CN107732285A - 复合式电芯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合式电芯，包括：第一卷绕极片，具有第一集流体和涂覆在第一集流体两个表面的第一活性物质层；第二卷绕极片，具有第二集流体和涂覆在第二集流体两个表面的第二活性物质层；隔离膜，将第一卷绕极片和第二卷绕极片隔开；第一片式极片，与第一卷绕极片的未与第二卷绕极片相对的第一活性物质层相对，具有第三集流体和仅涂覆在第三集流体与第一活性物质层相对的面上的第三活性物质层，第一片式极片与第一卷绕极片极性相反；和/或第二片式极片，与第二卷绕极片的未与第一卷绕极片相对的第二活性物质层相对，且具有第四集流体和仅涂覆在第四集流体与第二活性物质层相对的面上的第四活性物质层，第二片式极片与第二卷绕极片极性相反。

Description

复合式电芯
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种复合式电芯。
背景技术
随着，动力工具、无人机、快充设备市场的日益增长，大功率充放电电芯成为锂离子电池行业新的增长点。为了实现电芯大功率充放电、减小电芯内阻，多极耳卷绕电芯结构逐渐成为大功率锂离子电池主流结构，但是考虑到多极耳卷绕结构加工性及生产线现场管理的问题，参照图1，在现有技术一中，电芯的正极极片(第一极片1)和负极极片(第二极片2)的双面均涂覆活性物质，这样的结构导致负极极片的最内圈的内侧与最外圈的外侧均多出一圈活性物质(第二活性物质层22)，从而导致能量密度的流失和活性材料的浪费；参照图2，在现有技术二中，不在电芯负极极片(第二极片2)的最内圈的内侧与最外圈的外侧涂覆活性物质(第二活性物质层22)，虽然这能够减少活性材料的浪费，避免能量密度的流失，但是，负极极片在生产时需要采用间歇时涂覆，会造成生产线管理难点，同时在制作过程中的涂布、冷压、模切等工序更容易断带、单双面错位加剧等问题，导致优率的降低。
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复合式电芯，其能提高所述复合式电芯的能量密度，并简化所述复合式电芯的成型工艺。
为了实现上述目的，本发明提供了一种复合式电芯，其包括：第一卷绕极片，具有第一集流体和涂覆在第一集流体两个表面上的第一活性物质层；第二卷绕极片，与第一卷绕极片极性相反，具有第二集流体和涂覆在第二集流体两个表面上的第二活性物质层；以及隔离膜，设置于第一卷绕极片和第二卷绕极片之间，以将第一卷绕极片和第二卷绕极片隔离开；其中，第一卷绕极片、第二卷绕极片及隔离膜卷绕在一起形成卷绕式电芯。
所述复合式电芯还包括：第一片式极片，与第一卷绕极片的未与第二卷绕极片相对的第一活性物质层相对，且具有第三集流体和涂覆在第三集流体上的第三活性物质层，其中，第一片式极片的极性与第一卷绕极片的极性相反，且仅在第三集流体与第一活性物质层相对的面上涂覆第三活性物质层；和/或，第二片式极片，与第二卷绕极片的未与第一卷绕极片相对的第二活性物质层相对，且具有第四集流体和涂覆在第四集流体上的第四活性物质层，其中，第二片式极片的极性与第二卷绕极片的极性相反，且仅在第四集流体与第二活性物质层相对的面上涂覆第四活性物质层。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的复合式电芯中，与现有技术一的卷绕式电芯相比，由于第一片式极片的第三活性物质层与第一卷绕极片的未与第二卷绕极片相对的第一活性物质层相对，从而能够避免第一卷绕极片的未与第二卷绕极片相对的第一活性物质层的浪费；同时，第一片式极片仅在第三集流体与第一活性物质层相对的面上涂覆第三活性物质层，从而避免第三活性物质层的浪费。因此，本发明的复合式电芯能够提高复合式电芯的质量能量密度和体积能量密度。
在根据本发明的复合式电芯中，与现有技术一的卷绕式电芯相比，由于第二片式极片的第四活性物质层与第二卷绕极片的未与第一卷绕极片相对的第二活性物质层相对，从而能够避免第二卷绕极片的未与第一卷绕极片相对的第二活性物质层的浪费；同时，第二片式极片仅在第四集流体与第二活性物质层相对的面上涂覆第四活性物质层，从而避免第四活性物质层的浪费。因此，本发明的复合式电芯能够提高复合式电芯的质量能量密度和体积能量密度。
在根据本发明的复合式电芯中，与现有技术二的卷绕式电芯相比，第一卷绕极片、第二卷绕极片、第一片式极片及第二片式极片均是采用连续涂布的方式制成，产品的成型过程简单、加工性能好、合格率高。
附图说明
图1为现有技术一的卷绕式电芯的示意图；
图2为现有技术二的卷绕式电芯的示意图；
图3至图9为根据本发明的复合式电芯的多个实施例的示意图；
其中，附图标记说明如下：
1第一卷绕极片 51第四集流体
11第一集流体 52第四活性物质层
12第一活性物质层 6第一极耳
2第二卷绕极片 7第二极耳
21第二集流体 8第三极耳
22第二活性物质层 9第四极耳
3隔离膜 B卷绕式电芯
4第一片式极片 B1水平部
41第三集流体 B2弯折部
42第三活性物质层 W宽度方向
5第二片式极片 T厚度方向
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明的复合式电芯。
参照图3至图9，根据本发明的复合式电芯包括：第一卷绕极片1，具有第一集流体11和涂覆在第一集流体11两个表面上的第一活性物质层12；第二卷绕极片2，与第一卷绕极片1极性相反，具有第二集流体21和涂覆在第二集流体21两个表面上的第二活性物质层22；以及隔离膜3，设置于第一卷绕极片1和第二卷绕极片2之间，以将第一卷绕极片1和第二卷绕极片2隔离开；其中，第一卷绕极片1、第二卷绕极片2及隔离膜3卷绕在一起形成卷绕式电芯B。
所述复合式电芯还包括：第一片式极片4，与第一卷绕极片1的未与第二卷绕极片2相对的第一活性物质层12相对，且具有第三集流体41和涂覆在第三集流体41上的第三活性物质层42，其中，第一片式极片4的极性与第一卷绕极片1的极性相反，且仅在第三集流体41与第一活性物质层12相对的面上涂覆第三活性物质层42；和/或，第二片式极片5，与第二卷绕极片2的未与第一卷绕极片1相对的第二活性物质层22相对，且具有第四集流体51和涂覆在第四集流体51上的第四活性物质层52，其中，第二片式极片5的极性与第二卷绕极片2的极性相反，且仅在第四集流体51与第二活性物质层22相对的面上涂覆第四活性物质层52。
在根据本发明的复合式电芯中，与现有技术一的卷绕式电芯相比，由于第一片式极片4的第三活性物质层42与第一卷绕极片1的未与第二卷绕极片2相对的第一活性物质层12相对，从而能够避免第一卷绕极片1的未与第二卷绕极片2相对的第一活性物质层12的浪费(锂离子能够在第一活性物质层12和第三活性物质层42之间实现往返嵌入和脱嵌)；同时，第一片式极片4仅在第三集流体41与第一活性物质层12相对的面上涂覆第三活性物质层42，从而避免第三活性物质层42的浪费。因此，本发明的复合式电芯能够提高复合式电芯的质量能量密度和体积能量密度。
在根据本发明的复合式电芯中，与现有技术一的卷绕式电芯相比，由于第二片式极片5的第四活性物质层52与第二卷绕极片2的未与第一卷绕极片1相对的第二活性物质层22相对，从而能够避免第二卷绕极片2的未与第一卷绕极片1相对的第二活性物质层22的浪费(锂离子能够在第四活性物质层52和第二活性物质层22之间实现往返嵌入和脱嵌)；同时，第二片式极片5仅在第四集流体51与第二活性物质层22相对的面上涂覆第四活性物质层52，从而避免第四活性物质层52的浪费。因此，本发明的复合式电芯能够提高复合式电芯的质量能量密度和体积能量密度。
在根据本发明的复合式电芯中，与现有技术二的卷绕式电芯相比，第一卷绕极片1、第二卷绕极片2、第一片式极片4及第二片式极片5均是采用连续涂布的方式制成，产品的成型过程简单、加工性能好、合格率高。
在根据本发明的复合式电芯中的一实施例中，参照图4和图5，卷绕式电芯B卷绕最内圈为第一卷绕极片1的最内圈；一个第一片式极片4设置于第一卷绕极片1最内圈的两层第一卷绕极片1之间，并由隔离膜3将所述一个片式极片4和第一卷绕极片1隔开。由于第一卷绕极片1的最内圈的两层第一卷绕极片1位于卷绕式电芯B卷绕的最内圈，所以这两层第一卷绕极片1一侧(图4和图5中靠近第一片式极片4的一侧)的第一活性物质层12无法与第二卷绕极片2的第二活性物质层22相对，所以在这两层第一卷绕极片1之间设置一个第一片式极片4，以避免所述第一活性物质层12的浪费。所述一个第一片式极片4可以插入到第一卷绕极片1最内圈的两层第一卷绕极片1之间。
在根据本发明的复合式电芯中的一实施例中，参照图3、图6和图8，卷绕式电芯B卷绕最内圈为第二卷绕极片2的最内圈；一个第二片式极片5设置于第二卷绕极片2最内圈的两层第二卷绕极片2之间，并由隔离膜3将所述一个第二片式极片5和第二卷绕极片2隔开。由于第二卷绕极片2的最内圈的两层第二卷绕极片2位于卷绕式电芯B卷绕的最内圈，所以这两层第二卷绕极片2一侧(图3、图6和图8中靠近第二片式极片5的一侧)的第二活性物质层22无法与第一卷绕极片1的第一活性物质层12相对，所以在这两层第二卷绕极片2之间设置一个第二片式极片5，以避免所述第二活性物质层22的浪费。所述一个第二片式极片5可以插入到第二卷绕极片2最内圈的两层第二卷绕极片2之间。
在根据本发明的复合式电芯中的一实施例中，参照图7，第一卷绕极片1的最内圈与第二卷绕极片2的最内圈形成对插式结构。这种对插式结构使得第一卷绕极片1最内圈的第一活性物质层12均能够与第二卷绕极片2最内圈的第二活性物质层22相对，避免所述第一活性物质层12和第二活性物质层22的浪费，且无需插入第一片式极片4或第二片式极片5，结构简单。
在根据本发明的复合式电芯中的一实施例中，参照图4，卷绕式电芯B收尾的最外圈为第一卷绕极片1，卷绕式电芯B具有沿宽度方向W延伸的两个水平部B1以及两个弯折部B2，且至少在一个水平部B1上设置一个第一片式极片4。第一片式极片4通过热压固定在最外圈的第一卷绕极片1上。第一片式极片4仅一面上涂覆第三活性物质层42，因此所述复合式电芯可以直接以第一片式极片4收尾，并省去两圈隔离膜3，进一步减少材料的浪费，提高所述复合式电芯的能量密度。
在根据本发明的复合式电芯中的一实施例中，参照图3、图5、图7及图9，卷绕式电芯B收尾的最外圈为第二卷绕极片2，卷绕式电芯B具有沿宽度方向W延伸的两个水平部B1以及两个弯折部B2，且至少在一个水平部B1上设置一个第二片式极片5。第二片式极片5通过热压固定在最外圈的第一卷绕极片1上。第二片式极片5仅一面上涂覆第四活性物质层52，因此所述复合式电芯可以直接以第二片式极片5收尾，并省去两圈隔离膜3，进一步减少材料的浪费，提高所述复合式电芯的能量密度。
在根据本发明的复合式电芯中的一实施例中，参照图6，卷绕式电芯B收尾的最外圈的一部分为第一卷绕极片1，剩余部分为第二卷绕极片2；对应地在第一卷绕极片1收尾部分的外侧设置一个第一片式极片4。
在根据本发明的复合式电芯中的一实施例中，参照图6，卷绕式电芯B收尾的最外圈的一部分为第一卷绕极片1，剩余部分为第二卷绕极片2；在第二卷绕极片2收尾部分的外侧设置一个第二片式极片5。
在根据本发明的复合式电芯中的一实施例中，参照图3至图9，所述复合式电芯包括：多个第一极耳6，与第一集流体11固定电连接；多个第二极耳7，与第二集流体21固定电连接。参照图4至图6，当所述复合式电芯包括第一片式极片4时，所述复合式电芯还包括：第三极耳8，与对应的第一片式极片4的第三集流体41固定电连接。参照图3、图5至图9，当所述复合式电芯包括第二片式极片5时，所述复合式电芯还包括：第四极耳9，与对应的第二片式极片5的第四集流体51固定电连接。一个第一卷绕极片1的第一集流体11可以固定多个第一极耳6，一个第二卷绕极片2的第二集流体21可以固定多个第二极耳7，而由于第一片式极片4和第二片式极片5均为一层单片式的极片，所以一个第一片式极片4的第三集流体41可固定一个第三极耳8，一个第二片式极片5的第四集流体51可固定一个第四极耳9。
在根据本发明的复合式电芯中的一实施例中，各第一极耳6与第一集流体11一体形成；各第二极耳7与第二集流体21一体形成；当所述复合式电芯包括第三极耳8时，第三极耳8与第一片式极片4的第三集流体41一体形成；当所述复合式电芯包括第四极耳9时，第四极耳9与第二片式极片5的第四集流体51一体形成。例如，第一极耳6由第一集流体11模切而成，第二极耳7由第二集流体21模切而成，第三极耳8由第三集流体41模切而成，第四极耳8由第四集流体51模切而成。
在根据本发明的复合式电芯中的一实施例中，参照图3至图9，所述多个第一极耳6在厚度方向T上相互对齐(但是，由于加工误差，各第一极耳6的对齐位置也允许一定的偏差)；所述多个第二极耳7在厚度方向T上相互对齐(但是，由于加工误差，各第二极耳7的对齐位置也允许一定的偏差)。参照图4至图6，当所述复合式电芯包括第三极耳8时，第三极耳8与第二极耳7在厚度方向T上相互对齐。参照图3、图5至图9，当所述复合式电芯包括第四极耳9时，第四极耳9与第一极耳6在厚度方向T上相互对齐。
在根据本发明的复合式电芯中的一实施例中，第一卷绕极片1为正极极片，第二卷绕极片2为负极极片，第一片式极片4为负极极片，第二片式极片5为正极极片。对应地，第一活性物质层12和第四活性物质层52为正极活性物质层，具体可以为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂中的至少一种。第二活性物质层22和第三活性物质层32为负极活性物质层，具体可以为碳和硅中的至少一种。
在根据本发明的复合式电芯中的一实施例中，第一卷绕极片1为负极极片，第二卷绕极片2为正极极片，第一片式极片4为正极极片，第二片式极片5为负极极片。对应地，第二活性物质层22和第三活性物质层32为正极活性物质层，具体可以为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂中的至少一种。第一活性物质层12和第四活性物质层52为负极活性物质层，具体可以为碳和硅中的至少一种。

Claims (9)

1.一种复合式电芯，包括：
第一卷绕极片(1)，具有第一集流体(11)和涂覆在第一集流体(11)两个表面上的第一活性物质层(12)；
第二卷绕极片(2)，与第一卷绕极片(1)极性相反，具有第二集流体(21)和涂覆在第二集流体(21)两个表面上的第二活性物质层(22)；以及
隔离膜(3)，设置于第一卷绕极片(1)和第二卷绕极片(2)之间，以将第一卷绕极片(1)和第二卷绕极片(2)隔离开；
其中，第一卷绕极片(1)、第二卷绕极片(2)及隔离膜(3)卷绕在一起形成卷绕式电芯(B)；
其特征在于，
所述复合式电芯还包括：
第一片式极片(4)，与第一卷绕极片(1)的未与第二卷绕极片(2)相对的第一活性物质层(12)相对，且具有第三集流体(41)和涂覆在第三集流体(41)上的第三活性物质层(42)，其中，第一片式极片(4)的极性与第一卷绕极片(1)的极性相反，且仅在第三集流体(41)与第一活性物质层(12)相对的面上涂覆第三活性物质层(42)；和/或
第二片式极片(5)，与第二卷绕极片(2)的未与第一卷绕极片(1)相对的第二活性物质层(22)相对，且具有第四集流体(51)和涂覆在第四集流体(51)上的第四活性物质层(52)，其中，第二片式极片(5)的极性与第二卷绕极片(2)的极性相反，且仅在第四集流体(51)与第二活性物质层(22)相对的面上涂覆第四活性物质层(52)。
2.根据权利要求1所述的复合式电芯，其特征在于，
卷绕式电芯(B)卷绕最内圈为第一卷绕极片(1)的最内圈；一个第一片式极片(4)设置于第一卷绕极片(1)最内圈的两层第一卷绕极片(1)之间，并由隔离膜(3)将所述一个片式极片(4)和第一卷绕极片(1)隔开；或
卷绕式电芯(B)卷绕最内圈为第二卷绕极片(2)的最内圈；一个第二片式极片(5)设置于第二卷绕极片(2)最内圈的两层第二卷绕极片(2)之间，并由隔离膜(3)将所述一个第二片式极片(5)和第二卷绕极片(2)隔开。
3.根据权利要求1所述的复合式电芯，其特征在于，第一卷绕极片(1)的最内圈与第二卷绕极片(2)的最内圈形成对插式结构。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的复合式电芯，其特征在于，
卷绕式电芯(B)收尾的最外圈为第一卷绕极片(1)，卷绕式电芯(B)具有沿宽度方向(W)延伸的两个水平部(B1)以及两个弯折部(B2)，且至少在一个水平部(B1)上设置一个第一片式极片(4)；或
卷绕式电芯(B)收尾的最外圈为第二卷绕极片(2)，卷绕式电芯(B)具有沿宽度方向(W)延伸的两个水平部(B1)以及两个弯折部(B2)，且至少在一个水平部(B1)上设置一个第二片式极片(5)。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的复合式电芯，其特征在于，
卷绕式电芯(B)收尾的最外圈的一部分为第一卷绕极片(1)，剩余部分为第二卷绕极片(2)；
在第一卷绕极片(1)收尾部分的外侧设置一个第一片式极片(4)，和/或，在第二卷绕极片(2)收尾部分的外侧设置一个第二片式极片(5)。
6.根据权利要求1所述的复合式电芯，其特征在于，
所述复合式电芯包括：多个第一极耳(6)，与第一集流体(11)固定电连接；以及多个第二极耳(7)，与第二集流体(21)固定电连接；
当所述复合式电芯包括第一片式极片(4)时，所述复合式电芯还包括：第三极耳(8)，与对应的第一片式极片(4)的第三集流体(41)固定电连接；
当所述复合式电芯包括第二片式极片(5)时，所述复合式电芯还包括：第四极耳(9)，与对应的第二片式极片(5)的第四集流体(51)固定电连接。
7.根据权利要求6所述的复合式电芯，其特征在于，
各第一极耳(6)与第一集流体(11)一体形成；
各第二极耳(7)与第二集流体(21)一体形成；
当所述复合式电芯包括第三极耳(8)时，第三极耳(8)与第一片式极片(4)的第三集流体(41)一体形成；
当所述复合式电芯包括第四极耳(9)时，第四极耳(9)与第二片式极片(5)的第四集流体(51)一体形成。
8.根据权利要求6所述的复合式电芯，其特征在于，
所述多个第一极耳(6)在厚度方向(T)上相互对齐；
所述多个第二极耳(7)在厚度方向(T)上相互对齐；
当所述复合式电芯包括第三极耳(8)时，第三极耳(8)与第二极耳(7)在厚度方向(T)上相互对齐；
当所述复合式电芯包括第四极耳(9)时，第四极耳(9)与第一极耳(6)在厚度方向(T)上相互对齐。
9.根据权利要求1所述的复合式电芯，其特征在于，
第一卷绕极片(1)为正极极片，第二卷绕极片(2)为负极极片，第一片式极片(4)为负极极片，第二片式极片(5)为正极极片；或
第一卷绕极片(1)为负极极片，第二卷绕极片(2)为正极极片，第一片式极片(4)为正极极片，第二片式极片(5)为负极极片。
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