极芯、电池以及电池模组的制作方法

1.本技术属于电池技术领域，具体涉及一种极芯、电池以及电池模组。


背景技术：

2.目前，电池中的正极集流体的材质为铝箔，负极集流体的材质为铜箔，铜箔和铝箔的电阻率极低。在向电池充电时，铜箔和铝箔发热量较少，尤其在低温充电时，需要迅速产生热量使极片的温度升高，以增加负极反应速率，提升充电能力。现有技术中，在充电前通过施加脉冲电流使电池升温。但这种方式升温较慢，会导致低温条件下的充电速率大于嵌锂反应速率，造成电池的极片析锂。或者，为了防止负极片析锂，降低低温下预热的充电速率，导致预热时间增加。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的是提供一种极芯，能够解决电池预热过程中升温慢的问题。
4.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
5.第一方面，本技术实施例提供了一种极芯，该极芯包括第一集流体、第二集流体及隔膜，所述隔膜位于所述第一集流体和所述第二集流体之间，所述第一集流体和所述第二集流体均包括基础集流体，且所述第一集流体和所述第二集流体中的至少之一还包括与对应的基础集流体层叠设置的预设集流体，所述基础集流体的电导率大于所述预设集流体的电导率，其中，所述第一集流体的基础集流体为正极集流体，所述第二集流体的基础集流体为负极集流体，所述正极集流体上设有正极极耳，所述负极集流体上设有负极极耳，所述预设集流体上设有预设极耳；所述第一集流体和所述第二集流体满足以下情形之一：
6.所述第一集流体还包括所述预设集流体，所述预设极耳的极性与所述正极极耳的极性相同，所述负极集流体上设有两个所述负极极耳，其中的一个所述负极极耳和所述正极极耳均为工作极耳，另一个所述负极极耳和所述预设极耳均为加热极耳；或者，
7.所述第二集流体还包括所述预设集流体，所述预设极耳的极性与所述负极极耳的极性相同，所述正极集流体上设有两个所述正极极耳，其中的一个所述正极极耳和所述负极极耳均为工作极耳，另一个所述正极极耳和所述预设极耳均为加热极耳；或者，
8.所述第一集流体和第二集流体均还包括所述预设集流体，所述第一集流体的预设集流体上的预设极耳的极性与所述正极极耳的极性相同，所述第二集流体的预设集流体上的预设极耳的极性与所述负极极耳的极性相同，所述正极极耳和负极极耳均为工作极耳，所述第一集流体的预设集流体上的预设极耳和所述第二集流体的预设集流体上的预设极耳均为加热极耳。
9.可选地，所述预设集流体与对应的基础集流体之间设有胶粘层。
10.可选地，所述预设集流体设有镂空区。
11.可选地，所述预设集流体包括第一预设集流体和第二预设集流体，所述第二预设集流体与所述第一预设集流体分别设于对应的基础集流体的相对两侧，所述第一预设集流
体和所述第二预设集流体中的至少一个设有所述镂空区。
12.可选地，所述第一预设集流体和所述第二预设集流体均设有所述镂空区，所述第一预设集流体上的镂空区与所述第二预设集流体上的非镂空区相对，所述第二预设集流体上的镂空区与所述第一预设集流体上的非镂空区相对，所述第一预设集流体上设有第一极耳，所述第二预设集流体上设有第二极耳，所述第一极耳和所述第二极耳连接形成所述预设极耳。
13.可选地，所述预设集流体的材质包括导电高分子材料，所述导电高分子材料包括聚吡咯、聚乙炔、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺和聚噻吩中的一种。
14.第二方面，本技术实施例提供了一种电池，该电池包括壳体、盖板和如上任意一项所述的极芯，所述盖板与所述壳体连接形成容纳空间，所述极芯位于所述容纳空间内，所述盖板上设有四个电极端子，四个所述电极端子与两个所述工作极耳和两个所述加热极耳一一对应并形成电连接。
15.第三方面，本技术实施例提供了一种电池模组，该电池模组包括多个如上所述的电池；
16.与所述工作极耳一一对应电连接的电极端子为工作端子，与所述加热极耳一一对应电连接的电极端子为加热端子；多个所述电池上的工作端子电连接，多个所述电池上的加热端子电连接。
17.第四方面，本技术实施例提供了一种电池，该电池包括封装膜以及位于封装膜内的如上任意一项所述的极芯，两个所述加热极耳和两个所述工作极耳均延伸出所述封装膜。
18.第五方面，本技术实施例提供了一种电池模组，该电池模组包括多个如上所述的电池；
19.多个所述电池的工作极耳电连接，多个所述电池上的加热极耳电连接。
20.在本技术实施例中，当在低温情况下对电池充电时，可通过电池的加热极耳导通外部设备形成的加热电路对电池进行预热充电，预热完成后可将电池的工作极耳导通外部设备进行正常充电。预设集流体的电导率小于基础集流体，能够使预热充电时使电池快速升温，提高预热速率。
附图说明
21.图1是本技术一个实施例中基础集流体的结构示意图。
22.图2是本技术一个实施例中第一预设集流体的结构示意图。
23.图3是本技术一个实施例中第二预设集流体的结构示意图。
24.图4是本技术一个实施例中基础集流体与预设集流体层叠设置的结构示意图。
25.图5是本技术一个实施例中基础集流体与预设集流体层叠设置的另一视角的结构示意图。
26.图6是本技术一个实施例中电池的结构示意图。
27.图7是本技术一个实施例中电池中极芯的结构示意图，其中极芯为卷绕结构。
28.图8是本技术一个实施例中电池模组的结构示意图。
29.图9是本技术另一个实施例中电池的结构示意图。
30.图10是本技术另一个实施例中电池中极芯的结构示意图，其中极芯为层叠结构。
31.附图标记说明：
32.1-基础集流体，10-第三极耳，2-预设集流体，20-第一极耳，21-第一预设集流体，22-第二预设集流体，3-镂空区，30-第二极耳，4-电池，41-壳体，42-盖板，43-第一电极端子，44-第二电极端子，45第三电极端子，46第四电极端子，51-第一正极柱，52-第二正极柱，61-第一负极柱，62-第二负极柱，71-第一工作极耳，72-第一加热极耳，73-第二工作极耳，74-第二加热极耳，81-第三工作极耳，82-第三加热极耳，83-第四工作极耳，84-第四加热极耳，9-封装膜。
具体实施方式
33.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。
34.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不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，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
35.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例提供的极芯进行详细地说明。
36.在本技术的一个实施例中，提供了一种极芯，如图1-图5所示，该极芯包括第一集流体、第二集流体及隔膜，所述隔膜位于所述第一集流体和所述第二集流体之间，所述第一集流体和所述第二集流体均包括基础集流体1，且所述第一集流体和所述第二集流体中的至少之一还包括与对应的基础集流体1层叠设置的预设集流体2，所述基础集流体1的电导率大于所述预设集流体2的电导率，其中，所述第一集流体的基础集流体1为正极集流体，所述第二集流体的基础集流体1为负极集流体，所述正极集流体上设有正极极耳，所述负极集流体上设有负极极耳，所述预设集流体2上设有预设极耳。
37.在一些实施例中，所述第一集流体还包括所述预设集流体2，所述预设极耳的极性与所述正极极耳的极性相同，所述负极集流体上设有两个所述负极极耳，其中的一个所述负极极耳和所述正极极耳均为工作极耳，另一个所述负极极耳和所述预设极耳均为加热极耳。该种实施例有利于在低温或者快充条件下对负极进行加热，以降低负极反应阻抗。
38.在一些实施例中，所述第二集流体还包括所述预设集流体2，所述预设极耳的极性与所述负极极耳的极性相同，所述正极集流体上设有两个所述正极极耳，其中的一个所述正极极耳和所述负极极耳均为工作极耳，另一个所述正极极耳和所述预设极耳均为加热极耳。在该类实施例中，与负极集流体层叠设置的预设集流体2具有更小的电导率，外部设备通过加热极耳与极芯连接形成加热回路。在通过加热回路充电的过程中，能够使电池快速升温。
39.在一些实施例中，所述第一集流体和第二集流体均还包括所述预设集流体2，所述第一集流体的预设集流体2上的预设极耳的极性与所述正极极耳的极性相同，所述第二集流体的预设集流体2上的预设极耳的极性与所述负极极耳的极性相同，所述正极极耳和负极极耳均为工作极耳，所述第一集流体的预设集流体2上的预设极耳和所述第二集流体的预设集流体2上的预设极耳均为加热极耳。
40.不同的电导率的集流体在充电过程中产生热量的速率不同，电导率越小产生热量则更快更多。极芯上的加热极耳与外部设备导通形成加热电路，外部设备通过加热回路向电池充电的过程中能够快速产生热量提高极芯所在电池的温度，使电池快速升温。加热充电的过程中，与预设集流体2层叠设置的基础集流体1不参与或少量参与充放电过程。当电池加热到预设温度时，断开加热电路，使工作极耳与设备导通形成充电电路进行快速充电，使用工作极耳与外部设备导通时预设集流体2不参与充放电过程。
41.加热电路中的预设集流体2的电导率小于基础集流体1的电导率，使加热电路的产生热量的速率高于工作电路。先通过加热电路向外部设备充电，达到预设温度后再通过工作电路充电，能够避免使用脉冲电流使极芯所在的电池升温，有效防止负极极片析锂，提高了安全性。
42.例如，在0.01c的条件下通过加热电路充电60s达到预定温度，然后更换为充电电路充电。例如，预定温度为20℃。
43.可选地，第一集流体、第二集流体和隔膜可以形成层叠结构的极芯，或者卷绕结构的极芯。根据不同的电池需求，本领域技术人员进行调整。
44.在一个实施例中，所述预设集流体2与对应的基础集流体1之间设有胶粘层。
45.胶粘层使预设集流体2与基础集流体层叠形成稳定牢固的结构，以提高极芯的结构稳定性。胶粘层可以为绝缘胶，可更好发挥预设集流体2的加热功能。胶粘层还可以是掺杂了导电成分的导电胶，使基础集流体1与极芯上的导电活性材料接触的面积更大。胶粘层主要用于基础集流体1与对应的预设集流体2之间的粘接固定，基础集流体1与预设集流体2也可选择直接热压固定。
46.加热充电的过程中与预设集流体2层叠设置的基础集流体1不参与或少量参与充放电过程，基础集流体1与预设集流体2之间的接触电阻决定了基础集流体的参与程度，接触电阻越大，则对应的基础集流体1参与的程度越小。基础集流体1与预设集流体2的层叠结构决定了两者之间的接触电阻，层叠结构之间设置的结构绝缘效果越好，则接触电阻越大。
47.在一个实施例中，如图2-图5所示，预设集流体2设有镂空区3，在预设集流体2上的镂空区3的区域内，活性材料能够与对应的基础集流体直接接触，增强活性材料与基础集流体1的导电性。基础集流体与镂空区3相对的部分与活性材料导通，从而参与到充放电过程中，避免预设集流体2与基础集流体1层叠的结构影响基础集流体的充放电效率。
48.在一个实施例中，如图2-图5所示，所述预设集流体2包括第一预设集流体21和第二预设集流体22，所述第二预设集流体22与所述第一预设集流体21分别设于对应的基础集流体1的相对两侧，所述第一预设集流体21和所述第二预设集流体22中的至少一个设有所述镂空区3，所述第一预设集流体21上设有第一极耳20，所述第二预设集流体22上设有第二极耳30，第一极耳20和第二极耳30连接形成预设极耳。
49.在该实施例中，第一预设集流体21与第二预设集流体22设置在对应的基础集流体
1的相对两侧，且三者层叠设置。第一预设集流体21和第二预设集流体22提高了预设集流体2与活性材料的接触面积，从而增加预设集流体2参与反应面积，这样在预设集流体2参与加热电路充电时能够更快产生热量，以提升电池的温度。
50.例如，在第二集流体包括预设集流体2的实施例中，第一预设集流体21与第二预设集流体22设置在第二集流体中的预设集流体2的相对两侧，第一预设集流体21上的第一极耳20和第二预设集流体22上的第二极耳30连接形成预设极耳，第二集流体中的基础集流体1上设置一个第三极耳10，第二集流体中的基础集流体1为负极集流体，该负极集流体上的第三极耳10为负极极耳，第一极耳20和第二极耳30连接形成的预设极耳的极性与负极极耳的极性相同，该预设极耳为加热极耳，负极极耳为工作极耳。第一集流体中的基础集流体1上设置有两个第三极耳10，第一集流体中的基础集流体1为正极集流体，该正极集流体上的两个第三极耳10均为正极极耳，并且其中的一个第三极耳10为工作极耳，另一个第三极耳10为加热极耳。
51.第一预设集流体21和第二预设集流体22在基础集流体1的两侧形成防护，能够避免基础集流体1受到针刺损伤。
52.可选地，采用热压合的方式将预设集流体2与基础集流体1层叠在一起。
53.在一个实施例中，如图2-图5所示，第一预设集流体21和第二预设集流体22上均设有多个所述镂空区3，第一预设集流体21和第二预设集流体22上多个所述镂空区3均阵列排布。
54.在该实施例中，多个镂空区3阵列排布，涂覆的电极活性材料存在于预设集流体2的表面和多个镂空区3内。
55.镂空区3使基础集流体1的朝向第一预设集流体21一侧的侧面以及朝向第二预设集流体22一侧的侧面均能够接触到电极活性材料，从而正常参与到充放电过程中。
56.多个阵列排布的镂空区3使该基础集流体1的侧面的多个不同位置能够参与到充放电过程中，提高充放电效率。
57.例如，所述镂空区3的形状包括圆形、三角形、方形和星形中的至少一种。
58.在一个实施例中，如图2-图5所示，所述第一预设集流体21和所述第二预设集流体22均设有所述镂空区3，所述第一预设集流体21上的镂空区3与所述第二预设集流体22上的非镂空区相对，所述第二预设集流体22上的镂空区3与所述第一预设集流体21上的非镂空区相对。
59.在该实施例中，第一预设集流体21上的镂空区3和第二预设集流体上的镂空区3相互错开。活性材料分布在镂空区3以及第一预设集流体21与第二预设集流体22的表面，能够正常导通基础集流体1的侧面。
60.第二预设集流体22上的非镂空区以及第一预设集流体21上的非镂空区能够有效避免针刺穿过第一集流体或第二集流体上的基础集流体1。
61.在一个实施例中，正极集流体上设置有预设集流体2，正极极耳与预设极耳位于第一集流体的同侧且间隔设置。正极极耳与预设极耳间隔设置能够避免正极极耳与对应的预设极耳导通，避免造成预设集流体2与对应的正极集流体同时参与充放电过程。在使用工作极耳充电时，预设集流体2不会参与或少量参与到充放电过程中，避免或减少工作极耳与外部设备导通充电时预设集流体2产生热量导致电池过热。
62.在一些实施例中，负极集流体设置有预设集流体2，负极极耳与预设极耳位于第二集流体的同侧且间隔设置。负极极耳与预设极耳间隔设置能够避免负极极耳与对应的预设极耳导通，避免造成预设集流体2与对应的负极集流体同时参与充放电过程。在使用工作极耳充电时，预设集流体2不会参与或少量参与到充放电过程中，避免或减少工作极耳与外部设备导通充电时预设集流体2产生热量导致电池过热。例如，图5所示，第二集流体中的基础集流体1(也即负极集流体)上设置的第三极耳10作为负极极耳。在负极集流体相对两侧分别设有第一预设集流体21和第二预设集流体22，第二预设集流体22上的第二极耳30和第一预设集流体21上的第一极耳20连接形成预设极耳。图中第二极耳30与第一极耳20重叠。预设极耳与负极极耳位于第二集流体同一侧且相互间隔。
63.在一个实施例中，所述预设集流体2的材质包括导电高分子材料。
64.导电高分子材料具有良好的导电性和电化学可逆性，能够用作充电电池的电极材料，并且在多次充放电后，其充放电效率不会下降。相对于基础集流体1电导率小的导电高分子材料在充电过程中能够有效发热，使电池快速预热。
65.例如，所述导电高分子材料包括聚吡咯、聚乙炔、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺和聚噻吩中的一种。上述的导电高分子材料的预设集流体2均能够在充电时快速预热，达到预热电池的效果。本领域技术人员可以根据需求选择上述材料或本领域技术人员熟悉的导电高分子材料。
66.例如，在导电高分子材料内掺杂石墨、碳纳米管、碳黑等材料，以提高导电性，从而提高预热效率。
67.可选地，预设集流体2的材质可以为塑料、金属和金属合金等满足电导率小于基础集流体的材质。
68.可选地，第一集流体中的基础集流体1的材质为铝、金或铂等材质。第二集流体中的基础集流体1的材质为铜或镍等材质。
69.在本技术一个实施例中，提供了一种电池，如图6所示，该电池包括壳体41、盖板42和如上所述的极芯。所述盖板42与所述壳体41连接形成容纳空间，所述极芯位于所述容纳空间内，所述盖板42上设有四个电极端子，四个所述电极端子与两个所述工作极耳和两个所述加热极耳一一对应并形成电连接。
70.在该实施例中，该电池上的与工作极耳一一对应电连接的电极端子用于与外部设备连接形成工作回路。与加热极耳一一对应电连接的电极端子用于与外部设备连接形成加热回路。
71.例如，使用该电池时，先通过与加热极耳一一对应连接的电极端子接通外部设备形成加热回路进行充电，充电过程中电池快速升温，以达到适合快速充电的预定温度。然后断开加热回路，使与工作极耳一一对应连接的电极端子接通外部设备进行充电。
72.例如图6所示，四个电极端子分别为第一电极端子43、第二电极端子44、第三电极端子45和第四电极端子46。其中的第一电极端子43和第三电极端子45用于接通外部设备形成工作回路，第二电极端子44与第四电极端子46用于接通外部设备形成加热回路。
73.如图7中，该电池的极芯包括两个工作极耳和两个加热极耳，两个工作极耳分别为第三工作极耳81和第四工作极耳83，两个加热极耳分别为第三加热极耳82和第四加热极耳84。其中，第三工作极耳81和第三加热极耳82的极性相同，第四工作极耳83和第四加热极耳
84的极性相同、且均与第三工作极耳81和第三加热极耳82的极性相反。第三工作极耳81和第四工作极耳83用于接通外部设备形成工作回路，第三加热极耳82和第四加热极耳84用于接通外部设备形成加热回路。例如，第三工作极耳81与第一电极端子43连接，第四工作极耳83与第三电极端子45连接，第三加热极耳82与第二电极端子44连接，第四加热极耳84与第四电极端子46连接。
74.需要说明的是，极芯可以为卷绕结构，也可以为层叠结构，对此，本技术不作具体限定。
75.在本技术一个实施例中，提供了一种电池模组，该电池模组包括多个如上所述的电池；
76.与所述工作极耳一一对应电连接的电极端子为工作端子，与所述加热极耳一一对应电连接的电极端子为加热端子；多个所述电池上的工作端子电连接，多个所述电池上的加热端子电连接。
77.在该实施例中，多个工作端子电连接形成工作电路的连接端子。例如，多个工作端子依次串联，末端的两个工作端子作为电池模组与外部设备导通形成工作回路的端子。例如，多个电池的工作端子并联形成工作电路的连接端子。
78.多个加热端子电连接形成加热电路的连接端子。例如，多个加热端子依次串联，末端的两个加热端子作为电池模组与外部设备导通形成加热回路的端子。例如，多个电池的加热端子并联形成加热电路的连接端子。
79.该电池模组先通过加热电路向设备充电，以快速提高电池模组中的电池的温度。在温度达到预定温度时，将电池模组的工作端子与外部设备接通形成工作回路，以进行快速充电。
80.例如图8所示，多个电池4串联组成电池模组。电池盖板上设置的第一正极柱51和第一负极柱61对应两个用于形成工作电路的电极端子，第二正极柱52和第二负极柱62对应两个用于形成加热电路的电极端子。图7中，连接第一正极柱51和第一负极柱61的虚线表示工作电路，连接第二正极柱52和第二负极柱62的实线表示加热电路。
81.在图8中，从左往右看，任意相邻两个电池中位于左侧的电池4的第一负极柱61与位于右侧的电池4的第一正极柱51串联，位于左侧的电池4的第二负极柱62与位于右侧的电池4的第二正极柱52串联。其中，位于左侧的电池和位于右侧的电池的极柱排布方式相同。依次串联后，五个电池中位于最左侧的电池4的第一正极柱51作为充电电路的工作端子中的正极端子，位于最右侧的电池4的第一负极柱61作为充电电路的工作端子中的负极端子。位于最左侧的电池4的第二正极柱52作为加热电路的加热端子中的正极端子，位于最右侧的电池4的第二负极柱62作为加热电路的加热端子中的负极端子。
82.需要说明的是，以上只是用五个电池进行举例说明，并不是对电池模组包含的电池数量限定，也即电池模组包含的数量可以根据实际需要设置，例如，两个、三个或四个。在该实施例中，需要对电池模组进行预热时，通过位于最左侧的电池4的第二正极柱52和位于最右侧的电池4的第二负极柱62连接外部设备形成加热回路进行预热充电。预热完成后，断开加热回路，通过位于最左侧的电池4的第一正极柱51和位于最右侧的电池4的第一负极柱61连接外部设备形成工作回路进行充电。
83.该电池模组在通过加热电路充电的过程中进行预热，预热效率高，不需要施加脉
冲电流，保护极片不会析锂，提高了安全性。
84.在本技术一个实施例中，提供了一种电池，如图9所示，该电池包括封装膜以及位于封装膜内的如上任意一实施例所述的极芯，两个所述加热极耳和两个所述工作极耳均延伸出所述封装膜。
85.在该实施例中，封装膜包覆在极芯外侧。极芯上的两个工作极耳以及两个加热极耳均延伸出所述封装膜。需要对电池进行加热的情况下，通过加热极耳与外部设备导通形成加热回路对电池进行加热。加热完成后替换为工作极耳与外部设备导通形成工作回路，以进行快速充电。
86.在一些实施例中，封装膜的材质可以为pet(polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯复合膜或铝塑膜。
87.如图10所示，该电池的极芯包括两个工作极耳和两个加热极耳，两个工作极耳分别为第一工作极耳71和第二工作极耳73，两个加热极耳分别为第一加热极耳72和第二加热极耳74。其中，第一工作极耳71和第一加热极耳72的极性相同，第二工作极耳73和第二加热极耳74的极性相同、且均与第一工作极耳71和第一加热极耳72的极性相反。第一工作极耳71和第二工作极耳73用于接通外部设备形成工作回路，第一加热极耳72和第二加热极耳74用于接通外部设备形成加热回路。
88.需要说明的是，极芯可以为卷绕结构，也可以为层叠结构，对此，本技术不作具体限定。
89.在本技术一个实施例中，提供了种电池模组，该电池模组包括多个如上所述的电池；
90.多个所述电池的工作极耳电连接，多个所述电池上的加热极耳电连接。
91.在该实施例中，多个工作极耳可以串联或并联，以使多个电池形成串联或并联的工作电路，并用于向外部设备充电。
92.多个加热极耳可以串联或并联，以使多个电池形成串联或并联的加热电路，以用于向外部设备预热充电。
93.加热极耳与外部设备导通进行预热充电使电池达到预定温度，然后更换工作极耳与外部设备导通进行快速充电。
94.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。