于在金属层24和活性物质层30与相邻的金属层24和活性物质层30之间存在间隙222，当对极片1的未设置有金属层24且未被活性物质层30覆盖的部分224进行裁切以形成单片式极片时，可以直接对准该间隙222进行裁切，裁切的位置并不是严格固定的，而是存在一定的裕度，即在该间隙222的范围内均可以进行裁切，这提高了裁切的灵活度，提高了裁切效率，进而提高了生产效率。
根据本申请的一些实施例，可选地，集流体20的基膜层22可以是非导电的基膜层。基膜层22可以由非导电材料制成，例如可以是聚合物层，由从包括聚丙烯、聚酰胺、
环氧树脂或类似物、以及它们的组合的组中选择的材料制成。
基膜层22是非导电的，使得无论是在被裁切还是被弯折时，极片1都不会出现导电部分外露的情况。例如，当极片1的未设置有金属层24且未被活性物质层30覆盖的部分224用来形成拐角部时，由于基膜层22的该部分224是非导电的，因此，即便其出现断裂的情况下，也不会有导电部分(例如金属层)露出的情况，降低了短路的风险。同样，当极片1的未设置有金属层24且未被活性物质层30覆盖的部分224被裁切时，由于基膜层22的该部分224是非导电的，因此，即便其被裁切，也不会有导电部分(例如金属层)露出的情况，降低了短路的风险。
根据本申请的一些实施例，可选地，金属层24可以设置在基膜层22的一侧或两侧上。图1示出了金属层24设置在基膜层22的两侧上，这也被称为双面极片，但本领域技术人员可以理解，金属层24也可以仅仅设置在基膜层22的一侧上，这也被称为单面极片。
相应地，活性物质层30可以设置在基膜层22的一侧或两侧上，以覆盖对应的金属层24。图1示出了活性物质层30设置在基膜层22的两侧上，分别覆盖基膜层22的两侧上的金属层24，如图1所示。
根据本申请的一些实施例，可选地，在极片1的基膜层22上，每个活性物质层30可以完全覆盖相应的金属层24。图1示出了活性物质层30完全覆盖金属层24的示例。一方面，活性物质层30完全覆盖金属层24，使得金属层24不会暴露于外部环境，降低析锂的风险。另一方面，活性物质层30完全覆盖金属层24，可以减小裁切时无意中裁切到金属层的可能性，避免了金属毛刺的产生。
根据本申请的一些实施例，当由极片1用于形成折叠式电极组件时，极片1的设置有金属层24且被活性物质层30覆盖的部分可以用来形成平直部，而极片1的未设置有金属层24且未被活性物质层30覆盖的部分224则可以用来形成拐角部。当由极片1形成叠片式电极组件时，极片1的未设置有金属层24且未被活性物质层30覆盖的部分224可以用来形成裁切部，以便于进行裁切而形成单片式极片，裁切之后的设置有金属层24且被活性物质层30覆盖的部分可以形成平直部。
根据本申请的一些实施例，可选地，对于基膜层22上的多个金属层24而言，每个金属层24所具有的长度可以是相等的。这里的“长度”可以是例如沿着图1的页面上的左右方向测量的尺寸。相应地，覆盖各个金属层24的活性物质层30所具有的长度也可以是相等的。这样，从同一个极片1上裁切下来的单片式极片可以具有大致相同的尺寸，或者极片1折叠之后形成的平直部可以具有大致相同的尺寸。
根据本申请的一些实施例，可选地，金属层24可以通过多种方式附着到基膜层22上，例如，金属层24可以通过真空蒸镀、粘接或机械联接而附着到基膜层22上。本领域技术人员可以理解，除了上面列举的方式之外，还可以采用本领域已知的任何合适的方式将金属层24附着到基膜层22上，以形成复合型集流体20。
根据本申请的一些实施例，可选地，金属层24的厚度可以根据实际应用的需要进行选择，例如可以为0.01μm至3μm。本领域技术人员可以理解，金属层24的厚度也可以采用任何其它合适的范围。
根据本申请的一些实施例，可选地，金属层24可以由任何合适的金属材料制成，例如可以由铝或铜制成，以形成铝箔层或铜箔层。
根据本申请的一些实施例，参照图4-8，并请进一步参照图2至图3，图4-8为根据本申请一些实施例的电极组件的剖面结构示意图，图2至图3为根据本申请一些实施例的电极组件的正极极片和负极极片的剖面结构示意图。
图4-8示出了电极组件的若干示例。本申请提供一种电极组件5，包括正极极片11、负极极片31以及设置在正极极片11和负极极片31之间的隔膜52。正极极片11可以由上述极片1形成，负极极片31也可以由上述极片1形成。
图2示出了正极极片11的示例。正极极片11包括正极集流体120和涂布在正极集流体120上的正极活性物质层130。正极集流体120包括正极基膜层122和设置在正极基膜层122上的正极金属层124。如上所述，正极金属层124可以以间隔开的方式设置在正极基膜层122上，正极活性物质层130同样可以以间隔开的方式设置在正极基膜层122上并覆盖相应的正极金属层124。
图2所示的正极极片11为双面极片，即正极基膜层122的两侧均设置有正极金属层124和相应的正极活性物质层130。正极极片11也可以采用单面极片的形式，即正极基膜层122的仅一侧设置有正极金属层124和相应的正极活性物质层130，如图5所示。
图2所示的正极极片11是连续的，即正极基膜层122上设置有间隔开的多个正极金属层124和相应的多个正极活性物质层130。正极极片11也可以是单片式正极极片，即正极基膜层122的一侧设置有一个正极金属层124和相应的正极活性物质层130，或者正极基膜层122的两侧各设置有一个正极金属层124和相应的正极活性物质层130，如图4所示。
正极极片11上的正极金属层124的长度可以彼此相等，相应的正极活性物质层130的长度也可以彼此相等。
图3示出了负极极片31的示例。负极极片31包括负极集流体320和涂布在负极
集流体320上的负极活性物质层330。负极集流体320包括负极基膜层322和设置在负极基膜层322上的负极金属层324。如上所述，负极金属层324可以以间隔开的方式设置在负极基膜层322上，负极活性物质层330同样可以以间隔开的方式设置在负极基膜层322上并覆盖相应的负极金属层324。
图3所示的负极极片31为双面极片，即负极基膜层322的两侧均设置有负极金属层324和相应的负极活性物质层330。负极极片31也可以采用单面极片的形式，即负极基膜层322的仅一侧设置有负极金属层324和相应的负极活性物质层330，如图5所示。
图3所示的负极极片31是连续的，即负极基膜层322上设置有间隔开的多个负极金属层324和相应的多个负极活性物质层330。负极极片31也可以是单片式负极极片，即负极基膜层322的一侧设置有一个负极金属层324和相应的负极活性物质层330，或者负极基膜层322的两侧各设置有一个负极金属层324和相应的负极活性物质层330，如图4所示。
负极极片31上的负极金属层324的长度可以彼此相等，相应的负极活性物质层330的长度也可以彼此相等。
在一个实施例中，正极极片11上的正极金属层124可以是铝箔层，厚度在范围0.01μm至3μm之间，负极极片31上的负极金属层324可以是铜箔层，厚度范围在0.01μm至3μm之间。
根据本申请的一些实施例，可选地，请参考图4，图4示出了根据本申请的电极组件5的实施例，其中该电极组件5为叠片式电极组件。
正极极片11可以被配置为通过在正极基膜层122的未设置有正极金属层且未被正极活性物质层覆盖的部分进行裁切而形成为单片式正极极片。在图4所示的示例中，正极极片11采用的是双面极片的形式，形成为在正极基膜层122的每一侧上各设置有一个正极金属层124和一个正极活性物质层130的单片式正极极片。
同样地，负极极片31被配置为通过在负极基膜层322的未设置有负极金属层且未被负极活性物质层覆盖的部分进行裁切而形成为单片式负极极片。在图4所示的示例中，负极极片31采用的是双面极片的形式，形成为在负极基膜层322的每一侧上各设置有一个负极金属层324和一个负极活性物质层330的单片式负极极片。
为单片式极片形式的正极极片11和为单片式极片形式的负极极片31彼此交替地层叠布置，同时在正极极片11和负极极片31之间设置有隔膜52，由此形成电极组件5。如图4所示，正极极片11设置在电极组件5的中间位置，两个负极极片31分别设置在正极极片11的两侧，以将正极极片11夹在中间。
在图4所示的示例中，正极极片11和负极极片31均采用双面极片的形式，但本领域技术人员应当理解，这仅仅只是示例性的，正极极片11可以采用单面极片的形式，负极极片31也可以采用单面极片的形式。例如，正极极片11为单面极片且负极极片31为双面极片，或者正极极片11为双面极片且负极极片31为单面极片，或者正极极片11和负极极片31均为单面极片。
根据本申请的一些实施例，为单片式极片形式的正极极片11的长度可以小于或等于为单片式极片形式的负极极片31的长度，或者正极极片11上的正极活性物质层130的长度可以小于或等于负极极片31上的负极活性物质层330的长度。这里的“长度”可以是例如沿着图4的页面上的左右方向测量的尺寸。正极极片11和负极极片31的这种尺寸关系有利于正极脱出的锂离子游离到负极，可以降低析锂的风险。
根据本申请的一些实施例，可选地，为单片式极片形式的正极极片11的正极基膜层122可以被裁切成使得正极基膜层122的长度大致等于正极活性物质层130的长度，同样地，单片式极片形式的负极极片31的负极基膜层322可以被裁切成使得负极基膜层322的长度大致等于负极活性物质层330的长度。这样的结构可以有利于节省非极片所占用的空间，有利于提高电极组件的能量密度。在图4所示的示例中，正极基膜层122的长度稍大于正极活性物质层130的长度，负极基膜层322的长度稍大于负极活性物质层330的长度，这是为了降低裁切极片时切到活性物质层的可能性。
根据本申请的一些实施例，可选地，请参考图5-8，图5-8示出了根据本申请的电极组件5的若干实施例，其中电极组件5为折叠式电极组件。
正极极片11的正极基膜层122的未设置有正极金属层且未被正极活性物质层覆盖的部分进行折叠，负极极片31的负极基膜层322的未设置有负极金属层且未被负极活性物质层覆盖的部分进行折叠，使得正极极片11的设置有正极金属层124且被正极活性物质层130覆盖的部分与负极极片31的设置有负极金属层324且被负极活性物质层330覆盖的部分彼此交替地层叠布置，同时在正极极片11和负极极片31之间设置有隔膜52，由此形成电极组件5。
图5示出了根据本申请的电极组件5的一个实施例，其中该电极组件5的正极极片11均采用单面正极极片的形式，负极极片31均采用单面负极极片的形式。
如图5所示，正极极片11包括间隔开地设置的三个正极金属层124和相应地间隔开设置的三个正极活性物质层130，相应地，负极极片31包括间隔开地设置的三个负极金属层324和相应地间隔开设置的三个负极活性物质层330。正极极片11和负极极片31并排放置，使得正极金属层124和正极活性物质层130面向负极金属层324和负极活性物
质层330，在正极极片11和负极极片31之间插置隔膜52，之后通过在两个拐角部处对正极极片11、负极极片31和隔膜52一起进行两次折叠，以获得图5所示的结构。
图6示出了根据本申请的电极组件5的一个实施例，其中该电极组件5的正极极片11均采用双面正极极片的形式，负极极片31均采用双面负极极片的形式。
如图6所示，正极极片11和负极极片31分别在各自的拐角部处进行折叠，然后两者叠置成使得正极极片11的平直部与负极极片31的平直部交替地彼此层叠布置，隔膜52插置在正极极片11和负极极片31之间。
图7示出了根据本申请的电极组件5的一个实施例，其中该电极组件5在图6的电极组件的基础上，在下方的正极极片11的平直部下方增加了一个单面的单片式负极极片31。该单面的单片式负极极片31的增加有利于进一步有效利用下方的正极极片11，避免正极极片的浪费，增加了能量密度。
图8示出了根据本申请的电极组件5的一个实施例，其中该电极组件5采用组合式设计，即正极极片11采用双面极片的形式，而负极极片31采用单面极片的形式。
如图8所示，电极组件5包括一个正极极片11和两个负极极片31，两个负极极片31中的一个在拐角部处进行折叠，正极极片11在拐角部处进行折叠并插置在上述折叠的负极极片31之间，而两个负极极片31中的另一个在拐角部处进行折叠并插置在上述折叠的正极极片11之间，隔膜52插置在正极极片11和负极极片31之间。
在图5-8所示的示例中，正极极片11的设置有正极金属层124且被正极活性物质层130覆盖的部分的长度可以小于或等于负极极片31的设置有负极金属层324且被负极活性物质层330覆盖的部分的长度。这里的“长度”可以是例如沿着图5-8的页面上的左右方向测量的尺寸。正极极片11和负极极片31的这种尺寸关系有利于正极脱出的锂离子游离到负极，可以降低析锂的风险。
根据本申请的一些实施例，还提供一种电池，其包括壳体和如上所述的电极组件，电极组件设置在壳体内。
以下，通过根据本申请的一些实施例与现有技术的对比例进行比较，来说明本申请的技术方案相对于现有技术所具有的技术优势。
用于进行对比的本申请的第一实施例采用如图4所示的电极组件，第二实施例采用如图5所示的电极组件，第三实施例采用如图7所示的电极组件。
用于进行对比的现有技术的第一对比例为一种叠片式电极组件，其中集流体不包含基膜层，正极极片和负极极片是连续涂布的，即活性物质层连续地涂布在集流体上，裁切区位于活性物质层上，裁成单片式极片后如图4所示的装配方式进行组装。
用于进行对比的现有技术的第二对比例为一种折叠式电极组件，其中集流体由基膜层以及在其上连续设置的金属层组成，活性物质层间歇涂布且只位于平直部，然后如图5所示的连续装配方式进行组装，拐角部为未涂布活性物质层但有金属层附着的基膜层。
在第一实施例和第一对比例的叠片式电极组件中，为了便于对比的进行并获得较为明显的对比结果，每层正极极片的长度超出负极极片2mm,且隔膜底部与正极极片底部平齐。由于正极极片超出负极极片，导致超出部分的正极脱出的锂离子在负极处没有空位嵌入，析锂后锂枝晶爬过隔膜，与裁切边的端面铝搭接而导致短路。电池组装完成后进行充放电循环测试，记录电池的着火失效概率如下：
以上第一实施例和第一对比例的叠片式电极组件设计成正极极片超出负极极片的缺陷样品，导致正极极片超出部分的锂离子在负极极片处无空位嵌入，负极极片边缘析锂后，随着充放电循环，锂枝晶不断累积生长，最终爬过隔膜。在第一对比例中，析锂后锂枝晶会顺着隔膜爬向正极，可以容易地与裁切边的端面铝搭接而导致短路，使得着火失效概率高达95％。而由于第一实施例裁切后边缘仍有聚合物基膜层，即使锂枝晶爬到正极也不会与端面铝发生搭接短路，因此极大降低最为严重的短路风险，电芯着火失效概率约为3％。
在第二实施例、第三实施例以及第二对比例的折叠式电极组件中，为了便于对比的进行并获得较为明显的对比结果，正极极片宽度与负极极片等宽，待电池组装完成后进行大电流充放电循环测试，记录电池的着火失效概率：
以上第二实施例、第三实施例以及第二对比例的折叠式电极组件的正极极片和负极极片的边缘对齐，在大电流下充电导致正极极片边缘的锂离子快速脱出并嵌入到负极，而放电过程未及时迁回的锂离子不断在负极极片边缘累积导致析锂，锂枝晶刺穿隔膜，由于第二实施例和第三实施例的折叠拐角都是没有金属层的聚合物基膜层，锂枝晶即使刺穿隔膜，也没有搭接到正极极片的金属集流体，只与正极极片的活性物质层短路，因而着火失效概率约为3％。而由于铝与负极极片及锂枝晶发生的短路失效风险最高，因此
当拐角表面仍有铝箔暴露，如第二对比例的情况，使得着火失效概率高达98％。
从上面的对比可以看到，根据本申请的电极组件采用在基膜层上间歇涂布的金属层和活性物质层，避免了严重的短路失效风险，避免裁切活性物质层掉粉，进一步提高电极组件以及电池的安全性能。
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 (18)
- 一种极片(1)，包括：集流体(20)，所述集流体(20)包括基膜层(22)和金属层(24)，所述金属层(24)以彼此间隔开的方式设置在所述基膜层(22)上；以及活性物质层(30)，所述活性物质层(30)以彼此间隔开的方式涂布在所述基膜层(22)上，并且每个所述活性物质层(30)至少部分地覆盖相应的所述金属层(24)。
- 根据权利要求1所述的极片(1)，其中，所述基膜层(22)是非导电的。
- 根据权利要求1或2所述的极片(1)，其中，所述金属层(24)设置在所述基膜层(22)的一侧或两侧上。
- 根据权利要求1-3任一项所述的极片(1)，其中，每个所述活性物质层(30)完全覆盖相应的所述金属层(24)。
- 根据权利要求1-4任一项所述的极片(1)，其中，所述基膜层(22)的未设置有所述金属层(24)且未被所述活性物质层(30)覆盖的部分形成裁切部或拐角部，所述基膜层(22)的设置有所述金属层(24)且被所述活性物质层(30)覆盖的部分形成平直部。
- 根据权利要求1-5任一项所述的极片(1)，其中，所述金属层(24)的长度彼此相等，并且所述活性物质层(30)的长度彼此相等。
- 根据权利要求1-6任一项所述的极片(1)，其中，所述金属层(24)通过真空蒸镀、粘接或机械联接而附着到所述基膜层(22)上。
- 根据权利要求1-7任一项所述的极片(1)，其中，所述金属层(24)的厚度范围为0.01μm至3μm。
- 一种电极组件(5)，包括正极极片(11)、负极极片(31)以及设置在所述正极极片(11)和所述负极极片(31)之间的隔膜(52)，所述正极极片(11)由根据权利要求1-8任一项所述的极片(1)形成，和/或所述负极极片(31)由根据权利要求1-8任一项所述的极片(1)形成。
- 根据权利要求9所述的电极组件(5)，其中，所述正极极片(11)被配置为通过在所述基膜层(22)的未设置有所述金属层(24)且未被所述活性物质层(30)覆盖的部分进行裁切而形成为单片式正极极片，所述负极极片(31)被配置为通过在所述基膜层(22)的未设置有所述金属层(24)且未被所述活性物质层(30)覆盖的部分进行裁切而形成为单片式负极极片，所述正极极片(11)和所述负极极片(31)彼此交替地层 叠布置。
- 根据权利要求10所述的电极组件(5)，其中，所述单片式正极极片的长度小于所述单片式负极极片的长度。
- 根据权利要求10或11所述的电极组件(5)，其中，所述单片式正极极片的活性物质层(30)的长度小于所述单片式负极极片的活性物质层(30)的长度。
- 根据权利要求10-12任一项所述的电极组件(5)，其中，所述单片式正极极片的基膜层(22)被裁切成使得所述基膜层(22)的长度等于所述活性物质层(30)的长度，所述单片式负极极片的基膜层(22)被裁切成使得所述基膜层(22)的长度等于所述活性物质层(30)的长度。
- 根据权利要求9-13任一项所述的电极组件(5)，其中，所述电极组件(5)被配置为：所述正极极片(11)的基膜层(22)的未设置有所述金属层(24)且未被所述活性物质层(30)覆盖的部分进行弯折，所述负极极片(31)的基膜层(22)的未设置有所述金属层(24)且未被所述活性物质层(30)覆盖的部分进行弯折，使得所述正极极片(11)的设置有所述金属层(24)且被所述活性物质层(30)覆盖的部分与所述负极极片(31)的设置有所述金属层(24)且被所述活性物质层(30)覆盖的部分彼此交替地层叠布置。
- 根据权利要求13所述的电极组件(5)，其中，所述正极极片(11)的设置有所述金属层(24)且被所述活性物质层(30)覆盖的部分的长度小于或等于所述负极极片(31)的设置有所述金属层(24)且被所述活性物质层(30)覆盖的部分的长度。
- 一种电池单体，包括：壳体；和权利要求9-15任一项所述的电极组件(5)，所述电极组件(5)设置在所述壳体内。
- 一种电池，包括：权利要求16所述的电池单体。
- 一种用电装置，包括权利要求16所述的电池单体，和/或权利要求17所述的电池，用于为所述用电装置提供电能。
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| CN217158236U (zh) | 2022-08-09 |
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