CN221041220U - 电池单体、电池及用电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电池单体、电池及用电设备,电池单体包括第一电极组件和第二电极组件,第一电极组件为卷绕式结构,第一电极组件包括第一正极片和第一负极片,第一电极组件的最外圈极片为第一负极片,第二电极组件为卷绕式结构,第二电极组件包括第二正极片和第二负极片,沿第二电极组件的卷绕方向,第二正极片具有超出第二负极片的收尾端的第二正极收尾段。其中,第一电极组件和第二电极组件沿第一方向排列,沿第一方向,第二正极收尾段位于第二电极组件的靠近第一电极组件的一侧。能够提高电池的能量密度。
Description
技术领域
本申请涉及电池领域,具体而言,涉及一种电池单体、电池及用电设备。
背景技术
随着新能源技术的发展,电池的应用越来越广泛,电池具有较高的能量密度、较高的安全性、长使用寿命以及对社会环境的绿色环保性,已经被广泛应用于乘用车、商用车、电动自行车、重卡、储能设施、换电站、工程制造、智能器械等方面,同时也推动通信端、医疗器械、能源开发等方面技术开发及研究。
在电池技术的发展中,如何提高电池的能量密度是亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本申请实施例提供一种电池单体、电池及用电设备,能够有效提高电池的能量密度。
第一方面,本申请实施例提供一种电池单体,电池单体包括第一电极组件和第二电极组件;第一电极组件为卷绕式结构,所述第一电极组件包括第一正极片和第一负极片,所述第一电极组件的最外圈极片为所述第一负极片;第二电极组件为卷绕式结构,所述第二电极组件包括第二正极片和第二负极片,沿所述第二电极组件的卷绕方向,所述第二正极片具有超出所述第二负极片的收尾端的第二正极收尾段;其中,所述第一电极组件和所述第二电极组件沿第一方向排列,沿所述第一方向,所述第二正极收尾段位于所述第二电极组件的靠近所述第一电极组件的一侧。
上述技术方案中,第二电极组件中,第二正极片具有超出第二负极片的收尾端的第二正极收尾段,第二正极收尾段位于第二电极组件的靠近第一电极组件的一侧。相当于,与一般的电极组件相比,在正极材料不变的情况下,第二负极片的长度可以更短,第二电极组件取消了overhang,在取消了overhang的情况下,第二正极收尾段可以利用第一负极片的外侧面,使得离子能够直接在第二正极收尾段与第一负极片的外侧面之间脱嵌,从而第一电极组件仍然不易析锂,同时在正极活性物质与负极活性物质层的总量一定的情况下,被利用的负极活性物质更多,第一负极片的利用率高,因而能够提高电池的能量密度。
此外,与一般的电极组件相比,在正极材料不变的情况下,第二电极组件中,由于第二电极组件取消了overhang,第二负极片用料更少,减少了成本。
在一些实施例中,所述第一电极组件的卷绕方向与所述第二电极组件的卷绕方向相同。
上述技术方案中,第一电极组件的卷绕方向与第二电极组件的卷绕方向相同,便于使用相同方向的卷针往同一方向卷绕形成第一电极组件和第二电极组件,优化生产设备的数量。
在一些实施例中,所述第一负极片的收尾端与所述第二负极片的收尾端相连。
上述技术方案中,第一负极片的收尾端与第二负极片的收尾端相连,能够提高电极组件的整体强度。
在一些实施例中,所述第一负极片和所述第二负极片一体成型。
上述技术方案中,第一负极片和第二负极片一体成型,省去了第一负极片与第二负极片连接的工序,提高了生产效率,同时,第一负极片和第二负极片一体成型提升了极片的结构强度。
在一些实施例中,所述第一电极组件的卷绕方向与所述第二电极组件的卷绕方向相反。
上述技术方案中,第一电极组件的卷绕方向与第二电极组件的卷绕方向相反能够缓解第二正极收尾段与第一负极片之间的应力集中,提高电池的可靠性。
在一些实施例中,所述第一负极片具有超出所述第一正极片的收尾端的第一负极收尾段,沿所述第一方向,所述第一负极收尾段位于所述第一电极组件的靠近所述第二电极组件的一侧。
上述技术方案中,设置第一收尾段能够缓解第一电极组件析锂,同时第二正极收尾段位于第二电极组件的靠近第一电极组件的一侧,第一负极收尾段位于第一电极组件的靠近第二电极组件的一侧,第二正极收尾段与第一负极收尾段相互靠近对应,将第二负极收尾段利用,使得离子可以在第二正极收尾段与第一负极收尾段之间脱嵌,提高第一负极片利用率,从而提高电池的能量密度。
在一些实施例中,所述第一电极组件和所述第二电极组件均呈扁平状,所述第一方向、所述第一电极组件的厚度方向和所述第二电极组件的厚度方向相互平行。
上述技术方案中,第一电极组件和第二电极组件均呈扁平状,第一方向、第一电极组件的厚度方向和第二电极组件的厚度方向相互平行,如此布置,第一电极组件的平直区与第二电极组件的平直区相互平行,能够减小对第一方向上的尺寸占用,同时减小第一电极组件与第二电极组件之间的间隙,减小空间占用,提高单位体积内电极组件的总体积的占比,提高电池的能量密度。
在一些实施例中,所述第二电极组件包括第二平直区和第二弯折区,所述第二正极收尾段位于所述第二平直区。
上述技术方案中,相比电极组件为圆柱体或其他结构,第二正极收尾段位于第二平直区能够增加第二正极收尾段与第一负极片的对应面积,提高第一负极片的利用率,提高电池的能量密度。
在一些实施例中,所述第一电极组件包括第一平直区和第一弯折区,沿所述第一电极组件的卷绕方向,所述第一负极片具有超出所述第一正极片的收尾端的第一负极收尾段,所述第一负极收尾段位于所述第一平直区。
上述技术方案中,相比电极组件为圆柱体或其他结构,第一负极收尾段位于第一平直区能够增加第一负极收尾段与第二正极收尾段的对应面积,提高第一负极片的利用率,提高电池的能量密度是。
在一些实施例中,所述第一正极片的长度与所述第二正极片的长度相等。
上述技术方案中,如此,第一电极组件和第二电极组件可以采用相同尺寸的正极片,利于控制卷绕精度,降低第一正极片的长度与第二正极片的长度不等带来的卷绕误差。
在一些实施例中,所述第一负极片的长度为L1,所述第二负极片的长度为L2,所述第二正极收尾段的长度为L3,满足,L1-L2=L3。
上述技术方案中,第二正极收尾段的长度与第二负极片的长度之和等于第一负极片的长度,如此布置,在所有的电极组件的所有活性物质总量不变的情况下,能够提高第一负极片的利用率,提高电池的能量密度。
在一些实施例中,所述第二负极片包括超出所述第二正极片的收尾端的第二负极收尾段,所述第二负极收尾段的外侧面的至少一部分未设置负极活性物质。
上述技术方案中,若第二负极收尾段的外侧面缺少正极片与之对应,则第二负极收尾段的外侧面的负极活性物质层未被利用,会影响电池的能量密度同时造成材料浪费。因此,在生产第二负极片时,第二负极收尾段未被利用的外侧面的位置可以少涂或者不涂负极活性物质层,减少材料,控制成本,提高整体负极活性物质的利用率,利于提高电池的能量密度。
在一些实施例中,所述第二负极收尾段的外侧面未设置所述负极活性物质。
上述技术方案中,如此布置,负极活性物质用料更少,利于进一步控制成本和提高电池能量密度。
在一些实施例中,沿所述第二电极组件的卷绕方向,所述第二负极收尾段卷绕3/5圈至1圈。
上述技术方案中,由于第二负极收尾段与第二正极收尾段是相对应的,两者相加形成闭环的一圈,因此第二负极收尾段卷绕3/5圈至1圈,能够控制第二正极收尾段与第二负极收尾段的比值,使得第二正极收尾段的卷绕尺寸与第二负极收尾段的卷绕尺寸均在适宜的范围内,第二电极组件的综合性能更优。同时第二正极收尾段的卷绕尺寸在适宜范围内可以与第一负极片具有较大的接触面积,利于提高第一负极片的利用率,提高电池的能量密度。
第二方面,本申请实施例还提供一种电池,包括第一方面任一实施例提供的电池单体。
第三方面,本申请实施例提供一种用电设备,包括第一方面任一实施例提供的电池单体或第二方面任一实施例提供的电池,所述电池单体或所述电池用于为所述用电设备供电。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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获得其他相关的附图。
图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图;
图2为本申请一些实施例提供的电池的分解示意图;
图3为本申请一些实施例的电池单体的分解示意图;
图4为本申请一些实施例的第一电极组件与第二电极组件的结构示意图;
图5为本申请一些实施例的第二电极组件的结构示意图;
图6为本申请另一些实施例的第一电极组件与第二电极组件的结构示意图;
图7为本申请又一些实施例的第一电极组件与第二电极组件的结构示意图;
图8为本申请一些实施例的第一电极组件与第二电极组件的制备示意图;
图9为本申请再一些实施例的第一电极组件与第二电极组件的结构示意图;
图10为本申请一些实施例的第一电极组件的结构示意图;
图11为本申请一些实施例提供的第一电极组件与第二电极组件展开的长度方向的示意图;
图12为本申请一些实施例的第二负极片展开的长度方向的示意图。
图标:1000-车辆;200-控制器;300-马达;100-电池;110-箱体;120-第一部分;130-第二部分;140-容纳空间;30-电池单体;40-壳体;50-端盖;10-第一电极组件;A1-第一平直区;B1-第一弯折区;11-第一负极片;111-第一负极收尾段;1111-第一负极片的收尾端;12-第一正极片;121-第一正极片的收尾端;20-第二电极组件;A2-第二平直区;B2-第二弯折区;21-第二负极片;211-第二负极收尾段;2111-第二负极片的收尾端;22-第二正极片;221-第二正极收尾段;2211-第二正极片的收尾端;60-隔膜;70-卷针;1-负极集流体;2-负极活性物质;R1-第一电极组件的卷绕方向;R2-第二电极组件的卷绕方向;X-第一方向。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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地描述,显然,所描述的实施例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,都属于本申请保护的范围。
除非另有定义,本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同;本申请中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请;本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序或主次关系。
在本申请中提及“实施例”意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请的实施例中,相同的附图标记表示相同的部件,并且为了简洁,在不同实施例中,省略对相同部件的详细说明。应理解,附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸,以及整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明,而不应对本申请构成任何限定。
本申请中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)。
本申请中,电池单体可以包括但不限于锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等。电池单体包括但不限于圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。电池单体一般按封装的方式包括柱形电池单体、方形电池单体和软包电池单体等。
本申请的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如,本申请中所提到的电池可以包括电池模块或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。
电池单体包括电极组件和电解液,电极组件由正极片、负极片和隔离膜组成。电池单体主要依靠金属离子在正极片和负极片之间移动来工作。正极片包括正极集流体和正极活性物质层,正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面,未涂敷正极活性物质层的正极集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的正极集流体,未涂敷正极活性物质层的正极集流体作为正极耳。以锂离子电池为例,正极集流体的材料可以为铝,正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极片包括负极集流体和负极活性物质层,负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面,未涂敷负极活性物质层的负极集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的负极集流体,未涂敷负极活性物质层的负极集流体作为负极耳。负极集流体的材料可以为铜,负极活性物质可以为碳或硅等。为了保证通过大电流而不发生熔断,正极耳的数量为多个且层叠在一起,负极耳的数量为多个且层叠在一起。隔离膜的材质可以为PP(polypropylene,聚丙烯)或PE(polyethylene,聚乙烯)等。
电池技术的发展要同时考虑多方面的设计因素,例如,循环寿命、放电容量、充放电倍率等性能参数,另外,还需要考虑电池的能量密度。
电池通常包括至少一个电池单体,在电池单体中,电池单体包括壳体和容纳于壳体内的电极组件,根据需要,壳体内通常会设置一个或者多个电极组件。
相关技术中,对于卷绕式电极组件而言,电极组件由正极片和负极片卷绕而成,电极组件的收尾端通常设置有overhang(负极超出正极的部分)形成负极包尾以改善电极组件析锂的问题。
电池的能量密度基本是由电池的正极片和负极片决定的,在正极活性物质与负极活性物质层的总量一定的情况下,只有尽可能多的锂离子从正极脱嵌,参与化学反应,才能提升能量密度。换句话说,在正极活性物质与负极活性物质层的总量一定的情况下,未被利用的正极活性物质和负极活性物质越多,能量密度越低。
通常负极片厚度方向的两侧通常设置有活性物质层,由于离子具有只能在面对的活性物质层之间脱嵌,无法穿过集流体嵌入负极片的外侧的负极活性物质的特性,导致负极片最外侧的负极活性物质的未被利用,材料浪费,导致电池的能量密度低。尤其是在设置有多个电极组件的电池单体中,每个电极组件的负极片最外侧的负极活性物质的未被利用,对电池的能量密度影响更明显,overhang的存在也会加重上述情况。
鉴于此,为了解决电池能量密度低的问题,本申请实施例提供一种技术方案,该技术方案中,电池单体包括多个电极组件,多个电极组件包括相邻的第一电极组件和第二电极组件,第一电极组件和第二电极组件均为卷绕式结构,第二电极组件包括第二正极片和第二负极片,沿第二电极组件的卷绕方向,第二正极片具有超出第二负极片的收尾端的第二正极收尾段,第二正极收尾段位于第二电极组件的靠近第一电极组件的一侧。
通过取消第二电极组件的overhang,使正极收尾段对应第一电极组件的外侧,从而利用第一电极组件的外侧的负极活性物质,如此,不仅同样能够缓解电极组件析锂的问题,而且第二电极组件没有overhang,减少了材料浪费,提升了第一电极组件的负极片的利用率,从而较大程度的提高了电池的能量密度。
本申请实施例描述的技术方案适用于电池以及使用电池的用电设备。
用电设备可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。车辆可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车,新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等;航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等;电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具,例如,游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等;电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具,例如,电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。
以下实施例为了方便说明,以用电设备为车辆1000为例进行说明。
请参照图1,图1为本申请一些实施例的车辆1000的结构示意图,车辆1000的内部设置有电池100,电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电,例如,电池100可以作为车辆1000的操作电源。
车辆1000还可以包括控制器200和马达300,控制器200用来控制电池100为马达300供电,例如,用于车辆1000的启动、导航和行驶时的工作用电需求。
在本申请一些实施例中,电池100不仅仅可以作为车辆1000的操作电源,还可以作为车辆1000的驱动电源,代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。
在一些实施例中,请参照图2,图2为本申请一些实施例提供的电池100的分解示意图,电池100包括多个电池单体30。多个电池单体30之间可串联或并联或混联。其中,混联是指多个电池单体30中既有串联又有并联。
在一些实施例中,电池100还可以包括汇流部件(图未示出),多个电池单体30之间可通过汇流部件实现电连接,以实现多个电池单体30的串联或并联或混联。
汇流部件可以是金属导体,比如,铜、铁、铝、钢、铝合金等。
在一些实施例中,电池100还可以包括箱体110,箱体110用于容纳电池单体30。箱体110可以包括第一部分120和第二部分130,第一部分120与第二部分130相互盖合,以限定出用于容纳电池单体30的容纳空间140。当然,第一部分120与第二部分130的连接处可通过密封元件(图未示出)来实现密封,密封元件可以是密封圈、密封胶等。
其中,第一部分120和第二部分130可以是多种形状,比如,长方体、圆柱体等。第一部分120可以是一侧开放的空心结构,第二部分130也可以是一侧开放的空心结构,第二部分130的开放侧盖合于第一部分120的开放侧,则形成具有容纳空间140的箱体110。当然,也可以是第一部分120为一侧开放的空心结构,第二部分130为板状结构,第二部分130盖合于第一部分120的开放侧,则形成具有容纳空间140的箱体110。
请参照图3,图3为本申请一些实施例的电池单体30的分解示意图。电池单体30是指组成电池100的最小单元。如图3所示,电池单体30包括有端盖50、壳体40、第一电极组件10、第二电极组件20以及其他的功能性部件。
端盖50是指盖合于壳体40的开口处以将电池单体30的内部环境隔绝于外部环境的部件。端盖50的形状可以与壳体40的形状相适应以配合壳体40。可选地,端盖50可以由具有一定硬度和强度的材质(如铝合金)制成,这样,端盖50在受挤压碰撞时就不易发生形变,使电池单体30能够具备更高的结构强度,稳定性也可以有所提高。端盖50上可以设置一些功能性部件。在一些实施例中,端盖50上还可以设置有用于在电池单体30的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。端盖50的材质也可以是多种的,包括但不限于铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等。在一些实施例中,在端盖50的内侧还可以设置有绝缘件,绝缘件可以用于隔离壳体40内的电连接部件与端盖50,以降低短路的风险。示例性的,绝缘件可以是塑料、橡胶等。
壳体40是用于配合端盖50以形成电池单体30的内部环境的组件,其中,形成的内部环境可以用于容纳第一电极组件10和第二电极组件20、电解液以及其他部件。壳体40和端盖50可以是独立的部件,可以于壳体40上设置开口,通过在开口处使端盖50盖合开口以形成电池单体30的内部环境。当然,也可以使端盖50和壳体40一体化,具体地,端盖50和壳体40可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面,当需要封装壳体40的内部时,再使端盖50盖合壳体40。壳体40可以是多种形状和多种尺寸的,例如长方体形、六棱柱形等。具体地,壳体40的形状可以根据电极组件的具体形状和尺寸大小来确定。壳体40的材质可以是多种,包括但不限于铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等。
电极组件是电池单体30中发生电化学反应的部件。壳体40内可以包含更多个电极组件。每个电极组件主要由正极片和负极片卷绕放置形成,并且通常在正极片与负极片之间设有隔膜60。正极片和负极片具有活性物质的部分构成电极组件的主要部分,正极片和负极片不具有活性物质的部分各自构成极耳。正极耳和负极耳可以共同位于电池单体30的一端或是分别位于电池单体30的两端。在电池100的充放电过程中,正极活性物质和负极活性物质2与电解液发生反应,极耳连接电极端子以形成电流回路。
本申请实施例提供一种电池单体30,其能够提高电池100的能量密度,以下结合附图对电池单体30的具体结构进行详细阐述。
参照图4、图5和图6,图4为本申请一些实施例的第一电极组件10与第二电极组件20的结构示意图;图5为本申请一些实施例的第二电极组件20的结构示意图;图6为本申请另一些实施例的第一电极组件10与第二电极组件20的结构示意图。
参照图4至图5,本申请实施例提供一种电池单体30,电池单体30包括第一电极组件10和第二电极组件20,第一电极组件10为卷绕式结构,第一电极组件10包括第一正极片12和第一负极片11,第一电极组件10的最外圈极片为第一负极片11,第二电极组件20为卷绕式结构,第二电极组件20包括第二正极片22和第二负极片21,沿第二电极组件的卷绕方向R2,第二正极片22具有超出第二负极片的收尾端2111的第二正极收尾段221。
其中,第一电极组件10和第二电极组件20沿第一方向X排列,沿第一方向X,第二正极收尾段221位于第二电极组件20的靠近第一电极组件10的一侧。
第一电极组件10由第一正极片12与第一负极卷绕而成,第二电极组件20由第二正极片22与第二负极片21卷绕而成,第一电极组件的卷绕方向R1与第二电极组件的卷绕方向R2可以相同,也可以不同。
第二正极片22具有超出第二负极片的收尾端2111的第二正极收尾段221,即第二正极收尾段221是第二正极片22超出第二负极片的收尾端2111的那部分。如图5所示,221所示区域为第二正极收尾段221。应理解,与一般的电极组件不同的是,第二电极组件20没有负极包尾,第二电极组件20取消了overhang。
第二负极片的收尾端2111是与卷绕式结构相应的概念,第二电极组件20是从卷绕中心开始卷绕而成的,第二负极片21绕卷针70开始卷绕,卷绕完成后,沿第二电极组件20的卷绕方向R2,第二负极片21的末端即为第二负极片的收尾端2111。同理,卷绕完成后,沿卷绕方向,第二正极片22的末端为第二正极片的收尾端2211。
相应地,卷绕完成后,沿第一电极组件10的卷绕方向R1,第一负极片11的末端即为第一负极片的收尾端1111;卷绕完成后,沿卷绕方向,第一正极片12的末端为第一正极片的收尾端121。
第一电极组件10可以是设有负极包尾,即,第一电极组件10可以是具有overhang的电极组件,以缓解析锂问题。
第一电极组件10和第二电极组件20沿第一方向X排列,沿第一方向X,第二正极收尾段221位于第二电极组件20的靠近第一电极组件10的一侧,即。相比第二电极组件20的其他区域,第二正极收尾段221更靠近第一电极组件10。
示例性的,如图4所示,第二正极收尾段221靠近第一负极片的收尾端1111,这样第二正极收尾段221的外侧的正极活性物质与第一负极片11的外侧的负极活性物质2对应,图4中用箭头示意离子在第二正极收尾段221外侧第一负极片11的外侧的之间脱嵌。
在其他实施例中,第二正极收尾段221也可以是靠近第一负极片11的其他部分,如图6所示,第二正极收尾段221靠近第一电极组件10的背离第一负极片的收尾端1111的一侧。由于,第一负极片11的外侧的负极活性物质2缺少第一正极片12对应,未被第一电极组件10利用,因此,实质上,第二正极收尾段221只要是位于第二电极组件20的靠近第一电极组件10的一侧,即可利用第一负极片11外侧的活性物质,提高第一负极片11的利用率,从而提高能量密度。第一负极片11的外侧的是第一负极片11背离卷绕中心的一侧,从第一电极组件10的外部看,第一负极片11的外侧是未被第一正极片12覆盖的。
由于离子无法穿透集流体,在第一电极组件10中,第一负极片11的外侧没有对应的第一正极片12进行对应,离子无法嵌入第一负极片11的外侧,第一负极片11的外侧的负极活性物质2层未被利用,这会导致电池100的能量密度低。
本实施例中,第二电极组件20中,第二正极片22具有超出第二负极片的收尾端2111的第二正极收尾段221,第二正极收尾段221位于第二电极组件20的靠近第一电极组件10的一侧。相当于,与一般的电极组件相比,在正极材料不变的情况下,第二负极片21的长度可以更短,第二电极组件20取消了overhang,在取消了overhang的情况下,第二正极收尾段221可以利用第一负极片11的外侧,使得离子能够直接在第二正极收尾段221与第一负极片11的外侧之间脱嵌,从而第一电极组件10仍然不易析锂,同时在正极活性物质与负极活性物质2层的总量一定的情况下,被利用的负极活性物质2更多,第一负极片11的利用率高,因而能够提高电池100的能量密度。
同时,与一般的电极组件相比,在正极材料不变的情况下,第二电极组件20中,由于第二电极组件20取消了overhang,第二负极片21用料更少,减少了成本。
参照图4和图7,在一些实施例中,第一电极组件的卷绕方向R1与第二电极组件的卷绕方向R2相同。
第一电极组件的卷绕方向R1与第二电极组件的卷绕方向R2相同是指从同一侧观察时,第一电极组件的卷绕方向R1与第二电极组件的卷绕方向R2相同。
从同一侧观察,第一电极组件的卷绕方向R1与第二电极组件的卷绕方向R2可以均为逆时顺方向。
第一电极组件的卷绕方向R1与第二电极组件的卷绕方向R2相同,便于使用相同方向的卷针70往同一方向卷绕形成第一电极组件10和第二电极组件20,优化生产设备的数量。
同时,沿第一方向X,第一负极片11和第二负极片21可以共用一部分尺寸,从而减少在第一方向X上的空间占用,提高单位体积内,电极组件总质量的占比,提高电池100的体积能量密度。
图4与图7是对应的两个实施例,示例性的,在图4中,第一负极片11与第二负极片21为分体式结构,这样第一负极片11与第二负极片21可以分体制造,控制制造精度。
参照图7,图7为本申请又一些实施例的第一电极组件10与第二电极组件20的结构示意图。在一些实施例中,第一负极片的收尾端1111与第二负极片的收尾端2111相连。
在图7中,C处示意了第一负极片的收尾端1111与第二负极片的收尾端2111的连接位置处。第一负极片11与第二负极片21可以先分体制造,再通过胶体将第一负极片的收尾端1111与第二负极片的收尾端2111粘接。
第一负极片的收尾端1111与第二负极片的收尾端2111相连,能够提高电极组件的整体强度。
在一些实施例中,第一电极组件的卷绕方向R1与第二电极组件的卷绕方向R2相同,第一负极片11和第二负极片21一体成型。
第一负极片11和第二负极片21一体成型,省去了第一负极片11与第二负极片21连接的工序,提高了生产效率,同时,第一负极片11和第二负极片21一体成型提升了极片的结构强度。
参照图8,图8为本申请一些实施例的第一电极组件10与第二电极组件20的制备示意图。
在一些实施例中,电极组件还包括隔膜60,隔膜60用于将第一正极片12与第一负极片11分隔开,隔膜60还用于将第二正极片22与第二负极片21分隔开。
如图8所示,第一负极片11和第二负极片21一体成型形成负极极片,一体成型后的负极极片的两侧分别设置隔膜60,将第一正极片12与第二负极片21分别设在于一体成型后的负极极片的两侧,通过隔膜60将第一正极片12、第二正极片22以及一体成型后的负极极片分隔开。从一侧开始用一根卷针70卷绕形成第一电极组件10,从另一侧开始用另一根按照相同的方向卷绕形成第二电极组件20。示例性的,在图8中,第一电极组件10与第二电极组件20为逆时针卷绕。
在一些实施例中,两根卷针70同时工作,能够较大程度的提高生产效率。
通常电极组件从一端卷绕而成,若两个电极组件,则需要花费两倍的时间。本实施例中,第一负极片11与第二负极片21一体成型有利于改变卷绕工序,该卷绕工序中能够提供两个卷针70用于从两端同时卷绕的同时形成第一电极组件10和第二电极组件20,提交生产效率。
参照图9,图9为本申请再一些实施例的第一电极组件10与第二电极组件20的结构示意图。在一些实施例中,第一电极组件的卷绕方向R1与第二电极组件的卷绕方向R2相反。
第一电极组件的卷绕方向R1与第二电极组件的卷绕方向R2相反,指从同一侧观察时,第一电极组件的卷绕方向R1与第二电极组件的卷绕方向R2不同。
示例性地,在图9中,第一电极组件的卷绕方向R1为顺时针方向,第二电极组件的卷绕方向R2为逆时针方向。当然,在其他实施例中,也可以是第二电极组件的卷绕方向R2为顺时针方向,第一电极组件的卷绕方向R1为逆时针方向。
第一电极组件的卷绕方向R1与第二电极组件的卷绕方向R2相反能够缓解第二正极收尾段221与第一负极片11之间的应力集中,提高电池100的可靠性。
应理解本申请提供的实施例中,电池单体30可以包括更多数量的电极组件,即,除了第一电极组件10和第二电极组件20外,电池单体30还可以包括第三电极组件(图中未示出)、第四电极组件(图中未示出)甚至更多电极组件。
先参照图10,再结合参照图4,图10为本申请一些实施例的第一电极组件10的结构示意图。在一些实施例中,第一负极片11具有超出第一正极片的收尾端121的第一负极收尾段111,沿第一方向X,第一负极收尾段111位于第一电极组件10的靠近第二电极组件20的一侧。
可理解地,第一负极收尾段111为第一电极组件10的overhang,第一负极收尾段111虽然能够改善第一电极组件10析锂,但会降低第一负极片11的利用率,影响电池100的能量密度。
第一负极收尾段111位于第一电极组件10的靠近第二电极组件20的一侧,是指,相比第一电极组件10的其他区域,第一负极收尾段111更靠近第二电极组件20。
本实施例中,设置第一收尾段能够缓解第一电极组件10析锂,同时第二正极收尾段221位于第二电极组件20的靠近第一电极组件10的一侧,第一负极收尾段111位于第一电极组件10的靠近第二电极组件20的一侧,第二正极收尾段221与第一负极收尾段111相互靠近对应,将第二负极收尾段211利用,使得离子可以在第二正极收尾段221与第一负极收尾段111之间脱嵌,提高第一负极片11利用率,从而提高电池100的能量密度。
参照图5至7、图9和图10,在一些实施例中,第一电极组件10和第二电极组件20均呈扁平状,第一方向X、第一电极组件10的厚度方向和第二电极组件20的厚度方向相互平行。
第一电极组件10卷绕后压扁能够形成扁平状,第二电极组件20卷绕后压扁能够形成扁平状。
如图5所示,第一电极组件10具有第一平直区A1和第一弯折区B1。第一平直区A1对应第一电极组件10的大面,如图10所示,第二电极组件20具有第一平直区A1和第二弯折区B2,第二平直区A2对应第二电极组件20的大面。
第一电极组件10和第二电极组件20均呈扁平状,第一方向X、第一电极组件10的厚度方向和第二电极组件20的厚度方向相互平行,如此布置,第一电极组件10的平直区与第二电极组件20的平直区相互平行,能够减小对第一方向X上的尺寸占用,同时减小第一电极组件10与第二电极组件20之间的间隙,减小空间占用,提高单位体积内电极组件的总体积的占比,提高电池100的能量密度。
参照图8,在一些实施例中,第二电极组件20包括第二平直区A2和第二弯折区B2,第二正极收尾段221位于第二平直区A2。
相比电极组件为圆柱体或其他结构,第二正极收尾段221位于第二平直区A2能够增加第二正极收尾段221与第一负极片11的对应面积,提高第一负极片11的利用率,提高电池100的能量密度。
参照图10,在一些实施例中,第一电极组件10包括第一平直区A1和第一弯折区B1,沿第一电极组件的卷绕方向R1,第一负极片11具有超出第一正极片的收尾端121的第一负极收尾段111。
相比电极组件为圆柱体或其他结构,第一负极收尾段111位于第一平直区A1能够增加第一负极收尾段111与第二正极收尾段221的对应面积,提高第一负极片11的利用率,提高电池100的能量密度。
在一些实施例中,第二正极收尾段221位于第二平直区A2,第一负极收尾段111位于第一平直区A1,第二正极收尾段221与第一负极收尾段111
对应面积更大,电池100能量密度更高。
先参照图11,再结合参照图5,图11为本申请一些实施例提供的第一电极组件10与第二电极组件20展开后的长度方向的示意图,在一些实施例中,第一正极片12的长度与第二正极片22的长度相等。如此布置,第一电极组件10和第二电极组件20可以采用相同尺寸的正极片,利于控制卷绕精度,降低第一正极片12的长度与第二正极片22的长度不等带来的卷绕误差。
在一些实施例中,第一负极片11的长度为L1,第二负极片21的长度为L2,第二正极收尾段221的长度为L3,满足,L1-L2=L3。
第一负极片11的长度是第一负极片11沿卷绕方向延伸的长度,也是指第一负极片11展开后的长度。同理,第二负极片21的长度是第二负极片21展开后的长度,第二正极收尾段221的长度是第二正极收尾段221的长度展开后的长度。
本实施例中,第二正极收尾段221的长度与第二负极片21的长度之和等于第一负极片11的长度,如此布置,在所有电极组件的所有活性物质总量不变的情况下,能够提高第一负极片11的利用率,提高电池100的能量密度。
参照图12,图12为本申请一些实施例的第二负极片21展开的长度方向的示意图。在一些实施例中,第二负极片21包括负极集流体1和设置于负极集流体1的厚度方向H的负极活性物质2。
先参照图12,再参照图5,在一些实施例中,第二负极片21包括超出第二正极片的收尾端2211的第二负极收尾段211,第二负极收尾段211的外侧面的至少一部分未设置负极活性物质2。
第二负极收尾段211是指沿卷绕方向,第二负极超出第二正极片的收尾端2211的那一部分,从第二负极片21的与第二正极片的收尾端2211对应的位置开始一直到第二负极片的收尾端2111的那一部分为第二负极收尾段211。如果忽略卷绕圈数对极片长度的影响,那么第一电极组件10展开后,沿极片的长度方向,第二负极片21超出第二正极片22的那一部分则为第二负极收尾段211。
第二负极收尾段211的外侧面是第二负极收尾段211的背离第二电极组件20的卷绕中心的一侧。
第二负极收尾段211包括负极集流体1和负极活性物质2,第二负极收尾段211的外侧面的至少一部分未设置负极活性物质2是指,第二负极收尾段211的外侧面可以少涂或者不涂负极活性物质2。第二负极收尾段211的内侧面可以正常涂覆活性物质。
若第二负极收尾段211的外侧面缺少正极片与之对应,则第二负极收尾段211的外侧面的负极活性物质2层未被利用,会影响电池100的能量密度同时造成材料浪费。因此,在生产第二负极片21时,第二负极收尾段211未被利用的外侧面的位置可以少涂或者不涂负极活性物质2层,减少材料,控制成本,提高整体负极活性物质2的利用率,利于提高电池100的能量密度。
继续参照图12,在一些实施例中,第二负极收尾段211的外侧面未设置负极活性物质2。如此布置,负极活性物质2用料更少,利于进一步控制成本和提高电池100能量密度。
在一些实施例中,沿第二电极组件的卷绕方向R2,第二负极收尾段211卷绕3/5圈至1圈。
第二负极收尾段211可以卷绕3/5圈、4/5圈、9/10圈、1圈。因为无法穷尽列举3/5-1之间的所有数值,此处列举几个中间值作为举例,可以理解的是这中间的任意数值都可以作为第二负极收尾段211卷绕的圈数的数值。
由于第二负极收尾段211与第二正极收尾段221是相对应的,两者相加形成闭环的一圈,因此第二负极收尾段211卷绕3/5圈至1圈,能够控制第二正极收尾段221与第二负极收尾段211的比值,使得第二正极收尾段221的卷绕尺寸与第二负极收尾段211的卷绕尺寸均在适宜的范围内,第二电极组件20的综合性能更优。同时第二正极收尾段221的卷绕尺寸在适宜范围内可以与第一负极片11具有较大的接触面积,利于提高第一负极片11的利用率,提高电池100的能量密度。
在一些实施例中,第二负极收尾段211的长度在10mm至100mm之间。
在一些实施例中,沿第一方向X,第一正极片12的起始端与第一负极片11的起始端对齐,第一正极片12的起始端和第一负极片11的起始端是从第一电极组件10的卷绕中心开始的起始位置。
在一些实施例中,沿第一电极组件的卷绕方向R1,第一正极片12超出与第一负极片11至1000mm。
在一些实施例中,沿第一方向X,第二正极片22的起始端与第二负极片21的起始端对齐,第二正极片22的起始端和第二负极片21的起始端是从第二电极组件20的卷绕中心开始的起始位置。
在一些实施例中,沿第二电极组件的卷绕方向R2,第二正极片22超出与第二负极片21至1000mm。
本申请实施例还提供一种电池100,电池100包括上述任一实施例提供的电池单体30。
本申请实施例还提供一种用电设备,用电设备包括上述任一的电池单体30或任一实施例提供的电池100,电池单体30或电池100用于为用电设备供电。
本申请实施例还提供一种电池单体30,电池单体30包括第一电极组件10和第二电极组件20。第一电极组件10和第二电极组件20为卷绕式结构,第一电极组件10和第二电极组件20均呈扁平状,第一电极组件10和第二电极组件20沿第一方向X排列,第一方向X、第一电极组件10的厚度方向和第二电极组件20的厚度方向相互平行。第一电极组件10包括第一正极片12和第一负极片11,第一电极组件10的最外圈极片为第一负极片11,第一负极片11具有超出第一正极片的收尾端121的第一负极收尾段111。第二电极组件20为卷绕式结构,第二电极组件20包括第二正极片22和第二负极片21,沿第二电极组件的卷绕方向R2,第二正极片22具有超出第二负极片的收尾端2111的第二正极收尾段221。其中,沿第一方向X,第二正极收尾段221位于第二电极组件20的靠近第一电极组件10的一侧,第一负极收尾段111位于第一电极组件10的靠近第二电极组件20的一侧。第二电极组件20包括第二平直区A2和第二弯折区B2,第二正极收尾段221位于第二平直区A2。第一电极组件10包括第一平直区A1和第一弯折区B1,沿第一电极组件的卷绕方向R1,第一负极片11具有超出第一正极片的收尾端121的第一负极收尾段111,所第一负极收尾段111位于第一平直区A1。
本申请实施例还提供一种电池单体30,电池单体30包括第一电极组件10和第二电极组件20。第一电极组件10和第二电极组件20为卷绕式结构,第一电极组件10和第二电极组件20均呈扁平状,第一电极组件10和第二电极组件20沿第一方向X排列,第一方向X、第一电极组件10的厚度方向和第二电极组件20的厚度方向相互平行。第一电极组件10包括第一正极片12和第一负极片11,第一电极组件10的最外圈极片为第一负极片11,第一负极片11具有超出第一正极片的收尾端121的第一负极收尾段111。第二电极组件20为卷绕式结构,第二电极组件20包括第二正极片22和第二负极片21,沿第二电极组件的卷绕方向R2,第二正极片22具有超出第二负极片的收尾端2111的第二正极收尾段221。其中,沿第一方向X,第二正极收尾段221位于第二电极组件20的靠近第一电极组件10的一侧,第一负极收尾段111位于第一电极组件10的靠近第二电极组件20的一侧。第二电极组件20包括第二平直区A2和第二弯折区B2,第二正极收尾段221位于第二平直区A2。第一电极组件10包括第一平直区A1和第一弯折区B1,沿第一电极组件的卷绕方向R1,第一负极片11具有超出第一正极片的收尾端121的第一负极收尾段111,所一负极收尾段位于第一平直区A1。第一负极片11与第二负极片21一体成型。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种电池单体,其特征在于,包括:
第一电极组件,为卷绕式结构,所述第一电极组件包括第一正极片和第一负极片,所述第一电极组件的最外圈极片为所述第一负极片;
第二电极组件,为卷绕式结构,所述第二电极组件包括第二正极片和第二负极片,沿所述第二电极组件的卷绕方向,所述第二正极片具有超出所述第二负极片的收尾端的第二正极收尾段;
其中,所述第一电极组件和所述第二电极组件沿第一方向排列,沿所述第一方向,所述第二正极收尾段位于所述第二电极组件的靠近所述第一电极组件的一侧。
2.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述第一电极组件的卷绕方向与所述第二电极组件的卷绕方向相同。
3.根据权利要求2所述的电池单体,其特征在于,所述第一负极片的收尾端与所述第二负极片的收尾端相连。
4.根据权利要求3所述的电池单体,其特征在于,所述第一负极片和所述第二负极片一体成型。
5.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述第一电极组件的卷绕方向与所述第二电极组件的卷绕方向相反。
6.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述第一负极片具有超出所述第一正极片的收尾端的第一负极收尾段,沿所述第一方向,所述第一负极收尾段位于所述第一电极组件的靠近所述第二电极组件的一侧。
7.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述第一电极组件和所述第二电极组件均呈扁平状,所述第一方向、所述第一电极组件的厚度方向和所述第二电极组件的厚度方向相互平行。
8.根据权利要求7所述的电池单体,其特征在于,所述第二电极组件包括第二平直区和第二弯折区,所述第二正极收尾段位于所述第二平直区。
9.根据权利要求7或8所述的电池单体,其特征在于,所述第一电极组件包括第一平直区和第一弯折区,沿所述第一电极组件的卷绕方向,所述第一负极片具有超出所述第一正极片的收尾端的第一负极收尾段,所述第一负极收尾段位于所述第一平直区。
10.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述第一正极片的长度与所述第二正极片的长度相等。
11.根据权利要求1或10所述的电池单体,其特征在于,所述第一负极片的长度为L1,所述第二负极片的长度为L2,所述第二正极收尾段的长度为L3,满足,L1-L2=L3。
12.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述第二负极片包括超出所述第二正极片的收尾端的第二负极收尾段,所述第二负极收尾段的外侧面的至少一部分未设置负极活性物质。
13.根据权利要求12所述的电池单体,其特征在于,所述第二负极收尾段的外侧面未设置所述负极活性物质。
14.根据权利要求12所述的电池单体,其特征在于,沿所述第二电极组件的卷绕方向,所述第二负极收尾段卷绕3/5圈至1圈。
15.一种电池,其特征在于,包括权利要求1-14任一项所述的电池单体。
16.一种用电设备,其特征在于,包括权利要求1-14任一项所述的电池单体或权利要求15所述的电池,所述电池单体或所述电池用于为所述用电设备供电。
Priority Applications (1)
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CN202322518947.9U CN221041220U (zh) | 2023-09-15 | 2023-09-15 | 电池单体、电池及用电设备 |
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