CN106356497B - 极片及绕卷电芯 - Google Patents

极片及绕卷电芯 Download PDF

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Abstract

本申请涉及储能器件领域，尤其涉及一种极片及绕卷电芯。极片存在相互垂直的长度方向以及宽度方向，且极片在长度方向上的一端为起始端，另一端为收尾端，极片由在长度方向上依次连接的多个极片段组成，极片段分为多个种类，每个种类的极片段的数量均为若干个，不同种类的极片段在宽度方向上的尺寸均不同，极片至少存在一部分区域能够沿长度方向由起始端延伸至收尾端。绕卷电芯包括极片，绕卷电芯中，沿绕卷电芯的厚度方向，同一类型的极片段均依次对齐，绕卷电芯的每一圈均由相邻两个极片段共同构成。本申请实施例所提供的绕卷电芯通过采用包括多种不同宽度尺寸的极片段，能够直接通过绕卷方式形成在长度方向上具有多段不同厚度的绕卷电芯。

Description

极片及绕卷电芯
技术领域
本申请涉及储能器件领域，尤其涉及一种极片及绕卷电芯。
背景技术
目前，电子技术飞速发展，集成化程度越来越高的工艺技术使手机、笔记本电脑、数码相机等移动电子设备不断朝着轻薄化发展，这些电子设备越来越小的内部空间使得对空间利用率的需求不断提高。尤其在轻薄笔记本电脑方面，以MacBook为代表的超轻薄刀锋型笔记本外形设计使得传统的规则四方体电芯设计无法满足其空间利用率的需求。新的异形电芯如台阶电芯的出现完美的解决了这个难题。
在目前的台阶电芯设计方案中，以LG为代表的叠片电芯制造方案有着天然优势。而卷绕制造工艺中，通常采用大小电芯拼接的方式来实现台阶型异形电芯。采用这种方式拼接的卷绕台阶电芯一方面制造工艺比较复杂，需要拼接不同尺寸的裸电芯，组装固定和极耳设计方面也比较繁琐；另一方面多个尺寸的卷绕电芯最外圈和最内圈的单面区也会降低整体电芯的能量密度。因此，需要开发一种简单易行，并且可以解决多次卷绕能量密度损失难题的卷绕台阶形电芯的方法。
发明内容
本申请提供了一种极片及绕卷电芯，能够解决上述问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种极片，所述极片存在相互垂直的长度方向以及宽度方向，且所述极片在所述长度方向上的一端为起始端，另一端为收尾端，
所述极片由在所述长度方向上依次连接的多个极片段组成，相邻两个所述极片段能够共同构成绕卷电芯的一圈，
所述极片段分为多个种类，每个种类的所述极片段的数量均为若干个，不同种类的所述极片段在所述宽度方向上的尺寸均不同，
所述极片至少存在一部分区域能够沿所述长度方向由所述起始端延伸至所述收尾端。
优选地，所述极片段的种类包括第一极片段以及第二极片段，
所述第一极片段在所述宽度方向上的尺寸大于所述第二极片段在所述宽度方向上的尺寸，所述第一极片段与所述第二极片段沿所述长度方向交替排布。
优选地，所述极片段的种类至少包括三种，且不同种类的所述极片段沿所述宽度方向的尺寸依次减小，其中，沿所述宽度方向的尺寸最大的所述极片段为第一极片段，
沿所述起始端至所述收尾端的方向，所述第一极片段沿所述长度方向依次间隔排布，
相邻两个所述第一极片段之间均存在一个不同种类的所述极片段，且沿所述起始端至所述收尾端的方向，处于相邻两个所述第一极片段之间的所述极片段中，位于前方的所述极片段沿所述宽度方向的尺寸不小于位于后方的所述极片段沿所述宽度方向的尺寸。
优选地，所述极片段的种类包括第一极片段、第二极片段以及第三极片段，
所述第一极片段、所述第二极片段以及所述第三极片段在所述宽度方向上的尺寸依次减小，
沿所述起始端至所述收尾端的方向，所述第一极片段沿所述长度方向依次间隔排布，
相邻两个所述第一极片段之间均插入一个所述第二极片段或一个所述第三极片段，且沿所述起始端至所述收尾端的方向，所述第二极片段位于所述第三极片段的前方。
优选地，沿所述起始端至所述收尾端的方向，最后一个所述第一极片段之后还连接有一个沿所述宽度方向的尺寸最小的所述极片段。
优选地，沿所述起始端至所述收尾端的方向，除所述第一极片段以外的所述极片段，在所述长度方向上的尺寸依次增大，且增大程度等于该极片段在绕卷电芯内所处的一圈和与该圈相邻且位于内侧的另一圈之间的周长变化量。
优选地，不同种类的所述极片段沿所述长度方向依次排布。
优选地，所述极片段的种类包括第一极片段以及第二极片段，所述第一极片段在所述宽度方向上的尺寸大于所述第二极片段在所述宽度方向上的尺寸，
沿所述起始端至所述收尾端的方向，所述第一极片段位于所述第二极片段的前方。
优选地，所述极片的宽度由沿所述宽度方向的尺寸最大的所述极片段所界定。
优选地，不同种类的所述极片段沿所述宽度方向的其中一端对齐或不对齐。
优选地，至少一种所述极片段在所述长度方向上的尺寸一致，至少一种所述极片段在所述长度方向上的尺寸依次增大，且增大程度等于该极片段在绕卷电芯内所处的一圈和与该圈相邻且位于内侧的另一圈之间的周长变化量。
本申请实施例的第二方面提供了一种绕卷电芯，包括上述的极片，
所述绕卷电芯中，沿所述绕卷电芯的厚度方向，同一类型的所述极片段均依次对齐，所述绕卷电芯的每一圈均由相邻两个所述极片段共同构成。
本申请实施例提供的技术方案可以达到以下有益效果：
本申请实施例所提供的绕卷电芯通过采用包括多种不同宽度尺寸的极片段，能够直接通过绕卷方式形成在绕卷电芯的长度方向上具有多段不同厚度的绕卷电芯，从而提升产品内部空间利用率，避免采用相关技术中复杂的拼接工艺，大幅简化了制造工艺。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请第一个实施例所提供的其中一种极片的结构示意图；
图2为图1所示极片所绕卷形成的绕卷电芯的结构示意图；
图3为图2所示绕卷电芯封装形成的电芯的结构示意图；
图4为本申请第一个实施例所提供的另一种极片的结构示意图；
图5为图4所示极片所绕卷形成的绕卷电芯的结构示意图；
图6为图5所示绕卷电芯封装形成的电芯的结构示意图；
图7为本申请第二个实施例所提供的其中一种极片的结构示意图；
图8为图7所示极片所绕卷形成的绕卷电芯的结构示意图；
图9为图8所示绕卷电芯封装形成的电芯的结构示意图；
图10为图9所示电芯将极耳由较厚的一侧伸出所形成的变形例的结构示意图；
图11为图9所示电芯将极耳由台阶面伸出所形成的变形例的结构示意图；
图12为本申请第二个实施例所提供的另一种极片的结构示意图；
图13为图12所示极片所绕卷形成的绕卷电芯的结构示意图；
图14为图13所示绕卷电芯封装形成的电芯的结构示意图。
附图标记：
1-极片；
10-起始端；
11-收尾端；
12-第一极片段；
13-第二极片段；
14-第三极片段；
2-极耳；
3-密封胶。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中所述“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中的极片或绕卷电芯为参照。
如图1至14所示，本申请实施例提供了一种极片1，该极片1用于绕卷电芯，因此为长条状结构，也就是存在明显地相互垂直的长度方向以及宽度方向，在绕卷过程中会由极片在长度方向上的一端开始，因此该端为起始端10，另一端便为收尾端11。
极片1由在长度方向上依次连接的多个极片段组成，这些极片段分为多个种类，每个种类的极片段的数量不等，根据所要绕卷成形的电芯的对应区域所需的厚度而定，一般情况下的数量都不止一个。不同种类的极片段在宽度方向上的尺寸均不同，但同时还要保证极片1上至少存在一部分区域能够沿长度方向由起始端10延伸至收尾端11，也就是说，这些极片段的连接部位在极片1的宽度方向上均至少有一部分处于同一个区间范围内，在绕卷形成绕卷电芯时，基本上要保证沿绕卷电芯的厚度方向，同一类型的极片段均依次对齐，并且，绕卷电芯的每一圈均由相邻两个极片段共同构成。
但随着电芯绕卷的进行，绕卷电芯每一圈距绕卷中心的距离均不相同，其周长也会越来越大，这就要求在进行极片裁切形成极片段时要考虑到极片段在绕卷电芯中所处的圈数，一般而言，圈数越大，极片段所需要的尺寸就越大，因此，沿起始端10至收尾端11的方向，极片段的尺寸一般是要依次增大的。但这并不绝对，一般情况下，一个极片段会构成绕卷电芯的半圈，这样两个极片段共同构成绕卷电芯的完整一圈，此时，电芯的宽度基本上与极片段在长度方向上的尺寸保持一致。然而，对于由不同种类的极片段构成的绕卷电芯而言，如果能够保持其中一种极片段的尺寸始终不变，当这种极片段与其它种类的极片段共同组成绕卷电芯的一圈时，使其它种类的极片段的尺寸变化包含一整圈的周长变化量，依然能够保证沿绕卷电芯的厚度方向，位于不同圈的同一类型的极片段均依次对齐。
由于该部分由起始端10至收尾端11始终存在实体，因此随着绕卷的进行会持续地增加厚度，最终形成绕卷电芯上最厚的一部分。
而由于各极片段在宽度方向上的尺寸不同，因此在绕卷电芯中，位于绕卷电芯上最厚的这部分区域以外的其它区域的厚度以及位置会依照各种极片段的数量以及位置关系在绕卷电芯的长度方向上形成不同厚度的部分，最终使绕卷形成的电芯在长度方向上形成厚度不一类似于台阶状的结构。
在本申请中，根据所需要形成的绕卷电芯的具体结构，极片1上的不同种类的极片段之间可以采用不同的排布方式，下面会进行详细介绍。
在本申请的一个实施例中，不同种类的极片段可以沿长度方向依次排布。具体地，如图1所示，以包含两种极片段为例，这两种极片段分别为第一极片段12以及第二极片段13，第一极片段12在宽度方向上的尺寸大于第二极片段13在宽度方向上的尺寸。沿起始端10至收尾端11的方向，第一极片段12位于第二极片段13的前方。也就是说，由起始端10开始，首先全部由第一极片段12构成，当第一极片段12达到所需数量或长度后，再开始通过裁切等方式排布第二极片段13，直至收尾端11。
在该实施例中，极片1的宽度由第一极片段12所界定，也就是说，沿极片1的长度方向看，第一极片段12上与第二极片段13对齐的这一部分以及所有的第二极片段13一起构成的区域能够由起始端10延伸至收尾端11。在某些情形下，几种不同的极片段之间可能存在部分交错的情形，也就是说，沿着极片1的长度方向看，不同的极片段在宽度方向上均会部分超出其它极片段。例如，第一极片段12和第二极片段13可以部分交错，此时，极片1的宽度便不再是第一极片段12的宽度，而是第一极片段12与第二极片段13超出第一极片段12的部分的尺寸之和。并且，极片1的宽度与第一极片段12和第二极片段13的交错程度相关，用以满足不同的需求。
下面仍然以极片1的宽度由第一极片段12所界定的实施例进行说明。在该实施例的一个方案中，第二极片段13在宽度方向上可以有一端与第一极片段12对齐(参见图1)，这种结构所形成的绕卷电芯会在长度方向上形成厚度不一的a、b两部分结构(参见图2和3)，其中，较厚的a部分由第一极片段12与第二极片段13对齐的部分以及第二极片段13一起形成，而较薄的b部分则仅由第一极片段12的剩余部分绕卷形成。
除此之外，在该实施例的另一个方案中，第二极片段13在宽度方向上的两端也可以均不与第一极片段12的任何一端对齐(参见图4)，这种结构所形成的绕卷电芯会在长度方向上形成一个c部分和两个d部分，其中，位于中部c部分为最厚的部分，而在c部分的两侧则分别形成一个厚度较薄的d部分(参见图5和6)，其中，c部分由第一极片段12与第二极片段13对齐的部分以及第二极片段13一起形成，由于第二极片段13在宽度方向上的两端均未与第一极片段12的任何一端对齐，因此第一极片段12相对于第二极片段13在宽度方向的两侧均留有剩余部分，而绕卷电芯中的两个d部分则由第一极片段12上的这些剩余部分绕卷形成。
形成绕卷电芯后，需要装配极耳2，一般情况下极耳2会通过密封胶3装配在绕卷电芯的绕卷中心。
本实施例所提供的方案中，所形成的绕卷电芯在长度上的各部分厚度均相对于绕卷电芯的绕卷中心对称排布。
为了满足客户对绕卷电芯结构的不同需求，本申请还提供了另一个实施例。在该实施例中，不同种类的极片段可以沿长度方向交替排布。仍然以包含第一极片段12和第二极片段13这两种不同的极片段为例，如图7所示，第一极片段12与第二极片段13沿长度方向交替排布。在该实施例中，极片1的宽度仍然由第一极片段12所界定，同时，第二极片段13在宽度方向上有一端与第一极片段12对齐。
在绕卷形成电芯后，绕卷电芯会在长度方向上形成厚度不一的e、f两部分(参见图8)，其中，较厚的e部分由第一极片段12与第二极片段13对齐的部分以及第二极片段13一起形成，而较薄的f部分则仅由第一极片段12的剩余部分绕卷形成。然而，在这一实施例中，较薄部分集中分布在绕卷电芯的绕卷中心的一侧，并且呈叠片状分布。而绕卷电芯整体的一侧表面在长度方向上齐平，而另一侧则呈台阶状结构。
为了便于在绕卷中心位置设置极耳2，极片1在绕卷中心位置的尺寸在绕卷电芯的长度方向上应当最大，因此，在极片1裁切时，沿起始端10至收尾端11的方向，首先形成的是第一极片段12。
极耳2一般会由绕卷电芯较薄的一侧伸出(参见图9)，但某些情形下，也可以由绕卷电芯较厚的一侧伸出(参见图10)。此外，对于这种类似于阶梯状的绕卷电芯，由于存在阶梯面，因此极耳2也可以由阶梯面伸出(参见图11)。
对于包含更多种类，例如三种或三种以上极片段的极片，可以采用下列方式进行排布：如图12所示，以包含第一极片段12、第二极片段13和第三极片段14的极片1为例，第一极片段12、第二极片段13和第三极片段14沿宽度方向的尺寸依次减小，沿起始端10至收尾端11的方向，第一极片段12沿长度方向依次间隔排布，而相邻两个第一极片段12之间均存在一个不同种类的极片段，可能是第二极片段13，也可能是第三极片段14，具体排布依照下述方式：沿起始端10至收尾端11的方向，处于这些第一极片段12之间的极片段中，位于前方的极片段沿宽度方向的尺寸应不小于位于后方的极片段沿宽度方向的尺寸。即首先排布的是沿宽度方向的尺寸仅次于第一极片段12的极片段，也就是第二极片段13，这样每个第二极片段13前方被插入的极片段均为第二极片段13，在沿宽度方向的尺寸相等，符合要求。待第二极片段13的数量满足需求后，在后续的两个第一极片段之间开始排布比第二极片段13在宽度方向上更小一些的极片段，在本实施例中，由于仅存在三种极片段，因此此时排布的是第三极片段14，而在其它一些拥有更多种类极片段的实施例中，将按照各极片段在宽度方向上的尺寸排序依次排布下去，直至收尾端11。需要注意的是，极片1上的各极片段一般是通过对极片基材整体裁切形成，而并不通过各极片段拼接形成。
在该实施例中，为了第一极片段12在长度方向上的尺寸始终保持一致，而沿起始端10至收尾端11的方向，第二极片段13和第三极片段14在长度方向的尺寸则依次增大，以此来吸收绕卷电芯每圈的变化量，从而保证位于不同圈的第一极片段12沿绕卷电芯的厚度方向依次对齐。
如图13和14所示，上述极片1进行绕卷后，所形成的绕卷电芯沿长度方向形成厚度依次递减的g、h、i三个部分，其中，最厚的g部分由第一极片段12、第二极片段13以及第三极片段14共同绕卷形成。中间的h部分由第一极片段12和第二极片段13绕卷形成，并且，这一部分存在两种形式，一种是由第二极片段13和与第二极片段13邻接的第一极片段12共同形成的绕卷结构，该绕卷结构相对于绕卷电芯的绕卷中心对称，而另一种则是由与第三极片段14邻接的第一极片段12形成的叠片结构，该叠片结构由绕卷电芯的最外侧直至绕卷结构。最后的i部分则是完全由第一极片段12形成的叠片结构，由绕卷电芯的最外侧直至绕卷电芯的绕卷中心。
此外，为了简化收尾结构，在极片1裁切时，沿起始端10至收尾端11的方向，最后一个第一极片段12之后还连接有一个沿宽度方向的尺寸最小的极片段，在本实施例中为第三极片段14。
在本申请各实施例所提供的绕卷电芯形成后，通过封装形成电芯。
本申请实施例通过绕卷方式直接形成在长度方向上具有多段不同厚度的绕卷电芯，从而避免采用相关技术中复杂的拼接工艺，大幅简化了制造工艺。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化，基于本申请所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种极片，其特征在于，所述极片存在相互垂直的长度方向以及宽度方向，且所述极片在所述长度方向上的一端为起始端，另一端为收尾端，
所述极片由在所述长度方向上依次连接的多个极片段组成，相邻两个所述极片段能够共同构成绕卷电芯的一圈，
所述极片段分为多个种类，每个种类的所述极片段的数量均为若干个，不同种类的所述极片段在所述宽度方向上的尺寸均不同，
所述极片至少存在一部分区域能够沿所述长度方向由所述起始端延伸至所述收尾端，
所述极片绕卷形成的电芯在长度方向上形成厚度不一的台阶状结构。
2.如权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极片段的种类包括第一极片段以及第二极片段，
所述第一极片段在所述宽度方向上的尺寸大于所述第二极片段在所述宽度方向上的尺寸，所述第一极片段与所述第二极片段沿所述长度方向交替排布。
3.如权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极片段的种类至少包括三种，且不同种类的所述极片段沿所述宽度方向的尺寸依次减小，其中，沿所述宽度方向的尺寸最大的所述极片段为第一极片段，
沿所述起始端至所述收尾端的方向，所述第一极片段沿所述长度方向依次间隔排布，
相邻两个所述第一极片段之间均存在一个不同种类的所述极片段，且沿所述起始端至所述收尾端的方向，处于相邻两个所述第一极片段之间的所述极片段中，位于前方的所述极片段沿所述宽度方向的尺寸不小于位于后方的所述极片段沿所述宽度方向的尺寸。
4.如权利要求3所述的极片，其特征在于，所述极片段的种类包括第一极片段、第二极片段以及第三极片段，
所述第一极片段、所述第二极片段以及所述第三极片段在所述宽度方向上的尺寸依次减小，
沿所述起始端至所述收尾端的方向，所述第一极片段沿所述长度方向依次间隔排布，
相邻两个所述第一极片段之间均插入一个所述第二极片段或一个所述第三极片段，且沿所述起始端至所述收尾端的方向，所述第二极片段位于所述第三极片段的前方。
5.如权利要求3或4所述的极片，其特征在于，沿所述起始端至所述收尾端的方向，最后一个所述第一极片段之后还连接有一个沿所述宽度方向的尺寸最小的所述极片段。
6.如权利要求3或4所述的极片，其特征在于，沿所述起始端至所述收尾端的方向，除所述第一极片段以外的所述极片段，在所述长度方向上的尺寸依次增大，且增大程度等于该极片段在绕卷电芯内所处的一圈和与该圈相邻且位于内侧的另一圈之间的周长变化量。
7.如权利要求1所述的极片，其特征在于，不同种类的所述极片段沿所述长度方向依次排布。
8.如权利要求7所述的极片，其特征在于，所述极片段的种类包括第一极片段以及第二极片段，所述第一极片段在所述宽度方向上的尺寸大于所述第二极片段在所述宽度方向上的尺寸，
沿所述起始端至所述收尾端的方向，所述第一极片段位于所述第二极片段的前方。
9.如权利要求1所述的极片，其特征在于，至少一种所述极片段在所述长度方向上的尺寸一致，至少一种所述极片段在所述长度方向上的尺寸依次增大，且增大程度等于该极片段在绕卷电芯内所处的一圈和与该圈相邻且位于内侧的另一圈之间的周长变化量。
10.一种绕卷电芯，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的极片，
所述绕卷电芯中，沿所述绕卷电芯的厚度方向，同一种类的所述极片段均依次对齐，所述绕卷电芯的每一圈均由相邻两个所述极片段共同构成。
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