CN220652043U - 极片、卷芯及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种极片、卷芯及锂离子电池。该极片包括：集流体；电极膜片，集流体的至少一侧设置有电极膜片，电极膜片包括沿长度方向延伸的平直段和位于平直段的至少一端的渐变段，沿远离平直段的方向，渐变段的厚度逐渐减小。本实用新型的技术方案的极片，能够有效改善卷芯循环性能和安全性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种极片、卷芯及锂离子电池。
背景技术
圆柱锂离子电池由于其单个一致性好，安全性高等优点一直被广泛应用。为了满足客户对续航里程、安全性等的需求，提升电芯的能量密度越来越重要。圆柱锂离子电池卷绕的要点在于隔膜包覆正极片和负极片，同时负极片要包裹正极片，在卷绕开始时先预卷隔膜，然后负极入卷，最后正极入卷，在卷绕结束时，正极先结束，然后是负极，最终是正极。通过对圆柱卷绕电池的应力分析和CT扫描发现，最初发生变形的位置主要集中在截面厚度突变的位置，即正负极入卷处和正负极出卷处，由于截面厚度突变，造成突变点应力集中，循环过程中，正负极片膨胀收缩造成的应力使极片应力集中处向中心孔塌陷，最终导致卷芯循环性能和安全性能降低。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种极片、卷芯及锂离子电池，能够有效改善卷芯循环性能和安全性能。
为了实现上述目的，根据本实用新型的一方面，提供了一种极片，包括：集流体；电极膜片，集流体的至少一侧设置有电极膜片，电极膜片包括沿长度方向延伸的平直段和位于平直段的至少一端的渐变段，沿远离平直段的方向，渐变段的厚度逐渐减小。
进一步地，渐变段包括斜面过渡段或弧面过渡段，渐变段的一端与平直段连接，渐变段的另一端沿远离平直段的方向延伸预设长度。
进一步地，斜面过渡段包括倾斜面，倾斜面与集流体之间的夹角为α，α的取值范围为10°≤α≤60°。
进一步地，弧面过渡段包括弧面，弧面向集流体所在侧凹陷。
进一步地，平直段的一端设置有斜面过渡段，平直段的另一端设置有弧面过渡段。
进一步地，平直段的两端均设置有斜面过渡段或弧面过渡段。
进一步地，电极膜片的数量为两个，两个电极膜片设置在集流体的相对两侧，平直段的两端均设置有渐变段。
进一步地，集流体为铜箔或铝箔。
根据本实用新型的另一方面，还提供了一种卷芯，包括：依次叠置的第一隔膜、正极片、第二隔膜、负极片以及第三隔膜，其中，正极片和负极片中至少一个为上述的极片。
根据本实用新型的另一方面，还提供了一种锂离子电池，包括：壳体；以及上述的卷芯，卷芯安装在壳体内。
应用本实用新型的技术方案，设置有集流体和电极膜片，电极膜片包括平直段，平直段的至少一端设置有渐变段，由于渐变段的厚度沿远离平直段的方向逐渐减小，此时，极片的入卷端和/或出卷端呈现厚度逐渐减小的趋势，能够形成过渡，减小入卷和出卷时由于厚度突变造成的应力集中，减缓卷芯中心孔处极片的变形速率，避免正负极片错位，负极析锂等问题的出现，有效改善卷芯循环性能和安全性能，减小电池的安全风险。
附图说明
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附
图中：
图1示出了本实用新型的一个实施例一的卷芯的截面示意图；
图2示出了本实用新型的一个实施例二的卷芯的截面示意图；
图3示出了本实用新型的一个实施例三的卷芯的截面示意图；以及
图4示出了本实用新型的一个实施例的极片的截面示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、集流体；20、电极膜片；21、平直段；22、斜面过渡段；221、倾斜面；23、弧面过渡段；231、弧面；30、第一隔膜；40、第二隔膜；50、第三隔膜；60、正极片；70、负极片。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
近年来，硅基负极走入产业视野，硅基负极能量密度高，原料分布广泛，成为最具前景的锂电池负极材料。然而，硅基负极具有体积膨胀大的缺点，在充放电过程中体积变化大，容易导致卷绕电芯层间产生内应力，而内应力会使得电芯中心孔处的极片发生变形，这种变形一方面会使电池循环性能下降，另一方面，极片的扭曲变形会导致正负极片错位，导致在负极出现析锂，增大电池的安全风险。其中，圆柱锂离子电池的卷芯是由隔膜、正极片以及负极片卷绕而成的，负极片采用硅基负极材料制成，因此，在充放电过程中会出现上述问题，另外，圆柱锂离子电池卷绕的要点在于隔膜包覆正极片和负极片，同时负极片要包裹正极片，通过对圆柱卷绕电池的应力分析和CT扫描发现，最初发生变形的位置主要集中在截面厚度突变的位置，即正负极入卷处和正负极出卷处，由于截面厚度突变，造成突变点应力集中，循环过程中，正负极片膨胀收缩造成的应力使极片应力集中处向中心孔塌陷，最终导致卷芯循环性能和安全性能降低。
为了解决上述问题，结合参见图1至图3所示，本实用新型提供了一种极片，该极片包括：集流体10；电极膜片20，集流体10的至少一侧设置有电极膜片20，电极膜片20包括沿长度方向延伸的平直段21和位于平直段21的至少一端的渐变段，沿远离平直段21的方向，渐变段的厚度逐渐减小。
在本实施例中，极片由集流体10和电极膜片20组成，集流体10和电极膜片20的长度一致，极片的一端为入卷端，极片的另一端为出卷端，入卷端即为卷绕的起始端，出卷端即为卷绕的终止端。电极膜片20包括平直段21，平直段21的一端设置有渐变段或者平直段21的两端均设置有渐变段，由于渐变段的厚度沿远离平直段21的方向逐渐减小，相较于现有技术整体厚度一致的极片，本申请极片的入卷端和/或出卷端呈现厚度逐渐减小的趋势，能够形成过渡，减小入卷和出卷时由于厚度突变造成的应力集中，减缓卷芯中心孔处极片的变形速率，避免正负极片错位，负极析锂等问题的出现，有效改善卷芯循环性能和安全性能，减小电池的安全风险。另外，极片的入卷端厚度减薄，有利于卷芯内部极片散热和电解液浸润。
如图4所示，在一个实施例中，渐变段还可以为阶梯状结构。
结合参见图1至图3所示，本实用新型的一个实施例中，渐变段包括斜面过渡段22或弧面过渡段23，渐变段的一端与平直段21连接，渐变段的另一端沿远离平直段21的方向延伸预设长度。
在本实施例中，渐变段包括斜面过渡段22时，此时，极片入卷端和/或出卷端的厚度呈线性变化，渐变段包括弧面过渡段23时，极片入卷端和/或出卷端的厚度呈曲线变化，此时，极片入卷端和/或出卷端具有一定弧度，变化更为舒缓。斜面过渡段22和弧面过渡段23的一端与平直段21连接，该端的厚度与平直段21的厚度相同，斜面过渡段22和弧面过渡段23的另一端沿远离平直段21的方向延伸预设长度，渐变段的设置能够保证渐变段厚度平稳变化，是逐渐减小，从而能够避免入卷和出卷时由于厚度突变造成的应力集中。
结合参见图1和图2所示，本实用新型的一个实施例中，斜面过渡段22包括倾斜面221，倾斜面221与集流体10之间的夹角为α，α的取值范围为10°≤α≤60°。
通过上述设置，能够保证渐变段厚度平稳变化，是逐渐减小的，从而能够避免入卷和出卷时由于厚度突变造成的应力集中。
如图3所示，本实用新型的一个实施例中，弧面过渡段23包括弧面231，弧面231向集流体10所在侧凹陷。通过上述设置，能够使极片的两端的厚度逐渐减小。
在附图未示出的实施例中，平直段21的一端设置有斜面过渡段22，平直段21的另一端设置有弧面过渡段23。极片的入卷端和出卷端的厚度是逐渐减小，能够减小入卷和出卷时由于厚度突变造成的应力集中，减缓卷芯中心孔处极片的变形速率，避免正负极片70错位，负极析锂等问题的出现，有效改善卷芯循环性能和安全性能。
结合参见图1至图3所示，本实用新型的一个实施例中，平直段21的两端均设置有斜面过渡段22或弧面过渡段23。斜面过渡段22或弧面过渡段23的设置使得极片的入卷端和出卷端的厚度逐渐减小，减小入卷和出卷时由于厚度突变造成的应力集中。
结合参见图1至图3所示，本实用新型的一个实施例中，电极膜片20的数量为两个，两个电极膜片20设置在集流体10的相对两侧，平直段21的两端均设置有渐变段。
在本实施例中，集流体10的相对两侧均设置有电极膜片20，这样能够保证电池的容量。平直段21的两端均设置有渐变段，此时，极片的入卷端和出卷端的厚度都是逐渐减小，能够减小入卷和出卷时由于厚度突变造成的应力集中。
本实用新型的一个实施例中，集流体10为铜箔或铝箔。集流体10为铝箔，电极膜片20为钴酸锂，磷酸铁锂、三元、磷酸锰铁锂中的一种或多种材料制成，以涂覆的方式在集流体10上形成电极膜片20，此时，极片作为正极片60。集流体10为铜箔，电极膜片20为硅基负极材料制成，此时，极片作为负极片70。
本实用新型的一个实施例中，平直段21的厚度的取值范围为60μm～100μm。当然，也可以将厚度设为其它范围，平直段21的厚度尺寸取决于实际需求。
通过上述设置，既能够保持电极膜片20与集流体10之间良好的粘结力，提高锂离子电池的能量密度，又能够避免电极膜片20过厚而导致电解液浸润和吸收困难，电池内阻变大等问题的出现。
根据本实用新型的另一方面，本实用新型还提供了一种卷芯，包括：依次叠置的第一隔膜30、正极片60、第二隔膜40、负极片70以及第三隔膜50，其中，正极片60和负极片70中至少一个为上述的极片。
在本实施例中，卷芯包括三层隔膜、正极片60以及负极片70，按照第一隔膜30、正极片60、第二隔膜40、负极片70以及第三隔膜50的顺序依次叠置，卷绕开始时，先预卷三层隔膜，然后第二隔膜40和第三隔膜50之间卷入负极片70，最后在第一隔膜30和第二隔膜40之间卷入正极片60，卷绕结束时，正极片60先停止入卷，然后是负极片70，最后是隔膜。正极片60和负极片70中的至少一个为上述的极片，此时，正极片60和/或负极片70具有上述极片的全部技术方案和技术效果，此处不再赘述。
根据本实用新型的另一方面，本实用新型还提供了一种锂离子电池，包括：壳体；以及上述的卷芯，卷芯安装在壳体内。
在本实施例中，锂离子电池的卷芯具有上述卷芯的所有技术方案和技术效果，此处不再赘述。
实施例一
在本实施例中，倾斜面221与集流体10之间的夹角为α为45°，集流体10的两侧均设置有电极膜片20，电极膜片20的平直段21的两端也均设置有渐变段，渐变段包括斜面过渡段22。具体地，负极片70的渐变段的长度为50μm，正极片60的渐变段的长度为55μm。正极片60的厚度为120μm，面密度为385g/m2，集流体10的厚度为10μm，负极片70的厚度为110μm，面密度为160g/m2，集流体10的厚度10μm。
实施例二
实施例二与实施例一的区别在于：正极片60的渐变段的长度为31μm，负极片70的渐变段的长度为28μm(如图2所示)，倾斜面221与集流体10之间的夹角为α为60°。
实施例二中的其余结构与实施例一相同，此处不再赘述。
实施例三
实施例三与实施例一的区别在于：正极片60和负极片70的渐变段均包括弧面过渡段23(如图3所示)。
为验证本实用新型的技术效果，以4690圆柱电池为评估对象。对实施例一、实施例二、实施例三以及现有技术的电池进行测试，循环1000次后，实施例一中的电池能够保持初始容量的82％，实施例二能够保持初始容量的75％，实施例三能够保持初始容量的83％，现有技术的电池能够保持初始容量的70％。
通过上述测试可知，相较于现有技术的圆柱电池，本申请的极片制成的圆柱电池循环寿命更长。
从以上的描述中，可以看出，本实用新型的上述的实施例实现了如下技术效果：电极膜片包括平直段，平直段的至少一端设置有渐变段，由于渐变段的厚度沿远离平直段的方向逐渐减小，此时，极片的入卷端和/或出卷端呈现厚度逐渐减小的趋势，能够形成过渡，减小入卷和出卷时由于厚度突变造成的应力集中，减缓卷芯中心孔处极片的变形速率，避免正负极片错位，负极析锂等问题的出现，有效改善卷芯循环性能和安全性能，减小电池的安全风险。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种极片，其特征在于，包括：
集流体(10)；
电极膜片(20)，所述集流体(10)的至少一侧设置有所述电极膜片(20)，所述电极膜片(20)包括沿长度方向延伸的平直段(21)和位于所述平直段(21)的至少一端的渐变段，沿远离所述平直段(21)的方向，所述渐变段的厚度逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述渐变段包括斜面过渡段(22)或弧面过渡段(23)，所述渐变段的一端与所述平直段(21)连接，所述渐变段的另一端沿远离所述平直段(21)的方向延伸预设长度。
3.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述斜面过渡段(22)包括倾斜面(221)，所述倾斜面(221)与所述集流体(10)之间的夹角为α，α的取值范围为10°≤α≤60°。
4.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述弧面过渡段(23)包括弧面(231)，所述弧面(231)向所述集流体(10)所在侧凹陷。
5.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述平直段(21)的一端设置有所述斜面过渡段(22)，所述平直段(21)的另一端设置有所述弧面过渡段(23)。
6.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述平直段(21)的两端均设置有所述斜面过渡段(22)或所述弧面过渡段(23)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的极片，其特征在于，所述电极膜片(20)的数量为两个，两个所述电极膜片(20)设置在所述集流体(10)的相对两侧，所述平直段(21)的两端均设置有所述渐变段。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的极片，其特征在于，所述集流体(10)为铜箔或铝箔。
9.一种卷芯，其特征在于，包括：
依次叠置的第一隔膜(30)、正极片(60)、第二隔膜(40)、负极片(70)以及第三隔膜(50)，其中，所述正极片(60)和所述负极片(70)中至少一个为权利要求1至8中任一项所述的极片。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括：
壳体；以及如权利要求9所述的卷芯，所述卷芯安装在所述壳体内。
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