CN219393471U - 一种电极组件及电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电极组件，包括卷芯、支撑体和导热片，卷芯包括正极极片层、第一隔离膜和负极极片层；支撑体由第二隔离膜制成；导热片与支撑体共同设置于卷芯的中心位置。本实用新型能够改善卷芯内层极片拐角处应力过大导致拐角处极片掉粉、断片甚至析锂的问题，同时能够存储电解液，并且改善卷芯内部散热、缓冲负极脱嵌锂体积膨胀应力的问题，进一步改善电池的使用寿命。

Description

一种电极组件及电池

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其是指一种电极组件及电池。

背景技术

锂离子电池具有无污染、循环寿命长、无记忆效应等优点，已被广泛用于笔记本、智能手机、电动工具等便携式电子产品。随着电动汽车的发展，锂离子电池已作为车用动力电池广泛使用，消费者对电动汽车续航里程有更高需求，因此迫切需要更高能量密度的动力锂离子电池。

随着能量密度追求越来越高，提高正极片压实密度成为提高电池容量和能量密度的最常用方式，但是高压实密度会导致极片硬脆。对于卷绕结构电芯而言，其内层前几圈极片拐角处的曲率很大(曲率半径小)，同时卷绕后会进行热压整形，整形过程会给卷芯大面施加一个压力，会增大电芯拐角处应力，容易导致拐角处极片出现掉粉、破片、断片等问题，从而进一步导致电池拐角位置析锂风险增加、内阻增加、容量降低、甚至引起内短路等安全风险。并且对于卷绕结构电芯而言，卷芯内部的热量很难及时的散发出去，容易导致卷芯内部温度过高，从而进一步导致电池循环性能降低。

因此，如何改善卷芯拐角极片掉粉、破片、断片以及卷芯内部温度过高的问题，从而提高动力锂离子电池安全性及使用寿命，已成为目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的卷芯拐角极片掉粉、破片、断片以及卷芯内部温度过高的技术缺陷。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种电极组件，包括:

卷芯，其包括正极极片层、第一隔离膜和负极极片层；

支撑体，其由第二隔离膜制成；

导热片，其与所述支撑体共同设置于所述卷芯的中心位置。

在本实用新型的一个实施例中，所述支撑体的厚度为0.05-2mm。

在本实用新型的一个实施例中，所述支撑体由第二隔离膜卷绕而成，其中所述支撑体具有多层平直部；所述导热片设置在相邻两层平直部之间。

在本实用新型的一个实施例中，所述支撑体由第二隔离膜连续Z形折叠而成，其中所述支撑体具有多个折叠槽；所述导热片设置在所述折叠槽内。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二隔离膜与所述导热片层叠并一起卷绕设置，其中所述导热片位于所述第二隔离膜内侧。

在本实用新型的一个实施例中，所述导热片与所述第二隔离膜层叠并一起以连续Z形折叠的方式设置，其中所述导热片位于所述第二隔离膜内侧。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二隔离膜与所述卷芯的第一隔离膜一体成型。

在本实用新型的一个实施例中，所述导热片的至少一个表面上设置有沿所述导热片长度方向设置的多个条状凹槽，所述条状凹槽的两端分别沿所述导热片宽度方向延伸并贯穿所述导热片。

在本实用新型的一个实施例中，所述导热片具有沿所述导热片宽度方向相对设置的两个端部，所述端部设置有热传导连接部。

此外，本实用新型还提供一种电池，包括如上述所述的一种电极组件，所述电极组件设置于所述壳体内，所述导热片的热传导连接部与所述壳体接触。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本实用新型所述的一种电极组件及电池，其通过在卷芯的中间位置设置支撑体，能够有效增大极片在卷绕卷芯拐角位置的曲率半径，改善卷绕卷芯拐角处极片应力过大问题，从而改善拐角处极片掉粉、破片、断片问题，能有效防止循环过程中的拐角处析锂；

2、本实用新型所述的一种电极组件及电池，其设置于卷芯中间位置的支撑体由第二隔离膜制成，通过第二隔离膜能够存储电解液，在电池内电解液消耗到一定程度时，可以将存储在第二隔离膜中的电解液释放出来，从而提高电池循环性能；

3、本实用新型所述的一种电极组件及电池，其在卷芯的中间位置设置导热片，能够通过导热片将卷芯内部的热量传到壳体，进而能够及时将卷芯内部的热量散发出去，使得卷芯内部温度一致性增加，有利于提高电池循环性能。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型提出的一种电极组件的结构示意图。

图2是本实用新型提出的第二隔离膜与导热片卷绕形成叠片式结构的一个实施例示意图。

图3是本实用新型提出的第二隔离膜与导热片卷绕形成叠片式结构的另一个实施例示意图。

图4是本实用新型提出的第二隔离膜与导热片折叠形成叠片式结构的一个实施例示意图。

图5是本实用新型提出的第二隔离膜与导热片折叠形成叠片式结构的另一个实施例示意图。

图6是本实用新型提出的导热片的结构示意图。

图7是本实用新型第二隔离膜与导热片形成吸液通道的结构示意图。

说明书附图标记说明：11、负极极片层；12、第一隔离膜；13、正极极片层；2、第二隔离膜；3、导热片；31、凸部；32、凹槽；4、吸液通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

本实用新型提供一种电极组件及电池，其通过在卷芯的中间位置设置支撑体，能够有效增大极片在卷绕卷芯拐角位置的曲率半径，改善卷绕卷芯拐角处极片应力过大问题，从而改善拐角处极片掉粉、破片、断片问题，能有效防止循环过程中的拐角处析锂。同时支撑体由第二隔离膜制成，通过第二隔离膜能够存储电解液，在电池内电解液消耗到一定程度时，可以将存储在第二隔离膜中的电解液释放出来，从而提高电池循环性能。并且在卷芯的中间位置设置导热片3，能够通过导热片3将卷芯内部的热量传到壳体，进而能够及时将卷芯内部的热量散发出去，使得卷芯内部温度一致性增加，有利于提高电池循环性能。

以下实施例为了方便说明，以本实用新型一实施例的一种电池为例进行说明。

电池包括壳体、端盖、电极组件以及其他的功能性部件。端盖是指盖合于壳体的开口处以将电池的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，端盖的形状可以与壳体的形状相适应以配合壳体。可选地，端盖可以由具有一定硬度和强度的材质(如铝合金)制成，这样，端盖在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。端盖上可以设置有如电极端子等的功能性部件。电极端子可以用于与电极组件电连接，以用于输出或输入电池的电能。在一些实施例中，端盖上还可以设置有用于在电池的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。在一些实施例中，在端盖的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体内的电连接部件与端盖，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。

壳体是用于配合端盖以形成电池的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电极组件、电解液以及其他部件。壳体和端盖可以是独立的部件，可以于壳体上设置开口，通过在开口处使端盖盖合开口以形成电池的内部环境。不限地，也可以使端盖和壳体一体化，具体地，端盖和壳体可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体的内部时，再使端盖盖合壳体。具体地，壳体的形状可以根据电极组件的具体形状和尺寸大小来确定。壳体的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。

电极组件是电池中发生电化学反应的部件。壳体内可以包含一个或更多个电极组件。电极组件主要由负极极片层11、第一隔离膜12和正极极片层13卷绕或层叠放置形成。正极片层和负极片层具有活性物质的部分构成电极组件的主体部，正极片层和负极片层不具有活性物质的部分各自构成极耳。正极极耳和负极极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。

在电极组件形成过程中，当负极极片层11、第一隔离膜12和正极极片层13完成卷绕后，需要向电极组件内注入电解液，卷绕后的电极组件充分吸收注入的电解液，使电极组件与电解液能够充分的混合。在电池的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳连接电极端子以形成电流回路。

参照图1所示，本实用新型提出了一种电极组件，其结构包括卷芯和支撑体，卷芯包括负极极片层11、正极极片层13以及位于负极极片层11和正极极片层13之间的第一隔离膜12，负极极片层11、第一隔离膜12、正极极片层13和第一隔离膜12依次层叠后卷绕成卷芯，以使得卷芯的最外卷绕层为第一隔离膜12，最内卷绕层为负极极片层11；在卷芯的中间位置设置支撑体，如此能够有效增大极片在卷绕卷芯拐角位置的曲率半径，改善卷绕卷芯拐角处极片应力过大问题，从而改善拐角处极片掉粉、破片、断片问题，能有效防止循环过程中的拐角处析锂。

在一些实施例中，支撑体由第二隔离膜2制成，通过第二隔离膜2能够存储电解液，在电池内电解液消耗到一定程度时，可以将存储在第二隔离膜2中的电解液释放出来，从而提高电池循环性能；这里关于支撑体可以是由第二隔离膜卷绕而成，也可以是由第二隔离膜连续Z形折叠而成。

在一些实施例中，第二隔离膜2与卷芯的第一隔离膜12一体成型，也就是说第二隔离膜2和第一隔离膜12是同一卷隔离膜，第二隔离膜2作为第一隔离膜12上用于预卷为支撑体的预卷段。在卷绕制作卷芯之前，需要预先卷绕或者折叠第二隔离膜2制成支撑体，然后负极极片层11、与第二隔离膜2一体的第一隔离膜12、正极极片层13以及第一隔离膜12一起卷绕。

当然了，第二隔离膜2和卷芯的第一隔离膜12还可以是分体设置的，也就是第二隔离膜2和第一隔离膜12是两个独立的隔离膜。在卷绕制作卷芯之前，需要先卷绕或者折叠制成支撑体，然后将支撑体作为芯子，与负极极片层11、第一隔离膜12、正极极片层13以及第一隔离膜12一起卷绕。

关于上述支撑体除了采用卷绕的方式和折叠的方式制成支撑体外，本实用新型不以此为限制，即只要在卷芯的中心位置设置具有一定厚度的支撑体即可。

上述支撑体卷绕的圈数或者是折叠的次数由卷芯内部所需的支撑体的厚度决定，其中支撑体的厚度由极片柔韧性设定，柔韧性越差的极片需要厚度较大的支撑体。作为优选地，支撑体的厚度为0.05-2mm。

考虑到卷芯内部不易散热的问题，本实用新型提出的一种电极组件还包括导热片3，导热片3与支撑体共同设置于卷芯的中心位置，能够通过导热片3将卷芯内部的热量传到壳体，进而能够及时将卷芯内部的热量散发出去，使得卷芯内部温度一致性增加，有利于提高电池循环性能。

在一些实施例中，上述导热片3具有形变弹性。作为优选地，导热片3可以采用硅胶材质，硅胶材质的导热片3具有一定的形变弹性，能够缓解锂离子电池负极脱嵌锂产生的体积变化应力，有利于提高电池循环性能。

关于将导热片3设置在支撑体中连接方式有多种，在一些实施例中，导热片3设置于支撑体的中心位置，即在卷芯的中间位置设置导热片3，能够通过导热片3将卷芯内部的热量传到壳体，进而能够及时将卷芯内部的热量散发出去，使得卷芯内部温度一致性增加，有利于提高电池循环性能。

在一些实施例中，用于制成支撑体的第二隔离膜2与导热片3可以采用层叠式卷绕或者层叠式折叠的方法设置在一起，当然还可以采用除了层叠式卷绕和层叠式折叠以外的方式，本实用新型不以此为限制。

作为示例地，第二隔离膜2与导热片3采用层叠式卷绕的方式构成的叠片式结构可以参照图2所示。在图2中，第二隔离膜2与导热片3层叠放置后一起卷绕构成叠片式结构，其中导热片3位于第二隔离膜2内侧。

作为示例地，第二隔离膜2与导热片3采用层叠式折叠的方式构成的叠片式结构可以参照图4。在图4中，第二隔离膜2与导热片3层叠放置后一起以连续Z形折叠的方式构成叠片式结构，其中导热片3位于第二隔离膜2内侧。

在一些实施例中，参加图3，支撑体由第二隔离膜2卷绕而成，其中支撑体具有多层平直部；导热片3设置在相邻两层平直部之间，这里关于导热片3设置的片数不限，可以是一片或两片或三片，也可以是每相邻两层平直部之间均设置导热片3。

在一些实施例中，参加图5，支撑体由第二隔离膜2连续Z形折叠而成，其中支撑体具有多个折叠槽；导热片3设置在折叠槽内，这里关于导热片3设置的片数不限，可以是一片或两片或三片，也可以是每个折叠槽内均设置导热片3。

在一些实施例中，请参照图6和图7所示，导热片3的至少一个表面上设置有沿导热片32长度方向设置的多个条状凹槽32，即相邻两个条状凹槽32之间形成凸部31；条状凹槽32的两端分别沿导热片3宽度方向延伸并贯穿导热片3，这里导热片3的宽度方向与壳体的高度方向一致。卷芯在经过热压定型后，导热片3表面的凸部31与第二隔离膜2接触，导热片3上的凹槽32与第二隔离膜2构成吸液通道4。在壳体内注入电解液时，吸液通道4内可以存储一定电解液，这样在电池内电解液消耗到一定程度时，可以将存储在支撑体内的电解液释放出来，从而提高电池循环性能。

此外，导热片3具有沿导热片3宽度方向相对设置的两个端部，端部设置有热传导连接部，当电极组件设置于壳体内时，导热片3的热传导连接部与壳体接触。作为优选地，导热片3厚度可以为0.2-0.5mm，导热片3的热传导连接部在卷芯底部突出0.5-3mm，使得卷芯入壳体后底部突出的热传导连接部能够穿过设置于壳体内的底托板厚与壳体相接触，使得卷芯内部热量通过导热片3、壳体这一路径快速散热出去，如此能够通过导热片3将卷芯内部的热量传到壳体，进而能够及时将卷芯内部的热量散发出去，使得卷芯内部温度一致性增加，有利于提高电池循环性能。

综上，本实用新型能够改善卷芯内层极片拐角处应力过大导致拐角处极片掉粉、断片甚至析锂的问题，同时能够存储电解液，并且改善卷芯内部散热、缓冲负极脱嵌锂体积膨胀应力的问题，进一步改善电池的使用寿命。

下面以四个实施例的测试结果为例对本实用新型所带来的效果进行说明。

实施例一：

负极极片层11的制作：将正极活性材料磷酸铁锂(LiFePO4)、导电炭黑和聚偏氟乙烯按照94:2:4的质量百分比加入N-甲基吡咯烷酮中，搅拌成正极浆料，然后将正极浆料均匀涂覆于16μm铝箔上并烘干，辊压密度为2.65g/cm3，有效膜宽96mm。其中，正极片的一侧留有10mm宽的空白铝箔，为防止空白铝箔与负极片接触短路，在空白铝箔靠近膜区边缘贴绝缘胶(绝缘胶与膜区边缘重叠0-1mm)。

正极极片层13的制作：将负极活性材料人造石墨、导电炭黑、粘结剂丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素钠(CMC)按质量比95:1:2:2进行混合，然后加入溶剂去离子水经过搅拌机真空高速搅拌形成均匀的负极浆料。将负极浆料均匀涂覆于8μm铜箔上并烘干，辊压密度为1.65g/cm3，有效膜宽100mm。

第一隔离膜12：隔离膜为16μm基膜+5μm单面陶瓷涂层；基膜为聚丙烯微孔隔膜。

卷绕卷芯的制备：首先将上述制备得到的负极极片层11、第一隔离膜12和正极极片层13在卷绕机上卷绕得到卷绕结构的卷芯。其中，这里第一隔离膜12和第二隔离膜2一体成型，在卷绕极片入卷针前进行预卷，这里要求预卷25圈的第一隔离膜12形成支撑体，也就是说预绕的25圈为第二隔离膜2；支撑体总厚度为1.05mm，然后正负极极片层入片完成卷绕工序。

锂离子电池的制备：将上述卷芯置于方形铝壳体中后注电解液，经过封口、化成等工序得到锂离子电池。化成电压上限3.65V，化成温度60℃。

实施例二：要求预卷15圈的第一隔离膜12形成支撑体。

实施例三：要求预卷6圈的第一隔离膜12形成支撑体。

实施例四：要求预卷1.5圈的第一隔离膜12形成支撑体。

将上述实施例一至四得到的电池进行电池循环测试，以验证改善效果，测试结果见表一所示。测试条件：在45℃下1C恒流充电至3.65V，在3.65V下恒压充电至0.05C电流，再1C恒流放电至2.5V，记录初始容量，并重复以上测试步骤进行循环，记录电池容量衰减至初始容量80％的循环次数为循环寿命。

测试结果：

综上，本实用新型要求支撑体具有一定的厚度时能够改善卷芯内层极片拐角处应力过大导致拐角处极片掉粉、断片甚至析锂的问题，同时能够存储电解液，改善电池的使用寿命。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电极组件，其特征在于：包括:

卷芯，其包括正极极片层、第一隔离膜和负极极片层；

支撑体，其由第二隔离膜制成；

导热片，其与所述支撑体共同设置于所述卷芯的中心位置。

2.根据权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述支撑体的厚度为0.05-2mm。

3.根据权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述支撑体由第二隔离膜卷绕而成，其中所述支撑体具有多层平直部；所述导热片设置在相邻两层平直部之间。

4.根据权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述支撑体由第二隔离膜连续Z形折叠而成，其中所述支撑体具有多个折叠槽；所述导热片设置在所述折叠槽内。

5.根据权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述第二隔离膜与所述导热片层叠并一起卷绕设置，其中所述导热片位于所述第二隔离膜内侧。

6.根据权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述导热片与所述第二隔离膜层叠并一起以连续Z形折叠的方式设置，其中所述导热片位于所述第二隔离膜内侧。

7.根据权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述第二隔离膜与所述卷芯的第一隔离膜一体成型。

8.根据权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述导热片的至少一个表面上设置有沿所述导热片长度方向设置的多个条状凹槽，所述条状凹槽的两端分别沿所述导热片宽度方向延伸并贯穿所述导热片。

9.根据权利要求1所述的一种电极组件，其特征在于：所述导热片具有沿所述导热片宽度方向相对设置的两个端部，所述端部设置有热传导连接部。

10.一种电池，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的一种电极组件，所述电极组件设置于壳体内，所述导热片的热传导连接部与所述壳体接触。