CN107546421A - 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，其包括第一极片、第二极片和隔离膜。第一极片包括：第一集流体；以及第一活性物质层。第二极片包括：第二集流体；以及第二活性物质层。在卷绕式电芯的卷绕收尾处，第一集流体的正反两个表面上均未涂覆第一活性物质层且定义为第一空白集流体，第二集流体的正反两个表面上均未涂覆第二活性物质层且定义为第二空白集流体。第二空白集流体的起始段处于第一空白集流体的起始段内侧，第二空白集流体的长度大于第一空白集流体的长度，且第二空白集流体的超出第一空白集流体的部分形成第二空白集流体的折叠部，折叠部包裹卷绕式电芯的两个大面和两个侧面中的至少一个。当用于穿钉测试时，穿钉效果好，使用安全性高。
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
现有技术中，锂离子电池正负极片卷绕成电芯，由于正负极片均由敷料区收尾，在进行穿钉测试时，钢针刺入满充的电池后，带敷料的正、负极片瞬间短路，立即放出大量的热，极易起火燃烧。为了改善电池的穿钉性能，现有技术采用在正极片尾部设置一段加长空铝箔，在负极片尾部设置一段加长空铜箔，并对隔膜进行延长，且按照空铝箔-隔膜-空铜箔-隔膜由外到内排布的顺序围绕电芯外圈一周，该结构称之为马甲(MJ)结构，从而当外部锋利导体刺穿电池时，空铝箔和空铜箔能迅速发生短路，并将空铝箔和阳极片(Al-Anode)，阳极片和阴极片(Anode-Cathode)的短路电流分流，使电芯内部的电量放出，以防止电池起火，从而提高电池的安全性。
但是现有技术仍然存在一些问题：首先，降低了电芯的能量密度，因为MJ结构不包含活性物质，围绕层数越多，能量密度越低，对于表面积较大，特别是电芯较薄的情况下能量损失更大。其次，增加了成本，因为该结构包括一层空铜箔，一层空铝箔，两层隔膜，使用面积大。再次，特殊情况下无改善作用，由于空铝箔的熔点较低，当电芯容量过大，或者电芯尺寸变化时，会使空铝箔熔断导致MJ结构的分流作用消失，这种情况下对于MJ结构来说只能增加它的圈数来提高作用效果，从而造成先前的成本提高和能量密度减小的问题。
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，其提高了电芯使用的安全性，增加了电芯的能量密度，降低了成本，且当用于穿钉测试时穿钉效果好。
为了实现上述目的，本发明提供了一种卷绕式电芯，其具有两个大面和两个侧面，包括第一极片、第二极片和隔离膜。
第一极片包括：第一集流体：以及第一活性物质层，涂覆在第一集流体的表面上。第二极片与第一极片电极性相反，包括：第二集流体；以及第二活性物质层，涂覆在第二集流体的表面上。隔离膜设置于第二极片和第一极片之间。
在卷绕式电芯的卷绕收尾处，第一集流体的正反两个表面上均未涂覆第一活性物质层且定义为第一空白集流体，第二集流体的正反两个表面上均未涂覆第二活性物质层且定义为第二空白集流体。
其中，第二空白集流体的起始段处于第一空白集流体的起始段内侧，第二空白集流体的长度大于第一空白集流体的长度，且第二空白集流体的超出第一空白集流体的部分形成第二空白集流体的折叠部，折叠部包裹卷绕式电芯的两个大面和两个侧面中的至少一个。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的卷绕式电芯中，第二空白集流体的起始段处于第一空白集流体的起始段内侧，由于第二空白集流体比第一空白集流体长，且第二空白集流体的超出第一空白集流体的部分包裹卷绕式电芯的两个大面和两个侧面中的至少一个，以至于第二空白集流体在该至少一个面上比第一空白集流体多包裹至少一层，进而在进行穿钉测试时，第二空白集流体与第一空白集流体能够迅速发生短路，穿钉效果好，提高了电芯使用的安全性。此外，在本发明的卷绕式电芯的卷绕收尾处，无需将第一极片、第二极片和隔离膜同时卷绕多圈即可实现良好的穿钉效果，从而增加了电芯的能量密度，降低了成本。
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3是图2的变形图；
图4是图1的变形图；
图5是图1的又一变形图。
其中，附图标记说明如下：
1 第一极片 S21 第二空白集流体的起始段
11 第一集流体 S22 折叠部
12 第一活性物质层 S221 折痕
S1 第一空白集流体 3 隔离膜
S11 第一空白集流体的起始段 31 第一条隔离膜
2 第二极片 B1 第一条隔离膜的收尾末端
21 第二集流体 32 第二条隔离膜
22 第二活性物质层 B2 第二条隔离膜的收尾末端
S2 第二空白集流体 4 固定胶
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5，根据本发明的卷绕式电芯具有两个大面和两个侧面，其包括第一极片1、第二极片2和隔离膜3。
第一极片1包括：第一集流体11：以及第一活性物质层12，涂覆在第一集流体11的表面上。第二极片2与第一极片1电极性相反，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11的表面上。隔离膜3设置于第二极片2和第一极片1之间。
在卷绕式电芯的卷绕收尾处，第一集流体11的正反两个表面上均未涂覆第一活性物质层12且定义为第一空白集流体S1，第二集流体21的正反两个表面上均未涂覆第二活性物质层22且定义为第二空白集流体S2。
其中，第二空白集流体的起始段S21处于第一空白集流体的起始段S11内侧，第二空白集流体S2的长度大于第一空白集流体S1的长度，且第二空白集流体S2的超出第一空白集流体S1的部分形成第二空白集流体S2的折叠部S22，折叠部S22包裹卷绕式电芯的两个大面和两个侧面中的至少一个。
在根据本发明的卷绕式电芯中，第二空白集流体的起始段S21处于第一空白集流体的起始段S11内侧，由于第二空白集流体S2比第一空白集流体S1长，且第二空白集流体S2的超出第一空白集流体S1的部分折叠，包裹卷绕式电芯的两个大面和两个侧面中的至少一个，以至于第二空白集流体S2在该至少一个面上比第一空白集流体S1多包裹至少一层，进而在进行穿钉测试时，第二空白集流体S2与第一空白集流体S1能够迅速发生短路，由于多包裹至少一层第一空白集流体，能够防止发生短路时其中一层空白集流体熔断，从而导致短路失效，穿钉效果好，提高了电芯使用的安全性。此外，在本发明的卷绕式电芯的卷绕收尾处，无需将第一极片1、第二极片2和隔离膜3同时卷绕多圈即可实现良好的穿钉效果，从而增加了电芯的能量密度，降低了成本。
根据本发明的卷绕式电芯，在一实施例中，参照图1至图5，隔离膜3包括：第一条隔离膜31；以及第二条隔离膜32。
在一实施例中，第一条隔离膜31和第二条隔离膜32可互相连接而成为一条。
在一实施例中，第一条隔离膜31和第二条隔离膜32可为分离开的两条。
在一实施例中，第一极片1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，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为正极集流体，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。
根据本发明的卷绕式电芯，在一实施例中，参照图2和图3，第二空白集流体S2的超出第一空白集流体S1的部分向卷绕式电芯内部弯折并形成具有折痕S221的折叠部S22，且折叠部S22处于第一条隔离膜31和第二条隔离膜32之间并包裹卷绕式电芯的至少一个大面。具体地，折叠部S22可处于第一条隔离膜31和第二空白集流体S2之间(如图2所示)，折叠部S22也可处于第二条隔离膜32和第二空白集流体S2之间(如图3所示)。
在一实施例中，参照图2和图3，折痕S221不超过第一条隔离膜的收尾末端B1和第二条隔离膜的收尾末端B2。这样卷绕的目的是为了避免第二空白集流体S2的折痕S221暴露在第一条隔离膜31和第二条隔离膜32之外，从而防止第二空白集流体S2与第一空白集流体S1接触，进而避免了正负极短路，有助于保护卷绕式电芯的使用安全。
根据本发明的卷绕式电芯，在一实施例中，参照图1、图4和图5，第二条隔离膜32的超出第一空白集流体S1的部分沿卷绕式电芯的卷绕方向的反向弯折至第一空白集流体S1的外侧，相应地，第二空白集流体S2的超出第一空白集流体S1的部分沿卷绕式电芯的卷绕方向的反向弯折至第二条隔离膜32的外侧并形成具有折痕S221的折叠部S22，且折叠部S22包裹卷绕式电芯的至少一个大面。
在这里补充说明的是，当卷绕式电芯的卷绕方向为顺时针时，第二条隔离膜32的超出第一空白集流体S1的部分和第二空白集流体S2的超出第一空白集流体S1的部分逆时针(绕式电芯的卷绕方向的反向)弯折；当卷绕式电芯的卷绕方向为逆时针时，第二条隔离膜32的超出第一空白集流体S1的部分和第二空白集流体S2的超出第一空白集流体S1的部分顺时针(绕式电芯的卷绕方向的反向)弯折。
在一实施例中，参照图1和图4，第二条隔离膜32的末端超出第二空白集流体S2的折叠部S22的末端。这样卷绕的目的是为了避免第二空白集流体S2与第一空白集流体S1接触，从而避免了正负极短路，有助于保护卷绕式电芯的使用安全。
在一实施例中，参照图1，折叠部S22可包裹卷绕式电芯的其中一个大面。
在一实施例中，折叠部S22包裹卷绕式电芯的两个大面。
在一实施例中，参照图4，折叠部S22包裹卷绕式电芯的两个大面和两个侧面，从而实现卷绕式电芯全方位的包裹，增强对不同面的穿钉测试的适应性。
在一实施例中，折叠部S22的折痕S221可为一个或多个。
在一实施例中，参照图5，当折叠部S22的折痕S221为两个或两个以上时，折叠部S22的形状可为“Z”字状。此时可以极大地增强两个或两个以上折痕S221所处的卷绕式电芯的表面(在图5中为处于上方的大面)在穿钉时的折叠部S22的散热性，同时增加折叠部S22的厚度及强度，降低熔断的风险，提高穿钉测试的可靠性。
在一实施例中，参照图1至图5，折叠部S22的末端可粘贴有固定胶4。在这里补充说明的是，粘贴固定胶4是为了固定折叠部S11的末端。而在图2和图3中，固定胶4还能够起到防止折叠部S22刺穿第一条隔离膜31(对应图3)或第二条隔离膜32(对应图2)的目的，为了达到这一目的，还可将固定胶4粘贴在折叠部S22的末端对应的第一条隔离膜31的表面上(对应图3)或第二条隔离膜32的表面上(对应图2)。
在一实施例中，参照图1、图4和图5，折叠部S22的折痕S221处粘贴有固定胶4，第一空白集流体S1的末端也粘贴有固定胶4。在这里补充说明的是，固定胶4粘贴在折痕S221处是为了固定折痕S111，而粘贴在第一空白集流体S1的末端是为了防止第一空白集流体S1刺穿隔离膜3与第二空白集流体S2直接接触。
在一实施例中，固定胶4可为绿胶。
在一实施例中，隔离膜3的材质可为聚丙烯或聚乙烯。
在一实施例中，正极集流体可为铝箔，负极集流体可为铜箔。
在一实施例中，负极活性物质层中的负极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。
在一实施例中，正极极活性物质层中的正极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。
Claims (10)
1.一种卷绕式电芯，具有两个大面和两个侧面，包括；
第一极片(1)，包括：
第一集流体(11)；以及
第一活性物质层(12)，涂覆在第一集流体(11)的表面上；
第二极片(2)，与第一极片(1)电极性相反，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(11)的表面上；
隔离膜(3)，设置于第二极片(2)和第一极片(1)之间；
在卷绕式电芯的卷绕收尾处，第一集流体(11)的正反两个表面上均未涂覆第一活性物质层(12)且定义为第一空白集流体(S1)，第二集流体(21)的正反两个表面上均未涂覆第二活性物质层(22)且定义为第二空白集流体(S2)；
其特征在于，
第二空白集流体的起始段(S21)处于第一空白集流体的起始段(S11)内侧；
第二空白集流体(S2)的长度大于第一空白集流体(S1)的长度，且第二空白集流体(S2)的超出第一空白集流体(S1)的部分形成第二空白集流体(S2)的折叠部(S22)，折叠部(S22)包裹卷绕式电芯的两个大面和两个侧面中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，隔离膜(3)包括：
第一条隔离膜(31)；以及
第二条隔离膜(32)。
3.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，第一极片(1)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，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)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)为正极集流体，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。
4.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其特征在于，第二空白集流体(S2)的超出第一空白集流体(S1)的部分向卷绕式电芯内部弯折并形成具有折痕(S221)的折叠部(S22)，且折叠部(S22)处于第一条隔离膜(31)和第二条隔离膜(32)之间并包裹卷绕式电芯的至少一个大面。
5.根据权利要求4所述的卷绕式电芯，其特征在于，
折痕(S221)不超过第一条隔离膜的收尾末端(B1)和第二条隔离膜的收尾末端(B2)。
6.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第二条隔离膜(32)的超出第一空白集流体(S1)的部分沿卷绕式电芯的卷绕方向的反向弯折至第一空白集流体(S1)的外侧；
第二空白集流体(S2)的超出第一空白集流体(S1)的部分沿卷绕式电芯的卷绕方向的反向弯折至第二条隔离膜(32)的外侧并形成具有折痕(S221)的折叠部(S22)，且折叠部(S22)包裹卷绕式电芯的至少一个大面。
7.根据权利要求6所述的卷绕式电芯，其特征在于，
折叠部(S22)包裹卷绕式电芯的其中一个大面；或
折叠部(S22)包裹卷绕式电芯的两个大面。
8.根据权利要求6所述的卷绕式电芯，其特征在于，折叠部(S22)的折痕(S221)为一个或多个。
9.据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
折叠部(S22)的末端粘贴有固定胶(4)；
折叠部(S22)的折痕(S221)处粘贴有固定胶(4)。
10.据权利要求3所述的卷绕式电芯，其特征在于，正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔。
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