CN205828573U - 卷绕式电芯 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种卷绕式电芯，其包括：第一极片、第一极耳、第二极片、第二极耳以及隔离膜。第一极片包括第一集流体和第一活性物质层。第二极片包括第二集流体和第二活性物质层。第一极片的第一卷绕起始段的第一集流体的正反两个表面上均未涂覆第一活性物质层并定义为第一头部空白集流体，第一头部空白集流体焊接于一个第一极耳。第二极片形成有第二极耳收容凹槽，第二极耳收容凹槽的底部为第二集流体而周侧为第二活性物质层，第二极耳收容于第二极耳收容凹槽内并电连接于第二极耳收容凹槽处的第二集流体。本实用新型的卷绕式电芯提高了卷绕式电芯的容量密度并降低了内阻，且解决了电芯在循环使用过程中容易变形、循环膨胀率较大的问题。
Description
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
图14是现有技术中的卷绕式电芯的在一实施例中的卷绕示意图。卷绕式电芯包括第一极片1、第一极耳2、第二极片3、第二极耳4以及隔离膜5。其中，第一极片1的头部(即第一卷绕起始段B1)和第二极片3的头部(即第二卷绕起始段B2)均为空白集流体，第一极耳2和第二极耳4分别焊接于第一极片1和第二极片3的头部的空白集流体上，然后在第一极耳2和第二极耳4上分别粘贴绝缘胶。图15是现有技术中的卷绕式电芯的在另一实施例中的卷绕示意图，其中，第一极片1的中部和第二极片3的中部分别开设有第一极耳收容凹槽13和第二极耳收容凹槽33，并且第一极耳2和第二极耳4分别收容于第一极片1上的第一极耳收容凹槽13内和第二极片3上的第二极耳收容凹槽33内。
图14中的卷绕式电芯会造成第一极耳2所在位置和第二极耳4所在位置成为电池的最大厚度区，而第一极耳2和第二极耳4以外的卷绕式电芯的尺寸空间白白浪费，进而导致电芯能量密度较低。此外，由于第一极耳2和第二极耳4分别位于第一极片1的头部和第二极片3的头部，从而导致卷绕式电芯的直流电阻(DCR)较大。图15中的卷绕式电芯在循环过程中容易变形，循环膨胀率较大。
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，其提升了电芯的容量密度并减小了内阻，同时解决了电芯在循环使用过程中容易变形、循环膨胀率较大的问题。
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、第一极耳、第二极片、第二极耳以及隔离膜。
第一极片包括：第一集流体；以及第一活性物质层，涂覆在第一集流体的表面上。第二极片包括：第二集流体；以及第二活性物质层，涂覆在第二集流体的表面上。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。
其中，第一极片具有第一卷绕起始段，第一卷绕起始段的第一集流体的正反两个表面上均未涂覆第一活性物质层并定义为第一头部空白集流体，第一极耳固定于第一头部空白集流体。第二极片的中部形成有第二极耳收容凹槽，第二极耳收容凹槽的底部为第二集流体而周侧为第二活性物质层，第二极耳收容于第二极耳收容凹槽内并电连接于第二极耳收容凹槽处的第二集流体。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的卷绕式电芯中，第一极耳焊接于第一头部空白集流体，第二极片的中部形成有第二极耳收容凹槽，第二极耳收容于第二极耳收容凹槽内并电连接于第二极耳收容凹槽处的第二集流体。本发明的卷绕式电芯与现有技术中图14所示的卷绕式电芯相比，由于未将第一极耳和第二极耳同时设置在相应极片的头部，从而明显降低了卷绕式电芯的内阻同时提高了电芯的能量密度。本发明的卷绕式电芯与现有技术中图15所示的卷绕式电芯相比，在卷绕式电芯循环使用过程中更不容易变形，并降低了循环膨胀率。
附图说明
图1是根据本发明的卷绕式电芯的在一实施例中的卷绕示意图；
图2是图1中的第二极片展开后的示意图；
图3是图2的仰视图；
图4是图3的变形图；
图5是图1中的第一极片展开后的示意图；
图6是图5的俯视图；
图7是根据本发明的卷绕式电芯的在另一实施例中的卷绕示意图；
图8是图7的变形图，其中第一极耳为两个；
图9是图7的另一变形图；
图10是图1中的第一极耳与第三极耳的焊接立体示意图；
图11是图8中的第一极耳与第三极耳的焊接立体示意图；
图12是图1中的第二极耳与第四极耳的焊接立体示意图；
图13是图12的变形图，其中第二极耳为两个；
图14是现有技术中的卷绕式电芯的在一实施例中的卷绕示意图；
图15是现有技术中的卷绕式电芯的在另一实施例中的卷绕示意图。
其中，附图标记说明如下：
1 第一极片 B2 第二卷绕起始段
11 第一集流体 D2 第二卷绕收尾段
111 第一空白集流体 4 第二极耳
12 第一活性物质层 5 隔离膜
13 第一极耳收容凹槽 T1 第一极耳用双面绝缘胶带
B1 第一卷绕起始段 T2 第二极耳收容凹槽用双面绝
D1 第一卷绕收尾段 缘胶带
2 第一极耳 T3 第二极耳配对凹部用双面绝
3 第二极片 缘胶带
31 第二集流体 6 第三极耳
32 第二活性物质层 7 第四极耳
33 第二极耳收容凹槽 T 厚度方向
34 第二极耳配对凹部
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的卷绕式电芯。
参照图1，图7、图8和图9，根据本发明的卷绕式电芯包括：第一极片1、第一极耳2、第二极片3、第二极耳4以及隔离膜5。
第一极片1包括：第一集流体11；以及第一活性物质层12，涂覆在第一集流体11的表面上。第二极片3包括：第二集流体31；以及第二活性物质层32，涂覆在第二集流体31的表面上。隔离膜5设置于第一极片1和第二极片3之间，以将第一极片1和第二极片3隔离开。
其中，第一极片1具有第一卷绕起始段B1，第一卷绕起始段B1的第一集流体11的正反两个表面上均未涂覆第一活性物质层12并定义为第一头部空白集流体111，第一极耳2焊接于第一头部空白集流体111。第二极片3的中部(如下面所述的第二极片3的第二卷绕起始段B2与第二卷绕收尾段D2之间的部分)形成有第二极耳收容凹槽33，第二极耳收容凹槽33的底部为第二集流体31而周侧为第二活性物质层32，第二极耳4收容于第二极耳收容凹槽33内并电连接于第二极耳收容凹槽33处的第二集流体31。
在根据本发明的卷绕式电芯中，第一极耳2固定于(例如焊接，粘接)第一头部空白集流体111，第二极耳4收容于第二极片3中部的第二极耳收容凹槽33内并电连接于第二极耳收容凹槽33处的第二集流体31。本发明的卷绕式电芯与现有技术中图13所示的卷绕式电芯相比，由于未将第一极耳2和第二极耳4同时设置在相应极片的卷绕起始段，从而明显降低了卷绕式电芯的内阻同时提高了电芯的能量密度。本发明的卷绕式电芯与现有技术中图14所示的卷绕式电芯相比，在卷绕式电芯循环使用过程中更不容易变形，并降低了电芯的循环膨胀率。
根据本发明的卷绕式电芯，在一实施例中，参照图3，第二极耳收容凹槽33的周侧可为三边封闭一边开口。
在一实施例中，参照图4，第二极耳收容凹槽33的周侧可为两边封闭两边开口。卷绕式电芯在充放电后，第二活性物质层32不仅会沿着第二极片3的厚度方向(即卷绕式电芯的厚度方向T)发生膨胀，从而增加卷绕式电芯的厚度，而且第二活性物质层32还会沿着第二极片3的长度方向发生膨胀，从而对厚度方向T产生挤压进而进一步增加卷绕式电芯的厚度。由于第二极耳收容凹槽33的周侧为两边封闭两边开口，从而使沿着第二极片3的长度方向的膨胀力得到有效释放，从而不会对厚度方向T产生挤压，在一定程度上减小了卷绕式电芯的厚度。
在一实施例中，参照图1，图7、图8和图9，第二极片3具有第二卷绕起始段B2。第一卷绕起始段B1和第二卷绕起始段B2在长度方向上可分别朝着不同的方向延伸(如图1、图7、图8和图9所示)。或者，第一卷绕起始段B1和第二卷绕起始段B2在长度方向上如图14和图15所示的那样朝着相同的方向延伸。
在一实施例中，第二卷绕起始段B2的第二集流体31的两个表面上均涂覆有第二活性物质层32。第二活性物质层32涂覆在第二卷绕起始段B2的第二集流体31的两面上提高了卷绕式电芯的能量密度。
在一实施例中，参照图7、图8和图9，第一极片1还可具有：第一卷绕收尾段D1，第一卷绕收尾段D1的第一集流体11的两面均未涂覆第一活性物质层12并定义为第一尾部空白集流体112。
在一实施例中，参照图8和图9，第一极耳2可为两个，两个第一极耳2在卷绕式电芯的厚度方向T上大致对齐。其中一个第一极耳2焊接于第一头部空白集流体111，另一个第一极耳2焊接于第一尾部空白集流体112，从而减小了卷绕式电芯的直流电阻(DCR)和电芯在充放电时的产热量，且电芯的电流密度分布更均匀。
在一实施例中，参照图10和图11，卷绕式电芯还可包括：第三极耳6，焊接于第一极耳2的引出到卷绕式电芯外部的一端。
在一实施例中，第三极耳6的宽度小于第一极耳2的宽度，并且第三极耳6的厚度大于第一极耳2的厚度，从而在保证第三极耳6的强度和过流截面积的同时减小了第一极耳2焊接后电芯的最大厚度，提高了电芯的能量密度。
在一实施例中，参照图1和图8，第二极片3还可具有：第二卷绕收尾段D2，其中第二卷绕收尾段D2的第二集流体31的两面可以均涂覆第二活性物质层32或者只在一面涂覆第二活性物质层32或者均未涂覆第二活性物质层32。
在一实施例中，第二极耳4可为两个，相应地，第二极耳收容凹槽33为两个。两个第二极耳4分别收容于对应的第二极耳收容凹槽33中，且在卷绕式电芯的厚度方向T上大致对齐。
在这里补充说明的是，当第一极耳2和第二极耳4的数量适当地增加时，卷绕式电芯的充放电倍率也相应地增加。
在一实施例中，参照图12和图13，卷绕式电芯还可包括：第四极耳7，焊接于第二极耳4的引出到卷绕式电芯外部的一端。
在一实施例中，第四极耳7的宽度小于第二极耳4的宽度，并且第四极耳7的厚度大于第二极耳4的厚度，从而在保证第四极耳7的强度和过流截面积的同时减小了第二极耳4焊接后电芯的最大厚度，提高了电芯的能量密度。
在这里补充说明的是，第二极片3的中部形成有第二极耳收容凹槽33指的是第二极耳收容凹槽33设置于第二极片3的处于第二卷绕起始段B2与第二卷绕收尾段D2之间的部分。优选地，第二极耳收容凹槽33设置于第二极片3的处于第二卷绕起始段B2与第二卷绕收尾段T2之间的中间部分，这是本发明优选的第二极耳收容凹槽33的设置位置，从而可以显著地减小卷绕式电芯的内阻。
在一实施例中，第一极耳2可采用超声波焊接、激光焊接或热压焊接方式电连接于第一头部空白集流体111。
在一实施例中，第二极耳4可采用超声波焊接、激光焊接或热压焊接方式电连接于第二极耳收容凹槽33处的第二集流体31。
在一实施例中，参照图1、图2、图7、图8和图9，第二极片3还形成有：第二极耳配对凹部34，底部为第二集流体31而周侧为第二活性物质层32，位于第二极耳收容凹槽33的正对背侧。与第二极耳收容凹槽33类似，第二极耳配对凹部34的周侧可为三边封闭一边开口，也可为两边封闭两边开口。设置第二极耳配对凹部34有利于第二极耳4焊接于第二极耳收容凹槽33内。
在一实施例中，第二极耳收容凹槽33可通过激光清洗或机械清洗将第二活性物质层32的对应部分去除以露出第二集流体31而形成。
在一实施例中，第二极耳收容凹槽33可通过涂覆阴极膜片浆料之前预置热敏型发泡胶纸在第二集流体31上、之后涂覆并干燥阴极膜片浆料以形成第二活性物质层32且在干燥阴极膜片浆料时热敏型发泡胶纸从第二集流体31上剥离形成。
在一实施例中，第二极耳配对凹部34可通过激光清洗或机械清洗将第二活性物质层32的对应部分去除以露出第二集流体31而形成。
在一实施例中，第二极耳配对凹部34可通过涂覆阴极膜片浆料之前预置热敏型发泡胶纸在第二集流体31上、之后涂覆并干燥阴极膜片浆料以形成第二活性物质层32且在干燥阴极膜片浆料时热敏型发泡胶纸从第二集流体31上剥离形成。
在一实施例中，所述卷绕式电芯还可包括：第一极耳用双面绝缘胶带T1，在两面上分别粘接隔离膜5和第一极耳2。
在一实施例中，所述卷绕式电芯还可包括：第二极耳收容凹槽用双面绝缘胶带T2，覆盖整个第二极耳4及第二极耳4周围的部分第二极耳收容凹槽33。
在一实施例中，所述卷绕式电芯还可包括：第二极耳配对凹部用双面绝缘胶带T3，覆盖整个第二极耳配对凹部34，且在两面上分别粘接隔离膜5和第二极耳配对凹部34周围的第二活性物质层32。
在这里补充说明的是，由于第一极耳用双面绝缘胶带T1、第二极耳收容凹槽用双面绝缘胶带T2和第二极耳配对凹部用双面绝缘胶带T3均采用双面绝缘胶带，其粘接区域比采用单面绝缘胶带时更紧密，从而使得卷绕式电芯的整体性加强，进而避免卷绕式电芯在整形工序以及充放电膨胀后该区域隆起成为最大变形区。在一实施例中，第一极耳用双面绝缘胶带T1为双面初始时均已有粘性或是一个单面初始时已有粘性而另一单面是经后续的热压或冷压后有粘性的双面胶带。
在一实施例中，第二极耳收容凹槽用双面绝缘胶带T2为双面初始时均已有粘性或是一个单面初始时已有粘性而另一单面是经后续的热压或冷压后有粘性的双面胶带。
在一实施例中，第二极耳配对凹部用双面绝缘胶带T3为双面初始时均已有粘性或是一个单面初始时已有粘性而另一单面是经后续的热压或冷压后有粘性的双面胶带。
在这里补充说明的是，第一极耳用双面绝缘胶带T1、第二极耳收容凹槽用双面绝缘胶带T2和第二极耳配对凹部用双面绝缘胶带T3均包括基材和涂覆在基材的两个表面的胶层。双面初始时均已有粘性的双面胶带的胶层可以为丁苯橡胶层、聚氨酯层、聚丙烯酸酯层或聚偏氟乙烯层。在一个单面初始时已有粘性而另一单面是经后续的热压或冷压后有粘性的双面胶带中，一个单面初始时已有粘性的胶层可以为丁苯橡胶层、聚氨酯层、聚丙烯酸酯层或聚偏氟乙烯层；而另一单面是经后续的热压或冷压后有粘性的胶层可以为常温下无初粘性的温敏胶或常温下无初粘性的压敏胶。
在一实施例中，第一极耳2的尺寸可与第二极耳4的尺寸一致。进一步地，第一极耳2的宽度可为6mm，厚度可为0.06mm。第二极耳4的宽度为6mm，厚度为0.06mm。
在一实施例中，第一极片1的第一活性物质层12的厚度可为131μm，第二极片3的第二活性物质层32的厚度可为112μm。
在一实施例中，第一极片1可为正极极片而第二极片3为负极极片，第一集流体11为正极集流体而第二集流体31为负极集流体，第一活性物质层12为正极活性物质层而第二活性物质层32为负极活性物质层。
在一实施例中，第一极片1可为负极极片而第二极片3为正极极片，第一集流体11为负极集流体而第二集流体31为负极集流体，第一活性物质层12为负极活性物质层而第二活性物质层32为正极活性物质层。
在这里补充说明的是上述所述的第一极片1的第一卷绕起始段B1为紧邻卷绕中心(即紧邻卷针)沿厚度方向T的一侧的一层第一极片1(第一卷绕起始段B1可仅具有平的部分，如图1、图7、图8所示；或者该层第一极片1可具有平的部分和从该平的部分回折的回折部分，如图9所示)。第一极片1的第一卷绕收尾段D1为第一极片1处于卷绕式电芯的最外侧一层的第一极片1。第二极片2的第二卷绕起始段B2为紧邻卷绕中心沿厚度方向T的另一侧的一层第二极片2(同样地，第二卷绕起始段B2可仅具有平的部分，如图1、图7、图8所示；或者该层第二极片2可具有平的部分和从该平的部分回折的回折部分，如图9所示)。第二极片2的第二卷绕收尾段D2为第二极片2处于卷绕式电芯的最外侧一层的第二极片2。
最后补充说明根据本发明的卷绕式电芯用于软包装锂离子电池并作为举例的实施例和对比例及测试结果。其中，在下面所述的实施例及对比例中第一极片1为负极极片而第二极片3为正极极片。
实施例1
以464090型号软包装锂离子电池(成品电池厚度为4.6mm、宽度为40mm、长度为90mm)为例，第一极耳2与第二极耳4尺寸一致，即极耳的焊接长度为15mm，极耳宽度为6mm、厚度为0.06mm。
采用图1所示的结构，经冷压工序后的极片(第一极片1的单侧第一活性物质层12的厚度为131μm、第二极片3的单侧第二活性物质层32的厚度为112μm)，采用超声焊接或钎焊或电阻焊将第一极耳2焊接到第一极片1的第一头部空白集流体111上；采用激光或占位法在第二极片3的中部清洗或预留出用于焊接第二极耳4的第二极耳收容凹槽33和第二极耳配对凹部34，随后采用超声焊接或钎焊或电阻焊将第二极耳4焊接到第二极耳收容凹槽33中。第一活性物质层12采用石墨，第二活性物质层32采用钴酸锂。第二极耳收容凹槽33的周侧为三边封闭一边开口。
实施例2
与实施例1的不同之处：第二极耳收容凹槽33的周侧为两边封闭两边开口。
对比例1
采用如图13所示结构，与实施例1的不同之处：第二极片3和第一极片1上没有开设任何凹槽，第一极耳2和第二极耳4分别焊接在第一极片1的第一卷绕起始段B1的第一头部空白集流体111和第二极片3的第二卷绕起始段B2的第二头部空白集流体31上。
对比例2
采用如图14所示结构，与实施例1的不同之处：第一极片1上开设收容第一极耳2的第一极耳收容凹槽13，第二极片3上开设收容第二极耳4的第二极耳收容凹槽33，并完成第一极耳2与第一极耳收容凹槽13的焊接和第二极耳4与第二极耳收容凹槽33的焊接。
在实施例1-2和对比例1-2中分别选取20个软包装锂离子电池样品进行1000个循环充放电测试，对测试前后的样品的厚度进行测量，并且对测试后的软包装锂离子电池样品进行拆解观察析锂的情况，所得结果示如表1所示。
容量测试：采用标称电流将电芯充电到标称上限电压，然后再以标称电流放电到截至电压所释放出来的电量。
厚度测试：用测厚仪测量。
变形量＝(测试后平均厚度-测试前厚度)/测试前厚度*100％
表1 实施例1-2与对比例1-2的测试结果
Claims (10)
1.一种卷绕式电芯，包括：
第一极片(1)，包括：
第一集流体(11)；以及
第一活性物质层(12)，涂覆在第一集流体(11)的表面上；
第一极耳(2)；
第二极片(3)，包括：
第二集流体(31)；以及
第二活性物质层(32)，涂覆在第二集流体(31)的表面上；
第二极耳(4)；
隔离膜(5)，设置于第一极片(1)和第二极片(3)之间，以将第一极片(1)和第二极片(3)隔离开；
其特征在于，
第一极片(1)具有第一卷绕起始段(B1)，第一卷绕起始段(B1)的第一集流体(11)的正反两个表面上均未涂覆第一活性物质层(12)并定义为第一头部空白集流体(111)，第一极耳(2)固定于第一头部空白集流体(111)；
第二极片(3)的中部形成有第二极耳收容凹槽(33)，第二极耳收容凹槽(33)的底部为第二集流体(31)而周侧为第二活性物质层(32)，第二极耳(4)收容于第二极耳收容凹槽(33)内并电连接于第二极耳收容凹槽(33)处的第二集流体(31)。
2.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第二极耳收容凹槽(33)的周侧为三边封闭一边开口；或
第二极耳收容凹槽(33)的周侧为两边封闭两边开口。
3.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第二极片(3)具有第二卷绕起始段(B2)；
第一卷绕起始段(B1)和第二卷绕起始段(B2)在长度方向上分别朝着不同的方向延伸；或
第一卷绕起始段(B1)和第二卷绕起始段(B2)在长度方向上朝着相同的方向延伸。
4.根据权利要求3所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第二卷绕起始段(B2)的第二集流体(31)两个表面上均涂覆有第二活性物质层(32)。
5.根据权利要求3所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第一极片(1)还具有：第一卷绕收尾段(D1)，第一卷绕收尾段(D1)的第一集流体(11)的正反两个表面均未涂覆第一活性物质层(12)并定义为第一尾部空白集流体(112)。
6.根据权利要求5所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第一极耳(2)为两个；
一个第一极耳(2)焊接于第一头部空白集流体(111)，另一个第一极耳(2)焊接于第一尾部空白集流体(112)。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的卷绕式电芯，其特征在于，卷绕式电芯还包括：第三极耳(6)，焊接于第一极耳(2)的引出到卷绕式电芯外部的一端，且第三极耳(6)的宽度小于第一极耳(2)的宽度，第三极耳(6)的厚度大于第一极耳(2)的厚度。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的卷绕式电芯，其特征在于，
卷绕式电芯还包括：第四极耳(7)，焊接于第二极耳(4)的引出到卷绕式电芯外部的一端，且第四极耳(7)的宽度小于第二极耳宽度，第四极耳(7)的厚度大于第二极耳的厚度。
9.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，第二极片(3)还形成有：第二极耳配对凹部(34)，底部为第二集流体(31)而周侧为第二活性物质层(32)，位于第二极耳收容凹槽(33)的正对背侧。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的卷绕式电芯，其特征在于，第一极片(1)为正极极片而第二极片(3)为负极极片，第一集流体(11)为正极集流体而第二集流体(31)为负极集流体，第一活性物质层(12)为正极活性物质层而第二活性物质层(32)为负极活性物质层；或者
第一极片(1)为负极极片而第二极片(3)为正极极片，第一集流体(11)为负极集流体而第二集流体(31)为正极集流体，第一活性物质层(12)为负极活性物质层而第二活性物质层(32)为正极活性物质层。
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