电极组件、电池单体、电池以及用电装置的制作方法

1.本技术属于电池技术领域，尤其涉及一种电极组件、电池单体、电池以及用电装置。


背景技术：

2.随着自然资源的消耗及环境的破坏日益加重，各领域中对可以储存能量并有效地利用储存能量的装置兴趣日益增长。电池单体可以是彼此结合的利用新的可再生能量的系统、电池系统和现有的电力系统。
3.在电池单体的发展中，安全问题也是一个不可忽视的问题。因此，如何增强电池单体的安全性，是电池技术中一个亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本技术实施方式提供了一种电极组件、电池单体、电池以及用电装置，能够提高电池单体的安全性。
5.本技术实施方式的第一方面，提供了一种电极组件，包括极片和隔离件，所述极片和所述隔离件沿卷绕方向卷绕并形成卷绕结构，所述卷绕结构包括弯折区。所述极片包括位于所述弯折区的第一弯折部，所述第一弯折部的外表面附接有第一保护层，所述第一弯折部的内侧设置有与所述第一弯折部相邻的第二保护层，所述第一保护层和所述第二保护层均覆盖所述第一弯折部沿所述卷绕方向的中部。
6.采用上述结构，通过第一保护层及第二保护层的设置，能够有效避免电极组件在热压卷绕时，极片因受弯折引起掉粉、基材透光甚至断裂等情况，其次，两层设置的结构，也能够在热压过程中，抑制了凹陷侧的粉料滑移，并对凸起侧的粉料提供更强的束缚固定能力，能够有效改善弯折区内的弯折变形程度。
7.在本技术的一些实施方式中，所述第二保护层与所述第一弯折部层叠设置且并未附接于所述第一弯折部。
8.采用上述结构，通过将保护层与弯折区内极片的凸起侧固定连接，能够增大连接处的弯折曲率直径，从而使对应极片变形程度降低，并使弯折过程中凹陷侧的粉料对其内圈极片的挤压力及本身内部应力降低。
9.在本技术的一些实施方式中，所述第二保护层附接于所述隔离件。
10.采用上述结构，通过将第二保护层与隔离件相附接，能够便于第二保护层在弯折区内固定，减少错位，提高良率。
11.在本技术的一些实施方式中，所述第一保护层的抗拉强度大于所述第二保护层的抗拉强度。
12.采用上述结构，能够保证在弯折区中极片的凸起侧能够获得更高的弯折能力，防止第一保护层断裂，且能够紧密贴合于极片，其次，能够防止弯折区内的凹陷侧的第二保护层在弯折时具有较大应力，抵抗弯折过程。
13.在本技术的一些实施方式中，所述第一保护层和所述第二保护层均位于所述弯折区内。
14.采用上述结构，能够更精确的对弯折区内的各层进行保护，减少第一保护层及第二保护层的用量，并精简电极组件内的结构。
15.在本技术的一些实施方式中，所述极片包括位于所述弯折区的多个弯折部，至少最内侧的一个弯折部为所述第一弯折部。
16.采用上述结构，在弯折区内出现多层极片时，有效的对弯折区中最内侧极片进行保护。
17.在本技术的一些实施方式中，在所述弯折区，所述弯折部的数量为n个，从内向外连续的m个弯折部为所述第一弯折部，m/n的值为0.1-0.4。
18.采用上述结构，在弯折过程中，极片弯折处的受力大小与曲率直径强相关，故曲率直径越小，掉粉、透光概率越高，在弯折区内层的区域存在严重掉粉、透光的风险，故该区域内加设第一保护层、第二保护层后，可以显著降低由极片发生掉粉、透光导致的电池安全问题。
19.在本技术的一些实施方式中，在第一方向上，所述第一保护层及第二保护层的至少一端延伸超出所述第一弯折部，且所述第一保护层及第二保护层超出所述第一弯折部的部分相连接，所述第一方向与所述卷绕方向正交。
20.在本技术的一些实施方式中，所述第一保护层及第二保护层一体成型。
21.采用上述结构，能够使第一保护层及第二保护层均匀排布于极片两侧，能够使极片上的受力更加均匀，提高电极组件的稳定性。
22.在本技术的一些实施方式中，所述第一保护层及所述第二保护层均包括基体区和两个边缘区，两个所述边缘区分别位于所述基体区沿所述卷绕方向的两端；沿背离所述基体区的方向，所述边缘区的厚度减小。
23.采用上述结构，通过对卷绕方向上保护层厚度的调整，能够减少卷绕方向上的棱角，降低保护层两端断层结构，防止相邻的极片保护层两端处压断。
24.本技术实施方式的第二方面，提供了一种电池单体，包括外壳及上述电极组件，且所述电极组件容纳于所述外壳内。
25.本技术实施方式的第三方面，提供了一种电池，包括箱体及上述电池单体，且所述电池单体容纳于所述箱体内。
26.本技术实施方式的第四方面，提供了一种用电装置，包括上述电池，所述电池用于提供电能。
27.与现有技术相比，通过第一保护层及第二保护层的设置，能够有效避免电极组件在热压卷绕时，极片因受弯折引起掉粉、基材透光甚至断裂等情况，其次，两层保护层的结构，也能够在热压过程中，抑制了凹陷侧的粉料滑移，并对凸起侧的粉料提供更强的束缚固定能力，能够有效改善弯折区内的弯折变形程度。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施方式的技术方案，下面将对本技术实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施方
式，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。
29.图1为本技术一些实施例提供的车辆的结构示意图。
30.图2为本技术一些实施例提供的电池的爆炸示意图。
31.图3为图2所示实施例的电池模块的结构示意图。
32.图4为本技术一些实施例提供的电池单体的爆炸示意图。
33.图5为本技术一些实施例提供的电极组件的结构示意图。
34.图6为图5弯折区处的放大示意图。
35.图7为图5所示实施例的电极组件沿厚度方向的截面结构示意图。
36.图8为本技术一些实施例提供的第一保护层沿厚度方向的截面结构示意图。
37.图9为本技术另一些实施例提供的第一保护层沿厚度方向的截面结构示意图。
38.附图中：
39.1、电极组件；11、极片；12、隔离件；13、第一弯折部；131、第一保护层；132、第二保护层；133、连接层；
40.10、电池单体；20、外壳；21、端盖；22、壳体；
41.110、箱体；111、第一箱体部；112、第二箱体部；120、电池模块；
42.100、电池；200、控制器；300、马达；1000、车辆。
具体实施方式
43.下面将结合附图对本技术技术方案的实施方式进行详细的描述。以下实施方式仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
44.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技术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方式的目的，不是旨在于限制本技术；本技术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。
45.在本技术实施方式的描述中，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。在本技术实施方式的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
46.在本文中提及“实施方式”意味着，结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施方式中。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方式，也不是与其它实施方式互斥的独立的或备选的实施方式。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施方式可以与其它实施方式相结合。
47.在本技术实施方式的描述中，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。
48.在本技术实施方式的描述中，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)。
49.在本技术实施方式的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”[0050]“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”“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技术实施方式和简化描述，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技术实施方式的限制。
[0051]
在本技术实施方式的描述中，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技术实施方式中的具体含义。
[0052]
目前，从市场发展前景及应用趋势来看，对电池体积的压缩，是本领域中长期追求的改进热点。而目前电池的主要结构包括壳体及其内电池组件，且电极组件的体积占比较大，是影响电池体积的主要原因，故本领域中多采用压缩电极组件的方式，实现压缩电池体积的需要。一般电极组件可通过极片与隔离件的卷绕，然后压实，进行体积压缩。
[0053]
本技术发明人注意到，采用卷绕方式所获得的电极组件，在卷绕压实过程中，极片在弯折区所受应力较大，易出现弯折区内极片掉粉、基材透光甚至断裂等情况，存在安全隐患。而现有技术中在针对极片各层间间隙过大导致析锂问题时，通过在极片各层间加设阻挡层能够解决析锂问题，并能够辅助解决极片在弯折区内的损耗引起的安全问题。但是现有阻挡层多为单侧设置，能够贴合解决析锂问题，但是对极片掉粉、基材透光、极片断裂的改善效果有限。
[0054]
为了缓解现有电极组件中所用卷绕结构的缺陷，申请人研究发现，可以通过对卷绕结构中弯折区内极片两侧同时加设保护层的方式，对弯折区进行保护，防止极片断裂，普适于现有电极组件的使用。
[0055]
基于以上考虑，为了解决现有电极组件中所用卷绕结构的问题，本技术发明人经过深入研究，设计了一种电极组件、电池单体、电池以及用电装置。
[0056]
本技术实施例提供一种使用电池作为电源的用电装置，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。
[0057]
以下实施例为了方便说明，以本技术一实施例的一种用电装置为车辆1000为例进行说明。
[0058]
请参照图1，图1为本技术一些实施例提供的车辆1000的结构示意图。车辆1000可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。车辆1000的内部设置有电池100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源。车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300供电，例如，用于车辆1000的启动、导航和行驶时的工作用电需求。
[0059]
在本技术一些实施例中，电池100不仅可以作为车辆1000的操作电源，还可以作为
车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。
[0060]
在本技术一些实施例中，电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。
[0061]
本技术中，请参照图2，图2为本技术一些实施例提供的电池100的爆炸示意图。电池100包括箱体110和电池单体10(图2未示出)，电池单体10容纳于箱体110内。箱体110用于容纳电池单体10，箱体110可以是多种结构。在一些实施例中，箱体110可以包括第一箱体部111和第二箱体部112，第一箱体部111与第二箱体部112相互盖合，第一箱体部111和第二箱体部112共同限定出用于容纳电池单体10的容纳空间。第二箱体部112可以是一端开口的空心结构，第一箱体部111为板状结构，第一箱体部111盖合于第二箱体部112的开口侧，以形成具有容纳空间的箱体110；第一箱体部111和第二箱体部112也均可以是一侧开口的空心结构，第一箱体部111的开口侧盖合于第二箱体部112的开口侧，以形成具有容纳空间的箱体110。当然，第一箱体部111和第二箱体部112可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。
[0062]
不限地，为提高第一箱体部111与第二箱体部112连接后的密封性，第一箱体部111与第二箱体部112之间也可以设置密封件，比如，密封胶、密封圈等。且假设第一箱体部111盖合于第二箱体部112的顶部，第一箱体部111亦可称之为上箱盖，第二箱体部112亦可称之为下箱体110。
[0063]
在电池100中，电池单体10可以是一个，也可以是多个。若电池单体10为多个，多个电池单体10之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体10中既有串联又有并联。多个电池单体10之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体10构成的整体容纳于箱体110内；当然，也可以是多个电池单体10先串联或并联或混联组成电池模块120，多个电池模块120再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体110内。
[0064]
本技术中，请参照图3，图3为图2所示的电池模块120的结构示意图。电池单体10为多个，多个电池单体10先串联或并联或混联组成电池模块120。多个电池模块120再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体110内。
[0065]
具体地，电池模块120中的多个电池单体10之间可通过汇流部件实现电连接，以实现电池模块120中的多个电池单体10的并联或串联或混联。
[0066]
图4为本技术一些实施例提供的电池单体10的爆炸示意图。如图4所示，本技术实施例提供的电池单体10包括电极组件1和外壳20，电极组件1容纳于外壳20内。
[0067]
在一些实施例中，外壳20还可用于容纳电解质，例如电解液。外壳20可以是多种结构形式。
[0068]
在一些实施例中，外壳20可以包括壳体22和端盖21，壳体22为一侧开口的空心结构，端盖21盖合于壳体22的开口处并形成密封连接，以形成用于容纳电极组件1和电解质的密封空间。
[0069]
不限地，壳体22可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。壳体22的形状可根据电极组件1的具体形状来确定。比如，若电极组件1为圆柱体结构，则可选用为圆柱体壳体22；若电极组件1为长方体结构，则可选用长方体壳体22。当然，端盖21也可以是多种结构，比如，端盖21为板状结构、一端开口的空心结构等。示例性的，在图4中，壳体22为长方体结构，端盖21为板状结构，端盖21盖合于壳体22顶部的开口处。
[0070]
在一些实施例中，电池单体10还可以包括正极电极端子和负极电极端子，正极电极端子和负极电极端子均安装于端盖21上。正极电极端子和负极电极端子均用于与电极组件1电连接，以输出电极组件1所产生的电能。
[0071]
在另一些实施例中，外壳20也可以是其他结构，比如，外壳20包括壳体22和两个端盖21，壳体22为相对的两侧开口的空心结构，一个端盖21对应盖合于壳体22的一个开口处并形成密封连接，以形成用于容纳电极组件1和电解质的密封空间。在这种结构中，正极电极端子和负极电极端子可安装在同一个端盖21上，也可以安装在不同的端盖21上。
[0072]
不限地，在电池单体10中，容纳于外壳20内的电极组件1可以是一个，也可以是多个。
[0073]
图5为本技术一些实施例提供的电极组件1的结构示意图。如图5所示，电极组件1包括极片11和隔离件12，极片11和隔离件12沿卷绕方向a卷绕并形成卷绕结构，卷绕结构包括弯折区；极片11包括位于弯折区的第一弯折部13，第一弯折部13的外表面附接有第一保护层131，第一弯折部13的内侧设置有与第一弯折部13相邻的第二保护层132，第一保护层131和第二保护层132均覆盖第一弯折部13沿卷绕方向a的中部。
[0074]
不限地，极片11可包括正极极片和负极极片。具体地，隔离件12用于将正极极片和负极极片隔离，以降低正极极片与负极极片之间出现短路的风险。隔离件12具有大量贯通的微孔，能够保证电解质离子自由通过，对锂离子有很好的透过性。具体地，正极极片、隔离件12和负极极片依次层叠，然后再卷绕形成电极组件1。不限地，第一保护层131和第二保护层132至少覆盖第一弯折部13沿卷绕方向a的弯折中心点。
[0075]
在本技术实施例中，卷绕方向a即为极片11从内向外周向卷绕的方向。在图5中，卷绕方向a为顺时针方向。示例性地，隔离件12的材质可以为pp(polypropylene，聚丙烯)或pe(polyethylene，聚乙烯)等。
[0076]
在本技术实施例中，电极组件1可以是多种形状，例如，电极组件1可呈圆柱体、扁平体、棱柱体(例如三棱柱、四棱柱或六棱柱)或其它形状。
[0077]
在一些实施例中，第一弯折部13大体弯折为圆弧形。示例性地，电极组件1呈扁平体。示例性地，卷绕结构还包括与弯折区b相连的平直区c。平直区c为电极组件1具有平直结构的区域。示例性地，弯折区b为两个且分别连接于平直区c的两端。
[0078]
不限地，附接是指在极片11附接第一保护层131是指通过粘附、涂覆、喷涂或其它方式在极片11上形成第一保护层131。
[0079]
通过第一保护层131及第二保护层132的设置，能够有效避免电极组件1在热压卷绕时，极片11因受弯折引起掉粉、基材透光甚至断裂等情况，其次，两层设置的结构，也能够在热压过程中，抑制了凹陷侧的粉料滑移，并对凸起侧的粉料提供更强的束缚固定能力，能够有效改善弯折区内的弯折变形程度。
[0080]
在本技术的一些实施方式中，第二保护层132与第一弯折部13层叠设置且并未附接于第一弯折部13。
[0081]
其中，第二保护层132可独立地设置于极片11，是指第二保护层132与极片11分离式地层叠，即不具有粘附或涂覆关系。
[0082]
通过将保护层与弯折区内极片11的凸起侧固定连接，能够增大连接处的弯折曲率直径，从而使对应极片11变形程度降低，若凹陷侧也进行附接，则在弯折过程中，弯折曲率
直径较小的第二保护层132，受到较大的弯折力，反而会进一步作用于极片11上，造成极片11损伤。
[0083]
在本技术的一些实施方式中，第二保护层132附接于隔离件12。
[0084]
通过将第二保护层132与隔离件12相附接，能够便于第二保护层132在弯折区内固定，减少错位，提高良率。
[0085]
在本技术的一些实施方式中，第一保护层131的抗拉强度大于第二保护层132的抗拉强度。
[0086]
其中，抗拉强度也可以称之为拉伸强度，它反映了材料的断裂抗力。材料或试件承受静态拉伸时抵抗断裂的能力或材料不致断裂所能承受的最大拉力(张应力)。
[0087]
第一保护层131的抗拉强度可按照下述方法检测：在第一保护层131上截取一段试样，并测量试样的横截面积s；将试样的两端固定在拉力试验机上；开动拉力试验机，以恒定速度加载，记录试样剪切破坏的最大载荷f；计算f/s，即可测量出第一保护层131的抗拉强度。抗拉强度的单位是n/m2。
[0088]
同样地，第二保护层132的抗拉强度也可以抗拉强度可按照上述方法检测。
[0089]
能够保证在弯折区中极片11的凸起侧能够获得更高的弯折能力，防止第一保护层131断裂，且能够紧密贴合于极片11，其次，能够防止弯折区内的凹陷侧的第二保护层132在弯折时具有较大应力，抵抗弯折过程。
[0090]
在本技术的一些实施方式中，第一保护层131和第二保护层132均位于弯折区内。
[0091]
能够更精确的对弯折区内的各层进行保护，减少第一保护层131及第二保护层132的用量，并精简电极组件1内的结构。
[0092]
图6为图5弯折区处的放大示意图。如图6所示，在本技术的一些实施方式中，极片11包括位于弯折区的多个弯折部，至少最内侧的一个弯折部为第一弯折部13。
[0093]
在弯折区内出现多层极片11时，有效的对弯折区中最内侧极片11进行保护。
[0094]
在本技术的一些实施方式中，在弯折区，弯折部的数量为n个，从内向外连续的m个弯折部为第一弯折部13，m/n的值为0.1-0.4。
[0095]
其中，m/n的值可以为0.3。
[0096]
在弯折过程中，极片11弯折处的受力大小与曲率直径强相关，故曲率直径越小，掉粉、透光概率越高，在弯折区内层的区域存在严重掉粉、透光的风险，故该区域内加设第一保护层131、第二保护层132后，可以显著降低由极片11发生掉粉、透光导致的电池100安全问题。
[0097]
图7为图5所示实施例的电极组件1沿厚度方向的截面结构示意图。如图7所示，在本技术的一些实施方式中，在第一方向x上，第一保护层131及第二保护层132的至少一端延伸超出弯折区内的极片11，且第一保护层131及第二保护层132超出弯折区内的部分相连接，第一方向x与卷绕方向正交。
[0098]
在本技术的一些实施方式中，所述第一保护层131及第二保护层132一体成型。
[0099]
不限地，极片11在第一方向x上的一端上设有连接层133，第一保护层131及第二保护层132通过连接层133相连接。示例性地，连接层133由两侧的第一保护层131及第二保护层132延伸后弯折形成。
[0100]
采用上述结构，能够使第一保护层131及第二保护层132均匀排布于极片11两侧，
能够使极片11上的受力更加均匀，提高电极组件1的稳定性；其次，两侧设置的第一保护层131及第二保护层132彼此连接，可以降低第一保护层131及第二保护层132从第一极片11上脱落的风险，提高结构的可靠性，并保证第二保护层132不附接时，卷绕过程的可实施性。
[0101]
示例性的，第一保护层131及第二保护层132在厚度方向上的截面结构一致，以下将以第一保护层131为例进行说明。
[0102]
图8为本技术一些实施例提供的第一保护层131沿厚度方向的截面结构示意图，图9为本技术另一些实施例提供的第一保护层131沿厚度方向的截面结构示意图。如图8及图9所示，在本技术的一些实施方式中，第一保护层131及第二保护层132包括基体区133和两个边缘区134，两个边缘区分别位于基体区133沿卷绕方向的两端；沿背离基体区133的方向，边缘区134的厚度减小。
[0103]
其中，第一保护层131及第二保护层132沿厚度方向的截面可为梯形或两腰为弧线的类梯形结构。不限地，第一保护层131及第二保护层132沿厚度方向的截面可为梭形。
[0104]
通过对卷绕方向上保护层厚度的调整，能够减少卷绕方向上的棱角，降低保护层两端断层结构，在极片11膨胀时，极片11和第一保护层131或第二保护层132会彼此挤压，对边缘区133进行减薄处理，以减小极片11和第一保护层131或第二保护区132之间的应力集中，降低极片11因边缘区134而开裂的风险。
[0105]
在一些实施例中，边缘区153的背离极片11的表面为弧形面。弧形面比较平滑，能够更好的分散应力，减小极片11上的应力集中，降低极片11开裂的风险。最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本技术进行了详细的说明，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方式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技术各实施方式技术方案的范围，其均应涵盖在本技术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，各个实施方式中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。