CN219106458U - 一种电芯及软包电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电芯及软包电池，所述电芯包括除正极极耳及负极极耳之外的附加极耳，所述附加极耳包括至少一个附加正极极耳和/或至少一个附加负极极耳，所述附加极耳与至少一个电性相反的极耳之间形成重叠区域，并在所述重叠区域内设置绝缘高分子层，以隔绝重叠区域中电性相反的两个极耳，所述绝缘高分子层熔化滴落后，所述重叠区域中电性相反的两个极耳形成电连接。本实用新型通过对极耳的数量及排布进行重新设计，并搭配绝缘高分子层的使用即可在电芯发生内短路时，将其转换为外短路，从而避免电池升温过快，延缓热失控的速度，有效提高电池安全性。

Description

一种电芯及软包电池

技术领域

本实用新型属于二次电池技术领域，涉及一种电芯及软包电池。

背景技术

二次电池，尤其是锂离子电池因能量密度高、循环寿命长等优势，被广泛应用于消费电子产品、新能源汽车和储能等领域。随着新能源产品的普及，电池的安全性能受到广泛关注，通常的电池的使用或测试过程中，可能会因外力的冲击作用或异物的刺入而导致电池内短路，进而增加起火爆炸的风险，容易造成人身伤害事故；因此，提高电池在上述场景中应用的安全性，是行业内重点关注并亟待解决的问题。

CN114203955A公开了一种电芯和电池，电芯包括极片和相变介质，其中极片包括集流体，集流体包括涂膏区和空箔区，极耳设置在空箔区并朝着集流体的边缘方向延伸凸出于集流体；相变介质位于极耳背离集流体的一侧表面，和/或，相变介质位于集流体背离极耳的一侧表面上；当相变介质受热达到形变温度时，相变介质断开极耳和集流体之间的连接。本实用新型通过在极片上设置相变介质，当电池外短路达到相变介质的形变温度时，相变介质断开极耳和集流体之间的连接，使极耳和集流体呈非连续状态，切断通路，阻止电芯急剧产热，避免电池发生热失控，提升了电池的安全性。

CN108598355A公开了一种二次电池连接片，包括极柱连接段、极耳连接段、外短路连接段、第一折弯段、第二折弯段和过流熔断保护部；所述过流熔断保护部为保险孔、保险腔、易熔条或易熔片结构。当电池短路时，整个电路瞬间产生很大的电流，使得此处首先发生高温熔断，从而起到保护电路的作用。

CN103151489A公开了一种硬壳动力电池，其设置电芯保护架，包括支撑板和安装于支撑板两侧的不导电支架，裸电芯收容于电芯保护架的支撑板和支架共同围成的收容区内，裸电芯和电芯保护架一起装设于导电壳体中，支撑板的主体由导电材料制成，支撑板的导电材料与裸电芯的一极极耳电连接；导电壳体与裸电芯的另一极极耳电连接；支架在与支撑板连接的转角处开设穿槽，导电壳体变形时，将与穿槽处的导电材料接触而使电池短路。该实用新型不在动力电池中额外增加机械装置，而是通过在支架上开设穿槽，使动力电池受压导致壳体变形时，壳体与穿槽处的导电材料接触而实现动力电池外短路，释放出电芯能量并降低自身电压，大大提升了动力电池受到挤压时的安全性。

以上方案都能有效实现电池安全性的提升，但无论是增加温度敏感的相变形变部件，还是对连接片进行多区域及熔断保护的结构设计，或额外增设保护架等装置均较为复杂且成本较高，不利于大规模的生产和应用；因此，尚需要一种简单易行的新的技术方案，在提高有效提高电池安全性的同时，降低成本并适应大规模生产及应用。

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芯及软包电池，所述电芯包括除正极极耳及负极极耳之外的附加极耳，所述附加极耳包括至少一个附加正极极耳和/或至少一个附加负极极耳，所述附加极耳与至少一个电性相反的极耳之间形成重叠区域，并在所述重叠区域内设置绝缘高分子层，以隔绝重叠区域中电性相反的两个极耳，所述绝缘高分子层熔化滴落后，所述重叠区域中电性相反的两个极耳形成电连接。本实用新型通过对极耳的数量及排布进行重新设计，并搭配绝缘高分子层的使用即可在电芯发生内短路时，将其转换为外短路，从而避免电池升温过快，延缓热失控的速度，有效提高电池安全性。

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，所述电芯包括设置有正极极耳的正极极片，设置有负极极耳的负极极片，设置在所述正极极片及所述负极极片之间的隔离膜；所述正极极片上还设置有至少一个附加正极极耳和/或所述负极极片上还设置有至少一个附加负极极耳；

每个所述附加正极极耳与至少一个电性相反的极耳之间形成重叠区域；

每个所述附加负极极耳与至少一个电性相反的极耳之间形成重叠区域；

位于所述重叠区域的两个电性相反的极耳之间设置有绝缘高分子层，所述绝缘高分子层在熔化滴落后，位于所述重叠区域的两个电性相反的极耳之间形成电连接。

本实用新型的目的在于通过设置附加极耳在电芯的正负极之间形成由高温熔化的高分子材料所组成的外短路结构，使得电芯温度升高，面临热失控的风险时，高分子材料受热熔化，从而触发激活外短路结构；由于高分子材料层受热熔化是材料自身特性决定，由此，使得本实用新型的结构简单，且无需设置额外的监控结构，当电池温度升高时，电池温升所释放的热量将绝缘高分子层熔化，此时，位于重叠区域的电性相反的两个极耳之间失去了绝缘高分子层的隔离，进而搭接在一起，形成外短路。当电芯由内短路事故转变为外短路时，会有效避免电池温度升温过高过快，有效减缓了热失控的速度，提高了电芯和电池的安全性。

本实用新型中所述正极极耳及所述负极极耳用于连接外部电路、元件或用电装置，所述附加正极极耳及所述附加负极极耳独立于正极极耳与负极极耳，主要用于形成外短路结构，不进行外部连接。因此，附加正极极耳或附加负极极耳的面积、长度等尺寸参数及位置均可以更加灵活地进行设置，相比于直接对正极极耳或负极极耳进行改造或连接，采用附加正极极耳及所述附加负极极耳更加简单方便，有助于低成本大规模应用。

以下作为本实用新型优选的技术方案，但是不作为本实用新型所提供方案的限制。通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本实用新型的技术目的和有益效果。

作为本实用新型优选的技术方案，所述正极极片上只设置有一个所述附加正极极耳，所述负极极片上不设置所述附加负极极耳，所述附加正极极耳与所述负极极耳之间形成所述重叠区域。

作为本实用新型优选的技术方案，所述负极极片上只设置有一个所述附加负极极耳，所述正极极片上不设置所述附加正极极耳，所述附加负极极耳与所述正极极耳之间形成所述重叠区域。

作为本实用新型优选的技术方案，所述正极极片上只设置有一个所述附加正极极耳，同时所述负极极片上也只设置有一个所述附加负极极耳，所述附加正极极耳与所述附加负极极耳之间形成所述重叠区域。

作为本实用新型优选的技术方案，所述正极极片上设置有n个所述附加正极极耳，n为大于等于2的自然数，所述负极极片上设置有(n-1)个所述附加负极极耳，其中，(n-1)个所述附加正极极耳各自独立地对应一个所述附加负极极耳并形成所述重叠区域，剩余的1个所述附加正极极耳与所述负极极耳形成所述重叠区域。

作为本实用新型优选的技术方案，所述负极极片上设置有m个所述附加负极极耳，m为大于等于2的自然数，所述正极极片上设置有(m-1)个所述附加正极极耳，其中，(m-1)个所述附加负极极耳各自独立地对应一个所述附加正极极耳并形成所述重叠区域，剩余的1个所述附加负极极耳与所述正极极耳形成所述重叠区域。

作为本实用新型优选的技术方案，所述绝缘高分子层的熔点为130～170℃和/或在130～170℃时，所述绝缘高分子层转变为流体，例如130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃或170℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本实用新型所述绝缘高分子层可以根据电池的使用场景进行合理选择，通过选择不同熔点温度的绝缘高分子层以控制外短路结构启用的阈值，以适应不同的应用场景。对于大多数锂电池而言，在内短路导致电芯或电池升温至130～170℃时触发“开关”形成外短路的效果最好，能较好地保证电池系统使用的安全性。

作为本实用新型优选的技术方案，所述绝缘高分子层的厚度为0.5～1.5mm，例如0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm或1.5mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

为了使绝缘高分子层在熔化后能迅速滴落，其厚度不宜过厚，在满足常温使用时有效将重叠区域内电性相反的两个极耳之间进行绝缘的情况下，应尽可能减小其厚度，以便于在绝缘高分子层熔化滴落后，重叠区域内电性相反的两个极耳之间的移动和搭接。

本实用新型所述绝缘高分子层自身带有粘结性，因为可以实现与极耳之间的牢固粘接，所述绝缘高分子层具体可以选择聚偏二氟乙烯层、聚四氟乙烯层、聚丙烯层、聚乙烯层、聚氯乙烯层、ABS树脂层、甲基丙烯酸类树脂层、聚酰胺层、聚酯层、聚缩醛层、SBR层、丙烯酸丁二烯橡胶层或聚丁二烯橡胶层、聚氯丙烯中的任意一种或至少两种上述材料相叠加在一起而形成的复合层。

第二方面，本实用新型提供了一种软包电池，包括软包外壳及位于所述软包外壳内的如第一方面所述的电芯。

作为本实用新型优选的技术方案，所述正极极耳、所述负极极耳、所述附加正极极耳及所述附加负极极耳均位于所述软包外壳的同一侧。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型在电芯中设置附加极耳，在附加极耳与电性相反的极耳之间设置绝缘高分子层，在电芯内短路造成热失控时，绝缘高分子层熔化变为流体并滴落，位于重叠区域的电性相反的两个极耳之间失去了绝缘高分子层的隔离，进而搭接在一起，形成外短路，有效避免电池温度升温过高过快，有效减缓了热失控的速度，提高了电芯和电池的安全性；所述附加正极极耳及所述附加负极极耳主要用于形成外短路结构，不进行外部连接，可以更加灵活地进行设置，有助于降低工艺复杂度及减少成本，便于大规模应用。

附图说明

图1-6分别为本实施例1-6所述电芯的结构示意图；

其中，1-电芯、2-正极极耳、3-负极极耳、4-附加正极极耳、5-附加负极极耳、6-重叠区域。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案、目的和优点更加清楚，下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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。对于电和通信领域而言，可以是有线连接，也可以是无线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以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。

实施例1

本实施例提供了一种电芯及含有所述电芯的软包电池，所述软包电池包括软包外壳，以及位于所述软包外壳内的电芯，所述电芯的结构示意图如图1所示，从图中可以看出，所述电芯1包括设置有正极极耳2的正极极片，设置有负极极耳3的负极极片，设置在所述正极极片及所述负极极片之间的隔离膜；所述正极极片上还设置有一个独立于所述正极极耳2的附加正极极耳4，所述附加正极极耳4与所述负极极耳3之间形成所述重叠区域6；

位于所述重叠区域6的所述附加正极极耳4与所述负极极耳3之间设置有绝缘高分子层，所述绝缘高分子层为聚丙烯层，其熔点为190℃，厚度为0.5mm；

所述软包外壳为铝塑膜，所述软包电池的电芯1中还灌注有电解液；所述正极极耳2、所述负极极耳3及所述附加正极极耳4均位于所述软包外壳的同一侧；

所述绝缘高分子层在熔化滴落后，位于所述重叠区域6的所述附加正极极耳4与所述负极极耳3之间形成电连接，使电芯1及含有电芯1的软包电池形成外短路。

实施例2

本实施例提供了一种电芯及含有所述电芯的软包电池，所述软包电池包括软包外壳，以及位于所述软包外壳内的电芯，所述电芯的结构示意图如图2所示，从图中可以看出，所述电芯1包括设置有正极极耳2的正极极片，设置有负极极耳3的负极极片，设置在所述正极极片及所述负极极片之间的隔离膜；所述负极极片上还设置有一个独立于所述负极极耳3的附加负极极耳5，所述附加负极极耳5与所述正极极耳2之间形成所述重叠区域6；

位于所述重叠区域6的所述附加负极极耳5与所述正极极耳2之间设置有绝缘高分子层，所述绝缘高分子层为聚乙烯层，熔点为110℃，厚度为0.65mm；

所述软包外壳为铝塑膜，所述软包电池的电芯1中还灌注有电解液；所述正极极耳2、所述负极极耳3及所述附加负极极耳5均位于所述软包外壳的同一侧；

所述绝缘高分子层在熔化滴落后，位于所述重叠区域6的所述附加负极极耳5与所述正极极耳2之间形成电连接，使电芯1及含有电芯1的软包电池形成外短路。

实施例3

本实施例提供了一种电芯及含有所述电芯的软包电池，所述软包电池包括软包外壳，以及位于所述软包外壳内的电芯，所述电芯的结构示意图如图3所示，从图中可以看出，所述电芯1包括设置有正极极耳2的正极极片，设置有负极极耳3的负极极片，设置在所述正极极片及所述负极极片之间的隔离膜；所述正极极片上还设置有一个独立于所述正极极耳2的附加正极极耳4，所述负极极片上还设置有一个独立于所述负极极耳3的附加负极极耳5，所述附加正极极耳4与所述附加负极极耳5之间形成所述重叠区域6；

位于所述重叠区域6的所述附加正极极耳4与所述附加负极极耳5之间设置有绝缘高分子层，所述绝缘高分子层为聚偏二氟乙烯层，熔点为160℃，厚度为0.9mm；

所述软包外壳为铝塑膜，所述软包电池的电芯1中还灌注有电解液；所述正极极耳2、所述负极极耳3、所述附加正极极耳4及附加负极极耳5均位于所述软包外壳的同一侧；

所述绝缘高分子层在熔化滴落后，位于所述重叠区域6的所述附加正极极耳4与所述附加负极极耳5之间形成电连接，使电芯1及含有电芯1的软包电池形成外短路。

实施例4

本实施例提供了一种电芯及含有所述电芯的软包电池，所述软包电池包括软包外壳，以及位于所述软包外壳内的电芯，所述电芯的结构示意图如图4所示，从图中可以看出，所述电芯1包括设置有正极极耳2的正极极片，设置有负极极耳3的负极极片，设置在所述正极极片及所述负极极片之间的隔离膜；所述正极极片上还设置有一个独立于所述正极极耳2的附加正极极耳4，所述负极极片上还设置有一个独立于所述负极极耳3的附加负极极耳5，所述附加正极极耳4与所述负极极耳3之间形成所述重叠区域6，所述附加负极极耳5与所述正极极耳2之间形成所述重叠区域6；

所述附加正极极耳4与所述负极极耳3之间的所述重叠区域6设置有绝缘高分子层，所述附加负极极耳5与所述正极极耳2之间所述叠区域6设置有绝缘高分子层，所述绝缘高分子层为ABS树脂层、熔点为170℃，厚度为1.1mm；

所述软包外壳为铝塑膜，所述软包电池的电芯1中还灌注有电解液；所述正极极耳2、所述负极极耳3、所述附加正极极耳4及附加负极极耳5均位于所述软包外壳的同一侧；

所述绝缘高分子层在熔化滴落后，位于所述重叠区域6的所述附加正极极耳4与所述负极极耳3之间形成电连接，位于所述重叠区域6的所述附加负极极耳5与所述正极极耳2之间形成电连接，使电芯1及含有电芯1的软包电池形成外短路。

实施例5

本实施例提供了一种电芯及含有所述电芯的软包电池，所述软包电池包括软包外壳，以及位于所述软包外壳内的电芯，所述电芯的结构示意图如图6所示，从图中可以看出，所述电芯1包括设置有正极极耳2的正极极片，设置有负极极耳3的负极极片，设置在所述正极极片及所述负极极片之间的隔离膜；所述正极极片上还设置有一个独立于所述正极极耳2的附加正极极耳4，所述负极极片上还设置有一个独立于所述负极极耳3的附加负极极耳5，所述附加正极极耳4与所述附加负极极耳5的一端形成所述重叠区域6，所述附加负极极耳5的另一端与所述正极极耳2之间形成所述重叠区域6，所述正极极耳2与所述附加正极极耳4之间无直接接触。

所述附加正极极耳4与所述附加负极极耳5之间的所述重叠区域6设置有绝缘高分子层，所述附加负极极耳5与所述正极极耳2之间所述叠区域6设置有绝缘高分子层，所述绝缘高分子层为聚丁二烯橡胶层，熔点为130℃，厚度为1.3mm；

所述软包外壳为铝塑膜，所述软包电池的电芯1中还灌注有电解液；所述正极极耳2、所述负极极耳3、所述附加正极极耳4及附加负极极耳5均位于所述软包外壳的同一侧；

所述绝缘高分子层在熔化滴落后，位于所述重叠区域6的所述附加正极极耳4与所述附加负极极耳5的一端形成电连接，位于所述重叠区域6的所述附加负极极耳5的另一端与所述正极极耳2之间形成电连接，使电芯1及含有电芯1的软包电池形成外短路。

实施例6

本实施例提供了一种电芯及含有所述电芯的软包电池，所述软包电池包括软包外壳，以及位于所述软包外壳内的电芯，所述电芯的结构示意图如图6所示，从图中可以看出，所述电芯1包括设置有正极极耳2的正极极片，设置有负极极耳3的负极极片，设置在所述正极极片及所述负极极片之间的隔离膜；

所述正极极片上还设置有三个独立于所述正极极耳2的附加正极极耳4，所述负极极片上还设置有两个独立于所述负极极耳3的附加负极极耳5；

其中一个所述附加正极极耳4与所述负极极耳3之间形成所述重叠区域6，且该重叠区域6设置有绝缘高分子层；

其余两个所述附加正极极耳4分别独立地与两个所述附加负极极耳5之间形成所述重叠区域6，且该重叠区域6设置有绝缘高分子层；

所述绝缘高分子层为聚氯丙烯层，熔点为170℃，厚度为1.5mm；

所述软包外壳为铝塑膜，所述软包电池的电芯1中还灌注有电解液；所述正极极耳2、所述负极极耳3、所述附加正极极耳4及附加负极极耳5均位于所述软包外壳的同一侧；

所述绝缘高分子层在熔化滴落后，位于所述重叠区域6的所述附加正极极耳4与所述负极极耳3之间形成电连接，位于所述重叠区域6的所述附加正极极耳4与所述附加负极极耳5之间形成电连接，使电芯1及含有电芯1的软包电池形成外短路。

在所述加热试验中，实施例1-6所得电池在热失控实验过程中，即使达到电池的热失控温度，通过外短路结构进行自放电，依然能稳定运行一段时间，使得热失控温度提高，提高了电池的安全性。由以上可以看出，本实用新型通过对极耳的数量及排布进行重新设计，并搭配绝缘高分子层的使用而构建外短路结构，可在电芯发生内短路时，将其转换为外短路，从而避免电池升温过快，延缓热失控的速度，有效提高电池安全性；同时，由于设置了额外的嫁接外短路结构的正负极耳，使得外短路结构的适用性更强。

本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构特征，但本实用新型并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括设置有正极极耳的正极极片，设置有负极极耳的负极极片，设置在所述正极极片及所述负极极片之间的隔离膜；所述正极极片上还设置有至少一个附加正极极耳和/或所述负极极片上还设置有至少一个附加负极极耳；

每个所述附加正极极耳与至少一个电性相反的极耳之间形成重叠区域；

每个所述附加负极极耳与至少一个电性相反的极耳之间形成重叠区域；

位于所述重叠区域的两个电性相反的极耳之间设置有绝缘高分子层，所述绝缘高分子层在熔化滴落后，位于所述重叠区域的两个电性相反的极耳之间形成电连接。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极极片上只设置有一个所述附加正极极耳，所述负极极片上不设置所述附加负极极耳，所述附加正极极耳与所述负极极耳之间形成所述重叠区域。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述负极极片上只设置有一个所述附加负极极耳，所述正极极片上不设置所述附加正极极耳，所述附加负极极耳与所述正极极耳之间形成所述重叠区域。

4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极极片上只设置有一个所述附加正极极耳，同时所述负极极片上也只设置有一个所述附加负极极耳，所述附加正极极耳与所述附加负极极耳之间形成所述重叠区域。

5.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极极片上设置有n个所述附加正极极耳，n为大于等于2的自然数，所述负极极片上设置有n-1个所述附加负极极耳，其中，n-1个所述附加正极极耳各自独立地对应一个所述附加负极极耳并形成所述重叠区域，剩余的1个所述附加正极极耳与所述负极极耳形成所述重叠区域。

6.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述负极极片上设置有m个所述附加负极极耳，m为大于等于2的自然数，所述正极极片上设置有m-1个所述附加正极极耳，其中，m-1个所述附加负极极耳各自独立地对应一个所述附加正极极耳并形成所述重叠区域，剩余的1个所述附加负极极耳与所述正极极耳形成所述重叠区域。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的电芯，其特征在于，所述绝缘高分子层的熔点为130～170℃和/或在130～170℃时，所述绝缘高分子层转变为流体。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的电芯，其特征在于，所述绝缘高分子层的厚度为0.5～1.5mm。

9.一种软包电池，其特征在于，包括软包外壳及位于所述软包外壳内的如权利要求1-8任意一项所述的电芯。

10.根据权利要求9所述的软包电池，其特征在于，所述正极极耳、所述负极极耳、所述附加正极极耳及所述附加负极极耳均位于所述软包外壳的同一侧。

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