电芯及电池的制作方法

电芯及电池
【技术领域】
1.本技术实施例涉及电池技术领域，尤其涉及一种电芯及电池。


背景技术：

2.电芯是一种将外界的能量转化为电能并储存于其内部，以在需要的时刻对外部设备(如便携式电子设备)进行供电的装置。目前，电芯广泛地运用于手机、平板、笔记本电脑等电子产品中。
3.一般地，电芯包括壳体、收容于壳体内的电极组件，以及与电极组件连接并部分伸出壳体的极耳。其中，上述电极组件通常包括循环交替设置的正极片、负极片，以及设于两者之间并用于分隔两者的隔离膜；极耳的一端与上述极片(正极片或负极片)连接，另一端伸出壳体。
4.本技术的发明人在实现本技术的过程中发现：电芯在应用的过程中不免会出现因过充等引发的热失控现象，但目前的电芯不能在温度高于某一预设值时自发实现断路，以致于电芯将持续产热，进而可能引发爆炸等事故，这对用户造成严重的安全隐患。


技术实现要素：

5.本技术实施例旨在提供一种电芯及电池，以解决电芯不能在温度高于某一预设值时自发断路的技术问题。
6.本技术实施例为了解决其技术问题，采用以下技术方案：
7.一种电芯，包括壳体、电极组件与极耳。所述电极组件收容于所述壳体。所述极耳包括第一导电片与第二导电片。所述第一导电片收容于所述壳体并与所述电极组件连接，所述第一导电片具有第一连接区域和第二连接区域。所述第二导电片部分收容于所述壳体，部分伸出所述壳体，所述第一连接区域与所述第二导电片通过绝缘物质连接固定，所述第二连接区域与所述第二导电片电连接；所述第一连接区域与所述第二导电片的连接强度大于所述第二连接区域与所述第二导电片的连接强度。所述第二导电片的热膨胀系数b与所述第一导电片的热膨胀系数a不同，其中1.2＜b/a≤2.5或1.2＜a/b≤2.5，当所述电芯的温度大于预设阈值时，所述第一导电片与所述第二导电片分别膨胀形变以使所述第二连接区域与所述第二导电片彼此分离。
8.作为上述方案的进一步改进方案，沿所述第一导电片的长度方向，所述第一连接区域与所述第二连接区域分别位于所述第一导电片的两端。
9.作为上述方案的进一步改进方案，沿所述第二导电片的长度方向，所述第一连接区域与所述第二连接区域分别位于所述第二导电片收容于所述壳体的部分的两端。
10.作为上述方案的进一步改进方案，所述第一连接区域与所述第二导电片之间通过高分子聚合物连接固定，即所述绝缘物质可以是高分子聚合物。
11.作为上述方案的进一步改进方案，所述第二连接区域与所述第二导电片之间通过焊接或导电胶固定。
12.作为上述方案的进一步改进方案，所述第二连接区域与所述第二导电片焊接固定；所述第一导电片与所述第二导电片的焊接面积为0.5cm2～1.0cm2，a/b>1.2；或者，所述第一导电片与所述第二导电片的焊接面积为0.5cm2～1.0cm2，b/a>1.2。
13.作为上述方案的进一步改进方案，所述第二连接区域与所述第二导电片焊接固定；所述第一导电片与所述第二导电片的焊接面积为1.1cm2～2.0cm2，a/b>1.4；或者，所述第一导电片与所述第二导电片的焊接面积为1.1cm2～2.0cm2，b/a>1.4。
14.作为上述方案的进一步改进方案，所述第二连接区域与所述第二导电片焊接固定；所述第一导电片与所述第二导电片的焊接面积为2.1cm2～3.0cm2，a/b>1.6；或者，所述第一导电片与所述第二导电片的焊接面积为2.1cm2～3.0cm2，b/a>1.6。
15.作为上述方案的进一步改进方案，所述第一连接区域的厚度小于所述第二连接区域的厚度。
16.本技术实施例还提供了一种电池，其包括上述任一种的电芯。
17.本技术实施例还提供了一种用电装置，其包括上述电池。
18.本技术的有益效果是：
19.本技术实施例提供的电芯包括壳体、电极组件以及极耳。其中，极耳包括第一导电片与第二导电片。第一导电片收容于壳体并与电极组件连接，其具有第一连接区域与第二连接区域。第二导电片部分收容于壳体，部分伸出壳体之外。第一连接区域与第二导电片连接且彼此绝缘，第二连接区域与第二导电片连接且彼此电性连接，第一连接区域与第二导电片的连接强度，大于第二连接区域与第二导电片的连接强度。第二导电片与上述第一导电片的热膨胀系数不相同，当该电芯的温度大于预设阈值时，第一导电片与第二导电片分别膨胀形变以使第二连接区域与第二导电片彼此分离。
20.与目前市场上的电芯相比，本技术实施例提供的电芯在温度大于预设阈值时，极耳内部的第一导电片与第二导电片之间断路(即断开连接)，即该电芯可在温度高于某一预设值时自发断路。工作人员可通过将上述预设阈值设计为一低于热失控温度的合适温度值，使第一导电片与第二导电片在发生热失控前分离，以消除电芯可能发生爆炸的安全隐患。
【附图说明】
21.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
22.图1为本技术其中一实施例提供的电芯的剖切示意图。
23.图中：
24.1、电芯；
25.100、壳体；101、收容腔；102、密封胶；
26.200、电极组件；
27.300、极耳；310、第一导电片；320、第二导电片；311、第一连接区域；312、第二连接区域；301、高分子聚合物；302、焊料。
【具体实施方式】
28.为了便于理解本技术，下面结合附图和具体实施例，对本技术进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”/“固接于”/“安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。
29.除非另有定义，本说明书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。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本技术。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
30.此外，下面所描述的本技术不同实施例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。
31.在本说明书中，所述“安装”包括焊接、螺接、卡接、粘合等方式将某一元件或装置固定或限制于特定位置或地方，所述元件或装置可在特定位置或地方保持不动也可在限定范围内活动，所述元件或装置固定或限制于特定位置或地方后可进行拆卸也可不能进行拆卸，在本技术实施例中不作限制。
32.请参阅图1，其示出了本技术其中一实施例提供的电芯1的剖切示意图，该电芯1包括壳体100、电极组件200以及极耳300。其中，电极组件200收容于壳体100。极耳300包括第一导电片310与第二导电片320。第一导电片310收容于壳体100并与电极组件200连接，第一导电片310具有错开设置的第一连接区域311与第二连接区域312。第二导电片320的部分收容于壳体100，部分伸出壳体100。上述第一连接区域311与第二导电片320通过绝缘物质连接固定，上述第二连接区域312与第二导电片320电连接；第一连接区域311与第二导电片320之间的连接强度大于第二连接区域312与第二导电片320之间的连接强度。第二导电片320的热膨胀系数b与第一导电片310的热膨胀系数a不同，其中1.2＜b/a≤2.5或1.2＜a/b≤2.5。当电芯1的温度大于预设阈值时，第一导电片310与第二导电片320分别膨胀形变以使第二连接区域312与第二导电片320彼此分离。其中，本技术文件中所述的“预设阈值”为预先设定的一温度值，在电芯1处于该预设阈值时，第二连接区域312与第二导电片320恰好断开连接。
33.对于上述壳体100与电极组件200，请参阅图1，壳体100设有收容腔101，该收容腔101用以收容电极组件200、第一导电片310以及第二导电片320的部分。电极组件200卷绕成特定的形状，如近圆柱状、近椭圆柱状等，其包括依次层叠设置的正极片、隔离膜、负极片依序卷绕或堆叠而成。
34.对于上述极耳300，请继续参阅图1，其与电极组件200中的正极片或负极片连接，从而使极耳300形成该电芯1的外部端子。具体地，极耳300包括第一导电片310与第二导电片320。第一导电片310收容于收容腔101内，其与上述电极组件200连接；该第一导电片310的热膨胀系数为a。第二导电片320包括两部分，其中一部分收容于收容腔101内，并与第一导电片310连接；其中另一部分穿过壳体100并伸出壳体100之外，从而形成该电芯1的外部端子；该第二导电片320的热膨胀系数为b，其与第一导电片310的热膨胀系数a不同。相应
地，壳体100上设有供第二导电片320穿过的通孔；该电芯1还包括密封胶102，密封胶102设于该通孔处，以密封上述通孔。
35.第一导电片310包括完全错开设置的第一连接区域311与第二连接区域312，第一导电片310通过该第一连接区域311及第二连接区域312而与上述第二导电片320连接。具体地，第一连接区域311与第二导电片320固定，且两者之间绝缘；第二连接区域312与第二导电片320之间固定，且两者电连接。同时，第一连接区域311与第二导电片320的连接强度，是大于第二连接区域312与第二导电片320的连接强度的。由于第一导电片310与第二导电片320的热膨胀系数不一样，故沿第一连接区域311指向第二连接区域312的方向，两者随温度升高而膨胀的速率、形变的具体尺寸是具有区别的；当电芯1温度高于预设阈值时，两者膨胀尺寸的差异性使得第二连接区域312与第二导电片320之间断开连接。由于第一连接区域311与第二导电片320的连接强度较高，故可保证第二连接区域312先断开连接，以使第一导电片310与第二导电片320之间断开连接；而非第一连接区域311先断开连接。则，设计人员可通过将预设阈值设定为低于电芯1的热失控温度，从而使第二连接区域312与第二导电片320之间在电芯1发生热失控之间即断开连接，从而避免热失控的发生。
36.本实施例中，第一连接区域311与第二导电片320通过灌封胶、塑胶等高分子聚合物301连接固定；该高分子聚合物301可以是以热熔成流体的形式填充于第一连接区域311与第二导电片320之间并固化，也可以是通过注塑的形式填充于上述两者之间，或者包裹上述两者。可以理解的是，在本技术其他的实施例中，第一连接区域311与第二导电片320之间亦可以通过其他绝缘材料固定连接，以保证两者在固定的同时保持绝缘。本实施例中，第二连接区域312与第二导电片320之间焊接固定，两者之间填充有焊料302，以将两者固定。可以理解的是，在本技术的其他实施例中，两者之间亦可以通过电阻焊等不需要焊料的焊接方式固定，或者通过导电胶固定，在此不一一限定，只需保证两者固定的同时电性连接即可。
37.较优地，在第一导电片310与第二导电片320材料确定的情况下，为尽可能地使第一导电片310与第二导电片320在第一连接区域311与第二连接区域312之间的形变量差异更大，应使第一连接区域311与第二连接区域312之间的距离为第一导电片310的最大线性尺寸，或者为第二导电片320收容于壳体100内的部分的最大线性尺寸。在本实施例中，第一导电片310与第二导电片320均呈条形，第一导电片310的长度小于第二导电片320收容于壳体100的部分的长度，上述第一连接区域311与第二连接区域312沿第一导电片310的长度方向分别位于第一导电片310的两端。在本技术其他的一些实施例中，第一导电片310的长度大于第二导电片320收容于壳体100的部分的长度，第一连接区域311与第二连接区域312沿第二导电片320的长度方向分别位于该第二导电片320收容于壳体100的部分的两端。
38.此外，为使第二连接区域312较第一连接区域311更容易与第二导电片320分离，在一些实施例中，第二连接区域312的厚度较第一连接区域311的厚度更小。如此，第一导电片310在第二连接区域312的边缘更容易翘曲，从而更容易破坏第二连接区域312与第二导电片320的连接处。
39.当第二连接区域312与第二导电片320之间的焊接面积相对确定时，如果第一导电片310与第二导电片320之间的热膨胀系数差较小时，第二连接区域312与第二导电片320之间是难以在电芯1发生热失控之前断开连接的，即是：第二连接区域312及第二导电片320之
间的焊接面积，与，第一导电片310与第二导电片320之间的热膨胀系数差(|a
‑
b|/a，或，|a
‑
b|/a)是具有一定相关性的。由于上述相关性并非是显而易见的，下面结合实验数据来说明上述焊接面积、上述热膨胀系数差以及电芯1能否在失控前断路的关系。
40.具体地，请参阅表一，其示出了不同焊接面积及不同热膨胀系数组合，与电芯1能否于热失控前安全断路的关系。本实验将各组测试中第一连接区域311与第二连接区域312间的距离统一设置为2mm～4mm，以保证本实验中的变量仅包括焊接面积与热膨胀系数差。如表一所示，当第一导电片310与第二导电片320之间的焊接面积为0.5cm2～1.0cm2时，第一导电片310与第二导电片320之间的热膨胀系数差应满足a/b>1.2或者b/a>1.2；在第一导电片310与第二导电片320断开连接之前，极耳300的过流能力小于20安培(a)。当第一导电片310与第二导电片320之间的焊接面积为1.1cm2～2.0cm2时，第一导电片310与第二导电片320之间的热膨胀系数差应满足a/b>1.4或者b/a>1.4；在第一导电片310与第二导电片320断开连接之前，极耳300的过流能力为20a～40a。当第一导电片310与第二导电片320之间的焊接面积为2.1cm2～3.0cm2时，第一导电片310与第二导电片320之间的热膨胀系数差应满足a/b>1.6或者b/a>1.6；在第一导电片310与第二导电片320断开连接之前，极耳300的过流能力大于40a。可以理解的是，随着焊接面积的变化，上述的热膨胀系数差的极限值会随之改变，但一般地，两种材料的热膨胀系数比值控制在1.2～2.5之间，即1.2＜b/a≤2.5或1.2＜a/b≤2.5。
41.表一、焊接面积、第一/二热膨胀系数差(|a
‑
b|/a，或，|a
‑
b|/a)与电芯能否安全断路的关系
42.[0043][0044]
本技术实施例提供的电芯1包括壳体100、电极组件200以及极耳300。其中，极耳300包括第一导电片310与第二导电片320。第一导电片310收容于壳体100并与电极组件200连接，其具有第一连接区域311与第二连接区域312。第二导电片320部分收容于壳体100，部分伸出壳体100之外，其与第一导电片310的热膨胀系数不同。第一连接区域311与第二导电片320连接且彼此绝缘，第二连接区域312与第二导电片320电连接；第一连接区域311与第二导电片320的连接强度，大于第二连接区域312与第二导电片320的连接强度。当电芯1的温度大于预设阈值时，第一导电片310与第二导电片320分别膨胀形变至第二连接区域312与第二导电片320彼此分离。
[0045]
与目前市场上的电芯相比，本技术实施例提供的电芯在温度大于预设阈值时，极耳300内部的第一导电片310与第二导电片320之间断路，即是该电芯1可在温度高于某一预设值时自发断路。工作人员可通过将上述预设阈值设计为一低于热失控温度的合适温度值，使第一导电片310与第二导电片320在发生热失控前分离，以消除电芯1可能发生爆炸的安全隐患。
[0046]
基于同一发明构思，本技术还提供一种电池，该电池包括至少一上述实施例中的电芯1，该电池用于为手机、平板、笔记本电脑等用电装置供电。
[0047]
本技术实施例还提供了一种用电装置，其包括上述任一种的电池。
[0048]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；在本技术的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本技术的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例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例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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例技术方案的范围。