CN111106294B - 电芯及电池 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电芯和电池，该电芯包括：第一极片；第二极片；第一隔膜和第二隔膜，设置于第一极片和第二极片之间；其中，第一隔膜包括超出第一极片和第二极片的第一啮合结构；第二隔膜包括超出第一极片和第二极片的第二啮合结构；在电芯的厚度方向上，第一啮合结构和第二啮合结构啮合。本申请提供的电芯，能够改善电芯的跌落性能，提升电芯的安全使用性。

Description

电芯及电池

技术领域

本申请涉及一种电池，更具体地，涉及一种电芯。

背景技术

由于电池的便携性，大多数移动设备如手机和笔记本电脑均采用二次电池供电。另外，作为用于电动车辆，混合动力车辆等的矿物燃料的替代能源，二次电池已经得到了积极开发。电池已在手提电脑、手机、数码相机等高端电子消费品领域得到广泛应用。电子产品在使用过程中常会发生跌落，这就对内置其中的电芯的跌落性能要求越来越高。因此，需要一种能够改善由跌落引起的电池使用安全问题的电池结构。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种电芯及电池，能够改善电芯的跌落性能，提升电芯的安全使用性。

本申请的技术方案是这样实现的：

根据本申请的一个方面，提供了一种电芯，包括：第一极片；第二极片；第一隔膜和第二隔膜，设置于第一极片和第二极片之间；其中，第一隔膜包括超出第一极片和第二极片的第一啮合结构；第二隔膜包括超出第一极片和第二极片的第二啮合结构；在电芯的厚度方向上，第一啮合结构和第二啮合结构啮合。

根据本申请的实施例，第一啮合结构包括第一凸起和第一容置空间，第一容置空间形成于第一凸起的背面；第二啮合结构包括第二凸起和第二容置空间，第二容置空间形成于第二凸起的背面；第二凸起与第一容置空间啮合或第一凸起与第二容置空间啮合。

根据本申请的实施例，第一啮合结构还包括第三凸起和第三容置空间，第三容置空间形成于第三凸起的背面；第二啮合结构还包括第四凸起和第四容置空间，第四容置空间形成于第四凸起的背面；第一凸起的凸起方向与第三凸起的凸起方向相反，第二凸起的凸起方向与第四凸起的凸起方向相反；第三凸起与第四容置空间啮合。

根据本申请的实施例，第一凸起和第一隔膜之间具有开口。

根据本申请的实施例，第一凸起的顶端具有开口。

根据本申请的实施例，第一啮合结构具有第一最大厚度，第二啮合结构具有第二最大厚度，不设置啮合结构的隔膜具有第三厚度，第一最大厚度和第二最大厚度小于第三厚度。

根据本申请的实施例，任意相邻的两个第一凸起之间设置有第三凸起。

根据本申请的实施例，在垂直于电芯的厚度方向的平面上，第一凸起和第二凸起的截面形状为圆形、多边形之中的任意一种。

根据本申请的实施例，在垂直于电芯的长度方向的平面上，第一凸起和第二凸起的截面形状为三角形、梯形、锯齿形、弧形之中的任意一种。

根据本申请的另一方面，提供了一种电池，包括上述的电芯。

本申请提供了一种能够改善跌落性能的电芯，通过在隔膜超出极片的位置设置啮合结构使得隔膜之间具有相互的束缚力，从而使得隔膜在电解液的冲击作用下不会收缩到正负极极片之间的间隙，改善了电芯的跌落性能，提升了电芯的安全使用性。

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1A是根据本申请实施例的电芯的俯视示意图；

图1B是根据本申请实施例的电芯的俯视示意图；

图2是根据本申请实施例的电芯的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜的堆叠示意图；

图3A是根据本申请一个实施例的电芯的第一啮合结构的立体图；

图3B是根据本申请一个实施例的第一啮合结构和第二啮合结构啮合前的状态示意图；

图3C是图3A中的第一隔膜的仰视示意图；

图3D是图3A中的第一凸起的截面图；

图4A是根据本申请一个实施例的电芯的第一啮合结构的立体图；

图4B是根据本申请一个实施例的第一啮合结构和第二啮合结构啮合前的状态示意图；

图4C是图4A中的第一隔膜的仰视示意图；

图4D是图4A中第一凸起处的截面图；

图5至图11是根据本申请多个实施例的电芯的啮合结构的立体图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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，各个附图中相同的部件使用了相同的参考标号。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。

随着高能量密度电芯的开发，电芯内部游离的电解液相对增多。随着电子产品跌落，内置于电芯中的游离电解液将强烈的冲击电芯周边正极极片、负极极片之间的隔膜使其沿着电解液的冲击方向收缩，从而造成正极极片和负极极片接触短路引发电芯发热甚至着火等安全问题。为了改善跌落时隔膜受冲击而收缩的问题，一种解决方案是采用热压隔膜使得隔膜彼此粘接在一起，但是该方案不适用于有涂布陶瓷处理的隔膜，并且热压时的热影响会使附近隔膜发生闭孔风险。

参考图1A至图2所示，本申请提供了一种电芯10，该电芯10包括第一极片12、第二极片13、第一隔膜14和第二隔膜15，第一隔膜14和第二隔膜15设置在第一极片12和第二极片13之间以将第一极片12和第二极片13隔开。此处应当理解的是，虽然在如图1A、图1B所示的实施例中示出的电芯10构造为叠片式电芯，但是在可选的实施例中电芯也可以是卷绕式电芯。也就是说，本申请不对电芯的具体类型进行限定。

结合图1A至图3C所示，其中，第一隔膜14包括超出第一极片12和第二极片13的第一啮合结构146，第二隔膜15包括超出第一极片12和第二极片13的第二啮合结构148。在电芯10的厚度方向T(即垂直于第一隔膜14所在平面的方向)上，第一啮合结构146和第二啮合结构148啮合。应当理解，第二隔膜15的第二啮合结构148与第一隔膜14的第一啮合结构146的位置、结构可以是相同的，也可以不同。第一啮合结构146和第二啮合结构148啮合，形成了第一隔膜14和第二隔膜15之间的束缚力，使得第一隔膜14和第二隔膜15之间相互牵制，避免第一隔膜14或第二隔膜15收缩到第一极片12和第二极片13之间。

本申请提供了一种能够改善跌落性能的电芯10，当电芯10随电子产品跌落时，由于隔膜设置有啮合结构，使得多层隔膜之间具有相互的束缚力，从而使得隔膜在电解液的冲击作用下不发生收缩，改善了电芯的跌落性能，提升了电芯的安全使用性。

其中，当第一极片12为正极极片时，第二极片13为负极极片；当第一极片12为负极极片时，第二极片13为正极极片。第一隔膜14和第二隔膜15超出第一极片12和第二极片13，这样可以有效阻止第一极片12和第二极片13之间接触短路。正极极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面上的锂基氧化物的正极活性材料层。负极极片包括负极集流体和设置在负极集流体上的负极活性物质。负极集流体是铝箔，负极活性物质包括碳材料。隔膜设置在正极极片和负极极片之间来起到绝缘作用。隔膜可以由聚乙烯，聚丙烯或聚乙烯和聚丙烯的组合物形成。隔膜允许在两个极片之间交换锂离子。

如图1A所示，第一啮合结构146是不连续设置的。如图1B所示，在电芯10的长度方向L上，第一啮合结构146是连续设置的。应当理解，图1A和图1B中示出的第一啮合结构146的设置方式均是示例性的，第一啮合结构146的设置方式可根据实际情况而定，并且第二隔膜的第二啮合结构具有与第一啮合结构146相同的设置方式。

在一些实施例中，第一隔膜14的第一啮合结构146具有第一最大厚度，第二隔膜15的第二啮合结构148具有第二最大厚度，并且不设置第一啮合结构146的第一隔膜14具有第三厚度，不设置第二啮合结构148的第二隔膜15具有第三厚度。在一些实施例中，第一最大厚度小于第三厚度，第二最大厚度小于第三厚度。也就是说，啮合结构的厚度小于不设置啮合结构的隔膜处的厚度。

以下将通过多个实施例对本申请的电芯的啮合结构进行说明。

实施例1

参考图3A至图3D所示，第一啮合结构146包括凸出于第一隔膜14所在平面的第一凸起61。在一些实施例中，多个第一凸起61的形状和尺寸相同。图3A中示出了第一凸起61凸起的方向是垂直于隔膜14所在平面朝上的方向。在另一个实施例中，第一凸起61凸起的方向可以是垂直于隔膜14所在平面朝下的方向。由于啮合结构146的多个第一凸起61凸起的方向均相同，因此这样的啮合结构146也可称为单向啮合结构。

第一啮合结构146还包括形成在第一凸起61的背面的第一容置空间66，结合图3A至图3D所示，第一容置空间66是指位于第一凸起61的背面下方的空间。应当理解，第一凸起61的背面是与第一凸起61的凸起方向相反一侧的表面。相应的，位于第一隔膜14下方的第二隔膜15的第二啮合结构148包括第二凸起81和第二容置空间86，第二容置空间86形成在第二凸起81的背面。并且，第二隔膜15的第二凸起81与第一隔膜14的第一容置空间66啮合，从而避免隔膜收缩。在另一个实施例中，第一隔膜14的第一凸起61可以与第二隔膜15的第二啮合结构148的第二容置空间86啮合，从而避免隔膜收缩。

在一个实施例中，第一凸起61和第一隔膜14之间可以具有开口69，第二凸起81和第二隔膜15之间可以具有开口89。通过采用具有开口的啮合结构，可有利于多层隔膜之间形成彼此的束缚力。

在图3D所示的实施例中，在垂直于电芯的长度方向的平面上，第一凸起61及第二凸起81的截面形状均为三角形。

实施例2

参考图4A至图4D所示，与图3A至图3D所示实施例不同的是，第一隔膜14的第一啮合结构146还包括第三凸起63和第三容置空间67，第三容置空间67形成在第三凸起63的背面。在一些实施例中，多个第一凸起61和多个第三凸起63的形状和尺寸相同。相应的，第二隔膜15的第二啮合结构148还包括第四凸起83和第四容置空间87，第四容置空间87形成在第四凸起83的背面。第一隔膜14的第一凸起61的凸起方向与第三凸起63的凸起方向相反，第二隔膜15的第二凸起81的凸起方向与第四凸起83的凸起方向相反。第一隔膜14的第三凸起63与其下方的第二隔膜15的第四容置空间87啮合。在该实施例中，由于第一啮合结构146的第一凸起61和第三凸起63分别朝向相反的方向凸出，因此这样的结构也可称为双向啮合结构。

在该实施例中，在垂直于电芯的长度方向的平面上，第一凸起61和第三凸起63的截面形状均为三角形。在一个实施例中，相邻的第一凸起61与第三凸起63相互邻接，第一凸起61与相邻的第三凸起63之间形成开口69。

在该实施例中，对于第一凸起61和第三凸起63的排列方式，任意相邻的两个第一凸起61之间设置有第三凸起63。应当理解，根据实际应用情况可以对第一凸起61和第三凸起63的排列方式进行其他配置。

实施例3

参考图5所示，第一啮合结构146包括第一凸起61和第三凸起63。在本实施例中，在电芯的厚度方向上，第一凸起61和第三凸起63的截面形状均为弧形。在本实施例中，第一凸起61和第一隔膜14之间不具有开口，第三凸起63和第一凸起61之间不具有开口。第二隔膜的第二啮合结构具有与第一啮合结构146相同的设置方式。该实施例3的其他方面与实施例1、实施例2类似，此处不再赘述。

实施例4

参考图6所示，第一啮合结构146包括凸出于第一隔膜14所在平面的第三凸起63。在本实施例中，第三凸起63朝向下方凸起。在本实施例中，在垂直于电芯的厚度方向的平面上，多个第三凸起63的截面形状均为圆形。在一个实施例中，第三凸起63的顶端具有开口69。多个开口69的截面形状均为圆形。第二隔膜的第二啮合结构具有与第一啮合结构146相同的设置方式。该实施例4的其他方面与实施例1、实施例2类似，此处不再赘述。

实施例5

参考图7所示，第一啮合结构146包括第一凸起61和第三凸起63，第一凸起61和第三凸起63的凸起方向相反。在本实施例中，在垂直于电芯的厚度方向的平面上，第一凸起61和多个第三凸起63的截面形状均为圆形。在一个实施例中，第一凸起61和第三凸起63的顶端具有开口69。多个开口69的截面形状为圆形。第二隔膜的第二啮合结构具有与第一啮合结构146相同的设置方式。该实施例5的其他方面与实施例1、实施例2类似，此处不再赘述。

实施例6

参考图8所示，第一啮合结构146包括第一凸起61和第三凸起63，第一凸起61和第三凸起63的凸起方向相反。在本实施例中，在垂直于电芯的厚度方向的平面上，第一凸起61和多个第三凸起63的截面形状为多边形，例如五边形。在一个实施例中，第一凸起61和第三凸起63的顶端具有开口69。多个开口69的截面形状为多边形，例如五边形。第二隔膜的第二啮合结构具有与第一啮合结构146相同的设置方式。该实施例6的其他方面与实施例1、实施例2类似，此处不再赘述。

实施例7

参考图9所示，第一啮合结构146包括啮合结构146包括第一凸起61和第三凸起63，第一凸起61和第三凸起63的凸起方向相反。在图9所示的实施例中，在垂直于电芯的长度方向的平面上，第一凸起61和第三凸起63的截面形状均为三角形，在截面的三角形中，凸出于隔膜所在平面的两个边的边长不相同。在本实施例中，第一凸起61和相邻的第三凸起63相互邻接并形成开口69。第二隔膜的第二啮合结构具有与第一啮合结构146相同的设置方式。该实施例7的其他方面与实施例1、实施例2类似，此处不再赘述。

实施例8

参考图10所示，第一啮合结构146包括第一凸起61和第三凸起63，第一凸起61和第三凸起63的凸起方向相反。在图10所示的实施例中，在垂直于电芯的长度方向的平面上，第一凸起61和第三凸起63的截面形状均为梯形。在本实施例中，第一凸起61和相邻的第三凸起63相互邻接并形成开口69。第二隔膜的第二啮合结构具有与第一啮合结构146相同的设置方式。该实施例8的其他方面与实施例1、实施例2类似，此处不再赘述。

实施例9

参考图11所示，第一啮合结构146包括第一凸起61和第三凸起63，第一凸起61和第三凸起63的凸起方向相反。在图11所示的实施例中，在垂直于电芯的长度方向的平面上，第一凸起61和第三凸起63的截面形状均为锯齿形。在本实施例中，第一凸起61和相邻的第三凸起63相互邻接并形成开口69。该实施例8的其他方面与实施例1、实施例2类似，此处不再赘述。

分别对实施例1至实施例9、对比例1和对比例2的25个电芯进行跌落测试，测试电压并拆解观察隔离膜收缩情况。其中，对比例1与实施例1电芯的不同之处在于：对比例1电芯的隔膜超出第一极片和第二极片的部分没有设置啮合结构；对比例2与实施例1电芯的不同之处在于：对对比例2电芯的隔膜超出第一极片和第二极片处的部分进行热压，使隔膜之间尽可能彼此粘接。

跌落测试的测试条件为：充电状态为50％SOC，跌落高度为1.5m，分别对电池的六个表面和四个角各跌落2次为一轮，共进行五轮跌落。所得到的测试结果如表1所示。

表1：实施例和对比例电芯的跌落测试前后电压和隔离膜收缩

由表1中的对比结果可以看出，相对于对比例1、2，本申请提供的电芯，能够有效改善电芯的跌落性能。

根据本申请的另外一方面，还提供了一种电池，包括上述的电芯10、封装在电芯外部的包装袋和填充于包装袋内部的电解液。

由于该电池中设置了如上所述的电芯10，因此该电池同样具备如上所述的全部优点和效果。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，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 (11)

1.一种电芯，包括：

第一极片；

第二极片；

第一隔膜和第二隔膜，设置于所述第一极片和所述第二极片之间；

其中，所述第一隔膜包括超出所述第一极片和所述第二极片的、位于所述第一隔膜周缘区域的第一啮合结构；所述第二隔膜包括超出所述第一极片和所述第二极片的、位于所述第二隔膜周缘区域的第二啮合结构；在所述电芯的厚度方向上，所述第一啮合结构和所述第二啮合结构啮合；

其中，所述第一啮合结构包括第一凸起和第一容置空间，所述第一容置空间形成于所述第一凸起的背面；

所述第二啮合结构包括第二凸起和第二容置空间，所述第二容置空间形成于所述第二凸起的背面；

所述第二凸起与所述第一容置空间啮合或所述第一凸起与所述第二容置空间啮合；并且其中，

所述第一凸起的顶端具有开口。

2.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第一啮合结构还包括第三凸起和第三容置空间，所述第三容置空间形成于所述第三凸起的背面；

所述第二啮合结构还包括第四凸起和第四容置空间，所述第四容置空间形成于所述第四凸起的背面；

所述第一凸起的凸起方向与所述第三凸起的凸起方向相反，所述第二凸起的凸起方向与所述第四凸起的凸起方向相反；

所述第三凸起与所述第四容置空间啮合。

3.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第一凸起和所述第一隔膜之间具有开口。

4.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第二凸起的顶端具有开口。

5.根据权利要求2所述的电芯，其中，所述第三凸起的顶端具有开口。

6.根据权利要求2所述的电芯，其中，所述第四凸起的顶端具有开口。

7.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第一啮合结构具有第一最大厚度，所述第二啮合结构具有第二最大厚度，不设置所述啮合结构的隔膜具有第三厚度，所述第一最大厚度和所述第二最大厚度小于所述第三厚度。

8.根据权利要求2所述的电芯，其中，相邻的两个所述第一凸起之间设置有所述第三凸起。

9.根据权利要求1所述的电芯，其中，在垂直于所述电芯的厚度方向的平面上，所述第一凸起和所述第二凸起的截面形状为圆形、多边形之中的任意一种。

10.根据权利要求1所述的电芯，其中，在垂直于所述电芯的长度方向的平面上，所述第一凸起和所述第二凸起的截面形状为三角形、梯形、锯齿形、弧形之中的任意一种。

11.一种电池，包括如权利要求1至10中任一项所述的电芯。

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