CN205985209U - 一种电芯及二次电池 - Google Patents

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王可飞
袁庆丰
耿继斌
仝洪伟
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Abstract

本申请涉及储能设备领域，具体讲，涉及一种电芯及二次电池。本申请电芯包含第一极片、第二极片以及隔膜，电芯内部和/或电芯的外周面包括空白集流体处，空白集流体处上设置有多孔材料层。本申请利用多孔材料层的吸液能力，从而有效地增强电芯或二次电池的保液能力，提高电芯或二次电池的安全性和使用寿命，且不增加电芯或二次电池的厚度。

Description

一种电芯及二次电池
技术领域
本申请涉及储能设备领域，具体讲，涉及一种电芯及二次电池。
背景技术
随着移动装置技术的持续发展和对其需求的持续增加，对作为能源的二次电池的需求在快速增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和电压并展示长寿命和低自放电率的锂二次电池是市售并广泛使用的。
通常，锂二次电池使用金属氧化物诸如LiCoO2作为正极活性材料，且使用碳基材料作为负极活性材料。另外，将聚烯烃基多孔隔膜置于负极与正极之间并且利用包含锂盐诸如LiPF6的非水电解质进行浸渍，从而制造锂二次电池。在充电期间，正极活性材料的锂离子放出并插入负极的碳层。在放电期间，碳层的锂离子放出并插入正极活性材料中。非水电解质起到使锂离子在负极与正极之间移动的介质的作用。然而，电解质通过在二次电池工作期间负极中的副反应和正极中的氧化而被持续消耗。因此，当电解质的量过度减少时，二次电池的性能降低并且寿命快速下降。而如果在二次电池制造期间添加大量电解质，会造成电极组件之间的界面断裂，影响二次电池的寿命。
已有技术中通过在电极组件外周边缠绕对电解液具有亲和力材料制备的密封带，或者将多孔弹性体安装在电池壳中，从而可增加电解液的吸附量，但是对电池厚度影响很大。
鉴于此，特提出本申请。
实用新型内容
本申请的首要发明目的在于提出一种电芯。
本申请的第二发明目的在于提出一种二次电池。
为了完成本申请的目的，采用的技术方案为：
本申请涉及一种电芯，所述电芯包含第一极片、第二极片以及隔膜，所述第一极片包括第一集流体和设置于所述第一集流体相对两表面的第一活性物质层，所述第二极片包括第二集流体和设置于所述第二集流体相对两表面的第二活性物质层，其特征在于，
所述电芯内部和/或所述电芯的外周面包括空白集流体处，所述空白集流体处上设置有多孔材料层。
优选的，所述电芯包括由第一极片、第二极片以及隔膜的起始端卷绕而成的电芯，所述第一极片的头部包括未设置所述第一活性物质层的第一空白区，和/或所述第二极片的头部包括未设置所述第二活性物质层的第二空白区；在所述第一空白区和/或所述第二空白区的至少一个面上设置有所述多孔材料层。
优选的，所述电芯为叠片结构或卷绕叠片混合结构，在所述叠片结构或所述卷绕叠片混合结构的最内层中，所述第一极片包括未设置所述第一活性物质层的第一空白区，和/或所述第二极片体包括未设置所述第二活性物质层的第二空白区；在所述第一空白区和/或所述第二空白区的至少一个面上设置有所述多孔材料层。
优选的，所述第一空白区和所述第二空白区包括相对两表面均未涂覆活性物质层的空箔区，所述多孔材料层设置于所述空箔区上。
优选的，所述第一极片的尾部包括未设置有所述第一活性物质层的第三空白区，和/或，所述第二极片的尾部包括未设置有所述第二活性物质层的第四空白区；
在所述第三空白区和/或所述第四空白区的至少一个面上设置有所述多孔材料层。
优选的，沿所述电芯厚度方向上中线附近的空白集流体处不设置所述多孔材料层。
优选的，所述第三空白区和/或所述第四空白区包括相对两表面均未涂覆活性物质层的空箔区和/或单面涂覆活性物质层的单面涂覆区，所述多孔材料层设置于所述空箔区和/或单面涂覆区上。
优选的，所述第一极片包括第一涂覆区，所述第一涂覆区含有未设置所述第一活性物质层的第五空白区；和/或，所述第二极片包括第二涂覆区，所述第二涂覆区含有未设置所述第二活性物质层的第六空白区；在所述第五空白区和/或所述第六空白区的至少一个面上设置有所述多孔材料层。
优选的，所述多孔材料层的厚度小于或等于第一活性材料层的厚度，和/或，所述多孔材料层的厚度小于或等于第二活性材料层的厚度。
本申请涉及一种二次电池，包括本申请的电芯和电芯外壳，沿所述电芯厚度方向上中线附近的空白集流体处不设置所述多孔材料层。
本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
本申请的电芯，电芯内部和/或电芯的外周面包括空白集流体处，在空白集流体处上设置有多孔材料层。由于多孔材料层具有吸液能力，从而可有效地增强电芯或二次电池的保液能力，提高电芯或二次电池的安全性和使用寿命，且不增加电芯或二次电池额外厚度。
附图说明
图1为已有技术中电芯结构示意图；
图2A为本申请某一具体实施方式中的电芯结构示意图；
图2B为图2A所示电芯的极片展开示意图；
图3A为本申请某一具体实施方式中的电芯结构示意图；
图3B为图3A所示电芯的极片展开示意图；
图4A为本申请某一具体实施方式中的电芯结构示意图；
图4B为图4A所示电芯的极片展开示意图；
图5A为本申请某一具体实施方式中的电芯结构示意图；
图5B为图5A所示电芯的极片展开示意图；
图6A为本申请某一具体实施方式中的电芯结构示意图；
图6B为图6A所示电芯的极片展开示意图；
图7A为本申请某一具体实施方式中的电芯结构示意图；
图7B为图7A所示电芯的极片展开示意图；
其中：
1-电芯；
10-第一极片；
101-第一空白区；
102-第三空白区；
103-第五空白区；
20-第二极片；
201-第二空白区；
202-第四空白区；
203-第六空白区；
30-第一极耳；
40-第二极耳；
50-多孔材料层。
下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
具体实施方式
本申请实施例的提出一种电芯1，包含第一极片10、第二极片20以及隔膜，第一极片10包括第一集流体和设置于第一集流体相对两表面的第一活性物质层，第二极片20包括第二集流体和设置于第二集流体相对两表面的第二活性物质层，电芯内部和/或电芯的外周面包括空白集流体处，空白集流体处上设置有多孔材料层50。
在本申请实施例中，电芯可采用卷绕式电芯、叠片式电芯或卷绕叠片混合式电芯。以卷绕式电芯为例，极耳一般设置于极片的头部卷绕于电芯内部，从而在电芯内部留有空白集流体处。当电芯的外周采用空集流体或单面涂覆的集流体卷绕时，从而在电芯的外周面形成空白集流体处。在本申请中，外周面是指包围于电芯外侧一圈所形成的面。
本申请的多孔材料层50采用多孔材料制备而成，因此具有吸液能力，从而可增加电芯1对电解液的吸附量。并且，将多孔材料层50设置于电芯内部的空白集流体处，不会增加电芯1的厚度。
在本申请实施例中，多孔材料采用已知的多孔材料，可选自无机多孔材料或有机多孔材料的至少一种。
在本申请实施例中，多孔材料孔的尺寸为1nm～5000μm。
在本申请实施例中，多孔材料孔的孔隙率为20％～95％。
在本申请的实施例中，电芯1包括由第一极片10、第二极片20以及隔膜的起始端卷绕而成的电芯1，第一极片10的头部包括未设置第一活性物质层的第一空白区101，和/或第二极片20的头部包括未设置第二活性物质层的第二空白区201；在第一空白区101和/或第二空白区201的至少一个面上设置有多孔材料层50。电芯1也为叠片结构或卷绕叠片混合结构，在叠片结构或卷绕叠片混合结构的最内层中，第一极片10包括未设置第一活性物质层的第一空白区101，和/或第二极片20体包括未设置第二活性物质层的第二空白区201；在第一空白区101和/或第二空白区201的至少一个面上设置有多孔材料层50。
其中，第一空白区101以及第二空白区201可为双面均无活性物质的空箔区，也可为单面涂覆有活性物质的单面涂覆区，也可同时包含空箔区和单面涂覆区。在第一空白区101以及第二空白区201的空箔区上，多孔材料层50可设置于空箔区的至少一个面上；在第一空白区101以及第二空白区201的单面涂覆区上，多孔材料层50则设置于无活性物质的面上。
以卷绕式电芯为例，第一极耳30设置于第一空白区101的空箔区上，第二极耳40设置于第二空白区201的空箔区上；由于极耳形成了电芯1厚度的最大位置，在卷绕式电芯1的最内圈便形成空白集流体处，如图1所示。
本申请实施例可将多孔材料层50设置于电芯1内部的空白集流体处上，多孔材料层50分别设置于第一空白区101的空箔区和第二空白区201的空箔区上，从而可增加电芯1对电解液的吸附量，也不会增加电芯1的厚度，如图2A所示，其极片展开示意图如图2B所示。本申请实施例还可将多孔材料层50仅设置于第二空白区201的空箔区上，如图3A所示，其极片展开示意图如图3B所示。本申请实施例还可将多孔材料层50仅设置于第一空白区101的空箔区上，如图4A所示，其极片展开示意图如图4B所示。将多孔材料层50设置于极耳附近，对电芯1厚度和能量密度没有损失，除了提高电芯1的存储电解液能力外，还可以提高电芯1的结构对称性，电芯1表面更加平整。
在叠片式电芯1结构中，极耳设置于最内层，同样，在极耳周边的位置便形成空白集流体处，将多孔材料层50设置于电芯1内部的空白集流体处上，不会增加电芯1的厚度。
除上述由于电芯1结构产生的空白集流体处外，电芯1内部的空白集流体处也可指在制备极片时，预留的空白区所形成的空白集流体处。为了不增加电芯1的厚度，可在极片上设置无活性物质涂覆的空白区，并在该空白区内设置多孔材料层50用于提高电芯1的吸液能力。具体的如图5A所示，其极片展开示意图如图5B所示。第一极片10包含第一涂覆区，第一涂覆区含有未设置第一活性物质层的第五空白区103；第二极片20包含第二涂覆区，第二涂覆区含有未设置第二活性物质层的第六空白区203；在第五空白区103和第六空白区203上设置有多孔材料层50。第五空白区103以及第六空白区203均为单面涂覆，多孔材料层50则设置于无活性物质的面上。不仅如此，第五空白区103以及第六空白区203也可为双面均无活性物质的空箔区，也可同时包含空箔区和单面涂覆区。在第五空白区103以及第六空白区203的空箔区上，多孔材料层50可设置于空箔区的至少一个面上。
在本申请实施例的电芯中，第一极片10的尾部包括未设置有第一活性物质层的第三空白区102，和/或，第二极片20的尾部包括未设置有第二活性物质层的第四空白区202；在第三空白区102和/或第四空白区202的至少一个面上设置有多孔材料层50。同样，第三空白区102以及第四空白区202可为双面均无活性物质的空箔区，也可单面涂覆有活性物质的单面涂覆区，也可同时包含空箔区和单面涂覆区。在第三空白区102以及第四空白区202的空箔区上，多孔材料层50可设置于空箔区的至少一个面上；在第三空白区102以及第四空白区202的单面涂覆区上，多孔材料层50则设置于无活性物质的面上。
当电芯1为扁平状卷绕式电芯时，当第一极片10和/或第二极片20的收尾端为双面涂覆时，收尾部分比其他部分厚度有所增加，如图6A所示，其极片展开示意图如图6B所示。第二极片20的收尾端为双面涂覆，第一极片10的末端形成空白集流体处，并将多孔材料层50设置于第三空白区102的单面涂覆区上，且位于电芯1的平直面上。该具体方式中将吸液材料涂覆于第一极片的尾部，第二极片双面涂覆收尾端所形成的空间，一方面可以提高存储电解液的能力，另一方面有吸液材料的存在会增加电芯1和外包装之间的摩擦力，从而改善电芯1的抗跌落能力。
当电芯1为扁平状卷绕式电芯时，第一极片10的尾部包括未设置有第一活性物质层的第三空白区102，和/或，第二极片20的尾部包括未设置有第二活性物质层的第四空白区202；在第三空白区102和/或第四空白区202的至少一个面上设置有多孔材料层50。本申请实施例将多孔材料层50设置于第三空白区102的单面涂覆区和空箔区上，并且沿电芯厚度方向上中线附近的空白集流体处不设置多孔材料层，如图7A所示，其极片展开示意图如图7B所示。这种设计方式不仅可增加电芯1对电解液的吸附量，也不会增加二次电池的厚度和宽度。如果不在上述部位设置用于吸液的多孔材料层50，虽然二次电池内的这些空间也可存储电解液，但是由于电解液流动性太大，会引起涨液外观问题、跌落失效等问题。在本申请实施例中，多孔材料层50的厚度小于或等于第一活性材料层的厚度，和/或，多孔材料层50的厚度小于或等于第二活性材料层的厚度。
本申请实施例还涉及一种二次电池，包括本申请上述实施例中的电芯1和电芯外壳。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种电芯，所述电芯包含第一极片、第二极片以及隔膜，所述第一极片包括第一集流体和设置于所述第一集流体相对两表面的第一活性物质层，所述第二极片包括第二集流体和设置于所述第二集流体相对两表面的第二活性物质层，其特征在于，
所述电芯内部和/或所述电芯的外周面包括空白集流体处，所述空白集流体处上设置有多孔材料层。
2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述电芯包括由第一极片、第二极片以及隔膜的起始端卷绕而成的电芯，所述第一极片的头部包括未设置所述第一活性物质层的第一空白区，和/或所述第二极片的头部包括未设置所述第二活性物质层的第二空白区；在所述第一空白区和/或所述第二空白区的至少一个面上设置有所述多孔材料层。
3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述电芯为叠片结构或卷绕叠片混合结构，在所述叠片结构或所述卷绕叠片混合结构的最内层中，所述第一极片包括未设置所述第一活性物质层的第一空白区，和/或所述第二极片体包括未设置所述第二活性物质层的第二空白区；在所述第一空白区和/或所述第二空白区的至少一个面上设置有所述多孔材料层。
4.根据权利要求2或3所述的电芯，其特征在于，所述第一空白区和所述第二空白区包括相对两表面均未涂覆活性物质层的空箔区，所述多孔材料层设置于所述空箔区上。
5.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一极片的尾部包括未设置有所述第一活性物质层的第三空白区，和/或，所述第二极片的尾部包括未设置有所述第二活性物质层的第四空白区；
在所述第三空白区和/或所述第四空白区的至少一个面上设置有所述多孔材料层。
6.根据权利要求5所述的电芯，其特征在于，沿所述电芯厚度方向上中线附近的空白集流体处不设置所述多孔材料层。
7.根据权利要求5所述的电芯，其特征在于，所述第三空白区和/或所述第四空白区包括相对两表面均未涂覆活性物质层的空箔区和/或单面涂覆活性物质层的单面涂覆区，所述多孔材料层设置于所述空箔区和/或单面涂覆区上。
8.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一极片包括第一涂覆区，所述第一涂覆区含有未设置所述第一活性物质层的第五空白区；和/或，所述第二极片包括第二涂覆区，所述第二涂覆区含有未设置所述第二活性物质层的第六空白区；在所述第五空白区和/或所述第六空白区的至少一个面上设置有所述多孔材料层。
9.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述多孔材料层的厚度小于或等于第一活性材料层的厚度，和/或，所述多孔材料层的厚度小于或等于第二活性材料层的厚度。
10.一种二次电池，所述二次电池包括如权利要求1～9任一所述的电芯和电芯外壳。
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