CN114300816B - 一种电池极芯及电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池技术领域，提供一种电池极芯及电池，其中电池极芯包括第一极体和第二极体，所述第一极体和所述第二极体分别为电极材料体，所述第一极体上设有至少一个容置腔，所述第二极体设在所述容置腔内，且所述第一极体和所述第二极体绝缘连接。本发明提供的一种电池极芯及电池，将第二极体直接插置设在第一极体内，可省去卷绕、叠片等复杂的极芯制造工艺，便于设置，有利于提高生产效率；且设置第一极体和第二极体直接由电极材料成型，可无需设置集流体材料，进一步降低了工艺复杂度，同时降低了制造成本，且有利于增大电极材料的设置空间，增加能量密度。

Description

一种电池极芯及电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池极芯及电池。

背景技术

现有电池主要分为圆柱电池和方形电池。圆柱电池的结构包括壳体和极芯，极芯放在壳体中，极芯是由正负极片复合后卷绕形成的，正极片和负极片分别引出极耳与壳体连接。方形电池结构的原理与圆柱电池类似，结构形状有差别。由于壳体内腔的形状不同，方形电池内的极芯可以采用卷绕的形式形成，也可以采用叠片的形式形成。

现有技术中，无论什么形式的电池，极芯中的正极片、负极片通常通过在集流体上涂覆活性材料层构成，集流体一般为铜箔或铝箔带材，集流体的作用是承载涂覆的活性材料层。现有电池无论是卷绕形式的极芯还是叠片形式的极芯，均存在生产工艺复杂，对生产精度要求高，生产成本高的问题。

发明内容

本发明提供一种电池极芯及电池，用以解决现有技术中电池无论是卷绕形式的极芯还是叠片形式的极芯，均存在生产工艺复杂，对生产精度要求高，生产成本高的问题。

本发明提供一种电池极芯，包括第一极体和第二极体，所述第一极体和所述第二极体分别为电极材料体，所述第一极体上设有至少一个容置腔，所述第二极体设在所述容置腔内，且所述第一极体和所述第二极体绝缘连接。

根据本发明提供的电池极芯，所述第二极体的形状与所述容置腔匹配，且所述第二极体的外部至少在与所述第一极体相接的部位包裹设有隔膜。

根据本发明提供的电池极芯，所述容置腔至少贯穿所述第一极体的一端，所述第二极体的至少一端对应伸出所述容置腔。

根据本发明提供的电池极芯，所述第一极体上设有多个所述容置腔，多个所述容置腔相互平行，且多个所述容置腔在所述第一极体的截面上均匀分布。

根据本发明提供的电池极芯，所述第一极体和所述第二极体中的一个为正极极芯，另一个为负极极芯，所述正极极芯和所述负极极芯的质量比为2:1-4:1。

本发明还提供一种电池，包括上述电池极芯，还包括壳体，所述电池极芯设在所述壳体的内部。

根据本发明提供的电池，所述壳体的至少一端设为敞口状且在敞口处连接有端盖，所述第一极体和所述第二极体从所述壳体的两端对应引出或者从所述壳体的同一端分别引出。

根据本发明提供的电池，所述壳体的第一端为敞口状且在第一端连接有所述端盖，所述壳体的第二端设有底壁，所述第一极体与所述底壁相连引出，所述第二极体与所述端盖相连引出。

根据本发明提供的电池，所述端盖、所述壳体的侧壁和所述壳体的底壁分别为导电体，所述端盖与所述壳体之间绝缘密封连接。

根据本发明提供的电池，所述第一极体和所述端盖之间间隔设置，且所述壳体的内壁在靠近第一端处设有限位部，所述限位部沿所述壳体的周向设置，所述限位部位于所述端盖和所述第一极体之间。

本发明提供的一种电池极芯及电池，将第二极体直接插置设在第一极体内，可省去卷绕、叠片等复杂的极芯制造工艺，便于设置，有利于提高生产效率；且设置第一极体和第二极体直接由电极材料成型，可无需设置集流体材料，进一步降低了工艺复杂度，同时降低了制造成本，且有利于增大电极材料的设置空间，增加能量密度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的电池极芯在壳体内设置的结构示意图；

图2是本发明提供的第一极体的第一截面示意图；

图3是本发明提供的第一极体的第二截面示意图；

图4是本发明提供的第一极体的第三截面示意图；

附图标记：

1：第一极体； 2：第二极体； 3：壳体；

31：限位部； 4：端盖； 5：注液口；

6：防爆阀； 7：绝缘密封件； 11：圆形第一极体；

12：矩形第一极体； 21：圆形第二极体； 22：六边形第二极体；

23：方形第二极体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图4描述本发明的电池极芯及电池。

参考图1，本实施例提供一种电池极芯，该电池极芯包括第一极体1和第二极体2，所述第一极体1和所述第二极体2分别为电极材料体，所述第一极体1上设有至少一个容置腔，所述第二极体2设在所述容置腔内，且所述第一极体1和所述第二极体2绝缘连接。第一极体1和第二极体2一个为正极极芯，另一个为负极极芯。

本实施例中直接由电极材料形成第一极体1和第二极体2，即第一极体1和第二极体2分为由电极材料制造成型。电极材料体即由电极材料制造成型的极体；电极材料即导电活性材料，可用来形成电极。第二极体2采用设置在第一极体1的容置腔内的形式，即第二极体2插置在第一极体1内，第一极体1和第二极体2之间保持绝缘。

本实施例提供的电池极芯，将第二极体2直接插置设在第一极体1内，可省去卷绕、叠片等复杂的极芯制造工艺，便于设置，有利于提高生产效率；且设置第一极体1和第二极体2直接由电极材料成型，可无需设置集流体材料，进一步降低了工艺复杂度，同时降低了制造成本，且有利于增大电极材料的设置空间，增加能量密度。

进一步地，第一极体1和第二极体2可通过电极材料挤压或压实成型。第一极体1可在成型过程中通过模具一体形成容置腔。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述第二极体2的外部至少在与所述第一极体1相接的部位包裹设有隔膜。即第二极体2的外部可包裹设置隔膜，用于实现第二极体2和第一极体1之间的绝缘。具体在第二极体2与第一极体1相接触的部位需要包裹设置隔膜，将第二极体2和第一极体1绝缘隔开；在第二极体2不与第一极体1接触的部位，可根据实际需要选择性设置隔膜。

进一步地，所述第二极体2的形状与所述容置腔匹配。即第二极体2的外壁可与容置腔的内壁匹配，第二极体2在容置腔内部可与容置腔的内壁相接，使得第一极体1和第二极体2相接，有利于提高极芯的密实度和稳定性。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，所述容置腔至少贯穿所述第一极体1的一端，所述第二极体2的至少一端对应伸出所述容置腔。容置腔贯穿第一极体1的一端，即容置腔在第一极体1的一端与外部贯通，在第一极体1的一端容置腔呈开口状，使得第二极体2能够从第一极体1的一端伸出。设置第二极体2从第一极体1的端部伸出，便于第二极体2与电池的电连接部相连，从而通过电连接部引出电流。电池的电连接部例如可为极柱等结构，用于在电池使用时连接用电器件。

具体的，容置腔可贯穿第一极体1的一端，第二极体2在第一极体1的一端伸出；容置腔也可贯穿第一极体1的两端，即容置腔贯穿整个第一极体1，第二极体2可在第一极体1的两端分别伸出；具体不做限定，可根据实际需要灵活设置。

进一步地，所述第一极体1上设有多个所述容置腔，多个所述容置腔相互平行。设置多个容置腔用来放置多个第二极体2，有利于提高第二极体2的能量密度；且多个第二极体2分布在第一极体1内部，还有利于提高极芯的稳定性。优选的，多个所述容置腔在所述第一极体1的截面上均匀分布。

进一步地，容置腔的截面形状包括圆形、多边形或其他任何规则或不规则的形状，具体不做限定。第一极体1的截面形状同样不做限定。参考图2，本实施例中第一极体1的截面形状可为圆形，即设为圆形第一极体11；容置腔以及第二极体2的截面形状同样可为圆形，即设置为圆形第二极体21。参考图3，在另一实施例中第一极体1的截面形状可为圆形，即设为圆形第一极体11；容置腔以及第二极体2的截面形状可为六边形，即设置为六边形第二极体22。参考图4，在又一实施例中第一极体1的截面形状可为矩形，即设为矩形第一极体12；容置腔以及第二极体2的截面形状可为方形，即设置为方形第二极体23。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述第一极体1和所述第二极体2中的一个为正极极芯，另一个为负极极芯，所述正极极芯和所述负极极芯的质量比为2:1-4:1。即正极极芯和负极极芯的电极材料用料比例为2:1-4:1；电极材料即电极活性材料。可根据该用料比例来具体设置容置腔的数量和尺寸。正极极芯和负极极芯的该用料比例有利于更好更稳定的实现电池功能。

进一步地，正极极芯的材质包括锂合金金属氧化物；具体的，正极极芯的材质可包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝三元或镍钴锰三元。负极极芯的材质包括石墨、锂金属、锂合金、硅碳负极或氧化物负极材料。正极极芯和负极极芯的该材质可形成锂电池极芯。

在一个具体应用实例中，设置正极极芯为磷酸铁锂极体，即由磷酸铁锂制造成型；设置负极极芯为石墨极体，即由石墨制造成型；磷酸铁锂极体和石墨极体的质量比优选可为2.5:1。

进一步地，可设置第一极体1为负极极芯，设置第二极体2为正极极芯；也可设置第一极体1为正极极芯，第二极体2为负极极芯；具体不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种电池，该电池包括上述任一项实施例所述的电池极芯，还包括壳体3，所述电池极芯设在所述壳体3的内部。该电池结构和制造工艺简单，生产效率高；且电池极芯省去了集流体材料，还有利于降低成本，以及增加能量密度。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述壳体3的至少一端设为敞口状且在敞口处连接有端盖4，在壳体3的至少一端设置敞口可便于极芯的设置，敞口处可连接端盖4以实现壳体3的密封。可在壳体3一端设置敞口并设置端盖4，也可在壳体3的两端均设置敞口并分别连接端盖4，具体不做限定。

第一极体1和第二极体2可连接至壳体3或端盖4引出；即第一极体1和第二极体2可连接至壳体3或端盖4以引出电流。可在壳体3或端盖4上设置电连接部或者直接设置壳体3或端盖4作为电连接部，第一极体1和第二极体2可连接至电连接部，以能够引出电流。具体的，所述第一极体1和所述第二极体2从所述壳体3的两端对应引出或者从所述壳体3的同一端分别引出。即在一个实施例中，第一极体1可从壳体3的一端引出，第二极体2从壳体3的另一端引出。在另一个实施例中，还可将第一极体1和第二极体2均从壳体3的同一端引出；具体不做限定，保持第一极体1和第二极体2之间的绝缘即可。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，本实施例中所述壳体3的第一端为敞口状且在第一端连接有所述端盖4，所述壳体3的第二端设有底壁，所述第一极体1与所述底壁相连引出，所述第二极体2与所述端盖4相连引出。本实施例中第一极体1和第二极体2从壳体3的两端对应引出。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述端盖4、所述壳体3的侧壁和所述壳体3的底壁分别为导电体，所述端盖4与所述壳体3之间绝缘密封连接。第一极体1可直接与底壁相接触从而通过底壁引出电流；此时底壁可作为电连接部。第二极体2可直接与端盖4接触从而通过端盖4引出电流；此时端盖可作为电连接部。第二极体2在与端盖4接触的部位可不设置隔膜，以便于二者导电接触。端盖4与壳体3之间绝缘，可实现第一极体1和第二极体2之间的绝缘。

进一步地，本实施例中第一极体1上的容置腔可贯穿第一极体1靠近端盖4的一端，第二极体2伸出第一极体1靠近端盖4的一端与端盖4相接。第一极体1靠近端盖4的一端与端盖4之间可间隔设置，以实现绝缘。进一步地，在容置腔贯穿第一极体1靠近底壁的一端时，第二极体2在靠近底壁的一端包裹设有隔膜，以实现第二极体2和底壁之间的绝缘。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述第一极体1和所述端盖4之间间隔设置，且所述壳体3的内壁在靠近第一端处设有限位部31，所述限位部31沿所述壳体3的周向设置，所述限位部31位于所述端盖4和所述第一极体1之间。即端盖4和第一极体1位于限位部31的两侧，使得端盖4和第一极体1保持间隔设置，防止第一极体1和端盖4接触导通。限位部31可对第一极体1和端盖4的位置进行限制固定，既有利于保持第一极体1位置的稳定性，同时对第一极体1和端盖4之间的间隔进行限定，有利于保证第一极体1和端盖4之间的绝缘。

进一步地，所述壳体3靠近第一端的部位朝向所述壳体3内部凹陷形成所述限位部31。本实施例中限位部31由壳体3一体凹陷形成。进一步地，限位部31可沿壳体3的周向设置一圈，也可沿壳体3的周向间隔设置若干个限位部31，具体不做限定。在其他实施例中，限位部31也可通过其他形式形成，例如可在壳体3的内壁上连接凸台形成限位部31，具体不做限定。参考图1，本实施例中限位部31的截面形状为矩形，在其他实施例中，限位部31的截面形状也可为其他形状，具体不做限定。

进一步地，第一极体1的形状可与壳体3的形状匹配；第一极体1与壳体3的内壁相接。有利于提高壳体3内极芯的稳定性。

进一步地，端盖4与壳体3之间可设置绝缘密封件7，例如绝缘密封垫片或密封圈等，以实现端盖4和壳体3之间的绝缘密封。进一步地，所述端盖4上还设有注液口5和/或防爆阀6。注液口5可用于在极芯封装之后向壳体内部注入电解液。

在其他实施例中，端盖4和/或壳体3也可设为绝缘体；此时，第一极体1可穿过端盖4或壳体3引出，第二极体2可同样穿过端盖4或壳体3引出。可在端盖4或壳体3上设置电连接部例如极柱；第一极体1可穿过端盖4或壳体3与电连接部连接以引出电流；第二极体2同样可穿过端盖4或壳体3与电连接部连接以引出电流。例如，参考图1所示电池结构，在端盖4为绝缘体时，第二极体2可穿过端盖4引出；在壳体3的底壁为绝缘体时，第一极体1可设置引出部，引出部可穿过底壁引出。

在其他实施例中，第一极体1和第二极体2也可从壳体3的同一端分别引出。例如，参考图1所示电池结构，在端盖4为导电体时，可设置第二极体2与端盖4直接接触引出，设置第一极体1穿过端盖4引出且保持第一极体1和端盖4之间的绝缘，即可实现第一极体1和第二极体2从壳体3的同一端引出。还可设置端盖4为绝缘体，第一极体1和第二极体2分别穿过端盖4引出实现第一极体1和第二极体2从壳体3同一端的引出。端盖4和壳体3的具体材质以及第一极体1和第二极体2的具体引出部位可根据实际需要灵活设置，不做具体限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种具体应用实例，本实施例提供一种电池，该电池的极芯采用蜂窝状活性材料插正极棒的结构，具体包括壳体3、第一极体1、第二极体2，隔膜；壳体3一端或两端设有敞开口，对应一端或两端有端盖4；第一极体1设置于壳体3空腔内，并进行限位固定；第一极体1由导电活性材料制成，可压实成型，无需设置集流体，制成形状有多种，只要能适应壳腔体形状就行；第一极体1上间隔开至少一个容置腔，容置腔内用来插入第二极体2，第二极体2的外表面被隔膜包裹，第二极体2顶部露出，用来和端盖4抵接。第一极体1外表面直接与壳体3底部以及壳体3侧壁抵接；顶部端盖4与壳体3之间设置绝缘层。

具体地，容置腔的截面形状可为圆形，正六边形或矩形，形状多种，具体不限。第一极体1为负极，第二极体2为正极。正极和负极活性材料用料比例2:1-4:1。第二极体2形状与容置腔形状相同；壳体3顶部或底部设防爆阀6；壳体3顶部或底部设注液口5；壳体3形状可不同，容置腔形状也有多种。使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质。负极材料举例：多采用石墨。另外锂金属、锂合金、硅碳负极、氧化物负极材料等也可用于负极。正极材料举例：钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝三元、镍钴锰三元。

实施例1：参考图2，容置腔的截面形状为圆形。实施例2：参考图3，容置腔的截面形状为正六边形。实施例3：参考图4，容置腔的截面形状为矩形。容置腔可在第一极体1上均布，或者呈类似九宫格方式布置。

本实施例提供的电池省去了卷绕、叠片等复杂的极芯制造工艺，工艺简单，生产效率高。省去了集流体材料，降低了成本。省去集流体，腾出了更多的空间填充活性材料，在电池中真正发挥导电作用的是活性材料层，增加了能量密度。第二极体2为正极可采用正极棒，多个正极棒，同时与正极端盖4连接，热量分散，相对于汇流片汇流后与端盖4电连接的方案，电池发热不集中，散热好。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种电池，其特征在于，包括电池极芯，所述电池极芯包括第一极体和第二极体，所述第一极体和所述第二极体分别为电极材料体，电极材料体为由电极材料制造成型的极体，电极材料为导电活性材料，直接由导电活性材料形成第一极体和第二极体，所述第一极体上设有至少一个容置腔，所述第二极体设在所述容置腔内，且所述第一极体和所述第二极体绝缘连接；

还包括壳体，所述电池极芯设在所述壳体的内部，所述壳体的至少一端设为敞口状且在敞口处连接有端盖，所述第一极体和所述第二极体从所述壳体的两端对应引出；

所述第一极体和第二极体可连接至所述壳体或所述端盖引出电流，所述端盖、所述壳体和所述壳体底壁分别为导电体，所述端盖与所述壳体之间绝缘密封连接，直接设置壳体或端盖作为电连接部，第一极体和第二极体直接连接至电连接部；

所述第一极体可直接与所述底壁相接触，通过所述底壁引出电流，底壁作为电连接部；

所述第二极体可直接与所述端盖相接触，通过所述端盖引出电流，端盖作为电连接部。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第二极体的形状与所述容置腔匹配，且所述第二极体的外部至少在与所述第一极体相接的部位包裹设有隔膜。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述容置腔至少贯穿所述第一极体的一端，所述第二极体的至少一端对应伸出所述容置腔。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一极体上设有多个所述容置腔，多个所述容置腔相互平行，且多个所述容置腔在所述第一极体的截面上均匀分布。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的电池，其特征在于，所述第一极体和所述第二极体中的一个为正极极芯，另一个为负极极芯，所述正极极芯和所述负极极芯的质量比为2:1-4:1。

6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述壳体的第一端为敞口状且在第一端连接有所述端盖，所述壳体的第二端设有底壁，所述第一极体与所述底壁相连引出，所述第二极体与所述端盖相连引出。

7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，其特征在于，所述第一极体和所述端盖之间间隔设置，且所述壳体的内壁在靠近第一端处设有限位部，所述限位部沿所述壳体的周向设置，所述限位部位于所述端盖和所述第一极体之间。