CN209658302U - 电芯 - Google Patents

Abstract

一种电芯，包含电极组件，所述电极组件具有平面区和第一削薄区域，所述第一削薄区域的厚度小于所述平面区的厚度，所述电芯还包含至少部分设于所述电极组件内的第一支撑体，沿所述第一削薄区域的厚度减小方向，所述第一支撑体的厚度逐渐增大。所述第一支撑体支撑所述第一削薄区域以补偿所述第一削薄区域与所述平面区的厚度差，使所述电芯的厚度一致，进而改善所述电芯的性能，提高电芯的安全可靠性。

Description

电芯

技术领域

本申请涉及电池领域，具体涉及一种电芯。

背景技术

随着电芯高比容量和能量需求的增加，成十上百层的极片在卷绕或叠片形成电芯后，极片的边缘区域与中间区域的厚度差累积使电芯的厚度差达到毫米级。无论是单侧出极耳还是双侧出极耳的电芯，厚度差效应造成极片厚度、压实密度不均匀，进而影响电芯的使用性能和安全性能。例如，电芯的极片在充放电膨胀、收缩过程中受力不一致，进而影响边缘区域的界面粘接效果，由此造成电芯循环跳水，甚至析锂等安全风险。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种厚度均匀的电芯以解决上述问题。

一种电芯，包含电极组件，所述电极组件具有平面区和第一削薄区域，所述第一削薄区域的厚度小于所述平面区的厚度；

所述电芯还包含第一支撑体，所述第一支撑体至少部分设于所述第一削薄区域内，沿所述第一削薄区域的厚度减小方向，所述第一支撑体于所述第一削薄区域内的厚度逐渐增大。

进一步地，所述第一支撑体包含第一表面，所述第一表面接触所述第一削薄区域，所述第一表面为平面。

进一步地，所述第一支撑体还包含第二表面，所述第二表面接触所述第一削薄区域，且所述第一表面和所述第二表面的夹角为锐角。

进一步地，所述第一支撑体包含第一表面，所述第一表面接触所述第一削薄区域，所述第一表面为曲面。

进一步地，所述第一支撑体还包含第二表面，所述第二表面接触所述第一削薄区域，所述第二表面为平面或曲面。

进一步地，所述第一支撑体还包含第二表面，所述第二表面接触所述第一削薄区域，所述第一表面和所述第二表面为轴对称结构。

进一步地，所述电极组件包含隔膜和极片，所述第一支撑体位于所述电极组件的边缘，沿所述第一削薄区域的厚度减小方向，所述第一支撑体的最外侧位于所述隔膜的最外侧和所述极片的最外侧之间。

进一步地，所述电芯还包含连接体，所述连接体设于所述电极组件的内部，且接触所述电极组件的平面区，沿所述第一削薄区域的厚度减小方向，所述连接体的厚度不小于所述第一支撑体的厚度最小值，且所述连接体的厚度小于所述第一支撑体的厚度最大值。

进一步地，所述连接体与所述第一支撑体一体成型。

进一步地，所述电芯还包含第二削薄区域及设于所述电极组件内的第二支撑体，所述第二削薄区域的厚度小于所述平面区的厚度，所述第二支撑体接触所述第二削薄区域，沿所述第二削薄区域的厚度减小方向，所述第二支撑体的厚度逐渐增大。

在上述电芯中，沿所述第一削薄区域的厚度减小方向，所述第一支撑体的厚度逐渐增大所述第一支撑体支撑所述第一削薄区域以补偿所述第一削薄区域与所述平面区的厚度差，使所述电芯的厚度一致，进而改善所述电芯的性能，提高所述电芯的安全可靠性。

附图说明

图1为电芯在第一实施例中的结构示意图。

图2为图1中电芯的剖视结构示意图。

图3为图1中电芯的结构组成示意图。

图4A-图4E为图3中电芯的第一支撑体在不同实施例的结构示意图。

图5为电芯在第二实施例中的剖视结构示意图。

图6为电芯在第三实施例中的剖视结构示意图。

图7为图6中电芯去除电极组件的另一实施例的结构示意图。

主要元件符号说明

电芯 100，100a，100b

电极组件 10

第一削薄区域 101

平面区 103

第二削薄区域 105

第一极片 11

第二极片 13

隔膜 15

对称面 N

第一支撑体 20，20a，20b，20c，20d

第一表面 21，21a，21b，21c

第二表面 23，23a，23b，23c

第三表面 25，25d

第二支撑体 30

连接体 40

第一方向 X

第二方向 Y

第三方向 Z

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

第一实施例

请同时参阅图1和图2，电芯100包含电极组件10及至少部分设于所述电极组件10内的第一支撑体20。所述电芯100为卷绕式且单侧出极耳的电芯，但不限于此。在电芯100制作工艺的涂布工序中，边缘削薄效应导致极片的涂层的边缘区域低于中间区域的厚度，极片的边缘区域的厚度比中间区域薄几微米至十几微米。因此，当极片卷绕为电芯后，所述电极组件10具有第一削薄区域101。所述第一削薄区域101的厚度小于所述电极组件10的平面区103的厚度。可以理解，其他实施例中，所述电芯100也可以为叠片式电芯。请参阅图1，为使后续描述清晰，定义第一方向X为所述第一削薄区域101的厚度减小方向；第二方向Y为平行于所述电极组件10的厚度的方向；第三方向Z为平行于所述电极组件10的宽度的方向，所述第一方向X、所述第二方向Y、所述第三方向Z相互垂直。图1-2、5-6中所述电极组件10仅为整体的结构示意,未示出组成结构。

请参阅图2，所述第一支撑体20沿所述第一方向X的厚度逐渐增大。所述第一支撑体20支撑所述第一削薄区域101以补偿所述第一削薄区域101与所述平面区103的厚度差，使所述电极组件10的厚度一致，进而改善所述电芯100的性能，提高电芯100的安全可靠性。

请参阅图3，所述电极组件10包含第一极片11、第二极片13和隔膜15。所述第一极片11和所述第二极片13的极性相反。沿所述第二方向Y，所述隔膜15位于所述第一极片11和所述第二极片13之间并隔离所述第一极片11和所述第二极片13。所述隔膜15、所述第一极片11和所述第二极片13卷绕形成所述电极组件10。所述第一支撑体20位于所述电极组件10的边缘。所述隔膜15包覆所述第一支撑体20外，且与所述第一支撑体20连接。

具体地，所述第一支撑体20位于所述电极组件10的最内层，并由所述隔膜15包覆。所述第一支撑体20通过高温化成与所述隔膜15接触并粘接以相对固定，但不限于此。可以理解，其他实施例中，所述第一支撑体20也可以采用在隔膜15及第一支撑体20之间设置粘接层来实现固定。这两种固定方式均在权利要求中所述的“接触”范围内，本文中其他位置出现的支撑体与电极组件接触，均至少包含直接接触和通过粘接层来实现接触两种方式。

沿所述第一方向X，所述第一支撑体20的最外侧突出于所述第一极片11和所述第二极片13的最外侧，保证所述第一支撑体20能够支撑所述第一极片11和所述第二极片13的全部。沿所述第一方向X，所述隔膜15的最外侧突出于所述第一支撑体20的最外侧，使所述第一支撑体20不与所述第一极片11和所述第二极片13接触，避免所述第一支撑体20损伤所述第一极片11和所述第二极片13。

请同时参阅图2和图4A，所述第一支撑体20包含第二方向Y上相对设置的第一表面21和第二表面23。所述第一表面21和所述第二表面23分别接触所述第一削薄区域101。所述第一表面21和所述第二表面23为相向凹陷的曲面，且所述第一表面21和所述第二表面23为轴对称结构，但不限于此。所述第一支撑体20位于所述电极组件10的最内层，且第一支撑体20的所述第一表面21和所述第二表面23对称支撑所述电极组件10的所述第一削薄区域101，使位于所述第一支撑体20两侧的所述第一削薄区域101厚度均匀且受力均匀。所述电芯100具有相同的厚度，在充放电膨胀、收缩过程中受力一致，解决了由于削薄效应带来的循环跳水，甚至析锂等安全问题。

请参阅图2，所述第一支撑体20还包括第三方向Z上相对设置的两个第三表面25。所述第三表面25分别与所述第一表面21和所述第二表面23圆弧过渡相接。所述第三表面25为平面，但不限于此。

请参阅图4B，另一实施例中，第一支撑体20a与所述第一支撑体20的结构大致相同，区别在于，所述第一支撑体20a包括第二方向Y上相对设置的第一表面21a和第二表面23a。所述第一表面21a和所述第二表面23a均为平面且夹角为锐角，使所述第一支撑体20a沿第一方向X的截面逐渐增大。所述第三表面25a与所述第一表面21a的夹角为直角，但不限于此。

请参阅图4C，又一实施例中，第一支撑体20b与所述第一支撑体20的结构大致相同，区别在于，所述第一支撑体20b包括第二方向Y上相对设置的第一表面21b和第二表面23b。所述第一表面21b为曲面，所述第二表面23b为平面。

请参阅图4D，再一实施例中，第一支撑体20c与所述第一支撑体20的结构大致相同，区别在于，所述第一支撑体20c包括第二方向Y上相对设置的第一表面21c和第二表面23c。所述第一表面21c和所述第二表面23c相对向外凸出。

请参阅图4E，还在一实施例中，所述第一支撑体20d与所述第一支撑体20的结构大致相同，区别在于，所述第一支撑体20d包括第三方向Z上相对设置的两个第三表面25d。所述第三表面25d为向所述第一支撑体20的外侧突出的曲面，但不限于此。可以理解，其他实施例中，所述第三表面25d也可以为根据所述电极组件10在第三方向Z的宽度变化设置的平面或其他形状的曲面。

所述第一支撑体20与所述第一削薄区域101接触的部分中截面最厚的厚度为h1，最薄的厚度为h2，如图4A所示。所述第一削薄区域101最薄处的最内侧与所述电极组件10沿所述第一方向X的对称面N的距离为△H，如图2所示。所述第一削薄区域101的最薄的厚度与所述平面区103的最厚的厚度的差值为2*△H。h1、h2、△H满足：h1-h2＜0.9*2*△H，为所述电芯100在充放电时留出膨胀空间。其中，△H的范围一般为1.5mm至4.5mm。

所述电极组件10随着层数的增加，削薄效应带来的问题越严重，因此，一般地，所述电芯100的卷绕圈数或叠片层数大于15。

请参阅图1，沿所述第三方向Z,所述电芯100的宽度为W1，所述电芯100的厚度为H，所述第一支撑体20的宽度为W2。W1、W2、H满足：W2＜W1-H，使所述第一支撑体20能够装入所述电极组件10内，且能够沿第三方向Z支撑所述电极组件10。

请参阅图2，沿所述第一方向X，所述第一支撑体20与所述第一削薄区域101的接触长度L根据所述第一削薄区域101宽度而定，两者之差的绝对值不超过所述第一削薄区域101宽度的10％。进一步，在所述第一削薄区域101宽度不超过20mm时，所述第一支撑体20与所述第一削薄区域101接触的长度L满足：0＜L≤20mm。另外，由于所述第一支撑体20的宽度小于5mm后，制备及组装工艺很难进行，且所述第一削薄区域101越窄，电池的能量密度越高，所以优选地，L为5≤L≤10mm。

所述第一支撑体20与所述电芯100内电解液(图未示)无化学反应。第一实施例中，所述第一支撑体20的材料为树脂，且所述第一支撑体20的弹性模量E满足：0.8Gpa＜E＜3.92GPa，但不下于此。所述第一支撑体20可选用刚性或柔性材料制成。所述第一支撑体20采用PS或ABS等高硬度材料制成以补偿所述电芯100的刚性，降低所述电芯100变形的风险。可以理解，其他实施例中，所述第一支撑体20也可以为PE、PP或PA等低硬度的材料制成。

所述第一极片11和所述第二极片13的涂层在微观观察为颗粒凹凸不平的表面。相应地，所述第一支撑体20与所述第一削薄区域101接触的所述第一表面21、所述第二表面23和所述第三表面25上在微观观察时也可以为具有颗粒的凹凸不平的表面。

第二实施例

请参阅图5，电芯100a与第一实施例中所述电芯100的结构大致相同，区别在于，所述电芯100a为双侧出极耳的电芯，所述电芯100a还包含第二削薄区域105及设于所述电极组件10内的第二支撑体30。所述第二削薄区域105的厚度小于所述电极组件10的所述平面区103的厚度。所述第二支撑体30接触所述第二削薄区域105。沿所述第一方向X的相反方向，所述第二支撑体30的厚度逐渐增大。所述第二支撑体30支撑所述第二削薄区域105以补偿所述第二削薄区域105与所述平面区103的厚度差，使所述电极组件10的厚度一致，进而改善所述电芯100的性能，提高电芯100的安全可靠性。

第三实施例

请参阅图6，电芯100b与第二实施例中所述电芯100a的结构大致相同，区别在于，所述电芯100a还包含连接体40。所述连接体40设于所述电极组件10的内部，且接触所述电极组件10的所述平面区103。所述第一支撑体20和所述第二支撑体30分别位于所述连接体40的两侧。

沿所述第一方向X，所述连接体40的厚度不小于所述第一支撑体20和第二支撑体30的厚度最小值，且所述连接体40的厚度小于所述第一支撑体20或所述第二支撑体30的厚度最大值。

所述连接体40、所述第一支撑体20和所述第二支撑体30为分体式结构，且材料相同。所述连接体40分别与所述第一支撑体20和所述第二支撑体30连接或抵接。所述隔膜15包覆所述连接体40外，并与所述连接体40连接，但不限于此。所述连接体40能够防止所述第一支撑体20或所述第二支撑体30带动所述隔膜15相对所述第一极片11或所述第二极片13错位移动。

请参阅图7，另一实施例中，所述连接体40、所述第一支撑体20和所述第二支撑体30为一体成型结构。其中，所述第一支撑体20和所述第二支撑体30分别与所述隔膜15连接，所述连接体40与所述隔膜15无连接。

可以理解，其他实施例中，所述第一支撑体20和所述第二支撑体30的边缘也可以突出于所述电极组件10外以用于支撑其他外部结构，即所述第一支撑体20和所述第二支撑体30部分位于所述电极组件10中。沿所述第一削薄区域101的厚度减小方向，所述第一支撑体20和所述第二支撑体30位于所述电极组件10中的部分厚度逐渐增大。

结合上述第一至第三实施例可以看出，沿所述第一削薄区域101的厚度减小方向，所述第一支撑体20的厚度逐渐增大。所述第一支撑体20支撑所述第一削薄区域101以补偿所述第一削薄区域101与所述平面区103的厚度差，使所述电芯100的厚度一致，进而改善所述电芯100的性能，提高所述电芯100的安全可靠性。

本申请中削薄区域与平面区的区别方法为：采用小头千分尺测电芯厚度，直径为1mm测试头，固定方向，每隔1mm测一个点，当出现连续的三个测试点厚度存在T1>T2>T3时(T1,T2,T3分别为三个测试点的厚度)，T1-T2<T2-T3,并且T1-T2≥10um,定义T1点位置为削薄区的一个起始点，同样的方法可界定出削薄区的其他起始位置。反之，连续进行十个测试点，最厚与最薄测试点的厚度差小于10um，则认为此十个点所在区域为平面区。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电芯，包含电极组件，所述电极组件具有平面区和第一削薄区域，所述第一削薄区域的厚度小于所述平面区的厚度；

其特征在于，所述电芯还包含第一支撑体，所述第一支撑体至少部分设于所述第一削薄区域内，沿所述第一削薄区域的厚度减小方向，所述第一支撑体于所述第一削薄区域内的厚度逐渐增大。

2.如权利要求1所述的电芯，其特征在于：所述第一支撑体包含第一表面，所述第一表面接触所述第一削薄区域，所述第一表面为平面。

3.如权利要求2所述的电芯，其特征在于：所述第一支撑体还包含第二表面，所述第二表面接触所述第一削薄区域，且所述第一表面和所述第二表面的夹角为锐角。

4.如权利要求1所述的电芯，其特征在于：所述第一支撑体包含第一表面，所述第一表面接触所述第一削薄区域，所述第一表面为曲面。

5.如权利要求4所述的电芯，其特征在于：所述第一支撑体还包含第二表面，所述第二表面接触所述第一削薄区域，所述第二表面为平面或曲面。

6.如权利要求2或4所述的电芯，其特征在于：所述第一支撑体还包含第二表面，所述第二表面接触所述第一削薄区域，所述第一表面和所述第二表面为轴对称结构。

7.如权利要求1所述的电芯，其特征在于：所述电极组件包含隔膜和极片，所述第一支撑体位于所述电极组件的边缘，沿所述第一削薄区域的厚度减小方向，所述第一支撑体的最外侧位于所述隔膜的最外侧和所述极片的最外侧之间。

8.如权利要求1所述的电芯，其特征在于：所述电芯还包含连接体，所述连接体设于所述电极组件的内部，且接触所述电极组件的平面区，沿所述第一削薄区域的厚度减小方向，所述连接体的厚度不小于所述第一支撑体的厚度最小值，且所述连接体的厚度小于所述第一支撑体的厚度最大值。

9.如权利要求8所述的电芯，其特征在于：所述连接体与所述第一支撑体一体成型。

10.如权利要求1所述的电芯，其特征在于：所述电芯还包含第二削薄区域及设于所述电极组件内的第二支撑体，所述第二削薄区域的厚度小于所述平面区的厚度，所述第二支撑体接触所述第二削薄区域，沿所述第二削薄区域的厚度减小方向，所述第二支撑体的厚度逐渐增大。