电极组件及电化学装置的制作方法

1.本技术涉及电化学装置技术领域，特别是涉及一种电极组件及电化学装置。


背景技术：

2.随着手机、电脑、电动汽车、手持电动工具等产品的不断普及，以锂离子、钠离子电池为代表的二次电池作为上述产品的核心部件，其各项性能也愈发受到消费者的重视。按电极组件成型方式分类，可以分为叠片式电池和卷绕式电池，其中叠片式电池由于在安全性、能量密度等方面的优势，被各厂家广泛重视。
3.本技术的发明人注意到，对于叠片式电池，在热箱测试时，电极组件的隔膜在高温环境中会发生收缩变形；由于叠片电池极耳的弯折，使得极耳弯折方向上的最外层极片更容易与其相邻极片之间发生分离，这就使得二者之间的隔膜受到的限制减小，在后续热箱测试中，该隔膜更容易发生收缩变形，这就易导致该隔膜两侧的正负极片直接接触，造成电池短路。


技术实现要素：

4.本技术旨在提供一种电极组件及电化学装置，以降低电化学装置的在热箱测试中的短路风险。
5.本技术的第一方面，提供了一种电极组件，包括交错层叠设置的若干第一极片、若干隔膜和若干第二极片。隔膜用于分隔第一极片和第二极片，第一极片设置有第一极耳，第一极耳朝第一方向弯折设置。其中，第一方向平行于第一极片、隔膜和第二极片的层叠方向。沿第一方向的一侧，电极组件的最外层极片为第一外层极片，第一外层极片设置有第一外层极耳。沿与第一方向相反的方向，与第一外层极片接触的隔膜为第一隔膜，第一隔膜连接于第一外层极耳。
6.上述技术方案中，通过在第一外层极耳处将第一隔膜连接固定，以此限制在热箱测试中第一隔膜的收缩，使得第一隔膜始终将第一外层极片与第二极片隔离，同时第一隔膜可隔绝部分第一外层极耳以及第二极片，可减少第一外层极耳与第二极片相接触，从而降低电极组件或电化学装置的短路风险。
7.在一些实施方式中，电极组件还包括覆盖粘结件，第一隔膜通过覆盖粘结件连接于第一外层极耳。通过覆盖粘结件的限制，可减少第一隔膜的收缩，使得第一隔膜和覆盖粘结件隔离第一外层极片和第二极片，以降低电极组件或电化学装置的短路风险。同时，由于覆盖粘结件与第一隔膜采用分体连接设置，使得覆盖粘结件可根据第一外层极耳的尺寸进行适应性设置，从而减少第一隔膜的裁剪步骤，以及降低第一隔膜的材料成本。
8.在一些实施方式中，覆盖粘结件包括基材层和连接层，连接层设置于基材层的表面，连接层连接于第一隔膜和第一外层极耳。基材层的收缩率更小，可起到支撑连接层的作用，以减少连接层的收缩，保证覆盖粘结件整体结构稳定，从而稳定连接第一隔膜和第一外层极耳。
9.在一些实施方式中，沿第一方向观察，覆盖粘结件至少部分覆盖第一外层极耳。覆盖粘结件分隔第一外层极耳的至少部分以及第二极片，从而进一步减少第一外层极耳与第二极片发生接触，从而降低电极组件或电化学装置的短路风险。
10.在一些实施方式中，第一隔膜通过粘结剂与第一外层极耳直接连接，如此可提高第一隔膜与第一外层极耳连接的整体性。
11.在一些实施方式中，第一外层极片包括第一子集流体和第一子活性物质层，第一子活性物质层设置于第一子集流体朝向电极组件内侧的表面上。由于第一外层极片背离电极组件内侧的方向上无其他极片，第一子活性物质层可仅涂覆于第一子集流体的朝向电极组件内侧的表面上，以节省空间及材料成本，提高电化学装置的能量密度。
12.在一些实施方式中，第一外层极耳与第一子集流体一体成型设置，可提高第一极外层极耳与第一子集流体的整体强度，保证第一极片结构稳定。第一外层极片的极性为阴极，单面阴极收尾，充分利用各极片上的涂层。
13.在一些实施方式中，沿第二方向，第一隔膜设置有凸出部，在第一隔膜靠近第一极耳的一端，凸出部凸出于第二极片。其中，第二方向平行于第一子集流体至第一外层极耳的方向。通过设置凸出部，便于第一隔膜完全分隔第一外层极片以及第二极片，同时凸出于也便于与覆盖粘结件的连接。
14.可选的，沿第二方向，凸出部的长度为l1，覆盖粘结件的长度为l，第一极耳的长度为l2，满足：l1＜l＜l2；由于覆盖粘结件的长度大于凸出部的长度，可使得覆盖粘结件粘接于凸出部的背离第一外层极片的端面，以增大覆盖粘结件与凸出部的连接面积，保证连接稳定；同时，覆盖粘结件的长度小于第一外层极耳的长度，可为第一外层极耳预留与外部用电设备连接的部分，以便于与外部设备电连接。
15.可选的，沿第三方向，第一外层极耳的宽度为w1，覆盖粘结件的宽度为w，第一外层极片的宽度为w2，满足w1＜w＜w2；将覆盖粘结件的宽度设置为大于第一外层极耳的宽度，可使得覆盖粘结件在第三方向上覆盖第一外层极耳，以减少覆盖粘结件与第二极片相接触。
16.可选的，覆盖粘结件与第二极片之间设置有第一间隙空间，沿第二方向，第一间隙空间的长度为d，满足d≤0.2mm(毫米)，以此为第一隔膜预留较小的收缩空间，从而减少第二极片对覆盖粘结件的干涉，保证覆盖粘结件连接结构稳定。其中，第一方向、第二方向以及第三方向两两相互垂直。
17.在一些实施方式中，沿第二方向，第一极片的长度为l3，第一隔膜的长度为l4，第二极片的长度为l5，满足：1mm≤l4-l5≤2mm，0.5mm≤l5-l3≤2mm；和/或，沿第三方向，第一极片的宽度为w3，第一隔膜的宽度为w4，第二极片的宽度为w5；满足：1mm≤w4-w5≤2mm，0.5mm≤w5-w3≤2mm。第一隔膜的尺寸大于第一极片以及第二极片的尺寸，使得隔膜可完全分隔第一极片和第二极片；以第一极片为阴极极片为例，第一极片的尺寸小于第二极片的尺寸，使得第二极片具有足够的余量嵌入第一极片脱嵌的锂离子，从而缓解电极组件的析锂。
18.第二方面，本技术的实施例还出了一种电化学装置，包括如上述任一实施例的电极组件。
19.第三方面，本技术的实施例还提出了一种用电设备，包括如上述第二方面的电化
学装置。
20.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据附图获得其他的附图。
22.图1为本技术一些实施例的电极组件的结构示意图(未示出第二极耳)；
23.图2为本技术一些实施例的第一极片的结构示意图(第一极耳未弯折)；
24.图3为本技术一些实施例的第二极片的结构示意图(第二极耳未弯折)；
25.图4为本技术一些实施例的电极组件的结构示意图(未示出第二极耳)；
26.图5为本技术一些实施例的第一外层极片的结构示意图；
27.图6为本技术一些实施例的电极组件的结构示意图(未示出第二极耳)；
28.图7为本技术一些实施例的覆盖粘结件的结构示意图；
29.图8为本技术一些实施例的覆盖粘结件与第一外层极耳和第一隔膜的连接示意图；
30.图9为本技术一些实施例的覆盖粘结件与第一外层极耳和第一隔膜的连接示意图；
31.图10为本技术一些实施例的覆盖粘结件、第一隔膜以及第一外层极耳的连接示意图；
32.图11为本技术一些实施例的覆盖粘结件、第一隔膜以及第一外层极耳的连接示意图；
33.图12为本技术一些实施例的覆盖粘结件与第一外层极耳和第一隔膜的连接示意图；
34.图13为本技术一些实施例的第一极片、隔膜以及第二极片的层叠示意图。
35.附图标记说明：
36.100、电极组件；
37.10、第一极片；11、第一集流体；111、第一主表面；12、第一涂层；13、第一极耳；
38.20、第二极片；21、第二集流体；211、第二主表面；22、第二涂层；23、第二极耳；
39.30、隔膜；
40.40、第一外层极片；41、第一子集流体；42、第一子活性物质层；43、第一外层极耳；
41.50、第一隔膜；51、凸出部；
42.60、第一转接极耳；
43.70、覆盖粘结件；70a、基材层；70b、连接层；71、第一端部；72、第二端部；
44.80、第一间隙空间；
45.x、第二方向；y、第三方向；z、第一方向。
具体实施方式
46.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。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“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
47.在本技术实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本技术实施例的描述中，术语“多个”以及“若干”指的是两个以上(包括两个)。
48.在本技术实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
49.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。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。
50.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。本说明书中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。
51.第一方面，本技术提出了一种电极组件100，请参照图1，该电极组件100包括交错层叠设置的若干第一极片10、若干第二极片20、若干隔膜30、以及第一外层极片40。
52.对于上述第一极片10，请参照图1和图2，第一极片10包括第一集流体11和第一涂层12。第一集流体11呈片状，其各部位厚度基本一致，第一集流体11的厚度通常介于3微米至20微米之间。第一集流体11的材质可采用铜箔或铝箔等，本技术的实施例中以第一极片10为阴极极片为例，第一集流体11可采用铝箔。可以理解的是，在其他一些实施例中，第一极片10还可为阳极极片，也即第一集流体11还可采用铜箔。
53.沿第一方向z，第一集流体11包括相对设置的两个第一主表面111，该两个第一主表面111均可设置上述第一涂层12。第一涂层12包括阴极活性材料、导电剂、粘接剂等，上述各材料混合后搅拌均匀并涂覆于第一集流体11的至少一个第一主表面111，从而得到第一涂层12。
54.请继续参照图1和图2，第一极片10设置有第一极耳13，第一极耳13可将第一极片10的极性引出，以便于与外部用电设备电连接。第一极耳13可通过激光焊接或者导电胶连接的方式与第一集流体11电连接。可选的，第一极耳13与第一集流体11一体成型设置，例如通过在第一集流体11上一体裁切或者冲切出凸出的第一极耳13，如此可保证第一极片10的整体性，提高整体强度。
55.对于上述第二极片20，请参照图1和图3，第二极片20包括第二集流体21和第二涂层22。第二极片20与第一极片10平行设置，沿第一方向z，第二集流体21包括相对设置的两个第二主表面211，该两个第二主表面211均可设置第二涂层22。第二极片20的极性与第一极片10的极性相反，例如，第一极片10为阴极极片，第二极片20为阳极极片，第二集流体21即采用铜箔，第二涂层22则包括阳极活性材料、导电剂、粘接剂以及去离子水等。
56.在一些实施例中，第二极片20设置有第二极耳23，第二极耳23用于将第二极片20的极性引出，第二极片20也可通过激光焊接或者导电胶连接的方式与第二集流体21连接，或者与第二集流体21一体成型设置，例如通过在第二集流体21上一体裁切或者冲切出凸出的第二极耳23，如此可提高第二极片20的整体强度。
57.对于上述隔膜30，请参照图1，隔膜30设置于相邻的第一极片10与第二极片20之间，以分隔二者，隔膜30上设置有多个小孔(图未示)，以作为第一极片10和第二极片20之间的离子传输通道。
58.请参照图1，在一些实施例中，电极组件100包括多个第一极片10，每个第一极片10均连接有第一极耳13，为便于引出各第一极片10的极性，各第一极耳13均朝第一方向z弯折设置后于转接件(图中未示出)焊接，以便于将第一极耳13的极性通过转接件与外部用电装置连接。
59.可选的，请参照图4，电极组件100还包括第一转接极耳60，各第一极耳13均朝第一方向z弯折设置并与第一转接极耳60电连接，使得第一转接极耳60引出所有第一极片10的极性。第一极耳13朝第一方向z弯折设置，可增大第一极耳13与第一转接极耳60的连接面积，提高连接强度；同时还可减少电极组件100在第二方向x上的长度尺寸，以满足电化学装置的小型化设计要求。
60.对于上述第一外层极片40，请参照图1，第一外层极片40的极性与第一极片10的极性相同。沿第一方向z的一侧，电极组件100的最外层极片为所述第一外层极片40；沿与第一方向z相反的方向，与第一外层极片40接触的隔膜30为第一隔膜50，第一隔膜50背离第一外层极片40的一侧为第二极片20，也即第一隔膜50设置于第二极片20与第一外层极片40之间，以分隔第二极片20和第一外层极片40。第一隔膜50同上述隔膜30类似，第一隔膜50上也设置有多个小孔(图未示)，以供第一外层极片40与第二极片20之间的离子传输。
61.请进一步参照图5，第一外层极片40包括第一子集流体41和第一子活性物质层42，第一子活性物质层42可设置于第一子集流体41的至少一个表面。由于第一外层极片40在背离电极组件100内侧的方向(第一方向z)上无其他极片，因此，第一外层极片40可采用单面涂覆的方式，例如，第一子活性物质层42仅涂覆于第一子集流体41的朝向电极组件100内侧的表面上，以节省空间及材料成本，提高电化学装置的能量密度。
62.第一外层极片40设置有第一外层极耳43，第一外层极耳43和上述多个第一极耳13于电极组件100的同一端伸出。第一外层极耳43可采用激光焊接或者导电胶的方式与第一子集流体41电连接，或者第一外层极耳43也可与第一子集流体41一体成型设置，如通过裁切或者冲切第一子集流体41一体形成凸出的第一外层极耳43。
63.第一外层极耳43与上述多个第一极耳13电连接，由于第一外层极耳43设置于电极组件100的外层，第一外层极耳43的弯折程度较小，或者第一外层极耳43不弯折。可选的，也可设置第一转接极耳60，上述多个第一极耳13和第一外层极耳43均与第一转接极耳60电连接。
64.请参照图1，第一隔膜50沿第二方向x延伸，并且第一隔膜50与第一外层极耳43连接，连接方式可采用粘接或卡接等，例如第一隔膜50通过粘接剂与第一外层极耳43直接粘接，以提高第一隔膜50与第一外层极耳43连接的整体性。本实施例中，通过在第一外层极耳43处将第一隔膜50连接固定，以此限制第一隔膜50的收缩，使得第一隔膜50始终将第一外
层极片40与第二极片20隔离，同时第一隔膜50可隔绝部分第一外层极耳43以及第二极片20，可减少第一外层极耳43与第二极片20相接触，从而降低电极组件100或电化学装置的短路风险。
65.在一些实施例中，请参照图6，电极组件100还包括覆盖粘结件70，第一隔膜50通过覆盖粘结件70连接于第一外层极耳43。请进一步参照图7，覆盖粘结件70包括相对设置的第一端部71和第二端部72，第一端部71与第一隔膜50连接，第二端部72与第一外层极耳43连接。通过覆盖粘结件70的限制，可减少第一隔膜50的收缩，使得第一隔膜50和覆盖粘结件70隔离第一外层极片40和第二极片20，以降低电极组件100或电化学装置的短路风险。同时，由于覆盖粘结件70与第一隔膜50分体设置，使得覆盖粘结件70可根据第一外层极耳43的尺寸进行适应性设置，从而减少第一隔膜50的裁剪步骤，以及降低第一隔膜50的材料成本。
66.请继续参照图6和图7，覆盖粘结件70包括基材层70a和连接层70b。连接层70b起到连接作用，用于连接第一隔膜50和第一外层极耳43。基材层70a设置于连接层70b的表面，例如基材层70a设置于连接层70b的背离第一隔膜50以及第一外层极耳43的表面。其中，基材层70a的抗拉强度大于连接层70b的抗拉强度，基材层70a的收缩率更小，可起到支撑连接层70b的作用，以减少连接层70b的收缩；例如，连接层70b采用丙烯酸胶层，基材层70a采用pet塑料(聚对苯二甲酸类塑料)。本实施例中，通过设置基材层70a，可保证覆盖粘结件70整体结构稳定，从而稳定连接第一隔膜50和第一外层极耳43。
67.沿第一隔膜50至第一外层极耳43的方向观察(第一方向z)，沿第二方向x，第一端部71与第二端部72依次设置，覆盖粘结件70至少部分覆盖第一外层极耳43，这就使得覆盖粘结件70可分隔第一外层极耳43的至少部分以及第二极片20，从而进一步减少第一外层极耳43与第二极片20发生接触，从而降低电极组件100或电化学装置的短路风险。
68.请参照图6和图8，沿平行于第一子集流体41至第一外层极耳43的方向(第二方向x)，第一隔膜50形成有凸出部51，在第一隔膜50靠近第一极耳13的一端，凸出部51凸出于第二极片20。通过设置凸出部51，可便于第一隔膜50完全分隔第一外层极片40以及第二极片20，同时凸出于也便于与覆盖粘结件70的连接。
69.在其他一些实施例中，凸出部51还可同时凸出于第二极片20和第一外层极片40，同样的，覆盖粘结件70也可粘接于凸出部51的面向第一外层极片40的端面。
70.请一并参照图6、图9和图10，沿第二方向x，凸出部51的长度为l1，覆盖粘结件70的长度为l，第一极耳13的长度为l2，满足：l1＜l＜l2。由于覆盖粘结件70的长度大于凸出部51的长度，可使得覆盖粘结件70粘接于凸出部51的背离第一外层极片40的端面，以增大覆盖粘结件70与凸出部51粘接面积，保证连接稳定。同时，覆盖粘结件70的长度小于第一外层极耳43的长度，可为第一外层极耳43预留与外部用电设备连接的部分，以便于与外部设备电连接。
71.请继续参照图11，沿第三方向y，第一外层极耳43的宽度为w1，覆盖粘结件70的宽度为w，第一外层极片40的宽度为w2，满足w1＜w＜w2。将覆盖粘结件70的宽度设置为大于第一外层极耳43的宽度，可使得覆盖粘结件70在第三方向y上覆盖第一外层极耳43，以减少覆盖粘结件70与第二极片20相接触。需要说明的是，本技术的实施例中，第一方向z、第二方向x以及第三方向y两两相互垂直。
72.在一些实施例中，请进一步参照图12，覆盖粘结件70与第二极片20之间具有第一
间隙空间80，该第一间隙空间80可为第一隔膜50预留可收缩空间，以便于第一隔膜50的小幅度收缩。例如，覆盖粘结件70设置于第一隔膜50的背离第一外层极耳43的表面，沿第二方向x，覆盖粘结件70与第二极片20之间的第一间隙空间80的长度为d，满足d≤0.2毫米，以此为第一隔膜50预留较小的收缩空间，从而减少第二极片20对覆盖粘结件70的干涉，保证覆盖粘结件70连接结构稳定。
73.请参照图13，在一些实施例中，沿第二方向x，第一极片10的长度为l3，隔膜30的长度为l4，第二极片20的长度为l5，满足：1mm≤l4-l5≤2mm，0.5mm≤l5-l3≤2mm；和/或，沿第三方向y，第一极片10的宽度为w3，隔膜30的宽度度为w4，第二极片20的宽度为w5，满足：1mm≤w4-w5≤2mm，0.5mm≤w5-w3≤2mm。隔膜30的尺寸大于第一极片10以及第二极片20的尺寸，使得隔膜30可完全分隔第一极片10和第二极片20；以第一极片10为阴极极片为例，第一极片10的尺寸小于第二极片20的尺寸，便于使得第二极片20具有足够的余量嵌入第一极片10脱嵌的锂离子，从而缓解电极组件100的析锂。
74.本技术的实施例中，通过在第一外层极耳43处将第一隔膜50连接固定，以此限制第一隔膜50的收缩，使得第一隔膜50始终将第一外层极片40与第二极片20隔离，同时第一隔膜50可隔绝部分第一外层极耳43以及第二极片20，可减少第一外层极耳43与第二极片20相接触，从而降低电极组件100或电化学装置的短路风险。
75.第二方面，本技术的实施例还提出了一种电化学装置(图未示)，包括如上述任一实施例所述的电极组件100以及壳体(图未示)。其中，壳体围合有容置腔，电极组件100收容于壳体的容置腔内。第一极片10的第一极耳13和第二极片20第二极耳23均伸出于壳体外；可选的，电化学装置还包括第一转接极耳60和第二转接极耳(图未示)，多个第一极耳13和第一外层极耳43于容置腔内电连接第一转接极耳60的一端，第一转接极耳60的另一端伸出于壳体外，以作为电化学装置的一个极性；多个第二极耳23于容置腔内电连接第二转接极耳的一端，第二转接极耳的另一端伸出于壳体外，以作为电化学装置的另一个极性。
76.需要说明的是，本技术的实施例中，电化学装置是组成电池或电池模组的最小单元，是具体实现电能和化学能转换的场所。
77.第三方面，本技术的实施例还提出了一种用电设备，包括上述任一实施例所述的电化学装置。本技术实施例的电子设备没有特别限定，其可以是现有技术中已知的任何电子设备。例如，电子设备包括但不限于蓝牙耳机、手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。
78.需要说明的是，本技术的说明书及其附图中给出了本技术的较佳的实施例，但是，本技术可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本技术内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本技术说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本技术所附权利要求的保护范围。