CN109755461A - 卷绕电芯 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种卷绕电芯，其包括具有第一集流体的第一极片和具有第二集流体的第二极片，第一极片具有空箔段，空箔段包括第一极片第一次发生弯折的区域，第二极片具有第二极片头部段，第二极片头部段中的第二集流体的两侧均涂覆有活性物质，空箔段的起始端与结束端在T方向的投影落在第二极片头部段上。本申请的目的在于提供一种卷绕电芯，以在提高电池材料的利用率和电池能量密度的同时，有效地避免锂枝晶，从而提高电池的安全性能。
Description
技术领域
本申请涉及电池领域，并且更具体地，涉及一种卷绕电芯。
背景技术
随着科学技术的发展，各类电子产品层出不穷，近年来，对电池能量密度和安全性的要求也越来越高。
现有技术为了提高效率，电池卷芯结构中的极片经常采用连续涂布工艺，这造成了卷芯内部极片表面活性物质的浪费，并且卷芯内部极片第一转角处有析锂短路的风险，严重影响了电池能量密度和安全性。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种卷绕电芯，以在提高电池材料的利用率和电池能量密度的同时，有效地避免锂枝晶，从而提高电池的安全性能。
根据本申请的一个方面，提供一种卷绕电芯，其包括具有第一集流体的第一极片和具有第二集流体的第二极片，第一极片具有空箔段，空箔段包括第一极片第一次发生弯折的区域，第二极片具有第二极片头部段，第二极片头部段中的第二集流体的两侧均涂覆有活性物质，空箔段的起始端与结束端在T方向的投影落在第二极片头部段上。
根据本申请的一个实施例，在T方向，第二极片头部段的两侧均为第一极片。
根据本申请的一个实施例，在空箔段中，第一集流体的背向于第二极片头部段的一侧涂覆有活性物质，而面向于第二极片头部段的一侧未涂覆有活性物质。
根据本申请的一个实施例，第一极片包括与第二极片头部段平行且间隔开设置的第一极片头部段，空箔段与第一极片头部段连接。
根据本申请的一个实施例，空箔段包括弯折段和由弯折段的两端延伸的第一延伸段和第二延伸段，其中，第一延伸段的末端和第二延伸段的末端在第二极片头部段上的投影与第二极片头部段的起始端间隔开。
根据本申请的一个实施例，第一延伸段的末端和第二延伸段的末端在第二极片头部段上的投影与第二极片头部段的起始端均间隔开第一距离，第一距离不小于4mm。
根据本申请的一个实施例，第一极片为阴极片，并且第二极片为阳极片。
根据本申请的一个实施例，卷绕电芯还包括：与第一集流体电连接的多个第一极耳；以及与第二集流体电连接的多个第二极耳。
根据本申请的一个实施例，在第一集流体的每一圈设置一个第一极耳，并且在第二集流体的每一圈设置一个第二极耳；或者在第一集流体的每半圈设置一个第一极耳，并且在第二集流体的每半圈设置一个第二极耳。
根据本申请的一个实施例，第一极耳和第二极耳分别与第一集流体和第二集流体一体成型；或者第一极耳和第二极耳分别焊接至第一集流体和第二集流体。
根据本申请的一个实施例，第一极耳和第二极耳通过转接片与外部设备连接。
根据本申请的一个实施例，在第一极片中，除空箔段之外，第一集流体的两侧均涂覆有活性物质。
根据本申请的一个实施例，第二极片的整个第二集流体的两侧均涂覆有活性物质，其中，设置在第一极片和第二极片之间的隔膜的尾段包围在卷绕电芯的外部。
根据本申请的一个实施例，第二极片包括第二空箔段，其中，第二空箔段围绕在第一极片的外侧，并且在第二空箔段中，第二集流体的朝向第一极片的一侧涂覆有活性物质，第一集流体还包括由第一极片的末端延伸出的延伸集流体段，其中，延伸集流体段的两侧均未涂覆活性物质并且围绕在第二空箔段的外侧。
本申请的有益效果在于：
在本申请的卷绕电芯中，第一极片与第二极片在卷绕中心形成一种对插式结构，因此第一极片头部段和第二极片头部段上的活性物质均彼此相对，没有多余的活性物质浪费，第一极片和第二极片的这种卷绕方式提高了电池材料的利用率和电池能量密度；以及
由于在第一极片上设置包围第二极片头部段的空箔段且空箔段中面对第二极片的一侧未涂覆活性物质，因此不会造成在第一极片的起始端析锂，有效地避免锂枝晶，显著地提高了电池的安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1例示了现有技术的卷绕电芯的示意图；
图2是根据本申请的一个实施例的卷绕电芯的示意图；
图3是根据本申请的另一个实施例的卷绕电芯的示意图；
图4是根据本申请的另一个实施例的卷绕电芯的示意图；
图5是根据本申请的另一个实施例的卷绕电芯的示意图；
图6是根据本申请的又一个实施例的卷绕电芯的示意图；
图7是根据本申请的一个实施例的卷绕电芯的立体图；
图8例示了第一极耳与转接片的连接方式；以及
图9例示了第一极耳与转接片的另一种连接方式。
具体实施方式
以下将结合附图，对本申请的实施例进行具体描述。需要注意的是，以下各个实施例可以任意可能的方式相互组合或部分替换。
首先参照图2至图6，本申请提供了一种卷绕电芯10。具体而言，卷绕电芯10包括第一极片14和第二极片18，第一极片14和第二极片18互相卷绕形成图7所示的卷绕电芯10。其中，第一极片14包括第一集流体12和涂覆在第一集流体12上的活性物质24；类似地，第二极片18包括第二集流体16和涂覆在第二集流体16上的活性物质24。第一极片14具有空箔段22，如图3所示，空箔段22具有起始端220和结束端222，其包括第一极片14的第一次发生弯折的区域，也就是说，第一极片14的第一个弯折区为空箔段22的一部分。第二极片18具有第二极片头部段20，第二极片头部段20指的是由第二极片18的起始端到第二极片18的第一个弯折段之间的区段，其中，第二极片头部段20中的第二集流体16的两侧均涂覆有活性物质24，并且空箔段22的起始端220与结束端222在卷绕电芯10的厚度方向T上的投影落在第二极片头部段20上；换句话说，空箔段22具有开口，第二极片头部段20由开口延伸到由空箔段22包围的区域内。
在上述实施例中，由于在第一极片14上设置包围第二极片18的第二极片头部段20的空箔段22且空箔段22中面对第二极片18的一侧未涂覆活性物质24，因此不会造成在第一极片14的起始端析锂，有效地避免锂枝晶，显著地提高了电池的安全性能。
在本申请的一个实施例中，如图3所示，卷绕电芯10的卷绕中心形成一种对插式结构，在该结构中，第二极片头部段20的两侧均为第一极片14，使得第二极片头部段20的两侧均与第一极片14的空箔段20直接相对，与图1所示的现有技术以及图2所示的本申请实施例中第二极片头部多出第一极片头部一圈的卷绕方式相比，卷绕电芯10的这种对插式卷绕中心能够显著节省材料提升电芯能量密度并且提高空间利用率。
根据本申请的一个实施例，如图2至图6所示，在空箔段22中，第一集流体12的背向于第二极片头部段20的一侧(即，朝向卷绕电芯10的外部的表面)涂覆有活性物质24，而朝向第二极片头部段20的一侧(即，朝向卷绕电芯10的中心的表面)未涂覆活性物质24。
另外，在本申请的一个实施例中，如图3至图6所示，第一极片14包括与空箔段22连接的第一极片头部段26，其中，第一极片头部段26指的是由第一极片14的起始端到空箔段22的起始端之间的区段，且第一极片头部段26与第二极片头部段20平行且间隔开。
进一步地，根据本申请的一个实施例，如图3至图6所示，空箔段22包括弯折段28、由弯折段28的起始端延伸的第一延伸段30、以及由弯折段28的末端延伸的第二延伸段32，其中，第一延伸段30与第一极片14的第一极片头部段26连续地彼此连接，也就是说，空箔段22的弯折段28为第一极片14的第一个弯折段，空箔段22与第一极片头部段26直接连接而不经由第一极片14的任何额外的卷绕区段与第一极片头部段26连接。此外，第一延伸段30的末端48(此处的末端48相当于起始端220)和第二延伸段32的末端50(此处的末端50相当于结束端222)在第二极片头部段20上的投影与第二极片头部段20的起始端52间隔开，即，沿卷绕电芯10的厚度方向T，第一延伸段30的末端48和第二延伸段32的末端50均不与第二极片头部段20的起始端52对齐，并且为了实现空箔段22包围第二极片头部段20，第二极片头部段20的起始端52相对于第一延伸段30的末端48和第二延伸段32的末端50更靠近弯折段28，以使第二极片头部段20延伸到空箔段22中。示例性地，在本申请的一个实施例中，第一延伸段30的末端48和第二延伸段32的末端50沿卷绕电芯10的厚度方向T对齐且与第二极片头部段20的起始端52沿宽度方向W间隔开第一距离D，例如，第一距离D为4mm，在这种情况下，第二极片头部段20的起始端52延伸到空箔区22中4mm的距离。
在本申请的上述各实施例以及其他可能的实施例中，第一极片14为阴极片，并且第二极片18为阳极片。
此外，如图4至图9所示，本申请的卷绕电芯10还可包括与第一集流体12电连接的多个第一极耳34和与第二集流体16电连接的多个第二极耳36。其中，在本申请的实施例中，如图4所示，在第一集流体12的每一圈设置一个第一极耳34，并且在第二集流体16的每一圈可设置一个第二极耳36；或者，如图5所示，在第一集流体12的每半圈可设置一个第一极耳34，并且在第二集流体16的每半圈设置一个第二极耳36。此处应当注意，在本申请的卷绕电芯10中，第一极耳34和第二极耳36的设置频率可根据实际应用改变，本申请并不局限于此。此外，在本申请中，第一极耳34和第二极耳36分别与第一集流体12和第二集流体16一体成型，即，第一极耳34与第一集流体12属于同一箔材，例如，可通过将未涂覆活性物质的第一集流体12切割而形成第一极耳34，第二极耳36与第二集流体16也可由相同的方法制成；或者，在其他实施例中，第一极耳34和第二极耳36可分别焊接至第一集流体12和第二集流体16。
在申请的一个实施例中，第一极耳34和第二极耳36可通过转接片38与外部用电设备连接。具体地，如图8所示，第一极片14的多个第一极片34朝向卷绕电芯10的厚度方向T一侧齐平地叠放在一起并延伸出一段连接区段46，其中，转接片38与连接区段46同向焊接，所谓同向焊接，即连接区段46的焊接端的延伸方向与转接片38的焊接端的延伸方向相同，例如，在图8所示的实施例中，二者的延伸方向均为竖直向下。与图8所示的焊接方式不同，在图9所示的实施例中，连接区段46与转接片38异向焊接，所谓异向焊接，即连接区段46的焊接端的延伸方向与转接片38的焊接端的延伸方向不同，例如，在图9所示的实施例中，连接区段46的焊接端的延伸方向为竖直向下，而转接片38的焊接端的延伸方向竖直向上。由于第二极耳36与转接片38的连接方式与第一极耳34相同，此处不再详细描述。
如图3至图6所示，在本申请的一个实施例中，在第一极片14中，除空箔段22之外，第一集流体12的两侧均涂覆有活性物质24，并且第一极片14延伸不超过第二极片18，即第一极片14始终被第二极片18包围。
如图5所示，在本申请的一个实施例中，第二极片18的整个第二集流体16的两侧均涂覆有活性物质24，并且设置在第一极片14和第二极片18之间的隔膜40的尾段包围在卷绕电芯10的外部，在该实施例中，第二极片18可采用连续涂布活性物质24的方式，工艺相对简单。
另外，如图6所示，在本申请的一个实施例中，第二极片18包括第二空箔段42，其中，第二空箔段42围绕在第一极片14的外侧，并且在第二空箔段42中，第二集流体16的朝向第一极片14的一侧涂覆有活性物质24，而背向于第一极片14的一侧未涂覆活性物质24，在该实施例中，通过设置第二空箔段42，能够节省外层隔膜层数及无效第一极片的活性物质，节约成本的同时提高电池的能量密度。
进一步参照图6，在本申请的一个实施例中，第一集流体12还包括由第一极片14的末端延伸出的延伸集流体段44，其中，延伸集流体段44的两侧均未涂覆活性物质24并且围绕在第二空箔段42的外侧。
在上述实施例中，当第二极片18留有第二空箔段42时，空箔段42可为至少一圈，空箔段42包裹第一极片14防止空铜箔直接与铝塑膜接触形成电腐蚀引发安全问题，同时形成马甲区可提高散热速度，有效防止滥用如穿钉过程引发电芯起火爆炸的问题。
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。凡在本申请的精神和原则之内，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 (14)
1.一种卷绕电芯，包括具有第一集流体的第一极片和具有第二集流体的第二极片，其特征在于，
所述第一极片具有空箔段，所述空箔段包括所述第一极片第一次发生弯折的区域，所述第二极片具有第二极片头部段，所述第二极片头部段中的所述第二集流体的两侧均涂覆有活性物质，所述空箔段面向于所述第二极片头部段的一侧未涂覆有活性物质，所述空箔段的起始端与结束端在T方向的投影落在所述第二极片头部段上。
2.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，在所述T方向，所述第二极片头部段的两侧均为所述第一极片。
3.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，在所述空箔段中，所述第一集流体的背向于所述第二极片头部段的一侧涂覆有活性物质。
4.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述第一极片包括与所述第二极片头部段平行且间隔开设置的第一极片头部段，所述空箔段与所述第一极片头部段连接。
5.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述空箔段包括弯折段和由所述弯折段的两端延伸的第一延伸段和第二延伸段，其中，所述第一延伸段的末端和所述第二延伸段的末端在所述第二极片头部段上的投影与所述第二极片头部段的起始端间隔开。
6.根据权利要求5所述的卷绕电芯，其特征在于，所述第一延伸段的末端和所述第二延伸段的末端在所述第二极片头部段上的投影与所述第二极片头部段的起始端均间隔开第一距离，所述第一距离不小于4mm。
7.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述第一极片为阴极片，并且所述第二极片为阳极片。
8.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，还包括：
与所述第一集流体电连接的多个第一极耳；以及
与所述第二集流体电连接的多个第二极耳。
9.根据权利要求8所述的卷绕电芯，其特征在于，
在所述第一集流体的每一圈设置一个所述第一极耳，并且在所述第二集流体的每一圈设置一个所述第二极耳；或者
在所述第一集流体的每半圈设置一个所述第一极耳，并且在所述第二集流体的每半圈设置一个所述第二极耳。
10.根据权利要求8所述的卷绕电芯，其特征在于，所述第一极耳和所述第二极耳分别与所述第一集流体和所述第二集流体一体成型；或者
所述第一极耳和所述第二极耳分别焊接至所述第一集流体和所述第二集流体。
11.根据权利要求8所述的卷绕电芯，其特征在于，所述第一极耳和所述第二极耳通过转接片与外部设备连接。
12.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，在所述第一极片中，除所述空箔段之外，所述第一集流体的两侧均涂覆有活性物质。
13.根据权利要求12所述的卷绕电芯，其特征在于，所述第二极片的整个所述第二集流体的两侧均涂覆有活性物质，其中，设置在所述第一极片和所述第二极片之间的隔膜的尾段包围在所述卷绕电芯的外部。
14.根据权利要求12所述的卷绕电芯，其特征在于，所述第二极片包括第二空箔段，其中，所述第二空箔段围绕在所述第一极片的外侧，并且在所述第二空箔段中，所述第二集流体的朝向所述第一极片的一侧涂覆有活性物质，所述第一集流体还包括由所述第一极片的末端延伸出的延伸集流体段，其中，所述延伸集流体段的两侧均未涂覆活性物质并且围绕在所述第二空箔段的外侧。
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