电芯极片、电芯极组和电芯的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种电芯极片、具有该电芯极片的电芯极组即具有该电芯极片的电芯。


背景技术：

2.随着人们的环保意识日益增加，电动汽车越来越受到人们的重视，由于电动汽车还在发展中，电动汽车普及还面临一些问题，主要还是航里程短，其次是充电时间长。这主要涉及两个技术因素而制约，一是电池的能量密度；二是电池大倍率充电能力。
3.针对电池的能量密度的提升，一是原材料自身比容量的提升，即研发新型材料。二是空间利用率的提升，即车内放更多的电池。由于新材料的研发不是一朝一夕就能完成，所以近年来电池包能量密度的提升主要是提升空间利用率，导致单体电池容量和体积越来越大，从而减少模组的数量，甚至取消了模组，把电池形成做成长条形，直接将电池横置到电池包内。取消了模组除了提升空间利用率外，还可以降低电池包的成本，所以长条电芯设计是一个非常理想的方案，但凡事有利有弊，根据欧姆定律，电芯越长，电池内阻越高，对于电池的大倍率充电性能，甚至循环寿命都起到负面作用。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种电芯极片，可以降低电芯极片内阻，进而降低电池内阻的效果，以提高电池的大倍率充电性能，提高使用寿命。
5.本实用新型的另一个目的在于提出一种电芯极组。
6.本实用新型的再一个目的在于提出一种电芯。
7.根据本实用新型实施例的电芯极片，包括：极片本体、第一极耳、第二极耳，所述极片本体包括集流体以及设于所述集流体表面的活性物质；所述第一极耳连接所述集流体的第一端；所述第二极耳连接所述集流体的第二端，其中，所述第一极耳和所述第二极耳均包括连接部分和与所述连接部分相连的电极部分，所述连接部分与所述集流体相连。
8.根据本实用新型实施例的电芯极片，可以降低电芯极片内阻，进而实现降低电池内阻的效果，以提高电池的大倍率充电性能，提高使用寿命；还可以改善长电芯负极端部析锂的情况，提高电芯使用的安全性。
9.另外，根据本实用新型上述实施例的电芯极片还可以具有如下附加的技术特征：
10.一些实施例中，所述第一极耳、所述第二极耳以及所述集流体为分体式结构。
11.一些实施例中，所述集流体的第一端和第二端分别设有未设活性物质的留白区，所述第一极耳与所述集流体的第一端的留白区相连，所述第二极耳与所述集流体的第二端的留白区相连。
12.一些实施例中，所述第一极耳与所述集流体的第一端焊接连接，所述第二极耳与所述集流体的第二端焊接连接。
13.一些实施例中，所述第一极耳和所述第二极耳的厚度不小于所述集流体的厚度。
14.一些实施例中，所述第一极耳和所述第二极耳的厚度不大于所述极片本体的厚度。
15.一些实施例中，所述第一极耳的连接部分两侧边均不短于所述集流体的第一端的两侧边，所述第二极耳的连接部分的两侧边均不短于所述集流体的第二端的两侧边。
16.一些实施例中，在沿所述集流体的延伸方向的投影中所述第一极耳的电极部分和所述第二极耳的电极部分错开且不重叠。
17.一些实施例中，所述第一极耳和所述第二极耳中连接部分在所述集流体的延伸方向上的尺寸不小于所述集流体的厚度。
18.根据本实用新型实施例的电芯极组，包括正极片和负极片，所述正极片和所述负极片均包括前述的电芯极片，所述正极片和所述负极片层叠布置，所述正极片上的第一极耳和所述负极片上的第一极耳位于所述电芯极组的同一端且电极部分错开，所述正极片上的第二极耳和所述负极片上的第二极耳位于所述电芯极组的同一端，且电极部分错开。
19.根据本实用新型实施例的电芯极组，可以降低极片内阻，进而实现降低电池内阻的效果，以提高电池的大倍率充电性能，提高使用寿命，还解决了长电芯两端阻抗不均导致的负极端部析锂等问题。
20.根据本实用新型实施例的电芯，所述电芯包括多个电芯极片，所述电芯极片为前述的电芯极片，多个所述电芯极片层叠设置。
21.根据本实用新型实施例的电芯，解决了长电芯大倍率充放电寿命短的问题和电池大倍率充电发热问题，还解决了长电芯两端阻抗不均导致的负极端部析锂等问题。
附图说明
22.图1是本实用新型实施例中电芯极片的结构示意图。
23.图2是图1中框a的放大图。
24.图3是本实用新型实施例中集流体的结构示意图。
25.图4是本实用新型实施例中涂覆有活性物质的集流体的示意图。
26.图5是本实用新型实施例中极片本体与极耳的焊接过程示意图。
27.图6是本实用新型实施例中极片本体与第一极耳、第二极耳的焊接完成后的示意图。
28.图7是本实用新型实施例中电芯极组的结构示意图。
29.图8是本实用新型实施例中正极片的结构示意图。
30.图9是本实用新型实施例中负极片的结构示意图。
31.图10是相关技术中电芯极片的结构示意图。
32.图11是相关技术中电芯极片的结构示意图。
33.图12是相关技术中电芯极组的结构示意图。
34.附图标记：
35.电芯极片10，极片本体11，集流体111，活性物质112，第一端101，第二端102，第一极耳12，第二极耳13，
36.电芯极组100，正极片10p，正极片本体11p，第一正极极耳12p，第二正极极耳13p，
负极片10n，负极片本体11n，第一负极极极耳12n，第二负极极耳13n，
37.超声波滚焊器200。
38.极片1’，正极末端11’，负极末端12’，极耳2’，正极耳21’，负极耳22’，隔膜3’。
具体实施方式
39.结合图10至图12，相关技术中，长条形电芯的总长度接近电池包的宽度，是目前常见电池长度5倍以上，而电芯的宽度目前常见电池差不多(小于电池包的高度)。电池的内阻与极片长度的呈正比关系，如此过长的电池导致电池内部电流通过极片的路径成倍增加，同样电池的内阻也成倍增加。内阻的增加对于电池寿命、大倍率充放电、电池温升、低温放电、析锂均有负面作用。
40.为了降低长电池的内阻，业内采取的方法是充分加宽极耳2’宽度(极耳宽度与极片宽度一致，极耳只能分别放置在极组两端，俗称全极耳极组结构或两端出极耳结构)，以降低极耳2’带来的过流瓶颈。结合图10和图11，其中，图10示出了加宽极耳前的电芯极片；图11示出了加宽极耳后的电芯极片。虽然加宽极耳可以缓解极耳2’处的电阻和极耳的发热，但由于此结构的极片1’长度并没有改变，电流通过极片的距离并没有减短，所以极片自身的这部分内阻没有变化，故无法从根本上解决电池本体的内阻高而导致的大倍率充放电性能下降、循环寿命减少、充放电发热问题。
41.除了上述问题外，这种两端出极耳2’的极组结构还存在负极末端12’的极片区域与正极极耳21’附近区域的极片阻抗不匹配问题。主要原因是由于负极片末端12’(既极耳最远端，负极的阻抗最高区域)，对应的是相邻正极片的极耳附近区域(正极片阻抗最低区域)，在电池充电过程中，由于负极阻抗高的部分对应正极阻抗低的部分，充电过程中负极对li的电位下降较快，尤其大倍率充电非常容易在负极末端产生锂枝晶，对电池造成极大安全隐患。
42.为此，本实用新型提出一种电芯极片10，可以降低电芯极片10内阻，进而实现降低电池内阻的效果，以提高电池的大倍率充电性能，提高使用寿命，还解决了长电芯两端阻抗不均导致的负极端部析锂等问题。
43.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
44.结合图1，根据本实用新型实施例的电芯极片10，包括：极片本体11、第一极耳12和第二极耳13，具体地，极片本体11包括集流体111以及设于集流体表面的活性物质112，以将电流汇集起来便于形成较大的电流对外输出，以提高电芯极片10的性能；第一极耳12连接集流体111的第一端101；第二极耳13连接集流体111的第二端102，其中，第一极耳12和第二极耳13均包括连接部分和与连接部分相连的电极部分，连接部分与集流体111相连。也就是说，第一极耳12和第二极耳13均由连接部分和电极部分构成，第一极耳12和第二极耳13分别连接于极片本体11的两端，由此，电流可以分别通过连接于集流体111第一端101的第一极耳12和连接于集流体111第二端102的第二极耳13流通，从减小电流通过极片的距离，进而减小了电芯极片10自身内阻。
45.根据本实用新型实施例的电芯极片10，通过在集流体111的第一端101和第二端102分别连接由连接部分和电机部分组成的第一极耳12和第二极耳13，从而构造出复合极耳，可以降低电芯极片10内阻，进而实现降低电池内阻的效果，以提高电池的大倍率充电性能，提高使用寿命。此外，电芯极片10电阻减小，还可以适当减小负极阻抗进而改善电芯负极析锂的情况，提高电芯使用的安全性。
46.本实用新型中的极片本体11、第一极耳、第二极耳具有多种不同的制作形式，例如集流体111可以与第一极耳12为一体成型或分体成型，集流体111也可以与第二极耳13一体成型或分体成型。
47.在本实用新型的一些实施例中，第一极耳12、第二极耳13以及集流体111为分体式结构，即将集流体111、第一极耳12以及第二极耳13单独生产后装配在一起，将第一极耳12和第二极耳13连接于集流体111上，形成复合结构。提高极耳与集流体111配合的灵活性，利于进行装配和接线工作，利于对极耳进行裁切，以提高制造效率。另外，对于集流体111、第一极耳12以及第二极耳13的材料的限制更小，他们可以采用相同或不同的材料制作，以满足不同的使用目的。
48.结合图4，进一步地，集流体111的第一端101和第二端102分别设有未设活性物质112的留白区，第一极耳12与集流体111的第一端101的留白区相连，第二极耳13与集流体111的第二端102的留白区相连，因此，通过设置留白区域可以便于将第一极耳12和第二极耳13对集流体111连接，以利于进行第一极耳12和第二极耳13的复合。
49.具体地，极耳与集流体111的留白区可以通过焊接连接，第一极耳12与集流体111的第一端101焊接连接，第二极耳13与集流体111的第二端102焊接连接，以利于制造和提高连接稳定性，利于降低成本。
50.根据本实用新型实施例的电芯极片10，未涂活性物质112的空白集流体111区域，可以用超声焊接(滚焊)的方式将极耳与集流体111复合，其中，该第一极耳12和第二极耳13可以为箔材的材质，材质选择可以选择与集流体111相同或可以用超声焊进行相互焊接的材质，本实用新型不限于此。可选地，超声焊接部分可以用胶带或者涂陶瓷防护，也可以不用防护，可以根据实际情况进行合理的调整。
51.可选地，第一极耳12和第二极耳13的厚度不小于集流体111的厚度，即第一极耳12和第二极耳13的厚度可以大于或这与集流体111的厚度，以增加极耳的横截面积，进而减小电阻。换言之，通过增加极耳的过流截面积，提高了第一极耳12和第二极耳13的过流能力，从而解决第一极耳12和第二极耳13的过流瓶颈，以缓解充放电时的发热问题。
52.需要说明的是，电芯极片10是否进行辊压不影响本方案的效果。
53.可选地，第一极耳12和第二极耳13的厚度不大于极片本体11的厚度。由此，可以在减小内阻的同时节约空间，利于减小电芯极片10的尺寸，从而减小电芯极组100的尺寸。
54.可选地，第一极耳12的连接部分两侧边均不短于集流体111的第一端101的两侧边，第二极耳13的连接部分的两侧边均不短于集流体111的第二端102的两侧边。可以降低电芯极片10的内阻，提高其导电效果，从而减少电芯充放电过程中的产生的热量以及能量损耗，提高能源利用率，节能环保，而且还优化电芯的热管理。
55.可选地，在沿集流体111的延伸方向的投影中第一极耳12的电极部分和第二极耳13的电极部分错开且不重叠，以利于连接母线，利于接电。具体地，当两个电芯极片10组成
电芯极组100时，错开布置的极耳的电芯部分利于布置，提升电芯极组100布置的合理性和平衡性，且利于节约空间。
56.可选地，第一极耳12和第二极耳13中连接部分在集流体111的延伸方向上的尺寸不小于集流体111的厚度，以起到减小电阻的效果。举例而言，电芯极片10组成电芯极组100时，可以对电芯极片10进行裁切，参见图2，为了避免过流瓶颈产生,将极耳连接部分的截面积的与极耳的厚度的乘积构造成小于极耳连接部分的截面积的形式，以使极耳的导电能力与集流体111相匹配，从而避免裁切处电阻过大的问题。换言之，“a位置”和“c位置”形成一个“导线”，导线的导电能力(导线的横截面积)与集流体111相匹配，即a*c≥c*(集流体厚度)，其中尺寸a和尺寸c可以参照图2。
57.如图3至图6所示，描述了本实用新型一个实施例的电芯极片10的制作过程的示意图，其中，图3示出了裁切前的集流体111的示意图，在集流体111上涂覆活性物质112以获取图4示出的结构，其中，集流体111的两端没有涂覆活性物质并构造成留白区域，如图5可以通过超声波焊接等方式将第一极耳12和第二极耳13焊接于集流体111的留白区域，从而获得如图6所示的结构，对图6中的结构进行裁切，则可以获取如图1所示的电芯极片10。
58.结合图7至图9，根据本实用新型实施例的电芯极组100，包括正极片10p和负极片10n，正极片10p和负极片10n均包括前述的电芯极片10，正极片10p和负极片10n层叠布置，正极片10p上的第一极耳12和负极片10n上的第一极耳12位于电芯极组100的同一端且电极部分错开，正极片10p上的第二极耳13和负极片10n上的第二极耳13位于电芯极组100的同一端且电极部分错开。
59.具体而言，结合图7-图9，正极片10p包括正极片本体11p、第一正极极耳12p和第二正极极耳13p，第一正极极耳12p和第二正极极耳13p分别连接于正极片本体11p的两端，负极片10n包括负极片本体11n、第一负极极极耳12n和第二负极极耳13n，第一负极极极耳12n和第二负极极耳13n分别连接于负极片本体11n的两端。正极片本体11p负极片本体11n层叠布置，第一正极极耳12p和第一负极极极耳12n设于电芯极组100的同一端并错开，第二正极极耳13p和第二负极极耳13n设于电芯极组100的同一端并错开。
60.正极片10p和负极片10n层叠布置后，可以提高电芯极组100的性能和稳定性。在实际工作时，可以减短电流在极片内通过的距离，从而降低内阻，从而提高电池充电性能，提高使用寿命，还可以解决长电芯两端阻抗不均导致的负极端部析锂等问题。
61.根据本实用新型实施例的电芯，电芯包括多个电芯极片10，电芯极片10为前述的电芯极片10，多个电芯极片10层叠设置。通过应用前述的电芯极片10，可以降低内阻，从而解决长电芯大倍率充放电寿命短的问题和电池大倍率充电发热问题，还解决了长电芯两端阻抗不均导致的负极端部析锂等问题。
62.下面参照附图描述本实用新型一个具体实施例的电芯极片10和电芯极组100。
63.结合图1-图9，根据本实用新型实施例的电芯极片10和电芯极组100，电芯极片10包括：极片本体11、第一极耳12和第二极耳13，具体地，极片本体11包括集流体111，集流体111表面具有活性物质112，集流体111还包括未设活性物质112的留白区的第一端101和第二端102，第一极耳12包括连接部和电极部。第二极耳13包括连接部和电极部。电芯极组100包括：正极片10p和负极片10n，其中正极片10p和负极片10n包括前述的电芯极片10。
64.具体而言，将正负极片的活性物质112分别涂在对应的集流体111上，需要在集流
体上保留一定宽度的空白集流体(即未涂活性物质)，该空白区域构造出集流体111的第一端101和第二端102，以用于连接第一极耳12和第二极耳13。
65.进一步地，在集流体111的第一端101和第二端102，用超声焊接(滚焊)的方式复合一条金属箔材为极耳即第一极耳12和第二极耳13，其中，第一极耳12和第二极耳13箔材的材质选择与极片的集流体111相同或可以用超声焊进行相互焊接的材质。第一极耳12和第二极耳13箔材的材质厚度大于集流体111的厚度，且满足过流能力。将超声复合极耳后的极片进行裁切极耳。可以是叠片形式的极耳裁切，也可以是卷绕形式的极耳裁切。
66.需要注意的是，复合箔材的厚度大于集流体111厚度，但是不超过极片的厚度，而宽度则为极耳设计的长度(参加图中b距离)。为了保证第一极耳12和第二极耳13的过流能力，避免过流瓶颈产生,参加图2中“a位置”的截面积与参加图2中“c位置”长度所对应的集流体111截面积近似。即“a位置”尺寸取决于极耳的厚度与“c位置”尺寸长度以及集流体111厚度。
67.此外，处在电芯极片10的两端的第一极耳12和第二极耳13的位置可以相互变换。
68.更进一步地，将正负极片和隔膜按照常规电池进行叠片，叠片后的电芯极组两端分别各存在两个极耳(一个正极耳和一个负极耳)，每个电芯极组总共四个极耳(即第一正极耳、第一负极耳和第二正极耳、第二负极耳)。
69.极耳与盖板端子进行连接进行装配，由于电芯极组为4个极耳，则铝壳外观上存在4个输出极柱，既电池的两端同时存在正负极极柱。当然，如果是软包形式的装配，同样软包外观上也存在4个端子。
70.由此，通过将极耳分别设置在极片的两端，同时通过复合极耳的方式增加极耳过流截面积，解决极耳的过流瓶颈。通过复合极耳和两极耳的设计使极片实现内阻减半，进而大幅度降低电池内阻的效果。
71.根据本实用新型的电芯极片10，将第一极耳12和第二极耳13分别设置在极片的两端，且通过复合极耳的方式来解决极耳过电流瓶颈，真正实现了电池内阻减半的效果，解决了长电芯大倍率充放电寿命短的问题和电池大倍率充电发热问题，还解决了长电芯两端阻抗不均导致的负极端部析锂等问题。
72.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
73.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
74.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以
在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
75.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。