CN113540706A - 电芯以及电池 - Google Patents

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吴仪娜
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Sunwoda Electric Vehicle Battery Co Ltd
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Abstract

本申请实施例提供一种电芯以及电池，电芯包括壳体，壳体具有容纳空间；卷芯，该卷芯设置在容纳空间内，卷芯由依次层叠的第一极片、第一隔膜以及第二极片卷绕而成，所述卷芯与所述壳体之间设置有电解液；第二隔膜，第二隔膜设置在容纳空间内，第二隔膜的第一部分与电解液接触，第二隔膜的第二部分与第一隔膜接触，第二隔膜用于吸附电解液以传递至第一隔膜。该电芯可以充分利用电解液，延长电芯的使用寿命。

Description

电芯以及电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电芯以及电池。
背景技术
随着社会的发展，人们对于锂离子电池的电池容量、使用寿命、续航能力等提出了更高的要求。现有的锂电池的电芯主要由正极材料，负极材料、隔膜以及电解液等构成。然而，锂电池在使用过程中，电解液被不断的消耗，电池的容量保持率衰减，导致寿命周期显著缩短。
发明内容
本申请实施例提供一种电芯以及电池，该电芯可以充分利用电解液，以延长电芯的使用寿命。
本申请实施例提供一种电芯，包括：
壳体，所述壳体具有容纳空间；
卷芯，所述卷芯设置在所述容纳空间内，所述卷芯由依次层叠的第一极片、第一隔膜以及第二极片卷绕而成，所述卷芯与所述壳体之间存在容纳空间，所述卷芯与所述壳体之间设置有电解液；
第二隔膜，所述第二隔膜设置在所述容纳空间内，所述第二隔膜包括第一部分以及与所述第一部分连接的第二部分，所述第二隔膜的第一部分与所述电解液接触，所述第二隔膜的第二部分与所述第一隔膜接触，所述第二隔膜用于吸附所述电解液以传递至所述第一隔膜。
在一些实施例中，所述第一隔膜包括一自由端，所述自由端由所述第一极片、所述第二极片沿卷绕方向的末端向外延伸，所述第二隔膜的第二部分与所述自由端接触。
在一些实施例中，所述自由端包括由所述第一极片、所述第二极片沿卷绕方向的末端向外延伸的第一段以及与所述第一段连接的第二段，所述第一段卷绕在所述第一极片或所述第二极片上，所述第二段卷绕在所述第一段上，所述第二隔膜设置在所述第一段与所述第二段之间，以使所述第二隔膜的第二部分与所述自由端接触。
在一些实施例中，所述第二隔膜沿所述卷芯轴线方向的宽度大于所述第一隔膜沿所述卷芯轴线方向的宽度。
在一些实施例中，所述第二隔膜沿所述卷芯轴线方向的两侧分别突出于所述第一隔膜沿所述卷芯轴线方向的两侧。
在一些实施例中，所述第二隔膜与所述第一隔膜沿所述卷芯轴线方向的相应侧边之间的距离为1毫米至2毫米。
在一些实施例中，所述壳体包括底壁和侧壁，所述底壁形成所述电芯的安装面，所述底壁和所述侧壁围设形成所述容纳空间，所述第二隔膜抵接所述底壁。
在一些实施例中，所述第二隔膜的数量为多个，所述多个第二隔膜层叠设置。
在一些实施例中，所述第一隔膜、所述第二隔膜的材料均包括聚乙烯或者聚丙烯。
本申请实施例还提供一种电池，包括如上所述的电芯。
本申请实施例提供的一种电芯，该电芯包括壳体、电解液、卷芯以及第二隔膜，该壳体具有容纳空间，卷芯设置在该容纳空间内，卷芯由依次层叠的第一极片、第一隔膜以及第二极片卷绕而成，卷芯与壳体之间设置有电解液。在电池寿命周期的后期，电解液被大量消耗，卷芯中的第一隔膜无法与容纳空间中残留的电解液接触，设置在容纳空间中的第二隔膜包括第一部分以及第二部分，该第一部分与电解液接触，第二部分与第一隔膜接触，第二隔膜的第一部分可以吸收电解液传递至第二部分，第二部分再将电解液传递至第一隔膜，以使得电解液作用于卷芯，电芯可以保持活性，提高电池的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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为本申请实施例提供的电池的结构示意图。
图2为图1所示电池的电芯的第一种透视图。
图3为本申请实施例提供的卷芯和第二隔膜的结构示意图。
图4为图1所示电池的电芯的第二种透视图。
图5为图1所示电池的电芯的第三种透视图。
附图标记
100-电池 10-电芯 11-壳体
12-电解液 13-卷芯 14-第二隔膜
111-容纳空间 112-底壁 113-侧壁
114-顶盖 131-第一极片 132-第一隔膜
133-第二极片 1321-自由端 1322-第一侧面
1323-第二侧面 1321a-第一段 1321b-第二段
141-第一部分 142-第二部分 1421-第三侧面
1422-第四侧面
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。
本申请实施例提供一种电芯以及电池，该电芯可以充分利用电解液，以延长电芯的使用寿命。以下将结合附图进行说明。
电芯是电池系统的最小单元。电芯的四大关键材料为正极片、负极片、隔膜以及电解液。其中，电池如同一个储存电能的容器。正极片以及负极片的活性材料克容量、活性材料的配比、极片厚度、压实密度等对容量等的影响也至关重要。隔膜被认为是电池的“第三电极”，置于电池的正极片以及负极片之间，起着阻隔正极片以及负极片接触并允许电解液中的离子自由通过的作用，是锂离子电池的核心部件。电解液则是电池的“血液”，承载着运输离子的重任，是电芯获得高电压、高比能的保证。
但是，电芯在使用至寿命周期后期，电解液被大量消耗，导致卷芯中的隔膜无法与壳体中的残余电解液接触，电芯的容量保持率急剧衰减，寿命周期显著缩短。因此，需要对壳体中残余的电解质充分利用，延长电芯的寿命。
请参考图1，图1为本申请实施例提供的电池结构示意图。
电池100主要是有电芯10和保护板组成，其中保护板主要是有保护芯片、MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)、电阻、电容以及PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)组成。可以理解的是，一个电池100中可以包含一个电芯10，也可以包含多个电芯10。
请参考图2以及图3，图2为图1所示电池的电芯的第一种透视图，图3为图1所示电池的电芯的结构示意图。
电芯10包括壳体11、电解液12、卷芯13以及第二隔膜14。
壳体11分为硬壳和软壳，用于包裹电芯10以保护电芯10结构，所以壳体11的强度、散热等性能是衡量电芯10工作能力的重要指标。壳体11具有容纳空间111，该容纳空间111可以由壳体11的底壁112、侧壁113以及顶盖114围设而成，可以将电解液12、卷芯13以及第二隔膜14设置在容纳空间111中。壳体的材质可以是金属，例如铝或者铁。
卷芯13包括第一极片131和第二极片133，第一极片131可以是正极片，第二极片133可以为负极片，又或者，第一极片131可以为正极片，第二极片133可以为负极片。若第一极片131为正极片，第二极片133为负极片，则第一极片131的一部分区域上涂覆有正极活性浆料，第一极片131的另一部分区域上为第一极耳，第一极耳为正极耳，第二极片133的一部分区域上涂覆有负极活性浆料，第二极片133的另一部分的区域为第二极耳，第二极耳为负极耳。
第一隔膜132用于隔开第一极片131涂覆有活性浆料的区域以及第二极片133涂覆有活性浆料的区域，可以理解的是，第一极片131涂覆有活性浆料的区域与第二极片133涂覆有活性浆料的区域重叠设置，第一隔膜132用于隔开第一极片131以及第二极片133涂覆有活性浆料的区域，其中第一极耳和第二极耳分别位于第一极片131或者第二极片133涂覆有活性浆料的区域的两侧。当形成卷芯13后，第一极耳和第二极耳分别位于卷芯13的两侧。卷芯13与壳体11之间设置有电解液12，第一隔膜132还用于吸附电解液12，使得电解液12中的正负离子作用于第一极片131或者第二极片133。在一些实施例中，第一隔膜132沿长度方向的长度可以大于第一极片131或第二极片133，以使得第一极片131、第一隔膜132以及第二极片133依次层叠并一端持平，第一极片131、第一隔膜132以及第二极片133被卷绕的过程中，第一隔膜132可以在卷芯13外侧多围绕一至二圈。可以理解的是，一方面，由于第一隔膜132是绝缘物质，多围绕的一至二圈的第一隔膜132可以保护第一极片131以及第二极片133不会触碰到金属物质，如壳体，避免第一极片131以及第二极片133短路，另一方面，由于第一隔膜132为聚乙烯以及聚丙烯，具有良好的吸附电解液12的能力，多围绕的一至二圈的第一隔膜132可以吸附更多的电解液12并将电解液12作用于第一极片131以及第二极片133，保持卷芯13的活性。
第二隔膜14同样设置在容纳空间内，第二隔膜14包括第一部分141以及与第一部分141连接的第二部分142，第二隔膜14的第一部分141与所述电解液12接触，第二隔膜14的第二部分142与第一隔膜132接触，第二隔膜14用于吸附电解液12以传递至第一隔膜132。可以理解的是，第一部分141与电解液12接触以吸附电解液12，第一部分141的电解液12传递至第二部分142，第二部分142与第一隔膜132接触，从而使得第二部分142吸附的电解液12传递至第一隔膜132，作用于电芯10。其中，第二隔膜14的材料为聚乙烯以及聚丙烯，具有良好的吸附电解液12的能力。在一些实施例中，当第一隔膜132仍能与电解液12接触时，第二隔膜14可以为卷芯13多吸收一部分电解液12，保持卷芯13的活性。在另一些实施例中，当电解液12消耗至第一隔膜132无法接触时，可以借助第二隔膜14的吸附能力将电解液12吸附并传递至第一隔膜132中，充分利用电解液12，延长电芯10的使用寿命。
本申请实施例提供的一种电芯10，该电芯10包括壳体11、电解液12、卷芯13以及第二隔膜14，该壳体11具有容纳空间111，卷芯13设置在该容纳空间111内，卷芯13由依次层叠的第一极片131、第一隔膜132以及第二极片133卷绕而成，卷芯13与壳体11之间设置有电解液12。在电池寿命周期的后期，电解液被大量消耗，卷芯中的第一隔膜无法与容纳空间中残留的电解液接触，设置在容纳空间中的第二隔膜14包括第一部分141以及第二部分142，该第一部分141与电解液12接触，第二部分142与第一隔膜132接触，第二隔膜14的第一部分141可以吸收电解液12传递至第一部分141，第一部分141再将电解液12传递至第一隔膜132，以使得电解液12作用于卷芯13，电芯10可以保持活性，提高电池100的使用寿命。
在一些实施例中，请参阅图2以及图3，第一隔膜132包括一自由端1321，该自由端1321有第一极片131、第二极片133沿卷绕方向的末端向外延伸，第二隔膜14的第二部分142与自由端1321接触。正如上述，第一极片131、第一隔膜132以及第二极片133在一端持平并围绕卷针沿长度方向进行卷绕，由于第一隔膜132的长度沿长度方向的长度大于第一极片131以及第二极片133，在进行卷绕之后，沿卷绕方向的末端形成一自由端1321，第二隔膜14的第二部分142与该自由端1321接触。可以理解的是，该自由端1321包括朝向第一极片131或者第二极片133的第一侧以及远离第一极片131或者第二极片133的第二侧，第二部分142可以与第一侧接触，也可以与第二侧接触。其中，第一隔膜132与第二隔膜14的第二部分142的接触方式可以是使用紧固结构进行固定，例如粘黏、夹持，也可以是第二隔膜14的第二部分142直接插入卷芯13中，例如该自由端1321与卷芯13的其他部分之间存在一个开口，第二隔膜14可以插入该开口中，使得第二隔膜14的第二部分142与第一隔膜132接触并固定在第一隔膜132上。
在一些实施例中，请参阅图2以及图3，自由端1321包括第一极片131、第二极片133沿卷绕方向的末端向外延伸的第一段1321a以及与第一段1321a连接的第二段1321b，该第一段1321a卷绕在第一极片131或者第二极片133上，第二段1321b卷绕在第一段1321a上，第二隔膜14设置在第一段1321a以及第二段1321b之间，以使得第二隔膜14的第二部分142与自由端1321接触。可以理解的是，自由端1321包括第一段1321a以及第二段1321b，当第二隔膜14的第二部分142设置在第一段1321a以及第二段1321b之间时，以使得第二隔膜14又可以与第一段1321a接触，又可以与第二段1321b接触，有效的增大了第二隔膜14与第一隔膜132的接触面积。
在一些实施例中，请继续参阅图3以及图4，图4为图1所示电池的电芯的第二种透视图。
第二隔膜14沿卷芯13轴线方向的宽度大于第一隔膜132沿卷芯13轴线方向的宽度。例如，第一隔膜132的宽度为5厘米，第二隔膜14的宽度为5.5厘米。较宽的第二隔膜14可以吸附更多的电解液12以传递至第一隔膜132。其中，第二隔膜14沿卷芯13轴线方向的两侧分别突出于第一隔膜132沿卷芯13轴线方向的两侧。可以理解的是，第一隔膜132包括第一侧面1322以及与第一侧面1322相对的第二侧面1323，第二隔膜14包括第三侧面1421与第三侧面1421相对的第四侧面1422，该第三侧面1421靠近第一侧面1322并远离第二侧面1323，该第四侧面1422靠近第二侧面1323并远离所述第一侧面1322，第一侧面1322与第二侧面1323的正投影在第三侧面1421以及第四侧面1422之间，第二隔膜14与第一隔膜132的接触面积增大，使得第二隔膜14吸附的电解液12可以更多的传递至第一隔膜132中。例如，第二隔膜14与第一隔膜132沿卷芯13轴线方向的相应侧面之间的距离为1毫米至2毫米，正如上述，第一侧面1322与第三侧面1421之间的距离以及第二侧面1323与第四侧面1422之间的距离为1毫米至2毫米。
在一些实施例中，请继续参阅图4，壳体11的底壁112形成电芯10的安装面，该底壁112与侧壁113形成容纳空间111，电解液12设置在该容纳空间111内，第二隔膜14抵接底壁112。可以理解的是，底座作为电芯10的安装面是指电芯10工作时的最低面，该最低面与地面或者工作台接触，当第二隔膜14抵接该底壁112，第二隔膜14可以充分利用电解液12。可以理解的是，当电解液12消耗至底壁112的过程中，第二隔膜14可以持续的吸附电解液12并传递至第一隔膜132。
在一些实施例中，第二隔膜14的数量为多个，多个第二隔膜14层叠设置后，多个第二隔膜14作为一个整体，可以理解的是，增加第二隔膜14的数量并将第二隔膜14层叠设置可以有效的增加第二隔膜14的厚度，从而可以吸附更多的电解质并传递至第一隔膜132。由实验数据可以看出，请参阅表1，其中，容量保持率是指电池100的容量与电池100的初容量的比率的值。循环圈数是指一个完整的充放电周期的数量，当不存在第二隔膜14时，在电芯10寿命周期后期，电解液12被大量消耗，卷芯13中的第一隔膜132无法与铝壳中底部的残留电解液12接触，电池100的容量降低至80％时，电芯10的循环圈数为7020圈；当存在一片第二隔膜14时，第二隔膜14可以吸附电解液12并传递至第一隔膜132，电池100的容量降低至80％时，该电芯10的循环圈数为10000圈；当存在多片第二隔膜14时，第二隔膜14可以吸附较多的电解液12并传递至第一隔膜132，电池100的容量降低至80％时，该电芯10的循环圈数为10050圈。由此可见，在相同的条件下，增加第二隔膜14的可以提高电芯10充放电的次数，较好的提高了电芯10的性能；第二隔膜14的数量增多的情况下，又进一步的提高了电芯10充放电的次数，所以第二隔膜14的数量的增加也可以提升电芯10的性能。
表1
序号 第二隔膜数量 容量保持率(25℃) 循环圈数
1 0片 80％ 7020圈
2 1片 80％ 10000圈
3 多片 80％ 10050圈
在一些实施例中，如图5，图5为图1所示电池的电芯的第三种透视图。自由端1321被固定在电芯10上，例如被收尾胶固定在电芯10上，可以设置两片第二隔膜14，每一第二隔膜14包括第一部分141以及与第一部分141连接的第二部分142，两片第二隔膜14分别设置在收尾胶的两侧，每一第二隔膜14的第一部分141与电解液12接触，每一第二隔膜14的第二部分142与第一隔膜接触。
在一些实施例中，电芯10的制作工艺如下：
(1)电池100活性材料被真空搅拌机搅拌成浆状。
(2)搅拌好的浆料均匀涂抹在金属片的上下面得到极片，例如金属片为铜箔。
(3)通过辊轮将附有正负极活性材料的极片进行碾压，让涂覆的材料更紧密，提升能量密度，保证厚度的一致性。获得冷压后的极片后，对极片根据需要生产电池100的尺寸进行分切。
(4)电池100的正极片、负极片以及隔膜以卷绕的方式组合成卷芯13。
(5)提供一壳体11，该壳体11包括底壁112、侧壁113以及顶盖114，顶盖114上连接有引脚，将卷芯13的两个极耳分别固定在引脚上。
(5)将第二隔膜14连接在第一隔膜132上，其中，连接的方式可以是插接、粘连等，以使得连接在第一隔膜132的最下侧低于卷芯13的最下侧。
(6)将连有顶盖114的卷芯13以及与卷芯13连接的第二隔膜14放置在底壁112以及侧壁113形成的容纳空间中，并倒入电解液12，最后固定顶盖114与侧壁113。
具体实施时，本申请不受所描述的各个步骤的执行顺序的限制，在不产生冲突的情况下，某些步骤还可以采用其他顺序进行或者同时进行。
本申请实施例提供的一种电芯10，该电芯10包括壳体11、电解液12、卷芯13以及第二隔膜14，该壳体11具有容纳空间111，卷芯13设置在该容纳空间111内，卷芯13由依次层叠的第一极片131、第一隔膜132以及第二极片133卷绕而成，卷芯13与壳体11之间设置有电解液12。在电池寿命周期的后期，电解液被大量消耗，卷芯中的第一隔膜无法与容纳空间中残留的电解液接触，设置在容纳空间中的第二隔膜14包括第一部分141以及第二部分142，该第一部分141与电解液12接触，第二部分142与第一隔膜132接触，第二隔膜14的第一部分141可以吸收电解液12传递至第一部分141，第一部分141再将电解液12传递至第一隔膜132，以使得电解液12作用于卷芯13，电芯10可以保持活性，提高电池100的使用寿命。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，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特征。
以上对本申请实施例提供的电芯以及电池进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请。同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种电芯，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体具有容纳空间；
卷芯，所述卷芯设置在所述容纳空间内，所述卷芯由依次层叠的第一极片、第一隔膜以及第二极片卷绕而成，所述卷芯与所述壳体之间设置有电解液；
第二隔膜，所述第二隔膜设置在所述容纳空间内，所述第二隔膜包括第一部分以及与所述第一部分连接的第二部分，所述第二隔膜的第一部分与所述电解液接触，所述第二隔膜的第二部分与所述第一隔膜接触，所述第二隔膜用于吸附所述电解液以传递至所述第一隔膜。
2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于：
所述第一隔膜包括一自由端，所述自由端由所述第一极片、所述第二极片沿卷绕方向的末端向外延伸，所述第二隔膜的第二部分与所述自由端接触。
3.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于：
所述自由端包括由所述第一极片、所述第二极片沿卷绕方向的末端向外延伸的第一段以及与所述第一段连接的第二段，所述第一段卷绕在所述第一极片或所述第二极片上，所述第二段卷绕在所述第一段上，所述第二隔膜设置在所述第一段与所述第二段之间，以使所述第二隔膜的第二部分与所述自由端接触。
4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于：
所述第二隔膜沿所述卷芯轴线方向的宽度大于所述第一隔膜沿所述卷芯轴线方向的宽度。
5.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于：
所述第二隔膜沿所述卷芯轴线方向的两侧分别突出于所述第一隔膜沿所述卷芯轴线方向的两侧。
6.根据权利要求5所述的电芯，其特征在于：
所述第二隔膜与所述第一隔膜沿所述卷芯轴线方向的相应侧边之间的距离为1毫米至2毫米。
7.根据权利要求1至6任一项所述的电芯，其特征在于：
所述壳体包括底壁和侧壁，所述底壁形成所述电芯的安装面，所述底壁和所述侧壁围设形成所述容纳空间，所述第二隔膜抵接所述底壁。
8.根据权利要求1至6任一项所述的电芯，其特征在于：
所述第二隔膜的数量为多个，所述多个第二隔膜层叠设置。
9.根据权利要求1至6任一项所述的电芯，其特征在于：
所述第一隔膜、所述第二隔膜的材料均包括聚乙烯或者聚丙烯。
10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的电芯。
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