CN217426847U - 一种电池卷芯及二次电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电池卷芯及二次电池，所述电池卷芯包括正极极片、第一隔离层与负极极片，所述第一隔离层位于正极极片与负极极片之间；所述第一隔离层朝向正极极片的一侧表面上设置有正极侧凸起。本实用新型通过在第一隔离层朝向正极极片的一侧表面上设置正极侧凸起使正极极片与负极极片之间保留一定的间隙，从而有利于电解液对正极极片与负极极片的浸润，正极极片与负极极片发生膨胀时能够形成应力缓冲。
Description
技术领域
本实用新型属于电池技术领域，涉及一种电池卷芯，尤其涉及一种电池卷芯及二次电池。
背景技术
目前锂离子卷芯大多采用卷针卷绕的方式，将卷芯组件卷绕成型，卷芯组件包括正极极片、负极极片和隔离层。但在后续的工序中，随着电解液的浸泡以及充放电的进行，正负极极片会发生一定程度的厚度变化，有造成卷芯各组件褶皱、形变的风险，从而引发极片内部析锂与黑斑等不良现象，对电芯的长期循环性能、容量保持能力以及安全性能会带来一定的不良影响。另外，极片膨胀的发生，会导致正负极之间应力增大，特别会影响卷芯拐角区域，卷芯拐角区域应力过大有形成极片死区的风险。
CN107732318A公开了一种安全锂离子电池卷芯和含有所述安全锂离子电池卷芯的锂离子电池。所述安全锂离子电池卷芯由包括负极片和正极片以及层叠设置在所述负极片与正极片之间的隔膜卷绕而成，所述安全锂离子电池卷芯的外侧电极片为所述负极片，且在所述安全锂离子电池卷芯外侧的所述负极片末端为无负极活性层的空白末端，在所述空白末端的背离所述安全锂离子电池卷芯内侧的表面上电连接有负极极耳，在所述空白末端的朝向所述安全锂离子电池卷芯内侧的表面上结合有耐温绝缘层，且所述耐温绝缘层与所述负极极耳在所述空白末端表面电连接点负对应。但是，该安全锂离子电池卷芯存在着隔离层褶皱的风险。
CN109659480A公开了一种电池卷芯、电池卷芯的制造方法及锂离子电池，其中，电池卷芯包括具有中空内孔的卷芯本体，卷芯本体包括依次层叠卷绕的第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片，正极片包括正极金属基片、正极耳和涂覆于正极金属基片上的正极涂层，负极片包括负极金属基片、负极耳和涂覆于负极金属基片上的负极涂层，正极耳和负极耳都设有至少两个，且各正极耳沿卷芯本体的径向位于中空内孔的同一侧，各负极耳沿卷芯本体的径向位于中空内孔的同一侧，各正极耳都与正极金属基片一体成型，各负极耳都与负极金属基片一体成型。
CN212625655U公开了一种锂电池卷芯，并公开了具有锂电池卷芯的锂离子电池，其中锂电池卷芯包括阳极片、阴极片和隔离膜，阳极片上设置有阳极耳，阳极耳包括第一阳极耳和第二阳极耳，第一阳极耳和第二阳极耳分别位于阳极片长度方向的四分之一处和四分之三处，阴极片上设置有阴极耳，阴极耳包括第一阴极耳和第二阴极耳，第一阴极耳和第二阴极耳分别位于阴极片长度方向的四分之一处和四分之三处，阳极片和阴极片之间设置有隔离膜，阴极片、隔离膜与阳极片卷绕设置。
目前公开的电池卷芯都有一定的缺陷，电芯极片发生增厚从而造成隔离层褶皱，电芯内部析锂及黑斑从而造成电芯的长期循环性能、容量保持能力以及安全性能的下降，而且极片的拐角区域易形成极片死区。因此，开发设计一种新型的电池卷芯及二次电池至关重要。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种电池卷芯及二次电池，本实用新型通过在第一隔离层朝向正极极片的一侧表面上设置正极侧凸起使正极极片与负极极片之间保留一定的间隙，从而有利于电解液对正极极片与负极极片的浸润；同时，在极片充放电过程中，正极极片与负极极片之间保留一定的间隙，正极极片与负极极片发生膨胀时能够形成应力缓冲，从而避免因正极极片与负极极片膨胀而造成的电池卷芯的褶皱。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
第一方面，本实用新型提供了一种电池卷芯，所述电池卷芯包括正极极片、第一隔离层与负极极片，所述第一隔离层位于正极极片与负极极片之间；
所述第一隔离层朝向正极极片的一侧表面上设置有正极侧凸起。本实用新型所述正极侧凸起的材质包括多孔胶或多孔陶瓷，多孔陶瓷的可以是Al2O3或 SiO2，正极侧凸起的材质满足不导电且不溶于电解液的要求，以防止正极侧凸起对电池卷芯的性能产生负面影响。
本实用新型通过在第一隔离层朝向正极极片的一侧表面上设置正极侧凸起使正极极片与负极极片之间保留一定的间隙，从而有利于电解液对正极极片与负极极片的浸润；同时，在极片充放电过程中，正极极片与负极极片之间保留一定的间隙，正极极片与负极极片发生膨胀时能够形成应力缓冲，从而避免因正极极片与负极极片膨胀而造成的电池卷芯的褶皱。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述电池卷芯的形状为包括主体区与弧形拐角区的扁平状结构，所述弧形拐角区设置于主体区沿长度方向的两端；沿所述主体区中心到远离主体区中心的方向，所述正极侧凸起的体积依次增大。
本实用新型所述电池卷芯的各处在充放电过程中应力不一致，主体区中心处的应力最小，弧形拐角区顶点处的应力最大，因此通过在弧形拐角区顶点处设置体积较大的正极侧凸起，为弧形拐角区顶点处提供更大的间隙。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述电池卷芯还包括第二隔离层，所述负极极片位于所述第一隔离层与所述第二隔离层之间，所述第二隔离层朝向负极极片的一侧表面上设置有负极侧凸起；沿所述主体区中心到远离主体区中心的方向，所述负极侧凸起的体积依次增大；
沿所述主体区中心到远离主体区中心的方向，所述正极侧凸起与负极侧凸起依次间隔设置。
作为本实用新型一种优选的技术方案，沿所述主体区中心到远离主体区中心的方向，相邻所述正极极片与第一隔离层之间的间隔逐渐增大，相邻所述负极极片与第二隔离层之间的间隔逐渐增大；
所述主体区中心处相邻正极极片与第一隔离层之间的间隔最小，所述弧形拐角区顶点处相邻正极极片与第一隔离层之间的间隔最大；
所述主体区中心处相邻负极极片与第二隔离层之间的间隔最小，所述弧形拐角区顶点处相邻负极极片与第二隔离层之间的间隔最大。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第一隔离层上正极侧凸起对应位置的相邻正极极片与第一隔离层的间距等于相应位置正极侧凸起的最高厚度；
所述第二隔离层上负极侧凸起对应位置的相邻负极极片与第二隔离层的间距等于相应位置负极侧凸起的最高厚度；
所述正极侧凸起与负极侧凸起的最高厚度分别独立地为1～100μm，例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、 12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、30μm、40μm、 50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本实用新型所述正极侧凸起与负极侧凸起的最高厚度不易过大，厚度过大不但影响电芯的群裕度，也会影响二次电池中离子的脱嵌。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述正极侧凸起的体积占正极极片与第一隔离层之间的区域体积的30～80％；
所述负极侧凸起的体积占负极极片与第二隔离层之间的区域体积的 30～80％。
本实用新型限定了正极侧凸起的体积占正极极片与第一隔离层之间的区域体积的30～80％，例如可以是30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、 70％、75％或80％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本实用新型限定了负极侧凸起的体积占负极极片与第二隔离层之间的区域体积的30～80％，例如可以是30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、 70％、75％或80％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述主体区内正极侧凸起的体积占主体区内正极极片与第一隔离层之间的区域体积的30～80％；
所述弧形拐角区内正极侧凸起的体积占弧形拐角区内正极极片与第一隔离层之间的区域体积的30～80％；
所述主体区内负极侧凸起的体积占主体区内负极极片与第二隔离层之间的区域体积的30～80％；
所述弧形拐角区内负极侧凸起的体积占弧形拐角区内负极极片与第二隔离层之间的区域体积的30～80％。
本实用新型限定了主体区内正极侧凸起的体积占主体区内正极极片与第一隔离层之间的区域体积的30～80％，例如可以是30％、35％、40％、45％、50％、 55％、60％、65％、70％、75％或80％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
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作为本实用新型一种优选的技术方案，所述正极侧凸起与负极侧凸起的垂直截面形状分别独立地为圆形、椭圆形或多边形中的任意一种；
所述正极侧凸起与负极侧凸起均具有多孔结构。
本实用新型所述正极侧凸起或负极侧凸起的垂直截面形状为椭圆形时，正极侧凸起或负极侧凸起的圆弧能够很好的实现应力缓冲，避免电池卷芯在过压时第一隔离层或第二隔离层发生破裂。
本实用新型所述正极侧凸起与负极侧凸起均具有多孔结构，正极侧凸起的多孔结构的孔径大于第一隔离层的孔径，负极侧凸起的多孔结构的孔径大于第二隔离层的孔径。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述电池卷芯还包括若干个正极极耳与若干个负极极耳，所述正极极耳与正极极片的卷绕端连接，所述负极极耳与负极极片的卷绕端连接。
第二方面，本实用新型提供了一种二次电池，所述二次电池包括第一方面所述的电池卷芯。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型通过在第一隔离层朝向正极极片的一侧表面上设置正极侧凸起使正极极片与负极极片之间保留一定的间隙，从而有利于电解液对正极极片与负极极片的浸润；同时，在极片充放电过程中，正极极片与负极极片之间保留一定的间隙，正极极片与负极极片发生膨胀时能够形成应力缓冲，从而避免因正极极片与负极极片膨胀而造成的电池卷芯的褶皱。
附图说明
图1为本实用新型一个具体实施方式提供的电池卷芯的结构示意图。
图2为本实用新型一个具体实施方式提供的正极极片、第一隔离层、负极极片与第二隔离层依次层叠的结构示意图。
图3为本实用新型一个具体实施方式提供的第一隔离层的展开结构示意图。
图4为本实用新型另一个具体实施方式提供的正极极片、第一隔离层、负极极片与第二隔离层依次层叠的结构示意图。
其中，1-电池卷芯；2-正极极片；3-第一隔离层；4-负极极片；5-第二隔离层；6-正极侧凸起；7-负极侧凸起；8-正极极耳；9-负极极耳。
具体实施方式
需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
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。
在一个具体实施方式中，如图1所示，本实用新型提供了一种电池卷芯1，如图2所示，所述电池卷芯1包括正极极片2、第一隔离层3与负极极片4，所述第一隔离层3位于正极极片2与负极极片4之间；
所述第一隔离层3朝向正极极片2的一侧表面上设置有正极侧凸起6。
本实用新型所述正极侧凸起6的材质包括多孔胶或多孔陶瓷，多孔陶瓷的可以是Al2O3或SiO2，正极侧凸起6的材质满足不导电且不溶于电解液的要求，以防止正极侧凸起6对电池卷芯1的性能产生负面影响。
本实用新型通过在第一隔离层3朝向正极极片2的一侧表面上设置正极侧凸起6使正极极片2与负极极片4之间保留一定的间隙，从而有利于电解液对正极极片2与负极极片4的浸润；同时，在极片充放电过程中，正极极片2与负极极片4之间保留一定的间隙，正极极片2与负极极片4发生膨胀时能够形成应力缓冲，从而避免因正极极片2与负极极片4膨胀而造成的电池卷芯1的褶皱。
进一步地，如图3所示，所述电池卷芯1的形状为包括主体区与弧形拐角区的扁平状结构，所述弧形拐角区设置于主体区沿长度方向的两端；沿所述主体区中心到远离主体区中心的方向，所述正极侧凸起6的体积依次增大。
本实用新型所述电池卷芯1的各处在充放电过程中应力不一致，主体区中心处的应力最小，弧形拐角区顶点处的应力最大，因此通过在弧形拐角区顶点处设置体积较大的正极侧凸起6，为弧形拐角区顶点处提供更大的间隙。
在另一个具体实施方式中，如图4所示，所述电池卷芯1还包括第二隔离层5，所述负极极片4位于所述第一隔离层3与所述第二隔离层5之间，所述第二隔离层5朝向负极极片4的一侧表面上设置有负极侧凸起7；
沿所述主体区中心到远离主体区中心的方向，所述负极侧凸起7的体积依次增大；
沿所述主体区中心到远离主体区中心的方向，所述正极侧凸起6与负极侧凸起7依次间隔设置。
进一步地，沿所述主体区中心到远离主体区中心的方向，相邻所述正极极片2与第一隔离层3之间的间隔逐渐增大，相邻所述负极极片4与第二隔离层5 之间的间隔逐渐增大；
所述主体区中心处相邻正极极片2与第一隔离层3之间的间隔最小，所述弧形拐角区顶点处相邻正极极片2与第一隔离层3之间的间隔最大；
所述主体区中心处相邻负极极片4与第二隔离层5之间的间隔最小，所述弧形拐角区顶点处相邻负极极片4与第二隔离层5之间的间隔最大。
进一步地，所述第一隔离层3上正极侧凸起6对应位置的相邻正极极片2 与第一隔离层3的间距等于相应位置正极侧凸起6的最高厚度；
所述第二隔离层5上负极侧凸起7对应位置的相邻负极极片4与第二隔离层5的间距等于相应位置负极侧凸起7的最高厚度；
所述正极侧凸起6与负极侧凸起7的最高厚度分别独立地为1～100μm。
本实用新型所述正极侧凸起6与负极侧凸起7的最高厚度不易过大，厚度过大不但影响电芯的群裕度，也会影响二次电池中离子的脱嵌。
进一步地，所述正极侧凸起6的体积占正极极片2与第一隔离层3之间的区域体积的30～80％；
所述负极侧凸起7的体积占负极极片4与第二隔离层5之间的区域体积的 30～80％。
进一步地，所述主体区内正极侧凸起6的体积占主体区内正极极片2与第一隔离层3之间的区域体积的30～80％；
所述弧形拐角区内正极侧凸起6的体积占弧形拐角区内正极极片2与第一隔离层3之间的区域体积的30～80％；
所述主体区内负极侧凸起7的体积占主体区内负极极片4与第二隔离层5 之间的区域体积的30～80％；
所述弧形拐角区内负极侧凸起7的体积占弧形拐角区内负极极片4与第二隔离层5之间的区域体积的30～80％。
进一步地，所述正极侧凸起6与负极侧凸起7的垂直截面形状分别独立地为圆形、椭圆形或多边形中的任意一种；
所述正极侧凸起6与负极侧凸起7均具有多孔结构。
本实用新型所述正极侧凸起6或负极侧凸起7的垂直截面形状为椭圆形时，正极侧凸起6或负极侧凸起7的圆弧能够很好的实现应力缓冲，避免电池卷芯1 在过压时第一隔离层3或第二隔离层5发生破裂。
本实用新型所述正极侧凸起6与负极侧凸起7均具有多孔结构，正极侧凸起6的多孔结构的孔径大于第一隔离层3的孔径，负极侧凸起7的多孔结构的孔径大于第二隔离层5的孔径。
进一步地，所述电池卷芯1还包括若干个正极极耳8与若干个负极极耳9，所述正极极耳8与正极极片2的卷绕端连接，所述负极极耳9与负极极片4的卷绕端连接。
在另一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种二次电池，所述二次电池包括第一方面所述的电池卷芯1。
进一步地，所述二次电池包括锂离子电池。
申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种电池卷芯，其特征在于，所述电池卷芯包括正极极片、第一隔离层与负极极片，所述第一隔离层位于正极极片与负极极片之间；
所述第一隔离层朝向正极极片的一侧表面上设置有正极侧凸起。
2.根据权利要求1所述的电池卷芯，其特征在于，所述电池卷芯的形状为包括主体区与弧形拐角区的扁平状结构，所述弧形拐角区设置于主体区沿长度方向的两端；沿所述主体区中心到远离主体区中心的方向，所述正极侧凸起的体积依次增大。
3.根据权利要求2所述的电池卷芯，其特征在于，所述电池卷芯还包括第二隔离层，所述负极极片位于所述第一隔离层与所述第二隔离层之间，所述第二隔离层朝向负极极片的一侧表面上设置有负极侧凸起；
沿所述主体区中心到远离主体区中心的方向，所述负极侧凸起的体积依次增大；
沿所述主体区中心到远离主体区中心的方向，所述正极侧凸起与负极侧凸起依次间隔设置。
4.根据权利要求3所述的电池卷芯，其特征在于，沿所述主体区中心到远离主体区中心的方向，相邻所述正极极片与第一隔离层之间的间隔逐渐增大，相邻所述负极极片与第二隔离层之间的间隔逐渐增大；
所述主体区中心处相邻正极极片与第一隔离层之间的间隔最小，所述弧形拐角区顶点处相邻正极极片与第一隔离层之间的间隔最大；
所述主体区中心处相邻负极极片与第二隔离层之间的间隔最小，所述弧形拐角区顶点处相邻负极极片与第二隔离层之间的间隔最大。
5.根据权利要求3所述的电池卷芯，其特征在于，所述第一隔离层上正极侧凸起对应位置的相邻正极极片与第一隔离层的间距等于相应位置正极侧凸起的最高厚度；
所述第二隔离层上负极侧凸起对应位置的相邻负极极片与第二隔离层的间距等于相应位置负极侧凸起的最高厚度；
所述正极侧凸起与负极侧凸起的最高厚度分别独立地为1～100μm。
6.根据权利要求3所述的电池卷芯，其特征在于，所述正极侧凸起的体积占正极极片与第一隔离层之间的区域体积的30～80％；
所述负极侧凸起的体积占负极极片与第二隔离层之间的区域体积的30～80％。
7.根据权利要求3所述的电池卷芯，其特征在于，所述主体区内正极侧凸起的体积占主体区内正极极片与第一隔离层之间的区域体积的30～80％；
所述弧形拐角区内正极侧凸起的体积占弧形拐角区内正极极片与第一隔离层之间的区域体积的30～80％；
所述主体区内负极侧凸起的体积占主体区内负极极片与第二隔离层之间的区域体积的30～80％；
所述弧形拐角区内负极侧凸起的体积占弧形拐角区内负极极片与第二隔离层之间的区域体积的30～80％。
8.根据权利要求3所述的电池卷芯，其特征在于，所述正极侧凸起与负极侧凸起的垂直截面形状分别独立地为圆形、椭圆形或多边形中的任意一种；
所述正极侧凸起与负极侧凸起均具有多孔结构。
9.根据权利要求1所述的电池卷芯，其特征在于，所述电池卷芯还包括若干个正极极耳与若干个负极极耳，所述正极极耳与正极极片的卷绕端连接，所述负极极耳与负极极片的卷绕端连接。
10.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括权利要求1～9任一项所述的电池卷芯。
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