CN110190319B - 电极组件和二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电极组件和二次电池。电极组件包括电极单元和第一隔膜，第一隔膜卷绕于电极单元的外侧。电极单元包括极片和第二隔膜，极片设置为多个，第二隔膜弯折为多层结构且包括多个平坦部，多个极片和多个平坦部沿厚度方向交替层叠。所述多个平坦部包括第一平坦部和第二平坦部，第一平坦部和第二平坦部分别位于第二隔膜沿厚度方向的两端，第二平坦部位于相邻的两个极片之间。第一隔膜从第二平坦部沿宽度方向的一端延伸，并依次绕过位于第二平坦部的靠近第一平坦部的一侧的极片和位于第二平坦部的远离第一平坦部的一侧的极片。

Description

电极组件和二次电池

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电极组件和二次电池。

背景技术

二次电池的电极组件是其实现充放电功能的核心部件，而电极组件通常包括正极极片、负极极片和将正极极片和负极极片隔开的隔膜。对于叠片式的电极组件，当二次电池在工作过程中出现震动时，极片容易出现错位，影响电极组件的使用寿命和安全性能。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电极组件和二次电池，其能减小极片间的错位，改善电极组件的使用寿命和安全性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电极组件和二次电池。

电极组件包括电极单元和第一隔膜，第一隔膜卷绕于电极单元的外侧。电极单元包括极片和第二隔膜，极片设置为多个，第二隔膜弯折为多层结构且包括多个平坦部，多个极片和多个平坦部沿厚度方向交替层叠。所述多个平坦部包括第一平坦部和第二平坦部，第一平坦部和第二平坦部分别位于第二隔膜沿厚度方向的两端，第二平坦部位于相邻的两个极片之间。第一隔膜从第二平坦部沿宽度方向的一端延伸，并依次绕过位于第二平坦部的靠近第一平坦部的一侧的极片和位于第二平坦部的远离第一平坦部的一侧的极片。

第一隔膜和第二隔膜一体形成。

第一隔膜在电极单元沿宽度方向的两侧均设置为2-4层。

第一隔膜的自由端位于电极单元沿厚度方向靠近第二平坦部一侧。

在宽度方向上，第一隔膜的自由端和第一平坦部的自由端的朝向相反，并且所有的极片均位于第一平坦部沿厚度方向靠近第二平坦部的一侧。

二次电池包括所述的电极组件。

所述二次电池还包括包装袋和电极引线。电极组件收容于包装袋内，包装袋的边缘具有密封部，电极引线连接于电极组件并穿过密封部。第一隔膜的位于电极单元沿宽度方向外侧的区域连接于密封部。

密封部包括第一封印区和第二封印区，第二封印区位于第一封印区远离第一隔膜的一侧，且第一封印区的厚度大于第二封印区的厚度。第一隔膜连接于第一封印区。

在第一隔膜的分别位于电极单元沿宽度方向两侧的区域中，距离第一隔膜的自由端较远的区域连接于密封部。

包装袋包括两层包装膜，电极组件位于两层包装膜之间，两层包装膜在边缘连接并形成密封部。各包装膜包括保护层、金属层和第一连接层，第一连接层设置于金属层的朝向电极组件的表面，保护层设置于金属层的远离电极组件的表面。两层包装膜的第一连接层熔接为一体。第一隔膜包括第二连接层，第二连接层连接于第一连接层，且第二连接层的熔点和第一连接层的熔点的绝对差值小于或等于40度。

本发明的有益效果如下：在本申请中，第一隔膜能够从电极单元的外侧固定极片，当二次电池在工作过程中出现震动时，第一隔膜可以降低极片的移动，减小极片间的错位，改善电极组件的使用寿命和安全性能。另外，第一隔膜的卷绕方向可以提高电极组件整体的稳定性，降低电极组件在二次电池震动时散开的风险。

附图说明

图1为根据本发明的二次电池的示意图。

图2为图1的二次电池的一剖视图。

图3为图2在方框A处的放大图。

图4为本发明的二次电池的包装袋的包装膜的示意图。

图5为图4的包装膜的断面图。

图6为本发明的二次电池的电极组件的一实施例的示意图。

图7为图1的二次电池的另一剖视图。

图8为图7在方框B处的放大图。

图9为本发明的二次电池的电极组件的第一隔膜的断面图。

图10为本发明的二次电池的电极组件的另一实施例的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1 电极组件

11 电极单元

111 正极极片

112 负极极片

113 第二隔膜

113a 第一平坦部

113b 第二平坦部

113c 弯折部

12 第一隔膜

121 第二连接层

122 基层

13 胶带

2 包装袋

21 密封部

211 第一封印区

212 第二封印区

22 包装膜

221 保护层

222 金属层

223 第一连接层

3 电极引线

4 绝缘件

X 长度方向

Y 宽度方向

Z 厚度方向

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个以上(包括两个)；除非另有规定或说明，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接，或信号连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

参照图1至图3，本申请的二次电池包括电极组件1、包装袋2、电极引线3和绝缘件4。电极组件1是二次电池实现充放电功能的核心构件。

包装袋2包括两层包装膜22，所述两层包装膜22沿厚度方向Z上下设置。参照图4，至少一层包装膜22通过冲压形成凹腔，而电极组件1位于两层包装膜22之间且收容于凹腔内。

参照图5，各包装膜22包括保护层221、金属层222和第一连接层223，保护层221和第一连接层223分别设置于金属层222的两侧。具体地，保护层221可通过粘接剂固定于金属层222的远离电极组件1的表面，第一连接层223可通过粘接剂固定于金属层222的靠近电极组件1的表面。

保护层221的材质可为尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯，金属层222的材质可为铝箔或钢箔，第一连接层223的材质可为聚丙烯。

两层包装膜22在边缘连接并形成密封部21。具体地，通过热压，两层包装膜22的第一连接层223直接或间接地熔接在一起，从而形成密封的包装袋2。

电极引线3连接于电极组件1、穿过密封部21并延伸到包装袋2外部。电极引线3可为两个，两个电极引线3将电极组件1与包装袋2外部的其它构件连接，进而实现电极组件1的充放电。电极引线3的材质可为铝、镍或铜镀镍。两个电极引线3可从包装袋2沿长度方向X的同一端伸出，也可分别从包装袋2沿长度方向X的两端伸出。

绝缘件4可为两个。两个绝缘件4分别将两个电极引线3与密封部21隔开。各绝缘件4环绕在对应一个电极引线3的外侧。绝缘件4的一部分夹持在两层包装膜22之间，从而将电极引线3与包装膜22隔开，降低电极引线3与金属层222接触的风险。绝缘件4的材质可为聚丙烯。

参照图6，电极组件1包括电极单元11和第一隔膜12，第一隔膜12卷绕于电极单元11的外侧。

电极单元11包括多个极片，所述多个极片包括正极极片111和负极极片112，正极极片111和负极极片112沿厚度方向Z交替层叠。极片大体为垂直于厚度方向Z的薄片。

正极极片111包括正极集流体和涂覆于正极集流体表面的正极活性物质层，正极集流体可为铝箔，正极活性物质层包括三元材料、锰酸锂或磷酸铁锂。负极极片112包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极活性物质层，负极集流体可为铜箔，负极活性物质层包括石墨或硅。

正极极片111可电连接于一个电极引线3，负极极片112电连接于另一个电极引线3。

为了避免正极极片111和负极极片112接触，防止短路，本申请的电极单元11还包括第二隔膜113，第二隔膜113将正极极片111和负极极片112隔开。

在二次电池的工作过程中，正极极片111的锂离子需要穿过第二隔膜113并嵌入到负极极片112中；为了使锂离子能够尽可能的嵌入负极极片112，降低析锂风险，负极极片112沿长度方向X的尺寸和沿宽度方向Y的尺寸均大于正极极片111。

第二隔膜113弯折为多层结构且包括多个平坦部和多个弯折部。沿厚度方向Z相邻的两个平坦部可经由一个弯折部连接。平坦部大体平行于极片，弯折部大体位于极片沿宽度方向Y的外侧。

多个极片和多个平坦部沿厚度方向Z交替层叠，平坦部隔开相邻的极片，即平坦部隔开正极极片111和负极极片112。

所述多个平坦部包括第一平坦部113a和第二平坦部113b，第一平坦部113a和第二平坦部113b分别位于第二隔膜113沿厚度方向Z的两端。换句话说，在厚度方向Z上，其它的平坦部均位于第一平坦部113a和第二平坦部113b之间。

第二平坦部113b位于相邻的两个极片之间。由于第二平坦部113b位于第二隔膜113沿厚度方向Z的一端，所以第二隔膜113必然位于一个极片沿厚度方向Z的一侧，也就是说，第二隔膜113无法从两侧覆盖所述一个极片。优选地，所述一个极片为负极极片112。

第一隔膜12从第二平坦部113b沿宽度方向Y的一端延伸，并依次绕过位于第二平坦部113b的靠近第一平坦部113a的一侧的极片和位于第二平坦部113b的远离第一平坦部113a的一侧的极片。依图6所示的方位，第一隔膜12从第二平坦部113b沿宽度方向Y的右端延伸，并沿顺时针的方向卷绕在电极单元11的外侧。

在本申请中，第一隔膜12能够从电极单元11的外侧固定极片，当二次电池在工作过程中出现震动时，第一隔膜12可以降低极片的移动，减小极片间的错位，改善电极组件1的使用寿命和安全性能。同时，第一隔膜12可以从外侧包覆极片，所以第二隔膜113无需从两侧包覆所有的极片，这样可以减小第二隔膜113的长度，节省材料。另外，第一隔膜12的卷绕方向可以提高电极组件1整体的稳定性，降低电极组件1在二次电池震动时散开的风险。

在充放电的过程中，极片中的活性物质层会出现膨胀；为了提高电极组件1的容量，通常会增加极片的数量；而多个极片的膨胀会逐渐叠加。如果不从外侧束缚电极单元11，电极单元11会出现较大程度的膨胀变形，影响二次电池的外观和性能。在本申请中，第一隔膜12能够从外侧束缚电极单元11，降低电极单元11的膨胀，减小电极组件1的变形，改善二次电池的外观和性能。

第一隔膜12卷绕的尾端为自由端，为了固定第一隔膜12，避免第一隔膜12散开，本申请的电极组件1还包括胶带13，胶带13粘接于第一隔膜12的自由端。

电极单元11的沿厚度方向Z相互面对的表面面积较大，因此，优选地，第一隔膜12的自由端位于电极单元11沿厚度方向Z的一侧。这样可以使胶带13大体粘接在平面上，保证胶带13的粘接强度。

第一隔膜12和第二隔膜113一体形成，这样可以节省第一隔膜12和第二隔膜113的连接工序，从而简化电极组件1的成型工艺。

第一隔膜12卷绕的层数越多，第一隔膜12对电极单元11的固定效果越好；然而，在二次电池中，电解液需要穿过第一隔膜12进入电极单元11中，如果第一隔膜12的层数过多，会增大电解液进入电极单元11的难度，降低浸润性，引发析锂风险。因此，优选地，第一隔膜12的层数为2-4层。

所有的极片均位于第一平坦部113a沿厚度方向Z靠近第二平坦部113b的一侧。也就是说，第一平坦部113位于电极单元11沿厚度方向Z的最外端，第一平坦部113a仅一侧设有极片。设置第一平坦部113a的目的是为了在叠片工艺启动时保护极片。第一平坦部113a沿宽度方向Y的一端为自由端。

如果电极组件1仅通过电极引线3与包装袋2相连，那么当二次电池震动时，电极组件1会与包装袋2发生相对位移，容易引发包装袋2的密封部21受损、电极引线3断裂等风险。

因此，优选地，参照图8，第一隔膜12的位于电极单元11沿宽度方向Y外侧的区域连接于密封部21。由于第一隔膜12连接于密封部21，所以当二次电池震动时，第一隔膜12可以有效地固定电极组件1，减小电极组件1与包装袋2之间的相对位移，降低密封部21破损和电极引线3断裂的风险，提高二次电池的安全性能。

密封部21包括第一封印区211和第二封印区212，第二封印区212位于第一封印区211远离第一隔膜12的一侧，且第一封印区211的厚度大于第二封印区212的厚度。第一隔膜12连接于第一封印区211。因为第一封印区211相比第二封印区212更靠近第一隔膜12，并且第一封印区211厚度较大，所以第一隔膜12的一部分可以更方便地嵌入到第一封印区211中，从而实现第一隔膜12与包装袋2的连接。

在本申请中，可利用封装设备热压两层包装膜22，以形成密封部21。在本实施例中，包装膜22的部分区域受到封装设备的热压作用并产生胶体，而胶体会向内流动。包装膜22的直接受到封装设备的热压作用的区域即为第二封印区212。向内流动的胶体将两层包装膜22粘接在一起，从而形成第一封印区211。在热压过程中，第二封印区212被压薄，所以第一封印区211的厚度大于第二封印区212的厚度。另外，向内流动的胶体会与第一隔膜12接触，当胶体固化后，第一隔膜12固定连接于第一封印区211。

第一隔膜12可为单层结构或多层结构。例如，在一实施例中，第一隔膜12为单层结构且包括第二连接层121，第二连接层121连接于第一连接层223；其中，第二连接层121的材质可为聚乙烯或聚丙烯。在另一实施例中，参照图9，第一隔膜12为多层结构且包括基层122和第二连接层121，第二连接层121设置于基层122的两侧且连接于第一连接层223；其中，基层122的材质可为聚乙烯，第二连接层121的材质可为聚丙烯。当然，第二隔膜113的材质与第一隔膜12的材质相同。

在本申请中，第二连接层121熔接于第一连接层223。第一连接层223的熔点和第二连接层121的熔点的差异越小，两者越容易在热压过程中连为一体，两者之间的连接强度也越高。因此。优选地，第二连接层121的熔点和第一连接层223的熔点的绝对差值小于或等于40度。

进一步优选地，第一连接层223与第二连接层121为相同材质，这样可以降低两者之间的熔接难度，提高两者的连接强度。

在第一隔膜12的分别位于电极单元11沿宽度方向Y两侧的区域中，距离第一隔膜12的自由端较远的区域连接于密封部21。第一隔膜12的自由端上需要粘接胶带13，因此，距离第一隔膜12的自由端较近的区域会受到胶带13的影响；如果将第一隔膜12的分别位于电极单元11沿宽度方向Y两侧的区域均连接于密封部21，容易导致胶带13在热压的过程中熔接于密封部21，影响胶带13的粘接强度和包装袋2的密封性能。另外，在热压时，密封部21会对第一隔膜12施加一个拉扯力，如果将距离第一隔膜12的自由端较近的区域连接于密封部21，会导致第一隔膜12的自由端受到较大的拉力，容易造成胶带13失效，第一隔膜12散开。因此，优选地，仅距离第一隔膜12的自由端较远的区域连接于密封部21。

下面对本申请的二次电池的第二实施例进行说明。为了简化描述，以下仅主要介绍第二实施例与第一实施例的不同之处，未描述的部分可以参照第一实施例进行理解。

第一隔膜12与极片沿宽度方向Y的端部相对，而极片沿宽度方向Y的端部在成型过程中会产生毛刺。但二次电池震动时，第一隔膜12可以限制极片的偏移，对应地，极片的毛刺也容易刺伤第一隔膜12。因此，在第二实施例中，参照图10，第一隔膜12在电极单元11沿宽度方向Y的两侧均设置为2-4层，也就是说可以设置2层、3层或4层，这样可以有效地降低毛刺刺穿第一隔膜12的风险，将极片与包装袋2隔开，提高安全性能。

参照图10，在电极单元1沿厚度方向Z的两端，只有一端为平坦部，即第一平坦部113a。对于分别位于厚度方向Z两端的两个极片，位于靠近第一平坦部113a的极片外侧的隔膜的层数较多，而位于靠近第二平坦部113b的极片外侧的隔膜的层数较少。为了避免隔膜层数过多，影响浸润性，优选地，第一隔膜12的自由端位于电极单元11沿厚度方向Z靠近第二平坦部113b一侧。

在宽度方向Y上，第一隔膜12的自由端和第一平坦部113a的自由端的朝向相反。当二次电池震动时，第一隔膜12的自由端和第一平坦部113a的自由端都会受到力的作用，而当第一隔膜12的自由端和第一平坦部113a的自由端的朝向相反时，可以减小第一平坦部113a的自由端受到的力，降低第二隔膜113松动的风险。

Claims (10)

1.一种电极组件，其特征在于，包括电极单元（11）和第一隔膜（12），第一隔膜（12）卷绕于电极单元（11）的外侧；

电极单元（11）包括极片和第二隔膜（113），极片设置为多个，第二隔膜（113）弯折为多层结构且包括多个平坦部和多个弯折部，多个极片和多个平坦部沿厚度方向（Z）交替层叠，相邻的两个所述平坦部经由一个所述弯折部连接；

所述多个平坦部包括第一平坦部（113a）和第二平坦部（113b），第一平坦部（113a）和第二平坦部（113b）分别位于第二隔膜（113）沿厚度方向（Z）的两端，第二平坦部（113b）位于相邻的两个极片之间；

第一隔膜（12）从第二平坦部（113b）沿宽度方向（Y）的一端延伸，并依次绕过位于第二平坦部（113b）的靠近第一平坦部（113a）的一侧的多个极片和位于第二平坦部（113b）的远离第一平坦部（113a）的一侧的极片。

2.根据权利要求1 所述的电极组件，其特征在于，第一隔膜（12）和第二隔膜（113）一体形成。

3.根据权利要求1 所述的电极组件，其特征在于，第一隔膜（12）在电极单元（11）沿宽度方向（Y）的两侧均设置为 2-4 层。

4.根据权利要求1 所述的电极组件，其特征在于，第一隔膜（12）的自由端位于电极单元（11）沿厚度方向（Z）靠近第二平坦部（113b）一侧。

5.根据权利要求4 所述的电极组件，其特征在于，在宽度方向（Y）上，第一隔膜（12）的自由端和第一平坦部（113a）的自由端的朝向相反，并且所有的极片均位于第一平坦部（113a）沿厚度方向（Z）靠近第二平坦部（113b）的一侧。

6.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求1-5 中任一项所述的电极组件（1）。

7.根据权利要求6所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池还包括包装袋（2）和电极引线（3）；

电极组件（1）收容于包装袋（2）内，包装袋（2）的边缘具有密封部（21），电极引线（3）连接于电极组件（1）并穿过密封部（21）；

第一隔膜（12）的位于电极单元（11）沿宽度方向（Y）外侧的区域连接于密封部（21）。

8.根据权利要求7所述的二次电池，其特征在于，密封部（21）包括第一封印区（211）和第二封印区（212），第二封印区（212）位于第一封印区（211）远离第一隔膜（12）的一侧，且第一封印区（211）的厚度大于第二封印区（212）的厚度；

第一隔膜（12）连接于第一封印区（211）。

9.根据权利要求7所述的二次电池，其特征在于，在第一隔膜（12）的分别位于电极单元（11）沿宽度方向（Y）两侧的区域中，距离第一隔膜（12）的自由端较远的区域连接于密封部（21）。

10.根据权利要求7所述的二次电池，其特征在于，包装袋（2）包括两层包装膜（22），电极组件（1）位于两层包装膜（22）之间，两层包装膜（22）在边缘连接并形成密封部（21）；

各包装膜（22）包括保护层（221）、金属层（222）和第一连接层（223），第一连接层（223）设置于金属层（222）的朝向电极组件（1）的表面，保护层（221）设置于金属层（222）的远离电极组件（1）的表面；

两层包装膜（22）的第一连接层（223）熔接为一体；

第一隔膜（12）包括第二连接层（121），第二连接层（121）连接于第一连接层（223），且第二连接层（121）的熔点和第一连接层（223）的熔点的绝对差值小于或等于40度。