CN211507765U - 卷芯结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种卷芯结构，包括正极片、负极片和隔膜，隔膜位于正极片与负极片之间；负极片上具有负极耳焊接区域，负极耳焊接区域内焊接有负极耳，与负极耳焊接区域相对的正极片的表面上开设有第一凹槽，第一凹槽开设在正极片上涂敷有正极活性物质的区域；第一凹槽的长度大于负极耳焊接区域的长度且小于正极片的宽度，第一凹槽的宽度大于负极耳焊接区域的宽度。负极耳焊接区域内的部件可以嵌入第一凹槽内，可在一定程度上降低卷芯的厚度，改善电池的空间利用率和能量密度。同时，通过第一凹槽取代现有技术中设置在正极片的表面上的绝缘胶层，可以消除绝缘胶层带来的厚度台阶的影响，使电池的平整度更好。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种卷芯结构。
背景技术
快充是现在锂电池的主要发展方向之一，在大倍率充电的情况下，电池内部产热增加，导致电池的温度急剧上升。电池内部温度过高会对正/负极材料和电解液的稳定性产生影响，温度过高甚至会引起隔膜收缩，造成正、负极接触短路，有巨大的安全隐患。
如图1所示，现有的一种卷芯结构，为了减少电池发生内短路和析锂的风险，在负极耳焊接区域相对的正极片的表面上设有绝缘胶层。
绝缘胶层的存在会在其边缘形成厚度台阶，影响电池的平整度。同时，电池化成完后，正极片与负极片之间的间隙减小，而由于绝缘胶层的存在，导致该区域正极片与负极片之间的间隙无法随之减小，使锂离子的传输距离较大，影响锂离子的脱出和嵌入，甚至有析锂的风险，影响电池的安全性能。
实用新型内容
本实用新型提供一种卷芯结构，以解决负极耳焊接区域相对的正极片的表面上设有绝缘胶层带来的电池平整度问题。
本实用新型提供一种卷芯结构，包括正极片、负极片和隔膜，隔膜位于正极片与负极片之间；
负极片上具有负极耳焊接区域，负极耳焊接区域内焊接有负极耳，与负极耳焊接区域相对的正极片的表面上开设有第一凹槽，第一凹槽开设在正极片上涂敷有正极活性物质的区域；
第一凹槽的长度大于负极耳焊接区域的长度且小于正极片的宽度，第一凹槽的宽度大于负极耳焊接区域的宽度。
进一步地，负极耳焊接区域的表面上设有第一绝缘层，第一绝缘层完全覆盖负极耳焊接区域。
进一步地，第一凹槽的长度大于第一绝缘层的长度，第一凹槽的宽度大于第一绝缘层的宽度；
第一凹槽的深度大于第一绝缘层的厚度。
进一步地，正极片包括正极基材和设置在正极基材相对的两个侧面上的正极涂层，正极涂层上涂敷有正极活性物质。
进一步地，第一凹槽为正极片上去除部分正极涂层后形成的凹槽，第一凹槽的底部为正极基材。
进一步地，第一凹槽的底部涂敷有绝缘涂层。
进一步地，第一凹槽为沿正极片的厚度方向贯穿正极基材和正极涂层的通槽。
进一步地，负极片包括负极基材和设置在负极基材相对的两个侧面上的负极涂层；
负极涂层上开设有第二凹槽，第二凹槽的底部为负极基材，第二凹槽底部的负极基材形成负极耳焊接区域，负极耳焊接在第二凹槽底部的负极基材上并位于第二凹槽内。
进一步地，第二凹槽的槽口上设有第一绝缘层，第一绝缘层完全覆盖负极耳焊接区域，且第一绝缘层覆盖第二凹槽的槽口边缘的负极涂层。
进一步地，负极耳焊接区域相对的正极片的两个侧面上均开设有第一凹槽。
本实用新型提供了一种卷芯结构，卷芯结构包括正极片、负极片和隔膜，隔膜位于正极片与负极片之间。负极片上具有负极耳焊接区域，与负极耳焊接区域相对的正极片的表面上开设有第一凹槽，第一凹槽开设在正极片上涂敷有正极活性物质的区域，使得负极耳焊接区域相对的正极片的表面上为第一凹槽。由于第一凹槽的长度大于负极耳焊接区域的长度且小于正极片的宽度，第一凹槽的宽度大于负极耳焊接区域的宽度，使得负极耳焊接区域内的部件可以嵌入第一凹槽内，可在一定程度上降低卷芯的厚度，改善电池的空间利用率和能量密度。同时，通过第一凹槽取代现有技术中设置在正极片的表面上的绝缘胶层，可以消除绝缘胶层带来的厚度台阶的影响，使电池的平整度更好。
附图说明
图1为现有的卷芯结构的局部结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的卷芯结构的结构示意图；
图3为图2中I处的局部放大图；
图4为本实用新型实施例提供的卷芯结构中正极片的立体示意图一；
图5为图4中A-A向的剖面图；
图6为本实用新型实施例提供的卷芯结构中第一凹槽的结构示意图一；
图7为本实用新型实施例提供的卷芯结构中正极片的立体示意图二；
图8为图7中B-B向的剖面图；
图9为本实用新型实施例提供的卷芯结构中第一凹槽的结构示意图二；
图10为本实用新型实施例提供的卷芯结构中正极片的立体示意图三；
图11为图10中C-C向的剖面图；
图12为本实用新型实施例提供的卷芯结构中第一凹槽的结构示意图三；
图13为本实用新型实施例提供的卷芯结构中负极片的立体示意图；
图14为图13中D-D向的剖面图；
图15为本实用新型实施例提供的卷芯结构中负极耳焊接区域的结构示意图。
附图标记说明
100-正极片；
101-第一凹槽；
102-正极基材；
103-正极涂层；
104-第二绝缘层；
200-负极片；
201-负极耳焊接区域；
202-第一绝缘层；
203-负极基材；
204-负极涂层；
205-第二凹槽；
300-隔膜；
400-正极耳；
500-负极耳；
600-绝缘胶层。
具体实施方式
快充是现在锂电池的主要发展方向之一，在大倍率充电的情况下，电池内部产热增加，导致电池的温度急剧上升。电池内部温度过高会对正/负极材料和电解液的稳定性产生影响，温度过高甚至会引起隔膜收缩，造成正、负极接触短路，有巨大的安全隐患。
图1为现有的卷芯结构的局部结构示意图。如图1所示，现有的一种卷芯结构，为了减少电池发生内短路和析锂的风险，在负极耳焊接区域相对的正极片100的表面上设有绝缘胶层600。
绝缘胶层600的存在会在其边缘形成厚度台阶，影响电池的平整度。同时，电池化成完后，正极片100与负极片200之间的间隙减小，而由于绝缘胶层600的存在，导致该区域正极片100与负极片200之间的间隙无法随之减小，使锂离子的传输距离较大，影响锂离子的脱出和嵌入，甚至有析锂的风险，影响电池的安全性能。
图2为本实用新型实施例提供的卷芯结构的结构示意图；图3为图2中I处的局部放大图。
如图2和图3所示，本实用新型实施例提供一种卷芯结构，包括正极片100、负极片200和隔膜300，隔膜300位于正极片100与负极片200之间。负极片200上具有负极耳焊接区域201，负极耳焊接区域201内焊接有负极耳500，与负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面上开设有第一凹槽101，第一凹槽101开设在正极片100上涂敷有正极活性物质的区域。第一凹槽101的长度大于负极耳焊接区域201的长度且小于正极片100的宽度，第一凹槽101的宽度大于负极耳焊接区域201的宽度。
本实用新型实施例提供了一种卷芯结构，卷芯结构包括正极片100、负极片200和隔膜300，隔膜300位于正极片100与负极片200之间。负极片200上具有负极耳焊接区域201，与负极耳焊接区域201相对的正极片100上开设有第一凹槽101，第一凹槽101开设在正极片100上涂敷有正极活性物质的区域，使得负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面上为第一凹槽101。由于第一凹槽101的长度大于负极耳焊接区域201的长度且小于正极片100的宽度，第一凹槽101的宽度大于负极耳焊接区域201的宽度，使得负极耳焊接区域201内的部件可以嵌入第一凹槽101内，可在一定程度上降低卷芯的厚度，改善电池的空间利用率和能量密度。同时，通过第一凹槽101取代现有技术中设置在正极片100的表面上的绝缘胶层600，可以消除绝缘胶层600带来的厚度台阶的影响，使电池的平整度更好。
其中，负极耳焊接区域201内的部件可以为负极耳500或其他部件。
如图2所示，本实用新型实施例提供的卷芯结构，还包括正极耳400，正极耳400焊接在正极片100上。
如图3所示，负极耳焊接区域201的表面上设有第一绝缘层202，第一绝缘层202完全覆盖负极耳焊接区域201。由于第一绝缘层202完全覆盖负极耳焊接区域201，且第一绝缘层202可以阻止锂离子透过，使得负极耳焊接区域201相对的正极片100上脱出的锂离子无法嵌入负极耳焊接区域201，可以解决电池循环过程中的析锂问题，提升电池的安全性能。优选地，第一绝缘层202为绝缘胶层。
如图3所示，第一凹槽101的长度大于第一绝缘层202的长度，第一凹槽101的宽度大于第一绝缘层202的宽度。由于第一凹槽101的长度大于第一绝缘层202的长度，且第一凹槽101的宽度大于第一绝缘层202的宽度，使得第一绝缘层202可以至少部分嵌入第一凹槽101内，可在一定程度上降低卷芯的厚度，改善电池的空间利用率和能量密度。
进一步地，第一凹槽101的深度大于第一绝缘层202的厚度。由于第一凹槽101的深度大于第一绝缘层202的厚度，使得第一绝缘层202可以全部嵌入第一凹槽101内，可进一步降低卷芯的厚度，改善电池的空间利用率和能量密度。
如图3所示，正极片100包括正极基材102和设置在正极基材102相对的两个侧面上的正极涂层103，正极涂层103上涂敷有正极活性物质。
具体地，正极片100包括正极基材102，正极基材102具有相对的第一侧面和第二侧面，正极基材102的第一侧面和第二侧面上均设有正极涂层103，正极涂层103上涂敷有正极活性物质。
其中，正极基材102可以为铝箔，正极涂层103上可以涂敷钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等正极活性物质，本实用新型不做具体限制。
下面采用几个具体的实施例，对本实用新型提供的卷芯结构中正极片100上的第一凹槽101进行详细说明。
实施例一
图4为本实用新型实施例提供的卷芯结构中正极片的立体示意图一；图5为图4中A-A向的剖面图；图6为本实用新型实施例提供的卷芯结构中第一凹槽的结构示意图一。
如图4、图5和图6所示，第一凹槽101为正极片100上去除部分正极涂层103后形成的凹槽，第一凹槽101的底部为正极基材102。在正极片100上去除部分正极涂层103，并使正极基材102显露出来，可以形成一个凹槽，该凹槽即为第一凹槽101。
由于第一凹槽101的底部为正极基材102，使得负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面为正极基材102，即负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面上无正极活性物质。由于负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面上无正极活性物质，使得负极耳焊接区域201相对的正极片100上无锂离子脱出，负极耳焊接区域201无锂离子嵌入，可以从根源上解决电池循环过程中的析锂问题，提升电池的安全性能。
实施例二
在实施例一的正极片100的基础上，第一凹槽101的底部涂敷有绝缘涂层。为了避免第一凹槽101中的正极涂层103没有完全去除干净，正极基材102上残留有正极涂层103，导致电池仍然有析锂的风险，可以在第一凹槽101的底部涂敷绝缘涂层。
由于第一凹槽101的底部涂敷有绝缘涂层，使得负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面为绝缘涂层，即负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面上无正极活性物质。由于负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面上无正极活性物质，使得负极耳焊接区域201相对的正极片100上无锂离子脱出，负极耳焊接区域201无锂离子嵌入，可以从根源上解决电池循环过程中的析锂问题，提升电池的安全性能。优选地，绝缘涂层包括无机颗粒和粘接剂。
实施例三
图7为本实用新型实施例提供的卷芯结构中正极片的立体示意图二；图8为图7中B-B向的剖面图；图9为本实用新型实施例提供的卷芯结构中第一凹槽的结构示意图二。
如图7、图8和图9所示，在实施例一的正极片100的基础上，第一凹槽101内设有第二绝缘层104，第二绝缘层104覆盖第一凹槽101底部的正极基材102。为了避免第一凹槽101中的正极涂层103没有完全去除干净，正极基材102上残留有正极涂层103，导致电池仍然有析锂的风险，还可以在第一凹槽101内设有第二绝缘层104，且第二绝缘层104覆盖第一凹槽101底部的正极基材102。
由于第二绝缘层104覆盖第一凹槽101底部的正极基材102，使得负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面为第二绝缘层104，即负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面上无正极活性物质。由于负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面上无正极活性物质，使得负极耳焊接区域201相对的正极片100上无锂离子脱出，负极耳焊接区域201无锂离子嵌入，可以从根源上解决电池循环过程中的析锂问题，提升电池的安全性能。优选地，第二绝缘层104为绝缘胶层。
实施例四
图10为本实用新型实施例提供的卷芯结构中正极片的立体示意图三；图11为图10中C-C向的剖面图；图12为本实用新型实施例提供的卷芯结构中第一凹槽的结构示意图三。
如图10、图11和图12所示，第一凹槽101为沿正极片100的厚度方向贯穿正极基材102和正极涂层103的通槽。第一凹槽101为沿正极片100的厚度方向贯穿正极基材102和正极涂层103的通槽，也就是说，第一凹槽101内不具有正极基材102和正极涂层103。
由于第一凹槽101内不具有正极涂层103，使得负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面上无正极活性物质。由于负极耳焊接区域201相对的正极片100的表面上无正极活性物质，使得负极耳焊接区域201相对的正极片100上无锂离子脱出，负极耳焊接区域201无锂离子嵌入，可以从根源上解决电池循环过程中的析锂问题，提升电池的安全性能。
由于第一凹槽101为通槽，在制作第一凹槽101时，可以将正极基材102和正极涂层103一起去除，从而将正极涂层103完全去除干净，减少电池析锂的风险。
图13为本实用新型实施例提供的卷芯结构中负极片的立体示意图；图14为图13中D-D向的剖面图；图15为本实用新型实施例提供的卷芯结构中负极耳焊接区域的结构示意图。
如图13、图14和图15所示，负极片200包括负极基材203和设置在负极基材203相对的两个侧面上的负极涂层204。负极涂层204上开设有第二凹槽205，第二凹槽205的底部为负极基材203，第二凹槽205底部的负极基材203形成负极耳焊接区域201，负极耳500焊接在第二凹槽205底部的负极基材203上并位于第二凹槽205内。
具体地，负极片200包括负极基材203，负极基材203具有相对的第一侧面和第二侧面，负极基材203的第一侧面和第二侧面上均设有负极涂层204。
其中，负极涂层204上开设有第二凹槽205，第二凹槽205的底部为负极基材203。也就是说，在负极片200上去除部分负极涂层204，并使负极基材203显露出来，可以形成一个凹槽，该凹槽即为第二凹槽205。
由于第二凹槽205底部的负极基材203形成负极耳焊接区域201，此时，负极耳焊接区域201的长度即为第二凹槽205的长度，负极耳焊接区域201的宽度即为第二凹槽205的宽度。
由于负极耳500位于第二凹槽205内，可在一定程度上降低卷芯的厚度，改善电池的空间利用率和能量密度。
其中，负极基材203可以为铜箔，负极涂层204上可以涂敷石墨、纳米碳管等负极活性物质，本实用新型不做具体限制。
当然，第二凹槽205的数量可以为两个，即负极基材203相对的两个侧面上的负极涂层204均设有第二凹槽205。
如图3所示，第二凹槽205的槽口上设有第一绝缘层202，第一绝缘层202完全覆盖负极耳焊接区域201，且第一绝缘层202覆盖第二凹槽205的槽口边缘的负极涂层204。
由于第一绝缘层202完全覆盖负极耳焊接区域201，且第一绝缘层202可以阻止锂离子透过，使得负极耳焊接区域201相对的正极片100上脱出的锂离子无法嵌入负极耳焊接区域201，可以解决电池循环过程中的析锂问题，提升电池的安全性能。优选地，第一绝缘层202为绝缘胶层。
由于第一绝缘层202完全覆盖负极耳焊接区域201，此时，负极耳焊接区域201的长度即为第一绝缘层202的长度，负极耳焊接区域201的宽度即为第一绝缘层202的宽度。
如图15所示，假设负极耳焊接区域201的长度为H，宽度为D。如图6、图9和图12所示，则第一凹槽101的长度为H+h1，宽度为D+d1，即第一凹槽101的尺寸一定要大于负极耳焊接区域201的尺寸，以使负极耳焊接区域201内的部件可以嵌入第一凹槽101内。
优选地，第一凹槽101的长度与负极耳焊接区域201的长度之差为0mm～5mm；第一凹槽101的宽度与负极耳焊接区域201的宽度之差为3mm～15mm。
如图3、图4、图7和图10所示，负极耳焊接区域201相对的正极片100的两个侧面上均开设有第一凹槽101。
正极片100上可以开设有两个第一凹槽101。具体地，正极片100具有相对的第一侧面和第二侧面，正极片100的第一侧面上开设有一个第一凹槽101，正极片100的第二侧面上开设有另一个第一凹槽101，即正极片100相对的两个侧面上分别开设有一个第一凹槽101。在卷芯卷绕完成后，两个第一凹槽101可以分别与负极耳焊接区域201相对。
当然，正极片100上也可以开设有多个第一凹槽101，只需要其中两个第一凹槽101满足上述要求即可。
本实用新型实施例提供的卷芯结构可以采用以下制备方法进行制备：
在正极片100的表面上制作第一凹槽101，其中，第一凹槽101的长度大于负极耳焊接区域201的长度且小于正极片100的宽度，第一凹槽101的宽度大于负极耳焊接区域201的宽度；
将隔膜300放置在正极片100与负极片200之间，卷绕正极片100、隔膜300和负极片200，使第一凹槽101与负极耳焊接区域201相对。
其中，制作第一凹槽101有清洗和冲切等实现方式，通过清洗或冲切等方式，可以在正极片100的表面上形成第一凹槽101。
对于实施例一、实施例二和实施例三的正极片100，可以通过对正极片100进行清洗，去除正极片100的表面上的正极涂层103。清洗是指采用激光或物理移除等方式，将正极片100的表面上的正极涂层103去除，并保留正极基材102，从而在正极片100的表面上制作第一凹槽101。
其中，清洗可以采用湿法清洗，即先在正极片100的表面上喷洒清洗溶剂，该清洗溶剂能快速溶解正极涂层103中的粘结剂，会使正极涂层103与正极涂层103之间、正极涂层103与正极基材102之间的粘结力降低，然后将正极涂层103去除，从而制作第一凹槽101。
其中，清洗溶剂可以为去离子水、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、磷酸三乙酯、二甲基亚砜、无水乙醇等。
其中，清洗溶剂的喷洒区域要比第一凹槽101大，以保证第一凹槽101能够清洗干净。
在清洗完成后，正极片100需要立即进行烘烤，使正极片100的表面上残留的清洗溶剂挥发，以防正极片100在卷绕时发生粘结。
对于实施例四的正极片100，可以通过对正极片100进行冲切，同时去除正极基材102和正极涂层103。冲切是指直接采用模具裁切或激光切割等方式，将部分正极片100去除，去除部分包括正极基材102和正极涂层103，从而制作第一凹槽101。
下面以采用清洗方式在正极片100上制作第一凹槽101为例，对卷芯结构的制备方法进行详细说明。
1.使用清洗设备对正极片100进行清洗，当正极片100走带到指定位置时，对正极片100进行清洗，在正极片100的表面上制作第一凹槽101。清洗采用湿法清洗，即先在正极片100的表面上喷洒清洗溶剂，然后将正极涂层103去除。清洗溶剂的喷洒区域比第一凹槽101大，以保证第一凹槽101能够清洗干净。在清洗完成后，立即对正极片100进行烘烤，使正极片100的表面残留的清洗溶剂挥发。
2.将制作好的正极片100、负极片200和隔膜300在卷绕设备上进行卷绕，使第一凹槽101与负极耳焊接区域201相对，以得到卷芯结构。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种卷芯结构，其特征在于，包括正极片、负极片和隔膜，所述隔膜位于所述正极片与所述负极片之间；
所述负极片上具有负极耳焊接区域，所述负极耳焊接区域内焊接有负极耳，与所述负极耳焊接区域相对的所述正极片的表面上开设有第一凹槽，所述第一凹槽开设在所述正极片上涂敷有正极活性物质的区域；
所述第一凹槽的长度大于所述负极耳焊接区域的长度且小于所述正极片的宽度，所述第一凹槽的宽度大于所述负极耳焊接区域的宽度。
2.根据权利要求1所述的卷芯结构，其特征在于，
所述负极耳焊接区域的表面上设有第一绝缘层，所述第一绝缘层完全覆盖所述负极耳焊接区域。
3.根据权利要求2所述的卷芯结构，其特征在于，所述第一凹槽的长度大于所述第一绝缘层的长度，所述第一凹槽的宽度大于所述第一绝缘层的宽度；
所述第一凹槽的深度大于所述第一绝缘层的厚度。
4.根据权利要求1所述的卷芯结构，其特征在于，所述正极片包括正极基材和设置在所述正极基材相对的两个侧面上的正极涂层，所述正极涂层上涂敷有正极活性物质。
5.根据权利要求4所述的卷芯结构，其特征在于，所述第一凹槽为所述正极片上去除部分所述正极涂层后形成的凹槽，所述第一凹槽的底部为所述正极基材。
6.根据权利要求5所述的卷芯结构，其特征在于，所述第一凹槽的底部涂敷有绝缘涂层。
7.根据权利要求4所述的卷芯结构，其特征在于，所述第一凹槽为沿所述正极片的厚度方向贯穿所述正极基材和所述正极涂层的通槽。
8.根据权利要求1所述的卷芯结构，其特征在于，所述负极片包括负极基材和设置在负极基材相对的两个侧面上的负极涂层；
所述负极涂层上开设有第二凹槽，所述第二凹槽的底部为所述负极基材，所述第二凹槽底部的所述负极基材形成所述负极耳焊接区域，所述负极耳焊接在所述第二凹槽底部的所述负极基材上并位于所述第二凹槽内。
9.根据权利要求8所述的卷芯结构，其特征在于，所述第二凹槽的槽口上设有第一绝缘层，所述第一绝缘层完全覆盖所述负极耳焊接区域，且所述第一绝缘层覆盖所述第二凹槽的槽口边缘的所述负极涂层。
10.根据权利要求1-9任一项所述的卷芯结构，其特征在于，所述负极耳焊接区域相对的所述正极片的两个侧面上均开设有所述第一凹槽。
Priority Applications (1)
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