CN217768481U - 卷芯、方形电池以及储能装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种卷芯、方形电池以及储能装置，所述卷芯包括：卷绕部，所述卷绕部为n个，n≥2，n为正整数，所述卷绕部包括：隔膜部以及位于所述隔膜部两侧且极性相反的两个极片部，每个所述卷绕部均沿所述卷芯的轴线或所述卷芯的长度方向卷绕，多个所述卷绕部依次卷绕，且不同的所述卷绕部的彼此的所述极片部的长度不同。由此，在卷芯两端的弯折区域上可以减少至少一层极片层，以优化群裕度，改善极片界面褶皱，降低析锂风险，延长循环寿命，降低安全隐患，且无需设置涂层隔膜，可以降低成本，非叠片方案，可以提高生产效率。

Description

卷芯、方形电池以及储能装置
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，尤其是涉及一种卷芯、方形电池以及储能装置。
背景技术
相关技术中，锂离子电池一般通过叠片或卷绕方式进行制备。
然而，卷绕方式制备的锂离子电池在电池循环过程中，正极极片、隔膜与负极极片组成极片层，极片层膨胀的应力难以向外释放，会向卷芯内部释放，造成极片界面褶皱，而褶皱会导致电池析锂，降低循环寿命，安全隐患高，可以通过涂层隔膜优化褶皱问题，但成本较高，采用叠片的加工方式也可以优化褶皱问题，但是生产效率低。
实用新型内容
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种卷芯，所述卷芯可以优化极片界面褶皱问题，降低析锂风险，提高循环寿命，降低安全隐患的前提下，可以兼顾成本以及生产效率。
本实用新型进一步提出了一种采用上述卷芯的方形电池。
本实用新型还提出了一种采用上述方形电池的储能装置。
根据本实用新型第一方面实施例的卷芯，包括：卷绕部，所述卷绕部为n个，n≥2，n为正整数，所述卷绕部包括：隔膜部以及位于所述隔膜两侧且极性相反的两个极片部，所述卷绕部沿所述卷芯的轴线或所述卷芯的长度方向延伸卷绕，多个所述卷绕部依次卷绕，且不同的所述卷绕部的彼此的所述极片部的长度不同。
根据本实用新型实施例的卷芯，通过设置多个卷绕部，并使多个卷绕部依次卷绕设置以成卷芯，以在卷芯两端的弯折区域上可以减少至少一层极片层，以优化群裕度，改善极片界面褶皱，降低析锂风险，延长循环寿命，降低安全隐患，且无需设置涂层隔膜，可以降低成本，非叠片方案，可以提高生产效率。
根据本实用新型的一些实施例，所述卷芯呈四边形，所述卷绕部起始卷绕的一端为首端、终止卷绕的一端为尾端，且自首端向尾端的卷绕过程中进行至少一次弯折。由此，相较叠片方案，可以有效提高生产效率，实现更快的卷芯加工。
进一步地，弯折次数为奇数次，同一个所述卷绕部的所述首端和所述尾端位于所述方形电池的长度方向上的同侧一端，以至少在长度方向的一端减少极片层数，以改善极片褶皱问题。
进一步地，弯折次数为偶数次，同一个所述卷绕部的所述首端和所述尾端位于所述方形电池的长度方向上的两端，可以同时在长度方向的两端上减少弯折区域的极片层数，改善长度方向两端的极片褶皱问题。
进一步地，所述卷绕部包括：由内向外依次卷绕的第一卷绕部至第n卷绕部，n≥2，n为正整数，第n-1卷绕部的尾端与第n卷绕部的首端位于所述卷芯的长度方向上的同侧一端。这样，可以通过卷绕部的卷绕方向以及走向的合理设置，有效改善极片界面褶皱，降低析锂概率。
进一步地，第n-1卷绕部的尾端与第n卷绕部的首端在所述卷芯的宽度方向上背离彼此设置。本实用新型如此设置，卷绕设置的多个卷绕部彼此的首端a和尾端b之间仅通过一层极片层间隔开，尺寸合理，在有效释放压力的同时，可以兼顾方形电池的能量密度。
根据本实用新型的一些实施例，所述卷芯还包括：分离隔膜，相邻的所述卷绕部之间设置有所述分离隔膜，通过分离隔膜将相邻的卷绕部间隔开，可以提高卷芯的工作稳定性和可靠性。
进一步地，多个所述卷绕部均沿逆时针方向卷绕或均沿顺时针方向卷绕，可以使多个卷绕部的极性相同，提高卷芯的工作稳定性以及使用安全性。
根据本实用新型第二方面实施例的方形电池，包括：卷芯和电芯壳，所述卷芯设置在所述电芯壳内，且所述卷绕部沿所述电芯壳的长度方向延伸且端部弯折以进行卷绕。
根据本实用新型实施例的方形电池，采用上述卷芯，卷芯的循环寿命更长，安全隐患更低，且成本低、生产效率高，可以提高方形电池的工作稳定性，使用安全性，并使方形电池的成本更低。
根据本实用新型第三方面实施例的储能装置，包括：上述实施例中所述的方形电池。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型实施例的卷芯的示意图；
图2是根据本实用新型实施例的第一卷绕部的示意图；
图3是根据本实用新型实施例的第二卷绕部的示意图。
附图标记：
卷芯100，
卷绕部10，第一卷绕部10a，第二卷绕部10b，隔膜部11，第一隔膜111，分离隔膜112，极片部12，第一正极极片121，第一负极极片122，第二正极极片123，第二负极极片124，
分离隔膜20，
首端a，尾端b，释放区域c。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
下面参考图1-图3描述根据本实用新型实施例的卷芯100、方形电池以及储能装置。
如图1、图2和图3所示，根据本实用新型第一方面实施例的卷芯100，包括：卷绕部10，卷绕部10为n个，n≥，n为正整数，卷绕部10包括：隔膜部11以及位于所述隔膜部11两侧且极性相反的极片部12，每个卷绕部10均沿卷芯100的轴线或卷芯100 的长度方向卷绕，多个卷绕部10依次卷绕，且不同的卷绕部10的彼此的极片部12的长度不同。
卷绕部10包括依次叠置的极片部12、隔膜部11和另一个极片部12，同一个卷绕部10的两个极片部12与隔膜部11组成极片层，极片层沿卷芯100的长度方向铺放并在端部弯折后，再次沿方形电池的长度方向铺放重复多次以完成单个卷绕部10的卷绕设置，或沿卷芯100的轴线卷绕。
为了便于本领域技术人员理解本实用新型技术方案，可以按照卷绕后的内外设置定义卷绕部10包括：第一卷绕部10a至第n卷绕部，n≥2，n为正整数，其中，由外向内多个卷绕部10的极片层的长度不同，即第一卷绕部10a的极片部12长度最短，而第n 卷绕部的极片部12长度最长，且基于极片层沿长度方向铺放，在宽度方向弯折以卷绕设置，相邻的卷绕部10经卷绕设置后，至少在长度方向的一端上的极片层数可以减少一层，以形成为释放区域c；或卷芯100的轴线卷绕铺放，相邻的卷绕部10之间至少部分间隔开以形成释放区域，可以优化群裕度(指圆柱电池实际内部截面积与最大内部截面积的比例；或方形电池的卷芯100尺寸与电芯壳内部空间尺寸的比)，使极片层的膨胀应力可以释放到释放区域c内，避免直接或减少释放至卷芯100内部的压力，以缓解或改善极片界面褶皱，以改善极片界面褶皱问题，提高循环寿命，有效降低安全隐患。
示例性地，如图1所示，卷绕部10包括：第一卷绕部10a和第二卷绕部10b，第一卷绕部10a完成卷绕后，在其外侧卷绕第二卷绕部10b，在左端上内侧极片层与外侧极片层间隔开，以使卷芯100左端的弯折边区域上的极片层数可以减少一层(即内侧极片层与外侧极片层断开的区域)，有效降低至少一端的弯折边区域上的极片层数量，以优化群裕度，改善极片层褶皱问题。
当然，如果卷绕部10包括第一卷绕部10a、第二卷绕部10b和第三卷绕部，则可以在图1所示的左端和右端两个弯折边区域上减少一层的极片层数量，如果卷绕部10包括一个内侧卷绕部(第一卷绕部10a)、一个外侧卷绕部(第n卷绕部)以及多个中间卷绕部(第二卷绕部10b至第n-1卷绕部)，则可以在图1所示的左端和右端两个弯折边区域上各减少至少一层的极片层数量，以优化群裕度，改善极片层褶皱。
需要指出的是，本实用新型的卷芯100包括多个卷绕部10，通过多个卷绕部10卷绕成卷芯100，相较现有的一个极片层卷绕成卷芯100的技术方案，可以有效优化群裕度，改善极片层褶皱，无需设置涂层隔膜，可以降低成本，而相较叠片技术方案，生产效率更高。
根据本实用新型实施例的卷芯100，通过设置多个卷绕部10，并使多个卷绕部10依次卷绕设置以成卷芯100，以在卷芯100两端的弯折区域上可以减少至少一层极片层，以优化群裕度，改善极片界面褶皱，降低析锂风险，延长循环寿命，降低安全隐患，且无需设置涂层隔膜，可以降低成本，非叠片方案，可以提高生产效率。
需要说明的是，卷绕部10数量为n(n≥2)，则弯折区域上减少的极片层数量为n-1，或形成n-1个间隙，以用于释放应力，而每个卷绕部的两个极片部12分别构造为正极极片和负极极片，同一个卷绕部的两个极片部12的长度可以相同或不同，为了便于本领域技术人员辨别本申请卷芯100结构，本申请附图中的外侧卷绕部定义为第二卷绕部 10b，内侧卷绕部定义为第一卷绕部10a，第一卷绕部10a的隔膜部11限定为第一隔膜 111，极片部12包括第一正极极片121和第一负极极片122，第二卷绕部10b的隔膜部 11限定为第二隔膜112，极片部12包括：第二正极极片123和第二负极极片124。
如图2和图3所示，根据本实用新型的一些实施例，卷芯100呈四边形，卷绕部10 起始卷绕的一端为首端a、终止卷绕的一端为尾端b，且自首端a向尾端b的卷绕过程中进行至少一次弯折。
也就是说，卷绕部10可以构造为U形(一次弯折)、N形(两次弯折)、M形(三次弯折)或更多次弯折，而非一字形叠片极片，相较叠片方案，本实用新型卷绕部10 经过至少一次弯折卷绕后，多个卷绕部10依次卷绕，相较叠片方案，可以有效提高生产效率，实现更快的卷芯100加工。
可以理解的是，当弯折次数为奇数次时，同一个卷绕部10的首端a和尾端b位于方形电池的长度方向上的同侧一端(U形、M形)；当弯折次数为偶数次，同一个卷绕部 10的首端a和尾端b位于方形电池的长度方向上的两端(N形)。
进而，可以使多个卷绕部10均采用弯折次数为奇数次的方案，相邻两个卷绕部10的彼此的首端a在长度方向上交错设置，或均采用弯折次数为偶数次的方案，相邻两个卷绕部10的首端a和尾端b在长度方向上依次设置，以同时在长度方向的两端上减少弯折区域的极片层数，改善长度方向两端的极片褶皱问题。
如图1所示，卷绕部10包括：由内向外依次卷绕的第一卷绕部10a至第n卷绕部， n≥2，n为正整数，第n-1卷绕部的尾端与第n卷绕部的首端(即相邻的卷芯部10)位于卷芯100的长度方向上的同侧一端。
示例性地，内侧卷绕部(第一卷绕部10a)自右向左铺放，且尾端b位于左端，而外层卷绕部(第二卷绕部10b)自左向右铺放，且首端a位于左端，以使相邻的卷绕部 10在左端的弯折区域上间隔开，以在该区域减少一层极片层，对应也可以使内侧卷绕部自右向左铺设，而外侧卷绕部自左向右铺设，以在右端的弯折区域上减少一层极片层，以通过卷绕部10的卷绕方向以及走向的合理设置，有效改善极片界面褶皱，降低析锂概率。
进一步地，第n-1卷绕部的尾端a与第n卷绕部的首端b在卷芯100的宽度方向上背离彼此设置。
也就是说，使第n-1卷绕部的首端a与第n卷绕部的尾端b间隔开设置(即相邻的卷绕部)，即两者在卷芯100的宽度方向上间隔开，以使内侧卷绕部和外侧卷绕部限定出的释放区域c的空间占用更加合理，释放区域c体积过小无法有效释放压力，体积过大则会降低方形电池的能量密度，而本实用新型如此设置，卷绕设置的多个卷绕部10 彼此的首端a和尾端b之间仅通过一层极片层间隔开，尺寸合理，在有效释放压力的同时，可以兼顾方形电池的能量密度。
如图1所示，根据本实用新型的一些实施例，卷芯100还包括：分离隔膜20，相邻的卷绕部10之间设置有分离隔膜20。由此，通过分离隔膜20将相邻的卷绕部10分隔开，可以提高卷芯100的工作稳定性和可靠性。
进一步地，多个卷绕部10均沿逆时针卷绕或沿顺时针卷绕，以使多个卷绕部10的极性相同，提高卷芯100的工作稳定性以及使用安全性。
根据本实用新型第二方面实施例的方形电池，包括：卷芯100和电芯壳，卷芯100设置在电芯壳内，且卷绕部10沿电芯壳的长度方向延伸且端部弯折以进行卷绕。
根据本实用新型实施例的方形电池，采用上述卷芯100，卷芯100的循环寿命更长，安全隐患更低，且成本低、生产效率高，可以提高方形电池的工作稳定性，使用安全性，并使方形电池的成本更低。
根据本实用新型第三方面实施例的储能装置，包括：上述实施例中的方形电池。
需要指出的是，储能装置可以是多个上述方形电池串联或并联组成的电池包、电池模组等，也可以是单个方形电池，所具有的技术效果与上述方形电池一致，在这里不再赘述。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。
在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，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。
在本实用新型的描述中，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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种卷芯，其特征在于，包括：
卷绕部，所述卷绕部为n个，n≥2，n为正整数，所述卷绕部包括：隔膜部以及位于所述隔膜部两侧且极性相反的两个极片部，每个所述卷绕部均沿所述卷芯的轴线或所述卷芯的长度方向卷绕，多个所述卷绕部依次卷绕，且不同的所述卷绕部的彼此的所述极片部的长度不同。
2.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，所述卷芯呈四边形，所述卷绕部起始卷绕的一端为首端、终止卷绕的一端为尾端，且自首端向尾端的卷绕过程中进行至少一次弯折。
3.根据权利要求2所述的卷芯，其特征在于，弯折次数为奇数次，同一个所述卷绕部的所述首端和所述尾端位于所述卷芯的长度方向上的同侧一端。
4.根据权利要求2所述的卷芯，其特征在于，弯折次数为偶数次，同一个所述卷绕部的所述首端和所述尾端位于所述卷芯的长度方向上的两端。
5.根据权利要求2所述的卷芯，其特征在于，所述卷绕部包括：由内向外依次卷绕的第一卷绕部至第n卷绕部，n≥2，n为正整数，第n-1卷绕部的尾端与第n卷绕部的首端位于所述卷芯的长度方向上的同侧一端。
6.根据权利要求5所述的卷芯，其特征在于，第n-1卷绕部的尾端与第n卷绕部的首端在所述卷芯的宽度方向上背离彼此设置。
7.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，还包括：分离隔膜，相邻的所述卷绕部之间设置有所述分离隔膜。
8.根据权利要求1-7中任一项所述卷芯，其特征在于，多个所述卷绕部均沿逆时针方向卷绕或均沿顺时针方向卷绕。
9.一种方形电池，其特征在于，包括：
权利要求1-8中任一项所述的卷芯；
电芯壳，所述卷芯设置在所述电芯壳内，且所述卷绕部沿所述电芯壳的长度方向延伸且端部弯折以进行卷绕。
10.一种储能装置，其特征在于，包括：至少一个权利要求9所述的方形电池。
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