电池及其制备方法以及用电设备与流程

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种电池及其制备方法以及用电设备。

背景技术：

随着科学技术的发展，采用电池供电的设备在生活中越来越常见，现有的电池包括铅蓄电池、锂电池等各种类型。其中，锂离子电池因其具有能量密度高、环境友好等优点，在电动汽车、移动终端等均得到了广泛的应用。例如，各大汽车厂商均投入了大量的资金和人力来改进锂离子电池的续航能力和安全性能。

现有的锂离子电池中，极片和极耳是通过超声波进行焊接，但是，非常遗憾的是，采用超声波焊接会在极片侧形成比较尖锐的针状焊接凸起，使得正极片与负极片容易出现短路的现象。

技术实现要素：

本发明提供一种电池及其制备方法以及用电设备，该电池的极片与极耳通过激光焊接后形成的凸起不易刺穿正极片与负极片之间的隔膜，从而能够防止短路的发生。

第一方面，本发明提供一种电池，包括外壳以及容置于所述外壳内的电芯；所述电芯包括极片和极耳，所述极片包括集流体和活性物质层，所述集流体包括涂覆所述活性物质层的涂覆区和未涂覆所述活性物质层的空箔区，所述极耳的一端搭接于所述空箔区，且所述极耳与所述极片通过激光焊形成为一体结构；所述空箔区背离所述极耳的一面具有多个间隔排布的螺旋状焊印，所述螺旋状焊印包括螺旋状凹陷部和位于所述螺旋状凹陷部边缘的螺旋状凸起部；所述极耳背离所述空箔区的一面没有焊印。

本发明的电池包括外壳以及容置于外壳内的电芯，电芯包括极片和极耳，极片包括集流体和活性物质层，集流体包括涂覆活性物质层的涂覆区和未涂覆活性物质层的空箔区，极耳的一端搭接于空箔区，并且极耳与极片的空箔区通过激光焊接形成为一体结构，从而一方面能够避免焊头磨损导致虚焊或者过焊而影响电池的性能，另一方面省去了更换焊头的工作，减轻了工作人员的工作量。激光焊接完成后，极片的空箔区背离极耳的一侧表面会形成多个间隔排布的螺旋状焊印，螺旋状焊印包括螺旋状凹陷部和位于螺旋状凹陷部边缘的螺旋状凸起部。由于螺旋状凸起部与隔膜的接触面积和现有技术的针状焊接凸起与隔膜的接触面积相比起来比较大，因此螺旋状凸起部与隔膜之间的压强比较小，从而使螺旋状凸起部不易刺穿正极片与负极片之间的隔膜，进而能够防止正极片与负极片短路，有利于提升电池安全性能和可靠性。而且，极耳背离空箔区的一面没有焊印，即，极耳背离空箔区的一面能够在焊接的过程中保持极耳原有的平整度不会发生改变，从而能够避免极耳背离空箔区的一面在焊接的过程中形成对隔膜不利的结构，进而有利于提升电池的质量和可靠性。

如上所述的电芯，可选的，所述螺旋状焊印的圈数大于1圈，且所述螺旋状焊印的相邻两圈之间的距离与所述螺旋状凸起部的高度的比值不小于3。

如上所述的电芯，可选的，所述螺旋状焊印的相邻两圈之间的距离在100微米-500微米之间。

如上所述的电芯，可选的，多个所述螺旋状焊印阵列排布。

如上所述的电芯，可选的，所述螺旋状焊印与所述涂覆区的最小距离大于1毫米；和/或，所述空箔区位于所述极片的中部。

如上所述的电芯，可选的，所述螺旋状凸起部的高度在30微米以内；所述螺旋状凹陷部的深度小于所述空箔区与所述极耳的厚度之和。

如上所述的电芯，可选的，所述螺旋状凹陷部的深度在10微米-80微米之间。

如上所述的电芯，可选的，所述螺旋状焊印的直径大于200微米。

第二方面，本发明提供一种电池的制备方法，包括：将极耳的一端与极片的空箔区搭接在一起；使激光焊接设备从所述空箔区背离所述极耳的一侧表面进行多次连续焊接，所述激光焊接设备每次连续焊接形成一个螺旋状焊印，多个所述螺旋状焊印间隔排布；所述螺旋状焊印包括螺旋状凹陷部和位于所述螺旋状凹陷部边缘的螺旋状凸起部；所述极耳背离所述空箔区的一面没有焊印；将焊接有极耳的极片与隔膜共同加工形成电芯；将电芯装配到外壳内形成电池。

本发明的电池的制备方法通过将极片的空箔区与极耳贴合，并使激光焊接设备从空箔区背离极耳的一侧表面进行多次连续焊接，激光焊接设备每次连续焊接形成一个螺旋状焊印，多个螺旋状焊印间隔排布，采用激光焊接一方面能够避免焊头磨损导致虚焊或者过焊而影响电池的性能，另一方面省去了更换焊头的工作，减轻了工作人员的工作量。激光焊接形成的螺旋状焊印包括螺旋状凹陷部和位于螺旋状凹陷部边缘的螺旋状凸起部，由于螺旋状凸起部与隔膜的接触面积和现有技术的针状焊接凸起与隔膜的接触面积相比起来比较大，因此螺旋状凸起部与隔膜之间的压强比较小，从而使螺旋状凸起部不易刺穿正极片与负极片之间的隔膜，进而能够防止正极片与负极片短路，有利于提升电池安全性能和可靠性。而且，极耳背离空箔区的一面没有焊印，即，极耳背离空箔区的一面能够在焊接的过程中保持极耳原有的平整度不会发生改变，从而能够避免极耳背离空箔区的一面在焊接的过程中形成对隔膜不利的结构，进而有利于提升电池的质量和可靠性。

第三方面，本发明提供一种用电设备，包括如上所述的电池。

本发明的用电设备包括电池，电池包括外壳以及容置于外壳内的电芯，电芯包括极片和极耳，极片包括集流体和活性物质层，集流体包括涂覆活性物质层的涂覆区和未涂覆活性物质层的空箔区，极耳的一端搭接于空箔区，并且极耳与极片的空箔区通过激光焊接形成为一体结构，从而一方面能够避免焊头磨损导致虚焊或者过焊而影响电池的性能，另一方面省去了更换焊头的工作，减轻了工作人员的工作量。激光焊接完成后，极片的空箔区背离极耳的一侧表面会形成多个间隔排布的螺旋状焊印，螺旋状焊印包括螺旋状凹陷部和位于螺旋状凹陷部边缘的螺旋状凸起部。由于螺旋状凸起部与隔膜的接触面积和现有技术的针状焊接凸起与隔膜的接触面积相比起来比较大，因此螺旋状凸起部与隔膜之间的压强比较小，从而使螺旋状凸起部不易刺穿正极片与负极片之间的隔膜，进而能够防止正极片与负极片短路，有利于提升电池安全性能和可靠性。而且，极耳背离空箔区的一面没有焊印，即，极耳背离空箔区的一面能够在焊接的过程中保持极耳原有的平整度不会发生改变，从而能够避免极耳背离空箔区的一面在焊接的过程中形成对隔膜不利的结构，进而有利于提升电池的质量和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。

图1为现有技术中超声波焊接后在极片侧形成的针状焊接凸起的显微镜图；

图2为本发明实施例一提供的电芯的极片与极耳焊接后形成的螺旋状焊印的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的电芯的极片与极耳焊接后极片侧的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的电芯的极片与极耳焊接后极耳侧的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的电芯的极片与极耳焊接后形成的螺旋状焊印的显微镜图。

附图标记说明：

20-极片；

21-螺旋状焊印；

211-螺旋状凹陷部；

212-螺旋状凸起部；

30-极耳。

具体实施方式

在将电芯的极耳与极片之间通过超声波焊接的方式进行焊接的过程中，需要将超声波焊接的焊头与极耳背离极片的一侧接触并进行加压振动以将极耳与极片焊接在一起，在这个过程中超声波焊接的焊头会发生磨损，需要定期更换，增加了工作人员的工作量，同时，焊头磨损容易导致极耳与极片之间出现虚焊或者过焊的问题影响电池的性能。

而且，超声波焊接会在极片侧形成比较尖锐的针状焊接凸起，如图1所示，由于针状焊接凸起与正极片和负极片之间的隔膜的接触面积只有针状焊接凸起的顶点处的面积大小，因此会使针状焊接凸起与隔膜之间的压强比较大，导致针状焊接凸起比较容易刺穿隔膜，使得正极片与负极片出现短路现象，从而可能引发如电池爆炸等比较危险的情况。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电池，该电池的极片与极耳之间通过激光焊接的方式固定连接，激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源从极片侧对极片和极耳进行焊接一种方法，激光焊接不存在焊头磨损的问题，因此，不存在焊头磨损导致虚焊或者过焊的问题，也不存在需要更换焊头导致工作量增加的问题。同时，激光焊接后形成的螺旋状凸起与隔膜的接触面积是螺旋状凸起的整个螺旋状顶部，很明显大于现有技术中的针状焊接凸起与隔膜的接触面积，因此，螺旋状凸起与隔膜之间的压强比较小，从而使螺旋状凸起不易刺穿正极片与负极片之间的隔膜而导致短路，进而有利于保证电池的安全性能和可靠性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图2为本发明实施例一提供的电芯的极片与极耳焊接后形成的螺旋状焊印的结构示意图；图3为本发明实施例一提供的电芯的极片与极耳焊接后极片侧的结构示意图；图4为本发明实施例一提供的电芯的极片与极耳焊接后极耳侧的结构示意图；图5为本发明实施例一提供的电芯的极片与极耳焊接后形成的螺旋状焊印的显微镜图。

参照图2至图5所示，本实施例提供一种电池，该电池包括外壳以及容置于外壳内的电芯，电芯包括极片20和极耳30，极片20包括集流体和活性物质层，集流体包括涂覆活性物质层的涂覆区和未涂覆活性物质层的空箔区，极耳30的一端搭接于空箔区，而且，极耳30与极片20的空箔区通过激光焊接形成为一体结构。

本实施例的电芯可以为卷绕式电芯，也可以为叠片式电芯；极片可以为正极片，也可以为负极片。极片包括集流体和涂覆在集流体表面的活性物质层，为了将极耳与极片的集流体进行焊接，需要在集流体表面预留未涂覆活性物质层的空箔区，或者，去除集流体表面部分区域的活性物质层以使集流体裸露出来，裸露的集流体表面即为空箔区，集流体表面覆盖有活性物质层的区域即为涂覆区，通常情况下，正极片的集流体为铝箔，负极片的集流体为铜箔。

具体的，卷绕式电芯包括正极片、负极片以及将正极片和负极片隔开的隔膜；正极片上焊接有正极耳，负极片上焊接有负极耳；卷绕过程中正极片、隔膜以及负极片从卷绕首端开始朝同一方向卷绕并最终形成卷绕式电芯。

叠片式电芯包括正极片、负极片以及将正极片与负极片隔开的隔膜；正极片上焊接有正极耳，负极片上焊接有负极耳；加工过程中将正极片与负极片交替层叠设置，同时在相邻两个正极片与负极片之间叠设隔膜并最终层叠形成叠片式电芯。

需要说明的是，激光焊接是从极片20侧对极耳30和极片20进行焊接，激光焊接完成后，会在极片20的空箔区与极耳30的焊接处的表面形成多个间隔排布的螺旋状焊印21，具体的，螺旋状焊印21包括螺旋状凹陷部211和位于螺旋状凹陷部211边缘的螺旋状凸起部212。其中，螺旋状焊印21的圈数可以根据实际需要设置为一圈、两圈或者更多圈，只要能够满足本实施例关于极片20与极耳30之间的焊接要求即可。

本实施例的极耳30背离空箔区的一侧表面没有焊印。由于激光焊接是从空箔区背离极耳30的一侧表面进行焊接，因此，圆点状焊印21只是形成在空箔区背离极耳30的一侧表面，极耳30背离空箔区的一侧表面则保持极耳30原有的表面，也就是说，极耳30背离空箔区的一侧表面原有的平整度不会因为焊接而受到影响，从而能够避免极耳30表面在焊接过程中形成对隔膜不利的结构。

具体实现时，首先将极片20的空箔区与极耳30的一端紧密贴合，例如，可以通过下压夹具使极片20的空箔区与极耳30紧密贴合，或者通过吸附夹具使极片20的空箔区与极耳30紧密贴合，避免贴合不紧导致极片20被焊穿的情况。然后设置好激光焊接设备的工艺参数，使激光焊接设备从空箔区背离极耳的一侧表面对极耳30和极片20进行多次连续焊接，激光焊接设备每次连续焊接会形成一个螺旋状焊印21，多个螺旋状焊印21在空箔区背离极耳30的一侧表面间隔排布，而在极耳30背离空箔区的一侧表面没有焊印。螺旋状焊印21包括螺旋状凹陷部211和位于螺旋状凹陷部211边缘的螺旋状凸起部212，在电芯中，螺旋状凸起部212的顶部会与正极片和负极片之间的隔膜接触，由于螺旋状凸起部212与隔膜的接触面积和现有技术的针状焊接凸起与隔膜的接触面积相比起来比较大，因此螺旋状凸起部212与隔膜之间的压强比较小，从而使螺旋状凸起部212不易刺穿正极片与负极片之间的隔膜。

本实施例的电池包括外壳以及容置于外壳内的电芯，电芯包括极片20和极耳30，极片20包括集流体和活性物质层，集流体包括涂覆活性物质层的涂覆区和未涂覆活性物质层的空箔区，极耳30的一端搭接于空箔区，并且极耳30与极片20的空箔区通过激光焊接形成为一体结构，从而一方面能够避免焊头磨损导致虚焊或者过焊而影响电池的性能，另一方面省去了更换焊头的工作，减轻了工作人员的工作量。激光焊接完成后，极片20的空箔区背离极耳30的一侧表面会形成多个间隔排布的螺旋状焊印21，螺旋状焊印21包括螺旋状凹陷部211和位于螺旋状凹陷部211边缘的螺旋状凸起部212。由于螺旋状凸起部212与隔膜的接触面积和现有技术的针状焊接凸起与隔膜的接触面积相比起来比较大，因此螺旋状凸起部212与隔膜之间的压强比较小，从而使螺旋状凸起部212不易刺穿正极片与负极片之间的隔膜，进而能够防止正极片与负极片短路，有利于提升电池安全性能和可靠性。而且，极耳30背离空箔区的一面没有焊印，即，极耳30背离空箔区的一面能够在焊接的过程中保持极耳30原有的平整度不会发生改变，从而能够避免极耳30背离空箔区的一面在焊接的过程中形成对隔膜不利的结构，进而有利于提升电池的质量和可靠性。

为了使极片20与极耳30之间的焊接效果比较好，可以设置螺旋状焊印21的圈数大于1圈，从而能够增大极片20与极耳30的焊接部分的接触面积，一方面有利于保证极片20与极耳30之间的焊接强度，另一方面有利于提升极片20与极耳30之间电能传输的效率。

并且，螺旋状焊印21的相邻两圈之间的距离与螺旋状凸起部212的高度的比值不小于3。即，螺旋状凸起部212的高度远小于螺旋状焊印21的相邻两圈之间的宽度。具体实现时，设置螺旋状凸起部212的高度比较小，使螺旋状凸起部212刺穿正极片和负极片之间的隔膜的概率就比较小，从而有利于提升电池的质量和安全性能。设置螺旋状焊印21的相邻两圈之间的距离比较大，有利于保证焊接过程中的散热效果，避免热量堆积导致极片20氧化发黑甚至穿孔，从而不仅会影响极片20与极耳30的焊接效果，而且不利于电池的质量和安全性能。

进一步的，若螺旋状焊印21的相邻两圈之间的距离太小，会使焊接过程中的散热不好；若螺旋状焊印21的相邻两圈之间的距离太大，会导致极片20与极耳30之间的焊接效果不佳，因此，可以设置螺旋状焊印21的相邻两圈之间的距离在100微米-500微米之间。

在一种实现方式中，参照图3所示，多个螺旋状焊印21在极片20侧阵列排布。具体实现时，可以根据实际需要设置螺旋状焊印21排布的行数和列数，只要能够将极片20与极耳30牢固的焊接在一起，并保证极片20与极耳30之间的电能传递效果比较好即可，此处不做具体限制。

在其他实现方式中，多个螺旋状焊印21在极片20侧的排布方式也可以根据实际需要进行调整，只要能够满足本实施例的要求即可，此处不再赘述。

为了避免在激光焊接的过程中，焊接用的激光冲击到极片20的涂覆区并对极片20的活性物质层产生影响，本实施例设置螺旋状焊印21与极片20的涂覆区的最小距离大于1毫米，从而能够避免焊接的过程中误伤极片20的活性物质层，进而有利于保证电池的质量不受影响。

通常情况下，空箔区位于极片中集流体的头部或者尾部，当极耳30与极片20的空箔区焊接连接后，极耳30位于极片20的头部或者尾部；为了保证极片20与极耳30之间电能传递的效率，也可以将极片20的空箔区设置于极片20的中部，可以采用去除极片20中部的部分活性物质层，以形成空箔区；例如在卷绕式电芯中，可以将空箔区设置在卷绕式电芯的极片沿长度方向的中间位置；又如在叠片式电芯中，可以使空箔区从叠片式电芯的极片的中间位置向外延伸。此时，当极耳30与极片20的空箔区焊接连接后，能够使极耳30位于极片20的中部，从而有利于提升极耳30与极片20之间的电能传递效率。

具体的，本实施例通过激光焊接后，在极片20侧形成的螺旋状焊印21的螺旋状凸起部212的高度在30微米以内；而在现有技术中，通过超声波焊接后在极片20侧形成的针状焊接凸起的高度达到80微米以上，由此可见，本实施例的螺旋状凸起部212的高度比较低，从而更加不易刺穿正极片和负极片之间的隔膜，进而能够防止短路的发生，有利于提升电池的质量和安全性能。

通常情况下，位于极耳30侧的隔膜与极耳30的距离比较近，因此在极耳30侧形成凸起会更加容易刺穿隔膜，而本实施例的螺旋状凹陷部211的深度小于极片20的空箔区与极耳30的厚度之和，也就是说，螺旋状焊印21的螺旋状凹陷部211不会在极耳30侧形成凸起，从而能够避免刺穿极耳30侧的隔膜导致短路，进而有利于提升电池的质量和安全性能。

进一步的，螺旋状凹陷部211的深度在10微米-80微米之间。通常情况下，极片的集流体的厚度在5微米-15微米之间，极耳的厚度在30微米-100微米之间，具体实现时，可以根据实际需要调整激光的能量以使螺旋状凹陷部211的深度在10微米-80微米之间，只要能够保证螺旋状凹陷部211不会在极耳30侧形成凸起，或者不会使极片20和极耳30被焊穿即可。

本实施例的螺旋状焊印21的直径大于200微米。具体实现时，当螺旋状焊印21的直径太小时，一方面会导致螺旋状焊印21的圈数比较少，从而导致极片20与极耳30之间的焊接效果不好；另一方面会导致螺旋状焊印21的相邻两圈之间的距离太近，从而导致焊接过程中散热不好，影响焊接效果。

本实施例还提供一种电芯的制备方法，包括：

将极耳的一端与极片的空箔区搭接在一起；使激光焊接设备从空箔区背离极耳的一侧表面进行多次连续焊接，激光焊接设备每次连续焊接形成一个螺旋状焊印，多个螺旋状焊印间隔排布；螺旋状焊印包括螺旋状凹陷部和位于螺旋状凹陷部边缘的螺旋状凸起部；而且，极耳背离空箔区的一侧表面没有焊印。

具体实现时，极片包括正极片和负极片，极耳包括正极耳和负极耳，首先可以将正极片的空箔区与正极耳贴合，例如可以通过下压夹具或者吸附夹具使正极片的空箔区与正极耳紧密贴合；然后设置激光焊接设备的参数，例如可以设置激光接设备每次连续焊接的时间不超过0.5ms等，并使激光焊接设备从正极片的一侧对正极耳和正极片进行多次连续焊接，焊接的总时间不超过1s，从而会在正极片的表面形成多个间隔排布的螺旋状焊印；其中，螺旋状焊印包括螺旋状凹陷部和位于螺旋状凹陷部边缘的螺旋状凸起部，而且，极耳背离空箔区的一侧表面没有焊印。

同理，可以将负极片的空箔区与负极耳贴合，然后使激光焊接设备从负极片的一侧对负极耳和负极片进行脉冲打点焊接，焊接的总时间不超过1s，从而会在负极片的表面形成多个间隔排布的螺旋状焊印；其中，螺旋状焊印包括螺旋状凹陷部和位于螺旋状凹陷部边缘的螺旋状凸起部，而且，极耳背离空箔区的一侧表面没有焊印。

最后将上述焊接有正极耳的正极片、焊接有负极耳的负极片以及隔膜共同加工形成电芯，例如可以是卷绕形成卷绕式电芯，也可以是层叠形成叠片式电芯。

本实施例的电芯中极片与极耳通过激光焊接的方式焊接在一起后，经测量正极片与正极耳之间的焊接拉力大于25n，负极片与负极耳之间的焊接拉力大于8n；并且，继续施加拉力使极耳与极片之间拉断之后，极耳上残留的极片集流体的面积占整个焊接区域面积的50％以上。

使用拉力计测量极耳与极片之间的焊接拉力的流程为：首先在极片侧使用胶带将焊接区域粘住；然后用拉力计上部夹住极耳上方，用拉力计下部夹住铝箔材下方，同时将拉力显示模式调整为显示峰值模式，并将拉力计归零开始测量：按“上升”按键，进行180°对拉，直至极耳与极片分离；最后，读取拉力计显示的数值并记录下来，同时，取下极耳，测量极片的集流体残留在极耳上的面积与焊接区域总面积的比值即可。

实施例二

本实施例提供一种用电设备，该用电设备包括电池。

本实施例中的电池与实施例一提供的电池的结构相同，并能带来相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述，具体可参照上述实施例的描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“上”、“下”(如果存在)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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本申请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情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。