一种电芯、电池模组、电池箱以及用电设备的制作方法
1.本技术涉及电池技术领域，特别涉及一种电芯、电池模组、电池箱以及用电设备。
背景技术：
2.极耳是动力电池中一种安全风险极高的核心配件，是焊接电芯内部结构和外部元器件的重要组成部分。参照图1，现有的极耳设有用于与外部元器件连接的伸出部，伸出部自电芯的边缘延伸至电池装置的顶盖处以通过顶盖连接外部设备。电池装置的箱体内需要为极耳的伸出部预留空间，导致电池装置损失8％-12％左右的空间利用率，而且现有结构的极耳需要进行模切以将伸出部多余的部分切掉，造成材料浪费。
3.此外，在将上述电芯装入壳体内前，需要对极耳的伸出部进行弯折，然而现有方案无法保证所有极耳弯曲方向受控，部分极耳弯折方向随机，可能反插入电芯，导致在实际使用过程中极片位置容易发生变动，进而引发正极片和负极片发生接触短路触发热失控风险。
技术实现要素：
4.本技术公开了一种电芯、电池模组、电池箱以及用电设备，用于解决现有的极耳应用于电池装置中存在空间和材料浪费及热失控风险较高的问题。
5.为达到上述目的，本技术提供以下技术方案：
6.第一方面提供了一种电芯，该电芯包括层叠且交替设置的正极片和负极片，任一正极片和与其相邻的负极片之间设有隔膜或者固体电解质层；正极片设有间隔设置的正极引出区和第一镂空区，正极引出区的至少一侧表面设有正极引出部，负极片设有间隔设置的负极引出区和第二镂空区，负极引出区的至少一侧表面设有负极引出部；隔膜或固体电解质层设有与正极引出部对应的第三镂空区，且隔膜或固体电解质层设有与负极引出部对应的第四镂空区；各正极引出部贯穿各第二镂空区和各第三镂空区以使各正极引出部相互电连接，各负极引出部贯穿各第一镂空区和第四镂空区以使各负极引出部相互电连接。
7.第一方面提供的电芯，其中，当正极片、负极片、以及隔膜或者固体电解质层组成电芯时，各正极引出部贯穿各第二镂空区和各第三镂空区以实现各个正极片之间相互电连接，各负极引出部贯穿各第一镂空区和第四镂空区以实现各个负极片之间相互电连接，且隔膜或者固体电解质层可以保持正极片和负极片之间的绝缘性。
8.第一方面中的电芯通过正极引出部和负极引出部替代了现有结构的极耳，规避了伸出部的设计，有效提高了电池装置内部的空间利用率，可以提高体积密度8％-12％，而且无极耳的设计完全避免了极耳倒插入电芯导致热失控的问题；此外，本技术的电芯避免了模切工序，可以提高原材料的利用率，减少原材料的损耗。
9.进一步地，正极片包括正极集流体和涂覆于正极集流体至少一侧表面的正极涂层，第一镂空区为贯穿正极集流体和正极涂层的开口，以使各负极引出部贯穿第一镂空区以实现相互电连接；正极引出部直接与正极引出区的正极集流体连接，从而使正极引出部
和正极集流体之间保持良好的导电性。
10.进一步地，负极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体至少一侧表面的负极涂层，第二镂空区为贯穿负极集流体和负极涂层的开口，以使各正极引出部贯穿第二镂空区以实现相互电连接；负极引出部直接与负极引出区的负极集流体连接，从而使负极引出部和负极集流体之间保持良好的导电性。
11.进一步地，正极引出部位于正极片的边部，负极引出部位于负极片的边部。二者均设置于边部的作用是方便加工和装配。
12.进一步地，正极引出部和负极引出部均为金属引出部，从而具有良好的导电性和焊接性。
13.进一步地，第三镂空区在正极片上的正投影位于正极引出区，第四镂空区在负极片上的正投影位于负极引出区，以使相邻的正极片和负极片之间保持绝缘性。
14.进一步地，电芯还包括用于封装正极片和负极片的电芯壳体，电芯壳体设有第一连接部和第二连接部，正极引出部与第一连接部电连接，负极引出部与第二连接部电连接。第一连接部和第二连接部可以提高连接的牢固性。
15.进一步地，第一连接部为第一金属块，第二连接部为第二金属块，且第一金属块与第二金属块之间绝缘设置，从而避免电池发生短路。
16.第二方面提供一种电池模组，该电池模组包括第一方面的电芯。本技术的电池模组的电芯规避了极耳，提高了原材料和电池装置的空间利用率，避免了极耳倒插入电芯引起热失控的问题。
17.第三方面提供一种电池箱，该电池箱包括第二方面的电池模组和用于封装电池模组的电池箱体。本技术中的电池箱具有与第二方面的电池模组相同的优势，此处不再进行赘述。
18.第四方面提供一种用电设备，该用电设备包括第三方面的电池箱。本技术的用电设备具有与第三方面的电池箱相同的优势，此处不再进行赘述。
附图说明
19.图1为现有电芯的极耳的结构示意图；
20.图2为本技术一种实施例的电芯的分解图；
21.图3为本技术一种实施例的正极片的正视图；
22.图4为本技术一种实施例的负极片的正视图；
23.图5为本技术一种实施例的隔膜的正视图；
24.图6为本技术一种实施例的正极片的结构示意图；
25.图7为本技术一种实施例的负极片的结构示意图；
26.图8为本技术一种实施例的电芯的正视图；
27.图9为本技术一种实施例的电芯的结构示意图；
28.图10为本技术一种实施例的电芯壳体的分解图；
29.图11为本技术一种实施例的电芯的制作及装配流程图；
30.图12为现有结构的电芯的制作及装配流程图。
31.附图标号：10-电芯；20-电芯壳体；21-侧板；22-盖板；23-底板；
32.110-正极片；111-正极集流体；112-正极涂层；120-正极引出部；130-负极片；131-负极集流体；132-负极涂层；140-负极引出部；150-隔膜；
33.01-正极引出区；02-第一镂空区；03-负极引出区；04-第二镂空区；05-第三镂空区；06-第四镂空区；07-第一连接部；08-第二连接部；
34.001-伸出部。
具体实施方式
35.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。
36.极耳是动力电池中一种安全风险极高的核心配件，是焊接电芯内部结构和外部元器件的重要组成部分。参照图1，现有的极耳设有用于与外部元器件连接的伸出部001，伸出部001自电芯的边缘延伸至电池装置的顶盖处以通过顶盖连接外部设备。电池装置的箱体内需要为极耳的伸出部预留空间，导致电池装置损失8％-12％左右的空间利用率，而且现有结构的极耳需要进行模切以将伸出部多余的部分切掉，造成材料浪费，此外，电芯伸出部001在装入壳体内后容易反插入电芯导致热失控。
37.有鉴于此，本技术的实施例中提供了一种电芯，图2为本技术一种实施例的电芯的分解图，参照图2，该电芯10包括层叠且交替设置的正极片110和负极片130，任一正极片110和与其相邻的负极片130之间设有隔膜150或者固体电解质层。
38.其中，隔膜或者固体电解质层是根据电池的类型而区分，目前市面上电池根据电解质状态不同大致可分为液态电池和固态电池。液态电池的电芯包括正极片、负极片和隔膜，隔膜位于正极片或者负极片之间；固态电池的电芯包括正极片、负极片和固态电解质层，固体电解质层位于正极片和负极片之间。
39.图3为本技术一种实施例的正极片的正视图，图4为本技术一种实施例的负极片的正视图，图5为本技术一种实施例的隔膜的正视图，一并参照图3至图5，正极片110设有间隔设置的正极引出区01和第一镂空区02，正极引出区01的至少一侧表面设有正极引出部120，负极片130设有间隔设置的负极引出区03和第二镂空区04，负极引出区03的至少一侧表面设有负极引出部140；隔膜150设有与正极引出部120对应的第三镂空区05，且隔膜150设有与负极引出部140对应的第四镂空区06。其中，不对正极引出区01、负极引出区03、第一镂空区02、第二镂空区04、第三镂空区05和第四镂空区06的形状进行限定，可以是长方形、圆形或者其他形状。
40.其中，正极引出区01的一侧表面设有正极引出部120、或者其两侧表面均设有正极引出部120，都在本技术的保护范围之内。优选的，正极引出区01的两侧表面设有正极引出部120，便于各个正极片110之间相互电连接。
41.同理，负极引出区03的一侧表面设有负极引出部140、或者其两侧表面均设有负极引出部140，都在本技术的保护范围之内。优选的，负极引出区03的两侧表面设有负极引出部140，便于各个负极片130之间相互电连接。
42.可以理解的是，对于固态电池的电芯10，固体电解质层设有与正极引出部120对应
的第三镂空区05、以及与负极引出部140对应的第四镂空区06。
43.图6为本技术一种实施例的正极片的结构示意图，参照图6，正极片110包括正极集流体111和涂覆于正极集流体111至少一侧表面的正极涂层112，第一镂空区02为贯穿正极集流体111和正极涂层112的开口，正极引出部120直接与正极引出区01的正极集流体111连接。其中，正极集流体111可以一侧表面设有正极涂层112、或者其两侧表面均设有正极涂层112。优选的，正极集流体111的两侧表面均设有正极涂层112。
44.图7为本技术一种实施例的负极片的结构示意图，参照图7，负极片130包括负极集流体131和涂覆于负极集流体131至少一侧表面的负极涂层132，第二镂空区04为贯穿负极集流体131和负极涂层132的开口，负极引出部140直接与负极引出区03的负极集流体131连接。其中，负极集流体131可以一侧表面设有负极涂层132、或者其两侧表面均设有负极涂层132。优选的，负极集流体131的两侧表面均设有负极涂层132。
45.正极引出部120位于正极片110的边部，负极引出部140位于负极片130的边部，二者均设置于边部的作用是便于加工和装配。
46.本实施例的可选方案中，正极引出部120和负极引出部140均为金属引出部。正极引出部120和负极引出部140的材质可以是铝、铜、镍或者上述金属的合金，因为上述材质具有良好的导电性和焊接性，便于相邻的正极片110之间通过正极引出部120焊接连接，或者相邻的负极片130之间通过负极引出部140焊接连接。
47.其中，正极引出部120的形状优选为与正极引出区01的形状相同，且正极引出部120的面积小于正极引出区01的面积。其中，负极引出部140的形状优选为与负极引出区03的形状相同，且负极引出部140的面积小于负极引出区03的面积。
48.本实施例的可选方案中，第三镂空区05在正极片110上的正投影位于正极引出区01，即仅正极引出部120穿过第三镂空区05，同时，隔膜150或者固体电解质层可以保持相邻的正极片110和负极片130之间绝缘性；第四镂空区06在负极片130上的正投影位于负极引出区03，即仅负极引出部140穿过第四镂空区06，同时，隔膜150或者固体电解质层可以保持相邻的正极片110和负极片130之间绝缘性。
49.图8为本技术一种实施例的电芯的正视图，图9为本技术一种实施例的电芯的结构示意图，参照图8和图9，各正极引出部120贯穿各第二镂空区04和各第三镂空区05以使各正极引出部120相互电连接，各负极引出部140贯穿各第一镂空区02和第四镂空区06以使各负极引出部140相互电连接。
50.其中，相邻的正极引出部120之间可以是钻孔攻丝之后通过螺栓连接，也可以使用焊丝直接焊接，本技术中不对各个正极引出部120的连接方式进行限定。优选的，各个正极引出部120之间通过超声波焊接连接。
51.图10为本技术一种实施例的电芯壳体的分解图，电芯10还包括用于封装正极片110和负极片130的电芯壳体20，正极引出部120和负极引出部140分别与电芯壳体20电连接，进而通过电芯壳体20与外部元器件连接，从而为外部元器件供电。
52.其中，电芯壳体20包括底板23、侧板21和与底板23相对设置的盖板22，底板23和沿底板23围设的侧板21形成腔室，层叠设置的正极片110和负极片130组成的裸电芯设于腔室内，盖板22盖合在腔室上方以封装裸电芯。
53.继续参照图10，电芯壳体20的内壁设有第一连接部07和第二连接部08，第一连接
部07与正极引出部120电连接，第二连接部08与负极引出部140电连接。其中，第一连接部07和第二连接部08可以设于电芯壳体20的盖板22、底板23或者侧板21上。第一连接部07和第二连接部08可以设于相对的内壁或者同一侧的内壁上，例如第一连接部07和第二连接部08均设于盖板22，或者第一连接部07设于盖板22，第二连接部08设于底板23。本技术中不对第一连接部07和第二连接部08的设置位置进行限定，具体以实际生产中的条件进行设计。
54.现有结构的电芯壳体的盖板设有正极极柱和负极极柱，裸电芯的正极极耳与正极极柱连接，负极极耳分别与负极极柱连接。相对于现有结构的电芯，本技术实施例中的电芯的盖板22设计方式更加灵活，可以盖板22上同时设有第一连接部07和第二连接部08，也可以仅设有二者中的一个，另一个设于底板23上，也可以第一连接部07和第二连接部08均不设置于盖板22上。
55.其中，第一连接部07为第一金属块，第二连接部08为第二金属块，且第一金属块与第二金属块之间绝缘设置，以避免正极片110和负极片130之间连接造成电池短路。
56.第一连接部07的作用是提升正极引出部120与电芯壳体20之间连接的牢固性，保护电芯壳体20以避免焊接等连接方式对电芯壳体20造成损坏。第二连接部08的作用是提升负极引出部140与电芯壳体20之间连接的牢固性，保护电芯壳体20以避免焊接等连接方式对电芯壳体20造成损坏。
57.本技术的实施例还提供了一种电芯的制备方法，图11为本技术一种实施例的电芯的制作及装配流程图，参照图11，本技术中的制备方法包括如下步骤：
58.制备设有正极引出区和第一镂空区的正极极片；
59.制备设有负极引出区和第二镂空区的负极极片；
60.制备设有第三镂空区和第四镂空区的隔膜或制备设有第三镂空区和第四镂空区的固体电解质层；
61.将正极片、负极片、以及隔膜组装或将正极片、负极片、以及固体电解质层组装得到裸电芯；
62.裸电芯的正极引出部与电芯壳体的第一连接部连接，裸电芯的负极引出部与电芯壳体的第二连接部连接，裸电芯与电芯壳体装配完成以得到电芯。
63.其中，制备设有正极引出区和第一镂空区的正极极片包括如下步骤：
64.在正极集流体上涂覆正极涂层，通过激光清洗预设区域的正极涂层以得到正极引出区；
65.制备设有负极引出区和第二镂空区的负极极片包括如下步骤：
66.在负极集流体上涂覆负极涂层，通过激光清洗预设区域的负极涂层以得到负极引出区。
67.其中，正极引出区和负极引出区也可以在涂布工序时直接预留出对应的区域。
68.可以理解的是，可以先在正极集流体切割出第一镂空区后再涂覆正极涂层，也可以先在正极集流体上涂覆正极涂层，然后再切割预设区域以得到第一镂空区。
69.上述制备工序的说明同样适用于负极片。
70.为了进一步说明本技术中电芯的制备方法的有益效果，对现有结构电芯的制备工序进行说明。图12为现有结构的电芯的制作及装配流程图，参照图12，现有结构的电芯的制备方法包括如下步骤：
71.1)在正极集流体上涂布正极涂层以得到正极极卷，在负极集流体上涂布负极涂层以得到负极极卷；
72.2)辊压之后对正极极卷进行模切以得到正极极耳，辊压之后对负极极卷进行模切以得到负极极耳；
73.3)对正极极卷模切得到正极极片，对负极极卷模切得到负极极片；
74.4)将正极片、负极片、以及隔膜或者将正极片、负极片、以及固体电解质层叠片得到裸电芯；
75.5)裸电芯的正极耳、负极耳与电芯壳体的盖板连接，装入电芯壳体内装配得到电芯。
76.与上述现有结构电芯的制备工序对比，本技术实施例中电芯的制备方法制备的电芯，取消了极耳的设计，各正极引出部贯穿各第二镂空区和各第三镂空区相互电连接，各负极引出部贯穿各第一镂空区和第四镂空区相互电连接。本技术各种可能的实施例中的电芯以及本技术实施例中的制备方法制备的电芯具有如下有益效果：
77.1、规避了极耳的设计，使组装好的电芯不存在极耳折弯整形过程，完全避免极耳倒插导致热失控问题；
78.2、该电芯没有现有结构的极耳的伸出部，有效提高了空间利用率，提高体积密度8％-12％；
79.3、本技术中的制备方法减少模切工序，可以提高铜铝箔利用率，减少铜铝箔箔材损耗；
80.4、电芯壳体与正极引出部或者负极引出部连接的位置可以根据需要调整，从而可以改变传统的盖板设计，现有电芯壳体设计方式更加灵活。
81.基于同样的实用新型构思，本技术的实施例还提供了一种电池模组，该电池模组包括本技术实施例的电芯或者采用本技术实施例的制备方法制备的电芯。
82.本技术的实施例还提供一种电池箱，该电池箱包括上述的电池模组和用于封装电池模组的电池箱体。
83.本技术的实施例还提供一种用电设备，该用电设备包括上述的电池箱。具体的，本实施例中，用电设备具体可为电动车辆等。
84.显然，本领域的技术人员可以对本技术实施例进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
技术特征：
1.一种电芯，其特征在于，包括层叠且交替设置的正极片和负极片，任一所述正极片和与其相邻的所述负极片之间设有隔膜或者固体电解质层；所述正极片设有间隔设置的正极引出区和第一镂空区，所述正极引出区的至少一侧表面设有正极引出部，所述负极片设有间隔设置的负极引出区和第二镂空区，所述负极引出区的至少一侧表面设有负极引出部；所述隔膜或所述固体电解质层设有与所述正极引出部对应的第三镂空区，且所述隔膜或所述固体电解质层设有与所述负极引出部对应的第四镂空区；各所述正极引出部贯穿各所述第二镂空区和各所述第三镂空区以使各所述正极引出部相互电连接，各所述负极引出部贯穿各所述第一镂空区和各所述第四镂空区以使各所述负极引出部相互电连接。2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极片包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体至少一侧表面的正极涂层，所述第一镂空区为贯穿所述正极集流体和所述正极涂层的开口，所述正极引出部直接与所述正极引出区的正极集流体连接。3.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述负极片包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体至少一侧表面的负极涂层，所述第二镂空区为贯穿所述负极集流体和所述负极涂层的开口，所述负极引出部直接与所述负极引出区的负极集流体连接。4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极引出部位于所述正极片的边部，所述负极引出部位于所述负极片的边部。5.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述正极引出部和所述负极引出部均为金属引出部。6.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述第三镂空区在所述正极片上的正投影位于所述正极引出区；所述第四镂空区在所述负极片上的正投影位于所述负极引出区。7.根据权利要求1-6任一项所述的电芯，其特征在于，所述电芯还包括用于封装所述正极片和所述负极片的电芯壳体，所述电芯壳体设有第一连接部和第二连接部，所述正极引出部与所述第一连接部电连接，所述负极引出部与所述第二连接部电连接。8.根据权利要求7所述的电芯，其特征在于，所述第一连接部为第一金属块，所述第二连接部为第二金属块，且所述第一金属块与所述第二金属块之间绝缘设置。9.一种电池模组，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的电芯。10.一种电池箱，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池模组和用于封装所述电池模组的电池箱体。11.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求10所述的电池箱。
技术总结
本申请涉及电池技术领域，特别涉及一种电芯、电池模组、电池箱以及用电设备。该电芯包括层叠且交替设置的正极片和负极片，任一正极片和与其相邻的负极片之间设有隔膜或者固体电解质层；正极片设有间隔设置的正极引出区和第一镂空区，正极引出区的至少一侧表面设有正极引出部，负极片设有间隔设置的负极引出区和第二镂空区，负极引出区的至少一侧表面设有负极引出部；隔膜或固体电解质层设有与正极引出部对应的第三镂空区，且隔膜或固体电解质层设有与负极引出部对应的第四镂空区；各正极引出部贯穿各第二镂空区和各第三镂空区以使各正极引出部相互电连接，各负极引出部贯穿各第一镂空区和第四镂空区以使各负极引出部相互电连接。接。接。
