CN215070082U - 一种具有叠片结构的电芯及高电压锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的一种具有叠片结构的电芯，包括可呈Z形折叠的连续性隔膜；所述连续性隔膜的一侧依次设置有多个第一极片组，另一侧依次设置有多个第二极片组；所述第一极片组与所述第二极片组交替设置在所述连续性隔膜的两侧；相邻两个第一极片组之间形成第一间隙；相邻两个第二极片组之间形成第二间隙；所述第一间隙的宽度与所述第二间隙的宽度相等；所述第一极片组包括正极片、及与所述正极片相邻设置的第一复合极片；所述第二极片组包括负极片、及与所述负极片相邻设置的第二复合极片。另外，本申请还提供一种高电压锂电池。本实用新型结构简单，安装方便，灵活性高，实用性强。

Description

一种具有叠片结构的电芯及高电压锂电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别是涉及一种具有叠片结构的电芯及高电压锂电池。

背景技术

相较于其他电池，锂电池具有工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小和循环寿命长等特点，因此，锂电池广泛应用于高端动力产品、储能、3C消费等领域。

锂电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和外包装体等五大部分组成，而锂电池的输出电压主要取决于正极材料和负极材料。一般地，锂离子电池的正极材料主要有：磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等，负极材料主要有：石墨、钛酸锂、硬碳、硅碳复合材料等。这些正负极材料搭配制造出来的锂电池存在单体电芯电压低、功率小的缺点。为提高锂电池的电压和功率，通常对正极材料掺杂改性来提高单体电芯的电压平台或者将多个单体电芯串并联组装成电池组从而提升锂电池的电压平台和功率。

然而，通过对正极材料掺杂改性来提高单体电芯的电压，对锂电池电压的提升有限，掺杂改性后的正极材料稳定性差，而且价格昂贵；通过多个单体电芯串并联组装成电池组来提升锂电池电压功率，会增加额外的连接片，以及辅料费用和人工成本，同时对串并联的单体电芯一致性要求高，而且在组装过程中存在正负极接反或者连接片安装不到位的风险。

实用新型内容

基于此，本实用新型实施例提供一种具有叠片结构的电芯及高电压锂电池，旨在解决通过对正极材料掺杂改性来提高单体电芯的电压，对锂电池电压的提升有限，掺杂改性后的正极材料稳定性差，而且价格昂贵；通过多个单体电芯串并联组装成电池组来提升锂电池电压功率，会增加额外的连接片，以及辅料费用和人工成本，同时对串并联的单体电芯一致性要求高，而且在组装过程中存在正负极接反或者连接片安装不到位的风险的问题。

为实现上述目的，一方面，本实用新型实施例提出如下技术方案：

一种具有叠片结构的电芯，包括可呈Z形折叠的连续性隔膜；所述连续性隔膜的一侧依次设置有多个第一极片组，另一侧依次设置有多个第二极片组；所述第一极片组与所述第二极片组交替设置在所述连续性隔膜的两侧；相邻两个所述第一极片组之间形成第一间隙；相邻两个所述第二极片组之间形成第二间隙；所述第一间隙的宽度与所述第二间隙的宽度相等；所述第一极片组包括正极片、以及与所述正极片相邻设置的第一复合极片；所述第二极片组包括负极片、以及与所述负极片相邻设置的第二复合极片。

进一步地，任意相邻的两个所述第一极片组之间形成的第一间隙的宽度均相等；任意相邻两个所述第二极片组之间形成的第二间隙的宽度均相等。

进一步地，所述第一复合极片包括第一正极材料、第一负极材料、第一集流体、以及设置在所述第一正极材料和所述第一负极材料之间的第一绝缘粘胶；所述第一集流体的一端设置在所述第一正极材料的内部，另一端穿过所述第一绝缘粘胶后设置在所述第一负极材料的内部；

所述第二复合极片包括第二正极材料、第二负极材料、第二集流体、以及设置在所述第二正极材料和所述第二负极材料之间的第二绝缘粘胶；所述第二集流体的一端设置在所述第二正极材料的内部，另一端穿过所述第二绝缘粘胶后设置在所述第二负极材料的内部；

当所述连续性隔膜呈Z形折叠后，所述正极片与所述第二负极材料相贴近形成第一电芯单元；所述第一负极材料与所述第二正极材料相贴近形成第二电芯单元；所述负极片与所述第一正极材料相贴近形成第三电芯单元；所述第一电芯单元、所述第二电芯单元和所述第三电芯单元依次串联设置。

进一步地，所述正极片与所述第一负极材料之间设置有第三间隙，可以有效地避免所述正极片与所述第一负极材料之间导电形成通路。

进一步地，所述负极片与所述第二正极材料之间设置有第四间隙，可以有效地避免所述负极片与所述二第正极材料之间导电形成通路。

进一步地，所述正极片包括第三正极材料和第三集流体；所述第三集流体的一端设置在所述第三正极材料的内部，另一端伸出所述第三正极材料远离所述第一复合极片的一侧；所述第三正极材料与所述第二负极材料相贴近。

进一步地，所述负极片包括第三负极材料和第四集流体；所述第四集流体的一端设置在所述第三负极材料的内部，另一端伸出所述第三负极材料远离所述第二复合极片的一侧；所述第三负极材料与所述第一正极材料相贴近。

进一步地，所述第一集流体、所述第二集流体、所述第三集流体和所述第四集流体的材质均为不锈钢或者镍。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种高电压锂电池，包括壳体、以及多个并联后层叠在所述壳体内的具有叠片结构的电芯；所述壳体为方形铝壳、方形钢壳、铝塑膜或者塑料壳。

本实用新型提出的一种具有叠片结构的电芯及高电压锂电池，通过设置复合极片将正极片与负极片串联起来达到提升电芯电压的目的，无需对正极材料进行掺杂改性，提高了电芯的稳定性，同时也节省了电芯组装的辅材费用和人工成本；而且还可以通过减少或者增加复合极片的数量来调节单个电芯的电压；由于复合极片、正极片和负极片均不带电，有效地避免了组装过程中将正负极接反短路或者安装不到位的风险。通过设置多个电芯并联达到增加电池容量的目的，可以通过减少或者增加并联的电芯数量来调节电池的容量。本实用新型结构简单，安装方便，灵活性高，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所述具有叠片结构的电芯的完全展开的局部示意图；

图2为图1中的隔膜呈Z形折叠后的局部展开示意图；

图3为图2的局部剖视图；

图4为图2中的第一复合极片剖视图；

图5为图2中的第二复合极片剖视图；

图6为图2中的正极片剖视图；

图7为图2中的负极片剖视图；

图8为本实用新型实施例所述高电压锂电池的剖视图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

目前，为提高锂电池的电压和功率，通常对正极材料掺杂改性来提高单体电芯的电压平台或者将多个单体电芯串并联组装成电池组从而提升锂电池的电压平台和功率。然而，通过对正极材料掺杂改性来提高单体电芯的电压，对锂电池电压的提升有限，掺杂改性后的正极材料稳定性差，而且价格昂贵；通过多个单体电芯串并联组装成电池组来提升锂电池电压功率，会增加额外的连接片，以及辅料费用和人工成本，同时对串并联的单体电芯一致性要求高，而且在组装过程中存在正负极接反或者连接片安装不到位的风险。为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种具有叠片结构的电芯及高电压锂电池。

如图1至图2所示，一方面，本实用新型一实施例提出的一种具有叠片结构的电芯，包括可呈Z形折叠的连续性隔膜1；所述连续性隔膜1的一侧依次设置有多个第一极片组2，另一侧依次设置有多个第二极片组3；所述第一极片组2与所述第二极片组3交替设置在所述连续性隔膜1的两侧；相邻两个所述第一极片组2之间形成第一间隙4；相邻两个所述第二极片组3之间形成第二间隙5；所述第一间隙4的宽度与所述第二间隙5的宽度相等；所述第一极片组2包括正极片21、以及与所述正极片21相邻设置的第一复合极片22；所述第二极片组3包括负极片31、以及与所述负极片31相邻设置的第二复合极片32。

在本实施中，任意相邻的两个所述第一极片组2之间形成的第一间隙4的宽度均相等；任意相邻两个所述第二极片组3之间形成的第二间隙5的宽度均相等。当所述连续性隔膜1呈Z形折叠后，由于所述第一间隙4的宽度与所述第二间隙5的宽度相等，使得所述第一极片组2和所述第二极片组3能够恰好完全对应。

请同时参照图3至图5，在本实施例中，所述第一复合极片22包括第一正极材料221、第一负极材料222、第一集流体223、以及设置在所述第一正极材料221和所述第一负极材料222之间的第一绝缘粘胶224；所述第一集流体223的一端设置在所述第一正极材料221的内部，另一端穿过所述第一绝缘粘胶224后设置在所述第一负极材料222的内部；

所述第二复合极片32包括第二正极材料321、第二负极材料322、第二集流体323、以及设置在所述第二正极材料321和所述第二负极材料322之间的第二绝缘粘胶324；所述第二集流体323的一端设置在所述第二正极材料321的内部，另一端穿过所述第二绝缘粘胶324后设置在所述第二负极材料322的内部；

当所述连续性隔膜1呈Z形折叠后，所述正极片21与所述第二负极材料322相贴近形成第一电芯单元A；所述第一负极材料222与所述第二正极材料321相贴近形成第二电芯单元B；所述负极片31与所述第一正极材料221相贴近形成第三电芯单元C；所述第一电芯单元A、所述第二电芯单元B和所述第三电芯单元C依次串联设置。

也即，第一电芯单元A由所述正极片21与所述第二负极材料322组成得到；第二电芯单元B由所述第一负极材料222与所述第二正极材料321组成得到；第三电芯单元C由所述负极片31与所述第一正极材料221组成得到。

所述正极片21与所述第一负极材料222之间设置有第三间隙6，可以有效地避免所述正极片21与所述第一负极材料222之间导电形成通路。

所述负极片31与所述第二正极材料321之间设置有第四间隙7，可以有效地避免所述负极片31与所述二第正极材料321之间导电形成通路。

可以理解的是，在其他实施例中，也可以根据实际使用的需要，电芯单元的个数可以设置为四个、五个、六个、甚至更多个等等。

在本申请中，复合极片、正极片以及负极片可做成标准样件，通过在正极片与负极片之间串联n个复合极片来增加n个电芯单元，从而将单个电芯的电压提升n倍，因此，可以根据实际使用的需要增加或者减少复合极片的个数来调节单个电芯的电压。

请参照图6，在本实施例中，所述正极片21包括第三正极材料211和第三集流体212；所述第三集流体212的一端设置在所述第三正极材料211的内部，另一端伸出所述第三正极材料211远离所述第一复合极片22的一侧；所述第三正极材料211与所述第二负极材料322相贴近。

请参照图7，在本实施例中，所述负极片31包括第三负极材料311和第四集流体312；所述第四集流体312的一端设置在所述第三负极材料311的内部，另一端伸出所述第三负极材料311远离所述第二复合极片32的一侧；所述第三负极材料311与所述第一正极材料221相贴近。

进一步地，所述第一集流体223、所述第二集流体323、所述第三集流体212和所述第四集流体312的材质可以为不锈钢或者镍。

另一方面，如图8所示，本实用新型另一实施例还提供一种高电压锂电池，包括壳体8、以及多个并联后层叠在所述壳体8内的具有叠片结构的电芯9；所述壳体8可以为方形铝壳、方形钢壳、铝塑膜或者塑料壳。具体的，在本实施例中，所述壳体8为方形铝壳。

在本申请中，可以在所述壳体8内纵向并联n个电芯9，进而将锂电池的容量提升n倍，在实际应用中，可以根据实际使用的需要通过增加或者减少并联的电芯9来调节锂电池的容量。

在本申请实施例中，所述连续性隔膜1为PP膜、PE膜、PP/PE复合膜或者陶瓷膜中的任意一种。具体的，在本实施例中，所述连续性隔膜1为PP膜；

在本申请实施例中，所述第一正极材料221、所述第二正极材料321和所述第三正极材料211可以为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂中的任意一种或至少两种的混合物。具体的，在本实施例中，所述第一正极材料221、所述第二正极材料321和所述第三正极材料211为磷酸铁锂。

在本申请实施例中，所述第一负极材料222、所述第二负极材料322和所述第三负极材料311可以为石墨、钛酸锂、硬碳或硅碳复合材料中的任意一种或至少两种的混合物。具体的，在本实施例中，所述第一负极材料222、所述第二负极材料322和所述第三负极材料311为石墨。

在本申请中，本申请实施例的附图均为结构示意图，各相关结构的尺寸并不代表实际尺寸。

本实用新型提出的一种具有叠片结构的电芯及高电压(本申请中的高电压，是指本申请的锂电池电压高于磷酸铁锂搭石墨电池电压平台3.2V、钴酸锂(镍钴锰酸锂、锰酸锂、镍钴铝酸锂)搭石墨电池电压平台为3.7V或镍钴锰酸锂搭钛酸锂电池电压平台2.2V)锂电池，通过设置复合极片将正极片21与负极片31串联起来达到提升电芯电压的目的，无需对正极材料进行掺杂改性，提高了电芯的稳定性，同时也节省了电芯组装的辅材费用和人工成本；而且还可以通过减少或者增加复合极片的数量来调节单个电芯的电压；由于复合极片、正极片21和负极片31均不带电，有效地避免了组装过程中将正负极接反短路或者安装不到位的风险。通过设置多个电芯并联达到增加电池容量的目的，可以通过减少或者增加并联的电芯数量来调节电池的容量。本实用新型结构简单，安装方便，灵活性高，实用性强。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有叠片结构的电芯，其特征在于，包括可呈Z形折叠的连续性隔膜；所述连续性隔膜的一侧依次设置有多个第一极片组，另一侧依次设置有多个第二极片组；所述第一极片组与所述第二极片组交替设置在所述连续性隔膜的两侧；相邻两个所述第一极片组之间形成第一间隙；相邻两个所述第二极片组之间形成第二间隙；所述第一间隙的宽度与所述第二间隙的宽度相等；所述第一极片组包括正极片、以及与所述正极片相邻设置的第一复合极片；所述第二极片组包括负极片、以及与所述负极片相邻设置的第二复合极片。

2.根据权利要求1所述的具有叠片结构的电芯，其特征在于，任意相邻的两个所述第一极片组之间形成的第一间隙的宽度均相等；任意相邻两个所述第二极片组之间形成的第二间隙的宽度均相等。

3.根据权利要求1所述的具有叠片结构的电芯，其特征在于，所述第一复合极片包括第一正极材料、第一负极材料、第一集流体、以及设置在所述第一正极材料和所述第一负极材料之间的第一绝缘粘胶；所述第一集流体的一端设置在所述第一正极材料的内部，另一端穿过所述第一绝缘粘胶后设置在所述第一负极材料的内部；

所述第二复合极片包括第二正极材料、第二负极材料、第二集流体、以及设置在所述第二正极材料和所述第二负极材料之间的第二绝缘粘胶；所述第二集流体的一端设置在所述第二正极材料的内部，另一端穿过所述第二绝缘粘胶后设置在所述第二负极材料的内部；

当所述连续性隔膜呈Z形折叠后，所述正极片与所述第二负极材料相贴近形成第一电芯单元；所述第一负极材料与所述第二正极材料相贴近形成第二电芯单元；所述负极片与所述第一正极材料相贴近形成第三电芯单元；所述第一电芯单元、所述第二电芯单元和所述第三电芯单元依次串联设置。

4.根据权利要求3所述的具有叠片结构的电芯，其特征在于，所述正极片与所述第一负极材料之间设置有第一间隙。

5.根据权利要求3所述的具有叠片结构的电芯，其特征在于，所述负极片与所述第二正极材料之间设置有第二间隙。

6.根据权利要求3所述的具有叠片结构的电芯，其特征在于，所述正极片包括第三正极材料和第三集流体；所述第三集流体的一端设置在所述第三正极材料的内部，另一端伸出所述第三正极材料远离所述第一复合极片的一侧；所述第三正极材料与所述第二负极材料相贴近。

7.根据权利要求6所述的具有叠片结构的电芯，其特征在于，所述负极片包括第三负极材料和第四集流体；所述第四集流体的一端设置在所述第三负极材料的内部，另一端伸出所述第三负极材料远离所述第二复合极片的一侧；所述第三负极材料与所述第一正极材料相贴近。

8.根据权利要求7所述的具有叠片结构的电芯，其特征在于，所述第一集流体、所述第二集流体、所述第三集流体和所述第四集流体的材质均为不锈钢或者镍。

9.一种高电压锂电池，其特征在于，包括壳体、以及多个并联后层叠在所述壳体内的具有叠片结构的电芯；所述壳体为方形铝壳、方形钢壳、铝塑膜或者塑料壳。

10.根据权利要求9所述的高电压锂电池，其特征在于，所述具有叠片结构的电芯为权利要求1至8任意一项所述的具有叠片结构的电芯。

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