CN206379432U

CN206379432U - 二次电池卷绕式电芯

Info

Publication number: CN206379432U
Application number: CN201621444388.5U
Authority: CN
Inventors: 王亚超; 方宏新; 阳超
Original assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Current assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2017-08-04
Anticipated expiration: 2026-12-27

Abstract

本实用新型提供了一种二次电池卷绕式电芯，其包括阴极片、阳极片和隔膜，阴极片和阳极片层叠后卷绕，隔膜间隔于相邻的阴极片和阳极片之间；所述阴极片和阳极片中的至少一种极片为非连续卷绕结构；非连续卷绕的极片在卷绕方向上断开为至少两段，极片断开位置的两个端部彼此分离一段距离或是彼此重叠一定长度。与现有技术相比，本实用新型二次电池卷绕式电芯通过对至少一种极片进行非连续卷绕，有效地解决了因极片厚度偏差导致的极耳错位超标，通过断开位置的分离或重叠对极耳错位进行了校正，确保了极耳错位合格，达到了增加电芯卷绕圈数的目的。

Description

二次电池卷绕式电芯

技术领域

本实用新型属于二次电池领域，尤其涉及一种二次电池卷绕式电芯。

背景技术

在二次电池制造中，成本压力越来越大，为了降低二次电池成本，大容量电池是一个最现实的选择，但考虑到电池包组装的兼容性，二次电池设计时只能通过增加电芯卷绕圈数来增加二次电池的厚度。

另一方面，为了确保二次电池有良好的倍率性能，其电芯通常采用多极耳结构。由于多数卷绕式电芯大多是使用模切集流体作为极耳，因此需要提前设计好极耳间距。但是，在实际生产中，往往因为厚度控制偏差而导致极耳不能按照设计要求对齐，也就是发生极耳错位；随着卷绕圈数的增加，极耳错位距离会越来越大。当极耳错位距离超出设计规格时，就会导致焊接时错位部分的极耳出现漏焊，导致电池容量低或容易短路。因此，极耳错位问题已经成为限制电芯卷绕圈数增加的瓶颈。

例如，某一卷绕式电芯的设计卷绕圈数是29圈，但实际生产时在卷绕圈数为22圈时，极耳错位距离就达到了设计极限，如果继续卷绕，极耳错位距离将会超出设计规格，进而导致上述后果。此时，显然不能继续卷绕，只能考虑将一个卷绕式电芯拆分设计成两个层数较少的电芯，如将设计卷绕圈数为29圈的一个电芯拆分设计为卷绕圈数分别为15圈、14圈的两个电芯。拆分设计虽然能确保极耳错位距离不超过设计规格，但是却会导致电芯的能量密度降低，同时卷绕效率也将降低，导致制造成本大幅增加。

有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述技术问题的二次电池卷绕式电芯。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种极耳错位距离可控的二次电池卷绕式电芯，以避免极耳错位对电芯卷绕圈数的限制。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种二次电池卷绕式电芯，其包括阴极片、阳极片和隔膜，阴极片和阳极片层叠后卷绕，隔膜间隔于相邻的阴极片和阳极片之间；所述阴极片和阳极片中的至少一种极片为非连续卷绕结构；非连续卷绕的极片在卷绕方向上断开为至少两段，极片断开位置的两个端部彼此分离一段距离或是彼此重叠一定长度。

作为本实用新型二次电池卷绕式电芯的一种改进，所述非连续卷绕的极片断开位置为重叠结构时，极片重叠长度为3mm～50mm。

作为本实用新型二次电池卷绕式电芯的一种改进，所述非连续卷绕的极片为阴极片、且断开位置为分离结构时，极片分离距离为3mm～100mm。

作为本实用新型二次电池卷绕式电芯的一种改进，所述阴极片和阳极片的断开位置均为分离结构时，阴极片的分离距离比阳极片的分离距离长3mm～50mm。

作为本实用新型二次电池卷绕式电芯的一种改进，所述非连续卷绕的极片为阳极片、且断开位置为分离结构时，与阳极片的分离区域对应的相邻阴极片上贴有保护胶。

作为本实用新型二次电池卷绕式电芯的一种改进，所述非连续卷绕的极片为阳极片、且断开位置为分离结构时，与阳极片的分离区域对应的相邻阴极片朝向阳极片分离区域的一面设置一段未涂覆阴极膜片的阴极空白集流体。

作为本实用新型二次电池卷绕式电芯的一种改进，所述保护胶或阴极空白集流体的长度大于阳极片的分离距离而覆盖住阳极片的全部分离区域。

作为本实用新型二次电池卷绕式电芯的一种改进，所述保护胶或阴极空白集流体的长度比阳极片的分离距离长3mm～15mm。

作为本实用新型二次电池卷绕式电芯的一种改进，所述保护胶或阴极空白集流体的长度为10mm～110mm。

作为本实用新型二次电池卷绕式电芯的一种改进，所述非连续卷绕的极片的断开位置位于自内向外数的第2～N-1圈的任何位置，其中N为电芯中对应极片的总卷绕圈数。

与现有技术相比，本实用新型二次电池卷绕式电芯通过对至少一种极片进行非连续卷绕，有效地解决了因极片厚度偏差导致的极耳错位超标，通过断开位置的分离或重叠对极耳错位进行了校正，确保了极耳错位合格，达到了增加电芯卷绕圈数的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型二次电池卷绕式电芯及其有益技术效果进行详细说明。

图1为本实用新型二次电池卷绕式电芯第一实施方式的结构示意图。

图2为本实用新型二次电池卷绕式电芯第二实施方式的结构示意图。

图3为本实用新型二次电池卷绕式电芯第三实施方式的结构示意图。

图4为本实用新型二次电池卷绕式电芯第四实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型，并不是为了限定本实用新型。

常规卷绕的二次电池卷绕式电芯每个极片都只有一次插入和一次切断，为了达到改善极耳错位的目的，本实用新型创造性地将单个卷绕式电芯的一种或两种极片的卷绕过程改为一次以上的插入和切断，使得极片成为在卷绕方向上断开为至少两段的非连续卷绕结构，通过将极片断开位置的两个端部彼此分离一段距离或是彼此重叠一定长度，来改善该极片极耳的错位情况。易于理解的是，如果极片在需要切断的位置正好用尽，无需切断动作即可实现极片的断开，这也属于本实用新型所描述的“极片在卷绕方向上断开为至少两段”；但是，由于绝大部分情况都是需要对极片进行切断的，因此，以下实施方式的描述仍旧以通常程序的切断为例，对本实用新型二次电池卷绕式电芯的生产方法和结构进行说明。

请参阅图1，本实用新型二次电池卷绕式电芯的第一实施方式包括阴极片10、阳极片20和隔膜30，阴极片10和阳极片20层叠后卷绕，隔膜30间隔于相邻的阴极片10和阳极片20之间。其中，阴极片10和阳极片20均在极片卷绕方向上被断开为两段，两段阴极片10的相邻端部彼此分离一段距离AB，两段阳极片20的相邻端部彼此分离一段距离CD。其中，两段阴极片10的分离距离AB为3mm～100mm，两段阳极片20的分离距离CD小于两段阴极片10间的分离距离AB，二者的差值优选为3mm～50mm。

图1中二次电池卷绕式电芯的卷绕过程为：隔膜30、阴极片10和阳极片20插入→卷绕→阴极片10和阳极片20切断→阴极片10和阳极片20二次插入→继续卷绕→切断→贴胶。具体来说，制备过程如下。

首先是材料的准备。由于本实用新型涉及的主要是电芯的卷绕过程，因此对于阴极片10、阳极片20、隔膜30的结构和材质没有特别的要求。举例来说，阴极片10制备时，可以以LiCoO₂/NCM/LFP作为阴极活性物质、以碳黑作为导电剂、以聚偏二氟作乙烯作为粘结剂、以N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成阴极浆料；将阴极浆料涂布在阴极集流体铝箔的两面，干燥后，经轧制、切割，形成预定间距的阴极耳12，再分条待用。阳极片20制备时，可以以石墨作为阳极活性物质、以聚偏二氟作乙烯作为粘结剂、以去离子水作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀，形成阳极浆料；将阳极浆料涂布在阳极集流体铜箔的两面，干燥后，经轧制、切割，形成预定间距的阳极耳22，再分条待用。

对于本实用新型来说，最重要的步骤就是电芯的卷绕。将制备好的阴极片10和阳极片20分别放置在放卷机构，经过摆辊、张力系统、纠偏系统、极片插入机构和切断机构，最后进行卷绕。在卷绕过程中，隔膜30在卷针上缠绕不小于0.5圈后，阴极片10、阳极片20第一次插入，纠偏系统、张力系统时时检测并反馈执行机构进行调整，极耳计数传感器(或记号孔检测传感器)在检测到达到设计的极耳数(或检测到记号孔)后，再由编码器计值一定长度后反馈到卷绕机使卷针电机停转，切断机构第一次切断阴极片10和阳极片20；卷针继续卷绕隔膜30mm～100mm，将阴极片10和阳极片20第二次插入并同隔膜30一起继续卷绕，极耳计数传感器(或记号孔检测传感器)继续计数极耳数达到设计的极耳数(或检测到记号孔)后，第二次切断阴极片10和阳极片20。之后的操作与现有技术类似，卷针转动到另一工位、隔膜30热切断、下料辊跟随卷针进行转动，贴胶辊贴保护胶带，托盘接住卷好的电芯，卷针抽出，完成整个卷绕过程。

以上述方法卷绕的电芯，当卷绕圈数多、厚度差异累积导致阴极耳12、极耳22错位达到设计规格时，阴极片10和阳极片20可以从中间断开，通过控制二次插入时的位置对阴极耳12、极耳22的错位进行校正，从而保证阴极耳12、极耳22错位合格，达到增加电芯卷绕圈数的目的。

易于理解的是，虽然本实用新型二次电池卷绕式电芯第一实施方式是对阴阳两种极片均进行二次断开和插入，但是根据电芯的实际设计圈数和极耳错位的严重程度，本实用新型二次电池卷绕式电芯还可以对第一实施方式进行如下变更：

1)可以仅仅对阴极片或阳极片中的任一种极片进行二次断开和插入；

2)可以对阴极片或阳极片中的任一种极片进行二次以上的断开和插入，如第三次、第四次甚至更多次断开和插入，也可以对两种极片都进行二次以上的断开和插入；

3)对于任一种极片来说，在断开后再次插入时，极片可以在卷针卷绕隔膜1圈或2圈甚至更多圈后再插入，使得极片断开位置所在圈数的极耳间距小于前一圈的极耳间距3mm～100mm；

4)对于任一种极片来说，在断开后再次插入时，极片第二次插入的位置可以与第一次断开位置重叠，重叠长度为3mm～50mm；

5)对于任一种极片来说，断开位置可以位于自内向外数的第2～N-1圈的任何位置，其中N为电芯中对应极片的总卷绕圈数(也就是说，断开位置不在极片的最内圈和最外圈即可)。

请参阅图2，本实用新型二次电池卷绕式电芯的第二实施方式包括阴极片10、阳极片20和隔膜30，阴极片10和阳极片20层叠后卷绕，隔膜30间隔于相邻的阴极片10和阳极片20之间。其中，阴极片10和阳极片20均在极片卷绕方向上被断开为两段，两段阴极片10的相邻端部彼此分离一段距离AB，而两段阳极片20的相邻端部彼此重叠一定长度EF。其中，两段阴极片10的分离距离AB为3mm～100mm，两段阳极片20的重叠长度EF为3mm～50mm。优选地，在电芯厚度方向上，阳极片20的重叠区域与阴极片10的分离区域对齐，且E、F两点的投影落在A、B之间。本实施方式的电芯在卷绕时，为了防止阳极片20第二次插入时重叠的两段阳极片20互相磕碰，可以在第一次断开时将断点前方的一段阳极片20粘在隔膜30上。

请参阅图3，本实用新型二次电池卷绕式电芯的第三实施方式包括阴极片10、阳极片20和隔膜30，阴极片10和阳极片20层叠后卷绕，隔膜30间隔于相邻的阴极片10和阳极片20之间。其中，阴极片10和阳极片20均在极片卷绕方向上被断开为两段，两段阴极片10的相邻端部彼此分离一段距离AB，两段阳极片20的相邻端部彼此分离一段距离CD。其中，两段阴极片10的分离距离AB为3mm～100mm，两段阳极片20的分离距离CD小于两段阴极片10间的分离距离AB，二者的差值优选为3mm～50mm。与第一实施方式不同的是，本实施方式在与阳极片20的分离区域对应的相邻阴极片10上贴有保护胶14，保护胶14的长度GH大于阳极片10的分离距离CD而覆盖住阳极片20的全部分离区域。保护胶14的长度GH优选为10mm～110mm，与CD的长度差(GH-CD)优选为3mm～15mm。这样的设计是为了防止阳极片20分离位置出现析锂。保护胶14可以在阴极片10分条时，利用自动贴胶机构贴覆，当然如有必要，也可以手动贴覆。

请参阅图4，本实用新型二次电池卷绕式电芯的第四实施方式包括阴极片10、阳极片20和隔膜30，阴极片10和阳极片20层叠后卷绕，隔膜30间隔于相邻的阴极片10和阳极片20之间。其中，阴极片10和阳极片20均在极片卷绕方向上被断开为两段，两段阴极片10的相邻端部彼此分离一段距离AB，两段阳极片20的相邻端部彼此分离一段距离CD。其中，两段阴极片10的分离距离AB为3mm～100mm，两段阳极片20的分离距离CD小于两段阴极片10间的分离距离AB，二者的差值优选为3mm～50mm。与第一实施方式不同的是，本实施方式将与阳极片20的分离区域对应的相邻阴极片10朝向阳极片分离区域的一面设置一段未涂覆阴极膜片的阴极空白集流体16，阴极空白集流体16的长度IJ大于阳极片10的分离距离CD而覆盖住阳极片20的全部分离区域。阴极空白集流体16的长度IJ优选为10mm～110mm，与CD的长度差(IJ-CD)优选为3mm～15mm。这样的设计也是为了防止阳极片20分离位置出现析锂。阴极空白集流体16可以在阴极片制作时直接在对应区域不涂布阴极膜片，也可以在卷绕前使用涂层剥离技术将对应区域已涂布的阴极膜片去除而漏出阴极空白集流体。

易于理解的是，当阳极片20的断开位置采用重叠结构时，无需如具体实施方式三、四那样采用保护胶或阴极空白集流体来避免析锂。

与现有技术相比，本实用新型二次电池卷绕式电芯通过对至少一种极片进行至少两次插入和断开，实现了极片的非连续卷绕，有效地解决了因极片厚度偏差导致的极耳错位超标，通过断开位置的分离或重叠对极耳错位进行了校正，确保了极耳错位合格，达到了增加电芯卷绕圈数的目的。经检测，使用本实用新型改善极耳错位，仅仅是通过二次断开和二次插入的方式，即可实现大幅降低制造成本并提高电芯的体积能量密度，例如，在使用本实用新型的技术之前，设计卷绕圈数是29圈的电芯因为极耳错位需要拆分为卷绕圈数分别为15圈、14圈的两个电芯，而使用本实用新型的技术之后，只需卷绕为一个29圈的电芯即可，如此，可以比卷绕为2个电芯降低制造成本21％，同时提高体积能量密度约0.5％。

根据上述原理，本实用新型还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims

1.一种二次电池卷绕式电芯，包括阴极片、阳极片和隔膜，阴极片和阳极片层叠后卷绕，隔膜间隔于相邻的阴极片和阳极片之间；其特征在于：所述阴极片和阳极片中的至少一种极片为非连续卷绕结构；非连续卷绕的极片在卷绕方向上断开为至少两段，极片断开位置的两个端部彼此分离一段距离或是彼此重叠一定长度。

2.根据权利要求1所述的二次电池卷绕式电芯，其特征在于：所述非连续卷绕的极片断开位置为重叠结构时，极片重叠长度为3mm～50mm。

3.根据权利要求1所述的二次电池卷绕式电芯，其特征在于：所述非连续卷绕的极片为阴极片、且断开位置为分离结构时，极片分离距离为3mm～100mm。

4.根据权利要求3所述的二次电池卷绕式电芯，其特征在于：所述阴极片和阳极片的断开位置均为分离结构时，阴极片的分离距离比阳极片的分离距离长3mm～50mm。

5.根据权利要求1所述的二次电池卷绕式电芯，其特征在于：所述非连续卷绕的极片为阳极片、且断开位置为分离结构时，与阳极片的分离区域对应的相邻阴极片上贴有保护胶。

6.根据权利要求1所述的二次电池卷绕式电芯，其特征在于：所述非连续卷绕的极片为阳极片、且断开位置为分离结构时，与阳极片的分离区域对应的相邻阴极片朝向阳极片分离区域的一面设置一段未涂覆阴极膜片的阴极空白集流体。

7.根据权利要求5或6所述的二次电池卷绕式电芯，其特征在于：所述保护胶或阴极空白集流体的长度大于阳极片的分离距离而覆盖住阳极片的全部分离区域。

8.根据权利要求7所述的二次电池卷绕式电芯，其特征在于：所述保护胶或阴极空白集流体的长度比阳极片的分离距离长3mm～15mm。

9.根据权利要求5或6所述的二次电池卷绕式电芯，其特征在于：所述保护胶或阴极空白集流体的长度为10mm～110mm。

10.根据权利要求1所述的二次电池卷绕式电芯，其特征在于：所述非连续卷绕的极片的断开位置位于自内向外数的第2～N-1圈的任何位置，其中N为电芯中对应极片的总卷绕圈数。