CN105609861A - 用于螺旋卷绕电极的芯轴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了能够均匀地形成电极组件的厚度并最小化电极板在膨胀时的变形的芯轴。配置为卷绕可再充电电池的电极的芯轴包括：第一卷轴和第二卷轴，在两者之间具有间隙，其中第一卷轴包括面对第二卷轴的间隙表面、通过间隙表面连接的第一前表面和第二前表面、以及将第一前表面和第二前表面连接的第一倾斜面和第二倾斜面，其中第一倾斜面比第二倾斜面长。

Description

用于螺旋卷绕电极的芯轴
技术领域
本发明涉及用于螺旋卷绕可再充电电池的电极的芯轴(mandrel)。
背景技术
随着IT技术的发展，各种移动设备诸如智能电话和平板个人计算机(PC)被快速地发布到市场。为了改善设计和方便性，这样的装置已经变得越来越薄。在这些变薄的装置中，电池厚度的精确性是重要的。
可再充电电池诸如锂二次电池一般包括在壳内部的电解质和一对被卷绕的电极板(即，电极组件)。在可再充电电池中，电池的反复充电和放电会导致电池内部的膨胀，其中电池的厚度增大。这种膨胀可能由电池内的锂化合物的产生引起，其能够导致电极/电解质界面层的生长。如果锂二次电池中的电极板之间的间隙过小，则当电极膨胀时，电极板会不均匀地变形。
此外，当电极板之间的间隙过小时，电极板的侧面会弯曲，导致电极组件的不均匀的厚度。近来已经发展了具有相对大的宽度和相对小的厚度的电池。然而，在具有小的厚度的电池中，电极之间没有足够的缓冲空间，使得难以形成或保持均匀的厚度。
在本背景部分公开的以上信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此，它可以包含不形成该国中为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。
发明内容
本发明提出一种能够均匀地形成电极组件的厚度并最小化电极板在膨胀时的变形的芯轴。
本发明的一个或多个实施例提出一种配置为卷绕可再充电电池的电极的芯轴，该芯轴包括：第一卷轴和第二卷轴，在两者之间具有间隙，其中第一卷轴包括面对第二卷轴的间隙表面、通过间隙表面连接的第一前表面和第二前表面以及将第一前表面和第二前表面连接在一起的第一倾斜面和第二倾斜面，其中第一倾斜面比第二倾斜面长。第一倾斜面的长度和第二倾斜面的长度的比可以在约1.1与约1.5之间。
第一倾斜面可以连接到第一前表面，第二倾斜面可以连接到第二前表面。第一倾斜面和第一前表面之间的倾斜角与第二倾斜面和第二前表面之间的倾斜角的比可以在约0.95与约0.7之间。第一倾斜面和第一前表面可以在弧形的拐角处相交。
第一倾斜面和第二倾斜面可以在长度方向和垂直于长度方向的深度方向上延伸。第一倾斜面在深度方向上延伸的深度所对应的距离与第二倾斜面在深度方向上延伸的深度所对应的距离之间的比可以在约1.5与约4之间。
芯轴的以毫米为单位的厚度与第一倾斜面和第二倾斜面之间的以度为单位的角度之间的比可以在约0.25与约1.2之间。
第一倾斜面和第二倾斜面之间的角度可以在约50°与约70°之间，第一前表面和第二前表面可以是平行的。
第二卷轴可以包括面对第一卷轴的间隙表面、通过间隙表面连接的第三前表面和第四前表面以及将第三前表面和第四前表面连接的第三倾斜面和第四倾斜面，其中第三倾斜面可以比第四倾斜面长。第三倾斜面可以平行于第一倾斜面，第四倾斜面可以平行于第二倾斜面。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个或多个实施例的用于螺旋卷绕电极的芯轴的透视图。
图2是示出图1的用于螺旋卷绕电极的芯轴的纵向截面图。
图3是示出通过根据本发明的实施例的芯轴卷绕的电极组件和通过对称芯轴卷绕的电极组件在充电之后的电极组件的对比厚度分布的图形。
图4是示出根据本发明的一个或多个实施例的用于螺旋卷绕电极的芯轴的纵向截面图。
非限制性实施例中的标记的描述
101，102：芯轴
10，30：第一螺旋卷绕卷轴
11，31：第一前表面
12，32：第二前表面
13，33：第一倾斜面
14，34：第二倾斜面
15，25，35，45：间隙表面
20，40：第二螺旋卷绕卷轴
21，41：第三前表面
22，42：第四前表面
23，43：第三倾斜面
24，44：第四倾斜面
具体实施方式
在下文，参照附图描述本发明的示范性实施例，使得本发明能够被本领域技术人员容易地实施。如本领域技术人员将认识到的，所述的实施例可以以各种不同的方式修改，而都没有背离本发明的精神或范围。同样的附图标记可以在整个说明书和附图中指代同样的元件。
图1是示出根据本发明的一个或多个实施例的用于螺旋卷绕电极的芯轴的透视图。图2是示出根据图1的芯轴的纵向截面图。
参照图1和图2，根据本发明的一个或多个实施例的芯轴101包括第一卷轴(reel)10和第二卷轴20。第一卷轴10和第二卷轴20分开地设置，在两者之间具有间隙，电极板的端部被插入在第一卷轴10和第二卷轴20之间。当正电极、负电极和隔板插设(或插入)在第一卷轴10和第二卷轴20之间时，第一卷轴10和第二卷轴20可以随后一起(或同时地)旋转(或卷绕)，在芯轴101的外表面形成卷绕的电极板。
第一卷轴10包括：间隙表面15，面对第二卷轴20并在宽度方向Y和垂直于宽度方向Y的深度方向X上延伸；第一前表面11和第二前表面12，通过间隙表面15连接并在宽度方向和垂直于深度方向X和宽度方向Y的长度方向Z上延伸；以及第一倾斜面13和第二倾斜面14，连接第一前表面11和第二前表面12并在宽度方向Y、深度方向X和长度方向Z上延伸。第一卷轴10的垂直截面为大致五边形形状，间隙表面15、第一前表面11、第一倾斜面13、第二倾斜面14和第二前表面12顺序地连接以形成五边形(即，第一前表面11从间隙表面15朝向第一倾斜面13延伸，第一倾斜面13从第一前表面11朝向第二倾斜面14延伸，第二倾斜面14从第一倾斜面13朝向第二前表面12延伸，第二前表面12从第二倾斜面14朝向间隙表面15延伸，间隙表面15从第二前表面12朝向第一前表面11延伸)。
间隙表面15、第一前表面11、第一倾斜面13、第二倾斜面14和第二前表面12形成在宽度方向Y上延伸的多个矩形。间隙表面15、第一前表面11、第一倾斜面13、第二倾斜面14和第二前表面12具有相同的宽度(即，在宽度方向Y上均匀地延伸)。
第一前表面11和第二前表面12是平行的并在长度方向Z上具有相同的长度。第一倾斜面13和第二倾斜面14连接第一前表面11和第二前表面12。第一倾斜面13连接到第一前表面11，第二倾斜面14连接到第二前表面12。
第一倾斜面13具有比第二倾斜面14大的在长度方向Z和深度方向X上延伸的长度。第一倾斜面13的长度L1与第二倾斜面14的长度L2的比在约1.1与约1.5之间。因而，因为第一倾斜面13形成得比第二倾斜面14长，所以芯轴101的各侧是不对称的，这在卷绕期间产生电极组件的长度上的差异并可以产生电极板之间的相应增大的间隙。
第一前表面11和第一倾斜面13之间的倾斜角A1小于第二前表面12和第二倾斜面14之间的倾斜角A2。倾斜角A1与倾斜角A2的比可以在约0.95与约0.7之间。因而，因为第一倾斜面13和第二倾斜面14具有在长度方向Z上的不同的斜度，所以电极组件的两侧的表面被不对称地卷绕并可以产生电极板之间的相应增大的间隙。
如以上论述的，第一倾斜面13和第二倾斜面14在长度方向Z和深度方向X上延伸。与第一倾斜面13在深度方向X上延伸的长度相对应的距离D1比与第二倾斜面14在深度方向X上延伸的长度相对应的距离D2长。距离D1与距离D2的比可以在约1.5与约4之间。因此，与第一前表面11相比，第一倾斜面13与第二倾斜面14相交的拐角(在深度方向X上)更接近第二前表面12。
此外，以毫米(mm)为单位的第一卷轴10的厚度(即，第一卷轴10的在深度方向X上延伸的长度或D1+D2)与第一倾斜面13和第二倾斜面14之间的以度为单位的角度A3之比可以在约0.25与约1.2之间。此外，第一倾斜面13和第二倾斜面14之间的角度A3可以在约50°与约70°之间。
第二卷轴20和第一卷轴10具有对称的结构，第二卷轴20相对于第一卷轴10旋转180度。第二卷轴20包括：间隙表面25，面对第一卷轴10并在宽度方向Y和深度方向X上延伸；第三前表面21和第四前表面22，通过间隙表面25连接并在宽度方向Y和长度方向Z上延伸；以及第三倾斜面23和第四倾斜面24，连接第三前表面21和第四前表面22并在宽度方向Y、深度方向X和长度方向Z上延伸。
第二卷轴20的间隙表面25平行于第一卷轴10的间隙表面15，电极板被插入在间隙表面15、25之间。第三倾斜面23平行于第一倾斜面13，第四倾斜面24平行于第二倾斜面14。第三前表面21和第四前表面22也是平行的。
间隙表面25、第三前表面21、第三倾斜面23、第四倾斜面24和第四前表面22形成在宽度方向Y上延伸的多个矩形。第二卷轴20的垂直截面为大致五边形形状，间隙表面25、第三前表面21、第三倾斜面23、第四倾斜面24和第四前表面22连接以形成五边形(即，第三前表面21从间隙表面25朝向第三倾斜面23延伸，第三倾斜面23从第三前表面21朝向第四倾斜面24延伸，第四倾斜面24从第三倾斜面23朝向第四前表面22延伸，第四前表面22从第四倾斜面24朝向间隙表面25延伸，间隙表面25从第四前表面22朝向第三前表面21延伸)。此外，第三倾斜面23形成得比第四倾斜面24长，第三倾斜面23的长度与第四倾斜面24的长度的比可以在约1.1与约1.5之间。
因而，因为第一卷轴10和第二卷轴20的倾斜面被不对称地形成，所以电极组件的长度在其被卷绕时改变，允许电极板之间的较大的间隙。因此，即使在电池内部膨胀时，也能够防止(或最小化)在电极组件的侧端处的电极板的弯曲或变形并可以保持电极组件的均匀的厚度。
图3示出通过根据本发明的一个或多个实施例的芯轴螺旋卷绕的电极组件和通过对称的芯轴螺旋卷绕的电极组件在充电期间的厚度分布。如图3所示，通过根据本发明的一个或多个实施例的芯轴螺旋卷绕的电极组件的厚度(测量的展开厚度和实际厚度两者)的分布通常小于通过对称芯轴螺旋卷绕的电极组件的厚度(测量的展开厚度和实际厚度两者)的分布。
图4是示出根据本发明的一个或多个实施例的用于螺旋卷绕电极的芯轴的纵向截面图。
参照图4，用于螺旋卷绕电极的芯轴102包括第一卷轴30和第二卷轴40。
第一卷轴30和第二卷轴40分开地设置，在两者之间具有间隙，电极板的端部可以插入在第一卷轴30和第二卷轴40之间。
第一卷轴30包括：间隙表面35，面对第二卷轴40并在宽度方向和垂直于宽度方向的深度方向上延伸；第一前表面31和第二前表面32，通过间隙表面35连接并在宽度方向和垂直于宽度方向和深度方向的长度方向上延伸；以及第一倾斜面33和第二倾斜面34，连接第一前表面31和第二前表面32并在宽度方向、深度方向和长度方向上延伸。间隙表面35、第一前表面31、第一倾斜面33、第二倾斜面34和第二前表面32形成在宽度方向上延伸的多个矩形。间隙表面35、第一前表面31、第一倾斜面33、第二倾斜面34和第二前表面32具有相同的宽度(即，在宽度方向上均匀地延伸)。
第一前表面31和第二前表面32是平行的并在长度方向上具有相同的长度。第一倾斜面33连接到第一前表面31，第二倾斜面34连接到第二前表面32。第一倾斜面33具有比第二倾斜面34大的在长度方向和深度方向上延伸的长度。第一倾斜面33的长度与第二倾斜面34的长度的比在约1.1与约1.5之间。
第一前表面31和第一倾斜面33在接触点P1处相交并形成大致弧形的拐角。接触点P1位于与该弧形拐角相切的切线C1上。如图4所示，从第一卷轴30的中心01突出到接触点P1的线和切线C1是垂直的。
因而，在其中第一前表面31和第一倾斜面33在弧形的拐角处相交的实施例中，第一倾斜面33的长度可以比该拐角不是圆的或弧形的时在长度方向Z上更长。
第二卷轴40和第一卷轴30具有对称的结构，第二卷轴40相对于第一卷轴30旋转180度。第二卷轴40包括：间隙表面45，面对第一卷轴30并在宽度方向和深度方向上延伸；第三前表面41和第四前表面42，通过间隙表面45连接并在宽度方向和长度方向上延伸；以及第三倾斜面43和第四倾斜面44，连接第三前表面41和第四前表面42并在宽度方向、长度方向和深度方向上延伸。
第二卷轴40的间隙表面45平行于第一卷轴30的间隙表面35，电极板被插入在间隙表面35、45之间。第三倾斜面43形成为平行于第一倾斜面33，第四倾斜面43形成为平行于第二倾斜面34。第三前表面41和第四前表面42也平行地设置。
第三倾斜面43形成得比第四倾斜面44长，第三倾斜面43的长度与第四倾斜面44的长度的比在约1.1与约1.5之间。第三前表面41和第三倾斜面43在接触点P2处相交并形成大致弧形的拐角。接触点P2位于与该弧形拐角相切的切线C2上。如图4所示，从第二卷轴40的中心02突出到接触点P2的线和切线C2是垂直的。
尽管已经结合目前认为可行的示范性实施例描述了本发明，但是将理解，本发明不限于公开的实施例，而是相反地，旨在涵盖被包括在权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种配置为卷绕可再充电电池的电极的芯轴，该芯轴包括：
第一卷轴；和
第二卷轴，通过间隙与所述第一卷轴间隔开，
其中所述第一卷轴包括面对所述第二卷轴的间隙表面、通过所述间隙表面连接的第一前表面和第二前表面、以及将所述第一前表面和所述第二前表面连接的第一倾斜面和第二倾斜面，
其中所述第一倾斜面比所述第二倾斜面长。
2.如权利要求1所述的芯轴，其中所述第一倾斜面的长度和所述第二倾斜面的长度的比在1.1与1.5之间。
3.如权利要求1所述的芯轴，其中所述第一倾斜面连接到所述第一前表面，所述第二倾斜面连接到所述第二前表面，
其中所述第一倾斜面和所述第一前表面之间的倾斜角与所述第二倾斜面和所述第二前表面之间的倾斜角的比在0.95与0.7之间。
4.如权利要求3所述的芯轴，其中所述第一倾斜面和所述第一前表面在弧形的拐角处相交。
5.如权利要求1所述的芯轴，其中所述第一倾斜面和所述第二倾斜面在长度方向和垂直于所述长度方向的深度方向上延伸，
其中所述第一倾斜面在所述深度方向上延伸的深度所对应的距离与所述第二倾斜面在所述深度方向上延伸的深度所对应的距离之间的比在1.5与4之间。
6.如权利要求1所述的芯轴，其中所述芯轴的以毫米为单位的厚度与所述第一倾斜面和所述第二倾斜面之间的以度为单位的角度之间的比在0.25与1.2之间。
7.如权利要求6所述的芯轴，其中所述第一倾斜面和所述第二倾斜面之间的角度在50°与70°之间。
8.如权利要求1所述的芯轴，其中所述第一前表面和所述第二前表面是平行的。
9.如权利要求1所述的芯轴，其中所述第二卷轴包括面对所述第一卷轴的间隙表面、通过所述间隙表面连接的第三前表面和第四前表面、以及连接所述第三前表面和所述第四前表面的第三倾斜面和第四倾斜面，
其中所述第三倾斜面比所述第四倾斜面长。
10.如权利要求9所述的芯轴，其中所述第三倾斜面平行于所述第一倾斜面，所述第四倾斜面平行于所述第二倾斜面。
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