JP2020535611A - 捲回型電池セル - Google Patents

Abstract

捲回型電池セル（１０）は、第一の集電体（１２）を有する第一の電極シート（１４）と第二の集電体（１６）を有する第二の電極シート（１８）を備え、第一の電極シート（１４）が中空ホイルセグメント（２２）を有し、中空ホイルセグメント（２２）が第一の電極シート（１４）の１回目の折り曲げられた領域を含み、第二の電極シート（１８）が第二の電極シートヘッドセグメント（２０）を有し、第二の電極シートヘッドセグメント（２０）における第二の集電体（１６）の両側に活物質が塗布され、中空ホイルセグメント（２２）の開始端及び終了端のＴ方向の投影が第二の電極シートヘッドセグメント（２０）に位置する。これにより、電池材料の利用率と電池のエネルギー密度を向上させるとともに、リチウム樹状突起を効果的に回避し、それによって電池の安全性能を高める。【選択図】図３

Description

本出願は電池分野に関し、且つより具体的には、捲回型電池セルに関する。

科学技術の発展に伴い、様々な電子製品が次々と出現し、近年、電池のエネルギー密度及び安全性に対する要求が高くなる。

従来技術では、効率を改善するために、電池セル構造における電極シートに連続塗布プロセスが適用されることが多く、その結果、セル内部の電極シートの表面の活物質が無駄になり、且つセル内部の電極シートの第一のコーナーにリチウム析出による短絡のリスクがあり、電池のエネルギー密度及び安全性に深刻な影響を及ぼす。

従来技術の問題に対して、本出願の目的は、電池材料の利用率と電池のエネルギー密度を向上させるとともに、リチウム樹状突起を効果的に回避し、それによって電池の安全性能を高めるように、捲回型電池セルを提供することである。

本出願の一つの態様による捲回型電池セルは、第一の集電体を有する第一の電極シートと第二の集電体を有する第二の電極シートを備え、第一の電極シートが中空ホイルセグメントを有し、中空ホイルセグメントが第一の電極シートの１回目の折り曲げられた領域を含み、第二の電極シートが第二の電極シートヘッドセグメントを有し、第二の電極シートヘッドセグメントにおける第二の集電体の両側ともに活物質が塗布され、中空ホイルセグメントの開始端及び終了端のＴ方向の投影が第二の電極シートヘッドセグメントに位置する。

本出願の一つの実施例によれば、Ｔ方向に、第二の電極シートヘッドセグメントの両側がそれぞれ第一の電極シートである。

本出願の一つの実施例によれば、中空ホイルセグメントにおいて、第一の集電体の第二の電極シートヘッドセグメントとは反対側に活物質が塗布され、第二の電極シートヘッドセグメントに面する側に活物質が塗布されない。

本出願の一つの実施例によれば、第一の電極シートは第二の電極シートヘッドセグメントに平行で間隔を隔てて設けられた第一の電極シートヘッドセグメントを含み、中空ホイルセグメントは第一の電極シートヘッドセグメントに接続される。

本出願の一つの実施例によれば、中空ホイルセグメントは、折り曲げセグメントと折り曲げセグメントの両端から延びる第一の延伸セグメントと第二の延伸セグメントを含み、第一の延伸セグメントの末端と第二の延伸セグメントの末端の、第二の電極シートヘッドセグメント上の投影が第二の電極シートヘッドセグメントの開始端と間隔を隔てる。

本出願の一つの実施例によれば、第一の延伸セグメントの末端と第二の延伸セグメントの末端の、第二の電極シートヘッドセグメント上の投影がそれぞれ第二の電極シートヘッドセグメントの開始端と第一の距離を隔てて、第一の距離が４ｍｍ以上である。

本出願の一つの実施例によれば、第一の電極シートは陰極シートであり、且つ第二の電極シートは陽極シートである。

本出願の一つの実施例によれば、捲回型電池セルはさらに第一の集電体に電気的に接続された複数の第一の電極タブ、及び第二の集電体に電気的に接続された複数の第二の電極タブを備える。

本出願の一つの実施例によれば、第一の集電体の各リングに一つの第一の電極タブが設けられ、且つ第二の集電体の各リングに一つの第二の電極タブが設けられ、又は第一の集電体の各半分リングに一つの第一の電極タブが設けられ、且つ第二の集電体の各半分リングに一つの第二の電極タブが設けられる。

本出願の一つの実施例によれば、第一の電極タブと第二の電極タブはそれぞれ第一の集電体と第二の集電体と一体に成形され、又は第一の電極タブと第二の電極タブはそれぞれ第一の集電体と第二の集電体に溶接される。

本出願の一つの実施例によれば、第一の電極タブと第二の電極タブはアダプタシートを介して外部装置に接続される。

本出願の一つの実施例によれば、第一の電極シートにおいて、中空ホイルセグメントに加えて、第一の集電体の両側ともに活物質が塗布される。

本出願の一つの実施例によれば、第二の電極シートの第二の集電体全体の両側ともに活物質が塗布され、第一の電極シートと第二の電極シートの間に設けられたセパレータの終端部が捲回型電池セルの外部に巻かれる。

本出願の一つの実施例によれば、第二の電極シートは、第二の中空ホイルセグメントを含み、第二の中空ホイルセグメントが第一の電極シートの外側に囲まれ、且つ第二の中空ホイルセグメントにおいて、第二の集電体の第一の電極シートに向かう側に活物質が塗布され、第一の集電体はさらに第一の電極シートの末端から延びる延伸集電体セグメントを含み、延伸集電体セグメントの両側ともに活物質が塗布されなく且つ第二の中空ホイルセグメントの外側に囲まれる。

本発明の有益な効果は次の通りである。

本出願の捲回型電池セルでは、第一の電極シートと第二の電極シートが巻回中心に一種の相互挿入型構造を形成し、第一の電極シートヘッドセグメントと第二の電極シートヘッドセグメントの活物質がそれぞれ互いに対向し、余分な活物質が浪費されなく、第一の電極シートと第二の電極シートのこの捲回方式により、電池材料の利用率と電池のエネルギー密度が向上し、第一の電極シートに第二の電極シートヘッドセグメントを囲む中空ホイルセグメントが設けられ且つ中空ホイルセグメントの第二の電極シートに面する側に活物質が塗布されないことから、第一の電極シートの開始端にリチウムが析出されることなく、リチウム樹状突起が効果的に回避され、電池の安全性能が大幅に向上する。

本出願の実施例又は従来技術における技術的解決策をより明確に説明するために、以下に実施例に必要な図面を簡単に説明するが、明らかに、以下に説明される図面は本出願のいくつかの実施例だけであり、当業者であれば、創造的な労力を要することなく、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
図１は、従来技術の捲回型電池セルを示す概略図である。 図２は、本出願の一つの実施例による捲回型電池セルの概略図である。 図３は、本出願の別の実施例による捲回型電池セルの概略図である。 図４は、本出願の別の実施例による捲回型電池セルの概略図である。 図５は、本出願の別の実施例による捲回型電池セルの概略図である。 図６は、本出願のさらなる別の実施例による捲回型電池セルの概略図である。 図７は、本出願の一つの実施例による捲回型電池セルの斜視図である。 図８は、第一の電極タブとアダプタシートの接続方式を示す図である。 図９は、第一の電極タブとアダプタシートの別の接続方式を示す図である。

以下に図面を参照しながら本出願の実施例を具体的に説明する。注意すべきものとして、以下の各実施例は、任意の可能な方式で相互に組合わせられてもよく又は部分的に置き換えられてもよい。

まず、図２から図６を参照すると、本出願は、捲回型電池セル１０を提供する。具体的には、捲回型電池セル１０は、第一の電極シート１４と第二の電極シート１８を備え、第一の電極シート１４と第二の電極シート１８が相互に捲回されて図７に示す捲回型電池セル１０を形成する。ここで、第一の電極シート１４は、第一の集電体１２と第一の集電体１２に塗布された活物質２４を含み、同様に、第二の電極シート１８は、第二の集電体１６と第二の集電体１６に塗布された活物質２４を含む。第一の電極シート１４は、中空ホイルセグメント２２を有し、図３に示すように、中空ホイルセグメント２２が開始端２２０と終了端２２２を有し、第一の電極シート１４の１回目の折り曲げられた領域を含み、つまり、第一の電極シート１４の１番目の折り曲げ領域が中空ホイルセグメント２２の一部である。第二の電極シート１８は、第二の電極シートヘッドセグメント２０を有し、第二の電極シートヘッドセグメント２０が第二の電極シート１８の開始端から第二の電極シート１８の１番目の折り曲げセグメントまでのセグメントを指し、ここで、第二の電極シートヘッドセグメント２０における第二の集電体１６の両側ともに活物質２４が塗布され、且つ中空ホイルセグメント２２の開始端２２０と終了端２２２の、捲回型電池セル１０の厚さ方向Ｔの投影が第二の電極シートヘッドセグメント２０に位置し、言い換えれば、中空ホイルセグメント２２が開口を有し、第二の電極シートヘッドセグメント２０が開口から中空ホイルセグメント２２に囲まれた領域に延びる。

上記実施例では、第一の電極シート１４に第二の電極シート１８の第二の電極シートヘッドセグメント２０を囲む中空ホイルセグメント２２が設けられ且つ中空ホイルセグメント２２の第二の電極シート１８に面する一側に活物質２４が塗布されなく、したがって第一の電極シート１４の開始端にリチウムが析出されることなく、リチウム樹状突起が効果的に回避され、電池の安全性能が大幅に向上する。

本出願の一つの実施例では、図３に示すように、捲回型電池セル１０の捲回中心に一種の相互挿入型構造が形成され、該構造では、第二の電極シートヘッドセグメント２０の両側がそれぞれ第一の電極シート１４であり、これにより、第二の電極シートヘッドセグメント２０の両側がそれぞれ第一の電極シート１４の中空ホイルセグメント２２に直接対向し、図１に示す従来技術及び図２に示す本出願の実施例における第二の電極シートヘッドセグメントが第一の電極シートヘッドセグメントよりも１リング多いという捲回方式と比較して、捲回型電池セル１０のこの相互挿入型捲回中心は材料を大幅に節約し、電池セルのエネルギー密度を向上させ、空間利用率を高めることができる。

本出願の一つの実施例によれば、図２から図６に示すように、中空ホイルセグメント２２において、第一の集電体１２における第二の電極シートヘッドセグメント２０とは反対側（即ち、捲回電池セル１０の外部に向かう表面）に活物質２４が塗布され、第二の電極シートヘッドセグメント２０に向かう側（即ち、捲回電池セル１０の中心に向かう表面）に活物質２４が塗布されない。

また、本出願の一つの実施例では、図３から図６に示すように、第一の電極シート１４は、中空ホイルセグメント２２に接続された第一の電極シートヘッドセグメント２６を含み、ここで、第一の電極シートヘッドセグメント２６が第一の電極シート１４の開始端から中空ホイルセグメント２２の開始端までのセグメントを指し、且つ第一の電極シートヘッドセグメント２６が第二の電極シートヘッドセグメント２０と平行で間隔をあける。

さらに、本出願の一つの実施例によれば、図３から図６に示すように、中空ホイルセグメント２２は、折り曲げセグメント２８、折り曲げセグメント２８の開始端から延びる第一の延伸セグメント３０、及び折り曲げセグメント２８の末端から延びる第二の延伸セグメント３２を含み、ここで、第一の延伸セグメント３０と第一の電極シート１４の第一の電極シートヘッドセグメント２６が互いに連続的に接続し、つまり、中空ホイルセグメント２２の折り曲げセグメント２８が第一の電極シート１４の１番目の折り曲げセグメントであり、中空ホイルセグメント２２は、第一の電極シート１４のいずれかの追加された捲回セグメントを介して第一の電極シートヘッドセグメント２６に接続されることなく、第一の電極シートヘッドセグメント２６に直接接続される。また、第一の延伸セグメント３０の末端４８（ここでの末端４８が開始端２２０に相当する）と第二の延伸セグメント３２の末端５０（ここでの末端５０が終了端２２２に相当する）は、第二の電極シートヘッドセグメント２０上の投影が第二の電極シートヘッドセグメント２０の開始端５２と間隔をあけて、即ち、捲回型電池セル１０の厚さ方向Ｔに沿い、第一の延伸セグメント３０の末端４８と第二の延伸セグメント３２の末端５０がそれぞれ第二の電極シートヘッドセグメント２０の開始端５２と揃えられていなく、且つ中空ホイルセグメント２２が第二の電極シートヘッドセグメント２０を囲むために、第二の電極シートヘッドセグメント２０の開始端５２が第一の延伸セグメント３０の末端４８と第二の延伸セグメント３２の末端５０よりも折り曲げセグメント２８に近づいて、第二の電極シートヘッドセグメント２０を中空ホイルセグメント２２に延伸させる。例示的に、本出願の一つの実施例では、第一の延伸セグメント３０の末端４８と第二の延伸セグメント３２の末端５０は、捲回型電池セル１０の厚さ方向Ｔに沿って揃えられ且つ第二の電極シートヘッドセグメント２０の開始端５２と幅Ｗ方向に沿って第一の距離Ｄをあけて、例えば、第一の距離Ｄが４ｍｍであり、この場合、第二の電極シートヘッドセグメント２０の開始端５２が中空ホイルセグメント２２の４ｍｍの距離まで延びる。

本出願の上記各実施例及び他の可能な実施例では、第一の電極シート１４は陰極シートであり、且つ第二の電極シート１８は陽極シートである。

また、図４から図９に示すように、本出願の捲回型電池セル１０は、さらに第一の集電体１２に電気的に接続された複数の第一の電極タブ３４、及び第二の集電体１６に電気的に接続された複数の第二の電極タブ３６を備える。ここで、本出願の実施例では、図４に示すように、第一の集電体１２の各リングに一つの第一の電極タブ３４が設けられ、且つ第二の集電体１６の各リングに一つの第二の電極タブ３６が設けられ、又は、図５に示すように、第一の集電体１２の各半分リングに一つの第一の電極タブ３４が設けられ、且つ第二の集電体１６の各半分リングに一つの第二の電極タブ３６が設けられる。ここで注意すべきものとして、本出願の捲回型電池セル１０では、第一の電極タブ３４と第二の電極タブ３６の設置周波数が実際の応用に応じて変更されてもよく、本出願はこれに限定されない。また、本出願では、第一の電極タブ３４と第二の電極タブ３６はそれぞれ第一の集電体１２と第二の集電体１６と一体に成形され、即ち、第一の電極タブ３４と第一の集電体１２は同一の箔材に属し、例えば、活物質が塗布されない第一の集電体１２を切断して第一の電極タブ３４を形成することができ、第二の電極タブ３６と第二の集電体１６は同じ方法で作られてもよく、又は、他の実施例では、第一の電極タブ３４と第二の電極タブ３６はそれぞれ第一の集電体１２と第二の集電体１６に溶接されてもよい。

本出願の一つの実施例では、第一の電極タブ３４と第二の電極タブ３６はアダプタシート３８を介して外部装置に接続されてもよい。具体的には、図８に示すように、第一の電極シート１４の複数の第一の電極シート３４の捲回型電池セル１０の厚さ方向Ｔの一側に向かって揃えて積み重ねられて接続セグメント４６を延出し、ここで、アダプタシート３８と接続セグメント４６が同じ方向に溶接され、同じ方向の溶接とは接続セグメント４６の溶接端の延伸方向とアダプタシート３８の溶接端の延伸方向が同じであり、例えば、図８に示す実施例で、両者の延伸方向がそれぞれ垂直方向下向きであることを指す。図８に示す溶接方式とは異なり、図９に示す実施例では、接続セグメント４６とアダプタシート３８は異なる方向に溶接され、前記異方向溶接とは接続セグメント４６の溶接端の延伸方向とアダプタシート３８の溶接端の延伸方向が異なり、例えば、図９に示す実施例で接続セグメント４６の溶接端の延伸方向が垂直方向下向きであるが、アダプタシート３８の溶接端の延伸方向が垂直方向上向きであることを指す。第二の電極タブ３６とアダプタシート３８の接続方式が第一の電極タブ３４と同じであるため、ここでは詳細に説明しない。

図３から図６に示すように、本出願の一つの実施例では、第一の電極シート１４において、中空ホイルセグメント２２を除いて、第一の集電体１２の両側それぞれに活物質２４が塗布され、且つ第一の電極シート１４が延びて第二の電極シート１８を超えなく、即ち第一の電極シート１４が常に第二の電極シート１８に囲まれる。

図５に示すように、本出願の一つの実施例では、第二の電極シート１８の第二の集電体１６全体の両側それぞれに活物質２４が塗布され、且つ第一の電極シート１４と第二の電極シート１８の間に設けられたセパレータ４０の終端部が捲回型電池セル１０の外部に囲まれ、該実施例では、第二の電極シート１８は、活物質２４を連続的に塗布するという方式を採用することができ、プロセスが比較的簡単である。

また、図６に示すように、本出願の一つの実施例では、第二の電極シート１８は、第二の中空ホイルセグメント４２を含み、ここで、第二の中空ホイルセグメント４２が第一の電極シート１４の外側に囲まれ、且つ第二の中空ホイルセグメント４２において、第二の集電体１６の第一の電極シート１４に向かう側に活物質２４が塗布され、第一の電極シート１４とは反対側に活物質２４が塗布されなく、該実施例では、第二の中空ホイルセグメント４２を設置することにより、外層のセパレータの層数及び無効な第一の電極シートの活物質を節約し、コストを削減しながら電池のエネルギー密度を向上させる。

さらに図６を参照すると、本出願の一つの実施例では、第一の集電体１２は、さらに第一の電極シート１４の末端から延びる延伸集電体セグメント４４を含み、ここで、延伸集電体セグメント４４の両側それぞれに活物質２４が塗布されなく且つ第二の中空ホイルセグメント４２の外側に囲まれる。

上記実施例では、第二の電極シート１８に第二中空ホイルセグメント４２が残される場合、中空ホイルセグメント４２は少なくとも１リングでもよく、中空ホイルセグメント４２は第一の電極シート１４を包んで中空ホイルがアルミニウムプラスチックフィルムと直接接触して電気腐食を形成してセキュリティ問題を引き起こすことを防止し、同時にベストエリアを形成して放熱速度を向上させ、乱用例えば釘打ち過程に起因する電池セルの発火問題を効果的に防止する。

上記は本出願の好ましい実施例に過ぎず、本出願を制限するためのものではなく、当業者にとって、本出願に対して様々な変更及び修正を行うことができる。本出願の精神及び原則の範囲内で行われたあらゆる修正、同等の置換、改善などは、いずれも本出願の範囲内に含まれるべきである。

Claims (14)

1. 捲回型電池セルであって、
   第一の集電体を有する第一の電極シートと第二の集電体を有する第二の電極シートを備え、
   前記第一の集電体が中空ホイルセグメントを有し、前記中空ホイルセグメントが前記第一の電極シートの１回目の折り曲げられた領域を含み、前記第二の電極シートが第二の電極シートヘッドセグメントを有し、前記第二の電極シートヘッドセグメントにおける前記第二の集電体の両側に活物質が塗布され、前記中空ホイルセグメントにおける前記第二の電極シートヘッドセグメントに面する側に活物質が塗布されなく、前記中空ホイルセグメントの開始端及び終了端のＴ方向の投影が、前記第二の電極シートヘッドセグメントに位置することを特徴とする捲回型電池セル。
2. 前記Ｔ方向に、前記第二の電極シートヘッドセグメントの両側それぞれが前記第一の電極シートであることを特徴とする請求項１に記載の捲回型電池セル。
3. 前記中空ホイルセグメントにおいて、前記第一の集電体における前記第二の電極シートヘッドセグメントとは反対側に活物質が塗布されることを特徴とする請求項１に記載の捲回型電池セル。
4. 前記第一の電極シートは前記第二の電極シートヘッドセグメントに平行で間隔をあけて設けられた第一の電極シートヘッドセグメントを含み、前記中空ホイルセグメントが前記第一の電極シートヘッドセグメントに接続されることを特徴とする請求項１に記載の捲回型電池セル。
5. 前記中空ホイルセグメントは、折り曲げセグメントと、前記折り曲げセグメントの両端から延びる第一の延伸セグメントと第二の延伸セグメントと、を含み、前記第一の延伸セグメントの末端と前記第二の延伸セグメントの末端の、前記第二の電極シートヘッドセグメント上の投影が、前記第二の電極シートヘッドセグメントの開始端と間隔をあけることを特徴とする請求項１に記載の捲回型電池セル。
6. 前記第一の延伸セグメントの末端と前記第二の延伸セグメントの末端の、前記第二の電極シートヘッドセグメント上の投影それぞれが前記第二の電極シートヘッドセグメントの開始端と第一の距離をあけて、前記第一の距離が４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の捲回型電池セル。
7. 前記第一の電極シートは陰極シートであり、且つ前記第二の電極シートは陽極シートであることを特徴とする請求項１に記載の捲回型電池セル。
8. 前記第一の集電体に電気的に接続された複数の第一の電極タブと、
   前記第二の集電体に電気的に接続された複数の第二の電極タブと、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の捲回型電池セル。
9. 前記第一の集電体の各リングに一つの前記第一の電極タブが設けられ、且つ前記第二の集電体の各リングに一つの前記第二の電極タブが設けられ、又は
   前記第一の集電体の各半分リングに一つの前記第一の電極タブが設けられ、且つ前記第二の集電体の各半分リングに一つの前記第二の電極タブが設けられることを特徴とする請求項８に記載の捲回型電池セル。
10. 前記第一の電極タブと前記第二のタブそれぞれは、前記第一の集電体と前記第二の集電体と一体に成形され、又は
    前記第一の電極タブと前記第二の電極タブそれぞれは、前記第一の集電体と前記第二の集電体に溶接されることを特徴とする請求項８に記載の捲回型電池セル。
11. 前記第一の電極タブと前記第二の電極タブはアダプタシートを介して外部装置に接続されることを特徴とする請求項８に記載の捲回型電池セル。
12. 前記第一の電極シートにおいて、前記中空ホイルセグメントを除いて、前記第一の集電体の両側それぞれに活物質が塗布されることを特徴とする請求項１に記載の捲回型電池セル。
13. 前記第二の電極シートの前記第二の集電体全体の両側それぞれに活物質が塗布され、前記第一の電極シートと前記第二の電極シートの間に設けられたセパレータの終端部が前記捲回型電池セルの外部に囲まれることを特徴とする請求項１２に記載の捲回型電池セル。
14. 前記第二の電極シートは、第二の中空ホイルセグメントを含み、前記第二の中空ホイルセグメントが前記第一の電極シートの外側を囲み、且つ前記第二の中空ホイルセグメントにおいて、前記第二の集電体における前記第一の電極シートに向かう側に活物質が塗布され、前記第一の集電体はさらに前記第一の電極シートの末端から延びる延伸集電体セグメントを含み、前記延伸集電体セグメントの両側それぞれに活物質が塗布されなく、且つ前記第二の中空ホイルセグメントの外側を囲むことを特徴とする請求項１２に記載の捲回型電池セル。
    
    

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