高安全性能极片和具有该极片的电池及该电池的应用结构的制作方法

1.本实用新型涉及二次电池技术领域，尤其涉及到一种高安全性能极片和具有该极片的电池及该电池的应用结构。


背景技术：

2.锂离子电池由基本单元结构卷绕或者叠加构成，基本单元结构为正极/隔膜/负极。其中正极和负极是发生电化学反应的地方，通过正极和负极中的集流体，将电化学反应生成的电流收集并导出；隔膜负责将正极和负极分隔开，避免正负极发生接触出现短路。
3.在相关技术中，集流体至少包括聚合物层和金属导体层，现有的焊接方法如下图1所示，使用超声焊接将极耳焊接在金属导体层上，焊接区域为aa’。金属导体层很薄，通常小于2微米。超声焊接是金属或者聚合物常用的焊接技术。通过在焊接界面上使用焊头进行超声震动，导致焊接界面发生熔化后实现焊接。提升超声震动的焊接能量，可以增加界面的熔化，提高焊接强度和降低焊接电阻。通常金属具有较高熔点，聚合物具有较低的熔点，而金属导体层所需要的焊接能量是大于聚合物的，所以实现金属导体层与极耳的焊接连接，必须采用较大的焊接能量，然而集流体的金属导体层很薄，很容易熔化焊穿，较大的焊接能量也会破坏聚合物支撑层，发生对整个复合集流体破坏，降低焊接能量又不能实现较好的焊接强度，获得较低的电阻，即使通过优化焊接能量，在不破坏金属导体层和聚合支撑层的情况下实现焊接，由于金属导体层厚度太薄，极耳还是很容易将金属导体层从聚合物支撑体层上拉开脱落，焊接强度还是难以保证。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是：为了解决集流体与极耳焊接时焊接强度不够的问题，本实用新型提供一种高安全性能极片，该极片提供了较大的焊接强度，且极耳不易从集流体表面脱落，使得极片的安全性能更高。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高安全性能极片，包括：集流体、极耳和金属箔；所述极耳、所述集流体和所述金属箔依次叠加放置；所述集流体上具有上表面和下表面；所述极耳的下表面与所述上表面焊接连接，所述极耳的下表面与所述上表面焊接部分形成焊接区域，所述焊接区域为第一导电连接区；所述金属箔设置在所述下表面下，所述金属箔上表面与所述下表面紧密贴合；所述集流体的厚度方向上形成有贯穿所述集流体的多个通孔，所述多个通孔中填充有过孔导体，所述过孔导体为导电性材料，所述过孔导体顶部与所述极耳焊接连接，所述过孔导体底部与所述金属箔的上表面焊接连接。
6.进一步，具体的，所述金属箔的上表面与所述下表面固定连接。
7.进一步，具体的，所述多个通孔顶部的开口面积之和与所述第一导电连接区的面积比值为：1:9~8:2。
8.进一步，具体的，所述多个通孔还贯穿所述极耳，所述过孔导体顶部的高度小于或
等于所述极耳的上表面。
9.进一步，具体的，所述集流体至少包括：第一金属导体层和聚合物支撑体层，所述第一金属导体层置于所述聚合物支撑体层上。
10.进一步，具体的，所述集流体还包括：第二金属导体层，所述聚合物支撑体层两侧分别设置有所述第一金属导体层和所述第二金属导体层。
11.进一步，具体的，所述第一金属导体层与所述第二金属导体层之间通过过孔导体电连接。
12.进一步，具体的，所述金属箔的上表面与所述下表面超声焊接连接，所述金属箔的上表面与所述下表面焊接部分形成焊接区域，所述焊接区域为第二导电连接区。
13.进一步，具体的，所述多个通孔底部的开口面积之和与所述第二导电连接区的面积比值为：1:9~8:2。
14.进一步，具体的，所述焊接的工艺为超声焊接。
15.进一步，具体的，所述通孔的横截面呈矩形或方锥形。
16.进一步，具体的，所述金属箔的厚度为3~10微米。
17.进一步，具体的，所述金属箔的材质为铝或铜。
18.进一步，具体的，所述导电性材料为铝或铜。
19.一种电池，所述电池包括如上所述高安全性能极片。
20.一种电池的应用结构，包括如上所述的电池和电子产品。
21.本实用新型的有益效果是，本实用新型提供的一种高安全性能极片包括极耳、集流体和金属箔，极耳与集流体的上表面焊接连接，金属箔与集流体的下表面紧密贴合，将极耳与集流体焊穿形成贯穿的通孔，集流体下表面设有金属箔，对极片进行了保护，通孔内填充有过孔导体，过孔导体底部与金属箔焊接连接，极耳与金属箔之间通过过孔导体焊接连接，提供了较高的焊接强度，且极耳不易从上表面脱落，使得极片的安全性能更高。
附图说明
22.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
23.图1是现有技术极片结构示意图。
24.图2是本实用新型实施例一的结构示意图。
25.图3是本实用新型实施例二的结构示意图。
26.图4是本实用新型实施例三的结构示意图。
27.图5是本实用新型实施例四的结构示意图。
28.图6是本实用新型实施例五的结构示意图。
29.图中1、集流体，11、上表面，12、下表面，13、通孔，14、过孔导体，110、第一金属导体层，111、聚合物支撑体层，113第二金属导体层，2、极耳，3、金属箔。
具体实施方式
30.现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
31.在本实用新型的描述中，需要理解的是，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。
32.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.实施例1
34.如图2所示，本实用新型的实施例一，一种高安全性能极片，包括：集流体1、极耳2和金属箔3，极耳2、集流体1和金属箔3依次叠加放置；集流体1上具有上表面11和下表面12；极耳2的下表面与上表面11焊接连接，极耳2的下表面与上表面11焊接部分形成焊接区域，焊接区域为第一导电连接区；金属箔3设置在下表面12下，金属箔3上表面与下表面12紧密贴合；集流体1的厚度方向上形成有贯穿集流体1的多个通孔13，多个通孔13中填充有过孔导体14，过孔导体为导电性材料，过孔导体14顶部与极耳2焊接连接，过孔导体14底部与金属箔3焊接连接。
35.在本实用新型实施例一中，集流体1包括第一金属导体层110和聚合物支撑体层111，第一金属导体层110置于聚合物支撑体层111上，第一金属导体层110的上表面为上表面11，聚合物支撑体层111上的下表面为下表面12，金属箔3与下表面11粘接固定连接。
36.进一步的，为了极耳与第一金属导体层之间连接充分，保证极片的电阻阻值低，以及集流体拥有较高的焊接强度，多个通孔13顶部的开口面积之和与第一导电连接区的面积比值为：1:9~8:2。
37.在本实用新型的实施例一中，焊接的工艺为超声焊接。
38.在本实用新型的实施例一中，金属箔3的厚度为3~10微米。
39.在本实用新型的实施例一中，金属箔3的材质优选铝或铜。
40.在本实用新型的实施例一中，极耳的材质优选铝或铜。
41.在本实用新型的实施例一中，导电性材料优选铝或铜。
42.在本实用新型的实施例一中，集流体的厚度为4~15微米。
43.高安全性能极片的制作步骤：首先使用超声波焊接系统上设置有均匀分布的焊齿（圆柱形焊齿）的焊头将集流体1焊穿，在集流体1形成有贯穿的通孔13，通孔13内填充有导电性材料形成的过孔导体14，然后将极耳2、集流体1和金属箔3依次叠加放置，金属箔3置于超声波焊接系统的底座上，极耳置于超声波焊接系统的焊头（无焊齿的超声波焊接系统的焊头，焊头底部为平面）下，利用高频振动波传递到极耳2、集流体1和金属箔3需焊接的表面，在加压的情况下，使极耳2、集流体1和金属箔3之间相互摩擦而形成分子层之间的熔合，进而焊接在一起。极耳2与金属箔3之间通过过孔导体14焊接在一起，从而给极片提供了较高的焊接强度，且极耳2不易从集流体1上脱落，保证电流能够从集流体上导出到电池端子
的部件。
44.实施例2
45.如图3所示，是本实用新型实施例二，与实施例一的不同之处在于，多个通孔13还贯穿极耳2，过孔导体顶部的高度小于或等于所述极耳的上表面。
46.在本实用新型实施例二的一些实施例中，过孔导体14顶部的高度小于或等于极耳本体2的上表面高度且大于或等于极耳本体2的下表面高度，或者当过孔导体14顶部的高度小于或等于极耳本体1的上表面高度且小于极耳本体2下表面高度时，通孔13的侧壁上填有过孔导体14，以保证第一金属导体层110与第二金属导体层112之间的电连接，极耳与金属箔通过过孔导体14电连接，从而给极片提供较高的焊接强度。
47.高安全性能极片的制作步骤：将极耳2、集流体1和金属箔3依次叠加放置，金属箔3置于所述超声波焊接系统的底座上，超声波焊接系统的焊头上设置有均匀分布的焊齿（圆柱形焊齿），焊头设置于所述极耳2上，当超声波焊接系统工作时（大能量超声焊接），利用高频振动波传递到极耳2、集流体1和金属箔3需焊接的表面，在加压的情况下，使极耳2、集流体1之间相互摩擦而形成分子层之间的熔合，进而焊接在一起，在加压时，焊头上的焊齿将极耳2和集流体1焊穿，在极耳2和集流体1形成有贯穿的通孔13（通孔横截面积呈矩形），焊齿部分压入金属箔3，在金属箔3表面上形成有盲孔，若达到预期的焊接程度，振动就会停止，同时仍旧会有一定的压力施加于极耳2、集流体1和金属箔3上，使刚刚焊接好的部分冷却、固化，从而形成紧密地结合，且冷却、固化后通孔内有导电性材料，该导电性材料形成过孔导体14，极耳2与金属箔3之间通过过孔导体14焊接在一起，从而给极片提供了较高的焊接强度，且极耳2不易从集流体1上脱落。
48.实施例3
49.如图4所示，是本实用新型实施例三，与实施例一的不同之处在于，集流体1还包括：第二金属导体层112，聚合物支撑体层111两侧分别设置有第一金属导体层110和第二金属导体层112，第一金属导体层110的上表面为上表面11，第二金属导体层112的下表面为下表面12，第一金属导体层110与第二金属导体层112之间通过过孔导体14电连接。在本实用新型实施例二中，第二金属导体层112的下表面为下表面12，金属箔3的上表面与下表面12超声焊接连接，金属箔3的上表面与下表面12焊接部分形成焊接区域，焊接区域为第二导电连接区。多个通孔13底部的开口面积之和与第二导电连接区的面积比值为：1:9~8:2。
50.极耳2与金属箔3之间通过过孔导体14焊接在一起，提供了较高的焊接强度，且第一金属导体层110与第二金属导体层112之间通过过孔导体14电连接，解决了第一金属导体层110与第二金属导体层112之间绝缘的问题，形成具有电互联的集流体1。
51.实施例4
52.如图5所示，是本实用新型实施例四，与实施例三的不同之处在于，多个通孔13还贯穿极耳2，过孔导体顶部的高度小于或等于所述极耳的上表面。
53.实施例5
54.如图6所示，是本实用新型实施例五，与实施例四的不同之处在于，通孔13的横截面呈由上至下逐渐收拢的方锥形，具体的，超声波焊头的焊齿为自底部向顶部呈方锥形，顶部为平面，利用高频振动波传递到极耳2、集流体1和金属箔3需焊接的表面，在加压的情况下，使极耳2、集流体1和金属箔3之间相互摩擦而形成分子层之间的熔合，进而焊接在一起，
在加压时，焊头上的焊齿将极耳2和集流体1焊穿，在极耳2和集流体1形成有贯穿的通孔13，由于该锯齿为方锥形，使得贯穿的通孔13的横截面呈方锥形。由此超声波焊头焊接的集流体1、极耳2以及金属箔3能够牢固的焊接在一起，且由于超声波焊头的顶部为平面，故金属箔3不会被压穿，得到了很好的保护。
55.但应当说明的是，在本实用新型实施例圆柱形或方锥形形成的通孔形状与使用的超声波焊头有关，因此圆柱形或方锥形的超声波焊头并不是对本实施例的限制，凡具有类似结构特征的焊头，如顶部为平面的多棱锥（如三棱锥等）均属于本实用新型的保护范围。实验表明，三棱锥形超声波焊头在焊接时，较易发生金属箔压穿现象，因此方锥形或矩形是最为理想的通孔结构。
56.一种电池，包括如上所述的高安全性能极片。
57.一种电池的应用结构，包括如上所述的电池和电子产品，其中，电子产品包括手机、平板电脑、笔记本电脑和电动汽车，但不仅限于此。
58.本实用新型的一种高安全性能极片包括极耳、集流体和金属箔，极耳与集流体的上表面焊接连接，金属箔与集流体的下表面紧密贴合，将极耳与集流体焊穿形成贯穿的通孔，集流体下表面设有金属箔，对极片进行了保护，通孔内填充有过孔导体，过孔导体底部与金属箔焊接连接，极耳与金属箔之间通过过孔导体焊接连接，提供了较高的焊接强度，且极耳不易从上表面脱落，使得极片的安全性能更高。
59.以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种高安全性能极片，其特征在于：包括：集流体（1）、极耳（2）和金属箔（3），所述极耳（2）、所述集流体（1）和所述金属箔（3）依次叠加放置；所述集流体（1）上具有上表面（11）和下表面（12）；所述极耳（2）的下表面与所述上表面（11）焊接连接，所述极耳（2）的下表面与所述上表面（11）焊接部分形成焊接区域，所述焊接区域为第一导电连接区；所述金属箔（3）设置在所述下表面（12）下，所述金属箔（3）上表面与所述下表面（12）紧密贴合；所述集流体（1）的厚度方向上形成有贯穿所述集流体（1）的多个通孔（13），所述多个通孔（13）中填充有过孔导体（14），所述过孔导体为导电性材料，所述过孔导体（14）顶部与所述极耳（2）焊接连接，所述过孔导体（14）底部与所述金属箔（3）的上表面焊接连接。2.如权利要求1所述的高安全性能极片，其特征在于：所述金属箔（3）的上表面与所述下表面（12）固定连接。3.如权利要求1所述的高安全性能极片，其特征在于：所述多个通孔（13）顶部的开口面积之和与所述第一导电连接区的面积比值为：1:9~8:2。4.如权利要求3所述的高安全性能极片，其特征在于：所述多个通孔（13）还贯穿所述极耳（2），所述过孔导体（14）顶部的高度小于或等于所述极耳（2）的上表面。5.如权利要求2所述的高安全性能极片，其特征在于：所述集流体（1）至少包括：第一金属导体层（110）和聚合物支撑体层（111），所述第一金属导体层（110）置于所述聚合物支撑体层（111）上。6.如权利要求5所述的高安全性能极片，其特征在于：所述集流体（1）还包括：第二金属导体层（112），所述聚合物支撑体层（111）两侧分别设置有所述第一金属导体层（110）和所述第二金属导体层（112）。7.如权利要求6所述的高安全性能极片，其特征在于：所述第一金属导体层（110）与所述第二金属导体层（112）之间通过过孔导体（14）电连接。8.如权利要求6所述的高安全性能极片，其特征在于：所述金属箔（3）的上表面与所述下表面（12）超声焊接连接，所述金属箔（3）的上表面与所述下表面（12）焊接部分形成焊接区域，所述焊接区域为第二导电连接区。9.如权利要求8所述的高安全性能极片，其特征在于：所述多个通孔（13）底部的开口面积之和与所述第二导电连接区的面积比值为：1:9~8:2。10.如权利要求1所述的高安全性能极片，其特征在于：所述焊接的工艺为超声焊接。11.如权利要求1所述的高安全性能极片，其特征在于：所述通孔（13）的横截面呈矩形或方锥形。12.如权利要求1所述的高安全性能极片，其特征在于：所述金属箔（3）的厚度为3~10微米。13.如权利要求1所述的高安全性能极片，其特征在于：所述金属箔（3）的材质为铝或铜。14.如权利要求1所述的高安全性能极片，其特征在于：所述导电性材料为铝或铜。15.一种电池，其特征在于：所述电池包括如权利要求1-14中的任一项所述高安全性能极片。
16.一种电池的应用结构，其特征在于：包括如权利要求15所述的电池和电子产品。

技术总结
本实用新型涉及二次电池技术领域，尤其涉及到一种高安全性能极片和具有该极片的电池及该电池的应用结构，包括：集流体、极耳和金属箔，极耳、集流体和金属箔依次叠加放置；集流体上具有上表面和下表面；极耳的下表面与上表面焊接连接；金属箔设置在下表面下，金属箔上表面与下表面紧密贴合；集流体的厚度方向上形成有贯穿集流体的多个通孔，多个通孔中填充有过孔导体，过孔导体为导电性材料，过孔导体顶部与极耳焊接连接，过孔导体底部与金属箔焊接连接。本实用新型提供的一种高安全性能极片提供了较大的焊接强度，且极耳不易从集流体表面脱落，使得极片的安全性能更高。使得极片的安全性能更高。使得极片的安全性能更高。


技术研发人员：张磊 王晓明 徐强 李建廷
受保护的技术使用者：江苏卓高新材料科技有限公司
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2022/5/25