一种电极组件和电池的制作方法

1.本实用新型涉及一种电极组件和电池，涉及电池技术领域。


背景技术：

2.随着科学和技术的发展，电池的使用越来越广泛，而电池的安全性是用户最关注的问题之一。现有技术中，特别是对于叠片式电池而言，通常将隔膜沿其长度方向上以“z”字形折叠，正极极片和负极极片分别交替插入隔膜的每一夹层形成叠芯，即隔膜位于正极极片和负极极片之间。常规“z”字形叠芯的体积能量密度相对较低，而且，当叠芯受到外力挤压、撞击或磕碰时，容易发生极片与隔膜相对移动、隔膜翻折等问题，导致正极极片和负极极片相互接触，引起电池短路甚至起火燃烧，安全性有待提高。
3.因此，如何提高电池体积能量密度和安全性能，是本领域技术人员持续关注的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种电极组件，用于提高电池的体积能量密度和安全性能。
5.本实用新型还提供一种电池，包括上述电极组件，具备较好的体积能量密度和安全性能。
6.本实用新型第一方面提供一种电极组件，所述电极组件包括第一极片和隔膜，其中：
7.所述第一极片包括第一集流体和设置在所述第一集流体的表面的第一活性物质层和第一胶层，所述第一胶层设置在所述第一活性物质层的至少一侧；
8.所述隔膜包括基材层和第二胶层，所述第二胶层设置在所述基材层的至少部分表面，所述第二胶层与所述第一胶层连接。
9.在一种具体实施方式中，所述第一胶层环绕设置在所述第一活性物质层的四周。
10.在一种具体实施方式中，所述第一胶层的厚度小于等于所述第一活性物质层的厚度。
11.在一种具体实施方式中，所述第一胶层和第二胶层连接形成的连接区域的长度为0.5-5mm。
12.在一种具体实施方式中，所述第一极片的端面与所述隔膜的端面位于同一平面；
13.或，所述第一极片的端面与所述隔膜的截面位于同一平面。
14.在一种具体实施方式中，所述第二胶层的端面与所述基材层的端面位于同一平面。
15.在一种具体实施方式中，所述第一胶层和第二胶层之间的粘结力为m，所述第一活性物质层与隔膜之间的粘结力为n，m＞n。
16.在一种具体实施方式中，所述电极组件还包括第二极片，所述第二极片设置在所述隔膜远离第一极片的一侧。
17.在一种具体实施方式中，所述第二极片与所述第二胶层的至少部分表面连接。
18.在一种具体实施方式中，所述第一极片为正极极片，所述第二极片为负极极片，所述负极极片的端面与所述第一胶层的端面或截面位于同一平面。
19.本实用新型第二方面提供一种电池，所述电池包括上述任一所述的电极组件。
20.本实用新型的实施，至少具有以下优势：
21.1、本实用新型提供的电极组件，通过在第一极片和隔膜上分别设置第一胶层和第二胶层，并将二者连接，能够有效节省隔膜“z”字形折叠造成的电极组件体积变大的问题，进而提高电池的体积能量密度；同时，连接的第一极片和隔膜也有助于避免第一极片与隔膜发生相对移动以及隔膜翻折等问题，进而提高电池的安全性；因此，本实用新型提供的电极组件有助于提高电池的体积能量密度和安全性。
22.2、本实用新型提供的电池具有较好的安全性和体积能量密度。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为现有技术中电极组件的结构示意图；
25.图2为本实用新型一实施例提供的正极极片的正视图；
26.图3为本实用新型一实施例提供的正极极片的俯视图；
27.图4为本实用新型又一实施例提供的正极极片的俯视图；
28.图5为本实用新型一实施例提供的隔膜的结构示意图；
29.图6为本实用新型又一实施例提供的隔膜的结构示意图；
30.图7为本实用新型再一实施例提供的隔膜的结构示意图；
31.图8为本实用新型一实施例提供的正极极片与隔膜连续热复合的俯视图；
32.图9为本实用新型一实施例提供的电极组件的结构示意图；
33.图10为本实用新型又一实施例提供的电极组件的结构示意图；
34.图11为本实用新型再一实施例提供的电极组件的结构示意图。
35.附图标记说明：
36.100-正极极片；
37.101-正极集流体；
38.102-正极活性物质层；
39.103-第一胶层；
40.200-负极极片；
41.201-负极集流体；
42.202-负极活性物质层；
43.300-隔膜；
44.301-基材层；
45.302-第二胶层；
46.a-第一胶层和第二胶层的连接区域；
47.b-负极极片和隔膜的连接区域。
具体实施方式
48.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。
49.电极组件是电池的核心部件，决定电池的性能。图1为现有技术中电极组件的结构示意图，如图1所示，电极组件包括正极极片100、负极极片200以及位于正极极片100和负极极片200之间的隔膜300，正极极片100和负极极片200之间进行电化学反应为电池提供容量，隔膜300用于防止正极极片100和负极极片200接触，引发电池短路；在电极组件的制备过程中，通常是将隔膜300沿其长度方向上以“z”字形折叠，随后将正极极片100和负极极片200分别交替插入隔膜300的每一夹层中，使得正极极片100和负极极片200之间均设置有隔膜300，通过上述工艺制备得到的电极组件也叫做叠片电芯。
50.在上述结构中，超出正极极片100和负极极片200两侧的隔膜300对电池的容量没有影响，但占用了部分体积，导致电池的体积能量密度降低，而且，当电极组件受到外力挤压、撞击或磕碰时，正极极片100或负极极片200容易与隔膜300发生相对移动，甚至还会发生隔膜300翻折等问题，导致正极极片和负极极片相互接触，引起电池短路甚至起火燃烧，电池安全性有待提高。
51.基于上述问题，本实用新型提供一种电极组件，其包括第一极片和隔膜，其中：
52.所述第一极片包括第一集流体和设置在所述第一集流体的表面的第一活性物质层和第一胶层，所述第一胶层设置在所述第一活性物质层的至少一侧；
53.所述隔膜包括基材层和第二胶层，所述第二胶层设置在所述基材层的至少部分表面，所述第二胶层与所述第一胶层连接。
54.本实用新型提供的电极组件，通过在第一极片和隔膜上分别设置第一胶层和第二胶层，并将二者复合，能够有效节省隔膜占用的空间，解决因“z”字形折叠造成的电极组件体积变大的问题，提高电池的体积能量密度；同时，复合的第一极片和隔膜也有助于避免第一极片与隔膜发生相对移动以及隔膜翻折等问题，提高电池的安全性。
55.在一种具体实施方式中，为了便于说明，本实用新型以第一极片为正极极片为例进行后续说明。图2为本实用新型一实施方式提供的正极极片的正视图，图3为本实用新型一实施例提供的正极极片的俯视图，如图2-3所示，正极极片100包括正极集流体101、正极活性物质层102和第一胶层103，正极集流体101包括两个平行且相对的表面，正极活性物质层102和第一胶层103设置在正极集流体101的表面，且在正极集流体101长度方向上，第一胶层103设置在正极活性物质层102的两侧，即正极活性物质层102和第一胶层103均与正极集流体101接触，正极活性物质层102和第一胶层103的长度之和等于正极集流体101的长度。
56.进一步地，在正极集流体101长度方向上，位于正极活性物质层102一侧的第一胶
层103的长度l1为0.5-5mm，另一侧第一胶层103的长度可以与其相同或不同，具体根据实际生产需要进行设置即可。
57.在另一种实施方式中，第一胶层103可以设置在正极活性物质层102的四周，具体地，图4为本实用新型又一实施方式提供的正极极片的俯视图，如图4所示，在正极集流体101宽度方向上，正极活性物质层102的两侧也设置有第一胶层103，第一胶层103环绕设置在正极活性物质层102的四周。
58.进一步地，在正极集流体101宽度方向上，位于正极活性物质层102一侧的第一胶层103的宽度w1为0.5-5mm，另一侧第一胶层103的宽度可以与其相同或不同，具体根据实际生产需要进行设置即可。
59.在上述两种实施方式中，第一胶层103的厚度小于等于正极活性物质层102的厚度，这样不会影响正极极片100的整体厚度，进而不会影响电池的体积能量密度。
60.正极集流体101可以为金属箔材，例如铝箔等，正极活性物质层102包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，本领域技术人员可根据常规技术手段进行材料的选择和制备；第一胶层103包括聚偏氟乙烯-共六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共三氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚芳酯、醋酸纤维素、聚乙烯丙烯共聚物、氰乙基普鲁兰多糖、氰乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚丙烯-马来酸酐、苯乙烯-聚异戊二烯中的一种或多种。
61.制备过程中，首先将正极活性物质层102和第一胶层103所需的材料分别分散在溶剂中，搅拌均匀得到正极活性物质层浆料和第一胶层浆料，并根据正极极片的设计，将正极活性物质层浆料和第一胶层浆料分别涂布在正极集流体101表面的对应位置，烘干去除溶剂后得到该正极极片。
62.本实用新型提供的隔膜包括基材层和第二胶层，基材层包括相互平行且相对的两个表面，第二胶层设置在基材层至少一个表面的至少部分区域，使得第二胶层能够与第一胶层接触且连接复合。图5为本实用新型一实施例提供的隔膜的结构示意图，如图5所示，隔膜包括基材层301和第二胶层302，第二胶层302设置在基材层301表面的部分区域，第二胶层302的端面与基材层301的端面位于同一平面。
63.端面是指基材层301/第二胶层302两端的表面，即隔膜厚度和宽度所在方向组成的表面，基材层301和第二胶层302的端面平齐。
64.进一步地，基材层301包括本领域常规材料，例如pe、pp或pe/pp复合层等，第二胶层302的材料与第一胶层103的材料相同或不同，例如，第二胶层302包括聚偏氟乙烯-共六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共三氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚芳酯、醋酸纤维素、聚乙烯丙烯共聚物、氰乙基普鲁兰多糖、氰乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚丙烯-马来酸酐、苯乙烯-聚异戊二烯中的一种或多种。
65.进一步地，第二胶层302的长度l2可以为0.5-5mm，第二胶层302的厚度d1为0.0001-0.005mm，其宽度与基材层301的宽度相同。
66.图6为本实用新型又一实施例提供的隔膜的结构示意图，如图6所示，隔膜包括基材层301和第二胶层302，第二胶层302设置在基材层301的表面，且第二胶层302的长度与基材层301的长度相同，第二胶层302覆盖在基材层301的表面。
67.在上述实施方式中，基材层301、第二胶层302的材料和尺寸均可参考图5所示的实施方式，区别在于第二胶层302的长度不同。
68.此外，隔膜300的结构也可以如图7所示，即第二胶层302的端面与基材层301的截面位于同一平面，截面是指以垂直于隔膜长度方向的平面所截出的平面，其位于隔膜内部，即第二胶层302设置在基材层301表面的中间区域，但考虑到超出第二胶层302两端的基材层301会占用电极组件的部分体积，不利于电池的体积能量密度，因此，优选第二胶层302的端面与基材层301的端面位于同一平面，即图5-6所示的结构。
69.在制备过程中，上述实施方式提供的正极极片和隔膜可连续制备，图8为本实用新型一实施例提供的正极极片与隔膜连续热复合的俯视图，如图8所示，首先在正极活性物质层102两侧或者四周设置第一胶层103，得到连续的正极极片100，随后，将第一胶层103和第二胶层302复合为一体，最后，对复合的正极极片和隔膜进行裁切，得到正极极片的叠片单元，并与负极极片层叠组装得到电极组件，采用上述方法有助于提高叠片效率，提高电极组件的制备效率。
70.以下对电极组件的组装方法进行详细阐述：图9为本实用新型一实施例提供的电极组件的结构示意图，如图9所示，经裁切后得到长度相同的正极极片100和隔膜300，通过热压等方式使得第一胶层103和第二胶层302连接，连接区域a的长度为0.5-5mm，热压方式是指在一定温度和压力条件下，第一胶层103和第二胶层302的粘性释放，并粘结为一体，除此之外，第二胶层302还可与正极极片和(或)负极极片产生软化粘结或物理粘结。
71.热压过程中，可以对正极极片100和隔膜300整体进行热压，但由于材料的不同，第一胶层103和第二胶层302之间的粘结力为m，正极活性物质层102与隔膜300之间的粘结力为n，m＞n。
72.上述电极组件还包括第二极片，第二极片与第一极片的极性相反，具体为负极极片200，负极极片200设置在隔膜300远离正极极片100的一侧，包括负极集流体201和负极活性物质层202，负极活性物质层202设置在负极集流体的至少一个表面。根据本领域常规设计，负极活性物质层202的长度应大于正极活性物质层102的长度，这样能够有效保证正极极片的有效区域小于负极极片的有效区域，避免从正极活性物质层102脱出的离子无法完全嵌入负极活性物质层202中，造成离子析出的问题；但本实用新型提供的正极极片还包括第一胶层103，为了进一步提高电池的体积能量密度，负极极片200的长度应小于等于正极极片100的长度，即负极极片200的端面与第一胶层103的截面位于同一平面，负极极片200在正极极片上的正投影边缘位于第一胶层103内。
73.进一步地，可以对负极极片200和隔膜300进行复合，使得第二胶层302与负极极片200复合连接，提高隔膜300和负极极片200的粘结力，提高电池的安全性。
74.图10为本实用新型又一实施例提供的电极组件的结构示意图，如图10所示，负极极片200的长度可以与正极极片100或隔膜300的长度相同，即正极极片100、隔膜300和负极极片200的端面位于同一平面。
75.图11为本实用新型再一实施例提供的电极组件的结构示意图，如图11所示，当隔膜采用图5所示的结构时，第一胶层103和第二胶层302的连接区域为第一胶层103的全部区域或第二胶层302的全部区域，第一胶层103或第二胶层302的长度决定连接区域的长度，在本实施例中，第一胶层103或第二胶层302的长度不作具体限定，只需要保证二者的连接区
域a的长度为0.5-5mm即可。
76.进一步地，为了进一步提高隔膜与负极极片的复合效果，第二胶层302与负极极片200的连接区域b的长度为0.5-5mm，即第二胶层302的长度应大于等于0.5-5mm。
77.在上述实施方式中，长度、宽度、厚度的定义均为本领域公知常识，即极片较长边的距离为长度，较短边的距离为厚度，介于较长边和较短边的边的距离为宽度，以图2-3为例，图2中较长边的距离为极片的长度，较短边的距离为厚度，图3中较长边的距离为极片的长度，较短边的距离为极片的宽度，对于第一胶层、第二胶层、连接区域的长度、宽度、厚度所在方向均与极片长度、宽度、厚度所在方向相同。
78.综上，本实用新型提供的电极组件，通过在第一极片和隔膜上分别设置第一胶层和第二胶层，并将二者连接，能够有效节省隔膜“z”字形折叠造成的电极组件体积变大的问题，进而提高电池的体积能量密度，同时，连接的正极极片和隔膜也有助于避免正极极片与隔膜发生相对移动以及隔膜翻折等问题，进而提高电池的安全性。
79.以下结合具体实施例进行详细阐述：
80.实施例1
81.本实施例提供的电极组件如图9所示，包括正极极片、隔膜和负极极片，正极极片包括正极集流体铝箔以及设置在正极集流体铝箔上下表面的正极活性物质层和第一胶层，第一胶层的长度l1为1.5mm，宽度w1为2mm；
82.正极活性物质层包括钴酸锂、导电炭黑、纳米碳管、聚偏氟乙烯等，第一胶层包括聚偏氟乙烯-共六氟丙烯；
83.隔膜包括基材层和第二胶层，第二胶层设置在基材层的上下两个表面，基材层包括pe，第二胶层包括聚偏氟乙烯-共六氟丙烯；
84.负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层设置在负极集流体铜箔的上下两个表面，负极活性物质层包括人造石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶等。
85.对比例1
86.本对比例提供的电极组件如图1所示，即正极极片和隔膜均无胶层，其他部分的材料均与实施例1相同。
87.对实施例1和对比例1提供的电极组件的体积能量密度和安全性进行测试，测试方法如下，测试结果见表1：
88.体积能量密度的测试方法包括：将对比例1和实施例1提供的电极组件制备成电池，按照一般通用的充放电制度进行电池容量的测试，并测量电池满电态下的厚度、宽度及高度，根据体积能量密度＝容量
×
电压/(厚度
×
宽度
×
高度)进行计算。
89.电池安全性的测试方法包括：将对比例1和实施例1提供的电极组件制备成电池，按通用的充电标准满充后，将电池放入振动测试机，以正弦波进行振动，并以对数扫频方式在15min内从7hz扫频到200hz并返回到7hz。振动沿样品互相垂直的三个方向(其中一个方向必须与样品正负极所在平面垂直)进行，每个方向按上述对数扫频方式重复12次，振动3h，振动结束后，测试电压/内阻。
90.当电池同时满足以下三个条件时，则判定振动测试通过，否则判定电池振动测试不通过，条件包括：
91.1、电池(组)外观无明显损伤，不膨胀、不泄漏、不泄气、不破裂、不起火、不爆炸；
92.2、电池(组)内阻变化不超过10％；
93.3、开路电压不低于90％的初始电压。
94.表1实施例1和对比例1提供的电池的测试结果
95.组别体积能量密度振动测试通过率对比例1665.4wh/l8/10实施例1678.3wh/l10/10
96.根据表1可知，相比对比例1，实施例1提供的电池，具备较高的体积能量密度和振动测试通过率，因此，本实用新型提供的电极组件有助于提高电池的体积能量密度和安全性。
97.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
98.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“第一”、“第二”是用于区别类似的对象，而不必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的情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
99.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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例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实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种电极组件，其特征在于，所述电极组件包括第一极片和隔膜，其中：所述第一极片包括第一集流体和设置在所述第一集流体的表面的第一活性物质层和第一胶层，所述第一胶层设置在所述第一活性物质层的至少一侧；所述隔膜包括基材层和第二胶层，所述第二胶层设置在所述基材层的至少部分表面，所述第二胶层与所述第一胶层连接。2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一胶层环绕设置在所述第一活性物质层的四周。3.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一胶层的厚度小于等于所述第一活性物质层的厚度。4.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一胶层和第二胶层连接形成的连接区域的长度为0.5-5mm。5.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一极片的端面与所述隔膜的端面位于同一平面；或，所述第一极片的端面与所述隔膜的截面位于同一平面。6.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第二胶层的端面与所述基材层的端面位于同一平面。7.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一胶层和第二胶层之间的粘结力为m，所述第一活性物质层与隔膜之间的粘结力为n，m＞n。8.根据权利要求1-7任一项所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件还包括第二极片，所述第二极片设置在所述隔膜远离第一极片的一侧。9.根据权利要求8所述的电极组件，其特征在于，所述第二极片与所述第二胶层的至少部分表面连接。10.根据权利要求8所述的电极组件，其特征在于，所述第一极片为正极极片，所述第二极片为负极极片，所述负极极片的端面与所述第一胶层的端面或截面位于同一平面。11.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-10任一项所述电极组件。

技术总结
本实用新型提供一种电极组件和电池。本实用新型第一方面提供一种电极组件，所述电极组件包括第一极片和隔膜，其中：所述第一极片包括第一集流体和设置在所述第一集流体的表面的第一活性物质层和第一胶层，所述第一胶层设置在所述第一活性物质层的至少一侧；所述隔膜包括基材层和第二胶层，所述第二胶层设置在所述基材层的至少部分表面，并且所述第二胶层与所述第一胶层连接。本实用新型提供的电极组件有助于提高电池的安全性和体积能量密度。有助于提高电池的安全性和体积能量密度。有助于提高电池的安全性和体积能量密度。


技术研发人员：谢继春 杨章应 唐钰琦 徐腾飞 卫志达
受保护的技术使用者：珠海冠宇电池股份有限公司
技术研发日：2023.01.13
技术公布日：2023/7/17