CN219610525U - 固态电芯、电池和用电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种固态电芯、电池和用电装置，固态电芯包括包括层叠后卷绕设置的正极片、负极片和固体电解质，所述固体电解质设于所述正极片和所述负极片之间；所述固态电芯还包括固定部，所述固定部连接于最外层的所述正极片或负极片的收卷端，所述固定部绕设于最外层的正极片或负极片，所述固定部的自由端的内表面固定连接于位于最外层的固定部的外周面或最外层的正极片或负极片的外周面。本实用新型技术方案的固态电芯中的极片间的接触稳定性好，内阻低，有效延长使用寿命。

Description

固态电芯、电池和用电装置

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种固态电芯、电池和用电装置。

背景技术

由于用固态电解质替代了传统易燃易爆、易挥发等成分的电解液，彻底消除了电池因漏液引发的电池冒烟、起火等问题，故固态电池具有更好的安全性能。圆柱形固态电池由于生产流程标准化，生产效率高，一致性好，散热性能好等优点，近年来被广泛应用于汽车动力电池。

目前，圆柱电芯收卷时的处理方法是正负极提前收卷，在最外层隔膜比正负极片多缠几圈，且用终止胶带固定最外层。在固态电池中，由于界面间均为固体，在电池组装和使用过程中，需施加一定的压力使界面接触良好，降低接触电阻。而固定于最外侧的终止胶容易在循环过程中因极片膨胀导致撕裂，从而影响极片间的接触，增加电芯内阻。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种固态电芯，旨在得到一种保证极片间的接触而降低内阻的固态电芯。

为实现上述目的，本实用新型提出的固态电芯包括层叠后卷绕设置的正极片、负极片和固体电解质，所述固体电解质设于所述正极片和所述负极片之间；

所述固态电芯还包括固定部，所述固定部连接于最外层的所述正极片或负极片的收卷端，所述固定部绕设于最外层的正极片或负极片，所述固定部的自由端的内表面固定连接于位于最外层的固定部的外周面或最外层的正极片或负极片的外周面。

可选地，所述固定部为集流体空箔，由最外层的所述正极片或负极片的收卷端延伸形成，所述固定部绕设的圈数大于等于1，所述固定部的自由端的内表面固定连接于最外层的固定部的外周面。

可选地，所述固定部的自由端的内表面粘接或焊接于最外层的固定部的外周面。

可选地，所述固定部的自由端的内表面通过粘接剂粘接于最外层的固定部的外周面，所述粘接剂为热固化胶或热塑性胶。

可选地，在所述固态电芯的轴向上，所述固定部的宽度占所述正极片的宽度的一半及以上。

可选地，在所述固态电芯的周向上，所述固定部的自由端的内表面与最外层的固定部的外周面连接的长度占所述固态电芯周长的1/5～1/2。

可选地，所述固定部绕设的圈数为n，n大于等于3，所述固定部的n-1层的内表面连接于所述固定部的n-2层的外表面。

可选地，所述固态电芯的横截面为圆形或椭圆形。

本实用新型还提出一种电池，所述电池包括如上任一所述的固态电芯。

本实用新型还提出一种用电装置，所述用电装置包括如上所述的电池。

本实用新型技术方案的固态电芯包括正极片、负极片和固体电解质，三者层叠后卷绕设置，形成卷绕体，在层叠时，固体电解质位于正极片和负极片之间，以防止短路。该结构的固态电芯还包括有固定部，该固定部设在最外层的正极片或负极片的收卷端，也即，当正极片位于卷绕体的最外层时，固定部连接在正极片的收卷端，当负极片位于卷绕体的最外层时，固定部连接在负极片的收卷端，且固定部的自由端的内表面与其绕设的最外层的外周面固定连接，或者是与最外层的极片的外周面连接，例如，正极片或负极片。如此，在收卷时，固定部可以通过面与面的连接形成一个稳定的束缚层，充当壳体作用，提高固态电芯的稳定性，从而可以保证在充放电过程中固态电解质与正负极的良好的接触，降低了固态电芯的内阻，延长固态电芯的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型固态电芯一实施例未收卷时的结构示意图；

图2为本实用新型固态电芯一实施例收卷后的截面结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	固态电芯	30	负极片
10	正极片	40	固定部
				20	固体电解质	41	自由端

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

因现有的卷绕电池在收卷时，一般是多缠绕几圈隔膜，再使用终止胶从隔膜的外表面固定，而对于需要一定的压紧力保持接触良好的固态电池中，由于终止胶容易开胶或在膨胀过程中易被撕裂。故本实用新型提出一种固态电芯，通过改变收紧方式，将与极片连接的固定部作为绕设最外层，通过其内表面和外表面的直接连接或是与极片的外表面的直接连接，提高束缚稳定性。

请参照图1和图2，在本实用新型的一实施例中，固态电芯100包括层叠后卷绕设置的正极片10、负极片和固体电解质20，所述固体电解质20设于所述正极片10和所述负极片之间；

所述固态电芯100还包括固定部40，所述固定部40连接于最外层的所述正极片10或负极片的收卷端，所述固定部40绕设于最外层的正极片10或负极片，所述固定部40的自由端41的内表面固定连接于位于最外层的固定部40的外周面或最外层的正极片10或负极片的外周面。

本实施例中，固态电芯100是应用于固态电池中，固态电池是使用固体电极和固体电解质20的电池。此处，固态电芯100是由卷绕工艺形成的，形成卷绕体，正极片10(负极片)一般包括有集流体和设于集流体表面的活性材料层，集流体作为一种载体，能够为活性材料层提供承载力。集流体具有较好的导电性能，可以将活性材料层在电化学反应时所产生的电子汇集起来导至外电路，以实现将化学能转化为电能，其材质可以是铝箔或铜箔。根据活性材料层的不同对应形成正极片10或负极片，当活性材料层为镍钴锰化合物或者磷酸铁锂等时，可以作为正极片10，而固态电池中，可以使用金属锂作为负极片的活性材料层。而固体电解质20在层叠时设于正极片10和负极片之间，可以选用锂、钠等制成的玻璃化合物作为传导物质。当然，上述的结构只限于其中一种实施例，并不作为本申请的限定条件。

固定部40作为束缚整个卷绕体的结构，其材质可以是金属，例如，铝、铜等，结构稳定性好，且强度高。当最外层为正极片10时，固定部40的一端连接于正极片10的收卷端，该固定部40与正极片10可以是分体结构，通过固定连接方式连接；两者也可以是一体结构，在此不做限定。将固定部40绕设于最外层的结构，例如，正极片10，从而通过固定部40的内表面与正极片10的外表面进行固定连接，连接方式并不限定，例如，粘接或焊接等。或者，在固定部40绕设较长的长度时，可以直接连接至其自身的外表面，形成稳定的束缚结构。当最外层为负电极30时，固定部40的设置同上述一致。

本实用新型技术方案的固态电芯100包括正极片10、负极片和固体电解质20，三者层叠后卷绕设置，形成卷绕体，在层叠时，固体电解质20位于正极片10和负极片之间，以防止短路和实现电化学反应。该结构的固态电芯100还包括有固定部40，该固定部40设在最外层的正极片10或负极片的收卷端，也即，当正极片10位于卷绕体的最外层时，固定部40连接在正极片10的收卷端，当负极片位于卷绕体的最外层时，固定部40连接在负极片的收卷端，且固定部40的自由端41的内表面与其绕设的最外层的外周面固定连接，或者是与最外层的极片的外周面连接，例如，正极片10或负极片。如此，在收卷时，固定部40可以通过面与面的连接形成一个稳定的束缚层，充当壳体作用，提高固态电芯100的稳定性，从而可以保证在充放电过程中固态电解质与正负极的良好的接触，降低了固态电芯100的内阻，延长固态电芯100的使用寿命。

于其他示例中，该固态电芯100的收卷结构也可以适用于包括正极片10、负极片和隔膜，隔膜夹设于正极片10和负极片之间，并结合少许电解液实现电池功能的电池结构中。

请继续参照图1和图2，可选地，所述固定部40为集流体空箔，由最外层的所述正极片10或负极片的收卷端延伸形成，所述固定部40绕设的圈数大于等于1，所述固定部40的自由端41的内表面固定连接于最外层的固定部40的外周面。

本实施例中，以卷绕体的最外层为正极片10为例，将固定部40设置与正极片10为一体结构，即，直接将正极片10的集流体进行延伸而不设置活性材料层，从而形成集流体空箔，该结构使得固定部40与正极片10的连接强度增大，结构更加稳定，有效防止断裂。同时，绕设的固定部40的圈数大于等于1圈，例如，2圈、3圈等，从而使得固定部40的内表面可以连接至位于最外层的固定部40的外周面，从而形成更加稳定的束缚结构，保证固态电芯100的接触稳定性，同时不影响正极片10的电反应状态，保证电池功能稳定性。

可选地，所述固定部40的自由端41的内表面粘接或焊接于最外层的固定部40的外周面。通过粘接或焊接的方式实现固定连接，能够提高连接的稳定性和便捷性，无需增加额外的连接结构，并可以根据实际的固态电芯100的尺寸选择粘接或焊接的厚度和面积，从而在保证连接稳定性的基础上，减小固态电芯100的卷绕厚度和重量。

可选地，所述固定部40的自由端41的内表面通过粘接剂粘接于最外层的固定部40的外周面，所述粘接剂为热固化胶或热塑性胶。

本实施例中，可以根据不同形状的固态电芯100，选择不同的粘接方式，例如，粘接剂为热固化胶时，即通过加热后实现固化，方便进行粘接，例如，热固性丙烯酸胶(PAA)，具有很好的电绝缘性，连接稳定性好，用于电器元件的粘接，可用紫外光固化。或者是采用热塑性胶，加热时软化粘结，冷却后硬化而具有一定的强度，保证连接稳定性。该热塑性胶可以是固态也可以配成溶液使用，溶剂挥发就粘结硬化，不需加热，更加方便。

可选地，在所述固态电芯100的轴向上，所述固定部40的宽度占所述正极片10的宽度的一半及以上。

为了保证连接效果，在固态电芯100的轴向上，固定部40的宽度不宜过小，故而设置固定部40的宽度为正极片10的宽度的一半，从而保证连接效果的同时可以节约材料，并减少固态电芯100的重量。当然，也可以为了方便加工和进一步的连接效果，固定部40的宽度大于正极片10的宽度的一半或者与正极片10的宽度一致，也即，直接多出一定长度的集流体空箔即可。

可选地，在所述固态电芯100的周向上，所述固定部40的自由端41的内表面与最外层的固定部40的外周面连接的长度占所述固态电芯100周长的1/5～1/2。

本实施例中，在固定部40绕设于卷绕体的最外层时，当其圈数为1圈至2圈之间时，固定部40会在周向上发生重叠，此时，重叠的部分即可以作为固定部40的自由端41的内表面与最外层的固定部40的外周面进行连接的部分，在固态电芯100的周向方向上，该重叠部分的长度不宜过短，否则连接效果不好；当然，该重叠部分的长度也不宜过长，如果考虑材料的使用和固态电芯100的重量时，从而避免固态电芯100的尺寸较大。故而设定固定部40的自由端41的内表面与最外层的固定部40的外周面连接的长度占所述固态电芯100周长的1/5～1/2，例如，1/4、1/3等，此处固态电芯100的周长是指卷绕体形成后的结构的外周侧长度，例如，为圆柱体时，其周长为2πr，r为卷绕体的半径。

可选地，所述固定部40绕设的圈数为n，n大于等于3，所述固定部40的n-1层的内表面连接于所述固定部40的n-2层的外表面。

本实施例中，在具有较大尺寸的固态电芯100时，该固定部40的绕设圈数需要较多，从而满足所需的束缚力。此处，当固定部40的绕设圈数为3时，除了将固定部40的自由端41的内表面与最外层的固定部40的外周面进行连接，还将固定部40的第二层的内表面连接在固定部40的第三层的外表面，该层数的设定是从外向内的方向进行数。于其他实施例中，当固定部40绕设的圈数大于等于3时，也可以将每一层的固定部40均与内层相邻的固定部40进行粘接或焊接，更进一步提高束缚力，保证固态电芯100在后续循环过程中的接触稳定性。

可选地，所述固态电芯100的横截面为圆形或椭圆形。

本实施例中，固态电芯100的横截面可以是圆形，也即固态电芯100为圆柱体；或者固态电芯100的横截面为椭圆形，固态电芯100的整体形状为椭圆柱体。当然，于其他实施例中，固态电芯100的横截面也可以是其他形状，例如，不规则形状或多边形等。

本实用新型还提出一种电池(未图示)，所述电池包括如上任一所述的固态电芯100。固态电芯100包括层叠后卷绕设置的正极片10、负极片和固体电解质20，所述固体电解质20夹设于所述正极片10和所述负极片之间；所述固态电芯100还包括固定部40，所述固定部40连接于最外层的所述正极片10或负极片的收卷端，所述固定部40绕设于最外层的正极片10或负极片，所述固定部40的自由端41的内表面固定连接于位于最外层的固定部40的外周面或最外层的正极片10或负极片的外周面。由于电池的固态电芯100采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述实施例的技术方案所带来的有益效果，在此不再一一赘述。

其中，该电池可以为锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等，本申请对电池的具体类型不作限定。此外，电池可以为电池模组或者是电池包。

本实用新型还提出一种用电装置(未图示)，所述用电装置包括如上所述的电池。由于用电装置的电池采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述实施例的技术方案所带来的有益效果，在此不再一一赘述。

其中，该用电装置可以为手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车以及储能站等，本申请对用电装置的具体类型不作限定。在用电装置包括有电池时，可以是通过电池来进提供电能。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种固态电芯，其特征在于，所述固态电芯包括层叠后卷绕设置的正极片、负极片和固体电解质，所述固体电解质设于所述正极片和所述负极片之间；

所述固态电芯还包括固定部，所述固定部连接于最外层的所述正极片或负极片的收卷端，所述固定部绕设于最外层的正极片或负极片，所述固定部的自由端的内表面固定连接于位于最外层的固定部的外周面或最外层的正极片或负极片的外周面。

2.如权利要求1所述的固态电芯，其特征在于，所述固定部为集流体空箔，由最外层的所述正极片或负极片的收卷端延伸形成，所述固定部绕设的圈数大于等于1，所述固定部的自由端的内表面固定连接于最外层的固定部的外周面。

3.如权利要求2所述的固态电芯，其特征在于，所述固定部的自由端的内表面粘接或焊接于最外层的固定部的外周面。

4.如权利要求3所述的固态电芯，其特征在于，所述固定部的自由端的内表面通过粘接剂粘接于最外层的固定部的外周面，所述粘接剂为热固化胶或热塑性胶。

5.如权利要求2所述的固态电芯，其特征在于，在所述固态电芯的轴向上，所述固定部的宽度占所述正极片的宽度的一半及以上。

6.如权利要求2所述的固态电芯，其特征在于，在所述固态电芯的周向上，所述固定部的自由端的内表面与最外层的固定部的外周面连接的长度占所述固态电芯周长的1/5～1/2。

7.如权利要求2至6中任意一项所述的固态电芯，其特征在于，所述固定部绕设的圈数为n，n大于等于3，所述固定部的n-1层的内表面连接于所述固定部的n-2层的外表面。

8.如权利要求1所述的固态电芯，其特征在于，所述固态电芯的横截面为圆形或椭圆形。

9.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求1至8中任一项所述的固态电芯。

10.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括如权利要求9所述的电池。