CN218939749U - 电芯、电池、电池模组和电池包 - Google Patents
电芯、电池、电池模组和电池包 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了电芯、电池、电池模组和电池包，所述电芯包括湿法双面极片组以及层叠于所述湿法双面极片组至少一侧的干法单面极片，所述湿法双面极片组包括至少一个湿法双面极片，所述湿法双面极片和所述干法单面极片之间，以及相邻所述湿法双面极片之间均设置有隔膜。本实用新型提供的电芯通过湿法双面极片和干法单面极片的搭配使用，能够有效降低电芯的厚度和重量，从而提升电池的能量密度，解决了现有技术中电芯顶部极片和/或底部极片无法发挥作用的活性物料涂层增加电芯的厚度和重量的问题；并且本实用新型提供的电芯可以避免目前干法极片量产困难的问题，从而适用于大规模生产应用。
Description
技术领域
本实用新型属于电池生产制造技术领域，尤其涉及电芯、电池、电池模组和电池包。
背景技术
在电池的生产过程中多采用湿法涂布法制备正负极片，通常将正极活性物质/负极活性物质、导电剂和粘结剂等物料利用溶剂将其混合均匀，制备成具有一定流动性的浆料，然后通过不同的涂布方式，如辊涂、喷涂或刮刀涂布等方式，将浆料均匀涂覆在集流体的表面；涂覆完成后的极片中活性物质孔隙率较高，需要经过对辊辊压，降低其孔隙率提高电池容量；随后将负极片、隔膜和正极片组装成的电芯放入包装材料，注液活化后制成成品电池。
在电芯中，最外层的极片的外侧不参与电化学反应，该部分活性物质层增加了电芯的厚度和重量，进而影响电池的能量密度。然而，由于湿法涂布制备的正负极片需要辊压，若对集流体进行单面涂布，单面涂布制备的单面极片辊压后会出现打卷现象，导致无法组装电芯的问题，因此现有工艺往往在集流体的两侧均涂上相同配方和相同重量的活性物质，以此使得两面活性物质辊压后延展产生的应力相互抵消，避免发生打卷现象。因此，如何制备单面极片以减少电芯的厚度和重量尤为重要。
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电芯、电池、电池模组和电池包，通过湿法双面极片和干法单面极片的搭配使用，能够有效降低电芯的厚度和重量，从而提升电池的能量密度。
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芯，所述电芯包括湿法双面极片组以及层叠于所述湿法双面极片组至少一侧的干法单面极片，所述湿法双面极片组包括至少一个湿法双面极片，所述湿法双面极片和所述干法单面极片之间，以及相邻所述湿法双面极片之间均设置有隔膜。
本发明的湿法双面极片组中，湿法双面极片的个数可以是一个或两个以上，当湿法双面极片的个数为两个以上时，湿法双面极片之间依次层叠设置。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述干法单面极片包括第一集流体以及设置于所述第一集流体的一侧的混合粉末层，所述混合粉末层与其相邻的隔膜贴合。
所述湿法双面极片包括第二集流体和涂覆于所述第二集流体的两侧的浆料涂层。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述湿法双面极片包括湿法双面正极极片或湿法双面负极极片。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述干法单面极片包括干法单面正极极片或干法单面负极极片。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述湿法双面极片组的至少一个最外侧为湿法双面负极极片，所述干法单面正极极片与最外侧的所述湿法双面负极极片相邻层叠设置。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述湿法双面极片组的至少一个最外侧为湿法双面正极极片，所述干法单面负极极片与最外侧的所述湿法双面正极极片相邻层叠设置。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述隔膜为平面型隔膜或Z字型隔膜，所述Z字型隔膜指的是：所述隔膜为连续的且呈Z字型间隔设置在各相邻的两极片之间。
第二方面，本实用新型提供了一种电池，所述电池包括第一方面所述的电芯。
第三方面，本实用新型提供了一种电池模组，所述电池模组包括至少两个第二方面所述的电池。
第四方面，本实用新型提供了一种电池包，所述电池包包括至少两个第三方面所述的电池模组。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供的电芯将干法单面极片设置在湿法双面极片组的至少一侧的外表面，通过湿法双面极片和干法单面极片的搭配使用，减轻了电芯厚度和质量，进一步提升了能量密度；并且仅在电芯(也即湿法双面极片组)的最外侧布置干法单面极片，减少了干法极片的使用，避免了干法极片量产困难的问题，适用于大规模生产应用。
附图说明
图1为本实用新型一个具体实施方式提供的一种电芯的结构图。
图2为本实用新型一个具体实施方式提供的一种电芯的结构图。
图3为本实用新型一个具体实施方式提供的一种电芯的结构图。
图4为本实用新型一个具体实施方式提供的一种电芯的结构图。
图5为本实用新型一个具体实施方式提供的一种电芯的结构图。
图6为本实用新型一个具体实施方式提供的一种电芯的结构图。
图7为本实用新型对比例1提供的一种电芯的结构图。
其中，10-湿法双面正极极片；20-平面型隔膜；30-干法单面负极极片；40-湿法双面负极极片；50-干法单面正极极片；60-Z字型隔膜。
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”、“纵向”、“横向”、“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，本实用新型提供了一种电芯，电芯包括湿法双面极片组以及层叠于湿法双面极片组至少一侧的干法单面极片，湿法双面极片组包括至少一个依次层叠的湿法双面极片，湿法双面极片和干法单面极片之间，以及相邻湿法双面极片之间均设置有隔膜。
需要说明的是，本实用新型中湿法双面极片指的是该极片的制备过程中使用到溶剂，示例性地，提供一种湿法双面极片的制备方法，包括：将活性物质、导电剂和粘结剂等与溶剂混合制备的浆料涂覆至集流体的两侧烘干后得到的极片。
本实用新型中湿法双面极片是采用上述方法得到的极片产品，而并非是上述制备方法或过程。
同理，本实用新型中干法单面极片指的是该极片的制备过程中没有使用到溶剂，示例性地，提供一种干法单面极片的制备方法，包括：将活性物质、粘结剂和导电剂等粉末干混制备的混合粉末直接喷涂至集流体的一侧得到的极片。此外，将混合粉末直接喷涂至集流体上制作的极片堆积密度比较高，不需要通过辊压来提升极片的压实，所以可以制备单面极片。
本实用新型中干法单面极片是采用上述方法得到的极片产品，而并非是上述制备方法或过程。
本实用新型提供的电芯将干法单面极片设置在湿法双面极片组的至少一侧的外表面，通过湿法双面极片和干法单面极片的搭配使用，减轻了电芯厚度和质量，进一步提升了能量密度；并且仅在电芯(也即湿法双面极片组)的最外侧布置干法单面极片，减少了干法极片的使用，避免了干法极片量产困难的问题，适用于大规模生产应用。
在一个具体实施方式中，干法单面极片位于所述湿法双面极片的一侧表面。
在一个具体实施方式中，干法单面极片位于所述湿法双面极片的两侧表面。
在一个具体实施方式中，干法单面极片涂覆了活性物质层的一侧朝向湿法双面极片的一侧表面。
在一个具体实施方式中，隔膜的厚度为7～20μm，例如可以是7μm、9μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm或20μm，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。
在一个具体实施方式中，干法单面极片包括第一集流体以及设置于第一集流体的一侧的混合粉末层，混合粉末层与隔膜贴合。
在一个具体实施方式中，第一集流体的厚度为4～20μm，例如可以是4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm或20μm，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。
在一个具体实施方式中，湿法双面极片包括第二集流体和涂覆于第二集流体的两侧的浆料涂层。
在一个具体实施方式中，第二集流体的厚度为4～20μm，例如可以是4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm或20μm，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。
在一个具体实施方式中，湿法双面极片包括湿法双面正极极片10或湿法双面负极极片40。
在一个具体实施方式中，将正极浆料涂覆至第二集流体的两侧烘干后得到湿法双面正极极片10。
在一个具体实施方式中，将负极浆料涂覆至第二集流体的两侧得到湿法双面负极极片40。
在一个具体实施方式中，湿法双面正极极片10的浆料涂层的厚度为100～300μm，例如可以是100μm、120μm、140μm、160μm、180μm、200μm、220μm、240μm、260μm、280μm或300μm，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。
在一个具体实施方式中，湿法双面正极极片10的面密度≤60mg/cm2，例如可以是60mg/cm2、58mg/cm2、55mg/cm2、50mg/cm2、48mg/cm2、45mg/cm2、43mg/cm2或40mg/cm2，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。
在一个具体实施方式中，湿法双面正极极片10的第二集流体包括铝箔。
在一个具体实施方式中，湿法双面负极极片40的浆料涂层的厚度为100～200μm，例如可以是100μm、120μm、140μm、160μm、180μm或200μm，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。
在一个具体实施方式中，湿法双面负极极片40的面密度≤30mg/cm2，例如可以是30mg/cm2、28mg/cm2、25mg/cm2、22mg/cm2、20mg/cm2、17mg/cm2、15mg/cm2或10mg/cm2，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。
在一个具体实施方式中，湿法双面负极极片40的第二集流体包括铜箔。
本领域技术人员应该理解的是，不管是湿法双面极片组内部，还是湿法双面极片组和干法单面极片之间，都需要考虑的一个重要问题是：正极极片和负极极片是不可以直接接触的，否则会导致短路问题。本发明中，相邻的正极极片和负极极片之间设置有隔膜。
本实用新型中湿法双面极片组可以有三种结构，分别是(1)湿法双面极片组包括一个湿法双面正极极片10；(2)湿法双面极片组包括一个湿法双面负极极片40；(3)湿法双面极片组包括至少一个湿法双面正极极片10和至少一个湿法双面负极极片40，湿法双面正极极片10和湿法双面负极极片40依次交替层叠设置，所述湿法双面正极极片10和所述湿法双面负极极片40之间设置有隔膜，所述湿法双面极片组的最外侧为湿法双面正极极片10和/或湿法双面负极极片40。
在一个具体实施方式中，干法单面极片包括干法单面正极极片50或干法单面负极极片30。
在一个具体实施方式中，所述湿法双面极片组的至少一个最外侧为湿法双面负极极片40，所述干法单面正极极片50与最外侧的所述湿法双面负极极片40相邻层叠设置。
在一个具体实施方式中，所述湿法双面极片组的至少一个最外侧为湿法双面正极极片10，所述干法单面负极极片30与最外侧的所述湿法双面正极极片10相邻层叠设置。
在一个具体实施方式中，干法单面正极极片50的混合粉末层的厚度为100～400μm，例如可以是100μm、120μm、150μm、180μm、200μm、230μm、250μm、280μm、300μm、320μm、350μm、380μm或400μm，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。
在一个具体实施方式中，干法单面正极极片50的面密度≤80mg/cm2，例如可以是80mg/cm2、75mg/cm2、70mg/cm2、65mg/cm2、60mg/cm2、55mg/cm2、50mg/cm2或45mg/cm2，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。
在一个具体实施方式中，干法单面负极极片30的混合粉末层的厚度为100～250μm，例如可以是100μm、120μm、140μm、160μm、180μm、200μm、230μm或250μm，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。
在一个具体实施方式中，干法单面负极极片30的面密度≤35mg/cm2，例如可以是35mg/cm2、32mg/cm2、30mg/cm2、28mg/cm2、25mg/cm2、23mg/cm2、20mg/cm2或15mg/cm2，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。
在一个具体实施方式中，隔膜包括平面型隔膜20和Z字型隔膜60。
在一个具体实施方式中，隔膜为平面型隔膜20，湿法双面极片和干法单面极片之间，以及相邻湿法双面极片之间分别设置有一个平面型隔膜20。
在一个具体实施方式中，平面型隔膜20的面积大于湿法双面极片的面积和干法单面极片的面积，且平面型隔膜20的四周均伸出相邻湿法双面极片的层叠区，以及湿法双面极片和干法单面极片的层叠区，从而避免发生短路。
在一个具体实施方式中，如图6所示，隔膜为Z字型隔膜60，单个电芯中仅需要一个隔膜即可将湿法双面极片和干法单面极片，以及相邻湿法双面极片隔开。
在一个具体实施方式中，如图1所示，湿法双面极片组为一个湿法双面正极极片10，在湿法双面极片组(即湿法双面正极极片10)的一侧依次层叠有平面型隔膜20和干法单面负极极片30，得到电芯。
在一个具体实施方式中，如图2所示，湿法双面极片组为一个湿法双面负极极片40，在湿法双面极片组(即湿法双面负极极片40)的一侧依次层叠有平面型隔膜20和干法单面正极极片50，得到电芯。
在一个具体实施方式中，如图3所示，湿法双面极片组包括依次层叠的至少一个湿法双面正极极片10和至少一个湿法双面负极极片40，湿法双面正极极片10和湿法双面负极极片40依次交替层叠设置，所述湿法双面正极极片10和湿法双面负极极片40之间设置有平面型隔膜20，湿法双面极片组的最外侧分别为湿法双面正极极片10和湿法双面负极极片40；在湿法双面极片组的两侧分别层叠有干法单面正极极片50和干法单面负极极片30，其中，干法单面正极极片50与湿法双面极片组端部的湿法双面负极极片40相邻层叠并通过平面型隔膜20间隔开，干法单面负极极片30与湿法双面极片组端部的湿法双面正极极片10相邻层叠并通过平面型隔膜20间隔开。
在一个具体实施方式中，如图4所示，湿法双面极片组包括至少一个湿法双面正极极片10和至少一个湿法双面负极极片40，湿法双面正极极片10和湿法双面负极极片40依次交替层叠设置，所述湿法双面正极极片10和湿法双面负极极片40之间设置有平面型隔膜20，且湿法双面极片组的最外侧均为湿法双面负极极片40；在湿法双面极片组的一侧层叠有干法单面正极极片50并通过平面型隔膜20间隔开。
在一个具体实施方式中，如图5所示，湿法双面极片组包括至少一个湿法双面正极极片10和至少一个湿法双面负极极片40，湿法双面正极极片10和湿法双面负极极片40依次交替层叠设置，且湿法双面极片组的最外侧均为湿法双面正极极片10；在湿法双面极片组的两侧均层叠有干法单面负极极片30，且干法单面负极极片30与湿法双面极片组端部的湿法双面正极极片10之间设置有平面型隔膜20。
在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种电池，电池包括上述一个具体实施方式提供的电芯。
在一个具体实施方式中，电池包括壳体，电芯放置于壳体的内部。
在一个具体实施方式中，壳体内还灌装有电解液。
采用本实用新型提供的电芯制备得到的电池，其重量和体积均较低，从而能够提升电池的能量密度。
在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种电池模组，电池模组包括至少两个上述一个具体实施方式提供的电池。
在一个具体实施方式中，至少两个电池进行串联或并联得到电池模组。
在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种电池包，所述电池包包括至少两个上述一个具体实施方式提供的电池模组。
下面通过实施例来进一步说明本实用新型的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。
在一个具体实施方式中，湿法双面正极极片10的制备：将三元材料、导电剂、聚偏氟乙烯按照95:2:3的质量比与适量甲基吡咯烷酮搅拌均匀制成正极浆料后涂覆在铝箔的正反面，经烘干碾压分切后制成正极极片，极片双面涂层的面密度为46mg/cm2，极片厚度为154μm。
在一个具体实施方式中，湿法双面负极极片40的制备：将人造石墨、导电剂、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)按照95：1：1.7：2.3的质量比与适量去离子水搅拌均匀制成负极浆料，经烘干碾压分切后制成负极极片，极片双面涂层的面密度为27.2mg/cm2，极片厚度为179μm。
在一个具体实施方式中，干法单面正极极片50的制备：将三元材料、导电剂、聚四氟乙烯按照95:2:3的质量比混合均匀，将该粉末混合物挤出压延以形成连续的自支撑干涂层电极膜，再将干涂层电极膜与铝箔压合在一起，形成单面正极极片，该极片粉末材料面密度为23mg/cm2，极片厚度为84μm。
在一个具体实施方式中，干法单面负极极片30的制备：将人造石墨、导电剂、聚四氟乙烯按照95:1.5:2.5的质量比混合均匀，将该粉末混合物挤出压延以形成连续的自支撑干涂层电极膜，再将干涂层电极膜与铜箔压合在一起，形成单面负极极片，该极片粉末材料面密度为13.5mg/cm2，极片厚度为92μm。
实施例1
基于上述具体实施方式，本实施例提供了一种电芯，如图3所示，电芯包括湿法双面极片组以及层叠于湿法双面极片组两侧的干法单面极片，湿法双面极片组包括四个湿法双面极片，相邻湿法双面极片之间，以及湿法双面极片和干法单面极片之间均设置有平面型隔膜20，湿法双面极片组两侧分别为干法单面正极极片50和干法单面负极极片30；
其中，湿法双面极片组包括依次层叠的湿法双面正极极片10、湿法双面负极极片40、湿法双面正极极片10和湿法双面负极极片40，并且干法单面正极极片50与湿法双面极片组端部的湿法双面负极极片40相邻层叠，干法单面负极极片30与湿法双面极片组端部的湿法双面正极极片10相邻层叠。
对比例1
基于上述具体实施方式，本对比例提供了一种电芯，如图7所示，电芯包括依次层叠的湿法双面负极极片40、湿法双面正极极片10、湿法双面负极极片40、湿法双面正极极片10、湿法双面负极极片40和湿法双面正极极片10，相邻湿法双面极片之间均设置有平面型隔膜20。
将实施例1和对比例1所提供的电芯放入壳体内，注电解液并活化后组装成电池，电解液采用1.20mol/L的六氟磷酸锂溶解到碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的重量比为31:46:7.5。
对实施例1和对比例1所提供的电芯组装得到的电池进行电化学性能测试，测试结果见表1。
表1
| 质量能量密度 | 体积能量密度 | |
| 实施例1 | 235.2Wh/kg | 504.5Wh/L |
| 对比例1 | 230.3Wh/kg | 495.1Wh/L |
由表1的数据可得：
采用实施例1提供的电芯组装得到的电池，其能量密度高于采用对比例1提供的电芯组装得到的电池，说明了本实用新型提供的电芯将干法单面极片设置在湿法双面极片组的至少一侧的外表面通过湿法双面极片和干法单面极片的搭配使用，减轻了电芯厚度和质量，进一步提升了能量密度。
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)
1.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括湿法双面极片组以及层叠于所述湿法双面极片组至少一侧的干法单面极片，所述湿法双面极片组包括至少一个湿法双面极片，所述湿法双面极片和所述干法单面极片之间，以及相邻所述湿法双面极片之间均设置有隔膜。
2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述干法单面极片包括第一集流体以及设置于所述第一集流体的一侧的混合粉末层，所述混合粉末层与其相邻的所述隔膜贴合；
所述湿法双面极片包括第二集流体和涂覆于所述第二集流体的两侧的浆料涂层。
3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述湿法双面极片包括湿法双面正极极片或湿法双面负极极片。
4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述干法单面极片包括干法单面正极极片或干法单面负极极片。
5.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述湿法双面极片组的至少一个最外侧为湿法双面负极极片，所述干法单面正极极片与最外侧的所述湿法双面负极极片相邻层叠设置。
6.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述湿法双面极片组的至少一个最外侧为湿法双面正极极片，所述干法单面负极极片与最外侧的所述湿法双面正极极片相邻层叠设置。
7.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述隔膜为平面型隔膜或Z字型隔膜。
8.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-7任一项所述的电芯。
9.一种电池模组，其特征在于，所述电池模组包括至少两个权利要求8所述的电池。
10.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括至少两个权利要求9所述的电池模组。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202223100100.0U CN218939749U (zh) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | 电芯、电池、电池模组和电池包 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202223100100.0U CN218939749U (zh) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | 电芯、电池、电池模组和电池包 |
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Family Applications (1)
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2022
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| GR01 | Patent grant | ||
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