CN105655629B - 一种卷绕式电池用极片、卷绕式电芯、电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卷绕式电池用极片、卷绕式电芯、电池，属于电池技术领域。本发明的卷绕式电池用极片，包括集流体以及附着在集流体上的电极材料层，其特征在于，所述极片边缘设置有未附着电极材料层并用来形成极耳的留白区，所述留白区在极片宽度方向上的宽度小于极片的宽度。本发明的卷绕式电池用极片方便与电池盖板上的极柱电连接，并节省了电池内部在两个方向上的空间。

Description

一种卷绕式电池用极片、卷绕式电芯、电池

技术领域

本发明涉及一种卷绕式电池用极片、卷绕式电芯、电池，属于电池技术领域。

背景技术

体积能量密度是电池的一项重要性能指标，随着新能源汽车的快速发展，对车用动力锂离子电池的体积能量密度要求越来越高，动力电池的体积能量密度大小直接决定了电动汽车的续航里程(或电池模组占用空间的大小)。为了提高车用动力锂离子电池的体积能量密度，通常采用的途径主要有两个方面：一是提高活性物质的压实密度和克容量；二是提高电池内部空间利用率，减少无效空间。

目前，新能源领域的大部分材料厂商一直致力于采用第一种途径，改进材料制作工艺，开发新型材料等，并取得了一定进展。第二种途径则是各动力电池生产厂商技术研究的主要方向，具体的如采用更薄的集流体、更薄的隔离膜、优化电芯结构等。

常见的动力电池主要有硬壳电池和软包装电池两种，根据电池的外形，硬壳电池又分为方形电池和圆柱形电池两种。近年来，方形动力锂离子电池逐步成为新能源汽车的应用主流。对于方形动力锂离子电池，其电芯常见的制作方式有叠片式、多极耳卷绕式和全极耳卷绕式三种。叠片式或者多极耳卷绕式电池的结构如图1-3所示，其电池包括电芯1、盖板4，电芯包括正极极耳2和负极极耳3，盖板包括正极柱5和负极柱6。全极耳卷绕式电池的结构如图4-6所示，其电池包括电芯10、盖板40，电芯包括正极极耳20和负极极耳30，盖板包括正极柱50和负极柱60。叠片式和多极耳卷绕式电芯制成的电池，其在宽度方向上空间利用率较高，但由于极耳与盖板的接连占用较多空间，高度方向上空间利用率较低。而全极耳卷绕式电池在高度方向上空间利用率较高，但由于两侧极耳占据一定空间，宽度方向上空间利用率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高电池内部空间利用率的卷绕式电池用极片。本发明的目的还在于提供上述卷绕式电池用极片的制备方法以及使用该极片的卷绕式电芯及电池。

为了实现以上目的，本发明的卷绕式电池用极片的技术方案如下：

一种卷绕式电池用极片，包括集流体以及附着在集流体上的电极材料层，所述极片边缘设置有未附着电极材料层并用来形成极耳的留白区，所述留白区在极片宽度方向上的宽度小于极片的宽度。

本发明的卷绕式电池用极片上设置有留白区和避让区。其中，留白区的宽度小于极片的宽度，用来形成极耳，方便与电池盖板上的极柱电连接，并节省了电池内部在两个方向上的空间。避让区用来在制成电芯时与不同电性的极片上的留白区位置对应，以将留白区从极片上突出出来，便于其与盖板连接。

所述极片边缘还设置有用来在制成电芯时对相反电性的极片上的留白区形成避让的避让区，所述避让区为设置在极片边缘的缺口，所述避让区在制成电芯时与相反电性的极片上的留白区的位置对应。

留白区和避让区的位置设置可以根据电芯的结构需要设置为不同的方式。如果电芯的正负极分设在电芯的两端，则所述留白区间隔设置在极片一侧的边缘，所述避让区间隔设置在极片另一侧的边缘。如果电芯的正负极均设置在电芯的同一端，则所述留白区和避让区依次交替间隔设置在极片的一侧边缘。

本发明的卷绕式电池用极片的制备方法的技术方案如下：

上述的卷绕式电池用极片的制备方法包括如下步骤：

将电极材料制成的浆料涂覆在集流体上，在留白区位置和避让区位置留出未涂覆区域，干燥，在集流体上形成电极材料层，将避让区位置的集流体切除，即得。

本发明的卷绕式电池用极片的制备方法采用在留白区位置和避让区位置留出未涂覆区域，在干燥后将避让区位置的集流体切除，便于精确控制留白区和避让区的位置和尺寸，使制备电芯时由留白区形成的极耳的位置精确对应，方便连接。

为了提高涂覆的效率，所述集流体的宽度为极片宽度的整数倍，在集流体上形成电极材料层后，先进行分切得到多条极片，再将避让区位置的集流体切除。

本发明的卷绕式电芯的技术方案如下：

一种卷绕式电芯，包括正极片、负极片，所述正极片包括正极集流体以及附着在正极集流体上的正极材料层，所述正极片边缘设置有未附着正极材料层的正极留白区，所述正极留白区形成正极极耳；所述负极片包括负极集流体以及附着在负极集流体上的负极材料层，所述负极片边缘设置有未附着负极材料层的负极留白区，所述负极留白区形成负极极耳。

本发明的卷绕式电芯上由极片的留白区形成极耳，该极耳仅占用极片上一小部分区域，用来与盖板上的极柱进行电连接，在极片宽度方向上留白区以外的区域仍让涂覆有电极材料层，提高了极片的利用率，在一定程度上将电池内部空间利用率最大化，能够在不调整电池正负极材料、压实密度、隔离膜与集流体厚度的情况下，最大程度的提高电池的体积能量密度。该电芯上由于避让区的设置，使留白区形成的极耳突出出极片，使其与盖板上极柱的焊接变得更加方便，并且在焊接时不会影响到极片上的电极材料层。

上述卷绕式电芯采用如下方法制得：在正极集流体上设置电极材料层，并留出未涂覆区域形成正极留白区；在负极集流体上设置电极材料层，并留出未涂覆区域形成负极留白区；将正极片、负极片及隔膜卷绕制成卷绕式电芯。

所述正极片边缘还设置有用来对负极片上的负极留白区进行避让的正极避让区，所述正极避让区为设置在正极片边缘的缺口；所述负极片边缘还设置有用来对正极片上的正极留白区进行避让的负极避让区，所述负极避让区为设置在负极片边缘的缺口；所述正极留白区与负极避让区位置交替重叠分布，所述负极留白区与正极避让区位置交替重叠分布。

对于正负极分设在两端的卷绕式电芯，所述正极留白区设置在正极片的一侧边缘，所述正极避让区设置在正极片的另一侧边缘，所述负极留白区设置在负极片的一侧边缘，所述负极避让区设置在负极片的另一侧边缘，所述正极留白区和负极留白区分别设置在卷绕式电芯轴线方向的两端。具体的，设置留白区之间的距离及避让区之间的距离使制成电芯后，使正极留白区和负极避让区处于卷绕式电芯沿轴线方向一端的上侧，而负极留白区和正极避让区处于卷绕式电芯沿轴线方向的另一端的上侧。在制成电池时，卷绕式电芯的轴线沿水平方向设置，正负极耳均处于卷绕式电芯的上端。

另外，也可以设置为如下方式：所述正极留白区和正极避让区依次交替间隔设置在正极片的一侧边缘，所述负极留白区和负极避让区依次交替间隔设置在负极片的一侧边缘，正极留白区和负极留白区设置在卷绕式电芯沿轴线方向的同一端。制成电池时，电芯轴线竖直设置，极耳均处于电芯上端。

卷绕式电芯还包括隔膜，所述隔膜边缘设置有与极片上的留白区和避让区位置一一对应的避让缺口。

所述卷绕式电芯为方形卷绕式电芯。

本发明的电池的技术方案如下：

一种电池，采用上述的卷绕式电芯。

所述电池为锂离子电池。

为了提高极耳与盖板的导电性，所述卷绕式电芯的正、负极留白区分别通过正、负极连接件与电池盖板电连接。

本发明的电池大大提高了电池内部空间利用率，进而提高了电池的体积能量密度，对于动力电池来说具有重大的意义。

附图说明

图1为现有技术中的叠片式电芯或者多极耳卷绕式电芯的结构示意图；

图2为图1中的电芯连接盖板后的结构示意图；

图3为叠片式电池或者多极耳卷绕式电池的结构示意图；

图4为现有技术中的全极耳卷绕式电芯的结构示意图；

图5为图4中的电芯连接盖板后的结构示意图；

图6为全极耳卷绕式电池的结构示意图；

图7为本发明的电池的实施例的电芯结构示意图；

图8为图7中的电芯连接盖板后的结构示意图；

图9为本发明的电池的实施例的结构示意图；

图10为本发明的电池的实施例的正极片的结构示意图；

图11为本发明的电池的实施例的隔膜的结构示意图；

图12为本发明的电池的实施例的电芯的正极留白区的结构示意图；

图13为本发明的电池的实施例的电芯的负极留白区的结构示意图；

图14为本发明的卷绕式电池用极片制备时的带有未涂覆区的极片的结构示意图；

图15为本发明的卷绕式电池用极片采用另一中方法制备时的带有未涂覆区的极片的结构示意图；

图16为本发明的卷绕式电池用极片采用另一中方法制备时的带有未涂覆区的极片的结构示意图。

具体实施方式

本发明的电池的实施例：

如图7-13所示，本实施例的电池为锂离子电池，在其他实施例中也可以为其他类型的电池，如镍氢电池、镍隔电池等。本实施例的锂离子电池包括卷绕式电芯100以及与卷绕式电芯电连接的盖板400，该卷绕式电芯为方形卷绕式电芯。该方形卷绕式电芯包括一条正极片110、一条负极片120以及夹设在正极片和负极片之间的两条隔膜130，按照正极片、隔膜、负极片、隔膜的顺序叠放后，采用方形卷针卷绕制成，或者采用圆柱形卷针卷绕后压扁制成。方形卷绕式电芯整体呈扁平状，中部为平行设置的正极片、负极片及隔膜，电芯左右两侧各具有一个折弯部，即左侧折弯部和右侧折弯部。

正极片包括正极集流体铝箔及涂覆在正极集流体两个表面的正极材料层，正极材料层包括正极活性物质、粘结剂、导电剂，在其他实施例中，也可以不包括导电剂。正极片上设置有正极留白区111和正极避让区112，正极片上的正极留白区和正极避让区分别设置在正极片沿宽度方向上的两端的边缘。负极片包括负极集流体铜箔及涂覆在负极集流体两个表面的负极材料层，负极材料层包括负极活性物质、粘结剂、导电剂，在其他实施例中，也可以不包括导电剂。负极片上设置有负极留白区和负极避让区，负极片上的负极留白区和负极避让区也分别设置在负极片沿宽度方向上的两端的边缘。

正极留白区为未附着正极材料层的区域，该区域的正极集流体两面均不附着正极材料层，仅留下正极集流体。正极留白区的形状可以为矩形、梯形或者其他不规则形状，本实施例中正极留白区的形状为矩形，矩形正极留白区靠近正极片中心的两个角为直角或者圆角，本实施例中为直角，矩形留白区沿正极片长度方向上的长度和沿正极片宽度方向上的宽度可以根据需要进行设定，一般以满足制成电芯后正极片与电池盖板上的正极柱能够充分焊接为宜。正极避让区为设置在正极片边缘的缺口，即正极避让区部分不包括正极集流体及正极材料层，正极避让区的形状可以为矩形、梯形或者其他不规则形状，可以与负极片上的负极留白区的形状相同，也可以不同，本实施例中，正极避让区的形状也为矩形。矩形正极避让区靠近正极片中心的两个角为直角或者圆角，本实施例中为直角。矩形正极避让区沿正极片长度方向上的长度和沿正极片宽度方向上的宽度可以根据需要进行设定，一般以满足正极避让区的大小不小于负极留白区的大小为宜，或者正极避让区的大小小于负极留白区，但是能够满足制成电芯后负极片上的负极留白区与电池盖板上的负极柱充分焊接。

负极留白区为未附着负极材料层的区域，该区域的负极集流体两面均不附着负极材料层，仅留下负极集流体。负极留白区的形状可以为矩形、梯形或者其他不规则形状，本实施例中负极留白区的形状为矩形，矩形负极留白区靠近负极片中心的两个角为直角或者圆角，本实施例中为直角，矩形留白区沿负极片长度方向上的长度和沿负极片宽度方向上的宽度可以根据需要进行设定，一般以满足制成电芯后负极片与电池盖板上的负极柱能够充分焊接为宜。负极避让区为设置在负极片边缘的缺口，即负极避让区部分不包括负极集流体及负极材料层，负极避让区的形状可以为矩形、梯形或者其他不规则形状，可以与正极片上的正极留白区的形状相同，也可以不同，本实施例中，负极避让区的形状也为矩形。矩形负极避让区靠近负极片中心的两个角为直角或者圆角，本实施例中为直角。矩形负极避让区沿负极片长度方向上的长度和沿负极片宽度方向上的宽度可以根据需要进行设定，一般以满足负极避让区的大小不小于正极留白区的大小为宜，或者负极避让区的大小小于正极留白区，但是能够满足制成电芯后正极片上的正极留白区与电池盖板上的正极柱充分焊接。

正极留白区和正极避让区均设置有多个，分别在正极片沿宽度方向上的两端的边缘侧部，正极留白区沿正极片宽度方向一端的边缘依次交替间隔分布，正极避让区沿正极片宽度方向的另一端的边缘依次交替间隔分布，相邻两个正极留白区之间的距离根据正负极片及隔膜的厚度以及卷绕的圈数进行计算后设置，使其能够保证在制成方形卷绕式电芯后，所有正极留白区的位置对应，且所有正极留白区均位于方形卷绕式电芯沿轴线方向的一端的上侧折弯部处，正极留白区在垂直与极片方向上的投影重合。同样的，负极留白区和负极避让区均设置有多个，负极留白区沿负极片宽度方向一端的边缘依次交替间隔分布，负极避让区沿负极片宽度方向的另一端的边缘依次交替间隔分布，相邻两个负极留白区之间的距离根据正负极片及隔膜的厚度以及卷绕的圈数进行计算后设置，使其能够保证在制成方形卷绕式电芯后，所有负极留白区的位置对应，且所有负极留白区均位于方形卷绕式电芯沿轴线方向的另一端的上侧折弯部处，所有负极留白区在垂直与极片方向上的投影重合。这样在制成电池后，电池壳体内部的卷绕式电芯的轴线呈水平方向设置，正极留白区和负极留白区分别位于电芯的沿轴线方向上的两端的上侧。

正极避让区的位置及相邻两个正极避让区之间的距离也根据正负极片及隔膜的厚度以及卷绕的圈数进行计算后设置，保证正极片上的每一个正极避让区与其相邻的负极片上的负极留白区的位置对应，即正极避让区与负极留白区均位于电芯的右端上侧折弯部，正极避让区与负极留白区在方形卷绕式电芯的径向上依次交替设置，且它们在垂直与极片方向上的投影重合。同样的，负极避让区的位置及相邻两个负极避让区之间的距离也根据正负极片及隔膜的厚度以及卷绕的圈数进行计算后设置，保证负极片上的每一个负极避让区与其相邻的正极片上的正极留白区的位置对应，即负极避让区与正极留白区均位于电芯的左端上侧折弯部，负极避让区与正极留白区在方形卷绕式电芯的径向上依次交替设置，且它们在垂直与极片方向上的投影重合。在制成方形卷绕式电芯后，正极留白区和对应的负极避让区均处于方形卷绕式电芯的一侧，即左端上侧，而负极留白区和对应的负极避让区均处于另一侧，及右端上侧，方便留白区构成的极耳与盖板连接。

方形卷绕式电芯的两条隔膜沿宽度方向上的两侧边缘上均设置有避让缺口131，该避让缺口与其相邻的正极留白区或者负极留白区的位置一一对应，即避让缺口均位于电芯的左端上侧折弯部和右端上侧折弯部位置处，隔膜与所有的正极留白区、负极留白区、正极避让区、负极避让区位置对应处均设置有避让缺口。与正极留白区、负极避让区对应的隔膜避让缺口的大小小于负极避让区的大小，同时负极避让区的大小小于正极留白区的大小。与负极留白区、正极避让区对应的隔膜避让缺口的大小小于负极留白区的大小，同时负极留白区的大小小于正极避让区的大小，使电芯上设置留白区和避让区的部分，隔膜突出出负极片边缘，负极片突出出正极片边缘。同时，在不设置留白区和避让区的部分，隔膜突出出负极片边缘，负极片突出出正极片边缘，如图12和图13所示。

电芯与盖板连接的一侧即电芯上侧形成了分别位于方形卷绕式电芯两端的正极留白区集中带和负极留白区集中带，正极留白区构成了正极极耳200，负极留白区构成了负极极耳300。正极极耳通过正极连接件与盖板上的正极柱500焊接导电连接，负极极耳通过负极连接件与盖板上的负极柱600焊接导电连接，所述正极连接件为铝金属带，负极连接件为铜金属带。

上述实施例在使用时，先进行正极片和负极片的制备，正极片制备时，先将正极浆料涂覆在正极集流体铝箔上，并根据计算的正极留白区和正极避让区的位置，在正极留白区和正极避让区留出未涂覆区域，然后干燥、辊压、分切后，将正极避让区的正极集流体切除，形成正极避让区。采用相似的方法制备出负极片，并将隔膜上的避让缺口裁切出来，然后按照正极片、隔膜、负极片、隔膜的顺序叠放，在卷绕机上卷绕得到卷绕式电芯，将正极留白区通过正极连接件与盖板上的正极柱焊接，将负极留白区通过负极连接件与盖板上的负极柱焊接，入壳，注液，封口，即制得锂离子电池。

在本发明的锂离子电池的其他实施例中，负极留白区和负极避让区依次交替间隔设置在负极片沿宽度方向上的一端的边缘。相应的，正极留白区和正极避让区依次交替间隔设置在正极片沿宽度方向上的一端的边缘。在制成卷绕式电芯后，正极留白区形成的正极极耳和负极留白区形成的负极极耳分别处于电芯沿轴线方向上的同一端。

在本发明的锂离子电池的其他实施例中，不设置正极避让区和负极避让区。

在本发明的锂离子电池的其他实施例中，正极留白区、正极避让区、负极留白区、负极避让区的数量均为一个，该设置适用于卷绕式电芯的卷绕圈数较少的情况，最终形成一个正极极耳和一个负极极耳也能够满足良好的导电性。

在本发明的锂离子电池的其他实施例中，负极片的边缘不突出出正极片的边缘，与正极片的边缘齐平或者略低于正极片边缘均可，只需保证隔膜的边缘突出出正极片边缘和负极片边缘，能够将正极片和负极片充分隔开即可。

本发明的卷绕式电芯的实施例与上述锂离子电池的实施例中的电芯的结构完全一致，此处不再赘述。另外，上述锂离子电池的实施例中的卷绕式电芯的各种替代形式，也都适用于本发明的卷绕式电芯的实施例。

本发明的卷绕式电池用极片的实施例：卷绕式电池用极片可以为正极片或者负极片，正极片与上述锂离子电池的实施例中的正极片的结构完全一致，负极片与上述锂离子电池的实施例中的负极片的结构完全一致，此处不再赘述。另外，上述锂离子电池的实施例中的正极片和负极片的各种替代形式，也都适用于本发明的卷绕式电池用极片的实施例。

本发明的卷绕式电池用极片的制备方法的实施例：

如图14所示，将电极材料制成浆料，涂覆在集流体上，根据计算的留白区和避让区的位置，在留白区位置和避让区位置留出未涂覆区域113，然后干燥，在集流体表面形成电极材料层，然后辊压、分切后，将避让区位置的集流体切除，形成避让区，即得。具体的，该极片可以为正极片或者负极片，制备正极片时，先将正极活性物质、粘结剂、导电剂加入溶剂中合浆，得正极浆料，将正极浆料涂覆在正极集流体铝箔上，根据计算好的正极留白区和正极避让区的位置，在正极集流体上的正极留白区和正极避让区的位置留出不涂覆浆料的区域，然后干燥，在正极集流体表面形成正极材料层，然后辊压、分切后，将正极避让区位置的铝箔切除，形成正极避让区，即得正极片；制备负极片时，先将负极活性物质、粘结剂、导电剂加入溶剂中合浆，得负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体铜箔上，根据计算好的负极留白区和负极避让区的位置，在负极集流体上的负极留白区和负极避让区的位置留出不涂覆浆料的区域，然后干燥，在负极集流体表面形成负极材料层，然后辊压、分切后，将负极避让区位置的铜箔切除，形成负极避让区，即得负极片。

在本发明的卷绕式电池用极片的制备方法的其他实施例中，极片上的留白区和避让区分别设置在极片沿宽度方向上的两端的边缘。

在本发明的卷绕式电池用极片的制备方法的其他实施例中，极片涂覆时，采用多条极片同时涂覆的方式，具体的，采用在宽度为极片宽度的整数倍的集流体上，如两倍极片宽度的集流体上进行涂覆浆料，如图15所示，在集流体两侧边缘留出未涂覆区域113以形成留白区或者避让区，在集流体中线位置留出面积是留白区和避让区面积之和的较大未涂覆区域114，在干燥后或者干燥、辊压后沿集流体中线裁切为两条极片。也可以在集流体中线位置没有设置留白区和避让区的部分的边缘设置有细长的留白边缘，以便于涂覆和形成规整的边缘，由于涂覆过程中，涂覆边缘难以与基材边缘完全重合，该种留白边缘比较容易实现一条涂覆区完全覆盖的边缘线。裁切后，如图16所示，形成具有细长留白边缘115的极片，然后将该细长的留白边缘切掉即可。

在本发明的卷绕式电池用极片的制备方法的其他实施例中，正极留白区、正极避让区、负极留白区、负极避让区的数量均为一个。

Claims (2)

1.一种方形卷绕式电芯，其特征在于，整体呈扁平状，中部为平行设置的正极片、负极片及隔膜，电芯左右两侧各具有一个折弯部，即左侧折弯部和右侧折弯部；所述正极片包括正极集流体以及附着在正极集流体上的正极材料层，所述正极片边缘设置有未附着正极材料层的正极留白区，所述正极留白区形成正极极耳；所述负极片包括负极集流体以及附着在负极集流体上的负极材料层，所述负极片边缘设置有未附着负极材料层的负极留白区，所述负极留白区形成负极极耳；所述正极片边缘还设置有用来对负极片上的负极留白区进行避让的正极避让区，所述正极避让区为设置在正极片边缘的缺口；所述负极片边缘还设置有用来对正极片上的正极留白区进行避让的负极避让区，所述负极避让区为设置在负极片边缘的缺口；所述正极留白区与负极避让区位置交替重叠分布，所述负极留白区与正极避让区位置交替重叠分布；所述正极留白区设置在正极片的一侧边缘，所述正极避让区设置在正极片的另一侧边缘，所述负极留白区设置在负极片的一侧边缘，所述负极避让区设置在负极片的另一侧边缘，所述正极留白区和负极留白区分别设置在卷绕式电芯轴线方向的两端；

在制成电池时，卷绕式电芯的轴线沿水平方向设置，正负极耳均处于卷绕式电芯的上端；

所述隔膜边缘设置有与极片上的留白区和避让区位置一一对应的避让缺口；

正极避让区的位置及相邻两个正极避让区之间的距离根据正负极片及隔膜的厚度以及卷绕的圈数进行计算后设置，保证正极片上的每一个正极避让区与其相邻的负极片上的负极留白区的位置对应，即正极避让区与负极留白区均位于电芯的右端上侧折弯部，正极避让区与负极留白区在方形卷绕式电芯的径向上依次交替设置，且它们在垂直于极片方向上的投影重合；同样的，负极避让区的位置及相邻两个负极避让区之间的距离也根据正负极片及隔膜的厚度以及卷绕的圈数进行计算后设置，保证负极片上的每一个负极避让区与其相邻的正极片上的正极留白区的位置对应，即负极避让区与正极留白区均位于电芯的左端上侧折弯部，负极避让区与正极留白区在方形卷绕式电芯的径向上依次交替设置，且它们在垂直于极片方向上的投影重合；在制成方形卷绕式电芯后，正极留白区和对应的负极避让区均处于方形卷绕式电芯的一侧，即左端上侧，而负极留白区和对应的正极避让区均处于另一侧，即右端上侧，方便留白区构成的极耳与盖板连接。

2.一种电池，其特征在于，采用如权利要求1所述的卷绕式电芯。