CN107302109B - 卷绕式电芯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种卷绕式电芯，包括：第一极片，具有第一集流体和涂覆在第一集流体的第一活性物质层；第二极片，具有第二集流体和涂覆在第二集流体的第二活性物质层；隔离膜，将第一极片和第二极片隔离开；第一极耳，与第一集流体电连接；第二极耳，与第二集流体电连接。第一极片的第一卷绕起始段包括：主体部，处于第二卷绕起始段沿厚度方向的外侧，且主体部沿长度方向的长度大于第二卷绕起始段沿长度方向的长度；回折部，与主体部相连并处于主体部沿厚度方向的内侧。在长度方向上，隔离膜的第三卷绕起始段位于第二卷绕起始段的端部的外侧，并沿远离第二卷绕起始段的端部的方向延伸且不回折。

Description

卷绕式电芯
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种卷绕式电芯。
背景技术
随着锂离子电芯商业化的发展，市场对其能量密度的要求越来越高。参照图1，常规的卷绕式电芯的头部的空白正极集流体111(Al foil，铝箔)短于负极集流体211(Cufoil，铜箔)，并且卷绕式电芯的内部需要空卷两层隔离膜3(图1虚框围绕的部分隔离膜即为空卷的隔离膜)，不但造成隔离膜3的浪费，而且使得隔离膜3与正极极耳4、负极极耳5在厚度方向T上重叠，因此增加电芯的厚度从而降低电芯的能量密度。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种卷绕式电芯，其能减少隔离膜以及胶纸的使用量，并降低卷绕式电芯的厚度，提高卷绕式电芯的能量密度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种卷绕式电芯，其包括：第一极片，具有第一集流体和涂覆在第一集流体至少一个表面上的第一活性物质层；第二极片，具有第二集流体和涂覆在第二集流体至少一个表面上的第二活性物质层；隔离膜，设置于第一极片和第二极片之间，以将第一极片和第二极片隔离开；第一极耳，与第一集流体电连接；第二极耳，与第二集流体电连接。
其中，第一极片的第一卷绕起始段包括：主体部，处于第二极片的第二卷绕起始段沿厚度方向的外侧，且主体部沿长度方向的长度大于第二卷绕起始段沿长度方向的长度；以及回折部，与主体部相连并处于主体部沿厚度方向的内侧。在长度方向上，隔离膜的第三卷绕起始段位于第二极片的第二卷绕起始段的端部的外侧，并沿远离第二卷绕起始段的端部的方向延伸且不回折。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的卷绕式电芯中，由于隔离膜的第三卷绕起始段沿远离第二卷绕起始段的端部的方向延伸且不回折，从而无需像现有技术那样大长度回卷，从而降低隔离膜的使用量，降低成本。另外，隔离膜的第三卷绕起始段的延伸方式能够避免第三卷绕起始段在厚度方向上与第二卷绕起始段重叠，从而降低卷绕式电芯的厚度，提高卷绕式电芯的能量密度。同时，本发明的卷绕式电芯可以实现自动化生产。另外，回折部的端部在厚度方向上仅一侧与第二极片相对，因此只需在该侧粘贴胶纸即可，而另一侧与主体部相对，因此无需粘贴胶纸，与现有技术相比，减少了胶纸的用量，节约了成本，而且进一步减小了电芯厚度。
附图说明
图1为现有技术的卷绕式电芯的示意图；
图2为根据本发明的卷绕式电芯的第一实施例的示意图，其中第一卷绕起始段、第二卷绕起始段、第三卷绕起始段均用虚框指示出；
图3为根据本发明的卷绕式电芯的第二实施例的示意图，其中第一卷绕起始段、第二卷绕起始段、第三卷绕起始段均用虚框指示出；
图4为根据本发明的卷绕式电芯的第三实施例的示意图，其中第一卷绕起始段、第二卷绕起始段、第三卷绕起始段均用虚框指示出；
图5为根据本发明的卷绕式电芯的第四实施例的示意图，其中第一卷绕起始段、第二卷绕起始段、第三卷绕起始段均用虚框指示出；
图6为根据本发明的卷绕式电芯的第五实施例的示意图，其中第一卷绕起始段、第二卷绕起始段、第三卷绕起始段均用虚框指示出；
图7为根据本发明的卷绕式电芯的成形示意图；
图8为根据本发明的卷绕式电芯的形成第一极耳的一实施例的示意图，其中为了清楚起见，第一集流体上未涉及第一活性物质层；
图9为根据本发明的卷绕式电芯的形成第一极耳的另一实施例的示意图，其中为了清楚起见，第一集流体上未涉及第一活性物质层；
图10为根据本发明的卷绕式电芯的形成第二极耳的一实施例的示意图，其中为了清楚起见，第二集流体上未涉及第二活性物质层；
图11为根据本发明的卷绕式电芯的形成第二极耳的另一实施例的示意图，其中为了清楚起见，第二集流体上未涉及第一活性物质层。
其中，附图标记说明如下：
1第一极片 5第二极耳
11第一集流体 E1第一卷绕起始段
111空白第一集流体 E11主体部
12第一活性物质层 E12回折部
13第一凹槽 E2第二卷绕起始段
2第二极片 E3第三卷绕起始段
21第二集流体 S1第一卷针
211空白第二集流体 S2第二卷针
22第二活性物质层 G夹槽
23第二凹槽 T厚度方向
3隔离膜 L长度方向
4第一极耳
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明的卷绕式电芯。
参照图2至图11，根据本发明的卷绕式电芯包括：第一极片1，具有第一集流体11和涂覆在第一集流体11至少一个表面上的第一活性物质层12；第二极片2，具有第二集流体21和涂覆在第二集流体21至少一个表面上的第二活性物质层22；隔离膜3，设置于第一极片1和第二极片2之间，以将第一极片1和第二极片2隔离开；第一极耳4，与第一集流体11电连接；第二极耳5，与第二集流体21电连接。
其中，第一极片1的第一卷绕起始段E1包括：主体部E11，处于第二极片2的第二卷绕起始段E2沿厚度方向T的外侧，且主体部E11沿长度方向L的长度大于第二卷绕起始段E2沿长度方向L的长度；以及回折部E12，与主体部E11相连并处于主体部E11沿厚度方向T的内侧。在长度方向L上，隔离膜3的第三卷绕起始段E3位于第二极片2的第二卷绕起始段E2的端部的外侧，并沿远离第二卷绕起始段E2的端部的方向延伸且不回折。
在根据本发明的卷绕式电芯中，由于隔离膜3的第三卷绕起始段E3沿远离第二卷绕起始段E2的端部的方向延伸且不回折，从而无需像现有技术那样大长度回卷，从而降低隔离膜3的使用量，降低成本。另外，隔离膜3的第三卷绕起始段E3的延伸方式能够避免第三卷绕起始段E3在厚度方向T上与第二卷绕起始段E2重叠，从而降低卷绕式电芯的厚度，提高卷绕式电芯的能量密度。同时，本发明的卷绕式电芯可以实现自动化生产。另外，回折部E12的端部在厚度方向T上仅一侧与第二极片2相对，因此只需在该侧粘贴胶纸(由于在实际生产中，回折部E12的端部会留有毛刺，易刺破隔离膜3而与第二极片2接触，并造成短路)即可，而另一侧与主体部E11相对，因此无需粘贴胶纸，与现有技术相比，减少了胶纸的用量，节约了成本，而且进一步减小了电芯厚度。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，沿厚度方向T，在第二极片2的第二卷绕起始段E2相邻的内侧和外侧分别设有一层隔离膜3，并且所述两层隔离膜3均超出第二卷绕起始段E2的端部，超出第二卷绕起始段E2的端部的所述两层隔离膜3构成隔离膜3的第三卷绕起始段E3。在形成的卷绕式电芯内，第三卷绕起始段E3为两层隔离膜，优选地，此两层隔离膜贴合在一起。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，隔离膜3的第三卷绕起始段E3的长度和卷绕式电芯的长度有关，最小长度小于等于3mm即可，优选为3mm～100mm，最优选8mm～30mm。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一极片1可以为正极极片或者负极极片，对应地，第二极片2为负极极片或者正极极片。优选地，第一极片1为正极极片，第二极片2为负极极片，对应地，第一活性物质层12为正极活性物质层，具体可以为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂中的至少一种。第二活性物质层22为负极活性物质层，具体可以为碳和硅中的至少一种。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一极耳4为一个或多个。参照图5和图6，当卷绕式电芯的第一极耳4为多个时，多个第一极耳4优选沿厚度方向T对齐，但是，由于加工误差，各第一极耳4的对齐位置也允许一定的偏差。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第二极耳5为一个或多个。参照图6，当卷绕式电芯的第二极耳5为多个时，多个第二极耳5优选沿厚度方向T对齐，但是，由于加工误差，各第二极耳5的对齐位置也允许一定的偏差。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一集流体11为铝箔，第二集流体21为铜箔。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第二极片2的第二卷绕起始段E2具有未涂覆第二活性物质层22的空白第二集流体211。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一集流体11的与空白第二集流体211直接相对的一侧未涂覆第一活性物质层12。由于空白第二集流体211上未涂覆第二活性物质层22，与空白第二集流体211直接相对的第一集流体11上如果涂覆上第一活性物质层12，不但对容量没有帮助(在空白第二集流体211和与空白第二集流体211直接相对的第一集流体11之间，锂离子无法实现往返嵌入和脱嵌)，反而增加电芯厚度从而减小电芯能量密度，所以第一集流体11的与空白第二集流体211直接相对的一侧的第一活性物质层12可以省去，避免材料的浪费，并且提高电芯能量密度。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，回折部E12具有未涂覆第一活性物质层12的空白第一集流体111。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，主体部E11具有未涂覆第一活性物质层12的空白第一集流体111。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第二集流体21的与空白第一集流体111直接相对的一侧未涂覆第二活性物质层22。由于空白第一集流体111上未涂覆第一活性物质层12，与空白第一集流体111直接相对的第二集流体21上如果涂覆上第二活性物质层22，不但对容量没有帮助(在空白第一集流体111和与空白第一集流体111直接相对的第二集流体21之间，锂离子无法实现往返嵌入和脱嵌)，反而增加电芯厚度从而减小电芯能量密度，所以第二集流体21的与空白第一集流体111直接相对的一侧的第二活性物质层22可以省去，避免材料的浪费，并且提高电芯能量密度。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一极片1还具有第一凹槽13，底部为露出的空白第一集流体111而周侧为第一活性物质层12，第一极耳4置于第一凹槽13中与空白第一集流体111电连接；第二极片2还具有第二凹槽23，底部为露出的空白第二集流体211而周侧为第二活性物质层22，第二极耳5置于第二凹槽23中与空白第二集流体211电连接。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一极耳4与第一集流体11一体形成。例如，参照图8，第一极耳4直接由第一集流体11切割而成。进一步优选地，如图9所示，第一极耳4直接由第一集流体11切割并弯折而成。当第一极耳4为多个时，优选地，第一极耳4与第一集流体11一体形成。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第二极耳5与第二集流体21一体形成。例如，参照图10，第二极耳5直接由第二集流体21切割而成。进一步优选地，如图11所示，第二极耳5直接由第二集流体21切割并弯折而成。当第二极耳5为多个时，优选地，第二极耳5与第二集流体21一体形成。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一极耳4单独形成并固定于对应的空白第一集流体111。例如，参照3至图6，第一极耳4固定于回折部E12处的空白第一集流体111；或者，参照图5和图6，第一极耳4固定于第一凹槽13处的空白第一集流体111；或者，参照图2，第一极耳4固定于主体部E11的空白第一集流体111。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，参照图2，第一极耳4单独形成并固定于主体部E11的空白第一集流体111，优选回折部E12不与第一极耳4在厚度方向T上重叠。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第二极耳5单独形成并固定于空白第二集流体211；对应地，回折部E12不与第二极耳5在厚度方向T上重叠。例如，参照2至图6，第二极耳5固定于空白第二集流体211；或者，参照图6，第二极耳5固定于第二凹槽23处的空白第一集流体111。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，第一极耳4可以通过焊接固定于对应的空白第一集流体111，所述焊接为激光焊、超声波焊接或电阻焊。第二极耳5可以通过焊接固定于对应的空白第二集流体211，所述焊接为激光焊、超声波焊接或电阻焊。
在根据本发明的卷绕式电芯的一实施例中，回折部E12的端部在厚度方向T上与第二极片2直接相对的一侧贴有胶纸(未示出)；或第二极片2的与回折部E12的端部直接相对的一侧贴有胶纸(未示出)。胶纸能够防止回折部E12的端部的毛刺刺破隔离膜3而与第二极片2接触并造成短路。
在根据本发明的卷绕式电芯中，参照图7，所述卷绕式电芯由在长度方向L上依次放置的第一卷针S1和第二卷针S2卷绕而成。隔离膜3的第三卷绕起始段E3的部分夹持在第一卷针S1和第二卷针S2之间的夹槽G内，当第一卷针S1和第二卷针S2转动时，隔离膜3及由隔离膜3隔开的第一极片1和第二极片2卷绕在第一卷针S1和第二卷针S2上，待卷绕完成后，抽出第一卷针S1和第二卷针S2，即完成卷绕式电芯的成型。

Claims (16)

1.一种卷绕式电芯，包括：
第一极片，具有第一集流体和涂覆在第一集流体至少一个表面上的第一活性物质层；
第二极片，具有第二集流体和涂覆在第二集流体至少一个表面上的第二活性物质层；
隔离膜，设置于第一极片和第二极片之间，以将第一极片和第二极片隔离开；
第一极耳，与第一集流体电连接；
第二极耳，与第二集流体电连接；
其特征在于，
第一极片的第一卷绕起始段包括：
主体部，处于第二极片的第二卷绕起始段沿厚度方向的外侧，且主体部沿长度方向的长度大于第二卷绕起始段沿长度方向的长度；以及
回折部，与主体部相连并处于主体部沿厚度方向的内侧；
在长度方向上，隔离膜的第三卷绕起始段位于第二极片的第二卷绕起始段的端部的外侧，并沿远离第二卷绕起始段的端部的方向延伸且不回折；
第一极片还具有第一凹槽，底部为露出的空白第一集流体而周侧为第一活性物质层，第一极耳置于第一凹槽中与空白第一集流体电连接；
第二极片还具有第二凹槽，底部为露出的空白第二集流体而周侧为第二活性物质层，第二极耳置于第二凹槽中与空白第二集流体电连接。
2.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，沿厚度方向，在第二极片的第二卷绕起始段相邻的内侧和外侧分别设有一层隔离膜，并且所述两侧隔离膜均超出第二卷绕起始段的端部，超出第二卷绕起始段的端部的所述两层隔离膜构成隔离膜的第三卷绕起始段。
3.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，隔离膜的第三卷绕起始段的长度为3mm～100mm。
4.根据权利要求3所述的卷绕式电芯，其特征在于，隔离膜的第三卷绕起始段的长度为8mm～30mm。
5.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，第一极片为正极极片，第二极片为负极极片。
6.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第一极耳为一个或多个；
第二极耳为一个或多个。
7.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，第二极片的第二卷绕起始段具有未涂覆第二活性物质层的空白第二集流体。
8.根据权利要求7所述的卷绕式电芯，其特征在于，第一集流体的与空白第二集流体直接相对的一侧未涂覆第一活性物质层。
9.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，回折部具有未涂覆第一活性物质层的空白第一集流体。
10.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，主体部具有未涂覆第一活性物质层的空白第一集流体。
11.根据权利要求9或10所述的卷绕式电芯，其特征在于，第二集流体的与空白第一集流体直接相对的一侧未涂覆第二活性物质层。
12.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第一极耳与第一集流体一体形成；
第二极耳与第二集流体一体形成。
13.根据权利要求9或10所述的卷绕式电芯，其特征在于，第一极耳单独形成并固定于对应的空白第一集流体。
14.根据权利要求10所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第一极耳单独形成并固定于主体部的空白第一集流体，
回折部不与第一极耳在厚度方向上重叠。
15.根据权利要求7所述的卷绕式电芯，其特征在于，
第二极耳单独形成并固定于空白第二集流体；
回折部不与第二极耳在厚度方向上重叠。
16.根据权利要求9所述的卷绕式电芯，其特征在于，
回折部的端部在厚度方向上与第二极片直接相对的一侧贴有胶纸；或
第二极片的与回折部的端部直接相对的一侧贴有胶纸。
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