CN117059906A - 卷绕式电芯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种卷绕式电芯，包括：第一极片，具有第一集流体和涂覆在第一集流体表面上的第一活性物质层；第二极片，具有第二集流体和涂覆在第二集流体表面上的第二活性物质层，且第二极片的第二卷绕起始端处于第一极片的第一卷绕起始端的厚度方向的内侧；隔离膜，设置于第一极片和第二极片之间，以将第一极片和第二极片隔离开；第一极耳，与第一集流体电连接；第二极耳，与第二集流体电连接。第二极片围绕第二卷绕起始端卷绕形成的第一个半圈为第二极片第一层，第二极片第一层和第二极片的第二卷绕起始端彼此相对并且之间不设置有隔离膜。本发明的卷绕式电芯能减少隔离膜的使用量，并降低卷绕式电芯的厚度，提高卷绕式电芯的能量密度。
Description
本申请是中国发明专利申请(申请号为CN201610195073.X、申请日为2016年03月31日、发明创造名称为“卷绕式电芯)的分案申请。
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种卷绕式电芯。
背景技术
随着锂离子电芯商业化的发展，市场对其能量密度和机械滥用性能的要求越来越高。参照图1，常规的卷绕式电芯的头部的空白正极集流体111(Al foil，铝箔)短于负极集流体211(Cu foil，铜箔)，导致卷绕式电芯的内部需要空卷一层隔离膜，造成隔离膜的浪费。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种卷绕式电芯，其能减少隔离膜的使用量，并降低卷绕式电芯的厚度，提高卷绕式电芯的能量密度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种卷绕式电芯，其包括：第一极片，具有第一集流体和涂覆在第一集流体表面上的第一活性物质层；第二极片，具有第二集流体和涂覆在第二集流体表面上的第二活性物质层，且第二极片的第二卷绕起始端处于第一极片的第一卷绕起始端的厚度方向的内侧；隔离膜，设置于第一极片和第二极片之间，以将第一极片和第二极片隔离开；第一极耳，与第一集流体电连接；以及第二极耳，与第二集流体电连接。
其中，第二极片围绕第二卷绕起始端卷绕形成的第一个半圈为第二极片第一层，第二极片第一层和第二极片的第二卷绕起始端彼此相对并且之间不设置有隔离膜。
本发明的有益效果如下：在根据本发明的卷绕式电芯中，由于第二极片第一层和第二极片的第二卷绕起始端彼此相对并且之间不设置有隔离膜，所以有效的缩短了隔离膜的长度，减少隔离膜的使用量，降低成本，同时也缩小了卷绕式电芯的厚度，提高卷绕式电芯的能量密度。
附图说明
图1为现有技术的卷绕式电芯的示意图；
图2为根据本发明的卷绕式电芯的第一实施例的示意图，并示出卷针，其中第一卷绕起始端、第二卷绕起始端、第三卷绕起始端均用虚框指示出；
图3为图2的卷绕成型后的卷绕式电芯的示意图；
图4为根据本发明的卷绕式电芯的第二实施例的示意图，并示出卷针，其中第一卷绕起始端、第二卷绕起始端、第三卷绕起始端均用虚框指示出；
图5为图4的卷绕成型后的卷绕式电芯的示意图；
图6为根据本发明的卷绕式电芯的第三实施例的示意图，并示出卷针，其中第一卷绕起始端、第二卷绕起始端、第三卷绕起始端均用虚框指示出；
图7为图6的卷绕成型后的卷绕式电芯的示意图；
图8为根据本发明的卷绕式电芯的第四实施例的示意图，并示出卷针，其中第一卷绕起始端、第二卷绕起始端、第三卷绕起始端均用虚框指示出；
图9为图8的卷绕成型后的卷绕式电芯的示意图；
图10为根据本发明的卷绕式电芯的第五实施例的示意图，其中第一卷绕起始端、第二卷绕起始端、第三卷绕起始端均用虚框指示出；
图11为根据本发明的卷绕式电芯的第六实施例的示意图，其中第一卷绕起始端、第二卷绕起始端、第三卷绕起始端均用虚框指示出；
图12为根据本发明的卷绕式电芯的形成第一极耳的一实施例的示意图，其中为了清楚起见，第一集流体上未涉及第一活性物质层；
图13为根据本发明的卷绕式电芯的形成第一极耳的另一实施例的示意图，其中为了清楚起见，第一集流体上未涉及第一活性物质层；
图14为根据本发明的卷绕式电芯的形成第二极耳的一实施例的示意图，其中为了清楚起见，第二集流体上未涉及第二活性物质层；
图15为根据本发明的卷绕式电芯的形成第二极耳的另一实施例的示意图，其中为了清楚起见，第二集流体上未涉及第二活性物质层。
其中，附图标记说明如下：
1第一极片 E11第一端部
11第一集流体 E2第二卷绕起始端
111空白第一集流体 E21第二端部
12第一活性物质层 E3第三卷绕起始端
13第一凹槽 C弧形部分
2第二极片 S1第一卷针
21第二集流体 S11第一端面
211空白第二集流体 S12第一侧面
22第二活性物质层 S2第二卷针
23第二凹槽 S21第二端面
3隔离膜 S22第二侧面
4第一极耳 G夹槽
5第二极耳 L长度方向
E1第一卷绕起始端 T厚度方向
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明的卷绕式电芯。
参照图2至图15，根据本发明的卷绕式电芯包括：第一极片1，具有第一集流体11和涂覆在第一集流体11表面上的第一活性物质层12；第二极片2，具有第二集流体21和涂覆在第二集流体21表面上的第二活性物质层22，且第二极片2的第二卷绕起始端E2处于第一极片1的第一卷绕起始端E1的厚度方向T的内侧；隔离膜3，设置于第一极片1和第二极片2之间，以将第一极片1和第二极片2隔离开；第一极耳4，与第一集流体11电连接；以及第二极耳5，与第二集流体21电连接。
其中，第二极片2围绕第二卷绕起始端E2卷绕形成的第一个半圈为第二极片第一层，第二极片第一层和第二极片2的第二卷绕起始端E2彼此相对并且之间不设置有隔离膜3(换句话说，在图2至图11中，第二卷绕起始端E2与第二极片2沿厚度方向T与第二卷绕起始端E2的直接面对的部分之间的中心区域内不设置有隔离膜3)。
在根据本发明的卷绕式电芯中，由于第二极片第一层和第二极片2的第二卷绕起始端E2彼此相对并且之间不设置有隔离膜3，所以有效的缩短了隔离膜3的长度，减少隔离膜3的使用量，降低成本，同时也缩小了卷绕式电芯的厚度，提高卷绕式电芯的能量密度。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图2至图11，沿厚度方向T，隔离膜3的第三卷绕起始端E3由两层隔离膜组成。第三卷绕起始端E3为夹持在下述的卷针的夹槽G内的部分隔离膜，在形成的卷绕式电芯内，第三卷绕起始端E3为两层隔离膜，优选地，此两层隔离膜贴合在一起。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一极片1可以为正极极片或者负极极片，对应地，第二极片2为负极极片或者正极极片。优选地，第一极片1为正极极片，第二极片2为负极极片，对应地，第一活性物质层12为正极活性物质层，具体可以为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂中的至少一种。第二活性物质层22为负极活性物质层，具体可以为碳和硅中的至少一种。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一极耳4为一个或多个(参照图11、图12和图13)。当卷绕式电芯的第一极耳4为多个时，多个第一极耳4优选沿厚度方向T对齐，但是，由于加工误差，各第一极耳4的对齐位置也允许一定的偏差。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第二极耳5为一个或多个(参照图11、图14和图15)。当卷绕式电芯的第二极耳5为多个时，多个第二极耳5优选沿厚度方向T对齐，但是，由于加工误差，各第一极耳4的对齐位置也允许一定的偏差。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一集流体11为铝箔，第二集流体21为铜箔。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一极耳4的厚度大于第一集流体11的厚度。这样能够保证第一极耳4的连接强度和过流截面积。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第二极耳5的厚度大于第二集流体21的厚度。这样能够保证第二极耳5的连接强度和过流截面积。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图2至图9，第一极片1在第一卷绕起始端E1具有未涂覆第一活性物质层12的空白第一集流体111；对应地，第二极片2在第二卷绕起始端E2具有未涂覆第二活性物质层22的空白第二集流体211。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图2至图9，第二集流体21的与空白第一集流体111直接相对的一侧未涂覆第二活性物质层22。由于空白第一集流体111上未涂覆第一活性物质层12，与空白第一集流体111直接相对的第二集流体21上如果涂覆上第二活性物质层22，不但对容量没有帮助(在空白第一集流体111和与空白第一集流体111直接相对的第二集流体21之间，锂离子无法实现往返嵌入和脱嵌)，反而增加电芯厚度从而减小电芯能量密度，所以第二集流体21的与空白第一集流体111直接相对的一侧的第二活性物质层22可以省去，避免材料的浪费，并且提高电芯能量密度。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图2至图9，第一集流体11的与空白第二集流体211直接相对的一侧未涂覆第一活性物质层12。由于空白第二集流体211上未涂覆第二活性物质层22，与空白第二集流体211直接相对的第一集流体11上如果涂覆上第一活性物质层12，不但对容量没有帮助(在空白第二集流体211和与空白第二集流体211直接相对的第一集流体11之间，锂离子无法实现往返嵌入和脱嵌)，反而增加电芯厚度从而减小电芯能量密度，所以第一集流体11的与空白第二集流体211直接相对的一侧的第一活性物质层12可以省去，避免材料的浪费，并且提高电芯能量密度。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图2至图11，第二集流体21的与第一卷绕起始端E1的第一端部E11直接相对的弧形部分C的内侧未涂覆第二活性物质层22。由于第二集流体21的与第一卷绕起始端E1的第一端部E11直接相对的弧形部分C的内侧没有涂覆第一活性物质层12的第一集流体11，如果在弧形部分C的内侧涂覆上第二活性物质层22，不但对容量没有帮助(在弧形部分C的内侧，锂离子无法实现往返嵌入和脱嵌)，反而增加电芯厚度从而减小电芯能量密度，所以该弧形部分C的内侧的第二活性物质层22可以省去，避免材料的浪费，并且提高电芯能量密度。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图10和图11，第一极片1还具有第一凹槽13，底部为露出的空白第一集流体111而周侧为第一活性物质层12；对应地，第二极片2还具有第二凹槽23，底部为露出的空白第二集流体211而周侧为第二活性物质层22。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一极耳4与第一集流体11一体成型。例如，参照图12，第一极耳4直接由第一集流体11切割而成。进一步优选地，如图13所示，第一极耳4直接由第一集流体11切割并弯折而成。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第二极耳5与第二集流体21一体成型。例如，参照图14，第二极耳5直接由第二集流体21切割而成。进一步优选地，如图15所示，第二极耳5直接由第二集流体21切割并弯折而成。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一极耳4单独形成并焊接方式于对应的空白第一集流体111。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第二极耳5单独形成并焊接于对应的空白第二集流体211。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，所述焊接为激光焊、超声波焊接或电阻焊。
第一极耳4的形成方式优选采用一体成型。第二极耳5的形成方式优选采用一体成型。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图2至图5，在长度方向L上，第一卷绕起始端E1的第一端部E11超出第二卷绕起始端E2的第二端部E21，且第一极耳4的位置超出第二卷绕起始端E2的第二端部E21。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图6至图11，在长度方向L上，第二卷绕起始端E2的第二端部E21超出第一卷绕起始端E1的第一端部E11，且第二极耳5的位置超出第一卷绕起始端E1的第一端部E11。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图3和图7，在长度方向L上，隔离膜3的第三卷绕起始端E3位于第一卷绕起始端E1的外侧，并沿远离第一卷绕起始端E1的第一端部E11的方向延伸且不回折，且第三卷绕起始端E3在长度方向L上超出第二卷绕起始端E2的第二端部E21。由于第三卷绕起始端E3在长度方向L上超出第二卷绕起始端E2的第二端部E21，所以第三卷绕起始端E3能够夹持到下述的卷针的夹槽G，进而可以实现卷绕式电芯的自动化生产。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图5、图9、图10及图11，至少一部分的隔离膜3的第三卷绕起始端E3向厚度方向T的内侧回折，且第三卷绕起始端E3在长度方向L上超出第二卷绕起始端E2的第二端部E21。由于第三卷绕起始端E3在长度方向L上超出第二卷绕起始端E2的第二端部E21，所以第三卷绕起始端E3能够夹持到下述的卷针的夹槽G，进而可以实现所述卷绕式电芯的自动化生产。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，采用一种卷针，以卷绕上述的卷绕式电芯，所述卷针包括在长度方向L上依次放置的第一卷针S1和第二卷针S2，第一卷针S1的第一端面S11和第二卷针S2的第二端面S21相向设置并构成夹槽G。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图2、图4、图6及图8，第一端面S11平行于第二端面S21。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图2和图6，第一端面S11远离第二卷绕起始端E2的一端在长度方向L上超出第一端面S11靠近第二卷绕起始端E2的一端；对应地，第二端面S21靠近第二卷绕起始端E2的一端在长度方向L上超出第二端面S21远离第二卷绕起始端E2的一端。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图2和图6，第一端面S11相对第一卷针S1靠近第二卷绕起始端E2的第一侧面S12的夹角为160°～110°；对应地，第二端面S21相对第二卷针S2靠近第二卷绕起始端E2的第二侧面S22的夹角为20°～70°。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图4和图8，第一端面S11靠近第二卷绕起始端E2的一端在长度方向L上超出第一端面S11远离第二卷绕起始端E2的一端；对应地，第二端面S21远离第二卷绕起始端E2的一端在长度方向L上超出第二端面S21靠近第二卷绕起始端E2的一端。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图4和图8，第一端面S11相对第一卷针S1靠近第二卷绕起始端E2的第一侧面S12的夹角为20°～70°；对应地，第二端面S21相对第二卷针S2靠近第二卷绕起始端E2的第二侧面S22的夹角为160°～110°。
Claims (16)
1.一种卷绕式电芯，包括：
第一极片(1)，具有第一集流体(11)和涂覆在所述第一集流体(11)表面上的第一活性物质层(12)；
第二极片(2)，具有第二集流体(21)和涂覆在所述第二集流体(21)表面上的第二活性物质层(22)，且所述第二极片(2)的第二卷绕起始端(E2)处于所述第一极片(1)的第一卷绕起始端(E1)的厚度方向(T)的内侧；
隔离膜(3)，设置于所述第一极片(1)和所述第二极片(2)之间，以将所述第一极片(1)和所述第二极片(2)隔离开；
第一极耳(4)，与所述第一集流体(11)电连接；以及
第二极耳(5)，与所述第二集流体(21)电连接；
其特征在于，
所述第二极片(2)围绕所述第二卷绕起始端(E2)卷绕形成的第一个半圈为所述第二极片第一层，所述第二极片第一层和所述第二极片(2)的第二卷绕起始端(E2)彼此相对并且之间不设置有隔离膜(3)；
在长度方向(L)上，所述第一卷绕起始端(E1)的第一端部(E11)超出所述第二卷绕起始端(E2)的第二端部(E21)，且所述第一极耳(4)的位置超出所述第二卷绕起始端(E2)的所述第二端部(E21)；或
在长度方向(L)上，所述第二卷绕起始端(E2)的第二端部(E21)超出所述第一卷绕起始端(E1)的第一端部(E11)，且所述第二极耳(5)的位置超出所述第一卷绕起始端(E1)的所述第一端部(E11)。
2.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
所述第一极片(1)为正极极片，所述第二极片(2)为负极极片。
3.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
所述第一极耳(4)为一个或多个；
所述第二极耳(5)为一个或多个。
4.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
所述第一极片(1)在所述第一卷绕起始端(E1)具有未涂覆所述第一活性物质层(12)的空白第一集流体(111)；
所述第二极片(2)在所述第二卷绕起始端(E2)具有未涂覆所述第二活性物质层(22)的空白第二集流体(211)。
5.根据权利要求4所述的卷绕式电芯，其特征在于，
所述第二集流体(21)的与所述空白第一集流体(111)直接相对的一侧未涂覆所述第二活性物质层(22)；
所述第一集流体(11)的与所述空白第二集流体(211)直接相对的一侧未涂覆所述第一活性物质层(12)。
6.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
所述第二集流体(21)的与所述第一卷绕起始端(E1)的所述第一端部(E11)直接相对的弧形部分(C)的内侧未涂覆所述第二活性物质层(22)。
7.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
所述第一极片(1)还具有第一凹槽(13)，底部为露出的所述空白第一集流体(111)而周侧为所述第一活性物质层(12)；
所述第二极片(2)还具有第二凹槽(23)，底部为露出的所述空白第二集流体(211)而周侧为所述第二活性物质层(22)。
8.根据权利要求4或7所述的卷绕式电芯，其特征在于，
所述第一极耳(4)与所述第一集流体(11)一体成型，或所述第一极耳(4)单独形成并焊接于对应的所述空白第一集流体(111)；
所述第二极耳(5)与所述第二集流体(21)一体成型，或所述第二极耳(5)单独形成并焊接于对应的所述空白第二集流体(211)。
9.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
所述第一极耳(4)的厚度大于所述第一集流体(11)的厚度，第二极耳(5)的厚度大于第二集流体(21)的厚度。
10.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
在长度方向(L)上，所述隔离膜(3)的所述第三卷绕起始端(E3)位于所述第一卷绕起始端(E1)的外侧，并沿远离所述第一卷绕起始端(E1)的所述第一端部(E11)的方向延伸且不回折，且所述第三卷绕起始端(E3)在长度方向(L)上超出所述第二卷绕起始端(E2)的所述第二端部(E21)；或
至少一部分的所述隔离膜(3)的所述第三卷绕起始端(E3)向厚度方向(T)的内侧回折，且所述第三卷绕起始端(E3)在长度方向(L)上超出所述第二卷绕起始端(E2)的所述第二端部(E21)。
11.一种用于卷绕权利要求1-10任一项所述卷绕式电芯的卷针结构，所述卷针包括在长度方向(L)上依次放置的第一卷针(S1)和第二卷针(S2)，所述第一卷针(S1)的第一端面(S11)和所述第二卷针(S2)的第二端面(S21)相向设置并构成夹槽(G)，所述夹槽(G)夹持所述卷绕式电芯的所述隔离膜(3)的第三卷绕起始端(E3)。
12.根据权利要求11所述的卷针结构，其特征在于，
所述第一端面(S11)平行于所述第二端面(S21)。
13.根据权利要求12所述的卷针结构，其特征在于，
所述第一端面(S11)远离所述第二卷绕起始端(E2)的一端在长度方向(L)上超出所述第一端面(S11)靠近所述第二卷绕起始端(E2)的一端；对应地，所述第二端面(S21)靠近所述第二卷绕起始端(E2)的一端在长度方向(L)上超出所述第二端面(S21)远离所述第二卷绕起始端(E2)的一端。
14.根据权利要求13所述的卷针结构，其特征在于，
所述第一端面(S11)相对所述第一卷针(S1)靠近所述第二卷绕起始端(E2)的所述第一侧面(S12)的夹角为160°～110°；对应地，所述第二端面(S21)相对所述第二卷针(S2)靠近所述第二卷绕起始端(E2)的所述第二侧面(S22)的夹角为20°～70°。
15.根据权利要求12所述的卷针结构，其特征在于，
所述第一端面(S11)靠近所述第二卷绕起始端(E2)的一端在长度方向(L)上超出所述第一端面(S11)远离所述第二卷绕起始端(E2)的一端；对应地，所述第二端面(S21)远离所述第二卷绕起始端(E2)的一端在长度方向(L)上超出所述第二端面(S21)靠近所述第二卷绕起始端(E2)的一端。
16.根据权利要求15所述的卷针结构，其特征在于，
所述第一端面(S11)相对所述第一卷针(S1)靠近所述第二卷绕起始端(E2)的所述第一侧面(S12)的夹角为20°～70°；对应地，所述第二端面(S21)相对所述第二卷针(S2)靠近所述第二卷绕起始端(E2)的所述第二侧面(S22)的夹角为160°～110°。
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