极片、电芯结构及具有其的电池、电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，具有涉及一种极片、电芯结构及具有其的电池、电子设备。


背景技术：

2.电池作为储能器件，目前被广泛应用于电子产品、新能源汽车等领域。
3.现有技术方案中，电池的大多电芯结构由正极极片和负极极片层叠设置，正极极片的正极集流体覆盖有正极活性物质层，负极极片的负极集流体覆盖有负极活性物质层。正极活性物质层或负极活性物质层在形成时，通常用浆料涂覆而成。现有工艺标准加工完成后，难免在正极极片与负极极片的局部位置处间隙过大，影响电芯结构的平整度，增大了电芯结构工作时带电离子传输路径，对电芯结构的性能造成不利影响。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种极片，使用这种极片有利于保持电芯结构的平整度，提高整体性能。
5.本技术还旨在提出具有上述极片的电芯结构，以提高电芯结构平整度。
6.本技术还指在提出具有上述电芯结构的电池。
7.本技术还指在提出具有上述电池的电子设备。
8.根据本实用新型实施例的极片，所述极片包括集流体和活性物质层，所述集流体包括集流体主体部，所述活性物质层设在所述集流体的至少一侧表面上，所述活性物质层包括第一活性物质层，所述第一活性物质层设在所述集流体主体部上；所述第一活性物质层的平均厚度为h1，所述第一活性物质层上任意位置处的厚度为h2，
9.根据本实用新型实施例的极片，通过严格限制第一活性物质层的任意位置处的厚度的波动幅度，使极片第一活性物质层厚度整体均匀，这样当极片层叠设置加工电芯结构时，可使电芯结构对应集流体主体部处整体平整度高，有效避免极片间局部间隙过大问题，有利于缩短电芯结构工作时锂离子传输路径，提高电芯结构电性能。
10.在一些实施例中，所述集流体还包括从所述集流体主体部延伸出的极耳，所述活性物质层还包括与所述第一活性物质层相连且设在所述极耳上的第二活性物质层，所述第二活性物质层上任意位置处的厚度为h3，h3≤h1
×
97％。
11.在一些实施例中，极片还包括绝缘层，所述绝缘层设在所述极耳上，所述绝缘层与所述第二活性物质层的远离所述第一活性物质层的一端相连。
12.具体地，所述绝缘层满足以下参数条件中至少一个：
13.所述绝缘层在所述极耳的延伸方向上的尺寸为l2，且满足0.3mm≤l2≤2.0mm；
14.所述绝缘层的厚度为h1，h1设置为10μm≤h1≤30μm。
15.进一步地，所述第一活性物质层和第二活性物质层为材料相同的活性物质涂层。
16.根据本实用新型实施例的电芯结构，包括：正极极片、负极极片以及夹在所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜；所述正极极片为上述实施例所述的极片。
17.所述正极极片的集流体为正极集流体，所述正极极片的活性物质层为正极活性物质层，所述正极集流体包括正极集流体主体部和正极极耳，所述正极活性物质层包括第一正极活性物质层和第二正极活性物质层，所述第一正极活性物质层设在所述正极集流体主体部上，所述第二正极活性物质层设在所述正极极耳上。
18.所述负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，所述负极集流体包括负极集流体主体部和从所述负极集流体主体部延伸出的负极极耳，所述负极活性物质层设在所述负极集流体的至少一侧表面上，所述负极活性物质层包括第一负极活性物质层和第二负极活性物质层，所述第一负极活性物质层设在所述负极集流体主体部上，所述第二负极活性物质层与所述第一负极活性物质层相连且设在所述负极极耳上。
19.根据本实用新型实施例的电芯结构，通过严格限制正极极片上第一活性物质层厚度的波动幅度，使正极极片上第一活性物质层上厚度整体均匀，这样当极片层叠设置加工电芯结构时，可使电芯结构对应集流体主体部处整体平整度高，有效避免极片间局部间隙过大问题，有利于缩短电芯结构工作时锂离子传输路径，提高电芯结构性能。
20.在一些实施例中，所述正极极耳和所述负极极耳位于所述电芯结构的同一侧，所述第一负极活性物质层靠近所述第二负极活性物质层的端部，超出所述第二正极活性物质层远离所述第一正极活性物质层的端部。
21.具体地，当所述正极极片还包括绝缘层，所述绝缘层设在所述正极极耳上，所述绝缘层与所述第二正极活性物质层的远离所述第一正极活性物质层的一端相连；
22.所述绝缘层的远离所述第二正极活性物质层的一端，超出所述第负极二活性物质层的远离所述第一正极活性物质层的端部。
23.进一步地，所述电芯结构满足以下参数条件中至少一个：
24.所述第二正极活性物质层在所述正极极耳的延伸方向上的尺寸为l1，且满足0＜l1 ≤1.0mm；
25.所述第二负极活性物质层在所述负极极耳的延伸方向上的尺寸为l3，且满足0mm ≤l3≤1.5mm。
26.根据本实用新型实施例的电池，包括根据上述实施例所述的电芯结构。
27.根据本实用新型实施例的电池，通过设置上述电芯结构，降低了工艺制程难度，有利于提高电学性能。
28.根据本实用新型实施例的电子设备，包括根据上述实施例所述的电池。
29.根据本实用新型实施例的电子设备，通过设置上述电池，由于电池的电学性能可提高，因此可以提高其用电的持久性及可靠性。
30.本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
31.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
32.图1是本实用新型实施例的电芯结构(未示出隔膜)的示意图；
33.图2是本实用新型实施例的电芯结构的剖面示意图；
34.图3a是本实用新型一实施例的正极极片的示意图；
35.图3b是本实用新型一实施例的负极极片的示意图；
36.图4a是本实用新型另一实施例的正极极片的示意图；
37.图4b是本实用新型另一实施例的负极极片的示意图；
38.图5a是本实用新型又一实施例的正极极片的示意图；
39.图5b是本实用新型又一实施例的负极极片的示意图；
40.图6a是本实用新型再一实施例的正极极片的示意图；
41.图6b是本实用新型再一实施例的负极极片的示意图；
42.图7a是本实用新型一实施例的具有多个正极极耳的正极极片的示意图；
43.图7b是本实用新型一实施例的具有多个负极极耳的负极极片的示意图；
44.图8是本实用新型实施例的一种极片的剖面示意图；
45.图9是本实用新型实施例的另一种极片的剖面示意图。
46.附图标记：
47.极片00、
48.集流体01、集流体主体部011、极耳012、
49.活性物质层02、第一活性物质层023、第二活性物质层024、电芯结构100、
50.正极极片10、
51.正极集流体11、正极集流体主体部111、正极极耳112、
52.正极活性物质层12、第一正极活性物质层123、第二正极活性物质层124、
53.绝缘层15、
54.负极极片20、
55.负极集流体21、负极集流体主体部216、负极极耳217、
56.负极活性物质层22、第一负极活性物质层228、第二负极活性物质层229、
57.隔膜30。
具体实施方式
58.下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
59.下面参考图8-图9描述根据本实用新型实施例的极片00。
60.参照图8，极片00包括集流体01和活性物质层02。集流体01包括集流体主体部 011。有的方案中，集流体01还包括极耳012，极耳012从集流体主体部011上延伸出。可选地，集流体主体部011和极耳012为一体成型件，即由同一种物质一体成型，有利于减少集流体主体部011和极耳012之间产生毛刺。当然本技术不排除，有的方案中集流体主体部011和极耳012分别独立加工后连接成一体。
61.活性物质层02设在集流体01的至少一侧表面上，这里，集流体01具有两个相对表
11，其活性物质层02为正极活性物质层12。正极极片10里，其集流体主体部011为正极集流体主体部111，其极耳012为正极极耳112。正极极片10里，其第一活性物质层 023为第一正极活性物质层123，其第二活性物质层024为第二正极活性物质层124。
85.也就是说，参照图2和图3a，正极极片10包括正极集流体11和正极活性物质层12。正极集流体11包括正极集流体主体部111和正极极耳112，正极极耳112从正极集流体主体部111上延伸出。可选地，正极集流体主体部111和正极极耳112为一体成型件，即由同一种物质一体成型，有利于减少正极集流体主体部111和正极极耳112之间产生毛刺。当然本技术不排除，有的方案中正极集流体主体部111和正极极耳112分别独立加工后连接成一体。
86.正极活性物质层12设在正极集流体11的至少一侧表面上，这里，正极集流体11 具有两个相对表面，正极活性物质层12可以只设置在正极集流体11的一侧表面上，正极集流体11的两个相对表面上可以均设有正极活性物质层12。
87.正极活性物质层12包括第一正极活性物质层123和第二正极活性物质层124，第一正极活性物质层123设在正极集流体主体部111上，第二正极活性物质层124与第一正极活性物质层123相连且设在正极极耳112上。可选地，第一正极活性物质层123和第二正极活性物质层124为同一活性物质层，即由同一种材料制成。有利地，第一正极活性物质层123和第二正极活性物质层124由同一活性物质一体涂刷而成，有利于提高第一正极活性物质层123和第二正极活性物质层124连接处的结构可靠性，减少、减小此处产生的毛刺。当然本技术不排除，有的方案中第一正极活性物质层123和第二正极活性物质层124分别独立加工后连接成一体。
88.参照图2和图3b，负极极片20包括负极集流体21和负极活性物质层22。负极集流体21包括负极集流体主体部216和负极极耳217，负极极耳217从负极集流体主体部 216上延伸出。可选地，负极集流体主体部216和负极极耳217为一体成型件，即由同一种物质一体成型，有利于减少负极集流体主体部216和负极极耳217之间产生毛刺。当然本技术也不排除，有的方案中负极集流体主体部216和负极极耳217分别独立加工后连接成一体。
89.负极活性物质层22设在负极集流体21的至少一侧表面上。这里，负极集流体21 具有两个相对表面，负极活性物质层22可以只设置在负极集流体21的一侧表面上，负极集流体21的两个相对表面上可以均设有负极活性物质层22。
90.负极活性物质层22包括第一负极活性物质层228和第二负极活性物质层229，第一负极活性物质层228设在负极集流体主体部216上，第二负极活性物质层229与第一负极活性物质层228相连且设在负极极耳217上。可选地，第一负极活性物质层228和第二负极活性物质层229为同一活性物质层，即由同一种材料制成。进一步可选地，第一负极活性物质层228和第二负极活性物质层229由同一活性物质一体涂刷而成，有利于提高第一负极活性物质层228和第二负极活性物质层229连接处的结构可靠性，减少、减小此处产生的毛刺。当然本技术不排除，有的方案中第一负极活性物质层228和第二负极活性物质层229分别独立加工后连接成一体。
91.正极极耳112和负极极耳217的设置，用于电芯结构100与外部结构的电路接通。以电芯结构100连接外部电源为例，当电池进行充电时，电流由外部电路流入正极极耳 112，经过正极极片10、电解液和负极极片20后，由负极极耳217流出。
92.正极活性物质层12、负极活性物质层22，其材料包括活性物质、导电剂、粘结剂。
93.正极集流体11和负极集流体21可以选择导电率较高的材料，例如可以选择铝、铜等金属件。
94.可选地，正极活性物质层12通过涂覆设在正极集流体11上。当然，本技术不限制正极活性物质层12通过现有技术已知的其他方式设置在正极集流体11上，例如正极活性物质层12通过喷涂设置在正极集流体11上。
95.可选地，负极活性物质层22通过涂覆设在负极集流体21上。当然，本技术不限制负极活性物质层22通过现有技术已知的其他方式设置在负极集流体21上，例如负极活性物质层22通过喷涂设置在负极集流体21上。
96.在本技术中，于正极极耳112上设置第二正极活性物质层124，当裁切正极极耳112 时，第二正极活性物质层124的存在，可以减小、减少正极集流体11上的切割毛刺。于负极极耳217上设置第二负极活性物质层229，当裁切负极极耳217时，可以减小、减少负极集流体21上的切割毛刺。
97.在本技术里，如图1和图2所示，正极极耳112和负极极耳217位于电芯结构100 的同一侧。第一负极活性物质层228靠近第二负极活性物质层229的端部，超出第二正极活性物质层124远离第一正极活性物质层123的端部。这样设置，有利于使从正极极片10上脱出的锂离子，能够全部嵌入到负极极片20上，避免发生析锂，有利于提高电池的电化学性能。
98.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“长度”、“宽度”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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
99.根据本实用新型实施例的电芯结构100，通过将第一负极活性物质层228靠近第二负极活性物质层229的端部，超出第二正极活性物质层124远离第一正极活性物质层123 的端部，可以使从正极极片10上脱出的锂离子，能够全部嵌入到负极极片20上。通过第一正极活性物质层123的厚度均匀设置，提高了电芯结构100的平整度，缩短了电芯结构100工作时带电离子传输路径。这种结构，降低了工艺制程难度，减少了第一正极活性物质层123自身产生的削薄区对电芯结构100性能影响，有利于提高性能。
100.在一些实施例中，如图1-图3a所示，正极极片10还包括绝缘层15，绝缘层15设在正极极耳112上，绝缘层15与第二正极活性物质层124的远离第一正极活性物质层 123的一端相连。绝缘层15的设置，可以进一步减小、减少正极极耳112裁切时产生的毛刺，进一步地避免正极集流体11上的毛刺刺穿隔膜30。
101.具体地，绝缘层15的远离第二正极活性物质层124的一端，超出第二负极活性物质层229的远离第一负极活性物质层228的端部。由此，可以更进一步地避免正极集流体 11上的毛刺刺穿隔膜30，从而避免第二负极活性物质层229与正极极耳112直接接触造成短路，提高了电芯结构100的安全性。
102.为方便描述，本技术中将正极极耳112、负极极耳217延伸方向，在附图中标为方向z，所图2所示。
103.在一些具体实施例中，如图2所示，第二正极活性物质层124在正极极耳112的延伸
方向上的尺寸为l1，且满足0＜l1≤1.0mm。第二正极活性物质层124的尺寸l1如此限制，可减少正极活性物质材料的浪费。
104.在一些具体实施例中，如图2所示，第二负极活性物质层229在负极极耳217的延伸方向上的尺寸为l3，且满足0mm≤l3≤1.5mm。这里，第二负极活性物质层229的 l3可以为0，即负极极片20的负极极耳217上可以不设置第二负极活性物质层229。当负极极耳217上设置第二负极活性物质层229时，可以起到减小毛刺、规避毛刺带来的风险的作用。第二负极活性物质层229的尺寸l3小于等于1.5mm，可减少负极活性物质材料的浪费。
105.在一些具体实施例中，第二正极活性物质层124在正极极耳112上于z方向尺寸l1 满足0＜l1≤1.0mm，且第二负极活性物质层229在负极极耳217上于z方向尺寸l3，满足0.5mm≤l3≤1.5mm，可以进一步减少、减小在裁切时产生的毛刺，而且减少活性物质材料的浪费。
106.在一些具体实施例中，如图2所示，正极极耳112上设有绝缘层15。
107.可选地，绝缘层15在正极极耳112的延伸方向上的尺寸为l2，且满足0.3mm≤l2 ≤2.0mm。即绝缘层15在z方向上尺寸l2满足0.3mm≤l2≤2.0mm。如此设置，绝缘层15的z方向尺寸l2不会过大，有利于提高电芯结构100的能量密度。绝缘层15的 z方向尺寸l2不会过小，当两极耳012相碰时，例如在隔膜30被刺穿时，绝缘层15 的尺寸设置有利于使第二负极活性物质层229的端部落入绝缘层15上，减少第二负极活性物质层229与正极极片112接触并发生短路的几率。
108.可选地，绝缘层15的厚度为h1，h1设置为10μm≤h1≤30μm。
109.可以理解的是，在正极极片10、负极极片20裁切时难免在集流体上产生毛刺。通过将绝缘层15的厚度设置成至少超过10μm，可以起到较好的减小毛刺、规避毛刺带来的风险的作用。通过限制绝缘层15的厚度不超过30μm，避免绝缘层15过厚，从而有利于正极极耳112弯折，也避免绝缘层15占用过多空间，从而提高电芯结构100的能量密度。
110.在一些具体实施例中，正极极耳112上设有绝缘层15，绝缘层15在z方向上尺寸 l2满足0.3mm≤l2≤2.0mm，绝缘层15的厚度h1满足10μm≤h1≤30μm，由此既保证了电芯结构100使用的安全性，又有利于提高电芯结构100的能量密度。
111.在本技术的方案中，正极极耳112和负极极耳217的形状可以为长方形，形状简单，节省材料。
112.当然，本技术方案中正极极耳112和负极极耳217的形状也可以不限于此，例如如图3a和图3b所示，正极极耳112和负极极耳217中至少一个为等腰梯形。
113.当正极极耳112为等腰梯形时，正极极耳112的连接正极集流体主体部111的边为下底，正极极耳112的远离正极集流体主体部111的边为上底，下底长于上底。而正极极耳112的腰长不限，通常受安装条件影响。
114.将正极极耳112如此设置，正极极耳112与正极集流体主体部111连接处更宽，有利于电流由较窄的负极极耳217与较宽的负极集流体主体部216之间流动过渡，而且此连接处较宽有利于提高连接处结构强度，减少此处负极极耳217断裂风险。
115.可选地，当正极极耳112为等腰梯形时，正极极耳112的底角角度为70
°
～90
°
，例如正极极耳112的底角角度为71
°
、75
°
、78
°
、82
°
、86
°
、89
°
等。可以理解的是，正极极耳112在z方向长度较长，方便连接外部接头。因此正极极耳112的底角角度不宜过小，避免正极极耳
112过宽导致过度占用空间。
116.当负极极耳217为等腰梯形时，负极极耳217的连接负极集流体主体部216的边为下底，负极极耳217的远离负极集流体主体部216的边为上底，下底长于上底。而负极极耳217的腰长不限，通常受安装条件影响。
117.将负极极耳217如此设置，负极极耳217与负极集流体主体部216连接处更宽，有利于电流由较窄的负极极耳217与较宽的负极集流体主体部216之间流动过渡，而且此连接处较宽有利于提高连接处结构强度，减少此处负极极耳217断裂风险。
118.可选地，当负极极耳217为等腰梯形时，负极极耳217的底角角度为70
°
～90
°
，例如负极极耳217的底角角度为71
°
、75
°
、78
°
、82
°
、86
°
、89
°
等。可以理解的是，负极极耳217在z方向长度较长，方便连接外部接头。因此负极极耳217的底角角度不宜过小，避免负极极耳217过宽导致过度占用空间。
119.当然，本技术方案不限于此，还有的方案例中，正极极耳112和负极极耳217中至少一个，可以是弧形甚至是l形等。
120.在一些实施例中，电芯结构100满足以下情形中至少一个：
121.情形一，如图4a所示，正极极耳112与正极集流体主体部111的连接处设置有倒角。此外倒角的设置，有利于降低正极极耳112沿连接处翻折、撕裂的几率，从而降低正极极耳112因翻折而折入电芯结构100内部导致短路的几率。
122.可选地，倒角为圆倒角，进一步可选地，正极极耳112与正极集流体主体部111的连接处的圆倒角的半径r1为0.5mm≤r1≤1.5mm。
123.情形二，如图4b所示，负极极耳217与负极集流体主体部216的连接处设置有倒角。此外倒角的设置，有利于降低负极极耳217沿连接处翻折、撕裂的几率，从而降低负极极耳217因翻折而折入电芯结构100内部导致短路的几率。
124.可选地，倒角为圆倒角，进一步可选地，负极极耳217与负极集流体主体部216的连接处的圆倒角的半径r2为0.5mm≤r2≤1.5mm。
125.情形三，如图5a所示，正极极耳112远离正极集流体主体部111的端部设置有倒角。此处倒角也有利于降低正极极耳112发生翻折的几率。可选地，倒角为圆倒角，进一步可选地，正极极耳112远离正极集流体主体部111端部的圆倒角的半径r3为0.5mm≤ r3≤1.5mm。
126.情形四，如图5b所示，负极极耳217远离负极集流体主体部216的端部设置有倒角。此处倒角也有利于降低负极极耳217发生翻折的几率。可选地，倒角为圆倒角，进一步可选地，负极极耳217远离负极集流体主体部216端部的圆倒角的半径r4为0.5mm≤ r3≤1.5mm。
127.有的实施例中仅满足上述四种情形中的一个或两个，有的实施例中满足上述四种情形中的三个或四个，这里不作限制。
128.例如在一个具体实施例中，如图6a所示，正极极耳112与正极集流体主体部111 的连接处设置有倒角，正极极耳112远离正极集流体主体部111的端部也设置有倒角。又如图6b所示，负极极耳217与负极集流体主体部216的连接处设置有倒角，负极极耳217远离负极集流体主体部216的端部也设置有倒角。
129.在一些实施例中，正极极片10上设有一个正极极耳112，或者如图7a所示，正极极片10上设有多个正极极耳112。负极极片20上设有一个负极极耳217，或者如图7b 所示，负极极片20上设有多个负极极耳217。
130.在一些具体实施例中，电芯结构100为叠片式结构，也可以是卷绕式结构。
131.叠片式结构是指，将正极极片10、负极极片20交替堆叠，正极极片10和负极极片 20之间通过隔膜30隔开。通常电芯结构100上正极极片10、负极极片20、隔膜30都呈平直状，电芯结构100的形状与各极片形状较一致。卷绕式结构是指，将正极极片10、负极极片20交替堆叠并且用隔膜30隔开后，进行连续卷绕。
132.具体地，当正极极片10上设有多个正极极耳112，负极极片20上设有多个负极极耳217时，电芯结构100为叠片式结构，也可以是卷绕式结构。当电芯结构100为叠片式结构时，正极极片10、负极极片20、隔膜30叠置后，可以沿z字形折叠。当电芯结构100为卷绕式结构时，正极极片10、负极极片20、隔膜30叠置后，沿螺旋方向折叠。
133.采用本技术的方案的电芯结构100，能有效减小、减少毛刺，且能提高性能。
134.根据本实用新型实施例的电池，包括根据上述实施例的电芯结构100，电芯结构100 如上述实施例所述，这里不再赘述。根据本实用新型实施例的电池，通过设置上述电芯结构100，降低了工艺制程难度，减少了第一正极活性物质层123自身产生的削薄区对电芯结构100性能影响，有利于提高性能。
135.根据本实用新型实施例的电子设备，包括根据上述实施例的电池，电池结构如上述实施例所述，这里不再赘述。根据本实用新型实施例的电子设备，通过设置上述电池，可以利用电池较佳的电学性能，提高用电的可靠性及持久性。
136.根据本实用新型实施例的电池的其他构成例如电极板、电极接头等结构以及工作原理等，对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
137.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“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实用新型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。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。