极片、电芯结构及电池的制作方法

1.本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种极片、电芯结构及电池。


背景技术：

2.快充是现在锂离子电池的主要发展方向之一，在大倍率充电情况下，电池内部产热增加，导致电池温升急剧上升。电池内部温度过高会对电池内部的卷芯结构上的正/负极材料和电解液的稳定性产生影响。
3.现有的一种锂离子电池的卷芯结构，包括正极片、负极片、隔膜。在正极片上设置有供正极极耳焊接的第一凹槽，在负极片上设置有供负极极耳焊接的第二凹槽，正、负极极耳分别焊接在与之对应的第一凹槽和第二凹槽中。其中在正极片上的正极极耳焊接位置处的相对两个表面覆盖有绝缘胶层，在正极片上与第二凹槽相对应的位置处贴附有绝缘胶层，绝缘胶层的主要作用是粘接在正、负极极耳所在的位置，用于隔离绝缘作用，防止极耳与相邻的极片接触而产生短路的风险。
4.但是，现有技术中未在负极极耳上贴附绝缘胶层，导致充电过程中会有部分锂离子在负极铜箔表面析出形成锂枝晶，而使电池存在较大的安全隐患。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种极片、电芯结构及电池，以解决现有技术中在负极铜箔表面析出形成锂枝晶后，导致电池存在较大的安全隐患的问题。
6.本实用新型提供一种极片，包括极片本体，极片本体包括基材和设置在基材相对的两个侧面的活性物质层；
7.极片本体的至少一个侧面上具有凹槽，凹槽位于活性物质层上，且凹槽与基材连通；
8.凹槽内电连接有极耳，极耳包括极耳焊接端，极耳焊接端焊接在凹槽内；
9.凹槽的宽度为极耳焊接端的宽度的1.5倍～3倍，和/或，凹槽的长度为极耳焊接端长度的1倍～2倍。
10.在一种可能的实现方式中，本实用新型提供的极片，凹槽的中心与极片本体的一端的距离为极片本体长度的0.25倍～0.75倍。
11.在一种可能的实现方式中，本实用新型提供的极片，极片本体的一侧具有缺口，缺口与凹槽连通。
12.在一种可能的实现方式中，本实用新型提供的极片，缺口的长度为极耳焊接端宽度的1.5倍～3倍，和/或，缺口的宽度为0.5mm～10mm，和/或，缺口与凹槽之间的圆角半径为1mm～5mm。
13.在一种可能的实现方式中，本实用新型提供的极片，极耳还包括极耳自由端，极耳自由端与极耳焊接端连接，极耳自由端位于凹槽外。
14.在一种可能的实现方式中，本实用新型提供的极片，凹槽上覆盖有第一绝缘胶层，
凹槽在第一绝缘胶层上的投影位于第一绝缘胶层的内。
15.在一种可能的实现方式中，本实用新型提供的极片，极耳上具有绝缘件，绝缘件在第一绝缘胶层上的投影至少部分位于第一绝缘胶层内，且第一绝缘胶层与绝缘件重叠区域的宽度小于或等于5mm。
16.在一种可能的实现方式中，本实用新型提供的极片，极片本体上贴附有第二绝缘胶层，第二绝缘胶层与极耳焊接端相对；凹槽在第二绝缘胶层上的投影位于第二绝缘胶层的内部。
17.在一种可能的实现方式中，本实用新型提供的极片，极片本体的一端具有头部，头部的长度为1mm～7mm。
18.本实用新型提供一种电芯结构，包括卷绕设置的正极片、负极片和隔膜，隔膜位于正极片和负极片之间，正极片和/或负极片为上述内容中的极片。
19.本实用新型提供一种电池，包括壳体和位于壳体内的电芯结构。
20.本实用新型提供一种极片、电芯结构及电池，包括极片本体，极片本体包括基材和设置在基材相对的两个侧面的活性物质层；极片本体的至少一个侧面上具有凹槽，凹槽位于活性物质层上，且凹槽与基材连通；凹槽内电连接有极耳，极耳包括极耳焊接端，极耳焊接端焊接在凹槽内；凹槽的宽度为极耳焊接端的宽度的1.5倍～3倍，和/或，凹槽的长度为极耳焊接端长度的1倍～2倍。通过在极片本体的至少一个侧面上设置凹槽，将极耳焊接在凹槽内，待焊接完成后采用绝缘胶层对极耳和凹槽进行绝缘密封。实现了对极片本体的基材全部区域绝缘覆盖，防止在充电过程中从焊接区域附近漏出的基材上发生析锂现象后形成锂枝晶。解决了现有技术中未在负极耳上贴附绝缘胶层，导致充电过程中会有部分锂离子在负极铜箔表面析出形成锂枝晶，而使电池存在较大的安全隐患的问题。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。
22.图1为本实用新型提供的极片的结构示意图；
23.图2为本实用新型提供的极片的另一结构示意图；
24.图3为图1中a处的放大示意图；
25.图4为本实用新型提供的极片的缺口示意图；
26.图5为本实用新型提供的电芯结构的示意图；
27.图6为图5中b处的放大示意图；
28.图7为图5 中c处的放大示意图。
29.附图标记说明
30.10-极片；11-正极片；12-负极片；13-隔膜；
31.100-极片本体；110-基材；120-活性物质层；130-凹槽；140-缺口；150
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第一绝缘胶层；160-第二绝缘胶层；
32.200-极耳；210-极耳焊接端；220-极耳自由端；230-绝缘件；
33.l1-极片的长度；l2-凹槽的中心与极片一端的距离；
34.d10-极耳焊接端的宽度；l10-极耳焊接端的长度；
35.d11-凹槽的宽度；l11-凹槽的长度；
36.d12-第一绝缘胶层的宽度；l12-第一绝缘胶层的长度；
37.h-边缘宽度；d13-缺口的长度；r-圆弧半径。
具体实施方式
38.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
39.在本技术的描述中，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”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者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技术中的具体含义。
40.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者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技术和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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技术的限制。
41.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”(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。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
42.此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或维护工具不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或维护工具固有的其它步骤或单元。
43.快充是现在锂离子电池的主要发展方向之一，在大倍率(充电倍率是充电快慢的一种量度，指电池在规定的时间充电至其额定容量时所需要的电流值。)充电情况下，电池内部产热增加，导致电池温升急剧上升。电池内部温度过高会对电池内部的卷芯结构上的正/负极材料和电解液的稳定性产生影响。
44.具体而言，在高温环境下，电池内部的电解液容易分解产生气体，气体在电池内部聚集后就会使电池膨胀并引发电池爆炸。同时，高温也会加剧正/负极材料与电解液之间的副反应，副反应会直接严重影响到电池的充/放电性能。另外，电池内部用于隔离正/负极片的隔膜(塑料材质)在高温下会有收缩的现象，当隔膜收缩后就会使正/负极片接触而发生短路现象，进而导致电池出现起火或爆炸的安全问题。
45.现有的一种锂离子电池的卷芯结构，包括正极片、负极片、隔膜。在正极片上设置有供正极极耳焊接的第一凹槽，在负极片上设置有供负极极耳焊接的第二凹槽，正、负极极耳分别焊接在与之对应的第一凹槽和第二凹槽中。其中，在正极片上的正极极耳焊接位置
处的相对两个表面均覆盖有绝缘胶层，在正极片上与第二凹槽相对应的位置处贴附有绝缘胶层，在负极片上与第一凹槽相对应的位置处贴附有绝缘胶层。绝缘胶层的主要作用是粘接在正、负极极耳所在的位置处，用于隔离绝缘作用，防止极耳与相邻的极片接触而产生短路的风险。
46.由于在负极片上的负极极耳焊接位置处的相对两个表面没有覆盖绝缘胶层，且负极片上负极极耳对应的焊接区域的面积要大于负极极耳焊接端的面积，在负极极耳焊接完成之后就会有部分负极集流体(铜箔)漏出。当电池在充电时，锂离子会迁移至裸露的铜箔上并在铜箔表面析出，形成锂枝晶(锂枝晶是锂电池在充电过程中锂离子还原时形成的树枝状金属锂，但是锂在负极侧出现时锂的形态不一定是锂枝晶，统称为析锂)。锂枝晶不但会使电池的厚度增大，而且还会刺穿隔膜，使正、负极片接触后而引发电池起火或爆炸等安全事故。
47.因此，现有技术中未在负极极耳上贴附绝缘胶层，导致充电过程中会有部分锂离子在负极铜箔表面析出形成锂枝晶，导致电池存在较大的安全隐患。
48.基于此，本技术提供一种极片、电芯结构及电池，通过将正、负极耳与极片之间互相绝缘隔离，避免电池内部发生短路，以提高电池的安全性能。
49.实施例
50.图1为本实用新型提供的极片的结构示意图，图2为本实用新型提供的极片的另一结构示意图。
51.如图1和图2所示，本技术提供的极片10包括极片本体100，极片本体100包括基材110和设置在基材110相对的两个侧面的活性物质层120；极片本体100的至少一个侧面上具有凹槽130，凹槽130位于活性物质层120 上，且凹槽130与基材110连通。
52.图3为图1中a处的放大示意图。
53.如图1和图3所示，凹槽130内电连接有极耳200，极耳200包括极耳焊接端210，极耳焊接端210焊接在凹槽130内；凹槽130的宽度为极耳焊接端210的宽度的1.5倍～3倍，和/或，凹槽130的长度为极耳焊接端210 长度的1倍～2倍。
54.电芯指安装在电池内部的含有正、负极的电化学电芯，电芯一般不会直接使用，通过将电芯与保护电路共同安装在电池壳体内部后就可以形成用于充/放电的电池。由于电芯为电池中的蓄电部分，因此电芯的质量直接决定了电池的质量。
55.极片10为电芯的核心部件，其中，极片10包括极片本体100，极片本体100包括基材110和活性物质层120，且活性物质层140涂覆在基材110 相对的两侧。而极片10包括正极极片10和负极极片10，通常正极极片10 的基材110的材料为铝箔，活性物质层120的材料为钴酸锂三元材料；负极极片10的基材110材料为铜箔，活性物质层120的材料为碳材料。
56.在极片本体100的至少一个侧面上设置有凹槽130，在此对凹槽130的设置不做具体限定，可以是只在极片本体100的其中一个侧面设置凹槽，也可以是在相对的两个侧面均设置有凹槽。如果是相对的两个侧面均设置有凹槽130，则两个相对设置的凹槽130的位置相互对应。具体地，可以通过采用激光或物理刮除等方式在极片本体100侧面上的特定位置处清洗出可供焊接使用的凹槽130。
57.为了提高极耳200的焊接效率，在极片本体100上清洗凹槽130时，要确保凹槽130与极片本体100的基材110连通。也就是要将极片本体100的一个或两个侧面上凹槽130所在
位置处的活性物质层120刮除干净，以使活性物质层120覆盖下的基材110能够漏出，这样在焊接时极耳200便可以快速地焊接在基材110上。
58.极耳200为从电芯中将正、负极引出来的金属导电体，即电池正、负两极的极耳200是在进行充/放电时的接触点。这个接触点并不是通常看到的电池外表的那个铜片，而是设置在电池内部的用于电芯的正极极片10和负极极片10与保护电路电连接的部件。极耳200分为三种材料，焊接在电池的正极极片10上的极耳200通常为铝(al)材料，焊接在电池的负极极片10上的极耳200通常使用镍(ni)或铜镀镍(ni—cu)材料，它们都是由胶片和金属带两部分复合而成。
59.在本技术中，与正极极片10连接的极耳200为正极耳(图中未标示)，与负极极片10连接的极耳200为负极耳(图中未标示)。具体地，正极耳通过激光焊接的方式焊接在正极极片10的极片本体100上的凹槽130 内，负极耳通过采用激光焊接的方式焊接在负极极片10的极片本体100 上的凹槽130内，这样可以使正极耳和负极耳分别与正极极片10和负极极片10的基材110电连接，进而使电流在极片10与外部电路之间进行流动。
60.在本实施例中，为了便于极片10与保护电路电连接，极耳200包括极耳焊接端210和与极耳焊接端210连接的极耳自由端220。将极耳焊接端210焊接在凹槽130内，以使极耳200与基材110电连接，极耳自由端 220设置在凹槽130外部，其用于与保护电路连接以使极耳200与保护电路电连接。这样设置，可以通过极耳200将极片本体100与保护电路电连接，以进行充/放电的工作。
61.需要说明的是，如果当极片本体100的相对两个侧面均设置有凹槽 130时，极耳200仅焊接在极片本体100上的其中一个侧面的凹槽130内，在与极耳200相对的另外一个侧面的凹槽130内没有焊接极耳200，即另外一侧的凹槽130内部为空置状态。由于对极耳200进行激光焊接时，超声波在振动焊接时需要直接与基材110接触进行能量传递，以使极耳200 焊接极片本体100的基材110上。如果不对基材110上涂覆的活性物质层 120进行刮除清洗，就会导致超声波与活性物质层120接触时振动焊接能量损耗较大，无法有效焊接极耳200。所以，空置的凹槽130用于超声波与基材110接触，以对极耳200进行焊接，以此提高极耳200的焊接效率和焊接后的牢固性。
62.本实施例，通过在极片本体100的至少一个侧面上设置凹槽130，将极耳200焊接在凹槽130内，待焊接完成后采用第一绝缘胶层150对极耳200 和凹槽130之间的焊接区域进行绝缘密封。实现了对极片本体100的基材110 上的全部区域进行绝缘隔离，防止在充电过程中从极耳200的焊接区域附近漏出的基材110上发生析锂现象后形成锂枝晶。解决了现有技术中未在极耳 200上贴附绝缘胶层，导致充电过程中会有部分锂离子在基材110表面析出形成锂枝晶，而使电池存在较大的安全风险的问题。
63.请继续参见图3所示，在一些实施例中，为了确保极耳焊接端210能够焊接在基材110上，凹槽130的宽度为极耳焊接端210的宽度的1.5倍～3 倍，凹槽130的长度为极耳焊接端210的长度的1倍～2倍。其中，极耳焊接端210的宽度为d10，极耳焊接端210的长度为l10；凹槽130的宽度为 d11，凹槽130的长度为l11。则d11为d10的1.5倍～3倍，l11为l10的1 倍～2倍。
64.这样设置，可以使凹槽130的面积大于极耳焊接端210的面积，以确保极耳焊接端210牢固地焊接在基材110上。另外，如果极片本体100相对两个侧面均设置有凹槽130，则相
对的两个凹槽130可以是同等大小的，也可以是不同大小的，如果是不同大小的两个凹槽130，其两者之间的槽位尺寸相差为1mm～7mm(长度方向和宽度方向)。
65.请继续参见图1所示，凹槽130的中心与极片本体100的一端的距离为极片本体100长度的0.25倍～0.75倍。
66.在一些实施例中，为了降低极片10的电阻，将凹槽130设置在极片本体 100的中间位置。具体地，极片本体100的长度为l1，凹槽130的中心距离极片本体100一端的距离为l2，则l2为l1的0.25倍～0.75倍。与常规设计中将极耳200焊接在极片本体100的任意一端的方式不同，本技术中将极耳200焊接在极片本体100的中间位置，这就相当于将极片10分成两个部分。当电池在充电时，电子在极片10上流动的路径就会大幅度减小，从而使极片 10的内阻变小，进而使电池的内阻大幅度降低，电池性能得到有效的提升。另外，为避免卷绕设置时正极极片10上的极耳200和负极极片10上的极耳 200互相干涉，将正极极片10和负极极片10上的极耳200错开设置。
67.图4为本实用新型提供的极片的缺口示意图。
68.如图4所示，极片本体100的一侧具有缺口140，缺口140与凹槽130 连通。
69.在一些实施例中，由于极片10在制作时采用模切工具冲切而成，具体方式为：首先选取一整张长度和极片10的长度相当，宽度为极片10的宽度的若干倍的极片10的制作材料；接着沿该张材料的宽度方向将其划分为与极片10宽度相当的若干等份；然后在各等份的特定位置处清洗出凹槽130；接着将清洗后的整张材料采用模切工具进行冲切以形成若干个极片10。由于在冲切时为避免模切工具切割到凹槽130，因此在各凹槽130 与极片10沿长度方向的其中一个边缘之间预留一个宽度为h的活性物质层120。在焊接极耳200之前应将该部分活性物质层120冲切去除，从而在极片本体100的一侧形成缺口140，且缺口140与凹槽130连通。
70.请继续参见图4所示，缺口140的长度为极耳焊接端210宽度的1.5倍～ 3倍，和/或，缺口140的宽度为0.5mm～10mm，和/或，缺口140与凹槽130 之间的圆角半径为1mm～5mm。
71.具体地，将缺口140的长度设置为极耳焊接端210的宽度的1.5倍～ 3倍，将缺口140的宽度设置为0.5mm～10mm，可以确保极耳焊接端210能够容置在缺口140的内部，避免缺口140附近的活性物质层120影响到极耳200 的焊接。缺口140上与凹槽130之间的拐角为圆弧设计。其中，缺口140的长度为d13，圆弧半径为r，则d13为d11的1.5倍～3倍，r为1～5mm。
72.请继续参见图1和图3所示，在一种可能的实现方式中，为了提高极耳 200的焊接区域的绝缘效果，在凹槽上130覆盖有第一绝缘胶150层，凹槽 130在第一绝缘胶层150上的投影位于第一绝缘胶层150的内部。第一绝缘胶层150可以将极耳200和极片本体100上裸漏的基材110完全覆盖，以使极耳200和基材110绝缘，防止电池出现短路现象。同时，第一绝缘胶层150还可以避免极耳200的焊接区域的焊印毛刺刺穿隔膜，以防止正极极片10和负极极片10接触而引发电池短路。
73.请继续参见图3所示。为了使第一绝缘胶层150完全覆盖凹槽130，贴附在凹槽130上的第一绝缘胶层150的宽度为极耳焊接端210的宽度的 1.5倍～6倍，第一绝缘胶层150的长度为极耳焊接端210的长度的1倍～ 4倍。其中，极耳焊接端210的宽度为d10，极耳焊接端
1mm～7mm，将负极片12的头部设置为折弯的形式，可以避免正极片11在过程波动时导致正极片11和负极片12之间覆盖不足而产生析锂现象。
84.本技术还提供一种电池，包括壳体(图中未标示)和位于壳体内的电芯结构，其中电芯结构的具体组成结构和工作原理等在上述内容中已经作了详细介绍，在此不再一一赘述。
85.为了对比测试本技术中提供的电芯结构的内阻和充、放电时的温升变化，在此选用一款常规设计的电芯结构进行对比测试。并将常规设计的电芯命名为对比电芯。
86.对比电芯，选用型号为486586(厚度为4.8mm，宽度为65mm，长度为86mm) 的极片，将其按照常规设计方式进行设计并制作而成，即对比电芯中的极耳均位于正极片11、负极片12头部的空箔上，极耳的宽度为6mm，极耳焊接端的长度为24mm。
87.实施例电芯，选用型号为486586(厚度为4.8mm，宽度为65mm，长度为 86mm)的极片，分别对正极片和负极片上与正极耳和负极耳相对应的位置处行进清洗，以形成第一凹槽和第二凹槽。其中，正极片两侧的第一凹槽的宽度分别为12mm和10mm，长度分别为26mm和25mm。负极片200两侧的第二凹槽的宽度均为9mm，长度均为25mm。将正极耳和负极耳焊接完成后，在正极耳和负极耳表面均贴附第一绝缘胶层。在正极耳上贴附的第一绝缘胶层的宽度为20mm，长度为30mm，在负极耳上贴附的第一绝缘胶层的宽度为12mm，长度为27mm。将正极片、负极片和隔膜依次排列卷绕，在卷绕时负极片最内侧的负极片头部长度为1mm～7mm，与此同时，将正极片头部采用刀切的方式，去掉正极片头部的空箔，以使正极片上的基材与正极片上的活性物质层齐平，此时正极片头部正好可以插至实施例电芯的折弯位置处。
88.表1.实施例电芯和对比电芯的内阻和充/放电温升测试结果
89.项目内阻/mω充电温升/℃放电温升/℃实施例电芯20.311.310.6对比电芯37.515.216.3
90.通过上述表1中的数据可以看出，实施例电芯的内阻由37.5mω降低到 20.3mω，内阻降幅百分比为45.9％；从温升测试数据可以看出，电芯在1.5c 充放电时，实施例电芯具有较好的温升性能，充电温升均值降低3.9℃，放电温升均值降低5.7℃，降幅百分比分别为25.6％和34.9％，由此可见，实施例电芯的内阻明显降低，温升性能得到较好提升。
91.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。