CN112786947A - 一种电池卷芯结构及电池单体 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电池卷芯结构及电池单体，属于电池技术领域。其中，电池卷芯结构包括两个第一电极组件和至少一个第二电极组件。第一电极组件为卷绕式结构，第一电极组件包括沿第一预设方向层叠分布的多层极片。第二电极组件为叠片式结构，第二电极组件包括沿第一预设方向层叠分布的多层极片。其中，至少一个第二电极组件在第一预设方向上堆叠设置于两个第一电极组件之间。具有这种电池卷芯结构的电池单体还包括外壳，电池卷芯结构容纳于外壳内。采用这种结构的电池单体能够避免电池卷芯结构与外壳的侧壁倒角出现干涉的现象，从而避免了电池单体在后期使用中存在安全隐患，且提高了电池单体的内部空间利用率和容量。

Description

一种电池卷芯结构及电池单体

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池卷芯结构及电池单体。

背景技术

制作锂电池卷芯是锂离子电池装配过程的核心工序，该工序的好坏对电池的质量和安全起到决定性作用。目前常见的电池卷芯结构有卷绕式和叠片式两种结构，而现有的电池单体的壳体通常为长方体壳状结构，为了保证壳体的强度，通常在壳体的长度方向上的四个棱边设置倒角。因此，在采用叠片式结构的卷芯时，通常通过缩小卷芯的体积以避免卷芯与壳体的倒角产生干涉，或采用卷绕式的卷芯，以避开壳体的倒角，但是，采用这种结构的电池卷芯结构常常造成壳体内部空间利用率较低，从而降低了电池单体的容量。

发明内容

本申请实施例提供一种电池卷芯结构及电池单体，以改善现有的电池单体的内部空间利用率较低的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种电池卷芯结构，包括两个第一电极组件和至少一个第二电极组件；所述第一电极组件为卷绕式结构，所述第一电极组件包括沿第一预设方向层叠分布的多层极片；所述第二电极组件为叠片式结构，所述第二电极组件包括沿所述第一预设方向层叠分布的多层极片；其中，所述至少一个第二电极组件在所述第一预设方向上堆叠设置于两个所述第一电极组件之间。

在上述技术方案中，电池卷芯结构设置有两个第一电极组件，且两个第一电极组件均为卷绕式结构，通过将至少一个第二电极组件堆叠设置于两个第一电极组件之间，以使第一电极组件和第二电极组件沿第一预设方向堆叠设置，从而使得卷绕式结构的两个第一电极组件分别位于至少一个第二电极组件在第一预设方向上的两侧，进而规避了电池卷芯结构与外壳的侧壁倒角产生干涉的现象，以避免电池卷芯结构在长期使用中产生安全隐患。此外，第二电极组件为叠片式结构，从而使得这种结构的电池卷芯结构在避免与外壳出现干涉现象的同时提高了电池卷芯结构的容量和空间利用率，进而采用这种结构的电池卷芯结构能够改善现有的电池单体的内部空间利用率较低的问题。

另外，本申请实施例提供的电池卷芯结构还具有如下附加的技术特征：

在一些实施例中，所述第二电极组件为一个。

在上述技术方案中，通过将设置于两个第一电极组件之间的第二电极组件设置为一个，以便于提高电池卷芯结构的容量和倍率性能，且降低了电池卷芯结构的装配难度。

在一些实施例中，两个所述第一电极组件对称分布于所述第二电极组件在所述第一预设方向上的两侧。

在上述技术方案中，通过将两个第一电极组件对称布置于第二电极组件的两侧，以使电池卷芯结构的结构更为规整，从而减少电池卷芯结构的占地空间，进而有利于提高电池卷芯结构的容量和空间利用率。

在一些实施例中，所述第一电极组件具有平直区和两个圆弧区；两个所述圆弧区分别设置于所述平直区在第二预设方向上的两端，所述第二预设方向垂直于所述第一预设方向；所述第一电极组件包括沿所述第一预设方向层叠分布且位于所述平直区内的多层极片。

在上述技术方案中，第一电极组件设置有平直区和连接于平直区两端的两个圆弧区，从而通过两个圆弧区能够避开外壳的侧壁倒角，以避免电池卷芯结构与外壳出现干涉的现象。此外，第一电极组件还设置有平直区，采用这种结构的第一电极组件能够减少第一电极组件的占地空间，从而进一步提高了电池卷芯结构的能量密度。

在一些实施例中，所述电池卷芯结构还包括正极连接片和负极连接片；所述第一电极组件具有第一正极极耳和第一负极极耳，所述第二电极组件具有第二正极极耳和第二负极极耳；所述第一正极极耳和所述第二正极极耳通过所述正极连接片电连接，所述第一负极极耳和所述第二负极极耳通过所述负极连接片电连接。

在上述技术方案中，电池卷芯结构还设置有正极连接片和负极连接片，通过正极连接片实现第一正极极耳与第二正极极耳之间的电连接，且通过负极连接片实现第一负极极耳与第二负极极耳之间的电连接，从而降低了极耳的层数和连接厚度，进而降低了极耳的连接难度，且采用这种结构的电池卷芯结构便于通过正极连接片和负极连接片与其他部件进行电连接。

在一些实施例中，所述第二正极极耳在所述第一预设方向上的投影和所述第二负极极耳在所述第一预设方向上的投影位于所述第一正极极耳在所述第一预设方向上的投影和所述第一负极极耳在所述第一预设方向上的投影之间。

在上述技术方案中，采用这种结构的电池卷芯结构实现了第一正极极耳与第二正极极耳的错位设置，且实现了第一负极极耳和第二负极极耳的错位设置，从而便于正极连接片与第一正极极耳和第二正极极耳连接，且便于负极连接片与第一负极极耳和第二负极极耳连接，进而降低了加工难度。

在一些实施例中，所述第一正极极耳和所述第二正极极耳均焊接于所述正极连接片；所述第一负极极耳和所述第二负极极耳均焊接于所述负极连接片。

在上述技术方案中，采用焊接的方式实现了第一正极极耳和第二正极极耳与正极连接片的电连接，以及第一负极极耳和第二负极极耳与负极连接片的电连接，这种连接方式更加稳定可靠，从而提高了电池卷芯结构的稳定性。

第二方面，本申请实施例还提供一种电池单体，包括外壳和上述的电池卷芯结构；所述电池卷芯结构容纳于所述外壳内。

在上述技术方案中，采用这种结构的电池单体能够避免电池卷芯结构与外壳的侧壁倒角出现干涉的现象，从而避免了电池单体在后期使用中存在安全隐患。此外，这种结构的电池单体在避免电池卷芯结构与外壳出现干涉现象的同时提高了电池单体的内部空间利用率，从而提高了电池单体的容量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的电池单体的结构示意图；

图2为图1所示的电池单体的结构爆炸图；

图3为图2所示的电池卷芯结构的第一电极组件和第二电极组件的连接示意图；

图4为图2所示的电池卷芯结构的第一电极组件的结构示意图；

图5为图2所示的正极连接片和第一正极极耳的连接示意图；

图6为图1所示的电池单体的俯视图；

图7为图2所示的电池卷芯结构的正极连接片的结构示意图。

图标：100-电池单体；10-外壳；11-壳体；12-盖体；121-第一接线柱；122-第二接线柱；123-注液孔；20-电池卷芯结构；21-第一电极组件；211-平直区；212-圆弧区；213-第一正极极耳；214-第一负极极耳；22-第二电极组件；221-第二正极极耳；222-第二负极极耳；23-正极连接片；231-第一连接端；2311-避让槽；232-第二连接端；24-负极连接片；241-第三连接端；242-第四连接端；A-第一预设方向；B-第二预设方向。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

本申请实施例提供一种电池单体100，其能够改善现有的电池单体的内部空间利用率较低，从而导致电池单体的容量较低的问题，且还能够改善现有的电池单体在为了增加容量而增加电池卷芯结构的厚度时，导致电池卷芯结构的正负极极耳的焊接难度较大的问题，以下结合附图对电池单体100的具体结构进行详细阐述。

结合图1和图2所示，电池单体100包括外壳10和电池卷芯结构20，电池卷芯结构20容纳于外壳10内。其中，电池单体100还包括电解液，电解液容纳于外壳10内。

其中，外壳10包括壳体11和盖体12，壳体11为一侧开口的正方体空心结构，盖体12盖合于壳体11的开口处并形成密封连接，以形成用于容纳电池卷芯结构20和电解液的密封空间。

在对电池单体100进行组装时，可先将电池卷芯结构20放入壳体11内，并向壳体11内填充电解液，再将盖体12盖合于壳体11的开口。

可理解的，外壳10并不仅仅局限于上述结构，在其他实施例中，外壳10也可以是其他结构，比如，外壳10包括壳体11和两个盖体12，壳体11为相对的两端开口的空心结构，两个盖体12分别盖合于壳体11两端的开口处并形成密封连接，以形成用于容纳电池卷芯结构20和电解液的密封空间。

进一步地，如图2所示，盖体12上设置有第一接线柱121和第二接线柱122，第一接线柱121和第二接线柱122间隔布置于盖体12上，以便于通过第一接线柱121和第二接线柱122对电池单体100进行充放电。

本实施例中，结合图2和图3所示，电池卷芯结构20包括两个第一电极组件21和至少一个第二电极组件22。第一电极组件21为卷绕式结构，第一电极组件21包括沿第一预设方向A层叠分布的多层极片。第二电极组件22为叠片式结构，第二电极组件22包括沿第一预设方向A层叠分布的多层极片。其中，至少一个第二电极组件22在第一预设方向A上堆叠设置于两个第一电极组件21之间。

电池卷芯结构20设置有两个第一电极组件21，且两个第一电极组件21均为卷绕式结构，通过将至少一个第二电极组件22堆叠设置于两个第一电极组件21之间，以使第一电极组件21和第二电极组件22沿第一预设方向A堆叠设置，从而使得卷绕式结构的两个第一电极组件21分别位于至少一个第二电极组件22在第一预设方向A上的两侧，进而规避了电池卷芯结构20与外壳10的侧壁倒角出现干涉的现象，以避免电池单体100在长期使用中存在安全隐患。此外，第二电极组件22为叠片式结构，从而使得这种结构的电池卷芯结构20在避免与外壳10出现干涉现象的同时提高了电池卷芯结构20的容量和空间利用率，进而提高了电池单体100的内部空间利用率和容量。

第二电极组件22可以为一个、两个、三个、四个等。示例性的，如图3所示，第二电极组件22为一个。通过将设置于两个第一电极组件21之间的第二电极组件22设置为一个，以便于提高电池卷芯结构20的容量和倍率性能，且降低了电池卷芯结构20的装配难度。

进一步地，两个第一电极组件21对称分布于第二电极组件22在第一预设方向A上的两侧。通过将两个第一电极组件21对称布置于第二电极组件22的两侧，以使电池卷芯结构20的结构更为规整，从而减少电池卷芯结构20的占地空间，进而有利于提高电池单体100的容量和内部空间利用率。

需要说明的是，在其他实施例中，两个第一电极组件21也可以呈非对称形式布置于第二电极组件22在第一预设方向A上的两侧。

本实施例中，结合图3和图4所示，第一电极组件21具有平直区211和两个圆弧区212。两个圆弧区212分别设置于平直区211在第二预设方向B上的两端，第二预设方向B垂直于第一预设方向A。第一电极组件21包括沿第一预设方向A层叠分布且位于平直区211内的多层极片。

第一电极组件21设置有平直区211和连接于平直区211两端的两个圆弧区212，从而通过两个圆弧区212能够避开外壳10的侧壁倒角，以避免电池卷芯结构20与外壳10出现干涉的现象。此外，第一电极组件21还设置有平直区211，采用这种结构的第一电极组件21能够减少第一电极组件21的占地空间，从而进一步提高了电池卷芯结构20的能量密度。

需要说明的是，第一电极组件21和第二电极组件22均由正极片、负极片和隔离膜组成。电池单体100主要依靠金属离子在正极片和负极片之间移动来工作。正极片包括正极集流体和正极活性物质体，正极活性物质体涂覆于正极集流体的表面，未涂敷正极活性物质体的正极集流体凸出于已涂覆正极活性物质体的正极集流体，未涂敷正极活性物质体的正极集流体作为正极极耳。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极片包括负极集流体和负极活性物质体，负极活性物质体涂覆于负极集流体的表面，未涂敷负极活性物质体的负极集流体凸出于已涂覆负极活性物质体的负极集流体，未涂敷负极活性物质体的负极集流体作为负极极耳。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为碳或硅等。

其中，隔离膜用于将正极极片和负极极片隔离，以降低正极极片与负极极片之间出现短路的风险。

隔离膜的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。

本实施例中，如图4所示，第一电极组件21具有平直区211和两个圆弧区212，使得第一电极组件21为扁平的卷绕式结构，第一电极组件21由正极极片、隔离膜和负极极片先层叠后再弯折卷绕形成包括平直区211和圆弧区212的卷绕式结构。

其中，平直区211层叠的极片的厚度方向为第一预设方向A，平直区211的延伸方向为第二预设方向B。

本实施例中，第二电极组件22为叠片式结构，其由正极极片、隔离膜和负极极片先层叠后以S形连续折叠形成叠片式结构。

进一步地，结合图2、图3和图5所示，电池卷芯结构20还包括正极连接片23和负极连接片24。第一电极组件21具有第一正极极耳213和第一负极极耳214，第二电极组件22具有第二正极极耳221和第二负极极耳222。第一正极极耳213和第二正极极耳221通过正极连接片23电连接，第一负极极耳214和第二负极极耳222通过负极连接片24电连接。其中，正极连接片23与第一接线柱121电连接，负极连接片24与第二接线柱122电连接。

通过正极连接片23实现第一正极极耳213与第二正极极耳221之间的电连接，且通过负极连接片24实现第一负极极耳214与第二负极极耳222之间的电连接，从而降低了极耳的层数和连接厚度，进而降低了极耳的连接难度，且采用这种结构的电池卷芯结构20便于通过正极连接片23和负极连接片24与盖体12上的第一接线柱121和第二接线柱122进行电连接。

其中，正极连接片23包括第一连接端231和第二连接端232，第一正极极耳213和第二正极极耳221均连接于第一连接端231，第二连接端232用于与第一接线柱121电连接。负极连接片24包括第三连接端241和第四连接端242，第一负极极耳214和第二负极极耳222均连接于第三连接端241，第四连接端242用于与第二接线柱122电连接。

进一步地，继续结合图2、图3和图5所示，第二正极极耳221在第一预设方向A上的投影和第二负极极耳222在第一预设方向A上的投影位于第一正极极耳213在第一预设方向A上的投影和第一负极极耳214在第一预设方向A上的投影之间。采用这种结构的电池卷芯结构20实现了第一正极极耳213与第二正极极耳221的错位设置，且实现了第一负极极耳214和第二负极极耳222的错位设置，从而便于正极连接片23与第一正极极耳213和第二正极极耳221连接，且便于负极连接片24与第一负极极耳214和第二负极极耳222连接，进而降低了加工难度。

可选地，第一正极极耳213和第二正极极耳221均焊接于正极连接片23。第一负极极耳214和第二负极极耳222均焊接于负极连接片24。采用焊接的方式实现了第一正极极耳213和第二正极极耳221与正极连接片23的电连接，以及第一负极极耳214和第二负极极耳222与负极连接片24的电连接，这种连接方式更加稳定可靠，从而提高了电池卷芯结构20的稳定性。

示例性的，第一正极极耳213和第二正极极耳221均采用超声焊接工序焊接于正极连接片23，第一负极极耳214和第二负极极耳222均采用超声焊接工序焊接于负极连接片24。

本实施例中，结合图6和图7所示，盖体12上还设置有用于添加电解液的注液孔123，正极连接片23的第一连接端231上开设有避让槽2311，且避让槽2311与注液孔123对齐，以防止正极连接片23对注液孔123造成阻挡和堵塞。采用这种结构的电池单体100便于后期使用中电解液不足时对电解液进行填充，从而能够降低后期维护成本。

以上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 (8)

1.一种电池卷芯结构，其特征在于，包括：

两个第一电极组件，所述第一电极组件为卷绕式结构，所述第一电极组件包括沿第一预设方向层叠分布的多层极片；以及

至少一个第二电极组件，所述第二电极组件为叠片式结构，所述第二电极组件包括沿所述第一预设方向层叠分布的多层极片；

其中，所述至少一个第二电极组件在所述第一预设方向上堆叠设置于两个所述第一电极组件之间。

2.根据权利要求1所述的电池卷芯结构，其特征在于，所述第二电极组件为一个。

3.根据权利要求2所述的电池卷芯结构，其特征在于，两个所述第一电极组件对称分布于所述第二电极组件在所述第一预设方向上的两侧。

4.根据权利要求1所述的电池卷芯结构，其特征在于，所述第一电极组件具有平直区和两个圆弧区；

两个所述圆弧区分别设置于所述平直区在第二预设方向上的两端，所述第二预设方向垂直于所述第一预设方向；

所述第一电极组件包括沿所述第一预设方向层叠分布且位于所述平直区内的多层极片。

5.根据权利要求1-4任一项所述的电池卷芯结构，其特征在于，所述电池卷芯结构还包括正极连接片和负极连接片；

所述第一电极组件具有第一正极极耳和第一负极极耳，所述第二电极组件具有第二正极极耳和第二负极极耳；

所述第一正极极耳和所述第二正极极耳通过所述正极连接片电连接，所述第一负极极耳和所述第二负极极耳通过所述负极连接片电连接。

6.根据权利要求5所述的电池卷芯结构，其特征在于，所述第二正极极耳在所述第一预设方向上的投影和所述第二负极极耳在所述第一预设方向上的投影位于所述第一正极极耳在所述第一预设方向上的投影和所述第一负极极耳在所述第一预设方向上的投影之间。

7.根据权利要求5所述的电池卷芯结构，其特征在于，所述第一正极极耳和所述第二正极极耳均焊接于所述正极连接片；

所述第一负极极耳和所述第二负极极耳均焊接于所述负极连接片。

8.一种电池单体，其特征在于，包括：

外壳；以及

根据权利要求1-7任一项所述的电池卷芯结构，所述电池卷芯结构容纳于所述外壳内。

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