CN110061282A - 电芯组件及电化学装置 - Google Patents

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CN110061282A CN201910422733.7A CN201910422733A CN110061282A CN 110061282 A CN110061282 A CN 110061282A CN 201910422733 A CN201910422733 A CN 201910422733A CN 110061282 A CN110061282 A CN 110061282A
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Abstract

本申请涉及电芯组件及电化学装置。一种电芯组件，包括：第一电芯，包括第一电极组件，所述第一电芯由所述第一电极组件卷绕形成；及第二电芯，包括第二电极组件，所述第二电芯由所述第二电极组件卷绕形成；其中，所述第一电极组件的最外圈和所述第二电极组件的最外圈电连接，且所述第一电芯与所述第二电芯形成台阶结构。

Description

电芯组件及电化学装置
技术领域
本申请涉及电化学装置技术领域，尤其涉及电芯组件及电化学装置。
背景技术
目前，电子信息技术飞速发展，各种电子设备集成化程度越来越高，重量和体积朝着轻薄化方向发展。在一定的体积内要提升电池容量以延长设备的使用时间，提高能量密度是主要途径。
发明内容
本申请的一些实施例提供的电芯组件及电化学装置，可以直接通过卷绕形成异形台阶结构，有效解决了切边工艺复杂、结构受限和转接焊导致的安全风险大的问题。
根据本申请的一些实施例，一种电芯组件，包括：第一电芯，包括第一电极组件，所述第一电芯由所述第一电极组件卷绕形成；及第二电芯，包括第二电极组件，所述第二电芯由所述第二电极组件卷绕形成；其中，所述第一电极组件的最外圈和所述第二电极组件的最外圈电连接，且所述第一电芯与所述第二电芯形成台阶结构。
根据本申请的一些实施例，所述第一电极组件和所述第二电极组件焊接。
根据本申请的一些实施例，所述第一电极组件和所述第二电极组件为一组电极组件，所述第一电芯和所述第二电芯通过该组电极组件卷绕形成，该组电极组件包括第一端和第二端，所述第一端位于所述第一电芯的内圈，所述第二端位于所述第二电芯的内圈。
根据本申请的一些实施例，所述第一电芯与所述第二电芯具有不同的轴心。
根据本申请的一些实施例，形成所述第一电芯的卷绕方向与形成所述第二电芯的卷绕方向相同，或者，形成所述第一电芯的卷绕方向与形成所述第二电芯的卷绕方向相反；其中，所述卷绕方向为顺时针方向或逆时针方向。
根据本申请的一些实施例，所述第一电芯和所述第二电芯的尺寸不同。
根据本申请的一些实施例，所述第一电芯的宽和所述第二电芯的宽不同，所述第一电芯的长度和所述第二电芯的长度相同。
根据本申请的一些实施例，所述第一电芯的宽度和所述第二电芯的宽度相同，所述第一电芯的长度和所述第二电芯的长度不同。
根据本申请的一些实施例，所述第一电芯的宽度和所述第二电芯的宽度不同，所述第一电芯的长度和所述第二电芯的长度不同。
根据本申请的一些实施例，第一电芯堆叠设置于所述第二电芯上，所述第一电芯在宽度方向的一侧与所述第二电芯在宽度方向的一侧对齐，所述第一电芯在长度方向的一侧与所述第二电芯在长度方向的一侧对齐或不对齐。
根据本申请的一些实施例，所述第一电芯的长度小于所述第二电芯的长度且所述第一电芯的宽度小于等于所述第二电芯的宽度，或所述第一电芯的宽度小于所述第二电芯的宽度且所述第一电芯的长度小于等于所述第二电芯的长度。
根据本申请的一些实施例，第一电芯堆叠设置于所述第二电芯上，且所述第一电芯与所述第二电芯经堆叠布置以形成“十”字型结构或“T”型结构。
根据本申请的一些实施例，所述电芯组件还包括连接组件，所述第一电极组件的最外圈和所述第二电极组件的最外圈通过所述连接组件电连接，所述连接组件包括无活性物质的空基材料和隔离膜。
根据本申请的一些实施例，所述第一电极组件和所述第二电极组件均包括正极片、负极片和隔离膜，其中所述隔离膜设置于所述正极片与所述负极片之间，以用于隔离所述正极片与所述负极片。
根据本申请的一些实施例，所述第一电芯的轴线和所述第二电芯的轴线相互平行或垂直。
根据本申请的一些实施例，一种电化学装置，其包括上述的电芯组件。
附图说明
在下文中将简要地说明为了描述本申请实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本申请的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本申请中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。
图1-3、8、12、15和18是根据本申请的一些实施例的电极组件的结构示意图。
图4-5、9、13、16和19是本申请的一些实施例的电芯组件的结构示意图。
图6-7、10-11、14、17和20-21是根据本申请的一些实施例的电池的结构示意图。
具体实施方式
本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在本申请说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
图1-3为本申请的一些实施例的电极组件100的结构示意图。电极组件100包括电极组件101和电极组件102。根据本申请的实施例，电极组件101和电极组件102均包括正极片、负极片和隔离膜。隔离膜设置于正极片与负极片之间以用于隔离正极片和负极片。
在本申请的一些实施例中，电极组件100为完整的一体成型的一组电极组件，电极组件101和电极组件102仅仅为标示的用于卷绕分别形成电芯的该组完整电极组件的两部分。在本申请一些实施例中，电极组件101和电极组件102为分离的两组电极组件，电极组件100为电极组件101和电极组件102焊接形成的。在本申请的一些实施例中，电极组件100的还可以采用其它结构形成，并不限于以上所述。
在本申请的一些实施例中，电极组件100可以从电极组件端103和电极组件端104往交界处105进行卷绕。在一些实施例中，交界处105可以为一组完整电极组件的中间处，也可以为两组电极组件的焊接处。在一些实施例中，卷绕方向A和卷绕反向B相同，如图2所示。在一些实施例中，卷绕方向A和卷绕方向B相反，如图3所示。在一些实施例中，卷绕方向为顺时针方向，如图2中的卷绕反向A和卷绕方向B以及图3中的卷绕方向A。在一些实施例中，卷绕方向为逆时针方向，如图3中的卷绕方向B。在图1-3所示的电极组件100中，C表示极片组件101或极片组件102的宽度所在的方向，即宽度方向。D表示极片组件101或极片组件102的长度所在的方向，即长度方向。
图4为本申请的一些实施例的电芯组件200的结构示意图。图4中的电芯组件200可以采用图2中的电极组件100卷绕形成。电芯组件200包括电芯201和电芯202。电芯201包括电极组件101，如图2所示，电极组件101从电极组件端103以顺时针方向往交界处105卷绕形成电芯201。电芯202包括电极组件102，如图2所示，电极组件102从电极组件端104以顺时针反向往交界处105卷绕形成电芯202。电极组件101的最外圈与电极组件102的最外圈电连接。由于电极组件101和电极组件102为规则的电极组件，但通过电极组件101卷绕形成电芯201的卷绕半径与通过电极组件102卷绕形成电芯202的卷绕半径不同，从而电芯201和电芯202形成台阶结构。电芯201和电芯202具有不同的轴线和轴心。
图5为本申请的一些实施例的电芯组件200的结构示意图。图5的电芯组件200可以采用图3中的电极组件100卷绕形成。电芯组件200包括电芯201和电芯202。电芯201包括电极组件101，如图3所示，电极组件101从电极组件端103以逆时针方向往交界处105卷绕形成电芯201。电芯202包括电极组件102，如图3所示，电极组件102从电极组件端104以顺时针反向往交界处105卷绕形成电芯202。电极组件101的最外圈与电极组件102的最外圈电连接。电芯201和电芯202形成台阶结构。电芯201和电芯201具有不同的轴线和轴心。
图6为本申请的一些实施例的电芯组件200的结构示意图。电芯组件200包括电芯201和电芯202。电芯201包括电极组件101，电芯201由电极组件101卷绕形成。电芯202包括电极组件102，电芯202由电极组件102卷绕形成。电极组件101的最外圈与电极组件102的最外圈电连接。电芯201堆叠于电芯202上，以形成台阶结构。电芯201的长度和电芯202的长度相同。电芯201的宽度和电芯202的宽度不同，其中，如图6所示，电芯201的宽度小于电芯202的宽度。其中，在图4-6中，方向D为电芯201或电芯202的长度所在的方向，即长度方向。方向C为电芯201或电芯202的宽度所在的方向，即宽度方向。电芯201或电芯202的长度方向为平行于电芯组件200的卷绕轴心线的方向，电芯201或电芯202的宽度方向为垂直于电芯组件200的卷绕轴心线的方向。
其中，图6所示的电芯组件200也类似地由电极组件100卷绕形成。该电极组件100包括电极组件101和电极组件102，其中，图6中的电芯201和电芯202可以由电极组件101和电极组件102以相同方向卷绕形成，或者，电芯201和电芯202可以由电极组件101以相反方向卷绕形成。需要说明的是，电极组件101卷绕形成电芯201的卷绕半径与电极组件102卷绕形成电芯202的卷绕半径不同。从而，形成如图6所示的台阶结构。在图6中，电芯201的长度等于电芯202的长度，电芯201的宽度小于电芯202的宽度。
图7为图6的电芯组件200形成的电池300。电池300是电芯组件200一体封装形成的，电池300包括一对极耳。在一些实施例中，该对极耳分别焊接于电芯201的正极片和负极片上。在一些实施例中，该对极耳分别焊接于电芯202的正极片和负极片上。在一些实施例中，该对极耳分别焊接于电芯201的正极片和电芯202的负极片上。在一些实施例中，该对极耳分别焊接于电芯201的负极片和电芯202的正极片上。由于电芯201和电芯202之间电连接，所以可仅设置一对极耳，无需进行转接焊使得工艺简化，同时可避免转接焊极耳带来的毛刺等问题。其中，图7中的电芯201的长度与电芯202的长度相同，电芯201的宽度小于电芯202的宽度。电芯202堆叠形成于电芯201上。
图8为本申请的一些实施例的电极组件100的结构示意图。在图8中，电极组件100包括电极组件101与电极组件102，且电极组件100的长度所在的方向与宽度所在的方向垂直。电极组件101的长度小于电极组件102的长度，电极组件101的宽度小于电极组件102的宽度。电极组件101的下侧与电极组件102的下侧对齐。
图9为本申请一些实施例的电芯组件200的结构示意图。图9中的电芯组件200采用图8中的电极组件100卷绕形成。如图8所示，电极组件101从电极组件端103往交界处105卷绕形成电芯201，电极组件102从电极组件端104往交界处105卷绕形成电芯202。电芯201和电芯202形成台阶结构。电芯201的长度小于电芯202的长度，电芯201的宽度小于电芯202的宽度。电芯201的一侧与电芯202的一侧对齐。
在本申请的一些其它实施例中，通过采用相同的卷绕半径分别卷绕图8中的电极组件101和电极组件102时，会形成具有相同宽度和不同长度的电芯201和电芯202，且电芯201的长度小于电芯202的长度，电芯201的宽度等于电芯202的宽度，从而，电芯201堆叠于电芯201上以形成台阶结构，通过一体成型封装形成具有上述尺寸的电池300。电芯201和电芯202的宽度可以通过卷绕电极组件101和电极组件102的卷绕半径确定。
图10为本申请的一些实施例的电池300的结构示意图。图10中的电池300由图9中的电芯组件200一体封装形成。如图10中所示，电芯201在宽度方向的一侧与电芯202在宽度方向的一侧对齐，电芯201在长度方向的一侧与电芯202在长度方向的一侧不对齐。电芯201堆叠形成于电芯202上。
图11为本申请的一些实施例的电池300的结构示意图。如图11中所示，电芯201在宽度方向的一侧与电芯202在宽度方向的一侧对齐，电芯201在长度方向的一侧与电芯202在长度方向的一侧对齐。电芯201堆叠形成于电芯202上。其中，图11的电池300也可以通过图8中的电极组件100卷绕和一体封装形成。需要说明的是，形成图11的电池300时对电极组件100的卷绕方式与形成图10的电池300时的卷绕方式有些许差异，具体在于：在通过电极组件100进行卷绕时，通过改变电极组件101和电极组件102的卷绕半径以使形成的电芯201在宽度方向的一侧与电芯202在宽度方向的一侧对齐，电芯201在长度方向的一侧与电芯202在长度方向的一侧对齐，从而电芯201堆叠于电芯202上形成台阶结构。也就是说，形成图11的电池300时对电极组件100的卷绕方式与形成图10的电池300时的卷绕方式在于如图8所示的电极组件101和电极组件102的卷绕半径不同。需要说明的是，具体差异也并不仅限于卷绕半径。在一些实施例中，可以采用与如图8所示的电极组件100不同的电极组件形成如图11的电池300，具体可以根据实际情况进行选择。
图12为本申请的一些实施例的电极组件100的结构示意图。电极组件100由电极组件101、电极组件102形成。电极组件101的长度所在的方向与宽度所在的方向垂直。电极组件101的长度小于电极组件102的长度，电极组件101的宽度大于电极组件102的宽度。电极组件101与电极组件102的任一侧均不对齐。
图13为本申请的一些实施例的电芯组件200的结构示意图。图13中的电芯组件200采用图12中的电极组件100卷绕形成。如图12所示，电极组件101从电极组件端103往交界处105卷绕形成电芯201，电极组件102从电极组件端104往交界处105卷绕形成电芯202。电芯201和电芯202形成“十”字型结构。电芯201的长度小于电芯202的长度，电芯201的宽度大于电芯202的宽度。
在本申请的一些实施例中，图12中的电极组件100可以卷绕形成单侧突出的“T”型结构的电芯组件(图中未示出)。
图14为本申请的一些实施例的电池300的结构示意图。图14中的电池300由图13中的电芯组件200一体封装形成。如图14中所示，电芯201的长度小于电芯202的长度，电芯201的宽度大于电芯202的宽度，以形成“十”字型结构的电池。在本申请的一些实施例中，电芯201和电芯202还可以形成单侧突出的“T”型结构的电芯组件(图中未示出)。
图15为本申请的一些实施例的电极组件100的结构示意图。电极组件100包括电极组件101、电极组件102和电极组件106。电极组件106位于电极组件101和电极组件102之间，且用于将电极组件101和电极组件102连接以形成电极组件100。电极组件101在长度方向的一侧与电极组件106在长度方向的一侧连接，电极组件102在长度方向的一侧与电极组件106在长度方向的另一侧连接。电极组件101、电极组件106和电极组件102为完整的一体成型的一组电极组件，即电极组件100。电极组件106的长度小于电极组件101和电极组件102的长度。其中，在图8、12和15中，方向D为电芯201或电芯202的长度所在的方向，即长度方向。方向C为电芯201或电芯202的宽度所在的方向，即宽度方向。电芯201或电芯202的长度方向为平行于电芯组件200的卷绕轴线的方向，电芯201或电芯202的宽度方向为垂直于电芯组件200的卷绕轴线的方向。
图16为本申请的一些实施例的电芯组件200的结构示意图。图16中的电芯组件200采用图15中的电极组件100卷绕形成。如图15所示，电极组件101从电极组件端103往电极组件106处卷绕形成电芯201，电极组件102从电极组件端104往电极组件106处卷绕形成电芯202。电芯201和电芯202形成一侧角位突出的结构。电芯201和电芯202的长度和宽度以及堆叠方式，可以根据实际情况选择，以形成各种异形电芯组合结构。
图17为本申请的一些实施例的电池300的结构示意图。图17中的电池300由图16中的电芯组件200一体封装形成。如图17中所示，电芯201和电芯202形成一侧角位突出的异形结构。电芯201和电芯202的长度和宽度以及堆叠方式，可以根据实际情况选择，以形成各种异形电芯组合结构。
图18为本申请的一些实施例的电极组件100的结构示意图。电极组件100包括电极组件101、电极组件102和电极组件107。电极组件107位于电极组件101和电极组件102之间，且用于将电极组件101和电极组件102连接以形成电极组件100。电极组件101在长度方向的一侧与电极组件107在长度方向的一侧连接，电极组件102在长度方向的一侧与电极组件107在宽度方向的一侧连接。电极组件101垂直于电极组件102。电极组件101、电极组件107和电极组件102为完整的一体成型的一组电极组件，即电极组件100。电极组件101长度等于电极组件107的长度，电极组件102的长度等于电极组件107的宽度。其中，方向C表示电极组件101的宽度所在的方向和电极组件102的长度所在的方向，方向D表示电极组件101的长度所在的方向和电极组件102的宽度所在的方向。电芯201的卷绕轴心线所在的方向与方向C平行，电芯202的卷绕轴心线所在的方向与方向D平行，且方向C与方向D垂直。
在一些实施例中，电极组件101在长度方向的一侧与电极组件107在宽度方向的一侧连接，电极组件102在长度方向的一侧与电极组件107在长度方向的一侧连接。电极组件101长度等于电极组件107的宽度，电极组件102的长度等于电极组件107的长度。
图19为本申请的一些实施例的电芯组件200的结构示意图。图19中的电芯组件200采用图18中的电极组件100卷绕形成。如图19所示，电极组件101从电极组件端103往电极组件107处卷绕形成电芯201，电极组件102从电极组件端104往电极组件107处卷绕形成电芯202。采用逆时针卷绕形成图19的电芯组件200，当正极片宽度大于负极片时，电极组件107的正极片在内侧，电极组件107的正极片与电极组件可以避免短路。
图20为本申请的一些实施例的电池300的结构示意图。图20中的电池300可由图19的电芯组件一体封装形成。如图20所示，电芯201堆叠形成于电芯202上。
图21为本申请的一些实施例的电池300的结构示意图。电池300包括电芯201、电芯202、连接组件108和一对极耳。电芯201和电芯202之间相隔一段距离平铺，并采用连接组件108连接电芯201和电芯202并一体封装形成电池300。
在一些实施例中，形成图21所示的电池300的电极组件100包括电极组件101、电极组件102和连接组件108。电极组件101和电极组件102之间采用连接组件108焊接形成。电极组件101的长度小于电极组件102的长度。电极组件101的下侧、连接组件108的下侧以及电极组件102的下侧均对齐。通过不同卷绕半径对电极组件101和电极组件102卷绕以形成电芯201和电芯202，电芯201、连接组件108和电芯202平铺布置，并经一体封装已形成图21所示的电池300。需要说明的是，形成21所示的电池300的电极组件100可以通过在图8的电极组件101和102之间增加连接组件108形成。
在一些实施例中，图21所示的电池300可以为条状或带式柔性电池。连接组件108由无活性物质的空基材料和隔离膜组成。连接组件108通过在隔离膜上形成单层涂层实现。在一些实施例中，连接组件108为电极组件，电极组件也表述为极片段。在一些实施例中，连接组件108为电极组件102的一部分和电极组件103的一部分。在一些实施例中，该对极耳分别焊接于电芯201的正极片和负极片上。在一些实施例中，该对极耳分别焊接于电芯202的正极片和负极片上。在一些实施例中，该对极耳分别焊接于电芯201的正极片和电芯202的负极片上。在一些实施例中，该对极耳分别焊接于电芯201的负极片和电芯202的正极片上。由于仅包括一对极耳，无需进行转接焊。
通过对上述不同结构和尺寸的电极组件100卷绕形成不同结构和尺寸的电芯组件200并一体封装形成各种异形结构的电池300。无需增加特殊工艺和转接焊，只需要采用卷绕装置进行卷绕即可形成。无需进行切边工艺，降低了工艺复杂度。此外，可以避免转接焊导致的腐蚀和短路，以及成品电芯侧边凹陷的问题。电芯201和电芯202的尺寸不受限制，小电芯可以放在大电芯的任意位置，形成单台阶结构；电芯201和电芯202可以错位堆叠形成多台阶电芯结构；电芯201和电芯202也可以不进行堆叠，而是相隔一定距离平铺放置，中间采用电极组件连接，一体封装形成柔性带式电池。通过将电池形成不规则形状，以充分利用设备内部不规则的空间，达到不增加设备体积而提高能力密度的技术效果，可以有效提高设备续航能力。
本申请的一些实施例还提供了一种电化学装置，包括上述实施例中的电芯组件200。在一些实施例中，电化学装置为上述实施例的电池300。
本申请的一些实施例还提供了一种电子装置，包括上述实施例的电池300。
整个说明书中对“一些实施例”、“部分实施例”、“一个实施例”、“另一举例”、“举例”、“具体举例”或“部分举例”的引用，其所代表的意思是在本申请中的至少一个实施例或举例包含了该实施例或举例中所描述的特定特征、结构或特性。因此，在整个说明书中的各处所出现的描述，例如：“在一些实施例中”、“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在另一个举例中”，“在一个举例中”、“在特定举例中”或“举例“，其不必然是引用本申请中的相同的实施例或示例。
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims (14)

1.一种电芯组件，包括：
第一电芯，包括第一电极组件，所述第一电芯由所述第一电极组件卷绕形成；及
第二电芯，包括第二电极组件，所述第二电芯由所述第二电极组件卷绕形成；
其中，所述第一电极组件的最外圈和所述第二电极组件的最外圈电连接，且所述第一电芯与所述第二电芯形成台阶结构。
2.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述第一电极组件和所述第二电极组件焊接。
3.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述第一电极组件和所述第二电极组件为一组电极组件，所述第一电芯和所述第二电芯通过该组电极组件卷绕形成，该组电极组件包括第一端和第二端，所述第一端位于所述第一电芯的内圈，所述第二端位于所述第二电芯的内圈。
4.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述第一电芯与所述第二电芯具有不同的轴心。
5.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，形成所述第一电芯的卷绕方向与形成所述第二电芯的卷绕方向相同，或者，形成所述第一电芯的卷绕方向与形成所述第二电芯的卷绕方向相反；
其中，所述卷绕方向为顺时针方向或逆时针方向。
6.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述第一电芯和所述第二电芯的尺寸不同。
7.如权利要求6所述的电芯组件，其特征在于，所述第一电芯的宽度与所述第二电芯的宽度不同，和/或所述第一电芯的长度与所述第二电芯的长度不同。
8.如权利要求6所述的电芯组件，其特征在于，所述第一电芯堆叠设置于所述第二电芯上，所述第一电芯在宽度方向的一侧与所述第二电芯在宽度方向的一侧对齐，所述第一电芯在长度方向的一侧与所述第二电芯在长度方向的一侧对齐或不对齐。
9.如权利要求8所述的电芯组件，其特征在于，所述第一电芯的长度小于所述第二电芯的长度且所述第一电芯的宽度小于等于所述第二电芯的宽度，或所述第一电芯的宽度小于所述第二电芯的宽度且所述第一电芯的长度小于等于所述第二电芯的长度。
10.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述第一电芯堆叠设置于所述第二电芯上，且所述第一电芯与所述第二电芯经堆叠布置成“十”字型结构或“T”型结构。
11.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述电芯组件还包括连接组件，所述第一电极组件的最外圈和所述第二电极组件的最外圈通过所述连接组件电连接，所述连接组件包括无活性物质的空基材料和隔离膜。
12.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述第一电极组件和所述第二电极组件均包括正极片、负极片和隔离膜，其中所述隔离膜设置于所述正极片与所述负极片之间，以用于隔离所述正极片与所述负极片。
13.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述第一电芯的轴线和所述第二电芯的轴线相互平行或垂直。
14.一种电化学装置，其包括如权利要求1-13任一项所述的电芯组件。
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