CN217468544U - 一种卷绕电池和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种卷绕电池和电子设备。本实用新型第一方面提供一种卷绕电池，包括卷绕成型的正极片和负极片，正极片包括正极集流体和第一涂层，负极片包括负极集流体和负极活性层；第一涂层包括第一绝缘胶层和正极活性层，正极活性层设置在正极集流体的表面，第一绝缘胶层与正极活性层连接，且第一绝缘胶层的至少一个横截面与负极活性层靠近卷绕起点的端面位于同一平面。本实用新型提供的卷绕电池，通过设置第一绝缘胶层，在满足负极过量于正极的基础上，补偿了卷绕起点负极片之间的缝隙，降低了负极片变形的风险，进而缓解了电芯在循环膨胀过程中所受应力不均匀的问题，提高了电池的使用寿命。

Description

一种卷绕电池和电子设备
技术领域
本实用新型涉及一种卷绕电池和电子设备，涉及二次电池技术领域。
背景技术
随着5G时代的到来及二次电池的迅速发展，人们对二次电池的能量密度、快速充电能力以及充放电倍率提出了更高的要求，快充电池亦是消费类二次电池的发展趋势。伴随着消费者对二次电池能量密度和快充能力要求的提高，为防止负极片边缘析锂，负极需过量于正极3-5mm，但这样的结构导致负极片之间存在缝隙，容易发生变形，而变形的极片在电池化成过程中所承受的压力不均，导致界面粘接不良，极片表面平整度差，在长循环过程中会因为平整度问题，导致电池膨胀变形，进而引发容量衰减、膨胀失效的问题，影响电池的寿命。
实用新型内容
本实用新型提供一种卷绕电池，用于解决负极片之间存在缝隙而导致的电池寿命不佳的问题。
本实用新型还提供一种电子设备，包括上述卷绕电池。
本实用新型第一方面提供一种卷绕电池，所述卷绕电池包括卷绕成型的正极片和负极片，所述正极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体表面的第一涂层，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体表面的负极活性层；
所述第一涂层包括第一绝缘胶层和正极活性层，所述正极活性层设置在所述正极集流体的表面，所述第一绝缘胶层与所述正极活性层连接，且所述第一绝缘胶层的至少一个横截面与所述负极活性层靠近卷绕起点的端面位于同一平面。
在一种具体实施方式中，所述第一绝缘胶层包括相互连接的第一区域和第二区域，所述第一区域设置在所述正极活性层远离所述正极集流体的表面，所述第二区域设置在所述正极活性层靠近卷绕起点的一侧，并设置在所述正极集流体的表面。
在一种具体实施方式中，所述第一区域和第二区域的厚度相同，所述第一区域和第二区域的厚度为4-16μm。
在一种具体实施方式中，所述第一绝缘胶层包括相互连接的第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域均设置在所述正极集流体的表面，所述第一区域与所述正极活性层连接，所述第一区域靠近卷绕起点的端面与所述负极活性层靠近卷绕起点的端面位于同一平面，所述第二区域位于所述第一区域靠近卷绕起点的一侧。
在一种具体实施方式中，所述第一区域的厚度为所述正极活性层厚度的1.03-1.08倍，所述第二区域的厚度为4-16μm。
在一种具体实施方式中，所述第一区域的长度为3-5mm。
在一种具体实施方式中，设置在所述正极集流体靠近卷绕中心的表面的第一绝缘胶层的厚度为T1，设置在所述正极集流体远离卷绕中心的表面的第一绝缘胶层的厚度为T2，T1＝T2，或者，(T2-T1)＝2-5μm。
在一种具体实施方式中，所述正极集流体包括涂覆区和空箔区，所述涂覆区用于设置所述第一涂层，所述空箔区位于所述涂覆区靠近卷绕中心的一侧。
在一种具体实施方式中，所述负极片靠近卷绕中心的表面设置有第二绝缘胶层，所述正极集流体靠近卷绕起点的端部区域与所述第二绝缘胶层在卷绕电池长度方向上的竖直投影至少部分重叠。
在一种具体实施方式中，所述第一绝缘胶层包括第一区域和第二区域，所述第一区域位于所述正极活性层远离正极集流体的表面，所述第二区域与所述第一区域连接，且包裹所述正极活性层靠近卷绕起点的端面。
在一种具体实施方式中，所述卷绕电池还包括设置在所述正极集流体表面的正极极耳和设置在所述负极集流体表面的负极极耳，所述正极极耳和负极极耳在卷绕电池长度方向上的竖直投影与所述第一绝缘胶层在卷绕电池长度方向上的竖直投影不重叠。
在一种具体实施方式中，所述第一绝缘胶层的宽度大于等于所述正极活性层的宽度。
本实用新型第二方面提供一种电子设备，所述电子设备包括上述任一所述的卷绕电池。
本实用新型提供的卷绕电池，通过设置第一绝缘胶层，在满足负极过量于正极的基础上，补偿了卷绕起点负极片之间的缝隙，降低了负极片变形的风险，进而缓解了电池在循环过程中所受应力不均匀的问题，缓解了电池膨胀变形以及容量衰减的问题，提高了电池的使用寿命。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的卷绕电池的结构示意图；
图2为本实用新型一实施例提供的卷绕电池的局部放大示意图；
图3为本实用新型一实施例提供的极片拉直后的结构示意图；
图4为本实用新型一实施例提供的卷绕电池的局部放大示意图；
图5为本实用新型一实施例提供的极片拉直后的结构示意图；
图6为本实用新型一实施例提供的绝缘胶层的结构示意图；
图7为本实用新型一实施例提供的绝缘胶层的结构示意图；
图8为本实用新型一实施例提供的卷绕电池的局部放大示意图；
图9为本实用新型一实施例提供的极片拉直后的结构示意图；
图10为本实用新型一实施例提供的卷绕电池的局部放大示意图；
图11为本实用新型一实施例提供的卷绕电池的局部放大示意图；
图12为本实用新型一实施例提供的卷绕电池的结构示意图。
附图标记说明：
101-正极集流体；
102-正极活性层；
103-第一绝缘胶层；
1031-基材层；
1032-胶层；
201-负极集流体；
202-负极活性层；
203-第二绝缘胶层；
300-正极极耳；
400-负极极耳。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的实施例，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，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做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。
图1为现有技术提供的卷绕电池的结构示意图，如图1所示，卷绕电池包括正极片、负极片、隔膜和电解液，正极片、隔膜(图中未示出)和负极片依次层叠后由内向外卷绕组成电芯，正极片包括正极集流体101和设置在正极集流体101表面的正极活性层102，正极活性层102包括正极活性物质，负极片包括负极集流体201和设置在负极集流体201表面的负极活性层202，负极活性层202包括负极活性物质，通过正极活性物质与负极活性物质之间的电化学反应为电池提供容量，隔膜位于正极片和负极片之间，用于隔绝正极片和负极片接触发生短路，电芯浸入电解液中，封装后得到卷绕电池。
以锂离子电池为例，当外接电源给锂离子电池充电时，锂离子从正极活性物质中脱出，通过电解液和隔膜的传递，嵌入负极活性物质中，当负极活性物质没有足够的位置接受锂离子时，锂离子会在负极片表面析出，造成析锂，析出的锂离子会形成锂枝晶，危害锂离子电池的循环性能和安全性能，因此，常规电池结构中负极需过量于正极3-5mm，即如图1圈出的部分所示，但上述卷绕结构中，负极片之间存在缝隙，容易发生变形，变形的极片在电池化成过程中所承受的压力不均，进而导致界面粘接不良，极片表面平整度差，在长循环过程中，会因为平整度的问题导致电池膨胀变形，引发容量衰减、膨胀失效的问题，影响电池的寿命。
为了解决上述问题，本实用新型提供一种卷绕电池，其包括卷绕成型的正极片和负极片，正极片包括正极集流体和设置在正极集流体表面的第一涂层，负极片包括负极集流体和设置在负极集流体表面的负极活性层；
第一涂层包括第一绝缘胶层和正极活性层，正极活性层设置在正极集流体的表面，第一绝缘胶层与正极活性层连接，且第一绝缘胶层的至少一个横截面与负极活性层靠近卷绕起点的端面位于同一平面。
本实用新型根据正极片和负极片的卷绕方式，将极片的一端作为卷绕起点，由内向外卷绕成型，即卷绕起点位于电芯内部，第一绝缘胶层的横截面是指按照垂直于正极集流体的方向将第一绝缘胶层切开，所露出的平面，负极活性层靠近卷绕起点的端面是指以负极活性层由宽度和厚度方向组成的两个端面中，靠近卷绕起点，即位于电芯内部一端的侧面，上述两个平面位于同一平面是指上述两个平面平齐，能够同时位于一个平面中；继续参考图1，由于设置在负极集流体201上下两个表面的负极活性层202的卷绕起点不同，负极活性层202靠近卷绕起点的端面包括设置在负极集流体201上表面的负极活性层靠近卷绕起点的端面和设置在负极集流体201下表面的负极活性层靠近卷绕起点的端面，本实用新型所指的端面是指上述两个端面中的一个或两个。本实用新型通过设置第一绝缘胶层，在满足负极过量于正极的基础上，补偿了卷绕起点负极片之间的缝隙，降低了负极片变形的风险，进而缓解了电芯在循环膨胀过程中所受应力不均匀的问题，缓解了电芯的膨胀变形以及电池容量衰减的问题，提高了电池的使用寿命。
在一种具体实施方式中，图2为本实用新型一实施例提供的卷绕电池的局部放大示意图，图3为本实用新型一实施例提供的极片拉直后的结构示意图，如图2-3所示，本实施方式通过正极活性层102弥补负极片之间的缝隙，具体地，正极集流体101由靠近卷绕起点一侧至远离卷绕起点一侧，依次包括空箔区、第一绝缘胶层103涂覆区和正极活性层102涂覆区，空箔区表面无涂层覆盖，第一绝缘胶层103涂覆区用于设置第一绝缘胶层103，正极活性层102涂覆区用于设置正极活性层102，正极活性层102与负极活性层202的卷绕起点在竖直方向上基本相同，通过正极活性层102弥补了负极片之间的缝隙，同时，为了使负极过量于正极，在正极活性层102靠近卷绕起点的区域覆盖第一绝缘胶层103，即第一绝缘胶层103包括位于正极活性层102远离正极集流体101表面的第一区域，与负极片对应的正极活性层102表面覆盖第一绝缘胶层103，可有效阻挡充电时锂离子的脱出，对应该位置的负极片就无法嵌锂，从而达到负极过量于正极，防止边缘析锂的效果；为了便于极片和电芯的制备，第一绝缘胶层103向卷绕起点处延伸，即第一绝缘胶层103还包括与第一区域连接的第二区域，第二区域设置在正极活性层102靠近卷绕起点的一侧，并位于正极集流体101的表面。
制备过程中，可在正极集流体101和正极活性层102的表面设置第一绝缘胶层103，得到正极片，并采用常规卷绕工艺将其与隔膜和负极片依次层叠后卷绕成型，卷绕过程中，需控制正极活性层102和负极活性层202的卷绕起点在竖直方向上基本相同。
正极集流体101、正极活性层102和负极片均可根据本领域常规技术手段进行设置，本实用新型对此不再阐述，以下主要对第一绝缘胶层103进行阐述：
第一绝缘胶层103包括基材层和胶层，基材层为聚合物层、美纹纸、格拉幸纸中的一种或多种，其中，聚合物层包括聚乙烯、聚丙烯(BOPP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰亚胺、聚氨酯(PU)、中的一种或多种，进一步地，聚合物层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；胶层为压敏胶层，包括橡胶、硅胶、丙烯酸酯、聚氨酯中的一种或多种，进一步地，胶层包括橡胶压敏胶。
为了便于第一绝缘胶层103的制备，第一区域和第二区域的厚度相同，具体可以为4-16μm，其中，基材层的厚度可以为2-12μm，胶层的厚度可以为2-14μm。
第一区域用于满足负极过量于正极，其长度L1为3-5mm；第一绝缘胶层103的宽度可以与正极活性层102的宽度相同，或略宽于正极活性层102的宽度。
在又一种具体实施方式中，图4为本实用新型一实施例提供的卷绕电池的局部放大示意图，图5为本实用新型一实施例提供的极片拉直后的结构示意图，如图4-5所示，本实施方式通过第一绝缘胶层103弥补负极片之间的缝隙，具体地，正极集流体101由靠近卷绕起点一侧至远离卷绕起点一侧，依次包括空箔区、第一绝缘胶层103涂覆区和正极活性层102涂覆区，空箔区表面无涂层覆盖，第一绝缘胶层103涂覆区用于设置第一绝缘胶层103，正极活性层102涂覆区用于设置正极活性层102，其中，第一绝缘胶层103包括相互连接的第一区域和第二区域，第一区域和第二区域均位于正极集流体101的表面，第一区域与正极活性层102连接，第一区域靠近卷绕起点的端面b与负极活性层202的端面a位于同一平面，第二区域位于第一区域靠近卷绕起点的一侧。
与第一种实施方式相同，第一区域的长度L1为3-5mm，第二区域的长度L2可根据极片卷绕工艺进行设置，第一绝缘胶层103同样包括基材层1031和胶层1032，所使用的材料、宽度与第一种实施方式均相同。
由于第一区域用于弥补负极片之间的缝隙，而正极活性层102在电池循环过程中会发生体积膨胀，因此，第一区域的厚度应当与膨胀后的正极活性层102的厚度相同，具体地，第一区域的厚度为正极活性层102厚度的1.03-1.08倍，而第二区域的厚度不宜过高，否则不利于卷绕，具体地，第二区域的厚度为4-16μm。
为了满足上述厚度要求，本实施方式提供了一种斧头状的第一绝缘胶层103，具体地，图6为本实用新型一实施例提供的绝缘胶层的结构示意图，如图6所示，第一绝缘胶层包括基材层1031和胶层1032，第一区域和第二区域的基材层1031的厚度T5相同，而第一区域的胶层1032的厚度T3高于第二区域的胶层1032的厚度T4，具体地，第一区域的胶层1032的厚度T3根据正极活性层102的厚度来改变，第二区域的胶层1032的厚度T4为2-14μm，基材层1031的厚度T5为2-12μm。
图7为本实用新型一实施例提供的绝缘胶层的结构示意图，如图7所示，第一绝缘胶层103包括基材层1031和胶层1032，第一区域的基材层1031的厚度T5大于第二区域的基材层1031的厚度T6，第一区域和第二区域的胶层1032的厚度保持一致，具体地，第一区域的基材层1031的厚度T5可以根据正极活性层102的厚度来改变，第二区域的基材层1031的厚度T6为2-14μm，第一区域和第二区域的胶层1032的厚度T3(T4)为2-12μm。
在又一种具体实施方式中，图8为本实用新型一实施例提供的卷绕电池的局部放大示意图，图9为本实用新型一实施例提供的极片拉直后的结构示意图，如图8-9所示，本实用新型通过正极活性层102弥补负极片之间的缝隙，具体地，正极集流体101靠近卷绕起点的一侧不包括空箔区，正极集流体101与正极活性层102靠近卷绕起点的端部平齐，正极活性层102与负极活性层202的卷绕起点在竖直方向上基本相同，第一绝缘胶层103包括相互连接的第一区域和第二区域，第一区域位于正极活性层102远离正极集流体101的表面，第二区域与第一区域连接，且包裹正极活性层102靠近卷绕起点的端面。
本实施方式在制备过程中，在正极集流体101的表面设置正极活性层102，随后进行切割，使正极集流体101和正极活性层102的端面平齐，随后将第一绝缘胶层103包裹在正极片靠近卷绕起点的端部，第一绝缘胶层103的材料和尺寸均可参考第一种实施方式。
继续参考图3、5、9，正极集流体101包括上下两个表面，根据极片卷绕方式，可将其分为靠近卷绕中心的表面和远离卷绕中心的表面，卷绕中心是指卷绕成型的电芯的中心点，位于电芯内部，上述实施方式中均以正极集流体101一个表面的第一绝缘胶层103为例进行说明，对于另一表面的第一绝缘胶层103的厚度可以与其相同或不同，具体地，设置在正极集流体靠近卷绕中心的表面的第一绝缘胶层的厚度为T1，设置在正极集流体远离卷绕中心的表面的第一绝缘胶层的厚度为T2，当设置在正极集流体两个表面的第一绝缘胶层103的厚度相同时，T1＝T2，当设置在正极集流体两个表面的第一绝缘胶层103的厚度不同时，由于靠近卷绕中心的表面的弯折弧度较大，为了防止第一绝缘胶层103出现褶皱，设置在正极集流体靠近卷绕中心的表面的第一绝缘胶层的厚度T1应小于设置在正极集流体远离卷绕中心的表面的第一绝缘胶层的厚度T2，具体地，(T2-T1)＝2-5μm。
继续参考图2和图4，当正极集流体101靠近卷绕起点的区域存在空箔区时，为了防止正极集流体101头部的毛刺刺穿隔膜，与负极片接触发生短路，在负极片靠近卷绕中心的表面设置有第二绝缘胶层203，正极集流体101靠近卷绕中心的端部区域与第二绝缘胶层203在卷绕电池长度方向上的竖直投影至少部分重叠，起到保护负极片的作用。
在又一种具体实施方式中，图10为本实用新型一实施例提供的卷绕电池的局部放大示意图，如图10所示，本实施方式提供的电池结构可参考图2-3，区别在于正极集流体101靠近卷绕起点的位置不包括空箔区。
在又一种具体实施方式中，图11为本实用新型一实施例提供的卷绕电池的局部放大示意图，如图11所示，本实施方式提供的电池结构可参考图4-5，区别在于正极集流体101靠近卷绕起点的位置不包括空箔区。
本实用新型所使用的卷绕电池结构并不局限于上述几种实施方式，所使用的结构根据电芯设计以及卷绕工艺确定即可。
图12为本实用新型一实施例提供的卷绕电池的结构示意图，如图12所示，卷绕电池还包括设置在正极集流体101表面的正极极耳300和设置在负极集流体201表面的负极极耳400，其作为电芯中将正负极引出来的金属导电体，是电池在进行充放电时的接触点，正极极耳300和负极极耳400在卷绕电池长度方向上的竖直投影与第一绝缘胶层103在卷绕电池长度方向上的竖直投影不重叠，即第一绝缘胶层103不过极耳，避免增加卷绕电池的整体厚度。
当正极集流体101包括靠近卷绕中心的空箔区时，设置在负极集流体表面的第二绝缘胶层203与正极极耳300和负极极耳400在卷绕电池长度方向上的竖直投影也不发生重叠。
本实用新型提供的卷绕电池，通过设置第一绝缘胶层，在满足负极过量于正极的基础上，补偿了卷绕起点负极片之间的缝隙，降低了负极片变形的风险，进而缓解了电池在循环过程中所受应力不均匀的问题，缓解了电池膨胀变形以及容量衰减的问题，提高了电池的寿命。
本实用新型第二方面提供一种电子设备，电子设备包括上述任一的卷绕电池。
电池可以用作电子设备的电源或能量存储单元。设备可以但不限于是移动设备(例如手机、平板电脑、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)等。
对于手机、平板电脑、笔记本电脑等移动设备，通常要求轻薄化，可以采用锂离子电池作为电源。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种卷绕电池，其特征在于，所述卷绕电池包括卷绕成型的正极片和负极片，所述正极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体表面的第一涂层，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体表面的负极活性层；
所述第一涂层包括第一绝缘胶层和正极活性层，所述正极活性层设置在所述正极集流体的表面，所述第一绝缘胶层与所述正极活性层连接，且所述第一绝缘胶层的至少一个横截面与所述负极活性层靠近卷绕起点的端面位于同一平面。
2.根据权利要求1所述的卷绕电池，其特征在于，所述第一绝缘胶层包括相互连接的第一区域和第二区域，所述第一区域设置在所述正极活性层远离所述正极集流体的表面，所述第二区域设置在所述正极活性层靠近卷绕起点的一侧，并设置在所述正极集流体的表面。
3.根据权利要求2所述的卷绕电池，其特征在于，所述第一区域和第二区域的厚度相同，所述第一区域和第二区域的厚度为4-16μm。
4.根据权利要求1所述的卷绕电池，其特征在于，所述第一绝缘胶层包括相互连接的第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域均设置在所述正极集流体的表面，所述第一区域与所述正极活性层连接，所述第一区域靠近卷绕起点的端面与所述负极活性层靠近卷绕起点的端面位于同一平面，所述第二区域位于所述第一区域靠近卷绕起点的一侧。
5.根据权利要求4所述的卷绕电池，其特征在于，所述第一区域的厚度为所述正极活性层厚度的1.03-1.08倍，所述第二区域的厚度为4-16μm。
6.根据权利要求2-5任一项所述的卷绕电池，其特征在于，所述第一区域的长度为3-5mm。
7.根据权利要求1-5任一项所述的卷绕电池，其特征在于，设置在所述正极集流体靠近卷绕中心的表面的第一绝缘胶层的厚度为T1，设置在所述正极集流体远离卷绕中心的表面的第一绝缘胶层的厚度为T2，T1＝T2，或者，(T2-T1)＝2-5μm。
8.根据权利要求1-5任一项所述的卷绕电池，其特征在于，所述正极集流体包括涂覆区和空箔区，所述涂覆区用于设置所述第一涂层，所述空箔区位于所述涂覆区靠近卷绕中心的一侧。
9.根据权利要求8所述的卷绕电池，其特征在于，所述负极片靠近卷绕中心的表面设置有第二绝缘胶层，所述正极集流体靠近卷绕起点的端部区域与所述第二绝缘胶层在卷绕电池长度方向上的竖直投影至少部分重叠。
10.根据权利要求1所述的卷绕电池，其特征在于，所述第一绝缘胶层包括第一区域和第二区域，所述第一区域位于所述正极活性层远离正极集流体的表面，所述第二区域与所述第一区域连接，且包裹所述正极活性层靠近卷绕起点的端面。
11.根据权利要求1所述的卷绕电池，其特征在于，所述卷绕电池还包括设置在所述正极集流体表面的正极极耳和设置在所述负极集流体表面的负极极耳，所述正极极耳和负极极耳在卷绕电池长度方向上的竖直投影与所述第一绝缘胶层在卷绕电池长度方向上的竖直投影不重叠。
12.根据权利要求1所述的卷绕电池，其特征在于，所述第一绝缘胶层的宽度大于等于所述正极活性层的宽度。
13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1-12任一项所述的卷绕电池。
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