CN219203192U - 一种电极组件及卷芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电极组件及卷芯，涉及电池技术领域，该装置包括：第一极片单元，其包括一个设置在内层隔膜长度方向上一端部的负极片；多个第二极片单元，第二极片单元包括一对在内层隔膜沿厚度方向两侧对应设置的负极片和正极片，第一极片单元和多个第二极片单元沿内层隔膜的长度方向间隔设置，且第一极片单元和与第一极片单元相邻的一个第二极片单元之间的间隙距离以及两个相邻的第二极片单元之间的间隙距离沿着远离第一极片单元的方向逐渐增大；本实用新型中第一极片单元和多个第二极片单元间隔设置，使得极片分段间隔设置，使得极片在卷芯拐角区域的面积减少，从而缓解正负极片受压力而发生断裂的情况得同时，也提高了极片体积利用率。

Description

一种电极组件及卷芯

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种电极组件及卷芯。

背景技术

二次电池以其工作电压高、能量密度高、无记忆效应及环境友好等优点受到科研界和产业界的瞩目，目前二次电池被广泛应用于手机、笔记本电脑、平板电脑、数码相机等便携式电子设备中。随着二次电池在汽车、储能产业领域的应用，电池技术又是关乎其可持续发展的一项重要因素。

现有的二次电池包含卷叠电芯和外壳，卷叠电芯由正极片、负极片及内置于正负极片间的隔膜组成。卷叠电芯一般由正极片和负极片卷绕而成。然而，电极组件在层层卷绕成卷芯后，不可避免会形成具有大面区域以及拐角区域的弧形结构。且在卷叠过程中极片会在拐角区域形成一定角度的弯折。而在电极组件卷叠完成后，工作人员需要对卷芯进行热压，热压过程中极片会受到巨大的压力，从而造成极片的弯折部分(尤其是内圈的极片)容易发生断裂，进而发生析锂现象。

实用新型内容

针对现有技术中卷叠式的电芯的正、负极片在其绕卷的拐角处容易发生断裂而产生析锂等现象发生的情况，本实用新型提供一种电极组件，其包括：第一极片单元、多个第二极片单元、内层隔膜和外层隔膜；其中，

第一极片单元，其包括一个设置在内层隔膜长度方向上一端部的负极片；

多个第二极片单元，所述第二极片单元包括一对在所述内层隔膜沿厚度方向两侧对应设置的负极片和正极片，所述第一极片单元和多个所述第二极片单元沿所述内层隔膜的长度方向间隔设置，且所述第一极片单元和与所述第一极片单元相邻的一个所述第二极片单元之间的间隙距离以及两个相邻的所述第二极片单元之间的间隙距离沿着远离所述第一极片单元的方向逐渐增大；

外层隔膜，所述外层隔膜设置在多个所述负极片远离内层隔膜的一侧上。

一些实施例中，在所述内层隔膜的宽度方向上，所述第二极片单元中的所述负极片的尺寸大于所述正极片的尺寸；且在所述内层隔膜的长度方向上，所述第二极片单元中的所述负极片的尺寸大于所述正极片的尺寸。

一些实施例中，所述内层隔膜宽度方向的两侧与所述外层隔膜宽度方向的两侧粘紧设置。

一些实施例中，所述负极片通过粘胶层固定于所述内层隔膜和外层隔膜之间。

一些实施例中，所述正极片通过所述粘胶层固定于所述内层隔膜的远离所述负极片的一侧上。

一些实施例中，所述粘胶层的材质包括丙烯酸、聚烯烃类物质中的至少一种。

一些实施例中，所述粘胶层设置于所述负极片或正极片沿所述内层隔膜的宽度方向上两侧的边缘处。

一些实施例中，内层隔膜的宽度方向上的任意一侧的所述粘胶层的尺寸在0.1-5mm之间。

一些实施例中，内层隔膜的宽度方向上的任意一侧的所述粘胶层的尺寸为1mm。

另一方面，本申请提供一种上述的电极组件卷绕成型的卷芯，所述卷芯呈一具有大面区域和拐角区域的弧形结构；

所述第一极片单元中的负极片位于所述卷芯的最内圈，且所有的所述正极片和所有所述负极片均设置在所述卷芯的大面区域处，所述拐角区域仅设有所述内层隔膜和所述外层隔膜。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型中第一极片单元和多个第二极片单元间隔设置，使得极片分段间隔设置，使得极片在卷芯拐角区域的面积减少，从而使得正负极片在热压阶段发生断裂的情况得到缓解的同时，也提高了极片体积利用率。

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，对于本领域普通技术人员来讲，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为本实用新型实施例中电极组件的主视图；

图2为本实用新型实施例中电极组件的俯视图；

图3为本实用新型实施例中卷芯的结构示意图；

图4为本实用新型一种实施例中电极组件的负极片的示意图。

图中：A、第一极片单元；B、第二极片单元；1、负极片；21、内层隔膜；22、外层隔膜；3、正极片；41、大面区域；42、拐角区域；5、粘胶层。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。为了解决相关技术中卷叠式电芯的极片容易发生断裂进而引起析锂的问题，如图1和图2所示，本申请提供一种电极组件，其包括：一个第一极片单元A和多个第二极片单元B；其中，

第一极片单元A，其包括一个设置在内层隔膜21沿长度方向一端部的负极片1；多个第二极片单元B，所述第二极片单元B包括一对在所述内层隔膜21沿厚度方向两侧对应设置的负极片1和正极片3，第一极片单元A、多个所述第二极片单元B沿所述内层隔膜21的长度方向(即图2中的L方向)间隔设置，且第一极片单元A和与第一极片单元A相邻的第二极片单元B之间的间隙距离以及相邻的两个所述第二极片单元B之间的间隙距离沿着远离所述第一极片单元A的方向逐渐增大。

所述电极组件还包括设置在多个所述负极片1远离内层隔膜21的一侧上的外层隔膜22。

可以理解的是，如图2所示，W方向为内层隔膜21的宽度方向，而L方向为内层隔膜21的长度方向；负极片1远离内层隔膜21的一侧指的是沿内层隔膜21的厚度方向，负极片1远离内层隔膜21的一侧。

可以理解的是，如图1所示，所述电极组件以位于第一极片单元A处的一端为卷绕的起始端进行卷绕。卷绕前相邻的所述负极片1之间的间隔距离沿着远离卷绕起始端的方向逐渐增大，以此满足卷绕后卷芯的内圈拐角区域尺寸到最外圈拐角区域尺寸的变化。同样，卷绕前相邻的正极片3之间的间隔距离沿着远离卷绕起始端的方向逐渐增大，以此满足卷绕后卷芯的内圈拐角区域尺寸到最外圈拐角区域尺寸的变化；从而使得所有所述正极片3和所有所述负极片1均设置在所述卷芯的大面区域处。

进一步的，在内层隔膜21的宽度方向上，所述第二极片单元B中的所述负极片1的尺寸大于所述正极片3的尺寸；且在内层隔膜21的长度方向上，所述第二极片单元B中的所述负极片1的尺寸大于所述正极片3的尺寸。

具体地，所述内层隔膜21宽度方向的两侧和外层隔膜22宽度方向的两侧粘紧设置。所述负极片1通过粘胶层5固定于所述内层隔膜21和外层隔膜22之间。所述正极片3通过所述粘胶层5固定于所述内层隔膜21远离所述负极片1的一侧上。

值得说明的是，所述粘胶层5的材质包括丙烯酸、聚烯烃类物质中的至少一种。上述材料制成的粘胶层5可实现负极片1被粘附在内层隔膜21和外层隔膜22之间；上述材料制成的粘胶层5也可实现将正极片3粘附在内层隔膜21远离所述负极片1的一侧上。且并不与电解液反应，对极片无害。

可以理解的是，本申请正、负极片通过粘胶层5粘附在隔膜上，且使隔膜在宽度方向两侧均超出负极片1以保证电芯结构稳定，且一定程度缓解了负极片1因充放电过程的膨胀引起的隔膜褶皱。

一些实施例中，内层隔膜21的宽度方向上的任意一侧的所述粘胶层5的尺寸在0.1-5mm之间。优选地，内层隔膜21的宽度方向上的任意一侧的所述粘胶层5的尺寸为1mm。

另一方面，如图1和图3所示，本申请还提供了一种由上述电极组件可经卷绕形成卷芯。且该卷芯呈一具有大面区域41和拐角区域42的弧形结构。所述第一极片单元A中的负极片1位于卷芯的最内圈，所有所述正极片3和所有所述负极片1均设置在所述卷芯的大面区域41处；所述拐角区域42仅由内层隔膜21和外层隔膜22组成。

本申请中，第一极片单元A处的电极组件位于卷芯的最内圈的意思是，电极组件在卷绕时，电极组件以位于第一极片单元A处的一端为卷绕的起始端进行卷绕，以此形成的第一极片单元A中的负极片1恰好位于卷芯的最内圈。且所述第一极片单元A处的电极组件便与多个所述第二极片单元B处的电极组件层叠设置。由此实现，所有所述正极片3和所有所述负极片1均设置在所述卷芯的大面区域41处。

可以理解的是，电极组件在进行卷叠时，如图1中的箭头方向，电极组件以位于第一极片单元A处的一端为卷绕的起始端进行卷绕，使得第一极片单元A处的电极组件和与之相邻的所述第二极片单元B处的电极组件先发生卷叠，相互叠置的第一极片单元A处的电极组件和一个第二极片单元B处的电极组件再按相同方向向相邻的第二极片单元B处的电极组件卷叠、依次类推逐渐形成使用状态的弧形卷芯结构。

值得说明的是，现有设计中，卷叠形成的电芯在层层卷绕成型后，不可避免会形成具有大面区域以及拐角区域的电芯结构。而极片为整体结构在拐角区域弯折往往难以按卷绕方向设置，使得正、负极片在拐角处的体积利用率远远小于在大面区域处的体积利用率。而且随着卷绕层数增加，拐角区域的极片及其上涂敷的主材会越来越厚，当卷芯机构在进行热压步骤时卷芯会受到极大的压力。此时卷芯的拐角区域的极片由于成弯折形状极容易受压力而发生断裂，而极片一旦发生断裂极易使电芯发生析锂现象。因此，本申请中对正极片3和负极片1的箔材进行分段式处理，并将极片之间的间隔区域与电芯成型的拐角区域42位置对应。如此一来，极片只会设置在卷芯的大面区域41。极片材料的体积使用率得到大大提高。而且，由于拐角处没有设置极片，正极片3和负极片1也不会因为受压而发生断裂的现象。

具体地，本申请还提供一种卷芯的制作方法，其包括：

S1.对正极片原片和负极片原片分别进行等长裁切，形成多个负极片1和多个正极片3，并在每个负极片1和每个正极片3的宽度方向(图2中的W方向)两侧边缘处设置粘胶层5(如图4所示)；(裁切和设置粘胶层5步骤可根据工艺需求转换制作顺序)。其中正极片3在面向内层隔膜21的一侧涂胶，负极片1双面涂胶。

具体地，粘胶层5的涂敷宽度(涂敷宽度为图2中的W方向)为0.1-5mm，优选1mm。

S2.将S1处理的正极片3粘接在对应的内层隔膜21的一侧的表面上；将负极片1分别粘接在对应的内层隔膜21的另一侧的表面上以及外层隔膜22上，且另多个正极片3和负极片1间隔设置，其中如图1所示，负极片1数量应比正极片3数量多一个。

值得说明的是，在粘接时，对于同一个正极片电极结构，多个正极片3间隔逐渐增大。对于同一个负极片电极结构，多个负极片1间隔逐渐增大。且每个正极片3与一个负极片1为对应关系，负极片1设置面积应大于正极片3以使电极组件卷叠后，负极片1能够覆盖正极片3。

S3.得到负极片电极结构和正极片电极结构后，可以开始绕卷以形成卷芯结构。

具体地，首个负极片1对应正极片电极结构位置无正极片3，卷绕后，首个负极片1会覆盖在首个正极片3上，以实现极片活性物质区域的有效利用(如果最内圈由两个正极片或者负极片相对，则该部分就无法正常工作)；

S4.卷绕完成后得到卷芯，如图3所示，按照间隔规律，有极片位置被卷到卷芯大面区域41，无极片位置被卷到卷芯拐角区域；拐角位置只存在内层隔膜21和外层隔膜22以使卷芯在拐角区域变薄。

另一方面，本申请提供一种二次电池，其包括：上述任意一种电极组件形成的卷芯的实施例。

综上所述，本实用新型中第一极片单元A和多个第二极片单元B间隔设置，使得极片分段间隔设置，使得极片在卷芯拐角区域的面积减少，从而缓解正负极片受压力而发生断裂的情况，也提高了极片体积利用率。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电极组件，其特征在于，包括：

第一极片单元(A)，其包括一个设置在内层隔膜(21)长度方向上一端部的负极片(1)；

多个第二极片单元(B)，所述第二极片单元(B)包括一对在所述内层隔膜(21)沿厚度方向两侧对应设置的负极片(1)和正极片(3)，所述第一极片单元(A)和多个所述第二极片单元(B)沿所述内层隔膜(21)的长度方向间隔设置，且所述第一极片单元(A)和与所述第一极片单元(A)相邻的一个所述第二极片单元(B)之间的间隙距离以及两个相邻的所述第二极片单元(B)之间的间隙距离沿着远离所述第一极片单元(A)的方向逐渐增大；

外层隔膜(22)，所述外层隔膜(22)设置在多个所述负极片(1)远离内层隔膜(21)的一侧上。

2.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于：在所述内层隔膜(21)的宽度方向上，所述第二极片单元(B)中的所述负极片(1)的尺寸大于所述正极片(3)的尺寸；且在所述内层隔膜(21)的长度方向上，所述第二极片单元(B)中的所述负极片(1)的尺寸大于所述正极片(3)的尺寸。

3.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于：所述内层隔膜(21)宽度方向的两侧与所述外层隔膜(22)宽度方向的两侧粘紧设置。

4.如权利要求3所述的电极组件，其特征在于：所述负极片(1)通过粘胶层(5)固定于所述内层隔膜(21)和外层隔膜(22)之间。

5.如权利要求4所述的电极组件，其特征在于：所述正极片(3)通过所述粘胶层(5)固定于所述内层隔膜(21)的远离所述负极片(1)的一侧上。

6.如权利要求5所述的电极组件，其特征在于：所述粘胶层(5)的材质为丙烯酸或聚烯烃类物质。

7.如权利要求5所述的电极组件，其特征在于：所述粘胶层(5)设置于所述负极片(1)或正极片(3)沿所述内层隔膜(21)的宽度方向上两侧的边缘处。

8.如权利要求7所述的电极组件，其特征在于：所述内层隔膜(21)的宽度方向上的任意一侧的所述粘胶层(5)的尺寸在0.1-5mm之间。

9.如权利要求8所述的电极组件，其特征在于：所述内层隔膜(21)的宽度方向上的任意一侧的所述粘胶层(5)的尺寸为1mm。

10.一种如权利要求1所述的电极组件卷绕成型的卷芯，其特征在于：所述卷芯呈一具有大面区域(41)和拐角区域(42)的弧形结构；

所述第一极片单元(A)中的负极片(1)位于所述卷芯的最内圈，且所有的所述正极片(3)和所有所述负极片(1)均设置在所述卷芯的大面区域(41)处，所述拐角区域(42)仅设有所述内层隔膜(21)和所述外层隔膜(22)。

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