极片、电芯结构、锂电池以及电子设备的制作方法

1.本公开涉及锂电池技术领域，具体涉及一种极片、电芯结构、锂电池以及电子设备。


背景技术：

2.锂电池作为可循环充放电的储能器件，目前被广泛应用于电子产品、新能源汽车等领域。对于手机等电子设备来说，如何提高锂电池在例如跌落等情况下的安全可靠性是必要的研究方向。


技术实现要素：

3.为提高相关技术中锂电池安全可靠性，本公开实施方式提供了一种极片、电芯结构、锂电池以及电子设备。
4.第一方面，本公开实施方式提供了一种极片，包括：
5.集流体，其上涂布有活性物质；和
6.至少一个极耳，固定连接于所述集流体一侧，所述极耳的厚度大于所述集流体的厚度。
7.在一些实施方式中，所述集流体包括涂布有活性物质的涂布区、以及未涂布活性物质的空箔区，所述至少一个极耳固定连接于所述空箔区。
8.在一些实施方式中，所述极片包括多个极耳，所述空箔区包括设于所述集流体第一方向一侧，且沿所述集流体第二方向依次间隔设置的多个极耳连接区，所述多个极耳一一对应设于所述极耳连接区；
9.所述第一方向平行于所述集流体的宽度方向，所述第二方向平行于所述集流体的长度方向。
10.在一些实施方式中，所述极耳包括一体成型的连接部和延伸部，所述极耳连接区与所述连接部形状相适配，所述极耳的所述连接部固定连接于所述极耳连接区，所述延伸部伸出于所述集流体外侧。
11.在一些实施方式中，在所述第二方向上，沿所述极片的卷绕首端至末端，相邻两个所述极耳连接区的间隔逐渐增大。
12.在一些实施方式中，所述极耳的厚度小于所述涂布区的活性物质的厚度。
13.在一些实施方式中，所述极耳与所述集流体焊接连接。
14.第二方面，本公开实施方式提供了一种电芯结构，包括：
15.第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片为根据第一方面任一实施方式所述的极片，且所述第一极片与所述第二极片的极性相反，所述第一极片与所述第二极片层叠卷绕形成所述电芯结构。
16.第三方面，本公开实施方式提供了一种锂电池，包括根据第二方面任一实施方式所述的电芯结构。
17.第四方面，本公开实施方式提供了一种电子设备，包括根据第三方面任一实施方式所述的锂电池。
18.本公开实施方式的极片，包括集流体和至少一个极耳，集流体上涂布有活性物质，极耳固定连接于集流体的一侧，并且极耳的厚度大于集流体的厚度。通过多极耳卷绕式极片，可以有效降低充放电时的极片内阻，提高锂电池的高倍率的充电能力，实现电池的快速充电。通过在集流体上固设极耳，并且极耳的厚度大于集流体的厚度，从而本公开极片相较于极耳和集流体一体冲切的结构，在不增加集流体厚度的基础上，提高极耳的结构强度，降低电池在撞击、跌落等情况下极耳损坏的风险，提高电池的安全性和可靠性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，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。
20.图1是相关技术中极片结构示意图。
21.图2是相关技术中电芯结构的剖面图。
22.图3是根据本公开一些实施方式中极片的集流体结构示意图。
23.图4是根据本公开一些实施方式中极片结构示意图。
24.图5是根据本公开一些实施方式中电芯结构剖面图。
25.图6是根据本公开另一些实施方式中电芯结构剖面图。
具体实施方式
26.下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
27.随着智能消费品市场的发展，更多的产品对快速充电的需求越来越强烈，例如电子产品、新能源汽车等。以智能手机为例，锂电池的快速充电(简称“快充”)技术是各大厂商的重点研究方向之一。
28.传统锂电池电芯结构包括卷绕式和叠片式，由于叠片式电芯是将正负极极片和隔膜对位堆叠而成，工序复杂、耗时长，因此在智能电子产品中往往较多的采用卷绕式电芯。对于卷绕式电芯结构，由于正负极极片为一整片的卷绕式极片，增加极片的极耳数量，可以使得各个极耳之间的极片实现并联，极大的降低了电池内阻，提高电池高倍率充电能力，显著降低大电流恒流充电时间，是实现快充的必要技术方案之一。
29.例如，图1中示出了相关技术中多极耳极片的集流体结构。如图1所示，极片包括集流体10，集流体10上可以单面或者双面涂布活性物质。例如，负极极片的集流体一般采用铜箔，负极极片涂布的活性物质一般可以是石墨、钛酸锂li2tio3等。又例如，正极极片的集流体一般采用铝箔，正极极片涂布的活性物质一般可以是钴酸锂licoo2、锰酸锂limn2o4、磷酸
铁锂lifepo4等。
30.继续参照图1，集流体10为卷绕式极片的集流体，因此其长度方向(x方向)大于宽度方向(y方向)，从而在正负极片和隔膜层叠之后，可以沿长度方向卷绕为多层电芯结构，本领域技术人员对此可以理解，本公开不再赘述。
31.在集流体10宽度方向的一侧，设置有多个极耳20，多个极耳20沿长度方向依次间隔设置。通过图1可以看到，相关技术中的极片结构中，多个极耳20是与集流体10一体冲切形成。也即，采用一体式的铝箔或者铜箔，按照图1中所示的形状冲切，其主体部分形成集流体10，凸出部分形成极耳20。然后，仅在集流体10的单面或者双面涂布活性物质，各个极耳20不涂布活性物质，即可形成完整的极片结构。
32.对于多极耳卷绕式电芯结构，其与单极耳结构不同，多极耳卷绕式电芯结构在封装时，其截面结构如图2所示。集流体10以正极片11的集流体为例，负极片结构与之同理，不再单独进行说明。如图2所示，电芯结构在封装时，首先需要在电芯头部对多个极耳20进行二次弯折，然后将弯折后的各个极耳20与正极极耳30焊接在一起。正极极耳30在电芯结构通过铝塑膜40封装之后伸出于电芯结构的外部，正极极耳30作为电芯的正极，与例如电池保护板上的正极端子进行焊接，再次封装之后即可形成完整的锂电池。本领域技术人员对此可以理解，本公开不再赘述。
33.可以看到，由于多个极耳20经过多次的加工步骤，结构强度往往难以保证，电芯在受到撞击或者跌落情况下，极耳20十分容易发生撕裂或者弯折引起短路等安全事故。
34.基于上述相关技术中存在的缺陷，本公开实施方式提供了一种极片、电芯结构、锂电池以及电子设备，从而提高电池的安全可靠性。
35.第一方面，本公开实施方式提供了一种极片，该极片应用于卷绕式电芯结构。可以理解，本公开实施方式的极片可以是正极极片，也可以是负极极片，本公开对此不作限制。
36.极片包括集流体和设于集流体上的至少一个极耳，集流体上涂布有活性物质。例如，在一个示例中，极片为正极极片，极片的集流体可以为铝箔，其可以单面或者双面涂布活性物质，活性物质可以为钴酸锂licoo2、锰酸锂limn2o4、磷酸铁锂lifepo4等。又例如，在另一个示例中，极片为负极极片，极片的集流体可以为铜箔，其可以单面或双面涂布活性物质，活性物质可以为石墨、钛酸锂li2tio3等。
37.极耳固定连接于集流体的一侧，例如极耳可以通过焊接等工艺与集流体固定连接。本公开实施方式中，极耳的厚度大于集流体的厚度。
38.通过上述可知，本公开实施方式的极片，极耳与集流体固定连接，且极耳的厚度大于集流体的厚度，相较于传统一体冲切式结构，提高极耳的结构强度，降低电池在撞击、跌落等情况下极耳损坏的风险，提高电池的安全性和可靠性。
39.值得说明的是，在本公开实施方式中，相较于传统的一体冲切式的集流体和极耳结构，在增加极耳部位的结构强度情况下，由于极耳与集流体非一体式设置，因此无需增加集流体的厚度，避免集流体厚度对活性物质空间占用，保证电池的能量密度不会降低。
40.图3和图4示出了本公开一些实施方式中的极片结构，下面结合图3和图4对本公开极片进一步说明。
41.如图3所示，在本实施方式中，极片包括集流体100。集流体100可以为铜箔或者铝箔，对于卷绕式电芯，集流体100往往为矩形片状结构，其长度方向大于宽度方向，从而可以
沿长度方向卷绕为多层。
42.为便于表述和理解，下文中定义本公开所述的“第一方向”为集流体的宽度方向，也即图3中所示的y方向；定义本公开所述的“第二方向”为集流体的长度方向，也即图3中所示的x方向。
43.继续参照图3，如图3中(a)所示，集流体100上包括用来涂布活性物质的涂布区110和不涂布活性物质的空箔区120。空箔区120指在后续的涂布过程中不进行活性物质涂布的区域，也即图3中(a)虚线表示的区域。集流体100在涂布活性物质后，可参见图3中(b)所示，可以看到，对于空箔区120不进行活性物质的涂布。
44.在本示例中，空箔区120包括多个极耳连接区121，多个极耳连接区121设于集流体宽度方向的一侧，并且多个极耳连接区121沿集流体长度方向依次间隔设置。极耳连接区121用来设置极耳，因此极耳连接区121的数量可以与极耳的数量保持一致，从而与极耳一一对应设置。
45.对于卷绕式极片来说，相邻两个极耳之间的间隔距离应当依次增大，这是由于极片在卷绕时，卷绕的周长越来越大，为了保证极耳能够对齐，其间隔距离应当逐渐增大。因此，在本示例中，相邻两个极耳连接区121的间隔也应当逐渐增大。下文中对此进行详细说明，在此暂且不表。
46.在图3示例中，极片的极耳数量以4个为例，因此空箔区120包括四个极耳连接区121，四个极耳连接区121依次间隔设置。但是本领域技术人员能够理解，本公开实施方式对于极耳的数量不作限制，其还可以是其他任何适于实施的数量，对此不再赘述。
47.如图4所示，对于每一个极耳200，其包括一体成型的延伸部210和连接部220。连接部220与集流体100上的极耳连接区121形状相适配，从而极耳200通过连接部220固设于极耳连接区121。延伸部210则在极耳200与集流体100固设之后，朝向集流体100宽度方向的一侧伸出。各个极耳200与集流体100连接后的结构如图4所示。
48.在本示例中，极耳连接区121的形状为设于集流体100宽度方向一侧，并且朝向宽度方向一侧敞口的矩形区域，如图3所示，极耳连接区121的宽度为w，高度为h。对应的，极耳200为宽度相同或者略小于极耳连接区121宽度w，例如极耳200的宽度可比极耳连接区121的宽度w小2mm～4mm。极耳200的长度大于极耳连接区121的高度h，从而在极耳200的连接部220与极耳连接区121固定连接后，延伸部210可以伸出集流体100一侧。
49.在一些实施方式中，极耳200的连接部220与集流体100的极耳连接区121采用焊接实现固定连接。然而，本领域技术人员可以理解，两者还可以采用其他任何适于实现的固定连接方式，本公开对此不作限制。
50.另外，在本实施方式示例中，极耳200的连接部220与极耳连接区121均采用矩形结构。事实上，本公开方案并不以此为限，本领域技术人员能够理解，连接部220与极耳连接区121的作用是固定极耳200，只要能够保证极耳200的固定连接，两者还可以是其他任何适于实现的形状。
51.在本公开实施方式中，极耳200的厚度大于集流体100的厚度。例如，在一个示例中，以常规的智能手机电池为例，集流体厚度可以为20μm，而极耳厚度为50μm。
52.在一些实施方式中，如图4所示，由于极耳200焊接于集流体100的极耳连接区121，为保证极片性能，极耳200厚度也不宜过厚，极耳200的厚度应当小于集流体100表面涂布的
活性物质的厚度。也即，在一些实施方式中，极耳200的厚度范围位于集流体100厚度和单面活性物质厚度之间。
53.在一些实施方式中，极耳200的材质可以与集流体100相同，例如当极片为正极极片时，极耳200可以和集流体100分别采用厚度不同的铜箔实现。在另一些实施方式中，极耳200的材质也可以与集流体100不同，例如当极片为正极极片时，集流体100可以采用铜箔，而极耳200可以采用铜镍合金实现。本公开对此不作限制。
54.通过上述可知，本公开实施方式的极片，极耳与集流体固定连接，且极耳的厚度大于集流体的厚度，相较于传统一体冲切式结构，提高极耳的结构强度，降低电池在撞击、跌落等情况下极耳损坏的风险，提高电池的安全性和可靠性。而且，在增加极耳部位的结构强度情况下，由于极耳与集流体非一体式设置，因此无需增加集流体的厚度，避免集流体厚度对活性物质空间占用，保证电池的能量密度不会降低。
55.图5和图6示出了两种正负极片卷绕之后的电芯结构截面图。如图5和图6所示，在正极片310、负极片320以及隔膜(图中虚线表示)层叠卷绕之后，电芯结构的头部包括分别位于电芯左右两侧的多个正极极耳201和多个负极极耳202。可以看到，多个正极极耳201和多个负极极耳202在卷绕之后应当在x方向上能够对齐，从而利于后续的转焊接操作，保证电池的电化学性能。而且，随着极片的卷绕层数的增加，其卷绕半径也逐渐增大，因此，相邻两个极耳之间的距离也应当逐渐增大。下面针对图5和图6两个示例进行说明。
56.图5中示出了半极耳结构的卷绕式电芯结构，也即，对于单个正极片310或者负极片320，其卷绕的每一圈对应设置一个极耳。
57.在本示例中，结合图4所示，对于单个正极片或负极片来说，其相邻两个极耳200之间的间距dn应当满足如下关系：
[0058][0059]
式(1)中，w表示卷针周长，d表示极片第一圈卷绕半径，n表示卷绕圈数，δt表示(正极片厚度 负极片厚度 双层隔膜厚度)。
[0060]
在一个示例中，图4中的极片，相邻两个极耳200之间的间隔按照式(1)关系设置，在极片卷绕之后，即可得到例如图5中所示的电芯结构。在本示例中，单个极片每卷绕一圈，相应的包括一个极耳200。
[0061]
图6中示出了全极耳结构的卷绕式电芯结构，也即，对于单个正极片310或者负极片320，其卷绕每一层对应设置一个极耳，卷绕每一圈包括两个极耳。
[0062]
在本示例中，结合图4所示，对于单个正极片或负极片来说，其相邻两个极耳200之间的间距dn应当满足如下关系：
[0063][0064]
式(2)中，w表示卷针周长，d表示极片第一圈卷绕半径，n表示卷绕圈数，δt表示(正极片厚度 负极片厚度 双层隔膜厚度)，l1表示极耳的宽度，l2表示极耳边缘距离电芯边缘的距离。
[0065]
在一个示例中，图4中的极片，相邻两个极耳200之间的间隔按照式(2)关系设置，在极片卷绕之后，即可得到例如图6中所示的电芯结构。在本示例中，单个极片每卷绕一圈，相应的包括两个极耳，也即每一层包括一个极耳。
[0066]
通过上述可知，本公开实施方式的极片，通过设置相邻极耳的间距逐渐增大，从而使得极片在卷绕之后，多个极耳可以在横向位置保持一致，例如后续转焊接，提高电池的电化学性能。而且，通过本公开实施方式方案，可以实现全极耳卷绕式结构或者半极耳卷绕式结构，为电芯设计提供更多方案。再有，本公开实施方式的极片，极耳与集流体固定连接，且极耳的厚度大于集流体的厚度，相较于传统一体冲切式结构，提高极耳的结构强度，降低电池在撞击、跌落等情况下极耳损坏的风险，提高电池的安全性和可靠性。在增加极耳部位的结构强度情况下，由于极耳与集流体非一体式设置，因此无需增加集流体的厚度，避免集流体厚度对活性物质空间占用，保证电池的能量密度不会降低。
[0067]
第二方面，本公开实施方式提供了一种电芯结构，该电芯结构包括第一极片和第二极片，第一极片和第二极片均采用上述第一方面任一实施方式中的极片结构。
[0068]
在一些实施方式中，第一极片和第二极片的极性相反。例如，在一个示例中，第一极片为正极极片，第二极片为负极极片。又例如，在另一个示例中，第一极片为负极极片，第二极片为正极极片。本公开对此不作限制。
[0069]
第一极片和第二极片层叠卷绕形成卷绕式电芯结构。当然，本领域技术人员可以理解，第一极片和第二极片之间还设置有隔膜，而且电芯结构可以通过铝塑膜进行封装之后填充电解液，本公开对此不再赘述。
[0070]
本公开实施方式的电芯结构参照上述图5、图6实施方式即可，本领域技术人员能够理解并充分实现，本公开对此不再赘述。
[0071]
通过上述可知，本公开实施方式的电芯结构，通过多极耳卷绕式极片，可以有效降低充放电时的极片内阻，提高锂电池的高倍率的充电能力，实现电池的快速充电。通过极片的极耳与集流体固定连接，且极耳的厚度大于集流体的厚度，在保证电池能量密度的情况下，有效提高极耳的结构强度，降低电池在撞击、跌落等情况下极耳损坏的风险，提高电池的安全性和可靠性。
[0072]
第三方面，本公开实施方式提供了一种锂电池，其包括上述任一实施方式中所述的电芯结构。在一些实施方式中，锂电池还包括电芯保护板，电芯结构的正负极耳分别与保护板上的正负极端子连接。
[0073]
对于本公开锂电池未尽详述之处，本领域技术人员参见上述说明以及相关技术可以理解并充分实现，本公开不再赘述。
[0074]
第四方面，本公开实施方式提供了一种电子设备，该电子设备包括上述任一实施方式中所述的锂电池。本公开电子设备可以是任何适于实施的设备类型，例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备等，本公开对此不作限制。
[0075]
通过上述可知，本公开实施方式的锂电池和具有锂电池的电子设备，通过多极耳卷绕式极片，可以有效降低充放电时的极片内阻，提高锂电池的高倍率的充电能力，实现电池的快速充电。通过极片的极耳与集流体固定连接，且极耳的厚度大于集流体的厚度，在保证电池能量密度的情况下，有效提高极耳的结构强度，降低电池在撞击、跌落等情况下极耳损坏的风险，提高电池的安全性和可靠性。
[0076]
显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化
或变动仍处于本公开创造的保护范围之中。