CN205282590U - 一种圆柱动力锂离子电池卷芯结构及圆柱动力锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于锂离子电池技术领域，提供了一种圆柱动力锂离子电池卷芯结构及圆柱动力锂离子电池，所述卷芯结构包括由正极片、负极片，以及层叠设置在所述正极片和负极片之间的隔膜卷绕而成的卷层，所述卷层卷绕成圆柱形，且具有位于圆柱形中心的始端和远离所述始端的末端，所述末端呈自由状态以使所述卷芯结构在入壳时所述正极片和负极片的张力得到释放。本实用新型通过去掉原有卷芯结构中的终止胶，即卷层的末端在入壳前呈自由状态，使得卷芯在入壳之后，正极片和负极片在卷绕过程中产生的张力得到释放，后序在电池的充电过程中，卷芯内部膨胀压力和正极片、负极片的张力都会降低。
Description
技术领域
本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种圆柱动力锂离子电池卷芯结构及圆柱动力锂离子电池。
背景技术
目前，锂离子电池应用日趋广泛，对电池的性能提出了更高的要求。圆柱形锂离子电池由于生产流程标准化，生产效率高，循环性能优异，一致性好.近年来广泛应用于汽车动力电池。圆柱形动力锂离子电池正极片多采用中间极耳设计，以降低内阻，提高性能。
对于圆柱形动力锂离子电池，虽然中间极耳设计能降低电池内阻，提升电池的性能，但这种设计却可能导致长循环之后正极片断片。所谓正极片断片，即正极集流体在正极耳处出现裂纹甚至完全断裂。正极片在经过长循环之后完全断裂会极大的影响电池容量，同时也可能导致电池的安全问题。电池在循环过程中极片断裂，容量将会急剧降低。动力电池模块对单体电池一致性要求极高。正极断片导致电池不一致性增加，可能使动力电池模块失效，存在极大安全风险。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种圆柱动力锂离子电池卷芯结构及圆柱动力锂离子电池，其改善了正极片断片现象，降低了安全风险，提升了电池的一致性和可靠性。
本实用新型是这样实现的：提供了一种圆柱动力锂离子电池卷芯结构，包括由正极片、负极片，以及层叠设置在所述正极片和负极片之间的隔膜卷绕而成的卷层，所述卷层卷绕成圆柱形，且具有位于圆柱形中心的始端和远离所述始端的末端，所述末端呈自由状态以使所述卷芯结构在入壳时所述正极片和负极片的张力得到释放。
进一步地，所述负极片的宽度大于所述正极片的宽度。
进一步地，所述隔膜的宽度大于所述正极片和负极片的宽度。
优选地，所述负极片的宽度比所述正极片的宽度大0.5mm-1.5mm。
进一步优选地，所述负极片的宽度比所述正极片的宽度大1mm。
进一步地，所述正极片包括铝箔层、涂覆在所述铝箔层两侧的正极材料层，以及设置在所述铝箔层的中间且未涂覆有正极材料层的空白段的正极耳。
进一步地，所述负极片包括铜箔层、涂覆在所述铜箔层两侧的负极材料层，以及设置在所述铜箔层的一端且未涂覆有负极材料层的空白段的负极耳。
本实用新型还提供一种圆柱动力锂离子电池，包括上述所述的圆柱动力锂离子电池卷芯结构。
实施本实用新型的一种圆柱动力锂离子电池卷芯结构，具有以下有益效果：通过去掉原有卷芯结构中的终止胶，即卷层的末端在入壳前呈自由状态，使得卷芯在入壳之后，正极片和负极片在卷绕过程中产生的张力得到释放，后序在电池的充电过程中，卷芯内部膨胀压力和正极片、负极片的张力都会降低。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的圆柱动力锂离子电池卷芯结构的立体结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的圆柱动力锂离子电池的循环试验结果示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
还需要说明的是，本实用新型实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
如图1所示，本实用新型实施例提供的圆柱动力锂离子电池卷芯结构，其包括由正极片、负极片，以及层叠设置在正极片和负极片之间的隔膜卷绕而成的卷层1。具体地，该卷层1卷绕成圆柱形，且该卷层1具有位于圆周形中心的始端11和远离始端的末端12，该末端12呈自由状态，即该末端12未固定在卷层1的外表面上，也即去掉了原有结构的终止胶，以使卷芯结构在入壳时正极片和负极片的张力得到释放，后序在电池的充电过程中，卷芯内部膨胀压力和正极片、负极片的张力都会降低，从而改善了圆柱形动力锂离子电池正极片断片现象，降低了安全风险，提升电池的一致性和可靠性。
可以理解的是，如果不去掉终止胶，电池在充电过程中，卷芯内部膨胀的压力和正负极片的张力无法的到释放，则电池正极片容易出现断片的现象。
进一步地，在本实用新型的一个实施例中，负极片的宽度大于正极片的宽度。
进一步地，在本实用新型的一个实施例中，隔膜的宽度大于正极片和负极片的宽度。
优选地，负极片的宽度比正极片的宽度大0.5mm-1.5mm。
进一步优选地，负极片的宽度比正极片的宽度大1mm。
进一步地，正极片包括铝箔层、涂覆在铝箔层两侧的正极材料层，以及设置在铝箔层的中间且未涂覆有正极材料层的空白段的正极耳。
进一步地，负极片包括铜箔层、涂覆在铜箔层两侧的负极材料层，以及设置在铜箔层的一端且未涂覆有负极材料层的空白段的负极耳。
本实用新型还提供了一种圆柱动力锂离子电池，其包括上述所述的圆柱动力锂离子电池卷芯结构。
本实用新型采用无终止胶卷芯结构，在卷芯入壳时去掉终止胶。去掉胶带之后，卷芯内部张力的到部分释放。在经过后续装配工序之后，对电池进行化成处理(预充)。由于卷芯在入壳时，正负极片的张力得到释放，预充时负极的膨胀引起的极片张力和卷芯内部压力增加将会变小。同样，电池在后续充放电过程中，极片的张力和卷芯的内部压力增加将会减小。而正极片断片只是由于极片的张力和卷芯内部的压力所致。以下以圆柱18650电池为具体实施案例验证本实用新型的实际效果。
实施例一
圆柱18650(容量2.4Ah)电池的卷芯在放入钢壳前去掉外圈胶带，后续按照正常的生产工序进行。电池在经过化成/分容之后，按照0.5C电流，在4.1-3.0V电压范围(0.01C截止电流)，进行长循环测试。对照组为正常贴有终止胶的电池，实施例与对照组具有一致的正负极敷料量、电极密度，采用相同的电解液，注液量一致，保持同样的注液、封口、清洗、陈化等实验条件。循环1000次之后将电池拆解，对照组电池正极片已经部分断裂，而实施例电池正极片无断裂情况。圆柱18650-2.4Ah电池正极片断片情况结构如下表：
| 正极片是否断片 | |
| 实施例1# | 否 |
| 实施例2# | 否 |
| 实施例3# | 否 |
| 实施例4# | 否 |
| 实施例5# | 否 |
| 实施例6# | 否 |
| 对照组7# | 是(部分断片) |
| 对照组8# | 是(部分断片) |
| 对照组9# | 是(部分断片) |
| 对照组10# | 是(部分断片) |
| 对照组11# | 是(部分断片) |
| 对照组12# | 是(部分断片) |
实施例二
在圆柱18650(容量2.15Ah)电池中实施与实施例一类似的对比实施例。实施例采用无终止胶的卷芯，对照组采用有终止胶的卷芯。实施例与对照组具有一致的正负极敷料量、电极密度，采用相同的电解液，注液量一致，保持同样的注液、封口、清洗、陈化等实验条件。长循环测试结果与圆柱18650-2.4Ah电池结果一致。两组电池循环性能无差异，实施例正极极片无断裂现象，对照组电池正极片部分断裂。圆柱18650-2.15Ah电池正极片断片情况结构如下表：
| 正极片是否断片 | |
| 实施例1# | 否 |
| 实施例2# | 否 |
| 实施例3# | 否 |
| 实施例4# | 否 |
| 实施例5# | 否 |
| 实施例6# | 否 |
| 对照组7# | 是(部分断片) |
| 对照组8# | 是(部分断片) |
| 对照组9# | 是(部分断片) |
| 对照组10# | 是(部分断片) |
| 对照组11# | 是(部分断片) |
| 对照组12# | 是(部分断片) |
另外，如图2所示，本实用新型还提供了圆柱动力锂离子电池的循环试验结果示意图。其中，1#-对照组和2#-对照组均采用有终止胶的卷芯，而3#-实施例和4#-实施例均采用无终止胶的卷芯，1#-对照组、2#对照组与3#-实施例和4#-实施例具有一致的正负极敷料量、电极密度，采用相同的电解液，注液量一致，保持同样的注液、封口、清洗、陈化等实验条件。结果显示，在相同循环次数的情况下，3#-实施例和4#-实施例的相对容量大于1#-对照组和2#对照组。
本实用新型为解决圆柱动力电池断片提供了一种可行的方案。本实用新型可以极大降低圆柱形电池失效的风险，提高电池的一致性和可靠性。对于正极片使用中间极耳设计的圆柱形电池均可以采用本实用新型降低正极断片风险。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种圆柱动力锂离子电池卷芯结构，包括由正极片、负极片，以及层叠设置在所述正极片和负极片之间的隔膜卷绕而成的卷层，其特征在于，所述卷层卷绕成圆柱形，且具有位于圆柱形中心的始端和远离所述始端的末端，所述末端呈自由状态以使所述卷芯结构在入壳时所述正极片和负极片的张力得到释放。
2.如权利要求1所述的圆柱动力锂离子电池卷芯结构，其特征在于，所述负极片的宽度大于所述正极片的宽度。
3.如权利要求1所述的圆柱动力锂离子电池卷芯结构，其特征在于，所述隔膜的宽度大于所述正极片和负极片的宽度。
4.如权利要求2所述的圆柱动力锂离子电池卷芯结构，其特征在于，所述负极片的宽度比所述正极片的宽度大0.5mm-1.5mm。
5.如权利要求4所述的圆柱动力锂离子电池卷芯结构，其特征在于，所述负极片的宽度比所述正极片的宽度大1mm。
6.如权利要求1所述的圆柱动力锂离子电池卷芯结构，其特征在于，所述正极片包括铝箔层、涂覆在所述铝箔层两侧的正极材料层，以及设置在所述铝箔层的中间且未涂覆有正极材料层的空白段的正极耳。
7.如权利要求1所述的圆柱动力锂离子电池卷芯结构，其特征在于，所述负极片包括铜箔层、涂覆在所述铜箔层两侧的负极材料层，以及设置在所述铜箔层的一端且未涂覆有负极材料层的空白段的负极耳。
8.一种圆柱动力锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的圆柱动力锂离子电池卷芯结构。
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