CN215869517U - 一种电芯及高电压锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的一种电芯及高电压锂电池，该电芯包括复合极片；所述复合极片包括依次层叠设置的第一正极材料、第一集流体和第一负极材料。本申请还提供一种高电压锂电池。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卷绕型电芯的电压；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。通过将电芯设置为卷绕型或者层叠型，使得电芯可以适应更多的应用场合，实用性高。本实用新型结构简单，安装方便，灵活性高。

Description

一种电芯及高电压锂电池

技术领域

本实用新型涉及锂电池设计技术领域，特别是涉及一种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、第一隔膜、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，本实用新型提出如下技术方案：

一种电芯，包括复合极片；所述复合极片包括依次层叠设置的第一正极材料、第一集流体和第一负极材料。

进一步地，所述电芯还包括分别设置在所述复合极片两侧的第一正极片和第一负极片；所述第一正极片远离所述复合极片的一侧、所述第一正极片与所述复合极片之间、所述第一负极片与所述复合极片之间、以及所述第一负极片远离所述复合极片的一侧均设置有第一隔膜；所述第一正极片、所述复合极片和所述第一负极片依次层叠后可卷绕成型为圆筒状电芯。

进一步地，所述第一负极片与所述第一正极材料相贴近形成第一电芯单元；所述第一正极片与所述第一负极材料相贴近形成第二电芯单元；所述第一电芯单元与所述第二电芯单元串联设置。

进一步地，所述第一正极片包括第二正极材料、第三正极材料、第二集流体和正极极耳导流条；所述第二集流体的一端与所述第二正极材料连接，另一端与所述第三正极材料连接；所述第二正极材料与所述第三正极材料之间设置有第一间隙；所述正极极耳导流条设置在所述第二集流体与所述第一间隙相交区域的侧面。

进一步地，所述第一负极片包括第二负极材料、第三负极材料、第三集流体和负极极耳导流条；所述第三集流体的一端与所述第二负极材料连接，另一端与所述第三负极材料连接；所述第二负极材料与所述第三负极材料之间设置有第二间隙；所述负极极耳导流条设置在所述第三集流体与所述第二间隙相交区域的侧面。

在本申请中，所述第一正极片和所述第一负极片上分别设置的所述第一间隙和所述第二间隙可以为极耳导流条预留安装空间，以便于引导电流。

进一步地，所述电芯还包括可呈Z形折叠的第二隔膜；所述第二隔膜的一侧依次交替设置有多个第二正极片和多个第二负极片，另一侧与多个所述复合极片相贴合；相邻的所述第二正极片与所述第二负极片之间形成第三间隙；相邻两个所述复合极片之间形成第四间隙；所述第三间隙与所述第四间隙交替设置在所述第二隔膜的两侧；所述第三间隙的宽度与所述第四间隙的宽度相等；任意相邻的所述第二正极片与所述第二负极片之间形成的第三间隙的宽度均相等；任意相邻两个所述复合极片之间形成的第四间隙的宽度均相等。

进一步地，当所述第二隔膜呈Z形折叠后，所述第二正极片与所述第一负极材料相贴近形成第三电芯单元；所述第二负极片与所述第一正极材料相贴近形成第四电芯单元；所述第三电芯单元与所述第四电芯单元串联设置。

进一步地，所述第二正极片包括第四正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四正极材料的内部，另一端伸出所述第四正极材料的一侧；所述第四正极材料与所述第一负极材料相贴近。

进一步地，所述第二负极片包括第四负极材料和第五集流体；所述第五集流体的一端设置在所述第四负极材料的内部，另一端伸出所述第四负极材料的一侧；所述第四负极材料与所述第一正极材料相贴近。

一种高电压锂电池，包括壳体、以及设置在所述壳体内的电芯；所述电芯为卷绕型电芯或者层叠型电芯；所述壳体为圆柱钢壳、圆柱铝壳、方形铝壳、方形钢壳、铝塑膜、塑料壳中的任一种。

在本申请中，当所述电芯为卷绕型电芯时，所述壳体为圆柱铝壳；此时，所述壳体的正极极耳与所述正极极耳导流条连接；所述壳体的负极极耳与所述负极极耳导流条连接；所述正极极耳与所述负极极耳分别在所述壳体的两端。

当所述电芯为层叠型电芯时，所述壳体为方形铝壳；此时，所述壳体的正极极耳与所述第四集流体连接；所述壳体的负极极耳与所述第五集流体连接；所述正极极耳与所述负极极耳可以在所述壳体的同一端或者分别在所述壳体的两端。

在本申请中，所述正极极耳和所述负极极耳为单极耳、多极耳或者全极耳中的任一种。

本实用新型提出的一种电芯及高电压锂电池，通过将电芯设置为卷绕型或者层叠型，使得电芯可以适应更多的应用场合，实用性高。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卷绕型电芯的电压；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。通过设置多个层叠型电芯并联来达到增加电池容量的目的，可以通过减少或者增加并联的层叠型电芯的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。

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复合极片的剖视图电芯的横截面示意图；

图2为本实用新型实施例1所述电芯剖面视图；

图3为图2卷绕成型后的结构示意图；

图4为图1中第一正极片的立体结构示意图；

图5为图4的剖视图；

图6为图1中第一负极片的立体结构示意图；

图7为图6剖视图；

图8为本实用新型实施例2所述电芯的完全展开示意图；

图9为图8中的第二隔膜呈Z形折叠后的局部展开示意图；

图10为图9的局部剖视图；

图11为图8中第二正极片的剖视图；

图12为图8中第二负极片的剖视图；

图13为本实用新型实施例3所述高电压锂电池的内部结构示意图；

图14为本实用新型实施例4所述高电压锂电池的内部结构示意图。

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电芯及高电压锂电池。

实施例1：

如图1所示，本实用新型实施例提出的一种电芯，包括复合极片1；所述复合极片1包括依次层叠设置的第一正极材料11、第一集流体12和第一负极材料13；所述第一正极材料11的厚度与所述第一负极材料13的厚度可以相等，也可以不相等。

参照图2和图3，在本申请实施例中，所述电芯还包括分别设置在所述复合极片1两侧的第一正极片2和第一负极片3；所述第一正极片2远离所述复合极片1的一侧、所述第一正极片2与所述复合极片1之间、所述第一负极片3与所述复合极片1之间、以及所述第一负极片3远离所述复合极片1的一侧均设置有第一隔膜4；所述第一正极片2、所述复合极片1和所述第一负极片3依次层叠后可卷绕成型为圆筒状电芯5。

进一步地，所述第一负极片3与所述第一正极材料11相贴近形成第一电芯单元A；所述第一正极片2与所述第一负极材料13相贴近形成第二电芯单元B；所述第一电芯单元A与所述第二电芯单元串联B设置。

参照图4和图5，在本申请实施例中，所述第一正极片2包括第二正极材料21、第三正极材料22、第二集流体23和正极极耳导流条24；所述第二集流体23的一端与所述第二正极材料21连接，另一端与所述第三正极材料22连接；所述第二正极材料21与所述第三正极材料22之间设置有第一间隙25；所述正极极耳导流条24设置在所述第二集流体23与所述第一间隙25相交区域的侧面。

参照图6和图7，在本申请实施例中，所述第一负极片3包括第二负极材料31、第三负极材料32、第三集流体33和负极极耳导流条34；所述第三集流体33的一端与所述第二负极材料31连接，另一端与所述第三负极材料32连接；所述第二负极材料31与所述第三负极材料32之间设置有第二间隙35；所述负极极耳导流条34设置在所述第三集流体33与所述第二间隙34相交区域的侧面。

在本申请实施例中，在所述第一正极片2和所述第一负极片3上分别设置的所述第一间隙25和所述第二间隙35可以为极耳导流条预留安装空间，以便于引导电流。

在本申请实施例中，所述电芯的层叠方式还可以为第一负极片3/复合极片1/第一正极片2、第一负极片3/复合极片1/第一正极片2/复合极片1/第一负极片3、第一正极片2/复合极片1/第一负极片3/复合极片1/第一正极片2中的任一种；各极片之间均设置有所述第一隔膜4；各层叠方式层叠后的极片均可以卷绕成型为圆筒状电芯5。

在本申请实施例中，当所述第二正极材料21与所述第二负极材料31相对设置、所述第三正极材料22与所述第三负极材料32相对设置时，各极片层叠后沿边缘同方向卷绕后，所述正极极耳导流条24和所述负极极耳导流条34分别设置在卷绕成型的圆筒状电芯5的两端。

实施例2：

如图8所示，本实施例的电芯包括可呈Z形折叠的第二隔膜6；所述第二隔膜6的一侧依次交替设置有多个第二正极片7和多个第二负极片8，另一侧与多个复合极片1(复合极片1的结构同实施例1)相贴合；相邻的所述第二正极片7与所述第二负极片8之间形成第三间隙61；相邻两个所述复合极片1之间形成第四间隙62；所述第三间隙61与所述第四间隙62交替设置在所述第二隔膜6的两侧；所述第三间隙61的宽度与所述第四间隙62的宽度相等；任意相邻的所述第二正极片7与所述第二负极片8之间形成的第三间隙61的宽度均相等；任意相邻两个所述复合极片1之间形成的第四间隙62的宽度均相等。

参照图9至图12，在申请实施例中，当所述第二隔膜6呈Z形折叠后，所述第二正极片7与所述复合极片1的第一负极材料13相贴近形成第三电芯单元C；所述第二负极片8与所述复合极片1的第一正极材料11相贴近形成第四电芯单元D；所述第三电芯单元C与所述第四电芯单元D串联设置。

所述第二正极片7包括第四正极材料71和第四集流体72；所述第四集流体72的一端设置在所述第四正极材料71的内部，另一端伸出所述第四正极材料71的一侧；所述第四正极材料71与所述复合极片1的第一负极材料13相贴近。

所述第二负极片8包括第四负极材料81和第五集流体82；所述第五集流体82的一端设置在所述第四负极材料81的内部，另一端伸出所述第四负极材料81的一侧；所述第四负极材料81与所述复合极片1的第一正极材料11相贴近。

在本申请实施例中，当所述第二隔膜呈Z形折叠后，所述电芯的层叠结构还可以为第二负极片7/复合极片1/第二正极片8、第二负极片7/复合极片1/第二正极片8/复合极片1/第二负极片7、第二正极片8/复合极片2/第二负极片7/复合极片1/第二正极片8中的任一种。

实施例3：

如图13所示，一种高电压锂电池，包括第一壳体91、设置在所述第一壳体91内的卷绕型电芯92(该电芯结构同实施例1的电芯结构)、以及分别设置在所述第一壳体91两端的第一正极极耳911与和第一负极极耳912；所述第一正极极耳911与所述卷绕型电芯92的正极极耳导流条14连接；所述第一负极极耳912与所述卷绕型电芯92的负极极耳导流条15连接；所述第一壳体91为圆柱铝壳。

实施例4：

如图14所示，本实施例提供电堆一种高电压锂电池，包括第二壳体93、多个并联设置所述第二壳体内的层叠型电芯94(该电芯结构同实施例2的电芯结构)、以及分别设置在所述第二壳体93两端的第二正极极耳931和第二负极极耳932；所述第二正极极耳931与所述第四集流体72连接；所述第二负极极耳932与所述第五集流体82连接；所述第二壳体93为方形铝壳。

在本申请实施例中，正极极耳和负极极耳可以在壳体的同一端或者分别在壳体的两端；正极极耳和负极极耳为单极耳、多极耳或者全极耳中的任一种。

在本申请实施例中，所述第一集流体12、所述第二集流体23、所述第三集流体33、所述第四集流体72和所述第五集流体82为不锈钢、镍或者其他耐腐蚀金属中的任一种。

在本申请实施例中，所述第一隔膜4和所述第二隔膜6为PP膜、PE膜、PP/PE复合膜或者陶瓷膜中的任意一种；所述第一正极材料、所述第二正极材料、所述第三正极材料和所述第四正极材料均为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂中的任一种或几种复合形成的混合物；所述第一负极材料、所述第二负极材料、所述第三负极材料和所述第四负极材料均为石墨、钛酸锂、硬碳或硅碳复合材料中的任意一种或几种复合形成的混合物。

具体的，在本申请实施例中，所述第一隔膜4和所述第二隔膜6均为PP膜；所述第一正极材料31、所述第二正极材料11和所述第三正极材料12和所述第四正极材料71均为磷酸铁锂；所述第一负极材料32、所述第二负极材料21、所述第三负极材料22和所述第四负极材料81均为石墨。

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，通过将电芯设置为卷绕型或者层叠型，使得电芯可以适应更多的应用场合，实用性高。通过设置复合极片1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卷绕型电芯的电压；由于复合极片1、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。通过设置多个层叠型电芯94并联来达到增加电池容量的目的，可以通过减少或者增加并联的层叠型电芯94的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。

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 (8)

1.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括复合极片；所述复合极片包括依次层叠设置的第一正极材料、第一集流体和第一负极材料；所述电芯还包括分别设置在所述复合极片两侧的第一正极片和第一负极片；所述第一正极片远离所述复合极片的一侧、所述第一正极片与所述复合极片之间、所述第一负极片与所述复合极片之间、以及所述第一负极片远离所述复合极片的一侧均设置有第一隔膜；所述第一正极片、所述复合极片和所述第一负极片依次层叠后可卷绕成型为圆筒状电芯；所述第一负极片与所述第一正极材料相贴近形成第一电芯单元；所述第一正极片与所述第一负极材料相贴近形成第二电芯单元；所述第一电芯单元与所述第二电芯单元串联设置。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一正极片包括第二正极材料、第三正极材料、第二集流体和正极极耳导流条；所述第二集流体的一端与所述第二正极材料连接，另一端与所述第三正极材料连接；所述第二正极材料与所述第三正极材料之间设置有第一间隙；所述正极极耳导流条设置在所述第二集流体与所述第一间隙相交区域的侧面。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一负极片包括第二负极材料、第三负极材料、第三集流体和负极极耳导流条；所述第三集流体的一端与所述第二负极材料连接，另一端与所述第三负极材料连接；所述第二负极材料与所述第三负极材料之间设置有第二间隙；所述负极极耳导流条设置在所述第三集流体与所述第二间隙相交区域的侧面。

4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述电芯还包括可呈Z形折叠的第二隔膜；所述第二隔膜的一侧依次交替设置有多个第二正极片和多个第二负极片，另一侧与多个所述复合极片相贴合；相邻的所述第二正极片与所述第二负极片之间形成第三间隙；相邻两个所述复合极片之间形成第四间隙；所述第三间隙与所述第四间隙交替设置在所述第二隔膜的两侧；所述第三间隙的宽度与所述第四间隙的宽度相等；任意相邻的所述第二正极片与所述第二负极片之间形成的第三间隙的宽度均相等；任意相邻两个所述复合极片之间形成的第四间隙的宽度均相等。

5.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，当所述第二隔膜呈Z形折叠后，所述第二正极片与所述第一负极材料相贴近形成第三电芯单元；所述第二负极片与所述第一正极材料相贴近形成第四电芯单元；所述第三电芯单元与所述第四电芯单元串联设置。

6.根据权利要求5所述的电芯，其特征在于，所述第二正极片包括第四正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四正极材料的内部，另一端伸出所述第四正极材料的一侧；所述第四正极材料与所述第一负极材料相贴近。

7.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，所述第二负极片包括第四负极材料和第五集流体；所述第五集流体的一端设置在所述第四负极材料的内部，另一端伸出所述第四负极材料的一侧；所述第四负极材料与所述第一正极材料相贴近。

8.一种高电压锂电池，其特征在于，包括壳体、以及设置在所述壳体内的电芯；所述壳体为圆柱钢壳、圆柱铝壳、方形铝壳、方形钢壳、铝塑膜或者塑料壳中的任一种；所述电芯为权利要求1至7任意一项所述的电芯。

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