CN106025377A - 一种卷绕式电芯 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及二次电池领域，具体讲，涉及一种卷绕式电芯。卷绕式电芯由第一隔膜、第一极片、第二隔膜、第二极片的头端依次叠置并卷绕而成，第一隔膜位于扁平状电芯的最内侧；第一极片上电连接有第一极耳，第二极片上电连接有第二极耳；第一极耳和第二极耳位于扁平状电芯沿长度方向的平直面上且在厚度方向上不重合；第一极耳到第一集流体尾端的距离不超过第一集流体总长的1/3，第二极耳到第二集流体尾端的距离不超过第二集流体总长的1/3；第一极耳或/和第二极耳在扁平状电芯厚度方向的对应位置的电芯最内侧连续重叠的第一隔膜和第二隔膜之和不超过两层。本申请的卷绕式电芯，可节省隔膜用量，提升能量密度，降低变形风险。

Description

一种卷绕式电芯
技术领域
本申请涉及二次电池领域，具体讲，涉及一种卷绕式电芯。
背景技术
目前市场上广泛应用的二次电池，都由二次电池的电芯和外壳组成。其中，电芯为活性部件，一般由正极极片、负极极片以及设置在正极极片和负极极片之间的隔膜层叠或者卷绕而成。正极片包括正极集流体及涂覆在正极集流体表面的正极活性物质；负极片包括负极集流体及涂覆在负极集流体表面的负极活性物质。
随着二次电芯商业化的发展，市场对其能量密度的要求越来越高如图1和图2所示，卷绕式电芯的内部需要空卷隔离膜，电芯最内侧有4层隔离膜连续堆叠，不但造成隔离膜的浪费，而且增加电芯厚度从而降低电芯的能量密度。另外极耳在电芯最内侧，也就是头部，这样会造成电芯结构的不对称，并造成电芯的变形。
针对现有技术的缺陷，特提出本申请。
发明内容
本申请的发明目的在于提出一种卷绕式电芯。
为了完成本申请的发明目的，采用的技术方案为：
本申请涉及一种卷绕式电芯，所述卷绕式电芯为由第一隔膜、第一极片、第二隔膜、第二极片的头端依次叠置并卷绕而成的扁平状电芯，所述第一隔膜位于所述扁平状电芯的最内侧；所述第一极片包括第一集流体和涂覆在第一集流体表面的第一活性物质层，所述第二极片包括第二集流体和涂覆在第二集流体表面的第二活性物质层；所述第一极片上电连接有第一极耳，所述第二极片上电连接有第二极耳；所述第一极耳和所述第二极耳位于所述扁平状电芯沿长度方向的平直面上且在厚度方向上不重合；
优选的，所述第一极耳到所述第一集流体尾端的距离不超过所述第一集流体总长的1/3，所述第二极耳到所述第二集流体尾端的距离不超过所述第二集流体总长的1/3；所述第一极耳或/和第二极耳在所述扁平状电芯厚度方向的对应位置的电芯最内侧连续重叠的所述第一隔膜和所述第二隔膜之和不超过两层。
优选的，所述第一隔膜包括由头部到尾部依次设置的第一隔膜回折段和第一隔膜隔离段，所述第二隔膜包括由头部到尾部依次设置的第二隔膜回折段和第二隔膜隔离段，所述第一隔膜回折段与所述第二隔膜回折段形成隔膜回折部，所述隔膜回折部的回折方向与所述扁平状电芯的卷绕方向相同，所述第一极耳或所述第二极耳在所述扁平状电芯厚度方向上与所述隔膜回折部互相错开。
优选的，所述隔膜回折部位于所述扁平状电芯的宽度方向上最内侧的一端。
优选的，所述隔膜回折部在所述扁平状电芯厚度方向上位于所述第一极耳和所述第二极耳之间。
优选的，所述第二集流体的头部设置有第二集流体回折段，所述第二集流体回折段的回折方向与所述扁平状电芯的卷绕方向相同，所述第二集流体回折段与所述隔膜回折部不重合，所述第二集流体回折段与所述第一极耳或所述第二极耳在所述扁平状电芯厚度方向上不重合。
优选的，所述第一集流体夹设于所述第一隔膜隔离段与所述第二隔膜隔离段之间。
优选的，所述第一活性物质层的起始端与所述第一集流体的起始端齐平，所述第二活性物质层的起始端与所述第二集流体的起始端齐平；所述第一集流体的至少一个表面涂覆有所述第一活性物质层，所述第二集流体的上下表面均涂覆有所述第二活性物质层。
优选的，所述第一集流体夹设于所述第一隔膜回折段与所述第二隔膜回折段之间。
优选的，所述第一极耳沿所述第一集流体的长度方向上的至少一侧设置有所述第一活性物质层，所述第二极耳沿所述第二集流体的长度方向上的至少一侧设置有所述第二活性物质层。
优选的，所述第一极片为负极极片，所述第二极片为正极极片；或，所述第一极片为正极极片，所述第二极片为负极极片。
本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
本申请的卷绕式电芯，可节省隔膜用量，提升能量密度，并可降低成本。本申请的极耳位于电芯外侧，增加了电芯的内部结构对称性，降低了电芯变形的风险。
附图说明
图1为背景技术中卷绕式电芯结构示意图；
图2为背景技术中又一卷绕式电芯结构示意图；
图3为本申请某一具体实施方式中的卷绕式电芯结构示意图；
图4为本申请某一具体实施方式中的卷绕式电芯结构示意图；
图5为本申请某一具体实施方式中的卷绕式电芯结构示意图；
图6为本申请某一具体实施方式中的卷绕式电芯结构示意图；
图7为本申请某一具体实施方式中的卷绕式电芯结构示意图；
图8为本申请某一具体实施方式中的卷绕式电芯结构示意图；
图9为本申请某一具体实施方式中的卷绕式电芯结构示意图；
图10为本申请某一具体实施方式中的卷绕式电芯结构示意图。
其中：
1-卷绕式电芯；
10-第一隔膜；
101-第一隔膜回折段；
102-第一隔膜隔离段；
20-第二隔膜；
201-第二隔膜回折段；
202-第二隔膜隔离段；
30-第一极片；
301-第一集流体；
302-第一活性物质层；
40-第二极片；
401-第二集流体；
402-第二活性物质层；
4011-第二集流体回折段；
50-第一极耳；
60-第二极耳。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
本申请涉及一种卷绕式电芯1，为由第一隔膜10、第一极片30、第二隔膜20、第二极片40的头端依次叠置并卷绕而成的扁平状电芯，第一隔膜10位于扁平状电芯1的最内侧；
第一极片30包括第一集流体301和涂覆在第一集流体301表面的第一活性物质层302，第二极片40包括第二集流体401和涂覆在第二集流体401表面的第二活性物质层402；第一极片30上电连接有第一极耳50，第二极片40上电连接有第二极耳60；第一极耳50和第二极耳60位于扁平状电芯1沿长度方向的平直面上，且在厚度方向上不重合；
第一极耳50到第一集流体301尾端的距离不超过第一集流体301总长的1/3，第二极耳60到第二集流体401尾端的距离不超过第二集流体401总长的1/3，第一极耳50或/和第二极耳60在电芯厚度方向的对应位置的电芯最内侧连续重叠的第一隔膜10和第二隔膜20之和不超过两层。
在本申请的扁平状电芯，由第一隔膜10的起始端绕卷360度后所构成的一个螺圈在电芯宽度方向上的中心线为扁平状电芯的最内侧。
本申请的扁平状电芯的绕卷圈数至少为1.5圈，第一极耳50和第二极耳60不会位于卷绕式电芯1的第一圈。
由于本申请中将极耳设置于电芯的外侧，增加了电芯的内部结构对称性，减少了电芯变形的风险。第一极耳50或/和第二极耳60在电芯厚度方向的对应位置的电芯最内侧连续重叠的第一隔膜10和第二隔膜20之和不超过两层，不再需要连续重叠4层隔膜，可节省两层隔膜的原材料和厚度，节约了成本，且提升了电芯的体积能量密度。
作为本申请卷绕式电芯1的一种改进，第一极耳50沿第一集流体301的长度方向上的至少一侧设置有第一活性物质层302，第二极耳60沿第二集流体401的长度方向上的至少一侧设置有第二活性物质层402。极耳可设置于集流体尾部的空箔区上，为了进一步提高电芯的体积能量密度，减少空箔区的面积，当极耳设置于集流体偏中部的位置上时，沿集流体的长度方向上的两侧均设置活性物质层，设置有极耳的空箔区均可以设置活性物质。
作为本申请卷绕式电芯1的一种改进，扁平状电芯的卷绕方向为逆时针或顺时针，具体卷绕方向根据设备而定。
作为本申请卷绕式电芯1的一种改进，第一极耳50为一个或多个，第二极耳60为一个或多个。由于本申请中将极耳设置于电芯的外侧，所以增加极耳的个数也不会增加电芯变形的风险。
作为本申请卷绕式电芯1的一具体实施例，如图3和图4所示；第二集流体401的起始端与第一集流体301的起始端可以齐平，也可错开设置。第一隔膜10的起始端和第二隔膜20的起始端均与第一集流体301的起始端齐平。即电池最内侧为两层连续重叠的第一隔膜10。图3为逆时针卷绕，图4为顺时针卷绕。该具体实施方式中，在电芯最内侧卷绕一层空白集流体以方便电芯的制备。
作为本申请卷绕式电芯1的又一具体实施例，如图5所示；第一活性物质层302的起始端与第一集流体301的起始端可以齐平，也可错开设置。第二活性物质层402的起始端与第二集流体401的起始端齐平；且第一集流体301的外表面均涂覆有第一活性物质层302，第二集流体401的上下表面均涂覆有第二活性物质层402。即从电芯的最内侧就开始卷绕上下表面均涂覆有活性物质层的极片，不在电芯最内侧卷绕空白集流体，可进一步提高电芯的体积能量密度。活性物质层的起始端也可不与集流体的起始端齐平，可根据实际情况灵活的进行设计。
作为本申请卷绕式电芯1的又一具体实施例，如图6所示；第一隔膜10包括由头部到尾部依次设置的第一隔膜回折段101和第一隔膜隔离段102，第二隔膜20包括由头部到尾部依次设置的第二隔膜回折段201和第二隔膜隔离段202；隔膜回折部的回折方向与扁平状电芯的卷绕方向相同，第一极耳50或第二极耳60在扁平状电芯厚度方向上与隔膜回折部互相错开，因此不会增加电芯的厚度。隔膜回折部的设计与图3～5所示的实施方式相比，虽然原材料略有浪费，但隔膜回折部的设计使电芯在绕卷过程中操作更加方便，由于极耳位置是电芯最厚的地方，因此，该隔膜回折部的设计不会损失体积能量密度。隔膜回折部位于扁平状电芯的宽度方向上最内侧的一端，第一集流体301夹设于第一隔膜隔离段102与第二隔膜隔离段202之间。
作为本申请卷绕式电芯1的又一具体实施例，如图7所示；该具体实施方式与图6不同的是，第一活性物质层302的起始端与第一集流体301的起始端齐平，第二活性物质层402的起始端与第二集流体401的起始端齐平；第一集流体301的外表面涂覆有第一活性物质层302，第二集流体401的上下表面均涂覆有第二活性物质层402。
作为本申请卷绕式电芯1的又一具体实施例，如图8所示；第一隔膜10包括第一隔膜回折段101和第一隔膜隔离段102，第二隔膜20包括第二隔膜回折段201和第二隔膜隔离段202，第一隔膜回折段101与第二隔膜回折段201形成隔膜回折部，隔膜回折部的回折方向与扁平状电芯的卷绕方向相同，隔膜回折部位于扁平状电芯的宽度方向上最内侧的一端，且与第一极耳50或第二极耳60在扁平状电芯厚度方向上不重合，因此不会增加电芯的厚度。第一集流体301夹设于第一隔膜回折段101与第二隔膜回折段201之间。第一集流体301与隔膜隔离段相对应位置的外表面涂覆有第一活性物质层302，第二集流体401与隔膜隔离段相对应位置的上下表面均涂覆有第二活性物质层402。
作为本申请卷绕式电芯1的又一具体实施例，如图9所示；第一隔膜10包括第一隔膜回折段101和第一隔膜隔离段102，第二隔膜20包括第二隔膜回折段201和第二隔膜隔离段202，第一隔膜回折段101与第二隔膜回折段201形成隔膜回折部，隔膜回折部的回折方向与扁平状电芯的卷绕方向相同，隔膜回折部在电芯厚度方向上位于第一极耳50和第二极耳60之间，不与第一极耳50和第二极耳60重合，因此不会增加电芯的厚度。第一集流体301夹设于第一隔膜隔离段102与第二隔膜隔离段202之间。由于隔膜回折部位于电芯最内侧的中部，隔膜隔离段开始卷绕是从电芯内侧的中部开始绕卷，然后进行弯折，第一集流体301夹设于第一隔膜隔离段102与第二隔膜隔离段202之间，跟随着隔膜一起绕卷。在本实施例中，沿集流体的长度方向上的两侧均设置活性物质层。
作为本申请卷绕式电芯1的又一具体实施例，如图10所示；该具体实施方式与图9不同的是，第二集流体401的头部设置有第二集流体回折段4011，第二集流体回折段4011的回折方向与扁平状电芯的卷绕方向相同，第二集流体回折段4011与隔膜回折部不重合，且第二集流体回折段4011与第一极耳50或第二极耳60在扁平状电芯厚度方向上不重合。第二集流体回折段4011虽然增加了一些材料，但可方便绕卷操作，并且不会增加电芯的厚度。
在上述具体实施方式中，当第一极片30为负极极片时，第二极片40为正极极片；或，当第一极片30为正极极片时，第二极片40为负极极片。可根据第一、第二极片的选择，灵活的设计活性物质的长度，负极极片上活性物质层的长度，可以大于或等于正极活性物质的长度。根据设计的需要，第一隔膜可以和第二隔膜合为一条隔膜。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种卷绕式电芯，所述卷绕式电芯为由第一隔膜、第一极片、第二隔膜、第二极片的头端依次叠置并卷绕而成的扁平状电芯，所述第一隔膜位于所述扁平状电芯的最内侧；所述第一极片包括第一集流体和涂覆在第一集流体表面的第一活性物质层，所述第二极片包括第二集流体和涂覆在第二集流体表面的第二活性物质层；所述第一极片上电连接有第一极耳，所述第二极片上电连接有第二极耳；所述第一极耳和所述第二极耳位于所述扁平状电芯沿长度方向的平直面上且在厚度方向上不重合；
其特征在于，所述第一极耳到所述第一集流体尾端的距离不超过所述第一集流体总长的1/3，所述第二极耳到所述第二集流体尾端的距离不超过所述第二集流体总长的1/3；所述第一极耳或/和第二极耳在所述扁平状电芯厚度方向的对应位置的电芯最内侧连续重叠的所述第一隔膜和所述第二隔膜之和不超过两层。
2.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述第一隔膜包括由头部到尾部依次设置的第一隔膜回折段和第一隔膜隔离段，所述第二隔膜包括由头部到尾部依次设置的第二隔膜回折段和第二隔膜隔离段，所述第一隔膜回折段与所述第二隔膜回折段形成隔膜回折部，所述隔膜回折部的回折方向与所述扁平状电芯的卷绕方向相同，所述第一极耳或所述第二极耳在所述扁平状电芯厚度方向上与所述隔膜回折部互相错开。
3.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述隔膜回折部位于所述扁平状电芯的宽度方向上最内侧的一端。
4.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述隔膜回折部在所述扁平状电芯厚度方向上位于所述第一极耳和所述第二极耳之间。
5.根据权利要求4所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述第二集流体的头部设置有第二集流体回折段，所述第二集流体回折段的回折方向与所述扁平状电芯的卷绕方向相同，所述第二集流体回折段与所述隔膜回折部不重合，所述第二集流体回折段与所述第一极耳或所述第二极耳在所述扁平状电芯厚度方向上不重合。
6.根据权利要求4～5任一权利要求所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述第一集流体夹设于所述第一隔膜隔离段与所述第二隔膜隔离段之间。
7.根据权利要求6所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述第一活性物质层的起始端与所述第一集流体的起始端齐平，所述第二活性物质层的起始端与所述第二集流体的起始端齐平；所述第一集流体的至少一个表面涂覆有所述第一活性物质层，所述第二集流体的上下表面均涂覆有所述第二活性物质层。
8.根据权利要求4～5任一权利要求所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述第一集流体夹设于所述第一隔膜回折段与所述第二隔膜回折段之间。
9.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述第一极耳沿所述第一集流体的长度方向上的至少一侧设置有所述第一活性物质层，所述第二极耳沿所述第二集流体的长度方向上的至少一侧设置有所述第二活性物质层。
10.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述第一极片为负极极片，所述第二极片为正极极片；或，所述第一极片为正极极片，所述第二极片为负极极片。
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