一种电芯及电池的制作方法

1.本技术涉及电池技术领域，更具体地说涉及一种电芯，还涉及一种具有上述电芯的电池。


背景技术：

2.锂离子电池在电子产品，汽车和电动车，航空航天，微型机电以及储能等领域均有广泛应用。随着应用环境及条件趋向复杂化及苛刻化，对锂离子电池的使用安全性能，能量密度以及生产成本提出了更高的要求。
3.锂离子电池的电芯一般由正极极片，负极极片以及设置在正极极片和负极极片之间的隔膜层叠或者卷绕而成，通过锂离子在活性物质层中的嵌入和脱嵌来实现锂离子电池的充放电过程。其中，极片通过极耳与外电路连接。极耳通过焊接的方式连接至极片，焊接会对极片上的活性物质层造成微观影响，影响锂离子的嵌入和脱嵌，通常会在极片上极耳所对应的位置处贴绝缘胶纸，使得极片上极耳对应的位置处的活性物质层不参与充放电的过程。胶纸的引入减小了极片上活性物质层的有效面积，从而降低了电池的能量密度。
4.现有技术中通过单面激光焊接的方式来增加焊接背面活性涂层的有效面积，但单面激光焊接负极耳也会造成背面活性涂层的损耗；当负极片与正极片匹配卷绕成电芯时，在负极耳位置相对处，由于负活性涂层受损，会导致负活性涂层嵌锂饱和度小，游离的锂离子过多，进而在负极片表面析锂，导致电芯短路。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供了一种电芯，本技术还提供了一种具有上述电芯的电池。
6.一种电芯，包括负极片、负极耳和正极片；
7.所述负极片包括负集流体和涂覆于所述负集流体表面的负活性涂层；
8.所述正极片包括正集流体和涂覆于所述正集流体表面的正活性涂层；
9.所述负极片包括负极片段；
10.所述正极片包括第一正极片段；
11.所述负极片段面对所述第一正极片段的一侧为第一负极侧；所述负极片段背对所述第一正极片段的一侧为第二负极侧；
12.在第二负极侧，所述负极片段的所述负活性涂层上开设有负极耳安装槽；
13.所述负极耳设置于所述负极耳安装槽；
14.所述第一正极片段面对所述第一负极侧的一侧为第一正极侧；
15.在第一正极侧，所述第一正极片段的所述正活性涂层上开设有凹槽；所述凹槽与所述负极耳位置相对。
16.可选的，上述电芯中，
17.所述第一正极片段的厚度方向为第一方向；
18.沿所述第一方向延伸，所述凹槽的深度为2μm-30μm。
19.可选的，上述电芯中，
20.所述第一正极片段的厚度方向为第一方向；
21.所述负极耳包括内接部；所述内接部焊接于所述负极耳安装槽；
22.在与所述第一方向垂直的截面上，所述凹槽的投影完全覆盖住所述内接部的投影。
23.可选的，上述电芯中，
24.所述正极片还包括第二正极片段；
25.所述第二正极片段面对所述第二负极侧的一侧为第二正极侧；
26.在所述第二正极侧，所述第二正极片段与所述负极耳相对的位置设置有第一保护胶。
27.可选的，上述电芯中，所述负极耳上覆盖有第一保护胶纸。
28.可选的，上述电芯中，
29.所述电芯还包括正极耳；
30.在所述第一正极侧，所述第一正极片段的正活性涂层上开设有正极耳安装槽；
31.所述正极耳设置于所述正极耳安装槽。
32.可选的，上述电芯中，所述正极耳上覆盖有第二保护胶纸。
33.可选的，上述电芯中，在所述第一负极侧，所述负极片段与所述正极耳相对的位置设置有第二保护胶。
34.可选的，上述电芯中，所述正极片上设置有收尾胶纸。
35.一种电池，包括电芯；所述电芯为上文所述的电芯。
36.本技术提供的电芯和包括具有该电芯的电池中，在负极片段的第二负极侧的负活性涂层上开设负极耳安装槽，将负极耳设置在负极耳安装槽内，如上设置实现了负极耳的单面激光焊接，有效保留了第一负极侧负极耳位置相对区域的负活性涂层的有效面积；同时，在第一正极片段的第一正极侧的负极耳位置相对区域的正活性涂层上设置凹槽，如上设置有效减小了负极耳位置相对区域的正活性涂层的量；两者综合设置，有效保证了负活性涂层的锂离子的嵌入量不小于正活性涂层的锂离子脱嵌量，进而不会在负极耳焊接处出现游离的锂离子，负极片的表面不会出现析锂现象，避免了发生电芯短路的风险。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
38.图1为本技术电芯的负极片段在第二负极侧的结构示意图；
39.图2为本技术电芯的负极片段在第一负极侧的结构示意图；
40.图3为本技术第一正极片段的局部结构示意图；
41.图4为本技术第一正极片段的另一局部结构示意图；
42.图5为本技术电芯的结构示意图；
43.图6为常规电芯的结构示意图。
44.图1-图6中：
45.1-负极片段，2-负极耳，3-第一正极片段，4-第二正极片段，5
‑‑
第一保护胶，6-第一保护胶纸，7-正极耳，8-第二保护胶纸，9-第二保护胶；
46.101-负集流体，102-负活性涂层，103-负极耳安装槽；
47.201-内接部，202-外接部；
48.301-正集流体，302-正活性涂层，303-凹槽，304-正极耳安装槽。
具体实施方式
49.本技术提供了一种电芯，还提供了一种具有上述电芯的电池。
50.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
51.如附图1-5所示，本技术实施例提供了一种电芯，电芯包括负极片、正极片、隔膜和负极耳2。负极片包括负集流体101和涂覆于负集流体101表面的负活性涂层102；正极片包括正集流体301和涂覆于正集流体301表面的正活性涂层302。
52.负极片、隔膜、正极片层叠，然后多层卷绕，形成电芯；电芯包括平直部和折弯部。
53.卷绕成型的负极片包括负极片段1，负极片段1位于平直部；
54.卷绕成型的所述正极片包括第一正极片段3，第一正极片段3位于平直部。
55.负极片段1面对第一正极片段3的一侧为第一负极侧；负极片段1背对第一正极片段3的一侧为第二负极侧；在第二负极侧，负极片段1的所述负活性涂层102上开设有负极耳安装槽103；负极耳2设置于负极耳安装槽103。
56.第一正极片段3面对第一负极侧的一侧为第一正极侧；在第一正极侧，第一正极片段3的所述正活性涂层302上开设有凹槽303；凹槽303与负极耳2位置相对。
57.在负极片段1的第二负极侧的负活性涂层102上开设负极耳安装槽103，将负极耳2设置在负极耳安装槽103内，如上设置实现了负极耳2的单面激光焊接，有效保留了第一负极侧负极耳2位置相对区域的负活性涂层102的有效面积；
58.同时，在第一正极片段3的第一正极侧的负极耳2位置相对区域的正活性涂层302上设置凹槽303，如上设置有效减小了负极耳2位置相对区域的正活性涂层302的量；
59.两者综合设置，有效保证了负活性涂层102的锂离子的嵌入量不小于正活性涂层302的锂离子脱嵌量，进而不会在负极耳2的焊接处出现游离的锂离子，负极片表面不会出现析锂现象，避免了发生电芯短路的风险。
60.其中需要说明的是，负极流体为铜箔；正集流体301为铝箔；
61.通过激光清洗得到的负极耳安装槽103；
62.通过刮片清洗得到凹槽303。
63.在本技术的某些实施例中，第一正极片段3的厚度方向为第一方向；沿第一方向延伸，凹槽303的深度为2μm-30μm。
64.将凹槽303的清洗深度限定在上述范围内，在保证负极耳2相对位置的正活性涂层302的锂离子脱嵌量与负活性涂层102的锂离子嵌入量达到平衡，避免负极片表面析锂，同
时又不会过多损失正活性涂层302。
65.在本技术的某些实施例中，负极耳2包括一体设置的内接部201和外接部202；内接部201激光焊接于负极耳安装槽103，并形成负极耳焊接区；外接部202用于与外部电路电连接。在与第一方向垂直的截面上，凹槽303的投影完全覆盖住内接部201的投影。
66.如上设置，凹槽303的截面积大于负极耳焊接区的截面积，可以保证与负极耳焊接区位置相对的正活性涂层302的量均匀减少，负极耳焊接区的背面的负活性涂层102上的每一个点位的锂离子嵌入量均能与该点位对应的正活性涂层302的锂离子脱嵌量达到平衡，进而保证了负极片1的负极耳焊接区背面的每一个位置都不会出现析锂现象，有效避免了电芯内部短路的风险，电池安全性能得到了提升。
67.在本技术的某些实施例中，正极片还包括第二正极片段4。第二正极片段4位于电芯的平直部。
68.第二正极片段4面对第二负极侧的一侧为第二正极侧；在第二正极侧，第二正极片段与负极耳2相对的位置设置有第一保护胶5。
69.其中需要说明的是，
70.第一正极片段4和第二正极片段3可以是同一正极片卷绕成型后的两个平直段；
71.第一正极片段4和第二正极片段3可以是两个不同的正极片分别卷绕成型后的两个平直段。
72.通过设置第一保护胶5可以保证负极耳2位置相对处的隔膜发生破损后，负极耳2不会与第二正极片段4的第二正极侧的正活性涂层302之间发生短路接触，避免了电芯内部出现热失控，保证了电池的有效性。
73.在本技术的某些实施例中，负极耳2上覆盖有第一保护胶纸6。
74.由于负极耳2通过激光焊接的方式连接至负极耳安装槽103，焊接会对第二负极侧的负活性涂层102造成微观影响，影响锂离子的嵌入和脱嵌；在负极耳2处设置第一保护胶纸6，可以使得第二负极侧与负极耳2位置相对处的负活性涂层102不参与充放电的过程，进而保证了电池充放电的稳定性。
75.进一步的，通过设置第一保护胶纸6可以保证负极耳2位置相对处的隔膜发生破损后，负极耳2不会与第二正极片段4的第二正极侧的正活性涂层302之间发生短路接触，避免了电芯内部出现热失控，保证了电池的有效性。
76.在本技术的某些实施例中，电芯还包括正极耳7；第一正极片段3的第一正极侧的正活性涂层302上开设有正极耳安装槽304；正极耳7设置于正极耳安装槽304。
77.其中需要说明的是，第一正极片段3与第一正极侧背对的一侧为第三正极侧；
78.正极耳7激光焊接于正极耳安装槽304。
79.在第一正极片段3的第一正极侧的正活性涂层302上开设正极耳安装槽304，将正极耳7设置在正极耳安装槽304内，如上设置实现了正极耳7的单面激光焊接，有效保留了第三正极侧正极耳7位置相对区域的正活性涂层302的有效面积。
80.在本技术的某些实施例中，正极耳7上覆盖有第二保护胶纸8。
81.由于正极耳7通过激光焊接的方式连接至正极耳安装槽304，焊接会对第一极片段3的第一正极侧的正活性涂层302造成微观影响，影响锂离子的嵌入和脱嵌；在正极耳7处设置第二保护胶纸8，可以使得第一正极片段3的第一正极侧的与正极耳7位置相对处的正活
性涂层302不参与充放电的过程，进而保证了电池充放电的稳定性。
82.进一步的，通过设置第二保护胶纸8可以保证正极耳7位置相对处的隔膜发生破损后，正极耳7不会与负活性涂层102之间发生短路接触，避免了电芯内部出现热失控，保证了电池的有效性。
83.在本技术的某些实施例中，在第一负极侧，负极片段1与正极耳7相对的位置设置有第二保护胶9。
84.通过设置第二保护胶9可以保证正极耳7位置相对处的隔膜发生破损后，正极耳7不会与负活性涂层102之间发生短路接触，避免了电芯内部出现热失控，保证了电池的有效性。
85.在本技术的某些实施例中，正极片上设置有收尾胶。
86.具体的，正极片的尾部的两侧面上均粘贴有收尾胶。如上设置，可以保证正活性涂层302不易在正集流体301上脱落，且收尾胶覆盖了正集流体301的空箔区域，避免了空箔区域发生短路风险。
87.进一步的，沿正极片的长轴方向，收尾胶的长度为1mm-5mm。如上设置，可以保证正活性涂层302在正集流体301上的有效粘接力，同时不会占用电芯较多的体积，保证了电池的能量密度。
88.综上所述，本技术还提供了一种电池，包括电芯；电芯为上文所述的电芯。
89.由于电池包括上述的电芯，此电池由电芯带来的有益效果请参见上述内容，在此不再赘述。
90.实施例一
91.第一步：制备负极片：
92.①
将负极活性物质(石墨，含硅(5％))、导电剂和粘结剂、分散剂按照一定的质量比加入到搅拌罐中，然后加入去离子水配成负活性涂层102的浆料，负活性涂层102的浆料的固含量为40％～45％；
93.②
利用涂布机将负活性涂层102的浆料涂布在负极集流体(即铜箔)上；
94.③
将制备的负极片在100℃温度下烘干，然后通过辊压，分切成条，激光清洗一侧负极耳安装槽，即得到负极片。
95.第二步：制备正极片：
96.①
将钴酸锂以及三元材料(5％)、正极主料、导电剂和聚偏氟乙烯按照一定的质量比加入到搅拌罐中，然后加入nmp溶剂配成正活性涂层302的浆料，正活性涂层302的浆料的固含量为70％～75％；
97.②
利用涂布机将正活性涂层302的浆料涂覆到正集流体301(即铝箔)上；
98.③
将制备的正极片在120℃温度下烘干8h，然后通过辊压，分切成条，刮片清洗出一侧正极耳安装槽；
99.④
在正活性涂层302与负极耳相对的位置刮片清洗出凹槽；在与正极片厚度方向垂直的截面上，凹槽的投影完全覆盖住负极耳焊接区，凹槽的深度为2μm-30μm；即得到正极片。
100.第三步：组装电芯：
101.①
将上述两步得到正极片以及负极片和隔膜一起卷绕形成卷芯；
102.②
用铝塑膜包装，烘烤去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺化成即可得到电芯。
103.对比例一
104.第一步：制备负极片：
105.①
将负极活性物质(石墨，含硅(5％))、导电剂和粘结剂、分散剂按照一定的质量比加入到搅拌罐中，然后加入去离子水配成负活性涂层102的浆料，负活性涂层102的浆料的固含量为40％～45％；
106.②
利用涂布机将负活性涂层102的浆料涂布在负极集流体(即铜箔)上；
107.③
将制备的负极片在100℃温度下烘干，然后通过辊压，分切成条，激光清洗一侧负极耳安装槽，即得到负极片。
108.第二步：制备正极片：
109.①
将钴酸锂以及三元材料(5％)、正极主料、导电剂和聚偏氟乙烯按照一定的质量比加入到搅拌罐中，然后加入nmp溶剂配成正活性涂层302的浆料，正活性涂层302的浆料的固含量为70％～75％；
110.②
利用涂布机将正活性涂层302的浆料涂覆到正集流体301(即铝箔)上；
111.③
将制备的正极片在120℃温度下烘干8h，然后通过辊压，分切成条，刮片清洗出一侧正极耳安装槽，即得到正极片。
112.第三步：组装电芯：
113.①
将上述两步得到正极片以及负极片和隔膜一起卷绕形成卷芯；
114.②
用铝塑膜包装，烘烤去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺化成即可得到电芯。
115.对比例二
116.①
将负极活性物质(石墨，含硅(5％))、导电剂和粘结剂、分散剂按照一定的质量比加入到搅拌罐中，然后加入去离子水配成负活性涂层102的浆料，负活性涂层102的浆料的固含量为40％～45％；
117.②
利用涂布机将负活性涂层102的浆料涂布在负极集流体(即铜箔)上；
118.③
将制备的负极片在100℃温度下烘干，然后通过辊压，分切成条，激光清洗两侧负极耳安装槽，即得到负极片。
119.第二步：制备正极片：
120.①
将钴酸锂以及三元材料(5％)、正极主料、导电剂和聚偏氟乙烯按照一定的质量比加入到搅拌罐中，然后加入nmp溶剂配成正活性涂层302的浆料，正活性涂层302的浆料的固含量为70％～75％；
121.②
利用涂布机将正活性涂层302的浆料涂覆到正集流体301(即铝箔)上；
122.③
将制备的正极片在120℃温度下烘干8h，然后通过辊压，分切成条，刮片清洗出两侧正极耳安装槽；
123.④
在正活性涂层302与负极耳相对的位置刮片清洗出凹槽；在与正极片厚度方向垂直的截面上，凹槽的投影完全覆盖住负极耳焊接区，凹槽的深度为2μm-30μm；即得到正极片。
124.第三步：组装电芯：
125.①
将上述两步得到正极片以及负极片和隔膜一起卷绕形成卷芯；
126.②
用铝塑膜包装，烘烤去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺化成即可得到电芯。
127.试验结果：
128.实施例一：电芯25度1c/1c循环20周，解剖时，负极片的负极耳焊接区的背面无析锂；
129.对比例一：电芯25度1c/1c循环20周，解剖时，负极片的负极耳焊接区的背面析锂。
130.对比例二：电芯25度1c/1c循环20周，解剖时，负极片的负极耳析锂。
131.本技术中涉及的部件、装置仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照附图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些部件、装置。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
132.还需要指出的是，在本技术的装置中，各部件是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方案。
133.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
134.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
135.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本技术的保护范围之内。