极片、电芯、单体电池及电池包的制作方法

1.本技术涉及储能器件技术领域，尤其涉及一种极片、电芯、单体电池及电池包。


背景技术：

2.随着新能源动力电池的发展，新能源动力电池被广泛应用到电动汽车上。动力电池作为电动汽车的主要动力源，如何高效利用有限的空间，提高能量密度，是满足新能源电动汽车长续航需求的关键。目前，相关技术采用ctp整包设计方案，能够提高电池包内部空间利用率，与之匹配的单体电池采用叠片两端出极耳的长电池结构，通过增大单体电池的长度，将单体电池扁长化设计，形成长电池结构，长电池结构的单体电池的能量和成组效率均有所提升。但目前的长电池结构的单体电池在电芯设计过程中，采用叠片结构，每张极片含极耳的一端与顶盖上的极柱焊接固定，极片另一端依靠隔膜涂层粘接固定，该结构在极片的非极耳端形成悬空，其安全可靠性存在风险，并且在电池后期的实际应用工况下，易受振动冲击作用使极片间在极耳方向发生移位，影响电池性能及安全。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种极片，设置支脚，能够用于对隔膜进行限位，避免极片间在极耳方向的移位，有助于增强结构的稳固性和安全性。
4.本技术还提出一种具有上述极片的电芯及包括该电芯的单体电池。
5.本技术还提出一种具有该单体电池的电池包。
6.本技术第一方面实施例的极片，包括：
7.主体，所述主体具有相对的第一端和第二端；
8.极耳，连接于所述第一端并向外伸出；
9.支脚，连接于所述主体的所述第二端，并且所述支脚沿垂直于所述极耳的伸出方向自所述主体的一侧边沿伸出设定长度，以使所述支脚能够作为所述极片的支撑点。
10.本技术第一方面实施例的极片，至少具有如下有益效果：极片的支脚沿垂直于极耳的伸出方向自主体的一侧边沿伸出设定长度因此制成电芯并入壳后，支脚可作为极片的支撑点用于抵持壳体，实现主体的第二端(非极耳端)的支撑，从而避免第二端悬空。并且，由于支脚沿垂直于极耳的伸出方向自主体的一侧边沿伸出，应用于电芯中时，支脚能够沿极耳的伸出方向抵持隔膜从而实现限位，有效避免极片间在极耳方向的相对移动，从而有助于增强电芯的稳固性和安全性。
11.根据本技术一些实施例的极片，所述主体的所述第二端具有绝缘区域，所述支脚连接于所述绝缘区域，所述绝缘区域和所述支脚涂覆有绝缘层。
12.根据本技术一些实施例的极片，所述绝缘层为陶瓷绝缘层。
13.根据本技术一些实施例的极片，所述绝缘区域朝向所述第一端的一侧预留有overhang区域。
14.根据本技术一些实施例的极片，所述绝缘区域朝向所述第一端的一侧具有第一边沿，所述支脚朝向所述第一端一侧具有第二边沿，所述第一边沿与所述第一端的距离h1小于所述第二边沿与所述第一端的距离h2，所述绝缘区域上位于所述第一边沿与所述第二边沿之间的部分形成所述overhang区域。
15.本技术第二方面实施例的电芯，包括隔膜和多个上述第一方面实施例的极片，其中：
16.多个所述极片中的一部分为正极片，另一部分为负极片，所述正极片的所述极耳为正极耳，所述负极片的所述极耳为负极耳；
17.所述隔膜折叠形成多层间隙，所述正极片和所述负极片交替设置在所述间隙内，所述正极片的所述主体和所述负极片的所述主体沿所述隔膜的折叠方向平行并由所述隔膜隔开；
18.所述正极耳和所述负极耳分别于所述隔膜的两端伸出，所述正极片的所述支脚和所述负极片的所述支脚沿所述极耳的伸出方向分别位于所述隔膜的两端，且沿垂直于所述极耳的伸出方向凸出于所述隔膜外。
19.本技术第二方面实施例的电芯，至少具有如下有益效果：各正极片的支脚和各负极片的支脚可用于抵持壳体，因此，每张极片的主体的第二端(非极耳端)均能够获得支撑，从而避免极片的第二端悬空，并且，隔膜位于正极片的支脚和负极片的支脚之间，因此，隔膜两端的支脚能够在极耳伸出的方向对隔膜的两端进行限位，有效避免极片间在极耳方向的相对移动，从而增强电芯的稳固性和安全性。
20.根据本技术一些实施例的电芯，各所述正极片的所述支脚沿垂直于所述极耳的伸出方向凸出于所述隔膜外的部分通过第一连接件固定在一起，各所述负极片的所述支脚沿垂直于所述极耳的伸出方向凸出于所述隔膜外的部分通过第二连接件固定在一起。
21.根据本技术一些实施例的电芯，所述第一连接件为捆扎胶纸，所述第一连接件将各所述正极片的所述支脚捆扎固定在一起；所述第二连接件为捆扎胶纸，所述第二连接件将各所述负极片的所述支脚捆扎固定在一起。
22.本技术第三方面实施例的单体电池，包括：
23.壳体，具有内腔，且所述壳体的两端设有连通所述内腔的开口；
24.上述第二方面实施例的电芯，容纳于所述内腔中，所述正极耳和所述负极耳分别位于所述壳体的两端的所述开口处；各所述正极片的所述支脚抵持于所述壳体的底壁，各所述负极片的所述支脚抵持于所述壳体的底壁。
25.本技术第三方面实施例的单体电池，至少具有如下有益效果：各正极片的支脚和各负极片的支脚抵持于壳体的底壁，因此，单体电池的电芯中，每张极片的主体的第二端(非极耳端)均能够支撑于壳体，从而避免极片悬空，增强了单体电池结构的稳固性和安全性。
26.本技术第四方面实施例的电池包，包括箱体和多个上述第三方面实施例的单体电池，所述单体电池容置于所述箱体中。
27.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
28.下面结合附图和实施例对本技术做进一步的说明，其中：
29.图1为常规的长电池结构中的正极片和负极片的结构示意图；
30.图2为采用图1所示的极片层叠组装形成常规的长电池结构单体电池的过程示意图；
31.图3为本技术一个实施例的正极片的结构示意图；
32.图4为本技术一个实施例的负极片的结构示意图；
33.图5为本技术一个实施例的电芯的结构示意图；
34.图6为图5所示实施例的电芯沿a-a截面的剖视图；
35.图7为本技术一个实施例的单体电池的结构示意图。
36.附图标记：
37.正极片1，负极片2，正极耳3，负极耳4，隔膜5，壳体6；
38.极片100，主体110，第一端111，第二端112，绝缘区域113，第一边沿114，overhang区域115，极耳120，支脚130，第二边沿131，正极片101，负极片102，正极耳121，负极耳122；
39.电芯200，隔膜210，间隙211，第一连接件220，第二连接件230；
40.单体电池300，壳体310，内腔311，开口312，底壁313，mylar膜320。
具体实施方式
41.下面详细描述本技术的实施例，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，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
42.在本技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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的限制。
43.在本技术的描述中，若干的含义是一个以上，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二等，只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
44.本技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本技术中的具体含义。
45.本技术的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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技术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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
46.图1为常规的长电池结构中的正极片和负极片的结构示意图，图2为采用图1所示的极片层叠组装形成常规的长电池结构单体电池的过程示意图，参考图1和图2，目前，常规
的长电池结构的单体电池在电芯设计中，极片采用常规的结构，极片的主体大致呈矩形，极耳位于极片主体的一端，极片分为正极片1和负极片2，采用叠片结构与隔膜5叠成电芯，正极耳3和负极耳4分别位于两端，电芯自壳体6的一端开口入壳，正极耳3和负极耳4分别位于壳体的两端开口处，每张极片含极耳的一端与顶盖上的极柱焊接固定，极片另一端依靠隔膜涂层粘接固定，但该结构在极片的非极耳端形成悬空，其安全可靠性存在风险，在后期的振动冲击工况下，极片间在极耳方向易发生移位，影响电池性能及安全。
47.本技术针对上述问题，对极片的结构进行了改进，能够用于对隔膜进行限位，避免极片间在极耳方向的移位，且能够有效支撑极片的非极耳端，有助于增强结构的稳固性和安全性。图3为本技术一个实施例的正极片的结构示意图，图4为本技术一个实施例的负极片的结构示意图，参考图3和图4，本技术第一方面实施例的极片100，包括主体110、极耳120和支脚130，主体110具有相对的第一端111和第二端112，极耳120连接于主体110的第一端111并向外伸出，支脚130连接于主体110的第二端112，该第一端111可称为极耳端，该第二端112可称为非极耳端。支脚130沿垂直于极耳120的伸出方向自主体110的一侧边沿伸出设定长度，因此支脚130能够作为极片100的支撑点，应用于电芯中并装入壳体后，支脚130可用于抵持壳体，实现主体110的第二端112(非极耳端)的支撑，从而避免第二端112悬空。图5为本技术一个实施例的电芯的结构示意图，图6为图5所示实施例的电芯沿a-a截面的剖视图，图7为本技术一个实施例的单体电池的结构示意图，参考图3至图7，本技术实施例的极片100能够用于与隔膜210层叠组装形成电芯200，将电芯200装入壳体制成长电池结构单体电池300，其中，极片100可分为正极片101(如图3)和负极片102(如图4)，正极片101和负极片102仅为功能上的区分，二者均采用上述实施例的极片100的结构；正极片101、负极片102和z向折叠的隔膜210形成电芯200(如图5和图6)，正极片101、负极片102的第二端112和正极片101、负极片102各自连接于第二端112的支脚130均位于隔膜210的外部；电芯200装入壳体310后(如图7)，支脚130可用于抵持在壳体310的底壁上，实现对主体110的第二端112(非极耳端)的支撑，从而避免悬空，并且，支脚130自主体110的边沿伸出，因此在电芯200中能够在极耳伸出方向对隔膜210进行限位。正极片101设置支脚130的一端与负极片102设置支脚130的一端分别位于电芯200的长度方向的两侧，两侧的支脚130将隔膜210卡合在其间以对隔膜210进行限位，同时，隔膜210被限位也反过来使得正极片101与负极片102沿电芯200的长度方向难以发生移动，从而有效避免正极片101、隔膜210和负极片102三者之间的任意两者产生错位，有助于增强电芯200的稳固性和安全性。
48.参考图3和图4，本技术一些实施例的极片100中，第二端112具有绝缘区域113，支脚130连接于该绝缘区域113，并自主体110其中一侧的长边凸出，绝缘区域113和支脚130涂覆有绝缘层(例如陶瓷绝缘膜层)，能够有效保障绝缘性能。
49.参考图3和图4，本技术一些实施例的极片100中，绝缘区域113朝向第一端111的一侧预留有overhang区域115(overhang区域是指用于卷绕的负极极片长度和宽度方向多出正极极片之外的部分)，overhang区域115位于绝缘区域113的对应于支脚130朝向第一端111的一侧，能够保证层叠后，支脚130位于隔膜210的旁侧，从而能够对隔膜210起到限位作用，避免在电池后期的实际应用工况下，易受振动冲击作用使极片100间在极耳120方向发生移位而影响电池性能及安全。
50.参考图3和图4，本技术一些实施例的极片100中，绝缘区域113朝向第一端111的一
侧具有第一边沿114，支脚130朝向第一端111一侧具有第二边沿131，第一边沿114与第一端111的距离h1小于第二边沿131与第一端111的距离h2，由此，绝缘区域113上位于第一边沿114与第二边沿131之间的部分形成overhang区域115，因此，支脚130相对位于overhang区域115的远离第一端111的一侧。因此层叠成电芯200后，支脚130的第二边沿131能够在极耳120伸出方向对隔膜210起到限位作用。
51.上述实施例的极片100中，主体110和支脚130为一体式结构，可通过裁切形成，易于加工制造，极耳120可通过焊接的方式连接于主体110的第一端111。或者，也可以采用一体式的极片100结构，即极耳120、主体110和支脚130为一体式结构，易于加工制造，减少装配连接。
52.图5为本技术一个实施例的电芯的结构示意图，图6为图5所示实施例的电芯沿a-a截面的剖视图，参考图5和图6，本技术第二方面实施例提供了一种电芯200，包括隔膜210和多个上述第一方面实施例的极片100，其中，根据正极端子和负极端子的连接需求，将多个极片100分为正极片101和负极片102，即：多个极片100中的一部分为正极片101，另一部分为负极片102。由上述实施例可知，极片100中具有极耳120，为便于说明，以正极片101的极耳120为正极耳121，负极片102的极耳120为负极耳122。可采用叠片机将隔膜210折叠形成多层间隙211，正极片101和负极片102交替设置在隔膜210的间隙211内，正极片101的主体110和负极片102的主体110沿隔膜210的折叠方向平行并由隔膜210隔开，由此层叠形成电芯200，其正极耳121和负极耳122分别于隔膜210的两端伸出，正极片101的支脚130和负极片102的支脚130分别位于隔膜210沿极耳的伸出方向的两端，且沿垂直于极耳120伸出方向凸出于隔膜210的外部，因此，隔膜210位于正极片101的支脚130和负极片102的支脚130之间，隔膜210两侧的支脚130将隔膜210卡合在其间以对隔膜210进行限位，同时，隔膜210被限位也反过来使得正极片101与负极片102沿电芯200的长度方向难以发生移动，从而有效避免正极片101、隔膜210和负极片102三者之间的任意两者产生错位，有助于增强电芯200的稳固性和安全性。
53.并且，该电芯200中，各正极片101的支脚130凸出于隔膜210的垂直于极耳120伸出方向的同一侧，且层叠设置，因此，电芯200入壳后，各正极片101的支脚130可用于抵持壳体310；同理，各负极片102的支脚130凸出于隔膜210的垂直于极耳120伸出方向的同一侧，且层叠设置，电芯200入壳后，各负极片102的支脚130可用于抵持壳体310，因此，每张极片100的主体110的第二端112(非极耳端)均能够通过支脚130进行支撑，从而避免非极耳端的悬空，增强了电芯200的结构稳固性。
54.参考图6，本技术一些实施例的电芯200中，正极片101的支脚130和负极片102的支脚130凸出于隔膜210的垂直于极耳120伸出方向的同一侧，例如图6中，正极片101的支脚130和负极片102的支脚130均凸出于隔膜210的下侧，因此，电芯200入壳后，所有正极片101的支脚130和所有负极片102的支脚130可用于抵持壳体的同一侧内壁，便于电芯200及壳体310的结构设计，且正极片101和负极片102的非极耳端受力基本一致，保证电芯200两端受力均衡。
55.图7为本技术一个实施例的单体电池的结构示意图，参考图7，本技术第三方面实施例提供了一种单体电池300，包括壳体310和上述第二方面实施例的电芯200，壳体310具有内腔311，且壳体310的两端设有连通内腔311的开口312。电芯200容纳于壳体310的内腔
311中，电芯200的外表面上包覆有mylar膜320，正极耳121和负极耳122分别伸出mylar膜320并位于壳体310的两端的开口312处，以便于连接极柱端子。电芯200中，各正极片101的支脚130抵持于壳体310的底壁313，各负极片102的支脚130抵持于壳体310的底壁313，因此，每张极片100的主体110的第二端112(非极耳端)均通过支脚130支撑于壳体310的底壁313，从而避免悬空，增强了电芯200结构的稳固性和安全性，进而提高了单体电池300的安全可靠性。
56.参考图6和图7在一些实施例的单体电池300中，各正极片101的支脚130通过第一连接件220困扎固定，各负极片102的支脚130通过第二连接件230困扎固定，其中，第一连接件220和第二连接件230可采用绝缘困扎胶纸。多个支脚130捆扎后，能够增加强度，从而保证支撑力度，避免支脚130松散而影响支脚130的支撑力度或影响对隔膜210的限位。
57.本技术第四方面实施例提供了一种电池包(未图示，部分结构可参考图1至图7)，包括箱体和多个上述第三方面实施例的单体电池300，单体电池300容置于箱体中。多个单体电池300可以组成模组后，以模组的方式装配于箱体中，或者，多个单体电池300也可以通过ctp方式直接装配于箱体中。由上述可知，通过极片100的结构优化，提高了单体电池300的安全可靠性，因此，具有该单体电池300的电池包也具备上述优点。
58.本技术实施例的单体电池和电池包可应用于动力电池系统中，例如，可作为电动汽车的主要动力源，单体电池的结构对动力电池的能量密度、安全性都具有重大的影响。如前文所述，本技术实施例的单体电池采用极柱分设两端的长电池结构，能够有效提升能量和成组效率，并对极片及电芯结构进行了优化，有效提高单体电池的安全可靠性，从而实现稳定和安全的电池包。
59.上面结合附图对本技术实施例作了详细说明，但是本技术不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。