CN217405463U - 一种电芯及电池模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，公开一种电芯，包括可通过卷绕形成卷芯的隔膜、正极片和负极片，正极片和/或负极片上设置有包括多个凸起的凸起结构，正极片、负极片和隔膜通过凸起结构贴合。正极片上的凸起的高度为Aa，负极片上的凸起的高度为Bb，卷芯热压后，正极片上的凸起的高度为Aa’，负极片上的凸起的高度Bb’满足：0.13≤(Aa’+Bb’)/(Aa+Bb)≤0.80。设置凸起结构使卷芯热压时极片和隔膜的接触更紧密，且凸起结构有利于极片与隔膜间形成较强的静摩擦力，使得即使卷芯的两侧不受刚性外力约束，仍可在多次充电循环中，始终保持极片和隔膜之间的紧密接触，减少析锂和黑斑问题。本实用新型还提出一种电池模组。

Description

一种电芯及电池模组

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种电芯及电池模组。

背景技术

现有的电池模组包括外壳和设置于外壳内的多个电芯，多个电芯沿自身厚度方向依次排列，并抵接沿电芯的厚度方向相对设置的外壳的侧板，该侧板可采用钢材质制成。而通过卷绕工艺形成的电芯在进行充电循环中，极片随反弹率增大厚度会逐渐增大，而电芯大面在模组中受到刚性约束，导致内部极片虽有膨胀和收缩，但正负极片和隔膜之间的间距会由于该刚性外力的约束仍紧密接触。但是电芯的两个侧面因缺少模组结构的刚性约束，在充放电循环中，正负极片的膨胀收缩使得电芯侧面处的正负极片和隔膜之间的间距无法保持紧密接触，导致锂离子迁移路径增大。而当迁移路径足够大时，锂离子无法快速嵌入两侧负极片，将会在负极表面沉积为金属锂和黑斑等副产物，在电芯两侧的极片上形成析锂、黑斑等问题。锂离子沉积导致的析锂会使电池循环性能快速下降，而形成的锂枝晶会提高隔膜被刺穿造成内短路的风险，降低电池循环寿命。

因此，亟需一种电芯及电池模组，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种电芯，可有效减少电池充放电循环过程中，电芯未受刚性外力约束的两侧极片表面出现的析锂和黑斑问题，提高电池循环寿命。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种电芯，包括：

隔膜；

极片，所述极片包括正极片和负极片，所述正极片、所述隔膜和所述负极片卷绕热压后形成卷芯，所述正极片和/或所述负极片上设置有凸起结构，所述正极片、所述负极片分别和所述隔膜通过所述凸起结构贴合；

所述凸起结构包括多个凸起，所述正极片上设置的所述凸起的高度为Aa，所述负极片上设置的所述凸起的高度为Bb，所述卷芯经过热压后，所述正极片上设置的所述凸起的高度为Aa’，所述负极片上设置的所述凸起的高度Bb’，0.13≤(Aa’+Bb’)/(Aa+Bb)≤0.80。

可选地，多个所述凸起在所述正极片和/或所述负极片的表面间隔设置。

可选地，所述凸起的横截面结构为圆形结构。

可选地，所述正极片上的所述凸起的高度Aa满足：22μm≤Aa≤42μm；

所述负极片上的所述凸起的高度Bb满足：22μm≤Bb≤42μm。

可选地，相邻两个所述凸起的最大间距为b，b的范围为3mm-5mm。

可选地，所述凸起的切线与所述极片的表面夹角为c，c的范围为2°-10°。

可选地，所述凸起距离所述极片延伸方向任意一端的最小间距为d，d的范围为10mm-20mm。

可选地，所述正极片和所述负极片均涂覆有活性物质层，涂覆有活性物质层的所述正极片和/或涂覆有活性物质层的所述负极片经冷压工艺形成所述凸起结构。

可选地，所述正极片和所述负极片均涂覆有活性物质层，涂覆有活性物质层的所述正极片和/或涂覆有活性物质层的所述负极片经热压工艺形成所述凸起结构。

可选地，所述正极片、所述隔膜和所述负极片通过卷绕组件卷绕形成所述卷芯，且在所述正极片和/或所述负极片上形成所述凸起结构，所述卷绕组件包括卷针和设置于所述卷针上游的压花辊。

本实用新型的另一个目的在于提供一种电池模组，可有效减少电池充放电循环过程中，电芯未受刚性外力约束的两侧极片表面出现的析锂和黑斑等问，提高电池循环寿命。

一种电池模组，包括模组外壳和上述的电芯，所述电芯包括外壳和设置在所述外壳内的所述卷芯，所述电芯设置于所述模组外壳内。

可选地，所述电芯设置有多个，沿所述电芯的厚度方向，多个所述电芯依次排列并抵接所述模组外壳的两侧壁，沿垂直所述电芯的所述外壳的厚度的方向，所述电芯不抵接所述模组外壳。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提出的电芯，包括隔膜和极片，其中极片包括正极片和负极片，正极片、隔膜和负极片通过卷绕形成卷芯，正极片和/或负极片上设置有凸起结构，正极片、负极片和隔膜通过凸起结构贴合。凸起结构包括多个凸起，正极片上设置的凸起的高度为Aa，负极片上设置的凸起的高度为Bb，而卷芯经过热压后，正极片上设置的凸起的高度为Aa’，负极片上设置的凸起的高度Bb’，0.13≤(Aa’+Bb’)/(Aa+Bb)≤0.80。凸起结构的设置使得卷芯在热压时，会使正极片、负极片和隔膜之间的接触更加紧密，同时凸起结构有利于正极片、负极片与隔膜之间形成较强的静摩擦力，使得即使电芯的两侧不受刚性外力约束，仍然可以在循环膨胀收缩过程中，始终保持正极片、负极片和隔膜之间的紧密接触，从而有效降低活性锂在电芯未受刚性外力约束的两侧负极片表面的析出，提升电池的循环寿命。

本实用新型提出的电池模组包括模组外壳和上述电芯，该电芯在电池充放电循环过程中，未受刚性外力约束的两侧极片表面出现的析锂和黑斑问题较少，可有效提高电池循环寿命。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的正极片第一视角的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的正极片第二视角的结构示意图；

图3是图2中A-A处的剖视图。

图4是本实用新型实施例提供的电池模组部分结构的第一视角的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的电池模组部分结构的第二视角的结构示意图。

图中：

1、卷芯；11、正极片；12、隔膜；13、负极片；14、凸起；2、外壳；

100、电池模组；101、电芯；102、模组外壳。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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。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中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

为减少电池充放电循环过程中，电芯未受到刚性外力约束的两侧极片表面出现的析锂和黑斑问题，提高电池循环寿命。

本实施例提供一种电芯101，包括隔膜12和极片，其中极片包括正极片11和负极片13，正极片11、隔膜12和负极片13通过卷绕形成卷芯1，正极片11和/或负极片13上设置有凸起结构，正极片11、负极片13和隔膜12通过凸起结构贴合。该凸起结构的设置使得卷芯1在热压时会使正极片11、负极片13和隔膜12之间的接触更加紧密，同时凸起结构有利于正极片11、负极片13与隔膜12之间形成较强的静摩擦力，使得即使电芯101的两侧不受刚性外力约束，仍然可以在循环膨胀收缩过程中，始终保持正极片11、负极片13和隔膜12之间的紧密接触，从而有效降低活性锂在电芯101未受刚性外力约束的两侧的负极片13表面的析出，提升电池的循环寿命。

如图1所示，凸起结构包括多个凸起14，正极片11上设置的凸起14的高度为Aa，负极片13上设置的凸起14的高度为Bb，而卷芯1经过热压后，正极片11上设置的凸起14的高度为Aa’，负极片13上设置的凸起14的高度Bb’，则在本实施例中，凸起14高度满足条件0.13≤(Aa’+Bb’)/(Aa+Bb)≤0.80。

可选地，为使卷芯1各部位所受膨胀力均匀，多个凸起14在正极片11和/或负极片13的表面间隔设置。优选地，多个凸起14之间间隔均匀。

可选地，本实施例中，凸起14的横截面结构为圆形结构。在其他实施例中，凸起14的横截面结构可以为近似圆形结构。

进一步地，如图2和3所示，正极片11上凸起14的高度Aa满足：22μm≤Aa≤42μm，负极片13上的凸起14的高度Bb满足：22μm≤Bb≤42μm。因为凸起14的横截面结构为圆形结构，所以凸起14的高度即是指凸起14的表面距离极片靠近凸起14一侧的平面的最大间距。示例的，Aa或者Bb的取值可以为22μm、25μm、27μm、30μm、33μm、35μm、38μm、40μm或42μm。

更进一步地，相邻两个凸起14的最大间距为b，b的范围为3mm-5mm。示例的，b的取值可以为3mm、4mm或5mm。凸起14的切线与极片的表面夹角为c，c的范围为2°-10°。示例的，c的取值可以为2°、4°、6°、8°和10°。凸起14距离极片延伸方向任意一端的最小间距为d，d的范围为10mm-20mm，示例的，d的取值可以为10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、或20mm。

因为极片在制造时需要将含活性物质的浆料涂布在集流体上，而在涂布、干燥完成后，活性物质与集流体箔片的剥离强度很低，因此还需要对其进行辊压，增强活性物质与箔片的粘接强度，以防活性物质在电解液浸泡、电池使用过程中从箔片上剥落。因此，极片上设置的凸起结构即可通过浆料涂布干燥后的辊压形成，而无须再增加单独的压花步骤，只需将辊压所需的压辊替换成带有压花凸起的压辊即可，而不会影响电芯101的生产效率。

可选地，涂覆有活性物质层的正极片11和/或涂覆有活性物质层的负极片13经冷压工艺形成凸起结构。可选地，涂覆有活性物质层的正极片11和/或涂覆有活性物质层的负极片13经热压工艺形成凸起结构。

另外，因正极片11、隔膜12和负极片13需要通过卷针卷绕形成卷芯1，因此凸起结构也可以在正极片11、隔膜12和负极片13通过卷绕组件卷绕形成卷芯的过程中形成。可选地，卷绕组件包括卷针和设置于卷针上游的压花辊，正极片11、负极片13先经过压花辊而后再达到卷针进行卷绕。

对有无凸起结构的两种电芯101分别进行多次充电循环实验，以测试其容量保持率，结果如下表所示：

具体地，极片上有凸起结构的电芯101有两个，这两个电芯101的结构一致，其中在正极片11上设置的凸起14的高度Aa为41μm，在负极片13上设置凸起14的高度Bb为26μm，而经过热压后，正极片11上设置的凸起14的高度Aa’为14μm，负极片13上设置凸起14的高度Bb’为12μm。正极片11上的多个凸起14均匀间隔设置，相邻两个凸起14的间距为3.5μm，负极片13上的多个凸起14均匀间隔设置，相邻两个凸起14的间距为4.2μm。正极片11上的凸起14与正极片11所在平面的夹角为9°，负极片13上的凸起14与负极片13所在平面的夹角为7°。正极片11上的凸起14距离正极片11延伸方向任意一端的最小间距为18mm，负极片13上的凸起14距离负极片13延伸方向任意一端的最小间距为13mm。

极片上无凸起结构的电芯101也有两个，分别对前述四个电芯101进行超过1500次的充电循环，并测得循环500次、1000次和1500次时电芯101的容量保持率。可知，凸起结构的设置对于电芯101的容量保持率有明显改善，而且随着循环次数的不断增大，凸起结构对于电芯101的容量保持率的影响愈发显著。

如图4和图5所示，本实施例还提供一种电池模组100，包括模组外壳102和上述的电芯101，电芯101包括外壳2，卷芯1设置于该外壳2内。可选地，电芯101设置有多个，沿电芯101的厚度方向，多个电芯101依次排列并抵接模组外壳102的两侧壁，且在垂直于电芯101的外壳2的厚度方向，电芯101不抵接模组外壳102。

采用该电芯101的电池模组100，因在极片上设置凸起结构，一方面使得正极片11、负极片13和隔膜12之间的物理接触在卷芯1热压后更加紧密，另一方面增大了正极片11、负极片13与隔膜12间的静摩擦力，来实现缺少模组结构的刚性约束的电芯101两侧的极片与隔膜12的紧密接触，从而减少活性锂在极片上沉积为金属锂和形成副产物黑斑，实现电池循环寿命的有效提升。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (12)

1.一种电芯，其特征在于，包括：

隔膜(12)；

极片，所述极片包括正极片(11)和负极片(13)，所述正极片(11)、所述隔膜(12)和所述负极片(13)卷绕形成卷芯(1)，所述正极片(11)和/或所述负极片(13)上设置有凸起结构，所述正极片(11)、所述负极片(13)分别和所述隔膜(12)通过所述凸起结构贴合；

所述凸起结构包括多个凸起(14)，所述正极片(11)上设置的所述凸起(14)的高度为Aa，所述负极片(13)上设置的所述凸起(14)的高度为Bb，所述卷芯(1)经过热压后，所述正极片(11)上设置的所述凸起(14)的高度为Aa’，所述负极片(13)上设置的所述凸起(14)的高度Bb’，0.13≤(Aa’+Bb’)/(Aa+Bb)≤0.80。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，多个所述凸起(14)在所述正极片(11)和/或所述负极片(13)的表面间隔设置。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述凸起(14)的横截面结构为圆形结构。

4.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述正极片(11)上的所述凸起(14)的高度Aa满足：22μm≤Aa≤42μm；

所述负极片(13)上的所述凸起(14)的高度Bb满足：22μm≤Bb≤42μm。

5.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，相邻两个所述凸起(14)的最大间距为b，b的范围为3mm-5mm。

6.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述凸起(14)的切线与所述极片的表面夹角为c，c的范围为2°-10°。

7.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述凸起(14)距离所述极片延伸方向任意一端的最小间距为d，d的范围为10mm-20mm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电芯，其特征在于，所述正极片(11)和所述负极片(13)均涂覆有活性物质层，涂覆有活性物质层的所述正极片(11)和/或涂覆有活性物质层的所述负极片(13)经冷压工艺形成所述凸起结构。

9.根据权利要求1-7任一项所述的电芯，其特征在于，所述正极片(11)和所述负极片(13)均涂覆有活性物质层，涂覆有活性物质层的所述正极片(11)和/或涂覆有活性物质层的所述负极片(13)经热压工艺形成所述凸起结构。

10.根据权利要求1-7任一项所述的电芯，其特征在于，所述正极片(11)、所述隔膜(12)和所述负极片(13)通过卷绕组件卷绕形成所述卷芯(1)，且在所述正极片(11)和/或所述负极片(13)上形成所述凸起结构，所述卷绕组件包括卷针和设置于所述卷针上游的压花辊。

11.一种电池模组，其特征在于，包括模组外壳(102)和权利要求1-10任一项所述的电芯(101)，所述电芯(101)包括外壳(2)和设置在所述外壳(2)内的所述卷芯(1)，所述电芯(101)设置于所述模组外壳(102)内。

12.根据权利要求11所述的电池模组，其特征在于，所述电芯(101)设置有多个，沿所述电芯(101)的厚度方向，多个所述电芯(101)依次排列并抵接所述模组外壳(102)的两侧壁，沿垂直所述电芯(101)的所述外壳(2)的厚度的方向，所述电芯(101)不抵接所述模组外壳(102)。

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