CN115939303B - 叠片电芯、二次电池、电池模块、电池包和用电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种叠片电芯、二次电池、电池模块、电池包和用电装置，该叠片电芯包括第一极片、至少一第二极片、隔离膜和绝缘层。第一极片往复弯折层叠设置，以形成至少两个第一极片层。每一第二极片设置于相邻的连个第一极片层之间。隔离膜设置在第一极片和第二极片之间，以隔离第一极片与第二极片。绝缘层设置于第一极片的弯折段内侧的集流体表面与第二极片的靠近弯折段内侧的端面之间，以阻止第一极片的弯折段处的集流体与第二极片的靠近弯折段处的集流体电连接。其中，第一极片和第二极片中的一者为正极片，另一者为负极片。上述叠片电芯能够有效地改善电池的安全性能。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种叠片电芯、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。
背景技术
目前，电池中的电芯主要通过叠片和卷绕工艺制作而成，由于叠片电芯具有诸多优点而得到较为广泛的应用，例如高倍率、高能量密度等。然而，电池在充放电过程中，叠片电芯容易发生短路，导致电池存在安全隐患。
发明内容
本申请提供了一种叠片电芯、二次电池、电池模块、电池包和用电装置，能够有效地改善电池的安全性能。
第一方面，本申请提供了一种叠片电芯，包括：
第一极片，第一极片往复弯折层叠设置，以形成至少两个第一极片层；
至少一第二极片，每一第二极片设置于相邻的两个第一极片层之间；
隔离膜，设置在第一极片和第二极片之间，以隔离第一极片与第二极片；
绝缘层，设置于第一极片的弯折段内侧的集流体表面与第二极片的靠近弯折段内侧的端面之间，以阻止所述第一极片的弯折段处的集流体与所述第二极片的靠近所述弯折段处的集流体电连接，
其中，第一极片和第二极片中的一者为正极片，另一者为负极片。
本申请的技术方案中，在第一极片的弯折段内侧的集流体表面和第二极片的靠近弯折段内侧的端面之间设置绝缘层，该绝缘层能够防止第一极片中弯折段处的集流体与第二极片中靠近弯折段处的集流体接触，从而能够避免电池短路的发生，提高了电池的安全性能；此外，随着电池充放电循环的进行，容易在弯折段对应的区域形成连接第一极片集流体与第二极片集流体的锂枝晶，该锂枝晶能够使第一极片和第二极片电连接形成短路，而绝缘层的设置能够阻止形成的锂枝晶将第一极片集流体与第二极片集流体电连接，这样使得电池的安全性能得到改善。
在本申请的一些实施例中，所述绝缘层包括第一绝缘层，所述第一绝缘层设置于所述第一极片的弯折段内侧的集流体表面。通过在第一极片弯折段内侧的集流体表面设置第一绝缘层，可以降低电芯的制造难度，提高生成效率及降低制造成本。
在本申请的一些实施例中，所述绝缘层包括第二绝缘层，所述第二绝缘层设置于所述第二极片的靠近所述弯折段内侧的端面。在电池充放电循环的过程中，容易在弯折段对应的区域形成连接第一极片集流体与第二极片集流体的锂枝晶，该锂枝晶能够使第一极片和第二极片电连接形成短路，而第二绝缘层的设置能够阻止形成的锂枝晶将第一极片集流体与第二极片集流体电连接，避免出现第一极片与第二极片电连接形成短路的现象。
在本申请的一些实施例中，所述绝缘层包括第三绝缘层，所述第三绝缘层设置于所述隔离膜的朝向所述弯折段内侧的表面。通过第三绝缘层的设置，一方面，可以阻止第一极片的集流体和第二极片的集流体电连接形成短路；另一方面，可以防止锂枝晶刺破隔离膜。
在本申请的一些实施例中，所述绝缘层为金属氧化物层；可选的，所述金属氧化物层中金属氧化物选自氧化铝、氧化镁和氧化镍中的至少一种。在本申请的技术方案中，金属氧化物层不仅能够起到绝缘作用，而且还可以防止集流体被破坏，或者发生氧化、腐蚀等现象，显著改善集流体的长期可靠性和使用寿命。此外，金属氧化物层设置在集流体或隔离膜的表面不易脱落，从而能够进一步改善电池的安全性能。
在本申请的一些实施例中，所述绝缘层的厚度的为8μm～20μm。绝缘层的厚度设置在该范围内，有利于对第一极片、隔离膜和第二极片进行加工处理。
在本申请的一些实施例中，所述弯折段包括具有第一弯折面的第一弯折段、具有第二弯折面的第二弯折段和具有第三弯折面的第三弯折段，所述第二弯折段的两端分别垂直连接所述第一弯折段和所述第二弯折段，所述第一弯折面、第二弯折面和第三弯折面连接形成所述弯折段的弯折面。通过设置第一弯折段、第二弯折段和第三弯折段，可以进一步降低第一极片的加工处理难度。
在本申请的一些实施例中，所述第一弯折段、第二弯折段和第三弯折段的总长度L满足：0.3mm≤L≤0.7mm。
在本申请的一些实施例中，所述第二弯折段的长度为0.1mm～0.3mm。
第二方面，本申请提供了一种二次电池，该电池包括上述任一实施例中的叠片电芯。
本申请的技术方案中，由于二次电池包含上述实施例中的叠片电芯，因此，二次电池也具有上述叠片电芯中的有益效果。
第三方面，本申请提供了一种电池模块，包括上述实施例中的二次电池。
本申请的技术方案中，由于电池模块包含上述实施例中的二次电池，因此，电池模块也具有上述二次电池中的有益效果。
第四方面，本申请提供了一种电池包，包括上述实施例中的电池包。
本申请的技术方案中，由于电池包包含上述实施例中的电池模块，因此，电池包也具有上述电池模块中的有益效果。
第五方面，本申请提供了一种用电装置，包括上述实施例中的二次电池、电池模块、电池包中的至少一种。
本申请的技术方案中，由于用电装置包含上述实施例中的二次电池、电池模块或电池包，因此，电池包也具有上述二次电池、电池模块或电池包中的有益效果。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请一些实施例的电芯的横截面结构示意图；
图2为本申请一些实施例的电芯的横截面结构示意图；
图3为本申请另一些实施例的电芯的横截面结构示意图；
图4为对比例1中的电芯的横截面结构示意图；
图5为对比例2中的电芯的横截面结构示意图；
图6为本申请一些实施例的二次电池的立体图；
图7为本申请一些实施例的二次电池的爆炸结构示意图；
图8为本申请一些实施例的电池模块的示意图；
图9为本申请一些实施例的电池包的示意图；
图10为本申请一些实施例的电池包的爆炸结构示意图；
图11为本申请一些实施例的用电装置的示意图。
具体实施方式中的附图标号如下：
11-第一极片
111-第一集流体；
112-第一活性层；
12-第二极片；
121-第二集流体；
122-第二活性层；
13-隔离膜；
14-绝缘层；
15-锂枝晶。
20-二次电池；
21-壳体；
22-电极组件；
23-盖体组件；
30-电池模块；
40-电池包；
41-第一箱体；
42-第二箱体；
50-电动汽车。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请的描述中，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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
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申请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。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请的描述中，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。
在本申请的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
在本申请的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，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或两个元件的相互作用关系。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。
本发明人注意到，电池中的叠片电芯通过一极片往复弯折形成弯折段处可能存在第一极片的集流体和第二极片的集流体相接触的问题，这样容易发生短路。此外，电池在充放电循环的过程中，叠片电芯的弯折段对应的区域容易产生锂枝晶，该锂枝晶具有尖锐的边角，并且还具有导电性，从而能够刺破隔离膜使第一极片的集流体和第二极片的集流体电连接形成短路，这样会导致电池在使用过程中存在燃烧等安全风险。
为解决叠片电芯在弯折段处容易形成短路的问题，发明人经过深入研究，设计了一种电芯，在电芯的弯折段内侧所对应的空间区域内设置绝缘层，使电芯的弯折段内侧不能发生电连接，进而无法形成短路，从而实现改善电池的安全性能的目的。
以下实施例为了方便说明，以本申请一些实施例的叠片电芯结构为例进行说明。
参照图1，本申请提供了一种叠片电芯，包括第一极片11、至少一第二极片12、隔离膜13和绝缘层14。在本申请提供的实施例中，第一极片11往复弯折层叠设置，以形成至少两个第一极片层。每一第二极片12设置于相邻的两个第一极片层之间。隔离膜13设置在第一极片11和第二极片12之间，以隔离第一极片11与第二极片12。绝缘层14设置于第一极片11的弯折段内侧的集流体表面与第二极片12的靠近弯折段内侧的端面之间，以阻止第一极片11的弯折段处的集流体与第二极片12的靠近弯折段处的集流体电连接。其中，第一极片11和第二极片12中的一者为正极片，另一者为负极片。可以理解的是，极片包括集流体和设置在集流体表面上的活性层。
本申请的技术方案中，在第一极片的弯折段内侧的集流体表面和第二极片的靠近弯折段内侧的端面之间设置绝缘层，该绝缘层能够防止第一极片中弯折段处的集流体与第二极片中靠近弯折段处的集流体接触，从而能够避免电池短路的发生，提高了电池的安全性能；此外，随着电池充放电循环的进行，容易在第一极片的弯折段对应的区域形成连接第一极片集流体与第二极片集流体的锂枝晶，该锂枝晶能够使第一极片和第二极片电连接形成短路，而绝缘层的设置能够阻止形成的锂枝晶将第一极片集流体与第二极片集流体电连接，这样使得电池的安全性能得到改善。
继续参照图1，第一极片11包括第一集流体111和设置在第一集流体111表面上的第一活性层112。在本申请的一些实施例中，第一集流体111上相对的第一表面和第二表面上均设置有第一活性层112。本申请对于第一集流体111和第一活性层112不做特殊限制，可以为本领域技术人员所熟知的集流体和活性层。
具体的，第一极片11为负极片时，第一集流体111为负极集流体，第一活性层112为负极活性层。其中，负极集流体可以采用金属箔材或多孔金属板等材质。示例性的，负极集流体的材质可以但不限于为铜、镍、钛或铁等金属或它们的合金的箔材或多孔板。进一步的，在本申请的一些具体实施例中，负极集流体采用铜箔。
负极活性层中的负极活性材料可以但不限于为天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、纳米碳、碳纤维、单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅合金、单质锡、锡氧化合物、锡碳复合物、锡合金及钛酸锂中的一种或多种。
在本申请的一些具体实施例中，负极活性层中的负极活性材料包括碳基负极活性物质。示例性的，碳基负极活性物质可以但不限于为天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、纳米碳及碳纤维中的一种或多种。进一步的，上述负极活性材料包括天然石墨及人造石墨中的一种或多种。
此外，负极活性层还可以包括导电剂和粘结剂。本申请对负极活性层2中的导电剂和粘结剂的种类不做具体限制，可以根据实际需求进行选择。示例性的，导电剂可以但不局限于为石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的一种或多种；粘结剂可以但不局限于为丁苯橡胶(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、水性丙烯酸树脂及羧甲基纤维素(CMC)中的一种或多种。
进一步的，负极活性层还可以包括增稠剂，例如羧甲基纤维素(CMC)。
继续参照图1，第二极片12包括第二集流体121和设置在第二集流体121表面上的第二活性层。在本申请的一些实施例中，第二集流体121上相对的第一表面和第二表面上均设置有第二活性层122。本申请对于第二集流体121和第二活性层122不做特殊限制，可以为本领域技术人员所熟知的集流体和活性层。
具体的，第一极片11为负极片时，则第二极片12为正极片，此时，第二集流体121为正极集流体，第二活性层122为正极活性层。其中，正极集流体可以采用金属箔材或多孔金属板等材质。示例性的，正极集流体的材质可以但不限于为铜、镍、钛或银等金属或它们的合金的箔材或多孔板。进一步的，在本申请的一些具体实施例中，正极集流体采用铝箔。
在本申请的一些实施例中，正极活性层内的正极活性材料可选自能嵌入、脱出锂离子的材料。示例性的，正极活性材料可以为锂过渡金属复合氧化物，其中过渡金属可以是Mn、Fe、Ni、Co、Cr、Ti、Zn、V、Al、Zr、Ce及Mg中的一种或多种。
进一步的，锂过渡金属复合氧化物可以但不局限于为LiMn2O4、LiNiO2、LiCoO2中的一种或多种。
此外，锂过渡金属复合氧化物还可以掺杂其它过渡金属、非过渡金属及非金属中的一种或几种。
在本申请的一些实施例中，正极活性层中还可以包括导电剂和粘结剂。本申请对正极活性层中导电剂及粘结剂的种类不做具体限制，可以根据实际需求进行选择。
示例性的，导电剂可以但不局限于为石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中一种或多种；粘结剂可以但不局限于为丁苯橡胶(SBR)、水性丙烯酸树脂、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、含氟丙烯酸树脂及聚乙烯醇(PVA)中的一种或多种。
在本申请的一些实施例中，第一极片11为负极片，则第二极片12为正极片，或者，第一极片11为正极片，则第二极片12为负极片。极片种类的选择可以根据实际需求进行选择。
在此需要说明的是，叠片电芯中第一极片11需要往复弯折层叠设置，因此在弯折段内侧通常不设置活性层，即弯折段内侧的第一集流体111裸露在外部，这样能够避免第一极片11在弯折过程中第一活性层112脱落，而第一极片11与第二极片12容易电连接形成短路，从而导致电池在使用过程中产生安全风险。
本申请的实施例中，对隔离膜13的材料没有特别的限制，可以选用任意公知的具有电化学稳定性和化学稳定性的多孔结构隔离膜，例如玻璃纤维、无纺布、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及聚偏二氟乙烯(PVDF)中的一种或多种的单层或多层薄膜。
继续参照图1，在本申请的一些实施例中，绝缘层14包括第一绝缘层，该第一绝缘层设置于第一极片11的弯折段内侧的集流体表面。如上所述，第一极片11的弯折段内侧的集流体表面未设置有活性层，因此，第一绝缘层设置在此处，能够较好的隔绝第一极片11的集流体与第二极片12的集流体电连接。而且，通过在第一极片11弯折段内侧的集流体表面设置第一绝缘层，可以降低电芯的制造难度，提高生产效率及降低制造成本。
具体的，第一极片11在制痕完成后，对其裸露的第一集流体111表面上喷涂绝缘材料形成第一绝缘层。
此外，为了有利于第一极片11往复弯折层叠设置，在本申请的一些实施例中，第一绝缘层的厚度小于第一极片11上的第一活性层112的厚度。
在本申请的一些实施例中，第一绝缘层的厚度的为8μm～20μm，示例性的，第一绝缘层的厚度可以但不局限于为8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm。第一绝缘层的厚度设置在该范围内，有利于对第一极片11进行弯折等加工处理。
在本申请的一些实施例中，第一绝缘层为金属氧化物层。一方面，该金属氧化物层能够较好的隔绝第一极片11的弯折段内侧的集流体与第二极片12中靠近弯折段内侧的集流体电连接。另一方面，金属氧化物层还可以防止集流体被破坏，或者发生氧化、腐蚀等现象，显著改善集流体的长期可靠性和使用寿命。此外，金属氧化物层设置在集流体或隔离膜的表面不易脱落，可以使电池的安全性能得到进一步改善。另外，金属氧化物层还具有耐高温性能，从而进一步提高电池的安全性能。
进一步的，在本申请的一些实施例中，金属氧化物层中金属氧化物选自氧化铝、氧化镁和氧化镍中的至少一种。
在本申请的一些具体实施例中，金属氧化物层中的金属氧化物选自氧化铝。
此外，该金属氧化物层中还可以包括添加剂，进一步提高金属氧化物层的粘结性、抗氧化性或耐高温性等。示例性的，上述添加剂可以为粘结剂。
参照图2，在本申请的一些实施例中，绝缘层14包括第二绝缘层，该第二绝缘层设置于所述第二极片12的靠近第一极片11弯折段内侧的端面。在电池充放电循环的过程中，容易在第一极片11的弯折段对应的区域形成连接第一极片11集流体与第二极片12集流体的锂枝晶15，该锂枝晶15能够使第一极片11和第二极片12电连接形成短路，而第二绝缘层的设置能够阻止形成的锂枝晶15将第一极片11集流体与第二极片12集流体电连接，避免出现第一极片11与第二极片12电连接形成短路的现象。
具体的，第二极片12完成冲切后，将若干第二极片12堆叠起来，统一在这些第二极片12端面喷涂绝缘材料形成第二绝缘涂层，以完全覆盖住这些第二极片12的端面。
在本申请的一些实施例中，第二绝缘层的厚度的为8μm～20μm，示例性的，第二绝缘层的厚度可以但不局限于为8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm。
在本申请的一些实施例中，第二绝缘层的宽度大于第二极片12靠近第一极片11弯折段内侧的端面宽度。
在本申请的一些实施例中，第二绝缘层为金属氧化物层。一方面，该金属氧化物层能够较好的隔绝第一极片11的弯折段内侧的集流体与第二极片12中靠近弯折段内侧的集流体电连接。另一方面，金属氧化物层不仅能够起到绝缘作用，而且还可以防止集流体被破坏，或者发生氧化、腐蚀等现象，显著改善集流体的长期可靠性和使用寿命。此外，金属氧化物层设置在集流体或隔离膜的表面不易脱落，可以使电池的安全性能得到进一步改善。另外，金属氧化物层还具有耐高温性能，从而进一步提高电池的安全性能。
进一步的，在本申请的一些实施例中，金属氧化物层中金属氧化物选自氧化铝、氧化镁和氧化镍中的至少一种。
在本申请的一些具体实施例中，金属氧化物层中的金属氧化物选自氧化铝。
此外，该金属氧化物层中还可以包括添加剂，进一步提高金属氧化物层的粘结性、抗氧化性或耐高温性等。示例性的，上述添加剂可以为粘结剂。
参照图3，在本申请的一些实施例中，绝缘层14包括第三绝缘层，第三绝缘层设置于隔离膜13的朝向第一极片11弯折段内侧的表面。通过第三绝缘层的设置，一方面，可以阻止第一极片11的弯折段内侧的集流体和第二极片12中靠近弯折段的集流体电连接形成短路；另一方面，可以防止锂枝晶刺破隔离膜。
在本申请的另一些实施例中，第三绝缘层设置于隔离膜13的远离第一极片11弯折段内侧的表面，其第三绝缘层的宽度不小于第二极片12靠近弯折段内侧的集流体端面的宽度。这样可以减小绝缘材料的使用量，降低制造成本。
具体的，向靠近第一极片11的弯折段内侧的隔离膜表面喷涂绝缘材料形成第三绝缘层，并且该第三绝缘层的宽度不小于第一极片11的弯折段内侧的集流体表面的宽度或第三绝缘层的宽度不小于第二极片12靠近弯折段内侧的集流体端面的宽度。
在本申请的一些实施例中，第三绝缘层的宽度可以0.7mm～1mm。
在本申请的一些实施例中，第三绝缘层的厚度的为8μm-20μm，示例性的，第二绝缘层的厚度可以但不局限于为8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm。
在本申请的一些实施例中，第三绝缘层为金属氧化物层。一方面，该金属氧化物层能够较好的隔绝第一极片11的弯折段内侧的集流体与第二极片12中靠近弯折段内侧的集流体电连接。另一方面，金属氧化物层不仅能够起到绝缘作用，而且还可以防止集流体被破坏，或者发生氧化、腐蚀等现象，显著改善集流体的长期可靠性和使用寿命。此外，金属氧化物层设置在集流体或隔离膜的表面不易脱落，可以使电池的安全性能得到进一步改善。另外，金属氧化物层还具有耐高温性能，从而进一步提高电池的安全性能。
进一步的，在本申请的一些实施例中，金属氧化物层中金属氧化物选自氧化铝、氧化镁和氧化镍中的至少一种。
在本申请的一些具体实施例中，金属氧化物层中的金属氧化物选自氧化铝。
此外，该金属氧化物层中还可以包括添加剂，进一步提高金属氧化物层的粘结性、抗氧化性或耐高温性等。示例性的，上述添加剂可以为粘结剂。
在此需要说明的是，可以同时在第一极片11的弯折段内侧的集流体表面、与弯折段内侧对应的隔离膜13的表面及第二极片12靠近弯折段内侧的集流体表面设置绝缘层，其厚度、材质及宽度与上述实施例相同，在此不再赘述。
在本申请的一些实施例中，第一极片11的弯折段包括具有第一弯折面的第一弯折段、具有第二弯折面的第二弯折段和具有第三弯折面的第三弯折段，第二弯折段的两端分别垂直连接第一弯折段和第二弯折段，第一弯折面、第二弯折面和第三弯折面连接形成弯折段的弯折面。通过设置第一弯折段、第二弯折段和第三弯折段，可以进一步降低第一极片11的加工处理难度。
在本申请的一些实施例中，第一弯折段、第二弯折段和第三弯折段的总长度L满足：0.3mm≤L≤0.7mm。
进一步的，在本申请的一些实施例中，第二弯折段的长度为0.1mm～0.3mm。
参照图6，本申请提供了一种二次电池，包括上述实施例中的叠片电芯。
具体的，参照图7，二次电池20包括壳体21、电极组件22和盖体组件23。壳体21具有容纳电极组件22的腔室，盖体组件23用于封闭壳体23的开口。端盖组件23包括端盖，端盖与壳体40连接形成二次电池20的壳体，电极组件22设在壳体21内，且壳体21内填充电解液。二次电池20可以为方形，圆柱形或其他形状。
根据实际使用需求，电极组件22可设置为单个或多个。如图7所示，也可在二次电池20内设置至少两个独立的电极组件22。电极组件22可通过将第一极片11、第二极片12以及位于第一极片11和第二极片12之间的隔离膜13一同堆叠而形成主体部，其中，隔离膜是介于第一极片11和第二极片12之间的绝缘体。在本申请的一些实施例中，示例性的以第一极片11为负极片，第二极片12为正极片进行说明。正极活性物质被涂覆在正极片的涂覆区上形成正极活性层，而负极活性物质被涂覆到负极片的涂覆区上形成负极活性层，由主体部的涂覆区延伸出的多个未涂覆区层叠作为极耳。电极组件22还包括两个极耳，即正极耳和负极耳，正极耳从正极片的涂覆区延伸出，而负极耳从负极片的涂覆区延伸出。
参照图8，本申请提供了一种电池模块，该电池模块30包括上述实施例中的多个二次电池20。
参照图9，本申请提供了一种电池包，该电池40包括上述实施例中的电池模块30。
具体的，参照图10，电池包40包括第一箱体41、第二箱体42和电池模块30。其中，第二箱体42具有容纳电池模块30的腔室，第一箱体41用于封闭第二箱体42的开口。
本申请提供的叠片电芯可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。可以使用具备本申请公开的叠片电芯、电池模块30、电池包40等组成该用电装置的电源系统，这样，能够改善电池的安全性能。
本申请提供一种用电装置，该用电装置包括二次电池20、电池模块30或电池包40。该用电装置可以为但不限于手机、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。
在本申请的一些实施例中，用电装置为电动汽车50，如图11所示。接下来说明本申请提供的一种叠片电芯的制备方法，采用该制备方法可以制备得到如下叠片电芯。
实施例1
本实施例提供的一种电芯电芯的制备方法，该方法包括如下步骤：
S1：在第一集流体111相对的两个表面涂覆活性浆料，干燥、冷压后形成第一活性层，将第一集流体111弯折段内的第一活性层121去除掉，制痕完成后，对其裸露的第一集流体111表面上喷涂绝缘材料形成第一绝缘层，得到第一极片11，该第一极片11为负极片；
S2：在第二集流体121相对的两个表面涂覆活性浆料，干燥、冷压后形成第二活性层122，得到第二极片12，该第二极片12为正极片；
S3：第一极片11与2层隔离膜通过热复合辊形成复合结构，与冲切成片状的第二极片再次复合，然后经过重力作用堆叠形成电芯。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：第一极片11的弯折段内侧的第一集流体111表面未设置第一绝缘层，且第一极片11的弯折段内侧的第一集流体111表面与第二极片12靠近弯折段内侧的第二集流体121端面之间形成接触，即第二极片12的第二集流体121与裸露的第一集流体111表面导通，具体结构操作图4。
将实施例1和对比例1中制备得到叠片电芯在相同的条件下组装分别得到电池A和电池B，电池A和电池B在化成时，电池A顺利完成，而电池B发生着火。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：第一极片11的弯折段内侧的集流体表面未设置第一绝缘层，且第一极片11与第二极片12之间Overhang(Overhang是指第一极片长度和宽度方向多出第二极片之外的部分)不大于0.5mm，具体结构参照图5。
将实施例1和对比例2中制备得到叠片电芯在相同的条件下组装分别得到电池C和电池D，电池C和电池D在长期充放电的循环过程中，第一极片11的弯折段内侧的第一集流体111表面上逐渐形成锂堆积，形成锂枝晶15。电池D在快充大约390圈后，锂枝晶15大到足以刺穿隔离膜将第二极片12的第二集流体121与裸露的第一集流体111表面导通，形成短路导致电池着火。而电池C在快充大约390圈后，并未出现安全事故。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (14)
1.一种叠片电芯，其特征在于，包括：
第一极片，所述第一极片往复弯折层叠设置，以形成至少两个第一极片层；
至少一第二极片，每一所述第二极片设置于相邻的两个所述第一极片层之间；
隔离膜，设置在所述第一极片和所述第二极片之间，以隔离所述第一极片与所述第二极片；
绝缘层，设置于所述第一极片的弯折段内侧的集流体表面与所述第二极片的靠近所述弯折段内侧的端面之间，以阻止所述第一极片的弯折段处的集流体与所述第二极片的靠近所述弯折段处的集流体电连接，
其中，所述第一极片和所述第二极片中的一者为正极片，另一者为负极片。
2.根据权利要求1所述的叠片电芯，其特征在于，所述绝缘层包括第一绝缘层，所述第一绝缘层设置于所述第一极片的弯折段内侧的集流体表面。
3.根据权利要求1或2所述的叠片电芯，其特征在于，所述绝缘层包括第二绝缘层，所述第二绝缘层设置于所述第二极片的靠近所述弯折段内侧的端面。
4.根据权利要求1或2所述的叠片电芯，其特征在于，所述绝缘层包括第三绝缘层，所述第三绝缘层设置于所述隔离膜的朝向所述弯折段内侧的表面。
5.根据权利要求1或2所述的叠片电芯，其特征在于，所述绝缘层为金属氧化物层。
6.根据权利要求5所述的叠片电芯，其特征在于，所述金属氧化物层中金属氧化物选自氧化铝、氧化镁和氧化镍中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的叠片电芯，其特征在于，所述绝缘层的厚度的为8μm～20μm。
8.根据权利要求1所述的叠片电芯，其特征在于，所述弯折段包括具有第一弯折面的第一弯折段、具有第二弯折面的第二弯折段和具有第三弯折面的第三弯折段，所述第二弯折段的两端分别垂直连接所述第一弯折段和所述第二弯折段，所述第一弯折面、第二弯折面和第三弯折面连接形成所述弯折段的弯折面。
9.根据权利要求8所述的叠片电芯，其特征在于，所述第一弯折段、第二弯折段和第三弯折段的总长度L满足：0.3mm≤L≤0.7mm。
10.根据权利要求9所述的叠片电芯，其特征在于，所述第二弯折段的长度为0.1mm～0.3mm。
11.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的叠片电芯。
12.一种电池模块，其特征在于，包括权利要求11中所述的二次电池。
13.一种电池包，其特征在于，包括权利要求12中所述的电池模块。
14.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求11所述的二次电池、权利要求12所述的电池模块或权利要求13所述的电池包中的至少一种。
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- 2021-09-27 CN CN202111137298.7A patent/CN115939303B/zh active Active
Patent Citations (2)
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| CN103427054A (zh) * | 2012-05-14 | 2013-12-04 | 万向电动汽车有限公司 | 一种采用层叠电芯的平躺式电池模块 |
| CN109473729A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-15 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置 |
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