CN109742436A - 一种电芯、动力电池、动力电池组、用电装置及制造方法 - Google Patents

一种电芯、动力电池、动力电池组、用电装置及制造方法 Download PDF

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CN109742436A CN201811469201.0A CN201811469201A CN109742436A CN 109742436 A CN109742436 A CN 109742436A CN 201811469201 A CN201811469201 A CN 201811469201A CN 109742436 A CN109742436 A CN 109742436A
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Abstract

本申请实施例公开了一种电芯,包括:第一极性片、第二极性片以及隔膜,其中,第一极性片和第二极性片之间设置有隔膜,第一极性片和第二极性片的极性相异,第一极性片包括第一集流体,第一集流体与电池壳体底部的间距小于隔膜与电池壳体底部的间距。本申请实施例中还提供了一种动力电池、动力电池组、用电装置及制造方法。本申请实施例通过将电芯中第一集流体与电池壳体底部的间距设置为小于隔膜与电池壳体底部的间距,使得电芯产生的一部分热可以通过集流体传导到电池壳体,由于集流体的导热系数远远大于隔膜,因此动力电池内部电芯产生的一部分热可以通过集流体快速地传递到电池壳体,使得动力电池内部电芯产生的热可以快速地传递到电池外部。

Description

一种电芯、动力电池、动力电池组、用电装置及制造方法
技术领域
本申请涉及动力电池领域,尤其涉及一种电芯、动力电池、动力电池组、用电装置及制造方法。
背景技术
目前,动力电池由于其能量密度大、充电速度快等优点,被大量应用在电动汽车、电动列车或电动自行车等场景中。在动力电池的快速充电过程中,尤其是高能量密度的动力电池在快速充电时,动力电池内部的电芯会产生大量的热,这些热如果不能及时的传导到电池外部,则会使电池的温度快速升高,有热失控的风险。
为了解决快速充电中涉及的热失控问题,常常采用强化散热的方法,例如在电池壳体外布置液冷或者直冷系统,通过液冷或者直冷系统将电池壳体的热量传导到外部。
但电池内部的电芯到电池壳体的传热路径存在很大的热阻,导致动力电池内部电芯产生的热不能快速地传递到电池外部。
发明内容
本申请提供了一种电芯、动力电池、动力电池组、用电装置及制造方法,将电芯中第一集流体与电池壳体底部的间距设置为小于隔膜与电池壳体底部的间距,使得电芯产生的一部分热可以通过集流体传导到电池壳体,由于集流体的导热系数远远大于隔膜,因此动力电池内部电芯产生的一部分热可以通过集流体快速地传递到电池壳体,使得动力电池内部电芯产生的热可以快速地传递到电池外部。
第一方面,本申请实施例提供了一种电芯包括第一极性片、第二极性片以及隔膜,其中,该第一极性片和该第二极性片之间设置有该隔膜,其中,第一极性片为正极极性片、第二极性片为负极极性片,或者第一极性片为负极极性片、第二极性片为正极极性片,正极性片包括两面涂覆有正极活性物质的正极集流体,负极性片包括两面涂覆有负极活性物质的负极集流体,该第一极性片和该第二极性片的极性相异,该第一极性片包括第一集流体,该第一集流体与电池壳体底部的间距小于该隔膜与电池壳体底部的间距,其中,第一集流体与电池壳体底部的间距可以为第一集流体延长后的边缘侧与电池壳体底部的间距,第一集流体与电池壳体底部的间距小于隔膜与电池壳体底部的间距,相当于将第一集流体作为电芯与电池壳体之间的“导热桥梁”,当叠片电芯内部的活性物质(正极活性物质和负极活性物)在电池快速充电或用电的场景下产生大量的热时,从电芯内部到电池外壳的导热路径从原本的活性物质、隔膜以及电池外壳的导热路径变为了活性物质、第一集流体以及电池外壳的导热路径,由于集流体的传热系数比隔膜的传热系数大很多,此时,由于集流体的导热系数远远大于隔膜,因此动力电池内部电芯产生的一部分热可以通过集流体快速地传递到电池壳体,使得动力电池内部电芯产生的热可以快速地传递到电池外部。
本申请实施例中,提供了一种电芯,该电芯包括第一极性片、第二极性片以及隔膜,其中,第一极性片和第二极性片之间设置有隔膜,第一极性片和第二极性片的极性相异,第一极性片包括第一集流体,第一集流体与电池壳体底部的间距小于隔膜与电池壳体底部的间距。采用上述电芯,将电芯中第一集流体与电池壳体底部的间距设置为小于隔膜与电池壳体底部的间距,使得电芯产生的一部分热可以通过集流体传导到电池壳体,由于集流体的导热系数远远大于隔膜,因此动力电池内部电芯产生的一部分热可以通过集流体快速地传递到电池壳体,使得动力电池内部电芯产生的热可以快速地传递到电池外部。
在一种可能的实现方式中,该第一集流体包括相互连接的第一延伸部以及第二延伸部,该第一延伸部涂覆有第一活性物质,该第二延伸部从该第一活性物质内部延伸并超出该隔膜,该第二延伸部与电池壳体底部的间距小于该隔膜与该电池壳体底部的间距,相当于第一集流体在第二延伸部上未涂覆第一活性物质,使得第一集流体上的活性物质不会因为受到挤压而接触到相邻的第二集流体,增加了电芯工作时的安全性。
再次,本申请实施例中,未在第一集流体的第二延伸部上涂覆第一活性物质,使得第一集流体上的活性物质不会因为受到挤压而接触到相邻的第二集流体,增加了电芯工作时的安全性。
在一种可能的实现方式中,该第二延伸部上涂覆有绝缘涂层。绝缘涂层可以是陶瓷涂层,陶瓷可以为氧、碳、氮、硼、镁、铝、硅和锌等元素形成的化合物或者化合物的混合物。本实施例在第二延伸部上涂覆绝缘涂层,通过绝缘涂层隔绝了第一集流体上的活性物质和相邻的第二集流体,使得第一集流体上的活性物质不会因为受到挤压而接触到相邻的第二集流体,进一步增加了电芯工作时的安全性。
在一种可能的实现方式中,该第一集流体与该电池壳体底部接触。在一种场景中,在一种场景中,第一集流体与该电池外壳的内表面接触,在另一种场景中,电池外壳与电芯之间设置有底托板或绝缘板,在这种场景中,第一极性片与电池壳体底部中底托板或绝缘板的外表面接触,在本实施例通过延长第一集流体并使得第一集流体与电池壳体底部的间距小于隔膜与电池壳体底部的间距的基础上,将第一极性片与电池壳体底部接触,进一步增加了从电芯内部到电池外壳的传热路径的导热系数,得动力电池内部电芯产生的热可以更快速地传递到电池外部。
在一种可能的实现方式中,该第一集流体的一端为弯折结构,该弯折结构的弯折处与该电池壳体底部接触。其中第一集流体的一端可以为L型结构,L型结构的弯折部的外表面为第一集流体与电池壳体底部的接触面,第一极性片的一端也可以但不限于为倒Y型结构,倒Y型两个分支形成的开口部的外表面为第一集流体与电池壳体底部的接触面,本实施例中第一极性片的一端为弯折结构,弯折结构的弯折处与电池壳体底部接触,增大了第一集流体与电池壳体底部的接触面,具有更好的传热性能。
在一种可能的实现方式中,该第一集流体的端部嵌入到该电池壳体底部,或该第一集流体的端部粘接在该电池壳体底部,或该第一集流体的端部焊接在该电池壳体底部。在第一极性片的端部嵌入到电池壳体底部的设计中,可以在电池壳体内表面上预设沟槽,在电芯安装过程中通过将第一集流体的延长侧直接插入对应的预设沟槽内部,从而实现第一集流体与电池壳体的接触。在第一极性片的端部粘接在电池壳体底部的设计中,可以预先在第一集流体的延长侧表面涂覆粘结剂,或在电池壳体底部内表面涂覆粘结剂,在电芯安装过程中施加一定压力使第一集流体的延长侧与电池壳体底部实现粘接,从而实现第一集流体与电池壳体的接触,在第一极性片的端部焊接在电池壳体底部的设计中,将第一集流体的延长侧焊接在电池壳体底部内表面,从而实现第一集流体与电池壳体的接触。
其次,本申请实施例中,第一极性片的端部嵌入到电池壳体底部,或第一极性片的端部粘接在电池壳体底部,或第一极性片的端部焊接在电池壳体底部,第一集流体可以通过多种方式与电池壳体底部接触,增加了方案的灵活性和可选择性。
在一种可能的实现方式中,该隔膜包括第一隔膜和第二隔膜,该第一隔膜和该第二隔膜之间设置有一个第二集流体,该第一隔膜和该第二隔膜的端部接合。将与负极集流体相邻的第一隔膜和第一隔膜的端部接合,通过隔膜的阻碍使得负极集流体完全与延长的正极集流体相隔绝,进一步提高了电芯安装过程中的安全性。
在一种可能的实现方式中,该第一极性片为正极性片,该第二极性片为负极性片,或,该第一极性片为负极性片,该第二极性片为正极性片。
第二方面,本申请实施例提供了一种动力电池,包括电池壳体和上述第一方面提供的电芯,其中电池壳体内部设置有电芯,电池壳体作为电芯的物理支撑,可以起到将电芯与外界隔绝的作用,电池壳体可以具有与电芯的形状相对应的形状,同时也不必使电池壳体的形状和尺寸完全匹配电芯的形状和尺寸。
第三方面,本申请实施例提供了一种动力电池组,包括至少两个上述第二方面提供的动力电池。
第四方面,本申请实施例提供了一种用电装置,包括至少一个上述第二方面提供的动力电池。
第五方面,本申请实施例提供了动力电池的制作方法,制作方法具体包括:将第一极性片、隔膜与第二极性片依次层叠放置,以形成电芯,其中,至少一个该第一极性片的一侧超出该隔膜,该第一极性片包括第一集流体;沿目标方向将该电芯填装至该电池壳体内,以使得至少一个该第一集流体与该电池壳体底部的间距小于该隔膜与该电池壳体底部的间距,该目标方向为该第一极性片上超出该隔膜一侧的方向。
本申请实施例中,提供了一种动力电池的制作方法,将第一极性片、隔膜与第二极性片依次层叠放置,以形成电芯,其中,至少一个第一极性片的一侧超出隔膜,第一极性片包括第一集流体,沿目标方向将电芯填装至电池壳体内,以使得至少一个第一集流体与电池壳体底部的间距小于隔膜与电池壳体底部的间距,目标方向为第一极性片上超出隔膜一侧的方向。通过上述方法制作的动力电池,其电芯中的第一集流体与电池壳体底部的间距设置为小于隔膜与电池壳体底部的间距,使得电芯产生的一部分热可以通过集流体传导到电池壳体,由于集流体的导热系数远远大于隔膜,因此动力电池内部电芯产生的一部分热可以通过集流体快速地传递到电池壳体,使得动力电池内部电芯产生的热可以快速地传递到电池外部。
在一种可能的实现方式中,该将第一极性片、隔膜与第二极性片依次层叠放置,包括:将第一极性片、隔膜与第二极性片依次以平板层叠放置。
在一种可能的实现方式中,该将第一极性片、隔膜与第二极性片依次层叠放置,以形成电芯,其中,至少一个该第一极性片的一侧超出该隔膜,包括:将第一极性片、隔膜与第二极性片依次层叠放置并进行卷绕,以形成电芯,其中,至少一个该第一极性片与卷绕方向垂直的一侧超出该隔膜。
在一种可能的实现方式中,该将第一极性片、隔膜与第二极性片依次层叠放置,以形成电芯,其中,至少一个该第一极性片的一侧超出该隔膜,包括:将第一极性片冲切为单片状第一极性片;将第二极性片与隔膜依次层叠放置并进行卷绕,将该单片状第一极性片排布于卷绕后的相邻卷绕层间隔中,形成电芯,其中,至少一个该单片状第一极性片与卷绕方向垂直的一侧超出该隔膜;或,将第二极性片冲切为单片状第二极性片;将第一极性片与隔膜依次层叠放置并进行卷绕,将该单片状第二极性片排布于卷绕后的相邻卷绕层间隔中,形成电芯,其中,至少一个该第一极性片与卷绕方向垂直的一侧超出该隔膜;或,将第一极性片冲切为单片状第一极性片;将第二极性片冲切为单片状第二极性片;将隔膜进行多次折叠,将该单片状第一极性片和该单片状第二极性片交替排布在折叠后的相邻隔膜间隔中,形成电芯,其中,至少一个该单片状第一极性片与折叠方向垂直的一侧超出该隔膜。
在一种可能的实现方式中,该沿目标方向将该电芯填装至该电池壳体内,以使得至少一个该第一集流体与该电池壳体底部的间距小于该隔膜与该电池壳体底部的间距,包括:沿该目标方向将该电芯填装至该电池壳体内,以使得至少一个该第一集流体与该电池壳体底部接触。本实施例中,沿目标方向将电芯填装至电池壳体内,以使得至少一个第一集流体与电池壳体底部接触,在通过延长第一集流体并使得第一集流体与电池壳体底部的间距小于隔膜与电池壳体底部的间距的基础上,将第一极性片与电池壳体底部接触,进一步增加了从电芯内部到电池外壳的传热路径的导热系数,得动力电池内部电芯产生的热可以更快速地传递到电池外部。
在一种可能的实现方式中,该沿目标方向将该电芯填装至该电池壳体内,以使得至少一个该第一集流体与该电池壳体底部接触,包括:沿目标方向将该电芯填装至该电池壳体内,以使得至少一个该第一集流体嵌入到该电池壳体底部;或,沿目标方向将该电芯填装至该电池壳体内,以使得至少一个该第一集流体粘接在该电池壳体底部;或,沿目标方向将该电芯填装至该电池壳体内,以使得至少一个该第一集流体焊接在该电池壳体底部。
从以上技术方案可以看出,本申请具有以下优点:
本申请实施例中,提供了一种电芯,包括第一极性片、第二极性片以及隔膜,其中,第一极性片和第二极性片之间设置有隔膜,第一极性片和第二极性片的极性相异,第一极性片包括第一集流体,第一集流体与电池壳体底部的间距小于隔膜与电池壳体底部的间距。采用上述电芯,将电芯中第一集流体与电池壳体底部的间距设置为小于隔膜与电池壳体底部的间距,使得电芯产生的一部分热可以通过集流体传导到电池壳体,由于集流体的导热系数远远大于隔膜,因此动力电池内部电芯产生的一部分热可以通过集流体快速地传递到电池壳体,使得动力电池内部电芯产生的热可以快速地传递到电池外部。
附图说明
图1为本申请实施例中一种叠片电芯的立体示意图;
图2为本申请实施例中一种叠片电芯的一个侧视图;
图3为本申请实施例中一种叠片电芯的一个俯视图;
图4为本申请实施例中一种叠片电芯的另一个俯视图;
图5为本申请实施例中一种叠片电芯的另一个俯视图;
图6为本申请实施例中一种叠片电芯的另一个俯视图;
图7为本申请实施例中一种叠片电芯的另一个侧视图;
图8为本申请实施例中一种卷绕电芯的一个局部侧视图;
图9为本申请实施例中一种卷绕电芯的一个俯视图;
图10为本申请实施例中一种叠片卷绕电芯的一个侧视图;
图11为本申请实施例中一种叠片卷绕电芯的另一个侧视图;
图12为本申请实施例中一种叠片卷绕电芯的一个俯视图;
图13为本申请实施例中一种叠片卷绕电芯的另一个侧视图;
图14为本申请实施例中一种叠片电芯的另一个侧视图;
图15为本实施例中叠片电芯的第一极性片的结构示意图;
图16为本实施例中卷绕电芯的第一极性片的结构示意图;
图17为本申请实施例中一种叠片电芯的另一个侧视图;
图18为本申请实施例中一种叠片电芯的另一个侧视图;
图19为本申请实施例中一种叠片电芯的另一个侧视图;
图20为本申请实施例中一种叠片电芯的另一个侧视图;
图21a为本申请实施例中一种叠片电芯的另一个侧视图;
图21b为本申请实施例中一种叠片电芯的另一个侧视图;
图22为本申请实施例中一种叠片电芯的另一个侧视图;
图23为本申请实施例中动力电池的制作方法的一个实施例示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种电芯、动力电池、动力电池组、用电装置及制造方法,将电芯中第一集流体与电池壳体底部的间距设置为小于隔膜与电池壳体底部的间距,使得电芯产生的一部分热可以通过集流体传导到电池壳体,由于集流体的热阻远远小于隔膜,因此动力电池内部电芯产生的一部分热可以通过集流体快速地传递到电池壳体,使得动力电池内部电芯产生的热可以快速地传递到电池外部。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
动力电池包括电芯和容纳电芯的外壳,动力电池在快速充电的过程中,尤其是高能量密度的动力电池快速充电时,其电芯内部的活性物质会产生大量的热,这些热如果不能及时的传导到电池外壳,则会使电芯的温度快速升高,使动力电池存在热失控风险,严重影响电池的安全性。电芯包括正极性片、负极性片和隔膜30,通常情况下,隔膜30的边缘侧会超出相邻正极性片的边缘侧和负极性片的边缘侧,隔膜30的边缘侧与电池外壳内表面的距离小于正极性片和负极性片的边缘侧与电池外壳内表面的距离,因此,从电芯内部到电池壳体60内表面的传热路径是活性物质、隔膜30以及电池壳体60,由于隔膜30的导热系数很小,导致了传热效率很低,电芯内部活性物质产生的热不能很快传导到电池壳体60,使电芯的温度快速升高,使动力电池存在热失控风险。
为解决这种问题,本发明实施例提出一种电芯,将电芯的正极集流体10或负极集流体20延长,使得正极集流体10或负极集流体20与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距,下面将对本申请提供的一种电芯的一个实施例进行详细介绍。
可以理解的是,动力电池的电芯制作工艺可以包括但不限于叠片工艺、卷绕工艺以及叠片和卷绕相结合的工艺。下面将对本申请提供的一种通过叠片工艺制成的电芯(以下称为叠片电芯)的一个实施例进行详细介绍。
请参阅图1,图1为本申请实施例中一种叠片电芯的立体示意图,具体地,图1示出的叠片电芯包括交互堆叠的第一极性片和第二极性片,其中,第一极性片为正极性片,第二极性片为负极性片,或,第一极性片为负极性片,第二极性片为正极性片,正极性片和负极性片之间设置有隔膜30,其中隔膜30用于将电池的正极性片和负极性片分隔开,防止正极性片和负极性片的直接接触。正极性片包括两面涂覆有正极活性物质40的正极集流体10,负极性片包括两面涂覆有负极活性物质50的负极集流体20,换一种表述方式,正极活性物质40和正极集流体10构成正极性片,负极活性物质50和负极集流体20构成正极性片。
参照图2和图3,图2为本申请实施例中一种叠片电芯的侧视图,图3为本申请实施例中一种叠片电芯的俯视图,如图2示出的那样,本实施例将叠片电芯的正极集流体10或负极集流体20延长,使得正极集流体10与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距,或叠片电芯的负极集流体20与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距。下面以延长正极集流体10为例,对正极集流体10与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距的情况进行详细描述。
本实施例中,在正极集流体10和隔膜30都为矩形片的场景下,如图3示出的那样,正极集流体10包括四个边缘侧(正极集流体顶侧A1、正极集流体底侧B1、正极集流体左侧C1和正极集流体右侧D1),需要说明的是,“正极集流体顶侧A1”、“正极集流体底侧B1”、“正极集流体左侧C1”和“正极集流体右侧D1”仅仅表示正极集流体四个边缘侧之间的朝向不同,并不构成对正极集流体10边缘朝向的绝对限定。其中,术语“朝向”可以理解为正极集流体10上一个边缘侧的端面朝向。例如,正极集流体顶侧A1可以是正极集流体10的任意一个边缘侧,则正极集流体底侧B1为与正极集流体顶侧A1侧朝向相反一侧,正极集流体左侧C1可以是除了正极集流体顶侧A1侧和正极集流体底侧B1侧之外的任意一侧,正极集流体右侧D1为与正极集流体左侧C1侧朝向相反的一侧。本实施例中,正极集流体10可以是将正极集流体顶侧A1、正极集流体底侧B1、正极集流体左侧C1或正极集流体右侧D1的其中一侧完全延长,延长后的正极集流体10的一个边缘侧超出相邻的隔膜30。
本实施例中,在正极集流体10和隔膜30都为矩形片的场景下,如图3所示,隔膜30也包括四个边缘侧(隔膜顶侧A2、隔膜底侧B2、隔膜左侧C2和隔膜右侧D2),隔膜顶侧A2可以是隔膜30上与正极集流体顶侧A1朝向一致的边缘侧,隔膜底侧B2可以是隔膜30上与正极集流体底侧B1朝向一致的边缘侧,隔膜左侧C2可以是隔膜30上与正极集流体左侧C1朝向一致的边缘侧,隔膜顶侧A2可以是隔膜30上与正极集流体顶侧A1朝向一致的边缘侧。需要说明的是,隔膜顶侧A2也可以是隔膜30上与正极集流体底侧B1、正极集流体左侧C1或正极集流体右侧D1朝向一致的边缘侧,以上限定仅仅是为了方便描述,并不构成对隔膜30各个边缘侧朝向的绝对限定。
如图2所示出的,正极集流体10与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距,其中正极集流体10与电池壳体60底部的间距可以为正极集流体10延长后的边缘侧与电池壳体60底部的间距,为方便描述,下文将延长后的边缘侧称为延长侧。延长侧可以是正极集流体顶侧A1、正极集流体底侧B1、正极集流体左侧C1和正极集流体右侧D1中的任意一侧。需要说明的是,电池壳体60底部可以为与延长侧的朝向相对的电池壳体60内表面,例如,当将正极集流体底侧B1延长时,正极集流体10与电池壳体60底部的间距具体为正极集流体10延长侧和与正极集流体10延长侧相对的电池壳体60内表面的间距。又例如,当将正极集流体10顶部延长时,此时电池壳体60底部应理解为与正极集流体10顶部延长侧相对的电池壳体60内表面。需要说明的是,术语“间距”可以为一个延长侧端面与目标面之间的垂直距离或最小距离,具体的,正极集流体10与电池壳体60底部的间距可以为正极集流体10的延长侧端面与电池壳体60底部所在的目标面的间距。
本实施例中,参照图3,在正极集流体10和隔膜30都为矩形片的场景下,正极集流体10上的延长侧从图3中的俯视角度来看可以认为是一条直线或近似于直线,正极集流体10与电池壳体60底部的间距可以为正极集流体10延长侧所在的直线与电池壳体60底部所在的目标面的间距。正极集流体10延长侧所在的直线与电池壳体60底部所在的目标面平行,此时正极集流体10延长侧所在的直线上的每个点与电池壳体60底部所在的目标面的间距相同,则正极集流体10延长侧所在的直线上的所有点与电池壳体60底部所在的目标面的间距都小于相邻隔膜30与电池壳体60底部的间距。
参照图4,图4为本申请实施例中一种叠片电芯的俯视图,如图4示出的那样,在另一种场景中,正极集流体10虽然将正极集流体顶侧A1、正极集流体底侧B1、正极集流体左侧C1或正极集流体右侧D1的其中一侧延长,但与上述正极集流体10为矩形片不同的是,正极集流体10延长侧从图4中的俯视角度来看可以是一条曲线,正极集流体10延长侧所在曲线不与电池壳体60底部所在的目标面平行,相当于延长后的正极集流体10包括不超过相邻隔膜30的第一延伸部101以及与第一延伸部101连接并超出相邻隔膜30的第二延伸部102,其中第一延伸部101为矩形片,第二延伸部102不为矩形片。此时正极集流体10延长侧所在曲线上的每个点与电池壳体60底部所在的目标面的间距并不完全相同,此时,只需正极集流体10延长侧所在的直线或曲线上存在一个段,该段上的点与电池壳体60底部所在的目标面的间距小于相邻隔膜30与电池壳体60底部的间距。需要说明的是,在另一种场景中,本实施例中的第二延伸部102的形状并不限于图4示出的那样,参照图5,图5为本申请实施例中一种叠片电芯的俯视图,如图5示出的,正极集流体10的第二延伸部102的延长侧不需要全部超出相邻的隔膜30,也可以是第二延伸部102边缘侧的一部分超出相邻的隔膜30,换一种描述方式,只需保证正极集流体10延长侧所在的直线或曲线上存在一个直线段或曲线段,该直线段或曲线段上的点与电池壳体60底部所在的目标面的间距小于相邻隔膜30与电池壳体60底部的间距即可。
参照图6,图6为本申请实施例中一种叠片电芯的俯视图,如图6示出的那样,在另一种场景中,正极集流体10可以将正极集流体顶侧A1、正极集流体底侧B1、正极集流体左侧C1或正极集流体右侧D1的至少两侧进行延长,例如,可以将正极集流体顶侧A1和正极集流体底侧B1进行延长,或将正极集流体左侧C1和正极集流体右侧D1进行延长,或将正极集流体顶侧A1、正极集流体底侧B1和正极集流体左侧C1进行延长。如图6所示的,以正极集流体左侧C1和正极集流体右侧D1进行延长为例,当将正极集流体左侧C1和正极集流体右侧D1都进行延长时,正极集流体左侧C1的延长侧超出与正极集流体左侧C1朝向一致的隔膜30边缘侧,使得正极集流体左侧C1的延长侧与电池壳体60底部的间距小于相邻隔膜30与电池壳体60底部的间距,此时电池壳体60底部为与正极集流体左侧C1的延长侧相对的电池壳体60内表面,同时正极集流体右侧D1的延长侧超出与正极集流体右侧D1朝向一致的隔膜30边缘侧,使得正极集流体右侧D1的延长侧与电池壳体60底部的间距小于相邻隔膜30与电池壳体60底部的间距,此时电池壳体60底部为与正极集流体右侧D1的延长侧相对的电池壳体60内表面。
需要指出的是,在正极集流体10可以将正极集流体顶侧A1、正极集流体底侧B1、正极集流体左侧C1或正极集流体右侧D1的至少两侧进行延长的场景中,各个延长侧的形状还可以参照图4和图5及对应的描述,重复之处不再赘述。
本实施例中,正极集流体10的延长侧超出相邻的隔膜30,使得正极集流体10与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距,相当于将正极集流体10作为电芯与电池壳体60之间的导热桥梁,当叠片电芯内部的活性物质(正极活性物质40和负极活性物)在电池快速充电或用电的场景下产生大量的热时,从电芯内部到电池外壳的导热路径从原本的活性物质、隔膜30以及电池外壳的排列方式,变为了活性物质、正极集流体10以及电池外壳的排列方式,如表1所示,表1为隔膜30和集流体各个材料的传热系数对照表,从表1可知,集流体的传热系数比隔膜30的传热系数大很多,此时,由于集流体的导热系数远远大于隔膜30,因此动力电池内部电芯产生的一部分热可以通过集流体快速地传递到电池壳体60,使得动力电池内部电芯产生的热可以快速地传递到电池外部。
表1
本实施例中,一个叠片电芯可以包括多个正极集流体10,其中延长并超出相邻隔膜30的正极集流体10可以是叠片电芯的全部正极集流体10,在另一种设计中,延长并超出相邻隔膜30的正极集流体10可以是全部正极集流体10中的至少一个正极集流体10,如图7所示,图7为本申请实施例中一种叠片电芯的侧视图,图7示出了延长并超出相邻隔膜30的正极集流体10仅是全部正极集流体10中的一部分的情况。
本实施例中,基于同一发明构思,叠片电芯的负极集流体20与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距的具体情况与图1至图7所示的叠片电芯具有相似或相同的特性,重复之处不再赘述。
需要指出的是,图1中示出的叠片电芯结构仅为一种示意,在实际应用中,正级集流体、负级集流体和隔膜30的数量可以按照实际需求而定,此外,图1、图2以及图7中示出的叠片电芯的两侧都为隔膜30,在实际应用中,叠片电芯一侧的结构可以设置为隔膜30、正极性片和负极性片中的任意一种。
需要指出的是,尽管图1至图7中未示出,但实际的叠片电芯在极性片和隔膜30之间还可以填充有电解质。
需要指出的是,尽管图1至图7中未示出,但实际的叠片电芯还可以包括有正极极耳和负极极耳,其中正极极耳从正极极片引出,每个正极极片引出一个正极极耳,负极极耳从负极极片引出,每个负极极片引出一个负极极耳,正极极耳的引出方向与负极极耳的引出方向分布在与叠片电芯堆叠的垂直方向上,正极极耳和负极极耳可以分布在叠片电芯的同一侧或不同侧。
以上为本申请提供的一种通过叠片工艺制成的电芯的一个实施例进行的介绍,接下来对通过卷绕工艺制成的电芯(以下称为卷绕电芯)的一个实施例进行详细的介绍。请参阅图8,图8为本申请实施例中一种卷绕电芯的一个局部侧视图,可以理解的是,和通过叠片工艺制成的电芯将极性片和隔膜30依次以平板层叠放置不同的是,首先,叠片工艺采用的隔膜30、正极集流体10和负极集流体20可以是单片状矩形片,而卷绕工艺采用的隔膜30、正极集流体10和负极集流体20可以是未冲切成单片状矩形片的矩形长片,此外,通过卷绕工艺制成的电芯是将第一极性片、隔膜30与第二极性片依次层叠放置后进行卷绕,因此,第一集流体上可以进行延长并超过相邻隔膜30的位置只能是沿卷绕的垂直方向。在第一集流体、隔膜30与第二集流体为矩形片的场景下,请参阅图9,图9为本申请实施例中一种卷绕电芯的俯视图,如图9示出的那样,第一集流体上包括两个可以进行延长并超过相邻隔膜30的边缘侧,这两个边缘侧为矩形片上相对的两个边缘侧,例如边缘侧可以是矩形片上的第一集流体顶侧和第一集流体底侧,或者是第一集流体左侧和第一集流体右侧。
以上为本申请提供的一种通过卷绕工艺制成的电芯的一个实施例进行的介绍,而对于通过叠片和卷绕相结合的工艺制成的电芯(以下称为叠片卷绕电芯),以第一极性片、隔膜30和第二极性片为矩形片为例,在通过叠片和卷绕相结合的工艺制成的电芯的一种设计中,请参阅图10,图10为本申请实施例中一种叠片卷绕电芯的侧视图,如图10中示出的叠片卷绕电芯,是将隔膜30和第一极性片依次层叠放置并进行卷绕,将第二极性片冲切为单片状矩形片,并将单片状矩形片排布于卷绕后的相邻卷绕层间隔中,需要说明的是,不限于图10中示出的,还可以将隔膜30和第二极性片依次层叠放置并进行卷绕,将第一极性片冲切为单片状矩形片,并将单片状矩形片排布于卷绕后的相邻卷绕层间隔中。和通过叠片工艺制成的电芯不同的是,通过叠片和卷绕相结合的工艺制成的电芯的极性片上可以进行延长并超过相邻隔膜30的位置只能是沿卷绕的垂直方向的边缘侧。在第一集流体、隔膜30与第二集流体为矩形片的场景下,第一集流体可以是单片状矩形片或矩形长片,在第一集流体是单片状矩形片的场景下,如何延长第一集流体可以参照图1至图7及其对应的描述,重复之处不再赘述,在第一集流体是矩形长片的场景下,如何延长第一集流体可以参照图8至图9及其对应的描述,重复之处不再赘述。需要指出是,尽管图10中未示出正极极性片和负极极性片上涂覆的活性物质,但在实际应用中,可以在正极极性片和负极极性片上涂覆相应的活性物质。
在通过叠片和卷绕相结合的工艺制成的电芯的另一种设计中,以第一极性片、隔膜30和第二极性片为矩形片为例,请参阅图11,图11为本申请实施例中一种叠片卷绕电芯的侧视图,如图11中示出的,将隔膜30进行卷绕,将第一极性片和第二极性片冲切为单片状矩形片,并将单片状极性片交替排布在卷绕后的相邻隔膜30间隔中,可以理解的是,本实施例中隔膜30包围形成的相邻隔膜30间隔是一个一面封闭、三面开口的结构。和通过卷绕工艺制成的电芯不同的是,本实施例中在第一集流体、隔膜30与第二集流体为矩形片的场景下,第一集流体是单片状矩形片,第一集流体上可以进行延长并超过相邻隔膜30的位置是沿相邻隔膜30间隔三面开口的方向的三个边缘侧,换一种描述方式,本实施例中的第一集流体上除了在相邻隔膜30间隔封闭方向的边缘侧之外的其他三个边缘侧都可以延长并超出相邻的隔膜30。在第一集流体、隔膜30与第二集流体为矩形片的场景下,请参阅图12,图12为本申请实施例中一种叠片卷绕电芯的俯视图,如图12示出的那样,第一集流体上包括三个可以进行延长并超过相邻隔膜30的边缘侧。
在通过叠片和卷绕相结合的工艺制成的电芯的另一种设计中,以第一极性片、隔膜30和第二极性片为矩形片为例,请参阅图13,图13为本申请实施例中一种叠片卷绕电芯的侧视图,如图13中示出的,将隔膜30进行多次折叠,将第一极性片和第二极性片冲切为单片状矩形片,并将单片状极性片交替排布在折叠后的相邻隔膜30间隔中。可以理解的是,本实施例中隔膜30包围形成的相邻隔膜30间隔是一个一面封闭、三面开口的结构。和通过卷绕工艺制成的电芯不同的是,本实施例中在第一集流体、隔膜30与第二集流体为矩形片的场景下,第一集流体是单片状矩形片,第一集流体上可以进行延长并超过相邻隔膜30的位置是沿相邻隔膜30间隔三面开口的方向的三个边缘侧,换一种描述方式,本实施例中的第一集流体上除了在相邻隔膜30间隔封闭方向的边缘侧之外的其他三个边缘侧都可以延长并超出相邻的隔膜30。在第一集流体、隔膜30与第二集流体为矩形片的场景下,请参阅图13,图13为本申请实施例中一种叠片卷绕电芯的俯视图,如图13示出的那样,第一集流体上包括三个可以进行延长并超过相邻隔膜30的边缘侧。
需要指出的是,在另一种场景中,可以将隔膜30和第一极性片层叠后再进行多次折叠,将第二极性片冲切为单片状矩形片,并将单片状极性片交替排布在折叠后的相邻隔膜30间隔中,和图13中的叠片卷绕电芯不同的是,此时第一集流体上只有两个边缘侧可以延长并超出相邻隔膜30。需要指出的是,在另一种场景中,可以将隔膜30和第二极性片层叠后再进行多次折叠,将第一极性片冲切为单片状矩形片,并将单片状极性片交替排布在折叠后的相邻隔膜30间隔中,此时第一集流体上可以延长并超出相邻隔膜30的边缘侧与图13中示出的第一极性片一致,第一集流体上包括三个可以进行延长并超过相邻隔膜30的边缘侧。
需要指出的是,并不限定本申请中电芯包括的正极性片、负极性片和隔膜30的材料,可以使用本领域已知的正极活性物质40(例如氧化锂锰、氧化锂钴、氧化锂镍、磷酸锂铁,或含有至少一种上述元素的化合物或混合物)对铝、镍、铜或含有至少一种上述元素的合金形成的正极集流体10进行涂覆、形成正极性片。另外,可以使用本领域已知的负极活性物质50(例如锂金属、锂合金、碳、石油焦、活性炭、石墨、硅化合物、锡化合物、钛化合物,或含有至少一种上述元素的合金)对铜、镍、铝或含有至少一种上述元素的合金形成的负极集流体20进行涂覆、形成负极性片。另外,隔膜30可以为多层膜,该多层膜具有精细孔结构,并且由聚乙烯、聚丙烯或其组合形成,或者可为用于固体聚合物电解质或凝胶式聚合物电解质,诸如聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚氟乙烯—六氟丙烯共聚物的聚合物膜。
其次,本申请实施例中,提供了一种电芯,包括第一极性片、第二极性片以及隔膜30,其中,第一极性片和第二极性片之间设置有隔膜30,第一极性片和第二极性片的极性相异,第一极性片包括第一集流体,第一集流体与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距。采用上述电芯,将电芯中第一集流体与电池壳体60底部的间距设置为小于隔膜30与电池壳体60底部的间距,使得电芯产生的一部分热可以通过集流体传导到电池壳体60,由于集流体的导热系数远远大于隔膜30,因此动力电池内部电芯产生的一部分热可以通过集流体快速地传递到电池壳体60,使得动力电池内部电芯产生的热可以快速地传递到电池外部。
可选地,在上述图1至图13描述的实施例的基础上,本申请实施例提供的电芯的第一个可选实施例中,请参照图14,图14为本申请实施例中一种叠片电芯的侧视图,以叠片电芯为例,第一集流体包括相互连接的第一延伸部101以及第二延伸部102;第一延伸部101涂覆有第一活性物质,第二延伸部102从第一活性物质内部延伸并超出隔膜30,第二延伸部102与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距。
本实施例中,介绍了第一集流体的活性物质涂覆情况,以第一集流体为正极集流体10为例,为了提高从电芯向电池外壳的传热路径,本实施例将正极集流体10或负极集流体20延长并超出隔膜30,虽然只将正极集流体10和负极集流体20的其中一种集流体延长,例如:只延长正极集流体10而不延长负极集流体20,此时,正极集流体10的延长侧超出相邻的隔膜30,且该隔膜30的边缘侧超出未延长的负极集流体20的边缘侧,隔膜30可以阻碍正极集流体10和负极集流体20之间的直接接触,但若延长并超出隔膜30的正极集流体10表面涂覆有正极活性物质40,在封装电芯的过程中,延长的正极集流体10上的活性物质有可能因为受到挤压而接触到相邻的负极集流体20或负极活性物质50,进而出现短路的安全问题。因此,本实施例中未在正极集流体10的第二延伸部102上涂覆正极活性物质40,使得正极集流体10上的活性物质不会因为受到挤压而接触到相邻的负极集流体20,增加了电芯工作时的安全性。需要说明的是,若隔膜30超出第一延伸部101,此时,第二延伸部102可以包括未超出隔膜30的部分以及超出隔膜30的部分,相当于不只是超出隔膜30的正极集流体10上未涂覆正极活性物质40,在未超出隔膜30的一小段正极集流体10上也未涂覆正极活性物质40,进一步增加了电芯工作时的安全性。
本实施例中,参照图15,图15为本实施例中叠片电芯的第一极性片的结构示意图,图15中示出了叠片电芯中第一极性片为矩形片且只延长一个边缘侧的应用场景。本实施例中,参照图16,图16为本实施例中卷绕电芯的第一极性片的结构示意图,图15中示出了卷绕电芯中第一极性片为矩形片且只延长一个边缘侧的应用场景。
本实施例中,为了进一步提高电芯工作时的安全性,在正极集流体10的第二延伸部102未涂覆有正极活性物质40的基础上,可以在第二延伸部102上涂覆绝缘涂层,其中,绝缘涂层可以是陶瓷涂层,陶瓷可以为氧、碳、氮、硼、镁、铝、硅和锌等元素形成的化合物或者化合物的混合物。
本实施例中,基于同一发明构思,当延长电芯的负极集流体20时活性物质的涂覆情况与图14所示的电芯具有相似或相同的特性,重复之处不再赘述。
其次,本申请实施例中,说明了第一集流体的活性物质的涂覆情况,未在第一集流体的第二延伸部102上涂覆第一活性物质,使得第一集流体上的活性物质不会因为受到挤压而接触到相邻的第二集流体,增加了电芯工作时的安全性。
可选地,在上述图1至图16对应的实施例的基础上,本申请实施例提供的电芯的第二个可选实施例中,参照图17,图17为本申请实施例中一种叠片电芯的侧视图,第一极性片与电池壳体60底部接触。
以通过叠片工艺制成的电芯为例,本实施例中,第一极性片在延长并超出相邻隔膜30的基础上,进一步与电池壳体60底部接触,以第一极性片为正极性片为例,具体的,可以是正极性片的正极集流体10与电池壳体60底部接触。在将正极集流体10进行延长的一种设计中,可以仅延长很小的长度,使得正极集流体10的边缘侧刚好超出相邻的隔膜30,而不与对应的电池壳体60底部接触,该设计中,由于正极集流体10的边缘侧与电池壳体60底部的距离小于隔膜30到电池壳体60底部的距离,使得从电芯内部产生的热并不经过隔膜30进行传导,但由于正极集流体10的边缘侧到电池壳体60之间可以存在其他传热介质,例如电解质或空气,这些传热介质的导热系数比集流体的导热系数要小。本实施例中为了进一步增加从电芯内部到电池壳体60的传热路径的导热系数,将正极集流体10的边缘侧延长到与电池壳体60底部接触,使得从电芯内部产生的热可以直接通过正极集流体10传导到电池壳体60底部。
需要指出的是,在一种场景中,电池外壳与电芯之间设置有底托板或绝缘板70,底托班或绝缘板与电池外壳构成了电池外壳组件,共同起着保护电芯、对外绝缘的作用,如图18示出的,图18为本申请实施例中一种叠片电芯的侧视图,在这种场景中,电池壳体60底部可以理解为电池外壳组件中底托板或绝缘板70的外表面,本实施例中具体的,第一极性片与电池壳体60底部中底托板或绝缘板70的外表面接触。
本实施例中,基于同一发明构思,当延长叠片电芯的负极集流体20时活性物质的涂覆情况与图17或图18所示的叠片电芯具有相似或相同的特性,重复之处不再赘述。
其次,本实施例中,在通过延长第一集流体并使得第一集流体与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距的基础上,将第一极性片与电池壳体60底部接触,进一步增加了从电芯内部到电池外壳的传热路径的导热系数,得动力电池内部电芯产生的热可以更快速地传递到电池外部。
可选地,在上述图17和图18对应的第二个可选实施例的基础上,本申请实施例提供的电芯的第三个可选实施例中,第一极性片的一端为弯折结构,弯折结构的弯折处与电池壳体60底部接触。
本实施例中,描述了第一集流体与电池壳体60底部的接触方式,参照图19,图19为本申请实施例中一种叠片电芯的侧视图,如图所示,第一集流体10的一端为L型结构,L型结构的弯折部的外表面为第一集流体与电池壳体60底部的接触面,相比于第一集流体的一端与电池壳体60底部进行点接触的方案,本实施例中L型结构与电池壳体60底部的接触面积更大,具有更好的传热性能。在实际的电芯安装过程中,可以沿着第一集流体的延长侧端面朝向的方向将电芯装设到电池壳体60内,此时对电芯施加一个作用力,使得第一集流体的延长侧与电池壳体60底部点接触,继续施加力,可以使得第一集流体的延长侧出现变形,进而第一集流体的一端出现L型弯折结构,且该弯折结构弯折处的外表面与电池壳体60底部接触。
需要指出的是,一个电芯可以包括一个或多个第一集流体,相应的,一端为L型结构的第一集流体也可以是一个或多个,当一端为L型结构的第一集流体为多个时,各个第一集流体的L型结构的弯折朝向可以全部相同,也可以不同。需要说明的是,术语“弯折朝向”可以理解为在第一集流体的延长侧出现变形后,第一集流体的延长侧的端部朝向。在实际的电芯安装过程中,由于在对电芯施加力的过程中,第一集流体的延长侧的弯折朝向可能是不可控制的,可能一部分的弯折朝向与另一部分的弯折朝向不同。
本实施例中,在另一种设计中,参照图20,图20为本申请实施例中一种叠片电芯的侧视图,如图所示,第一极性片的一端为倒Y型结构,倒Y型两个分支形成的开口部的外表面为第一集流体与电池壳体60底部的接触面,相比于第一集流体的一端与电池壳体60底部进行点接触的方案,本实施例中倒Y型结构与电池壳体60底部的接触面积更大,具有更好的传热性能。
本实施例中,需要说明的是,第一极性片的一端为弯折结构可以包括但不限于上述的L型结构和Y型结构,例如弯折结构可以是圆环的一部分,也可以是椭圆环的一部分,此处不做限定。
本实施例中,需要说明的是,一个电芯可以包括一个或多个第一集流体,当延长并超出相邻隔膜30的第一集流体为多个时,各第一集流体的延长端的结构可以相同也可以不同,例如在各第一集流体中,一部分是L型结构,一部分是倒Y型结构或其他弯折结构,此处并不限定。
其次,本申请实施例中,第一极性片的一端为弯折结构,弯折结构的弯折处与电池壳体60底部接触,增大了第一集流体与电池壳体60底部的接触面,具有更好的传热性能。
可选地,在上述图17和图18对应的第二个可选实施例的基础上,本申请实施例提供的电芯的第四个可选实施例中,参照图21a和图21b,图21a为本申请实施例中一种叠片电芯的侧视图,图21b为本申请实施例中一种叠片电芯的侧视图,第一极性片的端部嵌入到电池壳体60底部,或第一极性片的端部粘接在电池壳体60底部,或第一极性片的端部焊接在电池壳体60底部。
本实施例中,进一步描述了第一集流体与电池壳体60底部的接触方式,在第一极性片的端部嵌入到电池壳体60底部的设计中,可以参照图21a,在实际电芯的安装过程中,可以在电池壳体60内表面上预设沟槽,在电芯安装过程中通过将第一集流体的延长侧直接插入对应的预设沟槽内部,从而实现第一集流体与电池壳体60的接触。在第一极性片的端部粘接在电池壳体60底部的设计中,可以参照图21b,在实际电芯的安装过程中,可以预先在第一集流体的延长侧表面涂覆粘结剂,或在电池壳体60底部内表面涂覆粘结剂,在电芯安装过程中施加一定压力使第一集流体的延长侧与电池壳体60底部实现粘接,从而实现第一集流体与电池壳体60的接触。在第一极性片的端部焊接在电池壳体60底部的设计中,在电芯安装过程中将第一集流体的延长侧焊接在电池壳体60底部内表面,从而实现第一集流体与电池壳体60的接触。
其次,本申请实施例中,第一极性片的端部嵌入到电池壳体60底部,或第一极性片的端部粘接在电池壳体60底部,或第一极性片的端部焊接在电池壳体60底部,第一集流体可以通过多种方式与电池壳体60底部接触,增加了方案的灵活性和可选择性。
可选地,在上述图1至图21b对应的实施例的基础上,本申请实施例提供的电芯的第五个可选实施例中,参照图22,图22为本申请实施例中一种叠片电芯的侧视图,隔膜30包括第一隔膜301和第一隔膜302;第一隔膜301和第一隔膜302之间设置有一个第二集流体,第一隔膜301和第一隔膜302的端部接合。
本实施例中,为了提高从电芯向电池外壳的传热路径,将正极集流体10或负极集流体20延长并超出隔膜30,由于只将正极集流体10和负极集流体20的其中一种集流体延长,以延长的是正极集流体10为例,此时负极集流体20并未延长,因此与负极集流体20相邻的隔膜30(第一隔膜301和第一隔膜302)的边缘侧超出该负极集流体20。但在封装电芯的过程中,延长的正极集流体10上的活性物质有可能因为受到挤压而接触到相邻的负极集流体20或负极活性物质50,进而出现短路的安全问题,因此本实施例中,将与负极集流体20相邻的第一隔膜301和第一隔膜302的端部接合,通过隔膜30的阻碍使得负极集流体20完全与延长的正极集流体10相隔绝,进一步提高了电芯安装过程中的安全性。
需要说明的是,在正极集流体10、负极集流体20和隔膜30为矩形片的场景中,正极集流体10可以将正极集流体顶侧A1、正极集流体底侧B1、正极集流体左侧C1或正极集流体右侧D1的至少两侧进行延长,此时,与延长的正极集流体10相邻的负极集流体20上并不是每一个边缘侧都有与正极集流体10相接触的安全问题,而只是在正极集流体10的延长侧相对应的边缘侧才有与正极集流体10相接触的安全问题。例如,正极集流体10将正极集流体顶侧A1和正极集流体底侧B1进行了延长,此时,负极集流体20上只有负极集流体20顶侧和负极集流体20底侧具有与正极集流体10相接触的安全问题,因此,只需将负极集流体20顶侧和负极集流体20底侧相邻的第一隔膜301和第一隔膜302接合即可,具体的,可以将第一隔膜301的隔膜顶侧A2和第一隔膜302的隔膜顶侧A2接合,并将第一隔膜301的隔膜底侧B2和第一隔膜302的隔膜底侧B2接合。本实施例中,在正极集流体10、负极集流体20和隔膜30为矩形片的场景中,并不是将与负极集流体20相邻的第一隔膜301和第一隔膜302的四个边缘侧都接合,而只是将与正极集流体10延长侧相对应的隔膜30边缘侧进行接合,在提高电芯安装的安全性的基础上,节省了材料成本。
其次,本申请实施例中,隔膜30包括第一隔膜301和第一隔膜302;第一隔膜301和第一隔膜302之间设置有一个第二集流体,第一隔膜301和第一隔膜302的端部接合,将与负极集流体20相邻的第一隔膜301和第一隔膜302的端部接合,通过隔膜30的阻碍使得负极集流体20完全与延长的正极集流体10相隔绝,进一步提高了电芯安装过程中的安全性。
基于上述各个实施例,本申请还提供了一种动力电池,该动力电池包含了图1至图22中任意一个电芯以及电池壳体60,其中电池壳体60内部设置有电芯。需要指出的是,电池壳体60可以具有与电芯的形状相对应的形状。然而,不必使电池壳体60的形状和尺寸完全匹配电芯的形状和尺寸。
基于上述各个实施例,本申请还提供了一种动力电池组,该动力电池组包含了至少两个上述实施例描述的动力电池。
基于上述各个实施例,本申请还提供了一种用电装置,该用电装置包含了至少一个上述实施例描述的动力电池,具体地,这类用电装置可以是移动电话、便携式计算机、智能电话、智能平板、上网本、轻型电动车、电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆,也可以是蓄电装置以及其他类型的用电设备,此处不作限定。
图1至图22所示的实施例为对电芯的具体结构进行的详细说明,以下结合图23所示的实施例对基于该动力电池的制作方法进行详细说明,请参阅图23,图23为本申请实施例中动力电池的制作方法的一个实施例示意图,如图所示,动力电池的制作方法包括:
101、将第一极性片、隔膜30与第二极性片依次层叠放置,以形成电芯,其中,至少一个第一极性片的一侧超出隔膜30,第一极性片包括第一集流体;
本实施例中,在电芯的制作过程中,首先需要将裁切好的第一极性片、隔膜30与第二极性片依次层叠放置,并在裁切时控制第一极性片的长度,使得至少一个第一极性片可以在层叠时的一个边缘侧超出相邻隔膜30的边缘侧,具体的,可以是第一极性片的第一集流体的一个边缘侧超出相邻隔膜30的边缘侧。需要说明的是,电芯包括多个第一极性片,本实施例中的电芯可以是多个第一极性片中的至少一个第一极性片在层叠时的一个边缘侧超出相邻隔膜30的边缘侧。
本实施例中,第一极性片和第二极性片的极性相异,需要说明的是,在层叠过程中,可以将第一极性片、隔膜30和第二极性片中的任意一个布置于层叠体的最外侧。
102、沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,以使得至少一个第一集流体与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距,目标方向为第一极性片上超出隔膜30一侧的方向。
本实施例中,在完整电芯的制作后,需要将电芯装配至电池外壳内,电池外壳可以是一侧开口的壳体。由于电芯中至少一个第一极性片的第一集流体的一个边缘侧超出相邻隔膜30的边缘侧,为保证至少一个第一集流体与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距,需要沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,该目标方向为第一极性片上超出隔膜30一侧的方向。
本实施例中,在将电芯装配至电池外壳内后,可以将电芯的极耳与电池外壳的顶盖进行焊接,并对动力电池进行密封,可以理解的是,在实际应用中,还需要对装配好的动力电池进行注液、化成、抽气、焊接注液孔、清洗等处理。
本申请实施例中,提供了一种动力电池的制作方法,将第一极性片、隔膜30与第二极性片依次层叠放置,以形成电芯,其中,至少一个第一极性片的一侧超出隔膜30,第一极性片包括第一集流体,沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,以使得至少一个第一集流体与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距,目标方向为第一极性片上超出隔膜30一侧的方向。通过上述方法制作的动力电池,其电芯中的第一集流体与电池壳体60底部的间距设置为小于隔膜30与电池壳体60底部的间距,使得电芯产生的一部分热可以通过集流体传导到电池壳体60,由于集流体的导热系数远远大于隔膜30,因此动力电池内部电芯产生的一部分热可以通过集流体快速地传递到电池壳体60,使得动力电池内部电芯产生的热可以快速地传递到电池外部。
可选地,在上述图23对应的实施例的基础上,本申请实施例提供的动力电池的制作方法的第一个可选实施例中,将第一极性片、隔膜30与第二极性片依次层叠放置,包括:
将第一极性片、隔膜30与第二极性片依次以平板层叠放置。
本实施例中,描述了在叠片的应用场景下,电芯的制作方式。
可选的,将第一极性片、隔膜30与第二极性片依次层叠放置,包括:
将第一极性片、隔膜30与第二极性片依次层叠放置并进行卷绕,以形成电芯,其中,第一极性片与卷绕方向垂直的一侧超出隔膜30。
本实施例中,描述了在卷绕的应用场景下,电芯的制作方式。
可选的,将第一极性片、隔膜30与第二极性片依次层叠放置,以形成电芯,其中,至少一个第一极性片的一侧超出隔膜30,包括:
将第一极性片冲切为单片状第一极性片;
将第二极性片与隔膜30依次层叠放置并进行卷绕,将单片状第一极性片排布于卷绕后的相邻卷绕层间隔中,形成电芯,其中,至少一个单片状第一极性片与卷绕方向垂直的一侧超出隔膜30。
本实施例中,描述了在卷绕的应用场景下,电芯的制作方式,和通过叠片工艺制成的电芯将极性片和隔膜30依次以平板层叠放置不同的是,首先,叠片工艺采用的隔膜30、正极集流体10和负极集流体20可以是单片状矩形片,而卷绕工艺采用的隔膜30、正极集流体10和负极集流体20可以是未冲切成单片状矩形片的矩形长片,此外,通过卷绕工艺制成的电芯是将第一极性片、隔膜30与第二极性片依次层叠放置后进行卷绕,因此,第一集流体上可以进行延长并超过相邻隔膜30的位置只能是沿卷绕的垂直方向。
可选的,将第一极性片、隔膜30与第二极性片依次层叠放置,以形成电芯,其中,至少一个第一极性片的一侧超出隔膜30,包括:
将第二极性片冲切为单片状第二极性片;
将第一极性片与隔膜30依次层叠放置并进行卷绕,将单片状第二极性片排布于卷绕后的相邻卷绕层间隔中,形成电芯,其中,至少一个第一极性片与卷绕方向垂直的一侧超出隔膜30。
本实施例中,描述了在通过卷绕工艺制成的电芯的应用场景的一种电芯的制作方式,和通过叠片工艺制成的电芯不同的是,通过叠片和卷绕相结合的工艺制成的电芯的极性片上可以进行延长并超过相邻隔膜30的位置只能是沿卷绕的垂直方向的边缘侧。
可选的,将第一极性片、隔膜30与第二极性片依次层叠放置,以形成电芯,其中,至少一个第一极性片的一侧超出隔膜30,包括:
将第一极性片冲切为单片状第一极性片;
将第二极性片冲切为单片状第二极性片;
将隔膜30进行多次折叠,将单片状第一极性片和单片状第二极性片交替排布在折叠后的相邻隔膜30间隔中,形成电芯,其中,至少一个单片状第一极性片与折叠方向垂直的一侧超出隔膜30。
本实施例中,描述了在通过卷绕工艺制成的电芯的应用场景的一种电芯的制作方式,和通过卷绕工艺制成的电芯不同的是,本实施例中在第一集流体、隔膜30与第二集流体为矩形片的场景下,第一集流体是单片状矩形片,第一集流体上可以进行延长并超过相邻隔膜30的位置是沿相邻隔膜30间隔三面开口的方向的三个边缘侧,换一种描述方式,本实施例中的第一集流体上除了在相邻隔膜30间隔封闭方向的边缘侧之外的其他三个边缘侧都可以延长并超出相邻的隔膜30。
可选地,在上述图23对应的实施例的基础上,本申请实施例提供的动力电池的制作方法的第二个可选实施例中,沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,以使得至少一个第一集流体与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距,包括:
沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,以使得至少一个第一集流体与电池壳体60底部接触。
本实施例中,在实际的电芯安装过程中,可以沿着第一集流体的延长侧端面朝向的方向(目标方向)将电芯填装到电池壳体60内,此时对电芯施加一个作用力,使得第一集流体的延长侧与电池壳体60底部点接触。可选的,如果继续施加力,可以使得第一集流体的延长侧出现变形,进而第一集流体的一端出现L型弯折结构,且该弯折结构弯折处的外表面与电池壳体60底部接触。可选的,第一集流体的一端也可为倒Y型结构,倒Y型两个分支形成的开口部的外表面为第一集流体与电池壳体60底部的接触面。
需要指出的是,在一种场景中,电池壳体60与电芯之间设置有底托板或绝缘板70,底托班或绝缘板与电池外壳构成了电池外壳组件,共同起着保护电芯、对外绝缘的作用,在这种场景中,电池壳体60底部可以理解为电池外壳组件中底托板或绝缘板70的外表面,本实施例中具体的,第一极性片与电池壳体60底部中底托板或绝缘板70的外表面接触。
本实施例中,沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,以使得至少一个第一集流体与电池壳体60底部接触,在通过延长第一集流体并使得第一集流体与电池壳体60底部的间距小于隔膜30与电池壳体60底部的间距的基础上,将第一极性片与电池壳体60底部接触,进一步增加了从电芯内部到电池外壳的传热路径的导热系数,得动力电池内部电芯产生的热可以更快速地传递到电池外部。
可选地,沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,以使得至少一个第一集流体与电池壳体60底部接触,包括:
沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,以使得至少一个第一集流体嵌入到电池壳体60底部;
或,沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,以使得至少一个第一集流体粘接在电池壳体60底部;
或,沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,以使得至少一个第一集流体焊接在电池壳体60底部。
本实施例中,进一步描述了第一集流体与电池壳体60底部的接触方式,在第一极性片的端部嵌入到电池壳体60底部的设计中,在实际电芯的安装过程中,可以在电池壳体60内表面上预设沟槽,在电芯安装过程中通过将第一集流体的延长侧直接插入对应的预设沟槽内部,从而实现第一集流体与电池壳体60的接触。在第一极性片的端部粘接在电池壳体60底部的设计中,在实际电芯的安装过程中,可以预先在第一集流体的延长侧表面涂覆粘结剂,或在电池壳体60底部内表面涂覆粘结剂,在电芯安装过程中施加一定压力使第一集流体的延长侧与电池壳体60底部实现粘接,从而实现第一集流体与电池壳体60的接触。在第一极性片的端部焊接在电池壳体60底部的设计中,在电芯安装过程中将第一集流体的延长侧焊接在电池壳体60底部内表面,从而实现第一集流体与电池壳体60的接触。
其次,本申请实施例中,可以沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,以使得至少一个第一集流体嵌入到电池壳体60底部;或,沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,以使得至少一个第一集流体粘接在电池壳体60底部;或,沿目标方向将电芯填装至电池壳体60内,以使得至少一个第一集流体焊接在电池壳体60底部,增加了方案的灵活性和可选择性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (17)

1.一种电芯,其特征在于:包括第一极性片、第二极性片以及隔膜,其中,所述第一极性片和所述第二极性片之间设置有所述隔膜,所述第一极性片和所述第二极性片的极性相异;
所述第一极性片包括第一集流体,所述第一集流体与电池壳体底部的间距小于所述隔膜与所述电池壳体底部的间距。
2.根据权利要求1所述电芯,其特征在于,所述第一集流体包括相互连接的第一延伸部以及第二延伸部;
所述第一延伸部涂覆有第一活性物质,所述第二延伸部从所述第一活性物质内部延伸并超出所述隔膜,所述第二延伸部与电池壳体底部的间距小于所述隔膜与所述电池壳体底部的间距。
3.根据权利要求2所述的电芯,其特征在于,所述第二延伸部上涂覆有绝缘涂层。
4.根据权利要求1至3任一所述的电芯,其特征在于,所述第一集流体与所述电池壳体底部接触。
5.根据权利要求4所述的电芯,其特征在于,所述第一集流体的一端为弯折结构,所述弯折结构的弯折处与所述电池壳体底部接触。
6.根据权利要求4所述的电芯,其特征在于,所述第一集流体的端部嵌入到所述电池壳体底部,或所述第一集流体的端部粘接在所述电池壳体底部,或所述第一集流体的端部焊接在所述电池壳体底部。
7.根据权利要求1至6任一所述的电芯,其特征在于,所述隔膜包括第一隔膜和第二隔膜;
所述第一隔膜和所述第二隔膜之间设置有一个第二集流体,所述第一隔膜和所述第二隔膜的端部接合。
8.根据权利要求1至7任一所述的电芯,其特征在于,所述第一极性片为正极性片,所述第二极性片为负极性片;
或,所述第一极性片为负极性片,所述第二极性片为正极性片。
9.一种动力电池,其特征在于,所述动力电池包括如权利要求1至8任一所述的电芯和电池壳体;
所述电池壳体内部设置有所述电芯。
10.一种动力电池组,其特征在于,包括至少两个如权利要求9所述的动力电池。
11.一种用电装置,其特征在于,包括至少一个根据权利要求9所述的动力电池。
12.一种动力电池的制作方法,其特征在于,包括:
将第一极性片、隔膜与第二极性片依次层叠放置,以形成电芯,其中,至少一个所述第一极性片的一侧超出所述隔膜,所述第一极性片包括第一集流体;
沿目标方向将所述电芯填装至所述电池壳体内,以使得至少一个所述第一集流体与所述电池壳体底部的间距小于所述隔膜与所述电池壳体底部的间距,所述目标方向为所述第一极性片上超出所述隔膜一侧的方向。
13.根据权利要求12所述的动力电池的制作方法,其特征在于,所述将第一极性片、隔膜与第二极性片依次层叠放置,包括:
将第一极性片、隔膜与第二极性片依次以平板层叠放置。
14.根据权利要求12所述的动力电池的制作方法,其特征在于,所述将第一极性片、隔膜与第二极性片依次层叠放置,以形成电芯,其中,至少一个所述第一极性片的一侧超出所述隔膜,包括:
将第一极性片、隔膜与第二极性片依次层叠放置并进行卷绕,以形成电芯,其中,至少一个所述第一极性片与卷绕方向垂直的一侧超出所述隔膜。
15.根据权利要求12所述的动力电池的制作方法,其特征在于,所述将第一极性片、隔膜与第二极性片依次层叠放置,以形成电芯,其中,至少一个所述第一极性片的一侧超出所述隔膜,包括:
将第一极性片冲切为单片状第一极性片;
将第二极性片与隔膜依次层叠放置并进行卷绕,将所述单片状第一极性片排布于卷绕后的相邻卷绕层间隔中,形成电芯,其中,至少一个所述单片状第一极性片与卷绕方向垂直的一侧超出所述隔膜;
或,将第二极性片冲切为单片状第二极性片;
将第一极性片与隔膜依次层叠放置并进行卷绕,将所述单片状第二极性片排布于卷绕后的相邻卷绕层间隔中,形成电芯,其中,至少一个所述第一极性片与卷绕方向垂直的一侧超出所述隔膜;
或,将第一极性片冲切为单片状第一极性片;
将第二极性片冲切为单片状第二极性片;
将隔膜进行多次折叠,将所述单片状第一极性片和所述单片状第二极性片交替排布在折叠后的相邻隔膜间隔中,形成电芯,其中,至少一个所述单片状第一极性片与折叠方向垂直的一侧超出所述隔膜。
16.根据权利要求12至15任一所述的动力电池的制作方法,其特征在于,所述沿目标方向将所述电芯填装至所述电池壳体内,以使得至少一个所述第一集流体与所述电池壳体底部的间距小于所述隔膜与所述电池壳体底部的间距,包括:
沿所述目标方向将所述电芯填装至所述电池壳体内,以使得至少一个所述第一集流体与所述电池壳体底部接触。
17.根据权利要求16所述的动力电池的制作方法,其特征在于,所述沿目标方向将所述电芯填装至所述电池壳体内,以使得至少一个所述第一集流体与所述电池壳体底部接触,包括:
沿目标方向将所述电芯填装至所述电池壳体内,以使得至少一个所述第一集流体嵌入到所述电池壳体底部;
或,沿目标方向将所述电芯填装至所述电池壳体内,以使得至少一个所述第一集流体粘接在所述电池壳体底部;
或,沿目标方向将所述电芯填装至所述电池壳体内,以使得至少一个所述第一集流体焊接在所述电池壳体底部。
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GR01 Patent grant
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