CN220021197U - 极芯组件、电池单体、电池包以及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种极芯组件、电池单体、电池包以及用电设备；其中，所述极芯组件包括极芯，所述极芯为正极片、隔膜和负极片卷绕而成的多边形棱柱结构；所述极芯的至少一端设置极耳，所述极耳形成多个极耳区域且沿所述极芯的周向间隔排布，所述极芯的多个外周边与多个所述极耳区域一一对应设置。本申请实施例提供的极芯组件具有单体容量大且兼顾较佳的换热效率，应用于电池单体后，可以提高壳体的空间利用率。

Description

极芯组件、电池单体、电池包以及用电设备

技术领域

本申请涉及动力电池技术领域，具体地，本申请涉及一种极芯组件、电池单体、电池包以及用电设备。

背景技术

在现有动力电池领域，主要以圆柱电池、方壳电池和软包电池为主。其中，圆柱电池往往在空间利用率上浪费较多，单体容量偏低、成组数量较大，增加了电池控制系统的复杂性。而方壳电池单体的体积较大，但换热效率低，热管理难度较大，长期使用下电芯膨胀问题难以解决。软包电池则因采用铝塑膜包装，存在结构强度不足的问题，且制作成本较高。受限于现有的单体电芯结构，动力电池在功能性、可靠性及安全性等方面很难有重大突破。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种极芯组件、电池单体、电池包以及用电设备的新的技术方案，能够提高极芯组件的能量密度且配有该极芯组件的电池单体的壳体的空间利用率得到很大的提升。

根据本申请的第一方面，提供了一种极芯组件。所述极芯组件包括：极芯，所述极芯为正极片、隔膜和负极片卷绕而成的多边形棱柱结构；

所述极芯的至少一端设置极耳，所述极耳形成多个极耳区域且沿所述极芯的周向间隔排布，所述极芯的多个外周边与多个所述极耳区域一一对应设置。

可选地，所述正极片和所述负极片均包括集流体和设置在所述集流体两个表面上的活性材料涂层；

所述极耳由所述集流体沿所述集流体的宽度方向一侧延伸形成。

可选地，所述正极片和所述负极片均包括位于最外圈的第一子极耳，及位于所述最外圈内侧的第二子极耳；沿所述集流体的宽度方向，所述第一子极耳的长度大于所述第二子极耳的长度。

可选地，所述极耳均为弯折结构，且弯折方向设置为均朝向内圈和外圈中的任一者；或者，

所述极耳均为弯折结构，且弯折方向设置为最内圈的弯折方向与外圈的弯折方向相反。

可选地，相邻所述外周边之间通过弧形连接。

根据本申请的第二方面，提供了一种电池单体。所述电池单体包括壳体以及如第一方面所述的极芯组件；

所述壳体具有棱柱状的内腔，所述极芯组件设于所述内腔中。

可选地，所述壳体包括相对设置的第一端盖和第二端盖，所述极芯靠近所述第一端盖和所述第二端盖的一端均设置有多个极耳区域；

所述极芯靠近所述第一端盖的一端的多个所述极耳区域与所述第一端盖电性连接，所述极芯靠近所述第二端盖的一端的多个所述极耳区域与所述第二端盖电性连接。

可选地，所述极芯、所述内腔和所述壳体均为正六棱柱状。

可选地，所述壳体的不同面上分设有正极结构件及负极结构件；

其中，所述正极结构件为凸起结构，所述负极结构件为与所述正极结构件相适配的凹陷结构。

可选地，所述第一端盖和/或所述第二端盖的中心设置有注液孔，所述极芯的中心区域为中空结构，所述中空结构与所述注液孔相对。

根据本申请的第三方面，提供了一种电池包。所述电池包包括多个电池单体，且所述电池单体为第二方面所述的电池单体。

根据本申请的第四方面，提供了一种用电设备。所述用电设备包括如第三方面所述的电池包。

本申请的有益效果在于：

本申请实施例提出的极芯组件，其中的极芯为多边形棱柱结构，使得极芯能够具有较高的能量密度，且将其应用在电池单体后，基于其具有的多边形棱柱结构这一特殊的形状可以提升电池壳体的空间利用率。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的电池包的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的电池单体的结构分解示意图；

图3为本申请实施例提供的极芯的端面示意图；

图4为本申请实施例提供的极耳位于极芯上的示意图；

图5为本申请实施例提供的集流体及极耳的示意图；

图6为本申请实施例提供的极芯在未装配状态下的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的极芯在装配状态下的结构示意图之一；

图8为本申请实施例提供的极芯在装配状态下的结构示意图之二；

图9为本申请实施例提供的电池单体的外部结构示意图之一；

图10为本申请实施例提供的电池单体的外部结构示意图之二。

附图标记说明：

附图说明：

1、极芯；101、外周边；102、集流体；103、活性材料涂层；104、中空结构；105、弧形；2、极耳区域；201、第一子极耳；202、第二子极耳；3、壳体；301、第一端盖；302、第二端盖；303、正极结构件；304、负极结构件；500、电池单体；600、电池包。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面结合附图1至图10，对本申请实施例提供的极芯组件、电池单体、电池包以及用电设备进行详细地描述。

根据本申请的一个实施例，提供了一种极芯组件，该极芯组件为棱柱状结构，例如可以为三棱柱状结构或六棱柱状结构等，可根据具体需要灵活设置，本申请实施例中对此不做限制。

本申请实施例中将以六棱柱状结构为例对极芯组件的结构进行描述，但需要强调的是，所述极芯组件的形状包括但不限于六棱柱状结构。

本申请实施例提供的极芯组件，参见图2至图4，所述极芯组件包括极芯1，所述极芯1为正极片、隔膜和负极片卷绕而成的多边形棱柱结构。所述极芯1的至少一端设置极耳，所述极耳形成多个极耳区域2且沿所述极芯1的周向间隔排布，所述极芯1的多个外周边101与多个所述极耳区域2一一对应设置。

根据本申请上述实施例提供的极芯组件，其中的所述极芯1为卷绕式极芯，且其外形呈多边形棱柱状。所述极芯1的至少一端设置有多个极耳区域2。需要说明的是，对于极芯而言，极耳分为正极耳和负极耳，对应地，极耳区域分为正极极耳区域和负极极耳区域。

例如，所述极芯1可以一端设置正极耳，另一端设置负极耳。这对应本申请实施例提供的极芯1的结构设计。

当然，也可以在所述极芯1的同一端设置正极耳和负极耳。根据本申请上述实施例提供的极芯组件，所述极芯1具有多边形棱柱状外形，则其端部(或横截面)为多边形，在此形状设计下，使得所述极芯1能够具有较高的能量密度。当将所述极芯1应用在电池单体内，其特殊的形状设计可以提升电池壳体内的空间利用率。

例如，所述极芯1为六棱柱状结构，在此基础上，参见图2及图3，所述极芯1的端部由六条直边围合而成，这里的直边即指上述实施例中提及的外周边101。每个直边对应一个极耳区域2，这样，在所述极芯1的一端上就具有六个极耳区域2，相邻的两个极耳区域2之间具有间隔也称为切割区域，其作用为便于极耳弯折。所述极芯1具有相对的两端，则所述极芯1的另一端也具有六个极耳区域2，这样，所述极芯1的一端具有正极耳区域，另一端具有负极耳区域。

本申请实施例提供的极芯组件，其中的所述极芯1的形状与传统的圆柱状或者立方体状完全不同，不受限于现有单体电芯的结构，基于其优良的性能，可以使动力电池在功能性、可靠性及安全性等方面得到提升。

在本申请的一些示例中，参见图5及图6，所述正极片和所述负极片均包括集流体102和设置在所述集流体102两个表面上的活性材料涂层103；所述极耳由所述集流体102沿所述集流体102的宽度方向一侧延伸形成。

其中，所述正极片上的活性材料涂层为正极活性材料，所述负极片上的活性材料涂层为负极活性材料。

其中，所述正极片与所述负极片是沿长度方向卷绕的，而上述示例中提及的宽度方向与长度方向垂直。

其中，所述集流体102主要为条状的金属箔，例如铜箔、铝箔等。

本申请实施例提供的极芯1就是由上述的集流体102外加两侧的隔膜卷绕成型的。例如可以卷绕为六棱柱状结构。当然，所述极芯1并不限于六棱柱状，还可以为其他形式。

根据上述示例，参见图5及图6，所述极耳由所述集流体102沿所述集流体102的宽度方向一侧延伸形成。也就是说，可以由所述集流体102直接引出极耳，这种引出极耳的方式较为简单、容易实现，无需额外设置极耳并将极耳与极芯进行电连接。

在本申请的一些示例中，参见图5，所述正极片和所述负极片均包括位于最外圈的第一子极耳201，及位于所述最外圈内侧的第二子极耳202；沿所述集流体102的宽度方向，所述第一子极耳201的长度大于所述第二子极耳202的长度。

上述示例中采用的极耳尺寸设计利于极耳的弯折。

在本申请的一些示例中，参见图7，所述极耳均为弯折结构，且弯折方向设置为均朝向内圈和外圈中的任一者；或者，所述极耳均为弯折结构，且弯折方向设置为最内圈的弯折方向与外圈的弯折方向相反，参见图8。

当将所述极耳设置为弯折结构时，在将所述极耳与电池单体的壳体的端盖进行电连接时，可以增大二者的电接触面积，不仅可以提高电连接的稳定性，还可以降低连接难度。

根据上述可选的例子，当极耳的弯折方向不一致时，在弯折后，最外圈的第一子极耳201可以是包裹第二子极耳202的，如此，在降低阻抗，提升过流面积的同时，降低极耳弯折过程中刺破隔膜的风险。

在本申请的一些示例中，参见图，相邻的所述外周边101之间通过弧形105连接。

以所述极芯1呈六棱柱状为例，所述极芯1包括外周边101(也即直边)和弧形105，弧形105位于相邻的两个直边的连接处上。可参见图2及图3，弧形105的夹角例如设计为100°～150°，而较为优选的是120°。本申请中采用弧形这一设计的优点在于，涂覆于所述集流体102上的活性材料在连接处时不易脱落。

根据本申请的另一个实施例，提供了一种电池单体500。

参见图2，所述电池单体500包括壳体3以及如第一方面所述的极芯组件。其中，所述壳体3具有棱柱状的内腔，所述极芯组件设于所述内腔中。

所述壳体3内腔的结构需与所述极芯组件的形状相适配，以便于更好的容纳极芯组件，且能提升所述壳体3内腔的空间利用率。

所述壳体3也能为极芯组件提供良好的防护。相比于软包电池，本申请实施例提供的电池单体的结构强度较高。

在本申请的一些示例中，所述壳体包括相对设置的第一端盖301和第二端盖302，所述极芯1靠近所述第一端盖301和所述第二端盖302的一端均设置有多个极耳区域2。所述极芯1靠近所述第一端盖301的一端的多个所述极耳区域2与所述第一端盖301电性连接，所述极芯1靠近所述第二端盖302的一端的多个所述极耳区域2与所述第二端盖302电性连接。

其中，所述壳体3的两端分别通过所述第一端盖301和所述第二端盖302封闭，当将上述的极芯组件设于所述壳体3的内腔中，就形成了封闭的电池单体。

例如，所述第一端盖301一侧的多个极耳区域2并形成正极耳区域，所述第二端盖302一侧的多个极耳区域并形成负极耳区域。这样，正负极耳分开在两端，便于电连接。

在本申请的一些示例中，所述极芯1、所述内腔和所述壳体均为正六棱柱状。

在本申请的一些示例中，参见图9及图10，所述壳体3的不同面上分设有正极结构件303及负极结构件304；其中，所述正极结构件303为凸起结构，所述负极结构件304为与所述正极结构件303相适配的凹陷结构。

具体而言，参见图9及图10，所述壳体3呈六棱柱状，其具有六个侧面，可以在其中的一个侧面上设置正极结构件303，在其他的至少一个侧面上形成负极结构件304。参见图1，当将多个六棱柱状的电池单体组成包体时，相邻的两个电池单体能够在形成电连接的同时，相互形成限位；并且，能够节省一定的Z向空间(省去电连接层)。

在本申请的一些示例中，参见图2及图3，所述第一端盖301和/或所述第二端盖302的中心设置有注液孔，所述极芯1的中心区域为中空结构104，所述中空结构104与所述注液孔相对。

在本申请的实施例中，以六棱柱状的极芯为例，所述极芯1可以通过卷绕工艺制成，其中心区域具有与卷针相适配的中空结构104，该中空结构104在脱针后可以构成与设于壳体的端盖上的注液孔相对，以便于注液。配合所述极芯1与所述壳体3之间形成的间隙，能够储存更多的电解液，提升电池寿命。

根据本申请的又一个实施例，提供了一种电池包600。

参见图1，所述电池包600包括多个电池单体500，且所述电池单体500为第二方面所述的电池单体。

参见图1，本申请实施例提供了一种电池包600，其可以包括多个如图1示出的六棱柱状的电池单体500，这些电池单体500相互连接，基于正负极结构件的凸起与凹陷的嵌合设计，使得相邻的电池单体500之间存在的间隙最小化，进而可以提升装配有该种电池的包体的空间利用率提升。

根据本申请的又一个实施例，提供了一种用电设备。所述用电设备包括如第三方面所述的电池包600。

其中，所述用电设备包括电动汽车。当然，所述用电设备还可以为其他形式的电子设备。

本申请实施例提供的用电设备的具体实施方式可以参照上述的极芯组件、电池单体及电池包的实施例，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种极芯组件，其特征在于，包括极芯(1)，所述极芯(1)为正极片、隔膜和负极片卷绕而成的多边形棱柱结构；

所述极芯(1)的至少一端设置极耳，所述极耳形成多个极耳区域(2)且沿所述极芯(1)的周向间隔排布，所述极芯(1)的多个外周边(101)与多个所述极耳区域(2)一一对应设置。

2.根据权利要求1所述的极芯组件，其特征在于，所述正极片和所述负极片均包括集流体(102)和设置在所述集流体(102)两个表面上的活性材料涂层(103)；

所述极耳由所述集流体(102)沿所述集流体(102)的宽度方向一侧延伸形成。

3.根据权利要求2所述的极芯组件，其特征在于，所述正极片和所述负极片均包括位于最外圈的第一子极耳(201)，及位于所述最外圈内侧的第二子极耳(202)；沿所述集流体(102)的宽度方向，所述第一子极耳(201)的长度大于所述第二子极耳(202)的长度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的极芯组件，其特征在于，所述极耳均为弯折结构，且弯折方向设置为均朝向内圈和外圈中的任一者；或者，

所述极耳均为弯折结构，且弯折方向设置为最内圈的弯折方向与外圈的弯折方向相反。

5.根据权利要求4所述的极芯组件，其特征在于，相邻所述外周边(101)之间通过弧形(105)连接。

6.一种电池单体，其特征在于，包括壳体(3)以及如权利要求1-5中任一项所述的极芯组件；

所述壳体(3)具有棱柱状的内腔，所述极芯组件设于所述内腔中。

7.根据权利要求6所述的电池单体，其特征在于，所述壳体包括相对设置的第一端盖(301)和第二端盖(302)，所述极芯(1)靠近所述第一端盖(301)和所述第二端盖(302)的一端均设置有多个极耳区域(2)；

所述极芯(1)靠近所述第一端盖(301)的一端的多个所述极耳区域(2)与所述第一端盖(301)电性连接，所述极芯(1)靠近所述第二端盖(302)的一端的多个所述极耳区域(2)与所述第二端盖(302)电性连接。

8.根据权利要求6所述的电池单体，其特征在于，所述极芯(1)、所述内腔和所述壳体均为正六棱柱状。

9.根据权利要求6所述的电池单体，其特征在于，所述壳体(3)的不同面上分设有正极结构件(303)及负极结构件(304)；

其中，所述正极结构件(303)为凸起结构，所述负极结构件(304)为与所述正极结构件(303)相适配的凹陷结构。

10.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述第一端盖(301)和/或所述第二端盖(302)的中心设置有注液孔，所述极芯(1)的中心区域为中空结构(104)，所述中空结构(104)与所述注液孔相对。

11.一种电池包，其特征在于，包括多个电池单体，且所述电池单体为权利要求6-10中任一项所述的电池单体(500)。

12.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求11所述的电池包(600)。