CN208444906U - 电芯以及电化学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电芯以及电化学装置，电芯包括：第一极片、隔离膜和第二极片，所述第一极片包括第一集流体和第一活性物质涂覆区；所述第一极片的第一端部包括第一无涂覆区，所述第一极片的第二端部包括第二无涂覆区；所述第一极片的第二端部相对于所述第一极片的第一端部靠近所述旋转轴；所述第二极片包括第二集流体和第二活性物质涂覆区；所述第二集流体的第一端部包括第三无涂覆区和沿卷绕方向伸出的超出部，所述第三无涂覆区与所述第二无涂覆区相对设置。由此，通过第一极片、隔离膜和第二极片配合，能够提高电芯性能的一致性，也能够提升电芯的动力学性能，还能够提升电芯的安全性能。

Description

电芯以及电化学装置

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种电芯以及具有该电芯的电化学装置。

背景技术

随着二次电芯商业化的发展，市场对电芯的能量密度要求越来越高。由于某品牌手机爆炸，引发业界对于高能量密度电芯安全性能越来越大的关注。

相关技术中，就锂离子二次电池而言，受到外力作用，电芯受到挤压，刺穿等破坏，通常会伴随以下四种接触短路模式，1.正极活性物质和负极活性物质接触短路，2.正极活性物质和负极集流体接触短路，3.正极集流体和负极活性物质接触短路，4.正极集流体和负极集流体接触短路。大量研究表明，正、负极集流体的直接接触可以在快速降低电芯电压同时释放最少热量，有效降低热失控风险。

目前传统卷绕方式的结构设计较好地满足的对于能量密度的要求，但却未考虑到电芯机械滥用(撞击，挤压，刺穿)下的安全性能，因此，需要对电芯结构进行改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种电芯，该电芯能够提升电芯的动力学性能，也能够提升电芯的安全性能。

本实用新型进一步地提出了一种电化学装置。

根据本实用新型的电芯包括：第一极片、隔离膜和第二极片，所述隔离膜设置于所述第一极片和所述第二极片之间；其中：所述第一极片、所述隔离膜和所述第二极片沿旋转轴卷绕形成所述电芯。所述第一极片包括第一集流体和第一活性物质涂覆区；所述第一活性物质涂覆区设置于所述第一极片的至少一个表面；所述第一极片的第一端部包括第一无涂覆区，所述第一极片的第二端部包括第二无涂覆区；所述第一极片的第二端部相对于所述第一极片的第一端部靠近所述旋转轴；所述第二极片包括第二集流体和第二活性物质涂覆区；所述第二活性物质涂覆区设置于所述第二极片的至少一个表面；所述第二集流体的第一端部包括第三无涂覆区和沿卷绕方向伸出的超出部，所述第三无涂覆区与所述第二无涂覆区相对设置。

根据本实用新型的电芯，通过第一极片、隔离膜和第二极片配合，能够提高电芯性能的一致性，也能够提升电芯的动力学性能，还能够提升电芯的安全性能。

可选地，沿电芯厚度方向投影于共同的投影面上时，所述超出部的末端的投影与所述第二极片靠近旋转轴的末端的投影不重叠。

进一步地，所述第一无涂覆区包括第一弯折段和第一平直段。

具体地，所述第一无涂覆区的第一表面未涂覆第一活性物质。

可选地，所述第一无涂覆区的第一表面和第二表面均未涂覆所述第一活性物质。

进一步地，所述第一活性物质涂覆区设置有第一凹槽，用于放置第一极耳。

具体地，所述第二活性物质涂覆区设置有第二凹槽，用于放置第二极耳。

可选地，沿电芯厚度方向投影于共同的投影面上时，所述第一凹槽的投影和所述第二凹槽的投影不重叠。

进一步地，所述第二无涂覆区包括第二平直段和第二弯折段。

具体地，所述第二弯折段和所述第一极片的第一活性物质涂覆区之间的隔离膜层数小于等于2层。

可选地，所述第二弯折部段和所述第一极片的第一活性物质涂覆区之间无隔离膜。

进一步地，所述第一活性物质涂覆区超出所述第二活性物质涂覆区。

具体地，在所述第一极片的第二端部，所述第一活性物质涂覆区设置于所述第一集流体的一个表面；在所述第二极片的第二端部，所述第二活性物质涂覆区设置于所述第二集流体的两个表面。

可选地，所述隔离膜远离旋转轴的末端与所述第一极片远离旋转轴的末端位于所述电芯的不同侧。

进一步地，所述第一极片远离旋转轴的末端与所述第二极片远离旋转轴的末端位于所述电芯的同一侧。

具体地，所述第一极片远离旋转轴的末端和所述第二极片之间设置有非导电层。

可选地，所述非导电层包括胶或陶瓷。

根据本实用新型的电化学装置，包括上述的电芯。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1-图6分别是根据本实用新型实施例的电芯的不同实施例的示意图。

附图标记：

电芯100；

第一极片110；第一集流体111；第一活性物质涂覆区112；第一无涂覆区113；第二无涂覆区114；第一弯折段115；第一平直段116；第一凹槽117；第二平直段118；第二弯折段119；

隔离膜120；第三弯折段121；第四平直段122；

第二极片130；第二集流体131；第二活性物质涂覆区132；第三无涂覆区133；超出部134；第二凹槽135；

第一极耳140；第二极耳150；非导电层160；

第四弯折段171；第四平直段172。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1-图6详细描述根据本实用新型实施例的电芯100。

如图1-图6所示，根据本实用新型实施例的电芯100包括：第一极片110、隔离膜120和第二极片130，隔离膜120设置于第一极片110和第二极片130之间，第一极片110、隔离膜120和第二极片130沿旋转轴卷绕形成电芯100。

第一极片1可以包含第一集流体111和第一活性物质涂覆区112，第一活性物质涂覆区112涂覆有第一活性物质，第一活性物质涂覆区112设置于第一极片110的至少一个表面，也就是说，第一活性物质涂覆区112可以设置于第一极片110的一个表面，也可以设置于第一极片110的两个表面。第一极片110的第一端部可以包括第一无涂覆区113，第一极片110的第二端部可以包括第二无涂覆区114；第一极片110的第二端部相对于第一极片110的第一端部靠近旋转轴设置。

第二极片130可以包括第二集流体131和第二活性物质涂覆区132，第二活性物质涂覆区132设置于第二极片130的至少一个表面，也可以理解为，第二活性物质涂覆区132可以设置于第二极片130的一个表面，也可以设置于第二极片130的两个表面。第二集流体131的第一端部可以包括第三无涂覆区133和沿卷绕方向伸出的超出部134，第三无涂覆区133与第二无涂覆区114相对设置。

当电芯100受到外力撞击、挤压、刺穿时，第一集流体111的第一无涂覆区113会与第二集流体131的未设置第二活性物质涂覆区132的区域直接接触，这样设置能够使电芯100进入最安全的短路模式，可以减小电芯100的热失控风险，从而可以提升电芯100的安全性能，同时，也能够减少第一极片110和第二极片130的涂布重量，有利于减小充放电过程中的极化，从而可以提升电芯100的动力学性能。

并且，电芯100的卷绕方向可以为逆时针或者顺时针，具体卷绕方向根据电芯100卷绕设备而定，当第一极片110为正极极片时，第二极片130为负极极片，或者当第一极片110为负极极片时，第二极片130为正极极片。优选的，第一极片110为正极极片，第二极片130为负极极片，即第二极片130为铝箔，第一极片110为铜箔。

由此，通过第一极片110、隔离膜120和第二极片130配合，能够提高电芯100性能的一致性，也能够提升电芯100的动力学性能，还能够提升电芯100的安全性能。

第二无涂覆区114回折形成第四弯折段171和第四平直段172，第一集流体110在电芯100卷绕收尾处形成第一无涂覆区113；第二集流体131与第一无涂覆区113相对的表面无第二活性物质涂覆区132。

第一无涂覆区113可以包括第一弯折段115和第一平直段116，沿电芯100卷绕收尾方向，超出部134超出第一集流体111。如果把平直段作为一圈极片的1/4，也把弯折段作为一圈极片的1/4，那么超出部134至少为一圈极片的3/4。

其中，第一极片110的第二无涂覆区114回折形成第四弯折段171和第四平直段172，这样能够减轻第一极片110头部的打卷和第一活性物质涂覆区112脱落，可以提高电芯100的工作可靠性。并且，第二集流体131与第一集流体111的第一无涂覆区113的相对位置未设置第二活性物质涂覆区132。

可选地，如图1-图6所示，沿电芯厚度方向投影于共同的投影面上时，超出部134的末端的投影与第二极片130靠近旋转轴的末端的投影不重叠，如此设置能够使电芯100的设置更加合理。

可选地，如图1-图6所示，隔离膜120可以包含第三弯折段121和第三平直段122，第三弯折段121和第三平直段122设置于隔离膜120沿卷绕方向的头部，头部是指隔离膜120的头部，即隔离膜120开始卷绕时的起始端，第三弯折段121和第三平直段122分别与第四弯折段171和第四平直段172不重叠，而且，第三弯折段121与第四弯折段171回折方向相反，需要解释的是，第四弯折段171由左向右回折，第三弯折段121由右向左回折，如此设置能够优化电芯100的卷绕方式，隔离膜120可以更好地将第一极片110和第二极片130分隔开，从而可以保证电芯100的工作可靠性。

具体地，第一无涂覆区113的第一表面未涂覆第一活性物质，第一表面可以是内表面，也可以是外表面，如图3-图5所示，第一集流体11在电芯100卷绕收尾处的内表面未涂覆第一活性物质，如此设置也可以形成第一无涂覆区113，当电芯100受到外力撞击时，第一无涂覆区113会直接与第二极片130的第三无涂覆区133相对部分直接接触，从而可以进一步保证电芯100进入最安全的短路模式。

可选地，如图6所述，第一集流体111在电芯100卷绕收尾处的外表面未涂覆第一活性物质，这样设置可以在第一极片110上形成第一无涂覆区111，从而可以进一步保证电芯100的工作性能。

进一步地，如图1和图2所示，第一无涂覆区113的第一表面和第二表面均未涂覆第一活性物质，需要解释的是，第一集流体111在电芯100卷绕收尾处的两个表面均未涂覆第一活性物质，这样设置可以形成第一无涂覆区113，从而可以实现对电芯100结构进行优化的工作目的，并且，也可以增大第一集流体111的长度，从而可以降低电芯100结构对电芯100能量密度的影响，进而可以进一步提升电芯100的动力学性能。

进一步地，第一活性物质涂覆区112设置有第一凹槽117，第一凹槽117用于放置第一极耳140，第一极片110上的第一极耳140可以嵌入第一凹槽117内，这样设置能够使第一极耳140的布置更加合理，可以更好地优化电芯100结构，从而可以减小电芯100结构对电芯100的影响。

具体地，第二活性物质涂覆区132设置有第二凹槽135，第二极片130上的第二极耳150可以嵌入第二凹槽135内，如此设置能够使第二极耳150的布置更加合理，可以进一步优化电芯100结构，从而可以进一步减小电芯100结构对电芯100的影响。

可选地，如图1-图6所示，沿电芯厚度方向投影于共同的投影面上时，第一凹槽117和第二凹槽135的投影不重叠，需要说明的是，图1-图6中的T方向即为电芯厚度方向。当电芯100受到外力撞击时，这样设置能够防止第一极耳140和第二极耳150直接接触，可以避免第一极耳140与第二极耳150产生干涉，从而可以进一步保证电芯100的工作安全性。

进一步地，如图1-图6所示，第二无涂覆区114可以包括第二平直段118和第二弯折段119，这样设置能够进一步优化电芯100的结构。

具体地，第二弯折段119和第一极片110的第一活性物质涂覆区112之间的隔离膜130层数小于等于2层，这样设置能够使电芯100的厚度更加合理，可以减小电芯100的厚度，从可以减小电芯100的体积。

可选地，第二弯折段119和第一极片110的第一活性物质涂覆区112之间无隔离膜130，当电芯100受到外力撞击、挤压、刺穿时，这样设置能够保证电芯100进入最安全的短路模式，可以进一步减小电芯100的热失控风险，从而可以进一步提升电芯100的安全性能。

进一步地，第一活性物质涂覆区112超出第二活性物质涂覆区132，在电芯100卷绕起始端，第一活性物质涂覆区112的起始端先于第二活性物质涂覆区132的起始端，如此设置能够使第一活性物质涂覆区112和第二活性物质涂覆区113的设计更加合理，可以使电芯100的卷绕结构更好，从而可以保证电芯100的结构稳定性。

具体地，在第一极片110的第二端部，第一活性物质涂覆区112设置于第一集流体111的一个表面，在第二极片130的第二端部，第二活性物质涂覆区132设置于第二集流体131的两个表面，如此设置能够减小电芯100内第一活性物质的使用量，可以进一步减小电芯100的质量，从而可以更好地提升电芯100的动力学性能。

可选地，隔离膜120远离旋转轴的末端与第一极片110远离旋转轴的末端位于电芯100的不同侧。需要说明的是，隔离膜120的尾端与第一极片110的尾端位于电芯100的不同侧，这样设置能够保证隔离膜120更好地将第一极片110与第二极片130分隔开，可以防止电芯100内部短路，从而可以保证电芯100的使用安全性。

进一步地，第一极片110远离旋转轴的末端与第二极片130远离旋转轴的末端位于电芯100的同一侧。需要解释的是，第一极片110的尾端与第二极片130的尾端位于电芯100的同一侧，如此设置能够使最外层的两层极片为同一个极片，可以避免由于最外层两层极片为不同极片产生的短路情况发生。

具体地，第一极片110远离旋转轴的末端和第二极片130之间设置有非导电层160，非导电层160不能导电，具有绝缘功能，这样设置能够防止第一极片110与第二极片130之间发生导电现象，可以避免电芯100发生爆炸，从而可以防止用户受到损伤。

可选地，非导电层160可以包括胶或者陶瓷，胶和陶瓷不能导电，绝缘性好，如此设置能够提升非导电层160的工作性能，可以提升非导电层160的工作可靠性，从而可以进一步提升电芯100的工作可靠性。

根据本实用新型实施例的电化学装置，包括上述实施例的电芯100，由此，该电芯100能够提高电化学装置性能的一致性，也能够提升电化学装置的动力学性能，还能够提升电化学装置的安全性能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (18)

1.一种电芯，包括：

第一极片；

第二极片；和

隔离膜，设置于所述第一极片和所述第二极片之间；

其中：

所述第一极片、所述隔离膜和所述第二极片沿旋转轴卷绕形成所述电芯；

所述第一极片包括第一集流体和第一活性物质涂覆区；所述第一活性物质涂覆区设置于所述第一极片的至少一个表面；所述第一极片的第一端部包括第一无涂覆区，所述第一极片的第二端部包括第二无涂覆区；所述第一极片的第二端部相对于所述第一极片的第一端部靠近所述旋转轴；

所述第二极片包括第二集流体和第二活性物质涂覆区；所述第二活性物质涂覆区设置于所述第二极片的至少一个表面；所述第二集流体的第一端部包括第三无涂覆区和沿卷绕方向伸出的超出部，所述第三无涂覆区与所述第二无涂覆区相对设置。

2.根据权利要求1所述的电芯，其中，沿电芯厚度方向投影于共同的投影面上时，所述超出部的末端的投影与所述第二极片靠近旋转轴的末端的投影不重叠。

3.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第一无涂覆区包括第一弯折段和第一平直段。

4.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第一无涂覆区的第一表面未涂覆第一活性物质。

5.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第一无涂覆区的第一表面和第二表面均未涂覆所述第一活性物质。

6.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第一活性物质涂覆区设置有第一凹槽，用于放置第一极耳。

7.根据权利要求6所述的电芯，其中，所述第二活性物质涂覆区设置有第二凹槽，用于放置第二极耳。

8.根据权利要求7所述的电芯，其中，沿所述电芯厚度方向投影于所述共同的投影面上时，所述第一凹槽的投影和所述第二凹槽的投影不重叠。

9.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第二无涂覆区包括第二平直段和第二弯折段。

10.根据权利要求9所述的电芯，其中，所述第二弯折段和所述第一极片的第一活性物质涂覆区之间的隔离膜层数小于等于2层。

11.根据权利要求9所述的电芯，其中，所述第二弯折段和所述第一极片的第一活性物质涂覆区之间无隔离膜。

12.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第一活性物质涂覆区超出所述第二活性物质涂覆区。

13.根据权利要求1所述的电芯，其中，在所述第一极片的第二端部，所述第一活性物质涂覆区设置于所述第一集流体的一个表面；在所述第二极片的第二端部，所述第二活性物质涂覆区设置于所述第二集流体的两个表面。

14.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述隔离膜远离旋转轴的末端与所述第一极片远离旋转轴的末端位于所述电芯的不同侧。

15.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第一极片远离旋转轴的末端与所述第二极片远离旋转轴的末端位于所述电芯的同一侧。

16.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第一极片远离旋转轴的末端和所述第二极片之间设置有非导电层。

17.根据权利要求16所述的电芯，其中，所述非导电层包括胶或陶瓷。

18.一种电化学装置，包括权利要求1-17中任一项所述的电芯。