CN220106623U - 一种卷绕电芯及电池 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电池技术领域，具体提供了一种卷绕电芯及电池。该卷绕电芯包括第一极片和第二极片，第一极片和第二极片均包括集流体和至少涂覆在集流体部分表面的活性物质层，在卷绕方向上第一极片和第二极片均具有多个依次相连的卷绕圈；第一极片的头端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S11，第二极片的头端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S21，两个极片头端卷绕圈的涂布比例AO1为S21/S11‑1；第一极片的尾端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S12，第二极片的尾端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S22，两个极片尾端卷绕圈的涂布比例AO2为S22/S12‑1，且，0.02≤AO1≤0.13，和/或，0.02≤AO2≤0.13。该卷绕电芯解决了因卷绕电芯正负极片涂布比例相差较大，导致电池充放电容量衰减过快而影响使用寿命的问题。

Description

一种卷绕电芯及电池

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种卷绕电芯及电池。

背景技术

充放电电池的充放电是通过锂离子在正负极之间的迁移来形成。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极，嵌入到负极片上，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样道理，当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程)，嵌在负极中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。在卷绕电池中，电芯是由正极片和负极片卷绕而成，正负极片在端部的涂布比例应具有差值，但若差值过大，会使得锂离子逐渐向负极片边缘迁移，且难以重新迁回，导致电池的充放电容量衰减过快，影响电池的使用寿命。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例致力于提供一种卷绕电芯，以解决现有技术中在卷绕电芯尾端正负极片涂布比例相差较大，导致电池充放电容量衰减过快而影响使用寿命的问题。

本申请提供了一种卷绕电芯，包括第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片均包括集流体和至少涂覆在所述集流体部分表面的活性物质层，在卷绕方向上，所述第一极片和所述第二极片均具有多个依次相连的卷绕圈，所述卷绕圈为极片的圈状区段并包括两个平直段和两个弯折段；

其中，所述第一极片的头端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S11，所述第二极片的头端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S21，两个极片头端卷绕圈的涂布比例AO1为S21/S11-1；所述第一极片的尾端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S12，所述第二极片的尾端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S22，两个极片尾端卷绕圈的涂布比例AO2为S22/S12-1，

且，0.02≤AO1≤0.13，和/或，0.02≤AO2≤0.13。

在一种可能的实施方式中，所述AO2小于所述AO1。

在一种可能的实施方式中，在所述第一极片的第一方向上，所述第一极片上依次为设置有活性物质层的涂膏区和设置有陶瓷层的陶瓷区，所述涂膏区的宽度为P1，所述陶瓷区的宽度为P2，且0.5％≤P2/(P1+P2)≤11％。

在一种可能的实施方式中，所述第一极片和所述第二极片均具有内侧面和外侧面，其中，

所述第二极片的尾端包括单侧面涂覆活性物质层的单面涂膏区；和/或，所述第一极片包括内侧面和外侧面上均涂覆活性物质层的双面涂膏区，所述双面涂膏区在卷绕方向上从第一极片的头端边缘延伸至所述第一极片的尾端边缘。

在一种可能的实施方式中，所述第一极片和所述第二极片之间设置有隔膜，所述隔膜包裹所述第二极片并覆盖所述第二极片的外表面，且在所述卷绕电芯的头端，所述隔膜具有超过所述第二极片头端边缘的内折段，在所述卷绕电芯的尾端，所述隔膜具有超过所述第二极片尾端边缘的外包段，

所述内折段在所述卷绕电芯厚度方向上的投影和所述外包段在所述卷绕电芯厚度方向上的投影，沿所述卷绕电芯的宽度方向排列，且具有重叠区域或并不具有重叠区域。

在一种可能的实施方式中，所述内折段在所述卷绕电芯厚度方向上的投影区域，于所述卷绕电芯宽度方向上的尺寸为N1，所述外包段在所述卷绕电芯厚度方向上的投影区域于所述卷绕电芯宽度方向上的尺寸为N2，所述卷绕电芯的宽度尺寸为W，厚度尺寸为T，其中，0.25*W＜N1≤W-N2-0.5*T。

在一种可能的实施方式中，所述外包段包括弯折段和平直段。

在一种可能的实施方式中，在所述卷绕电芯的头端，在卷绕方向上所述第一极片的头端和所述第二极片的头端重叠或具有交错。

在一种可能的实施方式中，所述卷绕电芯的正极材料包括三元材料或铁锂材料，所述卷绕电芯的负极材料包括石墨或硅。

本申请还提供了一种电池，包括如上任一项所述的卷绕电芯。

本申请提供的卷绕电芯，其第一极片和第二极片沿长度方向共同卷绕而形成筒状，在卷绕方向上第一极片和所述第二极片均具有多个卷绕圈。卷绕圈是一个圈状区段，包括两个平直段和两个弯折段共四个依次相连的区段。且第一极片头端卷绕圈和第二极片头端卷绕圈上活性物质层的涂布比例AO1为S21/S11-1，第一极片尾端卷绕圈和第二极片尾端卷绕圈上活性物质层的涂布比例AO2为S22/S12-1，且0.02≤AO1≤0.13，和/或，0.02≤AO2≤0.13。如此，既能保证负极片对正极片的有效覆盖，避免析锂，又能保证两个极片头端和尾端处的涂布比例差值小，避免锂离子向负极边缘迁移过多，保障电池的充放电容量，解决电池容量衰减快的问题。

附图说明

图1所示为本申请实施例中卷绕电芯的第一示意图；

图2所示为本申请实施例中卷绕电芯的第二示意图；

图3所示为本申请实施例中卷绕电芯的第三示意图；

图4所示为本申请实施例中第一极片上陶瓷层和活性物质层的宽度示意图。

图1-4中：

1、第一极片；11、涂覆区；12、陶瓷区；2、第二极片；3、隔膜；31、内折段；32、外包段。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，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。

请参考附图1-4，本申请的实施例提供了一种卷绕电芯，包括层叠设置的第一极片1和第二极片2，第一极片1和第二极片2均包括集流体和至少涂覆在集流体部分表面的活性物质层，如，第一极片1包括正极集流体和至少涂覆在正极集流体部分表面的活性物质层，第二极片2包括负极集流体和至少涂覆在负极集流体部分表面的活性物质层。第一极片1和第二极片2沿长度方向共同卷绕而形成筒状，在卷绕方向上第一极片1和所述第二极片2均具有多个依次相连的圈状区段，称为卷绕圈。卷绕圈是一个圈状区段，包括两个平直段和两个弯折段共四个依次相连的区段。沿卷绕方向最内圈的卷绕圈为头端卷绕圈(以图2中第二极片2的头端边缘B处向尾端延伸的第一个圈状区段，从B处虚线右侧起绕一圈后至虚线左侧止)，最外圈的卷绕圈为尾端卷绕圈(以图1中第二极片2的尾端边缘A处向头端延伸的第一个圈状区段，从A处虚线左侧起绕一圈后至虚线右侧止)。也可以说，头端卷绕圈为该极片的多个卷绕区段中的最内圈，也是从头端至尾端方向上的第一个卷绕圈，尾端卷绕圈为该极片的多个卷绕区段中的最外圈，也是从尾端至头端方向上的第一个卷绕圈。从极片头端至尾端的方向，头端卷绕圈依次包括极片的第一个平直段、第一个弯折段、第二个平直段和第二个弯折段。从极片尾端至头端的方向，尾端卷绕圈依次包括极片的第一个平直段、第一个弯折段、第二个平直段和第二个弯折段。

极片上涂有活性物质层的区域可以称为涂膏区。第一极片1的头端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S11，第二极片2的头端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S21，两个极片头端卷绕圈的涂布比例AO1为S21/S11-1；第一极片1的尾端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S12，第二极片2的尾端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S22，两个极片尾端卷绕圈的涂布比例AO2为S22/S12-1，且0.02≤AO1≤0.13，和/或，0.02≤AO2≤0.13。如此，设置第二极片2为负极片，通过涂覆比例的设置，既能保证负极片上涂膏区对正极片涂膏区的有效覆盖，避免析锂，又能保证两个极片头端和尾端处的涂布比例差值小，避免锂离子向负极边缘迁移过多，保证有效迁移的锂离子量，保障电池的充放电容量，以解决现有技术中在卷绕电芯尾端正负极片涂布比例相差较大，导致电池充放电容量衰减过快而影响使用寿命的问题。

活性物质层的涂布面积S为活性物质层在极片上的涂覆区域的长度L*活性物质层在极片上涂覆区域的宽度P，即涂膏区的面积S＝涂膏区的长度L*宽度P。头端卷绕圈的涂布面积为头端卷绕圈这一区段上活性物质层涂覆区的长度与宽度的乘积。头端卷绕圈的涂布面积为尾端卷绕圈这一区段上活性物质层涂覆区的长度与宽度的乘积。

一些实施例中，第一极片1尾端卷绕圈和第二极片2尾端卷绕圈的涂布比例AO2小于第一极片1头端卷绕圈和第二极片2头端卷绕圈的涂布比例AO1。正负极片尾端处的涂布比例差对锂离子迁移的影响，大于头端处涂布比例对锂离子迁移的影响，设置尾端处的涂布比例小于头端处的涂布比例，可以降低锂离子向边缘的扩散迁移，能够更好地保证电芯内进行有效迁移的锂离子量，防止电芯的充放电容量衰减过快。

沿电芯的内外方向，第一极片1和第二极片2的两个片面分别为内侧面和外侧面。内侧面指的是更靠近电芯中心的侧面，也可以说是朝向电芯中心的面，外侧面指的是另一侧面。而外侧面是相对于内侧面而言，并非指暴露在外的侧面。以第一极片1为正极片，第二极片2为负极片为例，如图1所示，第二极片2的头端卷绕圈形成卷绕电芯的最内层，尾端卷绕圈形成卷绕电芯的最外层。则一些实施例中，第二极片2的尾端，或者说尾端卷绕圈，包括仅单侧面涂覆活性物质层的单面涂膏区(一面涂有活性物质层，另一侧面未涂覆活性物质层)，如第二极片2的尾端卷绕圈这一区段上，极片外侧面上未涂覆活性物质层，而内侧面上涂覆有活性物质层。

而第一极片1上，内侧面和外侧面两个侧面上的活性物质层，沿卷绕方向，均从极片头端端边延伸至尾端端边，第一极片1为连续涂覆极片，整个极片都为双面涂覆。也可以说，第一极片1包括内侧面和外侧面均涂覆活性物质层的双面涂膏区，而第一极片1的双面涂膏区在卷绕方向上从极片头端端边(卷绕方向上的边)延伸至了尾端端边，即第一极片1从头端端边至尾端端边均为双面涂膏区。

如图1所示，在卷绕电芯的头端，在卷绕方向上，第一极片1的头端端边与第二极片2的头端端边重叠或具有交错即并不重叠。也可以说，两个极片的头端端边平齐或在卷绕方向上具有间距。

第一极片1和第二极片2之间设置有隔膜3，以防止两个极片短接。隔膜3包裹第二极片2并覆盖第二极片2的外表面，该外表面包括内侧面和外侧面。也可以说，隔膜3包括第一膜和第二膜，第一膜位于第二极片2的内侧，覆盖第二极片2的内侧面，第二膜位于第二极片2的外侧，覆盖第二极片2的外侧面。隔膜3的长度大于第二极片2的长度。在卷绕电芯的头端，隔膜3具有超过第二极片2头端边缘的内折段31，在卷绕电芯的尾端，隔膜3具有超过第二极片2尾端边缘的外包段32。

内折段31在卷绕电芯厚度方向上的投影和外包段32在卷绕电芯厚度方向上的投影沿卷绕电芯的宽度方向排列，具有重叠区或不具有重叠区域。

一些实施例中，如图3所示，内折段31在卷绕电芯厚度方向上的投影和外包段32在卷绕电芯厚度方向上的投影在卷绕电芯的宽度方向上排列，且并不重叠。如此设置，隔膜3超出第二极片2的两个区段，并不会在电芯厚度方向上进行重叠，避免隔膜3整体厚度较大而增大卷绕电芯的整体厚度，同时，对隔膜3超过第二极片2的长度进行设置，可以避免卷绕电芯的最外层如第二极片2尾端卷绕圈的外侧面，打皱。

进一步而言，内折段31在卷绕电芯厚度方向上的投影区域，于卷绕电芯宽度方向上的尺寸为N1；外包段32在卷绕电芯厚度方向上的投影区域，于卷绕电芯宽度方向上的尺寸为N2。卷绕电芯的宽度尺寸为W，厚度尺寸为T，其中，0.25*W＜N1≤W-N2-0.5*T。

从图3中可见，隔膜3的外包段32包括弯折段和平直段。从尾端至头端的方向，隔膜3的外包段32依次包括第一个平直段和第一个弯折段。第二极片2的尾端边缘处于第二个平直段和第一个弯折段的交界处。

如图4所示，一些实施例中，第一极片1上设置有陶瓷层，陶瓷层或活性物质层沿第一极片1的第一方向排列，分布设置在第一极片1的不同区域。第一极片1的第一方向为宽度方向，为极片设置有极耳的方向，也可以说是逐渐靠近极耳方向，与卷绕电芯的长度方向一致。在第一极片1的宽度方向上，活性物质层所形成的涂覆区11的宽度为P1，陶瓷层所形成的陶瓷区12的宽度为P2。且0.5％≤P2/(P1+P2)≤11％。如此，活性物质层和陶瓷层都具有合适的大小，可以保证第一极片1上活性物质层的含量，又可以解决陶瓷覆盖面积不够而容易导致极片短路的问题。

卷绕电芯的正极材料包括三元材料(三元材料指镍钴锰酸锂Li(NiCoMn)O₂)或铁锂材料(铁锂材料指磷酸铁锂LiFePO₄)，卷绕电芯的负极材料包括石墨或硅，也可以说卷绕电芯的负极为石墨负极或硅负极。

对不同涂布比例(涂布比例即AO值)的电芯进行容量测试。设置各组电芯如下：

测试方法如下：

1、在常温下，对电池以0.5C恒流恒压充电至满电后，将电池放置在45℃下存储15天；2、取出电池，自然放置至电池恢复至常温，以0.5C恒流恒压放电至3V，测试电池容量为残余容量；3、再将电池以0.5恒流恒压充电至满电后，将电池放置在45℃下存储15天；4.取出电池，自然放置至电池恢复至常温，以0.5C恒流恒压放电至3V，测试电池容量为恢复容量。各组别电池的测试结果如下：

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的部件、装置仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照附图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些部件、装置。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备中，各部件是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种卷绕电芯，其特征在于，包括第一极片和第二极片，所述第一极片和所述第二极片均包括集流体和至少涂覆在所述集流体部分表面的活性物质层，在卷绕方向上，所述第一极片和所述第二极片均具有依次相连的多个卷绕圈，所述卷绕圈为极片的圈状区段并包括两个平直段和两个弯折段；

其中，所述第一极片的头端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S11，所述第二极片的头端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S21，两个极片头端卷绕圈的涂布比例AO1为S21/S11-1；所述第一极片的尾端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S12，所述第二极片的尾端卷绕圈上活性物质层的涂覆面积为S22，两个极片尾端卷绕圈的涂布比例AO2为S22/S12-1，

且，0.02≤AO1≤0.13，和/或，0.02≤AO2≤0.13。

2.如权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述AO2小于所述AO1。

3.如权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，在所述第一极片的第一方向上，所述第一极片上依次为设置有活性物质层的涂膏区和设置有陶瓷层的陶瓷区，所述涂膏区的宽度为P1，所述陶瓷区的宽度为P2，且0.5％≤P2/(P1+P2)≤11％。

4.如权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述第一极片和所述第二极片均具有内侧面和外侧面，其中，

所述第二极片的尾端包括单侧面涂覆活性物质层的单面涂膏区；和/或，所述第一极片包括内侧面和外侧面上均涂覆活性物质层的双面涂膏区，所述双面涂膏区在卷绕方向上从所述第一极片的头端延伸至所述第一极片的尾端。

5.如权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述第一极片和所述第二极片之间设置有隔膜，所述隔膜包裹所述第二极片并覆盖所述第二极片的外表面，且在所述卷绕电芯的头端，所述隔膜具有超过所述第二极片头端边缘的内折段，在所述卷绕电芯的尾端，所述隔膜具有超过所述第二极片尾端边缘的外包段，

所述内折段在所述卷绕电芯厚度方向上的投影和所述外包段在所述卷绕电芯厚度方向上的投影，沿所述卷绕电芯的宽度方向排列，且具有重叠区域或并不具有重叠区域。

6.如权利要求5所述的卷绕电芯，其特征在于，所述内折段在所述卷绕电芯厚度方向上的投影区域，于所述卷绕电芯宽度方向上的尺寸为N1，所述外包段在所述卷绕电芯厚度方向上的投影区域于所述卷绕电芯宽度方向上的尺寸为N2，所述卷绕电芯的宽度尺寸为W，厚度尺寸为T，其中，0.25*W＜N1≤W-N2-0.5*T。

7.如权利要求5所述的卷绕电芯，其特征在于，所述外包段包括弯折段和平直段。

8.如权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，在所述卷绕电芯的头端，在卷绕方向上所述第一极片的头端和所述第二极片的头端平齐或具有交错。

9.如权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述卷绕电芯的正极材料包括三元材料或铁锂材料，所述卷绕电芯的负极材料包括石墨或硅。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的卷绕电芯。