CN218498139U - 卷芯、电池和用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种卷芯、电池和用电设备，卷芯包括：第一极片、隔膜和第二极片，第一极片、隔膜和第二极片依次层叠卷绕形成卷芯；第一极片包括第一极片本体和多个第一极耳；第二极片包括第二极片本体和多个第二极耳；卷芯在其厚度方向上从内到外分为第一卷芯分部和第二卷芯分部，第二卷芯分部层叠卷绕于第一卷芯分部的外侧；多个第一极耳中的至少大部分位于第一卷芯分部的第一极片本体；多个第二极耳中的至少大部分位于第一卷芯分部的第二极片本体。可以减小极片本体厚度以及隔膜厚度公差对极耳错位的影响，以减少或避免出现卷芯在外圈部分卷绕半径越大，极片本体厚度公差和隔膜厚度公差累加的越多，越容易出现极耳错位的情况。

Description

卷芯、电池和用电设备

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种卷芯、电池和用电设备。

背景技术

随着技术的进步，二次电池被广泛应用于电动汽车、储能基站、3C产品等领域。伴随着各类型产品对放电功率提升的需求，高功率卷芯的设计和制作也成为了研究热点。

为了不断提升锂离子二次电池的功率性能，卷芯的结构发生了较大的改变，多极耳结构已成为高功率产品的首选。但是，随着极耳数量的增加，极耳错位对极耳占用空间影响较大，因此，如何在不影响卷芯过流能力的同时保证较小的极耳错位成为亟须解决的问题。

实用新型内容

本申请实施例提供一种卷芯、电池和用电设备，可以减小多极耳的错位。

本申请实施例提供一种卷芯，包括：第一极片、隔膜和第二极片，所述第一极片、所述隔膜和所述第二极片依次层叠卷绕形成所述卷芯；所述第一极片包括第一极片本体和多个第一极耳；所述第二极片包括第二极片本体和多个第二极耳；所述卷芯在其厚度方向上从内到外分为第一卷芯分部和第二卷芯分部，所述第一卷芯分部层数为所述卷芯层数的1/2；所述多个第一极耳中的至少大部分位于所述第一卷芯分部的所述第一极片本体；所述多个第二极耳中的至少大部分位于所述第一卷芯分部的所述第二极片本体。

本申请实施例还提供一种电池，包括：卷芯，如上所述的卷芯；壳体，用于容纳所述卷芯。

本申请实施例还提供一种用电设备，包括如上所述的电池。

本申请实施例提供的卷芯、电池和用电设备中，通过将多个第一极耳中的至少大部分和多个第二极耳中的至少大部分均设置在卷芯的第一卷芯分部，也即卷芯的内圈部分，而在卷芯的外圈部分也即第二卷芯分部不设置或者少设置极耳，可以减小极片本体厚度以及隔膜厚度公差对极耳错位的影响，以减少或避免出现卷芯在外圈部分卷绕半径越大，极片本体厚度公差和隔膜厚度公差累加的越多，越容易出现极耳错位的情况，减少了极性相同的极耳在卷芯长度方向上的错位，节省了极耳由于错位较大所占用的空间，增加了二次电池盖体可供极柱、防爆阀和注液孔等结构进行设计的空间，提高了二次电池的综合性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的电池的结构示意图。

图2为图1所示的电池中卷芯的第一种结构示意图。

图3为图1所示的电池中卷芯的第二种结构示意图。

图4为图1所示的电池中卷芯的第三种结构示意图。

附图标记说明

1-电池 10-卷芯 11-第一极片

110-第一极片本体 112-第一极耳 12-隔膜

13-第二极片 130-第二极片本体 132-第二极耳

14-第一卷芯分部 140-第一子部 142-第二子部

144-第三子部 146-第四子部 15-第二卷芯分部

20-壳体 30-盖体 T-卷芯的厚度方向

L-卷芯的长度方向 H-卷芯的高度方向。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了减小多极耳的错位，以增加二次电池盖体可供极柱、防爆阀和注液孔等结构进行设计的空间，从而提高电池的综合性能，本申请实施例提供一种卷芯、电池和用电设备，以下将结合附图进行说明。

本申请实施例提供一种用电设备，用电设备也即使用电源供电的设备，其可以是将电源供的电能存储起来使用，也可以是在使用时一直有电源供电。示例性的，用电设备可以为电动汽车、储能基站或者3C产品等，3C产品也即是计算机类、通信类和消费类电子产品三者的统称，也可以称为信息家电。比如，3C产品可以为电脑、平板电脑、手机或数字音频播放器等。

请参阅图1，本申请实施例提供一种电池1，电池1可以应用在用电设备中，为用电设备供电。电池1可以为二次电池，二次电池又称为充电电池或蓄电池，是指电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。利用化学反应的可逆性，可以组建一个新电池，即当一个化学反应转化为电能之后，还可以用电能使化学体系修复，然后再利用化学反应转化为电能，所以叫二次电池或者可充电电池。比如，充电电池有镍氢电池、镍镉电池、铅酸(或铅蓄)电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池等。充电电池的充放电循环可达数千次到上万次，因此，充电电池相对于干电池而言更为经济实用。比如，手机中常用锂电池进行供电，锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。比如，对于锂离子电池来说，它是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示)。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程)，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

其中，示例性的，电池1可以包括卷芯10、壳体20和盖体30，壳体20设置有连通的容纳空间和开口，容纳空间可以容纳卷芯10，盖体30可以与壳体20连接，以封闭开口。电池1还可以包括极柱和防爆阀，极柱可以用于与电池1外部设备的极柱连接，以使得电池1与外部设备电连接。防爆阀可以用于在电池1热失控时提供电解液的出口，以降低热失控对电池1及其周边设备造成的影响。极柱和防爆阀可以间隔设置在盖体30上，盖体30上还可以开设注液孔，以便于往壳体20内注入电解液。当然，不同的电池1还可以对极柱和防爆阀的位置进行其他设计，如极柱设置在壳体20上，防爆阀设置在盖体30上，注液孔设置在盖体30上。其中，为便于说明，在图中标注了卷芯10的高度方向H和长度方向L。

为了不断提升电池1的功率性能，卷芯的结构发生了较大的改变，多极耳结构已成为高功率产品的首选。极耳用于与极柱连接，以将电池1内部的化学能转化成的电能通过极耳和极柱传输出去，或者将外部的电能通过极柱和极耳传输进来。然而，随着极耳数量的增加、极片本体厚度以及隔膜厚度的波动，容易导致极耳出现错位，极耳错位对极耳占用卷芯空间的影响较大，因此，如何在不影响卷芯过流能力的同时保证较小的极耳错位成为亟须解决的问题。

为了解决上述问题，本申请实施例对卷芯的结构组成进行了改进，以下将结合附图进行说明。

请结合图1并参阅图2，图2为图1所示的电池中卷芯的第一种结构示意图。本申请实施例的卷芯10包括第一极片11、隔膜12和第二极片13，第一极片11、隔膜12和第二极片13依次层叠卷绕形成卷芯10。隔膜12间隔设置于第一极片11和第二极片13之间，防止第一极片11和第二极片13之间的干扰。可以理解的是，本申请实施例的卷芯10为卷绕形成的卷芯，卷芯还可以有其他形式，如多个极片层叠形成的叠片卷芯。第一极片11包括第一极片本体110和多个第一极耳112。第二极片13包括第二极片本体130和多个第二极耳132。第一极片11为正极片和负极片中的一个，第二极片13为正极片和负极片中的另一个。比如，第一极片11为正极片，相应的第一极耳112为正极耳，与之相连的极柱为正极柱。相应的，第二极片13为负极片，第二极耳132为负极耳，与之相连的极柱为负极柱。

其中，在卷绕时，可以使用卷针作为第一极片11、隔膜12和第二极片13卷绕的基础，在卷绕形成卷芯10后，可以选择将卷针取出，也可以选择将卷针与第一极片11、隔膜12和第二极片13共同作为卷芯10的组成部分。

示例性的，第一极片本体110在未卷绕时，其可以为长方形片状结构，多个第一极耳112可以焊接在第一极片本体110的长边端部，也可以是对第一极片本体110的长边进行裁切后形成第一极耳112。第一极耳112的厚度可以小于第一极片本体110的厚度，以便于第一极片本体110对第一极耳112进行支撑。当然，第一极片本体110的厚度大于第一极耳112的厚度还考虑了电池性能，不仅仅考虑对第一极耳112的支撑，这里不应理解为对第一极片本体110厚度的限制。同样的，第二极片13的第二极片本体130和多个第二极耳132的设置可以参照第一极片11的第一极片本体110和多个第一极耳112的设置，这里不再赘述。

需要说明的是，可以在卷绕之前进行极耳的焊接，也可以在卷绕后进行极耳的焊接，但考虑卷绕后对极耳进行焊接容易产生相邻圈层之间的不预期连接，如导致正极片和负极片焊接在一起，因此，设计者多选择卷绕之前进行极耳的焊接，但不应理解为只能对极耳进行焊接之后才能进行卷绕。本申请实施例正是为了解决卷绕之前进行极耳的焊接，受极片本体厚度和隔膜厚度波动的影响，在卷绕后容易导致多极耳错位的问题。

示例性的，卷绕形成的卷芯10可以包括厚度方向T、长度方向L和高度方向H，厚度方向T、长度方向L和高度方向H为两两相互垂直的方向。在卷芯10的厚度方向T上，卷芯10从内到外分为第一卷芯分部14和第二卷芯分部15，第二卷芯分部15层叠卷绕于第一卷芯分部14的外侧。可以理解的是，由于卷芯10是卷绕形成的，第一卷芯分部14和第二卷芯分部15可以分别为卷芯10的内圈部分和外圈部分。其中，多个第一极耳112中的至少大部分位于第一卷芯分部14中的第一极片本体110上，多个第二极耳132中的至少大部分位于第一卷芯分部14中的第二极片本体130上。

第一卷芯分部14层数为卷芯总层数的1/2，需要说明的是，一般而言具有完成功能的极片+隔膜为一层，及一层卷芯包括一层正极片+一层隔膜+一层负极片。

通过将多个第一极耳112中的至少大部分和多个第二极耳132中的至少大部分均设置在卷芯10的第一卷芯分部14，也即卷芯10的内圈部分，而在卷芯10的外圈部分也即第二卷芯分部15不设置或者少设置极耳，可以减小极片本体厚度以及隔膜厚度公差对极耳错位的影响，以减少或避免出现卷芯10在外圈部分卷绕半径越大，极片本体厚度公差和隔膜厚度公差累加的越多，越容易出现极耳错位的情况，减少了极性相同的极耳在卷芯长度方向L上的错位，节省了极耳由于错位较大所占用的空间，增加了二次电池1的盖体可供极柱、防爆阀和注液孔等结构进行设计的空间，提高了二次电池1的综合性能。

需要说明的是，多个第一极耳112中的至少大部分位于第一卷芯分部14的第一极片本体110，也即是说，多个第一极耳112中可以有大部分位于第一卷芯分部14，多个第一极耳112中的剩余部分可以位于第二卷芯分部15，但由于处于第一卷芯分部14也即内圈部分的第一极耳112的数量多于处于第二卷芯分部15的数量，因此，这样设置也可以减小极耳错位。当然，多个第一极耳112的至少大部分可以包括大部分、全部以及大部分与全部中的任意值。大部分可以为超过极耳全部数量一半以上的数量。对于多个第二极耳132中的至少大部分位于第一卷芯分部14的第二极片本体130可以参照上述第一极耳112的情况，这里不再赘述。

示例性的，多个第一极耳112均位于第一卷芯分部14的第一极片本体110，也即是在第二卷芯分部15或者卷芯10的外圈部分不设置第一极耳112。同样的，多个第二极耳132均位于第一卷芯分部14的第二极片本体130，也即是在第二卷芯分部15或者称卷芯10的外圈部分不设置第二极耳132。

可以理解的是，在外圈部分的极耳，由于叠加了更多的极片本体厚度公差和隔膜厚度公差，因此更容易出现跟内圈部分的极耳错位的现象。本申请实施例基于上述考虑，将多个极耳设置在第一卷芯分部14也即内圈部分，可以减少极片本体公差及隔膜厚度公差对极耳错位的影响。当然，也可以选择多个第一极耳112中的大部分位于第一卷芯分部14的第一极片本体110，多个第二极耳132均位于第一卷芯分部14的第二极片本体130。或者选择多个第一极耳112均位于第一卷芯分部14的第一极片本体110，多个第二极耳132中的大部分均位于第一卷芯分部14的第二极片本体130。上述多种情况，均能减少极耳错位现象的发生。

其中，多个第一极耳112均布置在第一卷芯分部14，多个第二极耳132均布置在第一卷芯分部14，可以有多种方式。

举例说明，对于半极耳卷芯方案，卷芯层数为8层(不考虑不使用的最内层和最外层)，现有方案中需要在1、3、5、7层上设置极耳。

对于极耳全部设置在第一卷芯分部的实施例，需设置4个极耳，而每层卷芯上至多设置一个极耳，因此，需要将4个极耳分别设置在1、2、3、4层卷芯上；

对于极耳大部分设置在第一卷芯分部的实施例，共需设置4个极耳，大部分指的是大于总数的1/2，那么有3个极耳需设置在第一卷芯分部，1个极耳需设置在第二卷芯分部，最佳方式是将3个极耳分别设置在第1、2、3层卷芯上，将另外1个极耳设置在第5层卷芯上。当然，也可以将3个极耳设置在1、2、3、4层卷芯中的任意3个，将另外1个极耳设置在第5、6、7、8层卷芯中的任意1个。

示例性的，请结合图1和图2并参阅图3，图3为图1所示的电池中卷芯的第二种结构示意图。在卷芯10的厚度方向T上，多个第一极耳112在第一卷芯分部14等间距分布，多个第二极耳132在第一卷芯分部14等间距分布。第一卷芯分部14可以包括沿卷芯10厚度方向T上邻接且相对的第一子部140和第二子部142。

第一种情况下，多个第一极耳112均设置于第一子部140，在卷芯10的厚度方向T上，多个第一极耳112对齐设置。第二种情况下，多个第一极耳112均设置于第二子部142，在卷芯10的厚度方向T上，多个第一极耳112对齐设置。第三种情况下，多个第一极耳112分别设置于第一子部140和第二子部142，第一子部140的第一极耳112的数量可以与第二子部142第一极耳112的数量相同，也可以不同。在卷芯10的厚度方向T上，处于第一子部140的第一极耳112对齐设置，处于第二子部142的第一极耳112对齐设置。处于第一子部140的第一极耳112和处于第二子部142的第一极耳112可以对齐设置，也可以不对齐设置。

对于多个第二极耳132，可以参照多个第一极耳112的设置方式，也即是说，多个第二极耳132可以均设置于第一子部140，且多个第二极耳132在卷芯10的厚度方向T上对齐设置。或者多个第二极耳132可以均设置于第二子部142，且多个第二极耳132在卷芯10的厚度方向T上对齐设置。再或者多个第二极耳132分别设置于第一子部140和第二子部142，第一子部140的第二极耳132的数量可以与第二子部142第二极耳132的数量相同，也可以不同。在卷芯10的厚度方向T上，处于第一子部140的第二极耳132对齐设置，处于第二子部142的第二极耳132对齐设置。处于第一子部140的第二极耳132和处于第二子部142的第二极耳132可以对齐设置，也可以不对齐设置。

其中，对于多个第一极耳112和多个第二极耳132在第一卷芯分部14的设置位置的组合又可以有多种情况。比如，多个第一极耳112设置在第一子部140，多个第二极耳132均设置在第一子部140、多个第二极耳132均设置于第二子部142或者多个第二极耳132分别设置于第一子部140和第二子部142。再比如，多个第一极耳112设置在第二子部142，多个第二极耳132均设置在第一子部140、多个第二极耳132均设置于第二子部142或者多个第二极耳132分别设置于第一子部140和第二子部142。还比如，多个第一极耳112分别设置于第一子部140和第二子部142，多个第二极耳132均设置在第一子部140、多个第二极耳132均设置于第二子部142或者多个第二极耳132分别设置于第一子部140和第二子部142。

示例性的，请结合图1至图3并参阅图4，图4为图1所示的电池中卷芯的第三种结构示意图。第一卷芯分部14还包括沿卷芯10长度方向L邻接且相对的第三子部144和第四子部146，多个第一极耳112设置于第三子部144，多个第二极耳132设置于第四子部146。也即是说，多个第一极耳112和多个第二极耳132一左一右布置。比如，第一极耳112为正极耳，且设置在第三子部144也即左边部分，第二极耳132为负极耳，且设置在第四子部146也即右边部分。

示例性的，在卷芯10的高度方向H上，多个第一极耳112设置于卷芯10的一端，多个第二极耳132与多个第一极耳112设置在卷芯10的同一端或者相对端。比如，多个第一极耳112和多个第二极耳132可以均设置在卷芯10的上端部或者下端部，上端部是从卷芯10的高度方向H来说的，卷芯10可以沿高度方向H装入壳体20，可以将极柱设置在盖体30上，从而便于将极柱与极耳电连接，或者将极柱设置在壳体20的底部，从而便于将极柱与极耳电连接。当然，多个第一极耳112和多个第二极耳132也可以设置在相对端，情况与上述相似，这里不再赘述。

从卷芯10的层数上来说，第一极耳112的数量与卷芯10的层数之比在1/3至2/3范围内，第二极耳132的数量与卷芯10的层数之比也在1/3至2/3范围内。也即是说，在卷芯10的内圈部分布置第一极耳112和第二极耳132，极耳数量占卷芯10的层数的1/3至2/3范围内，以减少由于外圈部分卷绕半径大、极片本体厚度公差和隔膜厚度公差累积导致的极耳错位的现象。

示例性的，卷芯10的长度为150毫米，卷芯10的厚度为130毫米，卷芯10的高度为18毫米。卷芯10包括34圈第一极片11以及35圈第二极片13。17个第一极耳112位于第一子部140和第三子部144的17层第一极片本体110上，17个第一极耳112位于第二子部142和第三子部144的17层第一极片本体110上，并且，34个第一极耳112在卷芯10的厚度方向T上均对齐。17个第二极耳132位于第一子部140和第四子部146的17层第二极片本体130上，18个第二极耳132位于第二子部142和第四子部146的18层第二极片本体130上，并且，35个第二极耳132在卷芯10的厚度方向T上均对齐。

示例性的，卷芯10的长度为150毫米，卷芯10的厚度为130毫米，卷芯10的高度为18毫米。卷芯10包括34圈第一极片11以及35圈第二极片13。20个第一极耳112位于第一子部140和第三子部144的20层第一极片本体110上，20个第一极耳112位于第二子部142和第三子部144的20层第一极片本体110上，并且，40个第一极耳112在卷芯10的厚度方向T上均对齐。20个第二极耳132位于第一子部140和第四子部146的20层第二极片本体130上，21个第二极耳132位于第二子部142和第四子部146的21层第二极片本体130上，并且，41个第二极耳132在卷芯10的厚度方向T上均对齐。

由于极片与隔膜层数越少，极耳错位越小，因此，通过调整极耳的分布区域可以减少极耳的错位。通过调整第一极耳112和第二极耳132在卷芯10的厚度方向T的第一卷芯分部14也即内圈部分的两侧区域，可以减少第一极耳112(或第二极耳132)在卷芯10长度方向L上的错位，从而减小第一极耳112(或第二极耳132)由于错位较大在卷芯10上所占用的空间，增加了电池1的盖体30可供极柱、防爆阀和注液孔等结构进行布置的空间，提高了电池1的综合性能。

以上对本申请实施例提供的卷芯、电池和用电设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请。同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种卷芯，其特征在于，包括：第一极片、隔膜和第二极片，所述第一极片、所述隔膜和所述第二极片依次层叠卷绕形成所述卷芯；所述第一极片包括第一极片本体和多个第一极耳；所述第二极片包括第二极片本体和多个第二极耳；

所述卷芯在其厚度方向上从内到外分为第一卷芯分部和第二卷芯分部，所述第一卷芯分部层数为所述卷芯层数的1/2；

所述多个第一极耳中的至少大部分位于所述第一卷芯分部的所述第一极片本体；所述多个第二极耳中的至少大部分位于所述第一卷芯分部的所述第二极片本体。

2.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，所述多个第一极耳均位于所述第一卷芯分部的第一极片本体；所述多个第二极耳均位于所述第一卷芯分部的第二极片本体。

3.根据权利要求2所述的卷芯，其特征在于，在所述卷芯的厚度方向上，所述多个第一极耳在所述第一卷芯分部等间距分布，所述多个第二极耳在所述第一卷芯分部等间距分布。

4.根据权利要求3所述的卷芯，其特征在于，所述第一卷芯分部包括沿所述卷芯厚度方向上邻接且相对的第一子部和第二子部；

所述多个第一极耳均设置于所述第一子部或所述第二子部，或者所述多个第一极耳分别设置于所述第一子部和所述第二子部；

所述多个第二极耳均设置于所述第一子部或所述第二子部，或者所述多个第二极耳分别设置于所述第一子部和所述第二子部。

5.根据权利要求4所述的卷芯，其特征在于，处于所述第一子部的第一极耳对齐设置，处于所述第二子部的第一极耳对齐设置；和/或

处于所述第一子部的第二极耳对齐设置，处于所述第二子部的第二极耳对齐设置。

6.根据权利要求4所述的卷芯，其特征在于，处于所述第一子部的第一极耳与处于所述第二子部的第一极耳对齐设置；和/或

处于所述第一子部的第二极耳与处于所述第二子部的第二极耳对齐设置。

7.根据权利要求3所述的卷芯，其特征在于，所述第一卷芯分部还包括沿所述卷芯长度方向上邻接且相对的第三子部和第四子部，所述多个第一极耳设置于所述第三子部，所述多个第二极耳设置于所述第四子部。

8.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，在所述卷芯的高度方向上，所述多个第一极耳设置于所述卷芯的一端，所述多个第二极耳与所述多个第一极耳设置在所述卷芯的同一端或者相对端。

9.一种电池，其特征在于，包括：

如权利要求1-8任一项所述的卷芯；

壳体，包括容纳腔，所述卷芯容纳于所述容纳腔。

10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池。

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