CN217280858U - 一种由正负极组件叠成的三明治电芯及电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种正负极组件叠成的三明治电芯及电池，包括正极组件、负极组件及位于所述正极组件和所述负极组件之间的隔膜；所述正极组件包括至少两片间隔分布于正极集流体上的正极片；所述负极组件包括至少两片将负极集流体包叠其中的负极片；如此，采用正负极组件叠成的三明治电芯结构，相对卷绕工艺极大减少非活性物质材料，提高电池积体与重量比能量，能够有效提升电池的活性物质的利用率、容量，同时也节约了锂材料的资源。

Description

一种由正负极组件叠成的三明治电芯及电池

技术领域

本实用新型涉及电池领域，尤其涉及一种由正负极组件叠成的三明治电芯及电池。

背景技术

近年来，电子产品的发展非常迅速，其产品的多样化，应用领域越来越广，许多电子产品为了方便顾客使用，对所用电池的容量、体积和输出功率都提出了很高的要求，正朝着便携式的趋势发展。

目前锂电池原材料的价格涨幅较大，因此为满足市场需求，开发全新的性价比较高的软包电池势在必行。现有技术中为了提高软包电池的输出功率，通过采用卷绕式电芯的方式来提高正极与负极的反应面积以提高输出电流。但现有工艺生产的软包电池有活性物质利用率低、生产成本高、高温性能差、生产效率低等明显的缺点。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种能够有效提升电池的活性物质的利用率和容量的正负极组件叠成的三明治电芯及电池正负极组件叠成的三明治电芯，电芯制造设备的成本投入较低，设备生产效率也有大幅提升，同时也节约了锂材料的资源。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种正负极组件叠成的三明治电芯，包括正极组件、负极组件及位于所述正极组件和所述负极组件之间的隔膜；所述正极组件包括至少两片间隔分布于正极集流体上的正极片；所述负极组件包括至少两片将负极集流体包叠其中的负极片。

优选地，所述负极组件还包括负极极耳，所述负极极耳与所述负极集流体连接。

优选地，所述正极组件还包括正极极耳，所述正极极耳与所述正极集流体连接。

优选地，所述正极集流体可折叠，所述负极组件水平方向延伸至所述正极集流体，并与所述正极组件、正极集流体形成腔体。

优选地，所述正极组件包括间隔分布于所述正极集流体一侧的两片正极片，所述正极组件通过正极集流体弯折，将包含有两片正极片对折将所述负极组件包叠。

优选地，所述正极组件包括间隔分布于所述正极集流体一侧的两片正极片、以及与之对应一致位于所述正极集流体另一侧的两片正极片，所述正极组件通过正极集流体弯折将所述负极组件包叠。

优选地，所述负极组件包括间隔分布于所述负极集流体一侧的两片负极片、以及与之对应一致位于所述负极集流体另一侧的两片负极片，所述正极组件通过正极集流体两次弯折，所述负极组件通过所述负极集流体弯折，通过所述正极组件将所述负极组件包叠。

优选地，所述正极集流体可折叠，所述负极组件水平方向延伸至所述正极集流体，并与所述正极组件、正极集流体形成腔体。

实用新型第二方面，本实用新型实施例提供了一种正负极组件叠成的三明治电芯电池，包括上述正负极组件叠成的三明治电芯叠成的三明治电芯电池。

本实用新型实施例提供的一种正负极组件叠成的三明治电芯及电池，包括正极组件、负极组件及位于所述正极组件和所述负极组件之间的隔膜；所述正极组件包括至少两片间隔分布于正极集流体上的正极片；所述负极组件包括至少两片将负极集流体包叠其中的负极片；如此，采用正负极组件叠成的三明治电芯结构，相对卷绕工艺极大减少非活性物质材料，提高电池积体与重量比能量，能够有效提升电池的活性物质的利用率和容量。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中提供的正负极组件叠成的三明治电芯的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例中提供的正负极组件叠成的三明治电芯的结构示意图；

图3为本实用新型又一实施例中提供的正负极组件叠成的三明治电芯的结构示意图；

图中，负极组件1、隔膜2、正极组件3、负极片4、负极集流体5、正极集流体6、正极片7、正极极耳8、负极极耳9。

具体实施方式

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。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的具体含义。下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

参见图1至图3，本实用新型实施例提供了一种正负极组件1叠成的三明治电芯，包括正极组件3、负极组件1及位于所述正极组件3和所述负极组件1之间的隔膜2；所述正极组件3包括至少两片间隔分布于正极集流体6上的正极片7；所述负极组件1包括至少两片将负极集流体5包叠其中的负极片4。

这里，负极集流体5可以是铜网/不锈钢网/镍带/镍箔等不与负极之间发生电化学反应的材料，负极片4可以是锂/钠/钾等活性物质，这里，每一正极片7的尺寸一致，这里，负极集流体以铜网为例，两个负极片4中间放置铜网，通过适合的工艺及设备复合到一起形成负极组件1；这里，负极组件1和正极组件3都可以通过正极集流体6或负极集流体5实现弯折。

这里，负极组件1和正极组件3之间有隔膜2，避免正负极短路，这里隔膜2可以设置三层。

正极集流体6负极组件1负极组件1通过上述实施例，采用正负极组件1叠成的三明治电芯结构，相对卷绕工艺极大减少非活性物质材料，提高电池积体与重量比能量，能够有效提升电池的活性物质的利用率、容量。

在一实施方式中，所述负极组件1还包括负极极耳9，所述负极极耳9与所述负极集流体5连接。

这里，负极集流体5可以是铜网，负极集流体以铜网为例，负极极耳9和铜网定位焊接，也可以是其他连接方式。这里，一方面，铜网便于和负极极耳9焊接，让负极极耳9在负极组件1中更加牢固，不会和负极锂发生相对位移；另一方面负极集流体5起到集流的作用，这样可以让正负极的反应更加均匀，提升负极活性物质的利用率，从而提升电池性能。

在一实施方式中，所述正极组件3还包括正极极耳8，所述正极极耳8与所述正极集流体6连接。

这里，正极集流体6可以是铝网，正极极耳8可以焊接于铝网的任一位置，这里不限定于焊接等使之导电的连通方式。

在一实施方式中，再次参见图1，所述正极组件3包括间隔分布于所述正极集流体6一侧的两片正极片7，所述正极组件3通过正极集流体6弯折，将包含有两片正极片7对折将所述负极组件1包叠。

这里，正极集流体6可以是铝网，可以弯折，将两个正极粉饼制作成正极压片后，形成两个大小一致的正极片7，分别对称且间隔的放置于铝网上，从间隔处进行折叠，这里先将负极组件1放置于一侧正极片7上，进行弯折，使得两个正极片7完全重叠，能够完全包覆整个负极组件1，得到正负极组件叠成的三明治电芯。

在一实施方式中，再次参见图2，所述正极组件3包括间隔分布于所述正极集流体6一侧的两片正极片7、以及与之对应一致位于所述正极集流体6另一侧的两片正极片7，所述正极组件3通过正极集流体6弯折将所述负极组件1包叠。

这里，正极集流体6可以是铝网，可以弯折，将两个正极粉饼制作成正极压片后，形成四个大小一致的正极片7，其中两个分别对称且间隔的放置于铝网上，同时，在与之对应一致位于所述正极集流体6另一侧放置两片正极片7，从间隔处进行折叠，这里先将负极组件1放置于一侧正极片7上，进行弯折，使得两个正极片7完全重叠，能够完全包覆整个负极组件1，得到正负极组件叠成的三明治电芯。

需要说明的是，正极集流体6的一侧或者两侧是否放置正极片7或者放置多片正极片7，取决于这一侧是否需要于负极组件1接触，如果不接触，可以放置正极片7，也可以不放置，如果接触，则必须放置正极片7，同时，在实现正极组件3包叠负极组件1的前提下，也可以实现正负极组件的多次弯折。

在一实施方式中，再次参见图3，所述负极组件1包括间隔分布于所述负极集流体5一侧的两片负极片4、以及与之对应一致位于所述负极集流体5另一侧的两片负极片4，所述正极组件3通过正极集流体6两次弯折，所述负极组件1通过所述负极集流体5弯折，通过所述正极组件3将所述负极组件1包叠。

这里，负极集流体5可以是铜网，可以弯折，负极片4可以是锂带，通过裁切形成四片大小一致的负极片4，其中两片分别对称且间隔的放置于铜网上，同时，在与之对应一致位于所述负极集流体5另一侧放置两片负极片4。

这里，正极集流体6可以是铝网，可以弯折，将两个正极粉饼制作成正极压片后，形成六个大小一致的正极片7，其中三片分别对称且间隔的放置于铝网上，同时，在与之对应一致位于所述正极集流体6另一侧放置三片正极片7。

这里，正极集流体6从间隔处进行折叠，所述正极组件3通过正极集流体6两次弯折，且弯折方向相反，所述负极组件1通过所述负极集流体5弯折，通过所述正极组件3将所述负极组件1包叠。

需要说明的是，正极集流体6的一侧或者两侧是否放置正极片7或者放置多片正极片7，取决于这一侧是否需要于负极组件1接触，如果不接触，可以放置正极片7，也可以不放置，如果接触，则必须放置正极片7，同时，在实现正极组件3包叠负极组件1的前提下，也可以实现正负极组件的多次弯折。

在一实施方式中，所述正极集流体6为可折叠结构，所述负极组件1水平方向延伸至所述正极集流体6，并与所述正极组件3、正极集流体6形成腔体。

再次参见图1至图3，这里正极集流体6侧面与正极组件3、负极组件1形成了腔体，即负极片4靠近所述正极集流体6折叠处的长度短于正极片7，避免正负极短路。

实用新型实用新型

在一实施方式中，本实用新型实施例提供了一种正负极组件1叠成的三明治电芯电池，包括上述正负极组件1叠成的三明治电芯叠成的三明治电芯电池。

这里，电池可以使用在电子标签、超市计价器等等工作场景中定制使用。

下面通过具体的实施例来对本实用新型作进一步说明。本实施例中以广泛应用在电子价签的两个型号CP262030/CP332544为例。

实施例一

本实施例中以CP262030电池的制作为例：

先将正极材料按照配方和粉后采用干粉干法的工艺作做成需要尺寸的正极片7，再将正极片7和正极集流体6进行复合，形成正极组件3；然后将负极集流体5和负极锂带裁切到所需尺寸后进行复合制作成负极组件1；最后正极组件3、隔膜2和负极组件1通过设备完成叠片后形成完整电芯，电芯经过封装后得到成品电池。

(1)梯度恒流放电容量测试试验

为了检测电池的容量性能，对CP262030软包电池的三明治结构与卷绕结构对比进行快速恒流阶梯放电测试，快速恒流阶梯放电测试条件为在温度20±2℃和相对湿度35％～75％下，，结果参见表1。

表1

说明：由表1可以看出三明治结构比卷绕结构梯度放电多放出容量46.8mAh；卷绕结构金属锂的利用率68％，三明治结构金属锂的利用率95％，。

(2)常温下，负载1mA连续放电测试

为了检测电池的容量性能，对CP262030软包电池的三明治结构与卷绕结构对比进行负载1mA连续放电至1.8V放电容量对比测试，测试结果参见表2。

样本信息	总容量(mAh)
		卷绕结构软包电池	249.8
三明治结构软包电池	295.1

表2

说明：由表2可以看出，三明治结构比卷绕结构的软包电池容量提升18.1％

(3)常温下，负载5mA连续放电测试

为了检测电池的容量性能，对CP262030软包电池的三明治结构与卷绕结构对比进行负载5mA连续放电至2.3V放电容量对比测试，测试结果参见表3。

样本信息	总容量(mAh)
		卷绕结构软包电池	222.9
三明治结构软包电池	265.4

表3

说明：由表3可以看出，三明治结构比卷绕结构的软包电池容量提升19.1％

(4)不同温度下，负载16.5mA脉冲放电测试

为了检测电池的脉冲性能，在不同温度下分别对CP262030软包电池的三明治结构与卷绕结构对比进行负载16.5mA脉冲3.5S停13.5S至2.3V容量对比测试，测试结果参见表4

表4

说明：由表4可以看出，在0℃、23℃、40℃不同温度下，三明治结构比卷绕结构的软包电池容量提升分别为11.1％、18.5％和11.3％。

(5)常温下，不同负载下的脉冲放电测试

为了检测电池的脉冲性能，在常温下分别对CP262030软包电池的三明治结构与卷绕结构对比进行负载33mA/66mA脉冲3.5S停13.5S至2.3V容量对比测试，测试结果参见表5。

表5

由表5可以看出，在不同负载脉冲电流下，三明治结构比卷绕结构的软包电池容量提升分别为20.4％和23.3％。

实施例二

本实施例中以CP332544电池的制作为例：

先将正极材料按照配方和粉后采用干粉干法的工艺作做成需要尺寸的正极片7，再将正极片7和正极集流体6进行复合，形成正极组件3；然后将负极集流体5和负极锂带裁切到所需尺寸后进行复合制作成负极组件1；最后正极组件3、隔膜2和负极组件1通过设备完成叠片后形成完整电芯，电芯经过封装后得到成品电池。

(1)梯度恒流放电容量测试试验

为了检测电池的容量性能，对使用本实用新型实施例的正负极组件1叠成的三明治电芯制作的CP332544软包电池和卷绕结构CP332544软包电池进行快速恒流阶梯放电测试，恒流连续放电，结果参见表6。可以看出，正负极组件1叠成的三明治电芯软包电池比卷绕结构软包电池梯度放电多放出容量105.1mAh；卷绕结构金属锂的利用率68.7％，三明治结构金属锂的利用率98.1％，金属锂的利用率提高了29.4％。

表6

负载50mA连续放电至2.3V，总容量对比，参见表7。相比较，可以看出，正负极组件1叠成的三明治电芯制作的CP332544软包电池和卷绕结构CP332544软包电池容量提升1.5％。

表7

100mA脉冲3.5S停13.5S至2.3V总容量对比，参见表8，可以看出，正负极组件1叠成的三明治电芯制作的CP332544软包电池和卷绕结构CP332544软包电池相比，容量提升15.8％。

样本信息	总容量mAh
		卷绕结构软包电池	638.85
三明治结构软包电池	740.07

表8

16.5mA脉冲3.5S停13.5S至2.3V总容量对比，参见表9可以看出，正负极组件1叠成的三明治电芯制作的CP332544软包电池和卷绕结构CP332544软包电池相比，容量提升12.3％。

样本信息	总容量mAh
		卷绕结构软包电池	787.57
三明治结构软包电池	884.69

表9

综上所述，与现有技术相比，本实用新型实施例提供了一种能够有效提升电池的活性物质的利用率和容量的正负极组件1叠成的三明治电芯及电池，设备生产效率也有大幅提升，电芯制造设备的成本投入较低，同时也节约了包括锂在内的电池原料资源，减少排放，友好环境。具体地，

(1)优化电芯制作方法，采用三明治叠片电极电芯结构，相对卷绕工艺极大减少非活性物质材料提高电池积体与重量比能量，能够有效提升电池的活性物质的利用率和容量；

(2)三明治叠片电极电芯结构，其正极极片可以采用造粒粉、制片等多种工艺制作，负极极片可以采用复合负极，这样可以提高金属锂的利用率；

(3)优化结构设计实现自动化生产，通过集三明治叠片电极电芯结构配合软包电池现有的封装线，可以大幅提升设备产能，提升生产效率；

(4)低成本低投入的电芯制作技术，降低了生产成本；

(5)本生产工艺可应用于电池产品中，使用范围非常广泛，且可靠性强；

(6)负极集流体5便于和负极极耳9连接，让负极极耳9在负极组件1中更加牢固，不会和负极锂发生相对位移；负极集流体5起到集流的作用，这样可以让正负极的反应更加均匀，提升负极活性物质的利用率，从而提升电池性能。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种正负极组件叠成的三明治电芯，其特征在于，包括正极组件、负极组件及位于所述正极组件和所述负极组件之间的隔膜；所述正极组件包括至少两片间隔分布于正极集流体上的正极片；所述负极组件包括至少两片将负极集流体包叠其中的负极片。

2.根据权利要求1所述的正负极组件叠成的三明治电芯，其特征在于，所述负极组件还包括负极极耳，所述负极极耳与所述负极集流体连接。

3.根据权利要求1所述的正负极组件叠成的三明治电芯，其特征在于，所述正极组件还包括正极极耳，所述正极极耳与所述正极集流体连接。

4.根据权利要求1所述的正负极组件叠成的三明治电芯，其特征在于，所述正极组件包括间隔分布于所述正极集流体一侧的两片正极片，所述正极组件通过正极集流体弯折，将包含有两片正极片对折将所述负极组件包叠。

5.根据权利要求1所述的正负极组件叠成的三明治电芯，其特征在于，所述正极组件包括间隔分布于所述正极集流体一侧的两片正极片、以及与之对应一致位于所述正极集流体另一侧的两片正极片，所述正极组件通过正极集流体弯折将所述负极组件包叠。

6.根据权利要求1所述的正负极组件叠成的三明治电芯，其特征在于，所述负极组件包括间隔分布于所述负极集流体一侧的两片负极片、以及与之对应一致位于所述负极集流体另一侧的两片负极片，所述正极组件通过正极集流体两次弯折，所述负极组件通过所述负极集流体弯折，通过所述正极组件将所述负极组件包叠。

7.根据权利要求1-6任一所述的正负极组件叠成的三明治电芯，其特征在于，所述正极集流体可折叠，所述负极组件水平方向延伸至所述正极集流体，并与所述正极组件、正极集流体形成腔体。

8.一种正负极组件叠成的三明治电芯电池，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的正负极组件叠成的三明治电芯叠成的三明治电芯电池。

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