CN114883633A - 一种电芯、电池模组和电池包 - Google Patents

一种电芯、电池模组和电池包 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电芯、电池模组和电池包，涉及电芯技术领域；该电芯包括壳体、卷芯和电解液，卷芯和电解液设置于壳体内，卷芯通过层叠设置的正极片、隔离膜及负极片叠片或卷绕成型；正极片包括正极集流体和正极活性材料，负极片包括负极集流体和负极活性材料，正极集流体与负极集流体二者中至少一者为复合集流体，复合集流体包括绝缘支撑层和至少设置于所述绝缘支撑层一侧的导电层；单个复合集流体的绝缘支撑层的厚度为A，单位为um；隔离膜厚度为B，单位为um；正极活性材料层的厚度为C，负极活性材料层的厚度为D，单位均为mm；A、B、C以及D满足0.3≤A*B*(C+D)≤240。该电芯具有能量密度高、安全性能高的优点。

Description

一种电芯、电池模组和电池包
技术领域
本发明涉及电芯技术领域，具体而言，涉及一种电芯、电池模组和电池包。
背景技术
目前锂离子电芯的极片所用的正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔。铜箔和铝箔具有优良的导电性，但是电芯受到针刺、挤压等损伤时，电芯内部容易短路，引起电芯热失控。针刺实验是用于模拟锂离子电池内短路的一种方法，其基本原理是利用一根金属针，以一定的速度缓慢的插入到锂离子电池的内部，通过刺穿隔膜，引起正负极短路，通过人为的在电池内部制造短路点，模拟电池遭受导电异物刺穿而引起的短路现象，从而验证动力电池的安全性；在挤压测试中，是将电池放置于两个平面内，垂直于极板方向给与压力进行挤压，随着积压的不断进行，隔膜变形程度的不断新增，最终达到失效点，引起正负极短路，短路点的温度急剧上升，因此很容易引发热失控。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能量密度高、安全性能高的电芯、电池模组和电池包。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种电芯，包括：
壳体、卷芯和电解液，卷芯和电解液设置于壳体内，卷芯通过层叠设置的正极片、隔离膜以及负极片叠片或卷绕成型；正极片包括正极集流体和涂覆于正极集流体上的正极活性材料，负极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体上的负极活性材料，正极集流体与负极集流体二者中的至少一者为复合集流体，复合集流体包括绝缘支撑层和至少设置于所述绝缘支撑层一侧导电层；单个复合集流体的绝缘支撑层的厚度为A，单位为um；隔离膜厚度为B，单位为um；正极活性材料涂覆于正极集流体辊压后形成的正极活性材料层的厚度为C，单位为mm；负极活性材料涂覆于负极集流体辊压后形成的负极活性材料层的厚度为D，单位为mm；
绝缘支撑层的厚度A、隔离膜厚度B、正极活性材料层的厚度C以及负极活性材料层的厚度D满足0.3≤A*B*(C+D)≤240。
在可选的实施方式中，绝缘支撑层的厚度A、隔离膜厚度B、正极活性材料层的厚度C以及负极活性材料层的厚度D满足6.16≤A*B*(C+D)≤22。
在可选的实施方式中，绝缘支撑层的厚度A的范围为1-30um；
优选地，绝缘支撑层的厚度A的范围为5-15um。
在可选的实施方式中，隔离膜的厚度B的范围为5-20um；
优选地，隔离膜的厚度B的范围为9-15um。
在可选的实施方式中，正极活性材料层的厚度C的范围为0.03-0.2mm；
优选地，正极活性材料层的厚度C的范围为0.03-0.08mm。
在可选的实施方式中，负极活性材料层的厚度D的范围为0.03-0.2mm；
优选地，负极活性材料层的厚度D的范围为0.04-0.09mm。
在可选的实施方式中，正极集流体和负极集流体均为复合集流体；
且当复合集流体为正极集流体时，绝缘支撑层的材料为有机聚合物材料或掺陶瓷的聚合物，导电层为铝箔层；当复合集流体为负极集流体时，绝缘支撑层的材料为有机聚合物材料或掺陶瓷的聚合物，导电层为铜箔层。
在可选的实施方式中，正极活性材料包括磷酸锂铁、镍钴锰酸锂、钴酸锂或锰酸锂；
和/或，
负极活性材料包括石墨、石墨烯、钛基材料、锡基材料、硅基材料或氮化物材料。
第二方面，本发明提供一种电池模组，包括前述实施方式中任一项的电芯。
第三方面，本发明提供一种电池包，包括前述实施方式中任一项的电芯；或者，包括前述实施方式的电池模组。
本发明的实施例至少具备以下优点或有益效果：
本发明的实施例提供了一种电芯，其包括壳体、卷芯和电解液，卷芯和电解液设置于壳体内，卷芯通过层叠设置的正极片、隔离膜以及负极片叠片或卷绕成型；正极片包括正极集流体和涂覆于正极集流体上的正极活性材料，负极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体上的负极活性材料，正极集流体与负极集流体二者中的至少一者为复合集流体，复合集流体包括绝缘支撑层和至少设置于绝缘支撑层一侧的导电层；单个复合集流体的绝缘支撑层的厚度为A，单位为um；隔离膜厚度为B，单位为um；正极活性材料涂覆于正极集流体辊压后形成的正极活性材料层的厚度为C，单位为mm；负极活性材料涂覆于负极集流体辊压后形成的负极活性材料层的厚度为D，单位为mm；绝缘支撑层的厚度A、隔离膜厚度B、正极活性材料层的厚度C以及负极活性材料层的厚度D满足0.3≤A*B*(C+D)≤240。
一方面，该电芯的正极集流体为复合集流体，复合集流体是绝缘支撑层与导电层复合后得到的复合结构，其可降低集流体的重量，提升电芯的重量能量密度；同时，通过增加绝缘层的厚度，可以提高电芯内部异物刺穿时的抗形变能力，使得被针刺时导电层产生的毛刺较小，从而使得短路电阻增大，产生的热量较小，不易发生内部短路，进而可以降低电芯内短路失控的风险，提高电芯安全。另一方面，在正极片和负极片同等厚度下，导电层的厚度越小，毛刺更小，短路电阻更大，产生的热量较小，更不容易发生热失控，而在同等导电层厚度情况下，绝缘支撑层越厚，阻挡导电层毛刺的能力越强，也越不容易发生热失控。同时，隔离膜的厚度越厚，阻挡导电层毛刺的能力也越强，也越不容易发生热失控。另外，正极活性材料以及负极活性材料越厚，其阻挡正负极导电层接触短路的能力则越强，也越不容易发生热失控。因而，该电芯通过对绝缘支撑层的厚度A、隔离膜厚度B、正极活性材料层的厚度C以及负极活性材料层的厚度D四者关系的限制，将四者的选择范围有机统一，能有效地提高电芯的安全性能。
本发明的实施例还提供了一种电池模组和电池包，其均包括上述的电芯。因此，该电池模组也具有能量密度高和安全性能高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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为本发明的实施例提供的卷芯的结构示意图；
图2为本发明的实施例提供的正极片的结构示意图；
图3为本发明的实施例提供的负极片的结构示意图；
图4为本发明的实施例提供的电芯的复合集流体的结构示意图。
图标：50-复合集流体；60-卷芯；501-绝缘支撑层；502-导电层；503-正极片；504-负极片；505-正极活性材料层；506-负极活性材料层；507-隔离膜。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。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。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
相关技术中，锂离子电芯的极片所用的正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔。铜箔和铝箔具有优良的导电性，但是电芯受到针刺、挤压等损伤时，电芯内部容易短路，引起电芯热失控。
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种采用复合集流体的电芯，此电芯可以是方形铝壳、软包，叠片，圆柱，并且对绝缘支撑层的厚度A、隔离膜厚度B、正极活性材料层的厚度C以及负极活性材料层的厚度D四者的关系进行了限定，能在充分提高电芯的安全性能。在本发明的实施例中，选用方形铝壳电池，下面对该电芯的结构以及性能进行详细地介绍。
图1为本发明的实施例提供的卷芯60的结构示意图；图2为本发明的实施例提供的正极片503的结构示意图；图3为本发明的实施例提供的负极片504的结构示意图；图4为本发明的实施例提供的电芯的复合集流体50的结构示意图。本实施例提供的电池包括壳体、卷芯60和电解液。其中，壳体为铝壳，卷芯60和电解液设置于壳体内，卷芯60通过层叠设置的正极片503、隔离膜507(PE和/或PP材质)以及负极片504叠片或卷绕成型，正极片503连接设置有正极耳，负极片504连接设置有负极耳，壳体上具有正极柱和负极柱，正极耳与正极柱电连接，负极柱与负极耳电连接，以保证电芯充放电作业的正常进行。
同时，在本发明的实施例中，正极片503和负极片504均为图1至3所示的复合结构。正极片503包括正极集流体和涂覆于正极集流体上的正极活性材料，正极活性材料的活性颗粒可选择为磷酸锂铁、镍钴锰酸锂(三元锂)、钴酸锂、锰酸锂等材料，正极活性材料中的活性颗粒的含量不低于94％，且正极活性材料辊压后形成正极活性材料层505。负极片504包括负极集流体和涂覆于负极集流体上的负极活性材料，负极活性材料的活性颗粒可选择为石墨、石墨烯、钛基材料、锡基材料、硅基材料或氮化物材料等材料，且负极活性材料中的活性颗粒的含量不低于93％，负极活性材料辊压后形成负极活性材料层506。当然，在其他实施例中，也可以仅仅只将正极片503的正极集流体设置为复合集流体50，此时负极集流体为铜箔，本实施例不做限定。
并且，在本发明的实施例中，无论是正极片503还是负极片504，其复合集流体50均包括绝缘支撑层501和分别设置于绝缘支撑层501两侧的两层导电层502。且如图2所示，当正极片503的绝缘支撑层501的两侧分别设置一层导电层502时，每层导电层502的外侧均设置有一层正极活性材料层505，又如图3所示，当负极片504的绝缘支撑层501的两侧分别设置一层导电层502时，每层导电层502的外侧均设置有一层负极活性材料层506。当然，在其他实施例中，也可以仅仅在绝缘支撑层501的一侧单独设置一层导电层502，本实施例不再赘述。
其中，当绝缘支撑层501的两侧均设置有导电层502时，正极片503和负极片504的单个的绝缘支撑层501的厚度既可以设置为相同，也可以设置为不同，无论其是否相同，其均满足下述公式要求，且本实施例中正极片503和负极片504的单个的绝缘支撑层501的厚度相同，且均为A，单位为um，可采用千分尺测量得到。正极片503和负极片504的两层导电层502也既可以选择为相同，也可以选择为不同，本发明的实施例中，正极片503和负极片504的导电层502的厚度均相同，且均采用千分尺测量得到。正极活性材料涂覆于正极集流体辊压后形成的正极活性材料层505的厚度为C，单位为mm，负极活性材料涂覆于负极集流体辊压后形成的负极活性材料层506的厚度为D，单位也为mm，C和D也可以采用千分尺测量得到。隔离膜507的种类为PE或PP，或PE与PP的复合物，厚度为B，单位为um，也可以通过千分尺测量得到。
无论正负极片504的集流体是否均为复合集流体50，也无论正负极片504的绝缘支撑层501、导电层502的厚度是否相同，在本发明的实施例中，单个绝缘支撑层501的厚度A、隔离膜507厚度B、正极活性材料层505的厚度C以及负极活性材料层506的厚度D满足0.3≤A*B*(C+D)≤240。其中，无论是正极片503的绝缘支撑层501的厚度A还是负极片504的绝缘支撑层501的厚度A均满足此公式需求。
一方面，该电芯的正极集流体和负极集流体均为复合集流体50，复合集流体50是绝缘支撑层501与导电层502复合后得到的复合结构，其可降低集流体的重量，提升电芯的重量能量密度；同时，通过增加单个绝缘支撑层501的厚度，可以提高电芯内部异物刺穿时的抗形变能力，使得被针刺时导电层502产生的毛刺较小，从而使得短路电阻增大，产生的热量较小，不易发生内部短路，进而可以降低电芯内短路失控的风险，提高电芯安全。
另一方面，在正极片503和负极片504同等厚度下，导电层502的厚度越小，毛刺更小，短路电阻更大，产生的热量较小，更不容易发生热失控，而在同等导电层502厚度情况下，绝缘支撑层501越厚，阻挡导电层502毛刺的能力越强，也越不容易发生热失控。同时，隔离膜507的厚度越厚，阻挡导电层502毛刺的能力也越强，也越不容易发生热失控。另外，正极活性材料以及负极活性材料越厚，其阻挡正负极导电层502接触短路的能力则越强，也越不容易发生热失控。因此，如何调节绝缘支撑层501的厚度A、隔离膜507厚度B、正极活性材料层505的厚度C以及负极活性材料层506的厚度D四者关系，将会直接影响到电芯的安全性能。本发明的实施例通过对电芯的对绝缘支撑层501的厚度A、隔离膜507厚度B、正极活性材料层505的厚度C以及负极活性材料层506的厚度D四者关系的限制，将四者的选择范围有机统一，能有效地提高电芯的安全性能。
需要说明的是，在本发明的实施例中，正极集流体和负极集流体的绝缘支撑层501的材料均可选择为有机聚合物材料(例如PET材质)或掺陶瓷的聚合物。正极集流体的导电层502可选择为铝箔层。负极集流体的导电层502可选择为铜箔层。同时，正极活性材料层505和负极活性材料层506均为活性颗粒(例如正极活性材料的活性颗粒为镍钴锰酸锂，负极活性材料的活性颗粒为石墨)、导电剂(例如炭黑、碳纳米管等)以及粘结剂(例如丁苯橡胶、PVDF等)等助剂按照一定比例混合后制备得到的涂层。
作为可选的方案，在本发明的实施例中，单个绝缘支撑层501的厚度A、隔离膜507厚度B、正极活性材料层505的厚度C以及负极活性材料层506的厚度D满足6.16≤A*B*(C+D)≤22。本发明的实施例通过对电芯的对绝缘支撑层501的厚度A、隔离膜507厚度B、正极活性材料层505的厚度C以及负极活性材料层506的厚度D四者关系的限制，将四者的选择范围有机统一，能在保证电芯的能量密度的情况下充分电芯的安全性能。
进一步可选地，在本发明的实施例中，绝缘支撑层501的厚度A的范围为1-30um；优选地，绝缘支撑层501的厚度A的范围为5-15um。将正极集流体和负极集流体的绝缘支撑层501的厚度均控制在此范围内，使得正极集流体和负极集流体的导电层502的厚度大致可控制在0.03-3um之间。
通过这样设置，一方面使得绝缘支撑层501的厚度相对较厚，电芯阻挡导电层502毛刺的能力越强，越不容易发生热失控；另一方面，也使得导电层502的厚度能相对较薄，因而被针刺时导电层502产生的毛刺较小，短路电阻很大，产生的热量较小，不容易发生热失控，能一定程度缓解电芯在内部短路条件下的热失控问题，能提升电芯的安全性能。
隔离膜507的厚度B的范围为5-20um；优选地，隔离膜507的厚度B的范围为9-15um。由于隔膜的厚度越大，阻止正负极之间短路的能力越强，阻挡导电层502毛刺的能力越强，越不容易发生热失控。因此，本发明的实施例将隔离膜507的厚度控制在此厚度范围内，相较于现有技术而言，其能有效地阻止电芯正负极之间短路的发生，能有效地提高电芯的安全性能。
同时，在本发明的实施例中，正极活性材料层505的厚度C的范围为0.03-0.2mm；优选地，正极活性材料层505的厚度C的范围为0.03-0.08mm。由于正极活性材料层505的厚度越厚，其阻挡正极集流体的导电层502与负极集流体的导电层502接触短路的能力越强，越不容易发生热失控。因而，本发明的实施例通过将正极活性材料层505的厚度控制在此范围内，能有效地阻止正极片503与负极片504的导电层502接触，能充分保证电芯的安全性。
同理，负极活性材料层506的厚度D的范围为0.03-0.2mm；优选地，负极活性材料层506的厚度D的范围为0.04-0.09mm。与正极活性材料层505的厚度选择类似，由于负极活性材料层506的厚度越厚，其阻挡正极集流体的导电层502与负极集流体的导电层502接触短路的能力越强，越不容易发生热失控。因而，本发明的实施例通过将负极活性材料层506的厚度控制在此范围内，能有效地阻止正极片503与负极片504的导电层502接触，能进一步地提高电芯的安全性。
本发明的实施例还提供了一种电池模组，其包括多个串联或并联设置的电芯。由于每个电芯的绝缘支撑层501的厚度A、隔离膜507厚度B、正极活性材料层505的厚度C以及负极活性材料层506的厚度D满足0.3≤A*B*(C+D)≤240。因而，该电池模组也具有能量密度高和安全性能高的优点。
本发明的实施例还提供了一种电池包，其包括多个上述的电池模组。多个电池模组串联或并联设置以形成电池包。由于每个电芯的绝缘支撑层501的厚度A、隔离膜507厚度B、正极活性材料层505的厚度C以及负极活性材料层506的厚度D满足0.3≤A*B*(C+D)≤240。因而，该电池模组也具有能量密度高和安全性能高的优点。当然，在本发明的其他实施例中，电池包也可以直接通过多个上述的电芯装配而成，形成无模组电池包，以保证能量密度，本发明的实施例不再赘述。
下面结合具体实施例对本发明的实施例提供的电芯、电池模组以及电池包进行详细地介绍：
实施例1-20
实施例1-20分别提供了20种电芯(电芯1-20)，20种电芯的绝缘支撑层501的厚度A、隔离膜507厚度B、正极活性材料层505的厚度C以及负极活性材料层506的厚度D四者的关系如表1所示。同时，20种电芯的正极集流体和负极集流体的绝缘支撑层501均为PET材质，正极集流体的导电层502材质为铝箔，负极集流体导电层502的材质为铜箔。正极活性材料的活性颗粒为镍钴锰酸锂(三元锂)。负极活性材料的活性颗粒为石墨。20种电芯的隔离膜507材料为PE基膜加陶瓷和PVDF涂层。电解液包括按照质量百分数计的碳酸乙烯酯EC(25％)，碳酸甲乙酯EMC(58.4％)，锂盐六氟磷酸锂LiPF6(13.6％)，添加剂(3％)。
表1.实施例1-20电芯的参数
Figure BDA0003635061570000111
根据表1的数据可知，本发明的实施例1-20提供的20种电芯的绝缘支撑层501的厚度A、隔离膜507厚度B、正极活性材料层505的厚度C以及负极活性材料层506的厚度D满足0.3≤A*B*(C+D)≤240。
对比例1-4
对比例1-4提供了4种电芯(电芯21-24)，4种电芯的具体参数如表2所示。
表2.对比例1-4电芯的参数
Figure BDA0003635061570000121
实验例1
将实施例1-20提供的20种电芯与对比例1-4提供的4种电芯进行针刺实验，且测试时，将电芯置于1.0C的恒流中充电至4.3V，然后恒压充电至电流减小到0.05C后，用直径5mm的耐高温钢针，以25mm/s的速度，从垂直于电芯极片的方向进行贯穿，且贯穿位置靠近针刺面几何中心，钢针停留在电芯里，观察一小时，实验结果如表3所示。
表3.电芯的针刺实验数据
Figure BDA0003635061570000122
Figure BDA0003635061570000131
根据表3所测试的数据可知，本发明的实施例1-20相较于对比例1-4而言，将绝缘支撑层501的厚度A、隔离膜507厚度B、正极活性材料层505的厚度C以及负极活性材料层506的厚度D满足0.3≤A*B*(C+D)≤240范围内，能在保证电芯安全性能，使其在针刺测实验中无冒烟，无起火，无爆炸。
实验例2
将本发明的实施例1-20提供的20种电芯与对比例1-4提供的4种电芯同样条件下进行温升和电压测试。其中，充电策略是：在25±5℃环境温度下，电芯外部包10mm厚保温玻璃棉制成的保温棉，并以100A1C的电流恒流充电至4.1V，并搁置30min；同时，温升记录的条件为，在充电过程中采用多路测温仪进行监测电芯的温度，且感温线的一段连接多路测温仪，另一端贴于电芯的大面中心点位置，每间隔1s记录电芯温度。电压记录的条件为在充电过程中采用电压测试设备监控电芯的正负极柱的电压，且测试过程中电压测试设备的测试端连接电芯极柱，每间隔1s记录电压数据，测试结果如表4所示。
表4.电芯的测试数据
Figure BDA0003635061570000141
根据表4的数据可知，本实施例提供的1-20号电芯相较于现有技术提供的21-24号电芯而言，其在相同测试条件下温升相对较低，电压相对稳定，不易发生热失控，安全性能更高。
实验例3
将本发明的实施例1-20提供的20种电芯与对比例1-4提供的4种电芯同样条件下进行能量密度测试。其中，1C的放电能量用E1表示，单位为Wh；电芯的质量用m表示，单位kg，电芯的重量能量密度用p表示，单位Wh/kg。并且，E1的测试条件为在25℃恒温箱中，以1C倍率恒流充电至电压为4.2V，之后以4.2V恒压充电至电流为0.05C，然后以1C倍率恒定电流放电至电压为2.8V，得到放电能量E1。电芯的重量测试条件为在25℃环境中，通过电子秤可以获得每个电芯的质量m。电芯的重量能量密度通过公式p＝E1/m进行计算，具体结果如表5所示。
表5.电芯的测试数据
Figure BDA0003635061570000151
根据表5的数据可知，本发明的实施例1-20相较于对比例1-4而言，能在保证电芯安全性的同时提高电芯的能量密度。
下面对本发明的实施例提供的电池包的安装过程、工作原理及有益效果进行详细地介绍：
该电池包可通过将多个电芯直接集成至电池包箱体内，也可以先将多个电芯组装呈电池模组，再将多个电池模组组装呈电池包。其中，在进行电芯的制造时，可将正极片503、负极片504、隔膜卷绕得到极芯，将极芯设置于壳体内，并使得正极片503连接的正极耳与壳体上的正极柱焊接，负极片504连接的负极耳与壳体上的负极柱焊接，最后封壳注入电解液即可。而在选择正极片503和负极片504的过程中，正极片503通过在正极集流体上涂覆正极活性材料得到，负极片504通过在负极集流体上涂覆负极活性材料得到，正极集流体和负极集流体均为复合集流体50，复合集流体50通过在绝缘支撑层501的两侧涂覆导电层502得到，正极集流体和负极集流体的绝缘支撑层501均为PET材料，正极集流体的导电层502为铝箔，负极集流体的导电层502为铜箔，且绝缘支撑层501的厚度A、隔离膜507厚度B、正极活性材料层505的厚度C以及负极活性材料层506的厚度D满足0.3≤A*B*(C+D)≤240即可。
在上述过程中，一方面，该电芯的正极集流体为复合集流体50，复合集流体50是绝缘支撑层501与导电层502复合后得到的复合结构，其可降低集流体的重量，提升电芯的重量能量密度；同时，通过增加绝缘层的厚度，可以提高电芯内部异物刺穿时的抗形变能力，使得被针刺时导电层502产生的毛刺较小，从而使得短路电阻增大，产生的热量较小，不易发生内部短路，进而可以降低电芯内短路失控的风险，提高电芯安全。另一方面，在正极片503和负极片504同等厚度下，导电层502的厚度越小，毛刺更小，短路电阻更大，产生的热量较小，更不容易发生热失控，而在同等导电层502厚度情况下，绝缘支撑层501越厚，阻挡导电层502毛刺的能力越强，也越不容易发生热失控。同时，隔离膜507的厚度越厚，阻挡导电层502毛刺的能力也越强，也越不容易发生热失控。另外，正极活性材料以及负极活性材料越厚，其阻挡正负极导电层502接触短路的能力则越强，也越不容易发生热失控。因而，该电芯通过对绝缘支撑层501的厚度A、隔离膜507厚度B、正极活性材料层505的厚度C以及负极活性材料层506的厚度D四者关系的限制，将四者的选择范围有机统一，能有效地提高电芯的安全性能。
综上所述，本发明的实施例提供了一种能量密度高、安全性能高的电芯、电池模组和电池包。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电芯，其特征在于，包括：
壳体、卷芯和电解液，所述卷芯和所述电解液设置于所述壳体内，所述卷芯通过层叠设置的正极片、隔离膜以及负极片叠片或卷绕成型；所述正极片包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体上的正极活性材料，所述负极片包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体上的负极活性材料，所述正极集流体与所述负极集流体二者中的至少一者为复合集流体，所述复合集流体包括绝缘支撑层和至少设置于所述绝缘支撑层一侧的导电层；单个所述复合集流体的所述绝缘支撑层的厚度为A，单位为um；所述隔离膜厚度为B，单位为um；所述正极活性材料涂覆于所述正极集流体辊压后形成的正极活性材料层的厚度为C，单位为mm；所述负极活性材料涂覆于所述负极集流体辊压后形成的负极活性材料层的厚度为D，单位为mm；
所述绝缘支撑层的厚度A、所述隔离膜厚度B、所述正极活性材料层的厚度C以及所述负极活性材料层的厚度D满足0.3≤A*B*(C+D)≤240。
2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于：
所述绝缘支撑层的厚度A、所述隔离膜厚度B、所述正极活性材料层的厚度C以及所述负极活性材料层的厚度D满足6.16≤A*B*(C+D)≤22。
3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于：
所述绝缘支撑层的厚度A的范围为1-30um；
优选地，所述绝缘支撑层的厚度A的范围为5-15um。
4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于：
所述隔离膜的厚度B的范围为5-20um；
优选地，所述隔离膜的厚度B的范围为9-15um。
5.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于：
所述正极活性材料层的厚度C的范围为0.03-0.2mm；
优选地，所述正极活性材料层的厚度C的范围为0.03-0.08mm。
6.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于：
所述负极活性材料层的厚度D的范围为0.03-0.2mm；
优选地，所述负极活性材料层的厚度D的范围为0.04-0.09mm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电芯，其特征在于：
所述正极集流体和所述负极集流体均为所述复合集流体；
且当所述复合集流体为正极集流体时，所述绝缘支撑层的材料为有机聚合物材料或掺陶瓷的聚合物，所述导电层为铝箔层；当所述复合集流体为负极集流体时，所述绝缘支撑层的材料为有机聚合物材料或掺陶瓷的聚合物，所述导电层为铜箔层。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的电芯，其特征在于：
所述正极活性材料包括磷酸锂铁、镍钴锰酸锂、钴酸锂或锰酸锂；
和/或，
所述负极活性材料包括石墨、石墨烯、钛基材料、锡基材料、硅基材料或氮化物材料。
9.一种电池模组，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的电芯。
10.一种电池包，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的电芯；或者，包括权利要求9所述的电池模组。
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