CN114583288A - 一种电芯和电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电芯和电池。本发明的电芯为包括依次层叠设置的负极极片、隔膜以及正极极片的卷绕结构，通过对负极极片和正极极片的结构、组成以及尺寸进行限定，使本发明的电芯安全性能更高。
Description
本公开是向中国专利局提交的申请号为201910736498.0，申请日为2019年08月09日，发明创造名称为“一种改善电池内部温升的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种电芯和电池。
背景技术
快充是现在锂离子电池主要发展方向之一，在大倍率充电情况下，电池内部产热增加，导致电池温升急剧上升。电池内部温度过高会对正/负极材料和电解液的稳定性产生影响，温度过高甚至会引起隔膜收缩，造成正、负极接触短路，有巨大的安全隐患。
申请号为201510060477.3的中国发明专利申请公开了一种电芯结构，其结构中正、负极耳位于极片中间的空白区，且阳极极片在卷绕过程中头部插至电芯的端部，为了更好的利用电池内部空间，阳极极片头部会设计成单面涂层区，辊压后由于张力的存在，会有打折风险。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有电池卷芯结构，大倍率充电过程中，由于电池内阻较大，内部产热较多导致电池温升大，温升大会增加电池的安全风险的问题，提供一种改善电池内部温升的方法，利用该方法得到的卷芯结构，可降低电池内阻，进而降低电池温升。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种改善电池内部温升的方法，所述方法具体步骤为：
步骤一：在正、负极极片的极耳焊接区域分别喷涂清洗溶剂，将正、负极极片上喷涂清洗溶剂区域的涂层移除，清洗出一块空白区域，通过焊接方式，将极耳焊接在正、负极极片的空白区域，且在正、负极极片的空白区域的两个相对表面各贴一层绝缘胶层一，且绝缘胶层一将空白区域完全覆盖；
步骤二：负极极片的两个相对表面与正极极片贴有绝缘胶层一相对应的位置贴有一层绝缘胶层二，正极极片的两个相对表面与负极极片贴有绝缘胶层一相对应的位置也贴有一层绝缘胶层二，正、负极极片与隔膜卷绕制成电芯；在卷绕过程中，要使正极极片的绝缘胶层一与负极极片的绝缘胶层二重叠，负极极片的绝缘胶层一与正极极片的绝缘胶层二重叠。
本发明相对于现有技术的有益效果为：
1.极耳焊接在极片中间位置，相当于将电池一分为二，可有效降低电池内阻，减少充放电过程中的电池极化，内阻降低可达40～50％；
2.电池阻值降低，大倍率充电时焦耳热Qj和极化热Qp降低，有效降低电池温升，温升可降低约25％～35％；
3.本发明能有效利用电池内部空间，降低电池厚度，提升电池能量密度，能量密度提升约0.5～1.5％；
4.相对比现有的电芯结构设计，本结构安全性能更高。
附图说明
图1为常规结构卷芯示意图；
图2为本发明的卷芯结构示意图；
图3为正极极片贴胶示意图；
图4为负极极片贴胶示意图；
图5为极片空白区焊接贴胶示意图；
图6为新结构与常规结构电芯内阻对比图；
图7为1.5C充电时电池内部温升示意图；
其中，1-正极极片、2-负极极片、3-隔膜、Z-正极耳、F-负极耳、Z1-正极耳胶纸、F2/F3-负极绝缘胶纸、F1-负极耳胶纸、Z2/Z3-正极绝缘胶纸、d-焊接极耳宽度、l-极耳焊接端长度、C-绝缘胶层超出空白区单侧区、D-空白区域的宽度。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
锂电池在使用过程中内部产热主要来源于四个方面：反应热Qr、焦耳热Qj、极化热Qp和分解热Qs。Qr是锂电池内部化学反应产生的热量，充电时表现为吸热反应，放电时表现为放热反应；Qj是锂电池因内阻损失的热量；Qp是锂电池在充放电过程中由于极化存在产生的热量；Qs是锂电池在自放电过程中或副反应过程中产生的热量。在大倍率充电过程中，电池极化变大，焦耳热Qj和极化热Qp占比增大，产热明显增加。通过以上分析可以看出，大倍率充电时，电池温升主要是由于电池内阻和极化内阻产热引起的，降低电池内阻是改善电池温升，提升大倍率充电的主要解决方式。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种改善电池内部温升的方法，所述方法具体步骤为：
步骤一：在正、负极极片的极耳焊接区域分别喷涂清洗溶剂，溶剂的存在能溶解极片涂层中Binder，使极片涂层与极片基材之间的粘结力降低，粘结力降低之后，采用刮片设备将正、负极极片上喷涂清洗溶剂区域的涂层移除，清洗出一块空白区域，通过焊接方式，将极耳焊接在正、负极极片的空白区域，且在正、负极极片的空白区域的两个相对表面各贴一层绝缘胶层一，且绝缘胶层一将空白区域完全覆盖；具体地，清洗溶剂可以为去离子水、NMP、DMAC、DMF、TEP、DMSO和无水乙醇等；
步骤二：负极极片的两个相对表面与正极极片贴有绝缘胶层一相对应的位置贴有一层绝缘胶层二，正极极片的两个相对表面与负极极片贴有绝缘胶层一相对应的位置也贴有一层绝缘胶层二，正、负极极片与隔膜卷绕制成电芯(具体示意图可参考图3、图4)；在卷绕过程中，要使正极极片的绝缘胶层一与负极极片的绝缘胶层二重叠，负极极片的绝缘胶层一与正极极片的绝缘胶层二重叠。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种改善电池内部温升的方法，所述空白区域的宽度D与极耳宽度d的关系式是，D>d，空白区域的宽度范围为0.5～2.0mm。
具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种改善电池内部温升的方法，正极极片的绝缘胶层一的长度要超出正极极片空白区域长度的4.0～5.0mm，正极极片的绝缘胶层一的宽度要超出正极极片空白区域宽度的4.0～5.0mm。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种改善电池内部温升的方法，负极极片的绝缘胶层一的长度要超出负极极片长度的0.5～2.0mm，负极极片的绝缘胶层一的宽度要超出负极极片宽度的0.5～2.0mm。
具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种改善电池内部温升的方法，在正极极片头部增加5～15mm的空箔，空箔的存在可以缓解单面区张力，来改善头部极片打折问题。
具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种改善电池内部温升的方法，所述绝缘胶层一和绝缘胶层二均为(1)由基材和黏性物质组成的胶纸，如胶带；或(2)能够起到绝缘效果的涂层(不含基材)。
实施例1：
1.选用515974(实验电池型号)作为实验型号，空白组按照常规结构进行设计，即极耳位于正、负极极片头部的空箔上，如图1所示；
2.实验组采用新结构进行设计，首先分别对正极极片1和负极极片2在相应的正极耳Z和负极耳F焊接区域喷涂清洗溶剂，然后采用刮片设备将焊接区域内的涂层移除，裸露出极片基材，形成可焊接极耳的空白区域，空白区域的大小可根据极耳宽度d和极耳焊接端的长度l进行调整，如图5所示，空白区域的宽度D略大，在宽度方向上，保证空白区域的边缘与极耳的距离为0.5～2.0mm，以保证极耳可以焊接在空白区域，而不会因为公差的存在导致极耳焊在涂层上而产生虚焊等安全风险。
3.正极耳Z和负极耳F焊接完成后，在正极耳Z和负极耳F上、下表面分别贴一绝缘胶层，形成胶纸，正极耳胶纸Z1长度和宽度方向单侧均需超出空白区域约4.0～5.0mm；负极耳胶纸F1长度和宽度方向单侧均需超出空白区域约1.0～2.0mm；与正极耳Z对应的负极极片2位置亦需贴正极绝缘胶纸Z2、Z3，卷绕后Z2和Z3这两道胶纸将正好与正极耳Z重叠，起到保护作用，该绝缘胶层长度和宽度方向需超出空白区域单侧约1.0～2.0mm；与负极耳F对应的正极极片1位置亦需贴绝缘胶F2、F3，卷绕后F2各F3这两道胶纸将正好与负极耳F重叠，起到保护作用，该绝缘胶层长度和宽度方向需超出空白区域单侧约4.0～5.0mm；此种贴胶方式可保证负极涂层延伸到正极的保护胶纸内2.0～4.0mm，以保证在充放电过程中，锂离子可完全嵌入到负极中，否则，锂离子可能在负极胶纸表面析出，形成锂枝晶，影响电池性能及产生严重的安全隐患，具体贴胶方式可参考图3和图4。
4.将正极极片1、隔膜3、负极极片2、隔膜3，依次排列，按逆时针方向进行卷绕，因负极耳F焊接在极片中间，负极头部单面区因辊压应力存在易卷曲，故在其头部预留5～15mm空箔缓解应力，卷绕时负极最内折极片折膏1～2mm，与此同时，正极头部采用切两刀方式，去掉常规结构头部空箔，此时正极极片1可以插至卷芯内折端部，提升了电池空间利用率，具体可参考图2。
5.卷绕完成后，后续按照正常工艺生产，后续收集过程中制程数据和对电池性能进行报检，对比效果。
从图6的测试数据可以看出，采用新结构的电芯，电池内阻由35.7mΩ降低到19.7mΩ，内阻降低约为45％；从图7温升测试数据可以看出，电池在1.5C充放电时，新结构能明显改善电池温升性能，充电温升均值降低3.9℃，放电温升均值降低4.8℃，百分比分别为26％和31.2％，效果非常明显。
Claims (10)
1.一种电芯，其特征在于，所述电芯为具有卷绕头部和卷绕尾部的卷绕结构，所述卷绕头部位于所述卷绕结构的内部，所述卷绕尾部位于所述卷绕结构的外部；所述电芯包括层叠设置的负极极片、隔膜以及正极极片；
所述负极极片包括负极集流体本体、负极集流体延伸部和负极活性层，所述负极活性层设置在所述负极集流体本体的部分表面，其中，负极集流体延伸部为负极集流体本体靠近所述卷绕头部的一端为起始延伸形成，所述负极集流体延伸部的长度为5～15mm；所述负极活性层包括邻接所述负极集流体延伸部的头部负极活性层，所述头部负极活性层的任意两个位置的延伸方向均一致，所述头部负极活性层的长度为1～2mm；
所述负极集流体本体包括位于所述负极集流体本体两侧且相互对应的两个负极极片空白区域，两个所述负极极片空白区域分别被所述负极极片的绝缘胶层一覆盖，且其中一个所述负极极片空白区域和所述负极极片的绝缘胶层一之间设置有负极极耳；
所述正极极片包括正极集流体本体和设置在所述正极集流体本体部分表面的正极活性层，所述正极活性层包括头部正极活性层，所述头部正极活性层覆盖位于所述卷绕头部的所述正极集流体本体的表面，所述正极集流体本体包括位于所述正极集流体本体两侧且相互对应的两个正极极片空白区域，两个所述正极极片空白区域分别被正极极片的绝缘胶层一覆盖，且其中一个所述正极极片空白区域和所述正极极片的绝缘胶层一之间设置有正极极耳；
所述负极极片还包括分别设置于所述负极极片两侧的负极绝缘胶层二，且负极绝缘胶层二与所述正极极片的绝缘胶层一重叠；
所述正极极片还包括分别设置于所述正极极片两侧的正极绝缘胶层二，且正极绝缘胶层二与所述负极极片的绝缘胶层一重叠。
2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述负极极片空白区域位于负极集流体的中间位置，所述负极集流体为所述负极集流体本体和负极集流体延伸部的集合；
所述正极极片空白区域位于所述正极集流体本体的中间位置。
3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述负极极片空白区域的宽度D、所述正极极片空白区域的宽度D、所述负极极耳宽度d和正极极耳宽度d的关系式是，D>d，所述负极极片空白区域的宽度范围为0.5～2.0mm，所述正极极片空白区域的宽度范围为0.5～2.0mm。
4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极极片的绝缘胶层一的长度要超出正极极片空白区域长度的4.0～5.0mm，所述正极极片的绝缘胶层一的宽度要超出正极极片空白区域宽度的4.0～5.0mm。
5.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，负极极片的绝缘胶层一的长度要超出负极极片空白区域长度的0.5～2.0mm，负极极片的绝缘胶层一的宽度要超出负极极片空白区域宽度的0.5～2.0mm。
6.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述负极极片的绝缘胶层一的长度要超出负极极片空白区域长度的1.0～2.0mm，负极极片的绝缘胶层一的宽度要超出负极极片空白区域宽度的1.0～2.0mm。
7.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述负极绝缘胶层二的长度超出正极极片空白区域长度的1.0～2.0mm，所述负极绝缘层二的宽度超出正极极片空白区域宽度的1.0～2.0mm。
8.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极绝缘胶层二的长度超出负极极片空白区域长度的4.0～5.0mm，所述正极绝缘层二的宽度超出正负极极片空白区域宽度的4.0～5.0mm。
9.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述负极极片的绝缘胶层一、正极极片的绝缘层一、负极绝缘胶层二和正极绝缘层二均为由基材和黏性物质组成的胶纸，或，能够起到绝缘效果的涂层。
10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-9任一项所述的电芯。
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