CN220021532U - 电芯、电池包和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电芯、电池包和车辆，电芯包括：极片组，极片组包括多个正极片、多个负极片和多个隔膜，正极片和负极片沿第一方向交替层叠设置，每个正极片包括正极耳，每个负极片包括负极耳，相邻的正极片和负极片之间设有隔膜；其中，多个正极片中的一部分的正极耳与又一部分的正极耳在第二方向上错开，第二方向与第一方向交叉；多个负极片中的一部分的负极耳与又一部分的负极耳在第三方向上错开，第三方向与第一方向交叉；每个正极耳具有第一焊接区域，以与在第一方向上相邻的正极耳焊接；每个负极耳具有第二焊接区域，以与在第一方向上相邻的负极耳焊接。本实用新型的电芯能够提高电池容量，降低制作难度。

Description

电芯、电池包和车辆

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，更具体地，涉及一种电芯、电池包和车辆。

背景技术

极芯通常采用正极片、隔膜和负极片层叠设置，相邻两个正极片的正极耳相互焊接。当电芯的厚度增加时，相邻极耳之间焊接的可靠性难以保证，导致极片的堆叠层数受到限制，电池容量低。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种电芯的新技术方案，能够解决现有技术中的电池容量低的技术问题。

本实用新型的又一个目的是提供一种电池包，该电池包包括上述电芯。

本实用新型的再一个目的是提供一种车辆，该车辆包括上述电池包。

根据本实用新型的一个目的，提供了一种电芯，包括：极片组，所述极片组包括多个正极片、多个负极片和多个隔膜，所述正极片和所述负极片沿第一方向交替层叠设置，每个所述正极片包括正极耳，每个所述负极片包括负极耳，相邻的所述正极片和所述负极片之间设有所述隔膜；其中，多个所述正极片中的一部分的所述正极耳与又一部分的所述正极耳在第二方向上错开，所述第二方向与所述第一方向交叉；多个所述负极片中的一部分的所述负极耳与又一部分的所述负极耳在第三方向上错开，所述第三方向与所述第一方向交叉；每个所述正极耳具有第一焊接区域，以与在所述第一方向上相邻的所述正极耳焊接；每个所述负极耳具有第二焊接区域，以与在所述第一方向上相邻的所述负极耳焊接。。

可选地，在所述第一方向上层叠的所述正极耳或所述负极耳的数量为30-50层。

可选地，所述第一方向与所述第二方向垂直。

可选地，所述正极耳位于所述极片组的一端，所述负极耳位于所述极片组的另一端。

可选地，在所述第一方向上，相邻两个所述正极片的所述正极耳在所述第二方向上错开；和/或，相邻两个所述负极片的所述负极耳在所述第三方向上错开。

可选地，所述第二方向与所述第三方向互相平行，所述极片组包括：第一极片组，所述第一极片组的多个所述正极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第一正极耳组，多个所述负极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第一负极耳组，所述第一正极耳组与所述第一负极耳组分别靠近所述极片组的一侧；第二极片组，所述第二极片组的多个所述正极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第二正极耳组，多个所述负极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第二负极耳组，所述第二正极耳组与所述第二负极耳组分别靠近所述极片组的另一侧，所述第二正极耳组和所述第一正极耳组沿所述第二方向依次分布，所述第二负极耳组和所述第一负极耳组沿所述第三方向依次分布。

可选地，所述第二方向与所述第三方向互相平行，所述极片组包括：第一极片组，所述第一极片组的多个所述正极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第一正极耳组，多个所述负极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第一负极耳组，所述第一正极耳组靠近所述极片组的一侧，所述第一负极耳组靠近所述极片组的另一侧；第二极片组，所述第二极片组的多个所述正极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第二正极耳组，多个所述负极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第二负极耳组，所述第二正极耳组靠近所述极片组的另一侧，所述第二负极耳组靠近所述极片组的一侧，所述第二正极耳组和所述第一正极耳组沿所述第二方向依次分布，所述第二负极耳组和所述第一负极耳组沿所述第三方向依次分布。

可选地，所述正极片在所述第一方向上的正投影位于所述负极片在所述第一方向上的正投影的内部。

本实用新型的又一个目的是提供一种电池包，该电池包包括上述任一电芯。

本实用新型的再一个目的是提供一种车辆，该车辆包括上述任一电池包。

根据本实用新型实施例的电芯采用极片组，并且通过限定每个正极片上正极耳的位置，以及负极片上负极耳的位置，实现极片组同时具有多组正极耳和多组负极耳，即制得的电芯产品为多极耳电芯，可以用于大型二次电池储能站和高容量动力电池产品，具有电池容量高，工艺难度低，生产制造成本低等优点。与传统动力电池相比，由于采用了多极耳和单电芯的结构，可以实现厚度25mm以上的超厚电池的制造，去除了多电芯电池的合芯工序，简化了生产流程，同时，多极耳的方案可以使得焊接的极耳层数至少减半，降低了焊接工序的难度，提升了产品的生产良率和焊接可靠性。因此，多极耳电芯结构能较大提高电池产品的生产效率和在高容量产品方向的竞争力。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型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实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。

图1是根据本实用新型的一个实施例的电芯的结构示意图；

图2是根据本实用新型的又一个实施例的电芯的结构示意图；

图3是根据本实用新型的一个实施例的电芯的第一正极片的结构示意图；

图4是根据本实用新型的一个实施例的电芯的第二正极片的结构示意图；

图5是根据本实用新型的一个实施例的电芯的第一负极片的结构示意图；

图6是根据本实用新型的一个实施例的电芯的第二负极片的结构示意图；

图7是根据本实用新型的一个实施例的电芯堆叠过程中的半电芯1的示意图；

图8是根据本实用新型的一个实施例的电芯堆叠过程中的半电芯2的示意图；

图9是根据本实用新型的又一个实施例的电芯堆叠过程中的半电芯1的示意图；

图10是根据本实用新型的又一个实施例的电芯堆叠过程中的半电芯2的示意图。

附图标记

电芯100；

第一正极片11；第一正极耳111；第二正极片12；第二正极耳121；第一焊接区域13；

第一负极片21；第一负极耳211；第二负极片22；第二负极耳221；第二焊接区域23；

电芯固定胶带30。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型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实用新型的范围。

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，决不作为对本实用新型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。

下面结合附图对根据本实用新型实施例的电芯100进行详细说明。

如图1至图10所示，根据本实用新型实施例的电芯100包括极片组。

具体而言，极片组包括多个正极片、多个负极片和多个隔膜，正极片和负极片沿第一方向交替层叠设置，每个正极片包括正极耳，每个负极片包括负极耳，相邻的正极片和负极片之间设有隔膜。其中，多个正极片中的一部分的正极耳与又一部分的正极耳在第二方向上错开，第二方向与第一方向交叉。多个负极片中的一部分的负极耳与又一部分的负极耳在第三方向上错开，第三方向与第一方向交叉。每个正极耳具有第一焊接区域13，以与在第一方向上相邻的正极耳焊接。每个负极耳具有第二焊接区域23，以与在第一方向上相邻的负极耳焊接。

换言之，根据本实用新型实施例的电芯100主要由极片组组成，其中，极片组主要由多个单极片和多个隔膜组成，单极片可以为正极片或负极片，即极片组主要由正极片、隔膜和负极片组成，具体地，正极片、隔膜和负极片的数量分别为多个，多个正极片和多个负极片可以沿着第一方向交替层叠设置，在相邻的正极片和负极片之间设置有隔膜，例如，沿着上下方向，依次层叠设置有正极片-隔膜-负极片-隔膜-正极片等。

其中，每个正极片上包括正极耳，每个负极片上包括负极片，可以通过限定多个正极片的正极耳的位置，以及多个负极片的负极耳的位置，使得极片组上具有多个正极耳组和多个负极耳组。

多个正极片中的一部分的正极耳与又一部分的正极耳在第二方向上错开，第二方向与第一方向交叉，例如第一方向与第二方向垂直等，能够实现极片组同时具有多组正极耳。多个负极片中的一部分的负极耳与又一部分的负极耳在第三方向上错开，第三方向与第一方向交叉，例如第三方向与第一方向垂直等，能够实现极片组同时具有多组负极耳。例如，第一方向为Z方向，第二方向和第三方向分别为Y方向。在极片组为矩形件时，极片组具有两个长边和两个宽边，第二方向可以是一个短边的延伸方向，第三方向可以是另一个短边的延伸方向。

例如，极片组为矩形件，具有两个长边和两个短边，在其中一个短边的一侧设有两组正极耳，两组正极耳沿短边的延伸方向延伸，该短边的延伸方向可以作为第二方向。在另一个短边的一侧设有两组负极耳，两组负极耳沿短边的延伸方向延伸，该短边的延伸方向可以作为第三方向。

也就是说，极片组中至少包括具有两种正极耳位置的正极片，以及具有两种负极耳位置的负极片。为了便于说明，可以将该两种正极片分别定义为第一正极片11和第二正极片12，在第一正极片11上具有第一正极耳111，第二正极片12具有第二正极耳121。极片组中，第一正极耳111和第二正极耳121在第二方向上的位置不同。同样的，可以将该两种负极片分别定义为第一负极片21和第二负极片22，在第一负极片21上具有第一负极耳211，第二负极片22具有第二负极耳221。

在每个正极耳上设置有第一焊接区域13，使得每组正极耳的多个正极耳可以沿着第一方向焊接在一起。同样的，在每个负极耳上设置有第二焊接区域23，使得每组负极耳的多个负极耳可以沿着第一方向焊接在一起。

其中，正极片可以由正极集流体和涂敷在正极集流体上的正极活性物质、导电剂、粘结剂、分散剂、绝缘边涂层等组成，负极片可以由负极集流体和涂敷在负极集流体上的负极材料、导电剂、粘结剂、分散剂、绝缘边涂层等组成，正极片和负极片可以通过五金刀模模切或激光模切和裁切，分别切成如图3至图6所示，片状，形成正、负极的最小堆叠单元。

由此，根据本实用新型实施例的电芯100采用极片组，并且通过限定每个正极片上正极耳的位置，以及负极片上负极耳的位置，实现极片组同时具有多组正极耳和多组负极耳，即制得的电芯100产品为多极耳电芯100，可以用于大型二次电池储能站和高容量动力电池产品，具有电池容量高，工艺难度低，生产制造成本低等优点。与传统动力电池相比，由于采用了多极耳和单电芯100的结构，可以实现厚度25mm以上的超厚电池的制造，去除了多电芯100电池的合芯工序，简化了生产流程，同时，多极耳的方案可以使得焊接的极耳层数至少减半，降低了焊接工序的难度，提升了产品的生产良率和焊接可靠性。因此，多极耳电芯100结构能较大提高电池产品的生产效率和在高容量产品方向的竞争力。

可选地，单个正极片只有一个正极耳，单个负极片也只有一个负极耳。

在本实用新型的一些具体实施方式中，在第一方向上层叠的正极耳或负极耳的数量为30-50层。

其中需要说明的是，单极片受限于箔材的强度和极片制造过程，无法在相同的箔材面积上涂覆更多的活性物质，这主要受限于极片制造过程的涂布烘烤和极片辊压工序。

箔材上涂覆的活性物质的质量越高，对涂布烘烤烤箱的能力也要求很高。目前已经商业化的电池中，正极极片单位面积活性物质重量常见的是在300-420g/m²左右，如果涂覆的活性物质重量继续增加，为了尽快烘干极片且不降低生产节拍，必须提高烤箱的温度，这会导致涂布生产的极片靠近箔材方向的敷料烘烤不干，远离箔材方向表层的敷料烘烤开裂。这主要是由于表面层的敷料溶剂的蒸发速率快，靠近箔材方向的敷料溶剂受扩散路径和饱和蒸气压的影响，蒸发速率慢导致。表层敷料溶剂蒸发快，底层溶剂又来不及快速扩散，导致表层溶剂来不及补充而导致极片开裂，底层溶剂无法快速蒸发而导致底层烘烤不干。

由于单层极片的活性物质重量不能无限增加，而电池容量又有越来越高的需求，因此需要在有限的电池空间中尽可能多的堆叠正极片和负极片，导致现有技术中焊接时箔材的层数多达60-100层，因而超声焊接必须将这60-100层的极耳每一层全部连接好，形成一定的焊接强度，这对焊接的设备能力和焊接工艺的要求较高，极耳的层数和集流体的特性会影响焊接的可靠性，极耳的连接不良的对电池产品的安全性也会产生不可预估的风险。

相比而言，在本实施例中，通过多极耳电芯100的结构设计，例如四极耳电芯100的设计，能有效减少焊接层数，使得焊接极耳的层数减小到原来的一半，即在第一方向上层叠的正极耳或负极耳的数量为30-50层，可以有效解决电池生产中的由于极耳层数过多导致的焊接问题。同时，使得电池产品可以往更厚的方向设计，有效提升电池的容量。

根据本实用新型的一个实施例，第一方向与第二方向垂直，例如第一方向为Z方向，第二方向为Y方向，有利于堆叠形成的极片组为矩形件。

在本实用新型的一些具体实施方式中，正极耳位于极片组的一端，负极耳位于极片组的另一端。也就是说，在本实施例中，极片组中的正极耳和负极耳在对侧引出。可选地，相邻正极片的正极耳在隔膜的同一侧边，超出隔膜，分别从短边中分线的两侧位置引出；相邻负极片的负极耳在隔膜同一侧边，超出隔膜，分别从短边中分线的两侧位置引出。

下面对本实用新型实施例的电芯100的多种堆叠方式进行详细说明。

为了便于说明，极片组具有长边和短边，第一方向为上下方向，第二方向与第三方向相互平行，第二方向为一个短边的方向，第三方向为另一个短边的方向，第一方向为Z方向，第二方向为Y方向，极片组的每个长边沿X方向延伸，每个短边沿Y方向延伸。

在本实用新型的一些具体实施方式中，如图2所示，相邻两片正极片的正极耳分别从短边中分线的对称位置引出，然后再按重复单元堆叠；同样的，相邻两片负极片的负极耳分别从短边中分线的对称位置引出，然后再按重复单元堆叠，即堆叠顺序为：隔膜-第一负极片21-隔膜-第一正极片11-隔膜-第二负极片22-隔膜-第二正极片12，直到达到所需电芯100的厚度。堆叠完成的电芯100的两侧长边分别贴上对应的电芯固定胶带30，将电芯100固定，并通过加压、加热或其他方式处理，进一步固定电芯100。后续通过将同样位置处的正极极耳1、正极极耳2、负极极耳1和负极极耳2分别压平，采用超声焊焊接成型，形成如图1所示的电池结构，再经过一系列的电池装配过程，最终制成高容量成品电池。

根据本实用新型的一个实施例，在第一方向上，相邻两个正极片的正极耳在第二方向上错开；和/或，相邻两个负极片的负极耳在第三方向上错开。例如，极片组包括多个沿第一方向层叠设置的极片单元组，每个极片单元组包括两个正极片和两个负极片，两个正极片的正极耳在第二方向上位于不同位置，两个负极片的负极耳在第三方向位于不同位置。

将正极耳靠近极片组的Y方向的一个长边的正极片定义为第一正极片11，将负极耳靠近极片组的Y方向的一个长边的负极片定义为第一负极片21。将正极耳靠近极片组的Y方向的另一个长边的正极片定义为第二正极片12，将负极耳靠近极片组的Y方向的另一个长边的负极片定义为第二负极片22。

也就是说，在单极片层叠为电芯100时，也可以采用以下堆叠顺序：

如图1和图2所示，隔膜-第一负极片21-隔膜-第一正极片11-隔膜-第二负极片22-隔膜-第二正极片12，直至堆叠至所需电芯100的容量。此时，形成的极片组包括沿Y方向分布的两组正极耳组，两组沿Y方向分布的两组负极耳组。

根据本实用新型的一个实施例，极片组包括多个沿第一方向层叠设置的极片单元组，每个极片单元组包括多个正极片和多个负极片，每个极片单元组中的多个正极耳在第二方向位于相同的位置，每个极片单元组中的多个负极耳在第三方向位于相同位置。

例如，在堆叠时，可以将同样极耳位置的正负极先堆叠成一半电芯厚度，作为半电芯1；然后将另一种极耳位置的正负极堆叠成另一半的电芯100厚度，作为半电芯2，然后将两个半电芯重叠为一个电芯100。

如图7至图10所示，在本实用新型的一些具体实施方式中，每个极片单元组中的正极耳和负极耳靠近极片单元组的同一个侧边；或者，正极耳和负极耳靠近极片单元的不同侧边。

例如，如图7和图8所示，多个极片单元组分为第一极片组和第二极片组，第一极片组的多个正极耳沿第一方向层叠设置且形成第一正极耳组，多个负极耳沿第一方向层叠设置且形成第一负极耳组，第一正极耳组与第一负极耳组分别靠近极片组的一侧。第二极片组的多个正极耳沿第一方向层叠设置且形成第二正极耳组，多个负极耳沿第一方向层叠设置且形成第二负极耳组，第二正极耳组与第二负极耳组分别靠近极片组的另一侧，第二正极耳组和第一正极耳组沿第二方向依次分布，第二负极耳组和第一负极耳组沿第三方向依次分布。

又例如，如图9和图10所示，多个极片单元组分为第一极片组和第二极片组，第一极片组的多个正极耳沿第一方向层叠设置且形成第一正极耳组，多个负极耳沿第一方向层叠设置且形成第一负极耳组，第一正极耳组靠近极片组的一侧，第一负极耳组靠近极片组的另一侧。第二极片组的多个正极耳沿第一方向层叠设置且形成第二正极耳组，多个负极耳沿第一方向层叠设置且形成第二负极耳组，第二正极耳组靠近极片组的另一侧，第二负极耳组靠近极片组的一侧，第二正极耳组和第一正极耳组沿第二方向依次分布，第二负极耳组和第一负极耳组沿第三方向依次分布。

可见，本实用新型实施例通过采用具有不同正极耳位置的正极片以及具有不同负极耳位置的负极片，可以实现较多的选择性方案堆叠形成电芯100，灵活性较强。

在本实用新型的一些具体实施方式中，正极片在第一方向上的正投影位于负极片在第一方向上的正投影的内部。也就是说，负极片的料区的长宽尺寸能包覆住整个正极片的料区。

本实用新型还公开了一种电池包，该电池包包括上述任一实施例的电芯100。由于本实用新型的电芯100具有提高电池容量，降低焊接难度，本实用新型的电池包也具有相同的优点，在此不作赘述。

本实用新型还公开了一种车辆，该车辆包括上述任一实施例的电池包。由于本实用新型的电池包具有提高电池容量，降低制作难度，本实用新型的车辆也具有相同的优点，在此不作赘述。

虽然已经通过例子对本实用新型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，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种电芯，其特征在于，包括：

极片组，所述极片组包括多个正极片、多个负极片和多个隔膜，所述正极片和所述负极片沿第一方向交替层叠设置，每个所述正极片包括正极耳，每个所述负极片包括负极耳，相邻的所述正极片和所述负极片之间设有所述隔膜；

其中，多个所述正极片中的一部分的所述正极耳与又一部分的所述正极耳在第二方向上错开，所述第二方向与所述第一方向交叉；

多个所述负极片中的一部分的所述负极耳与又一部分的所述负极耳在第三方向上错开，所述第三方向与所述第一方向交叉；

每个所述正极耳具有第一焊接区域，以与在所述第一方向上相邻的所述正极耳焊接；

每个所述负极耳具有第二焊接区域，以与在所述第一方向上相邻的所述负极耳焊接。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，在所述第一方向上层叠的所述正极耳或所述负极耳的数量为30-50层。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一方向与所述第二方向垂直。

4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极耳位于所述极片组的一端，所述负极耳位于所述极片组的另一端。

5.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，在所述第一方向上，相邻两个所述正极片的所述正极耳在所述第二方向上错开；和/或，相邻两个所述负极片的所述负极耳在所述第三方向上错开。

6.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述第二方向与所述第三方向互相平行，所述极片组包括：

第一极片组，所述第一极片组的多个所述正极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第一正极耳组，多个所述负极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第一负极耳组，所述第一正极耳组与所述第一负极耳组分别靠近所述极片组的一侧；

第二极片组，所述第二极片组的多个所述正极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第二正极耳组，多个所述负极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第二负极耳组，所述第二正极耳组与所述第二负极耳组分别靠近所述极片组的另一侧，所述第二正极耳组和所述第一正极耳组沿所述第二方向依次分布，所述第二负极耳组和所述第一负极耳组沿所述第三方向依次分布。

7.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述第二方向与所述第三方向互相平行，所述极片组包括：

第一极片组，所述第一极片组的多个所述正极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第一正极耳组，多个所述负极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第一负极耳组，所述第一正极耳组靠近所述极片组的一侧，所述第一负极耳组靠近所述极片组的另一侧；

第二极片组，所述第二极片组的多个所述正极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第二正极耳组，多个所述负极耳沿所述第一方向层叠设置且形成第二负极耳组，所述第二正极耳组靠近所述极片组的另一侧，所述第二负极耳组靠近所述极片组的一侧，所述第二正极耳组和所述第一正极耳组沿所述第二方向依次分布，所述第二负极耳组和所述第一负极耳组沿所述第三方向依次分布。

8.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极片在所述第一方向上的正投影位于所述负极片在所述第一方向上的正投影的内部。

9.一种电池包，其特征在于，包括权利要求1-8中任一所述的电芯。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的电池包。