CN107546420B - 卷绕式电芯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种卷绕式电芯，其由第一极片、第二极片以及设置于第一极片和第二极片之间的隔离膜卷绕而成。第一极片包括第一集流体和涂覆在第一集流体的表面上的第一活性物质层，且第一极片在卷绕成的每圈中形成有第一平面部和第一弯曲部。第一弯曲部具有：第一清洗区，从第一弯曲部的弯曲中心向两侧延伸而成，第一清洗区包括形成于第一弯曲部内侧的第一内清洗区，且第一内清洗区处的第一活性物质层被部分或完全清除。在根据本发明的卷绕式电芯中，由于第一内清洗区处的第一活性物质层被部分或完全清除，从而减少了第一活性物质层在第一极片卷绕时对第一集流体内侧弯曲的束缚，进而解决了卷绕式电芯在卷绕和/或热压过程中第一极片的断裂问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种卷绕式电芯。
背景技术
随着锂离子电池的发展，为了提高电池的能量密度，选用的集流体的厚度越来越小。当选用更薄的箔材(如铝箔)作为集流体时，随着集流体的压实密度和集流体的表面上的活性物质层的厚度的增加，对于卷绕式电芯来说，卷绕式电芯在卷绕及热压过程中会产生断裂现象，尤其是卷绕式电芯在卷绕时弯曲的部分。
目前，对于较薄厚度的箔材，其压实密度无法提高，因此只能选用较厚的箔材，从而限制了电池能量密度的提高。
当卷绕式电芯利用更薄的箔材作为集流体时，卷绕式电芯在热压的过程中，极片的内圈部分(尤其是内圈的极片部分在卷绕时处于弯曲的位置)会发生断裂现象。当内圈极片断裂后，如果断开的两部分中的其中一部分无极耳设置，则断裂的无极耳设置的该部分因不能再导电子而将不再参与锂离子电池的脱嵌锂工作，从而导致锂离子电池的能量密度降低；如果断开的两部分均依然有极耳设置，由于断裂会使得极片的整体导电子能力下降，锂离子的脱嵌速度降低，从而导致能量密度下降。另外，极片的断裂会在的断裂处产生毛刺颗粒，有刺穿隔膜的风险，导致电池短路，影响电池安全性能。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种卷绕式电芯，其能解决卷绕式电芯在卷绕和/或热压过程中极片的断裂问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种卷绕式电芯，其由第一极片、第二极片以及设置于第一极片和第二极片之间的隔离膜卷绕而成。第一极片包括第一集流体和涂覆在第一集流体的表面上的第一活性物质层，且第一极片在卷绕成的每圈中形成有第一平面部和第一弯曲部。其中，第一弯曲部具有：第一清洗区，从第一弯曲部的弯曲中心向两侧延伸而成，第一清洗区包括形成于第一弯曲部内侧的第一内清洗区，且第一内清洗区处的第一活性物质层被部分或完全清除。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的卷绕式电芯中，由于第一极片的第一弯曲部具有从第一弯曲部的弯曲中心向两侧延伸而成的第一清洗区，且第一清洗区包括形成于第一弯曲部内侧的第一内清洗区，而第一内清洗区处的第一活性物质层被部分或完全清除，从而减少了第一活性物质层在第一极片卷绕时对第一集流体内侧弯曲的束缚，进而解决了卷绕式电芯在卷绕和/或热压过程中第一极片的断裂问题。尤其当第一集流体采用超薄的箔材且具有较大的压实密度时，基于在第一极片的第一弯曲部上设置第一清洗区，从而大大提高了卷绕式电芯的能量密度。
附图说明
图1是根据本发明的卷绕式电芯在一实施例中的卷绕示意图；
图2是图1中的第二极片展开后的示意图；
图3是图1中的第一极片展开后的示意图；
图4是根据本发明的卷绕式电芯在另一实施例中的卷绕示意图；
图5是图4中的第二极片展开后的示意图；
图6是图4中的第一极片展开后的示意图；
图7是图3的俯视图，其中省去了第一极片的中间部分；
图8是图7中的变形例，其中省去了第一极片的中间部分，且极耳通过模切形成。
其中，附图标记说明如下：
1第一极片 22第二活性物质层
11第一集流体 23第二极耳收容凹槽
12第一活性物质层 P2第二平面部
13第一极耳收容凹槽 B2第二弯曲部
P1第一平面部 B21第二清洗区
B1第一弯曲部 B211第二内清洗区
B11第一清洗区 B212第二外清洗区
B111第一内清洗区 B22第二内未清洗区
B112第一外清洗区 B23第二外未清洗区
B12第一内未清洗区 3隔离膜
B13第一外未清洗区 4第一极耳
2第二极片 5第二极耳
21第二集流体
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的卷绕式电芯。
参照图1至图8，根据本发明的卷绕式电芯由第一极片1、第二极片2以及设置于第一极片1和第二极片2之间的隔离膜3卷绕而成。第一极片1包括第一集流体11和涂覆在第一集流体11的表面上的第一活性物质层12，且第一极片1在卷绕成的每圈中形成有第一平面部P1和第一弯曲部B1。
其中，第一弯曲部B1具有：第一清洗区B11，从第一弯曲部B1的弯曲中心向两侧延伸而成，第一清洗区B11包括形成于第一弯曲部B1内侧的第一内清洗区B111，且第一内清洗区B111处的第一活性物质层12被部分或完全清除。
在根据本发明的卷绕式电芯中，由于第一极片1的第一弯曲部B1具有从第一弯曲部B1的弯曲中心向两侧延伸而成的第一清洗区B11，且第一清洗区B11包括形成于第一弯曲部B1内侧的第一内清洗区B111，而第一内清洗区B111处的第一活性物质层12被部分或完全清除，从而减少了第一活性物质层12在第一极片1卷绕时对第一集流体11内侧弯曲的束缚，进而解决了卷绕式电芯在卷绕和/或热压过程中第一极片1的断裂问题。尤其当第一集流体11采用超薄的箔材且具有较大的压实密度时，基于在第一极片1的第一弯曲部B1上设置第一清洗区B11，从而大大提高了卷绕式电芯的能量密度。
根据本发明的卷绕式电芯，在一实施例中，参照图1和图4，第一弯曲部B1还可具有：第一内未清洗区B12，位于第一弯曲部B1的内侧且处于第一平面部P1与第一内清洗区B111之间的部分，而第一内未清洗区B12处的第一活性物质层12未被清除。
根据本发明的卷绕式电芯，在一实施例中，第一极片1的由内到外的1～10圈中的第一弯曲部B1可设置有第一清洗区B11。进一步地，第一极片1的由内到外的1～6圈中的第一弯曲部B1可设置有第一清洗区B11。当然，上述圈数可依据实际卷绕式电芯的第一极片1的总圈数来确定。
在一实施例中，参照图1和图3，第一清洗区B11还可包括第一外清洗区B112，形成于第一弯曲部B1的外侧，且第一外清洗区B112处的第一活性物质层12被部分或完全清除。
在一实施例中，参照图1，第一弯曲部B1还可具有：第一外未清洗区B13，位于第一弯曲部B1的外侧且处于第一平面部P1与第一外清洗区B112之间的部分，而第一外未清洗区B13处的第一活性物质层12未被清除。
在一实施例中，第一极片1的自内圈向外圈中的多个第一清洗区B11的宽度可相同或不同。优选地，参照图1、图3、图4以及图6，第一极片1的自内圈向外圈中的多个第一清洗区B11的宽度可依次递减。
具体来说，第一极片1的自内圈向外圈中的多个第一内清洗区B111的宽度可依次递减，这是由于第一极片1在弯曲时，第一极片1的自内圈向外圈中的多个第一内清洗区B111的曲率半径逐渐变大，而自内圈向外圈中的多个第一内清洗区B111的所产生的内应力逐渐减小，因此第一极片1的自内圈向外圈中的多个第一内清洗区B111的宽度可适当地依次递减。
第一极片1的自内圈向外圈中的多个第一外清洗区B112的宽度可依次递减。这是由于第一极片1在弯曲时，第一极片1的自内圈向外圈中的多个第一外清洗区B112的曲率半径逐渐变大，而自内圈向外圈中的多个第一外清洗区B112的所产生的内应力逐渐减小，因此第一极片1的自内圈向外圈中的多个第一外清洗区B112的宽度可适当地依次递减。
在一实施例中，第一极片1的自内圈向外圈中的多个第一清洗区B11的深度可相同或不同。优选地，第一极片1的自内圈向外圈中的多个第一清洗区B11的深度可依次递减。在这里补充说明的是，基于第一活性物质层12采用的活性物质层的厚度和压实密度不同，第一极片1的自内圈向外圈中的多个第一清洗区B11的宽度和深度可相应地调整。在这里补充说明的是，对于第一极片1的同一个第一弯曲部B1上设置的第一内清洗区B111和第一外清洗区B112，由于第一内清洗区B111的曲率半径小于第一外清洗区B112的曲率半径，因而当第一极片1的该一个第一弯曲部B1弯曲时，第一内清洗区B111所产生的内应力较大，因此在设计时第一内清洗区B111的宽度可适当大于第一外清洗区B112的宽度。
在一实施例中，参照图1、图3、图4以及图6，第一极片1在展开时，多个第一内清洗区B111间隔排列，多个第一外清洗区B112间隔排列。
在一实施例中，参照图1和图4，第二极片2可包括：第二集流体21；以及第二活性物质层22，涂覆在第二集流体21的表面上。第二极片2在卷绕成的每圈中形成有第二平面部P2和第二弯曲部B2，第二弯曲部B2具有：第二清洗区B21，从第二弯曲部B2的弯曲中心向两侧延伸而成，第二清洗区B21包括形成于第二弯曲部B2内侧的第二内清洗区B211，且第二内清洗区B211处的第二活性物质层22被部分或完全清除。由于第二极片2的第二弯曲部B2具有第二清洗区B21，第二清洗区B21包括形成于第二弯曲部B2内侧的第二内清洗区B211，而第二内清洗区B211处的第二活性物质层22被部分或完全清除，从而减少了第二活性物质层22在第二极片2卷绕时对第二集流体21内侧弯曲的束缚，进而解决了卷绕式电芯在卷绕和热压过程中第二极片2的断裂问题。尤其当第二集流体21采用超薄的箔材且具有较大的压实密度时，基于在第二极片2的第二弯曲部B2上设置第二清洗区B21，大大提高了卷绕式电芯的能量密度。
在一实施例中，参照图1和图3，第二弯曲部B2还可具有：第二内未清洗区B22，位于第二弯曲部B2的内侧且处于第二平面部P2与第二内清洗区B211之间的部分，而第二内未清洗区B22处的第一活性物质层12未被清除。
在一实施例中，第二极片2的由内到外的1～10圈中的第二弯曲部B2可设置有第二清洗区B21。进一步地，第二极片2的由内到外的1～6圈中的第二弯曲部B2可设置有第二清洗区B21。
在一实施例中，参照图1和图2，第二清洗区B21还可包括第二外清洗区B212，形成于第二弯曲部B2的外侧，第二外清洗区B212处的第二活性物质层22被部分或完全清除。
在一实施例中，参照图1，第二弯曲部B2还可具有：第二外未清洗区B23，位于第二弯曲部B2的外侧且处于第二平面部P2与第二外清洗区B212之间的部分，而第二外未清洗区B23处的第一活性物质层12未被清除。
在一实施例中，第二极片2的自内圈向外圈中的多个第二清洗区B21的宽度可相同或不同。优选地，参照图2和图5，第二极片2的自内圈向外圈中的多个第二清洗区B21的宽度可依次递减。
具体来说，第二极片2的自内圈向外圈中的多个第二内清洗区B211的宽度可依次递减。这是由于第二极片2在弯曲时，第二极片2的自内圈向外圈中的多个第二内清洗区B211的曲率半径逐渐变大，而自内圈向外圈中的多个第二内清洗区B211的所产生的内应力逐渐减小，因此第二极片2的自内圈向外圈中的多个第二内清洗区B211的宽度可适当地依次递减。
第二极片2的自内圈向外圈中的多个第二外清洗区B212的宽度可依次递减。这是由于第二极片2在弯曲时，第二极片2的自内圈向外圈中的多个第二外清洗区B212的曲率半径逐渐变大，而自内圈向外圈中的多个第二外清洗区B212的所产生的内应力逐渐减小，因此第二极片2的自内圈向外圈中的多个第二外清洗区B212的宽度可适当地依次递减。
在一实施例中，第二极片2的自内圈向外圈中的多个第二清洗区B21的深度可相同或不同。优选地，第二极片2的自内圈向外圈中的多个第二清洗区B21的深度依次递减。在这里补充说明的是，基于第二活性物质层22采用的活性物质层的厚度和压实密度不同，第二极片2的自内圈向外圈中的多个第二清洗区B21的宽度和深度可相应地调整。
在这里补充说明的是，对于第二极片2的同一个第二弯曲部B2上设置的第二内清洗区B211和第二外清洗区B212，由于第二内清洗区B211的曲率半径小于第二外清洗区B212的曲率半径，因而当第二极片2的该一个第二弯曲部B2弯曲时，第二内清洗区B211所产生的内应力较大，因此在设计时第二内清洗区B211的宽度可适当大于第二外清洗区B212的宽度。
在一实施例中，参照图1、图2、图4和图5，第二极片2在展开时，多个第二内清洗区B211间隔排列，多个第二外清洗区B212间隔排列。
在一实施例中，第一弯曲部B1的第一清洗区B11处的第一活性物质层12通过激光清洗技术被部分或完全清除。
在一实施例中，第二弯曲部B2的第二清洗区B21处的第二活性物质层22通过激光清洗技术被部分或完全清除。
在一实施例中，参照图7，第一清洗区B11(第一内清洗区B111和/或第一外清洗区B112)的形状可为矩形，且第一清洗区B11的长度为第一极片1的宽度。
在一实施例中，参照图8，第一内清洗区B111与第一外清洗区B112可形成有多个分散的凹坑。
在一实施例中，第二清洗区B21(第二内清洗区B211和/或第二外清洗区B212)的形状可为矩形，且第二清洗区B21的长度为第二极片2的宽度。
在一实施例中，第二内清洗区B211与第二外清洗区B212形成有多个分散的凹坑。
在一实施例中，参照图1至图8，卷绕式电芯还可包括：第一极耳4，电连接于第一平面部P1处的第一集流体11；以及第二极耳5，电连接于第二平面部P2处的第二集流体21。
在一实施例中，参照图1和图4，第一极片1卷绕成的每圈中的第一平面部P1处的第一集流体11对应电连接于一个第一极耳4，第二极片2卷绕成的每圈中的第二平面部P2处的第二集流体21对应电连接于一个第二极耳5。
在一实施例中，所有的第一极耳4和第二极耳5均位于卷绕式电芯的厚度方向的同一侧。
在一实施例中，在第一极片1卷绕成的所有圈中，仅一个第一平面部P1处的第一集流体11对应电连接于一个第一极耳4。在第二极片2卷绕成的所有圈中，仅一个第二平面部P2处的第二集流体21对应电连接于一个第二极耳5。
在一实施例中，参照图8，第一极耳4可由第一集流体11直接模切形成，第二极耳5可由第二集流体21直接模切形成。
在一实施例中，参照图1、图3、图4、图6以及图7，第一极片1形成有第一极耳收容凹槽13，收容第一极耳4。参照图1、图2、图4和图5，第二极片2形成有第二极耳收容凹槽23，收容第二极耳5。其中，第二极耳收容凹槽33的周侧可为三边封闭一边开口(参照图8)，或者第二极耳收容凹槽33的周侧可为两边封闭两边开口(即贯通槽)。第二极耳收容凹槽23亦可如此。
在一实施例中，第一极耳4焊接于第一集流体11上，第二极耳5焊接于第二集流体21上。
在根据本发明的卷绕式电芯中，第一集流体11的厚度小于13μm，第一活性物质层12的密度大于3.3g/cm3。
在根据本发明的卷绕式电芯中，第二活性物质层22中的第二活性物质可选自人造石墨、天然石墨、无定形碳、硬炭中的一种或多种。
在根据本发明的卷绕式电芯中，第一极活性物质层中的第一活性物质可选自钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸亚铁锂中的一种或多种。
在根据本发明的卷绕式电芯中，隔离膜3的材质可为聚丙烯或聚乙烯。
在根据本发明的卷绕式电芯中，第一极片1可为正极极片，而第二极片2为负极极片，第一集流体11为正极集流体而第二集流体21为负极集流体(如第一集流体11为铝箔，第二集流体21为铜箔)，第一活性物质层12为正极活性物质层而第二活性物质层22为负极活性物质层。或者，第一极片1可为负极极片，而第二极片2为正极极片，第一集流体11为负极集流体而第二集流体21为负极集流体，第一活性物质层12为负极活性物质层而第二活性物质层22为正极活性物质层。
Claims (10)
1.一种卷绕式电芯，由第一极片（1）、第二极片（2）以及设置于第一极片（1）和第二极片（2）之间的隔离膜（3）卷绕而成，所述第一极片（1）包括第一集流体（11）和涂覆在第一集流体（11）的表面上的第一活性物质层（12），且第一极片（1）在卷绕成的每圈中形成有第一平面部（P1）和第一弯曲部（B1），其特征在于，
第一弯曲部（B1）具有：第一清洗区（B11），从第一弯曲部（B1）的弯曲中心向两侧延伸而成，第一清洗区（B11）包括形成于第一弯曲部（B1）内侧的第一内清洗区（B111），且第一内清洗区（B111）处的第一活性物质层（12）被部分或完全清除；
第一极片（1）的自内圈向外圈中的多个第一清洗区（B11）的宽度依次递减；和/或
第一极片（1）的自内圈向外圈中的多个第一清洗区（B11）的深度依次递减；
第一弯曲部（B1）还具有：第一内未清洗区（B12），位于第一弯曲部（B1）的内侧且处于第一平面部（P1）与第一内清洗区（B111）之间的部分，而第一内未清洗区（B12）处的第一活性物质层（12）未被清除；和/或，
第一弯曲部（B1）还具有：第一外未清洗区（B13），位于第一弯曲部（B1）的外侧且处于第一平面部（P1）与第一外清洗区（B112）之间的部分，而第一外未清洗区（B13）处的第一活性物质层（12）未被清除。
2.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第一清洗区（B11）还包括第一外清洗区（B112），形成于第一弯曲部（B1）的外侧，且第一外清洗区（B112）处的第一活性物质层（12）被部分或完全清除。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第一极片（1）的由内到外的1~10圈中的第一弯曲部（B1）设置有第一清洗区（B11）。
4.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，第二极片（2）包括：
第二集流体（21）；以及
第二活性物质层（22），涂覆在第二集流体（21）的表面上；
第二极片（2）在卷绕成的每圈中形成有第二平面部（P2）和第二弯曲部（B2），第二弯曲部（B2）具有：第二清洗区（B21），从第二弯曲部（B2）的弯曲中心向两侧延伸而成，第二清洗区（B21）包括形成于第二弯曲部（B2）内侧的第二内清洗区（B211），且第二内清洗区（B211）处的第二活性物质层（22）被部分或完全清除。
5.根据权利要求4所述的卷绕式电芯，其特征在于，第二弯曲部（B2）还具有：第二内未清洗区（B22），位于第二弯曲部（B2）的内侧且处于第二平面部（P2）与第二内清洗区（B211）之间的部分，而第二内未清洗区（B22）处的第一活性物质层（12）未被清除。
6.根据权利要求5所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第二清洗区（B21）还包括第二外清洗区（B212），形成于第二弯曲部（B2）的外侧，第二外清洗区（B212）处的第二活性物质层（22）被部分或完全清除。
7.根据权利要求6所述的卷绕式电芯，其特征在于，第二弯曲部（B2）还具有：第二外未清洗区（B23），位于第二弯曲部（B2）的外侧且处于第二平面部（P2）与第二外清洗区（B212）之间的部分，而第二外未清洗区（B23）处的第一活性物质层（12）未被清除。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第二极片（2）的自内圈向外圈中的多个第二清洗区（B21）的宽度依次递减；和/或
第二极片（2）的自内圈向外圈中的多个第二清洗区（B21）的深度依次递减。
9.根据权利要求4-7中任一项所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第一清洗区（B11）的长度为第一极片（1）的宽度；和/或，
第二清洗区（B21）的长度为第二极片（2）的宽度。
10.根据权利要求4-7中任一项所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第一极片（1）形成有第一极耳收容凹槽（13），收容第一极耳（4），第一极耳（4）电连接于第一平面部（P1）处的第一集流体（11）；和/或，
第二极片（2）形成有第二极耳收容凹槽（23），收容第二极耳（5），第二极耳（5）电连接于第二平面部（P2）处的第二集流体（21）。
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