CN110474104A - 一种卷绕式电芯及使用该卷绕式电芯的电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种卷绕式电芯及使用该卷绕式电芯的电池，卷绕式电芯包括卷绕成型的第一极片、第二极片和位于两极片之间的第一隔膜，第一极片和第二极片均具有主体部分和弯折部分，第一、第二极片均包括集流体，还包括沿集流体的延伸方向涂覆于主体部分处的多个活性物质块，各活性物质块间隔布置以形成与所述弯折部分对应的留白区域，第一极片和第二极片中一个的集流体为条带结构，另一个包括沿集流体延伸方向间隔布置的多个集流体分块，各集流体分块上对应设置有所述的活性物质块。弯折部分未设置活性物质块有利于卷绕式电芯的散热和便于后续对卷绕式电芯的压平处理。

Description

一种卷绕式电芯及使用该卷绕式电芯的电池
技术领域
本发明涉及一种卷绕式电芯及使用该卷绕式电芯的电池。
背景技术
新能源汽车的发展对于缓解环境污染问题和能源危机具有重要意义，动力电池为新能源汽车的核心部件。锂离子电池由于具有高能量密度、高功率密度、长寿命、无记忆效应等优点成为了新能源汽车电池的首选。随着新能源汽车对续航里程和充电速度等性能需求的提升，对锂离子电池的能量密度和充电倍率提出了更高的要求，电芯结构的设计对于能量密度和充电倍率的提升至关重要。
现有的电芯结构多如申请公布号为CN102122727A所示的发明专利申请所示，该发明专利申请公开了一种锂离子电池及其电池单体，电池单体即为卷绕式电芯，该卷绕式电芯由第一极片、第二极片以及位于第一极片和第二极片之间的隔膜卷绕而成。其中，第一极片和第二极片的其中一个为正极极片，另一个为负极极片。第一极片包括第一集流体和涂覆在第一集流体两侧表面上的第一活性物质层，第二极片包括第二集流体和涂覆在第二集流体两侧表面上的第二活性物质层。将第一极片、隔离膜和第二极片进行卷绕，并且，在第一集流体上连接第一极耳，在第二集流体上连接第二极耳。
现有技术中的卷绕式电芯中的第一极片和第二极片均包括主体部分和弯折部分，活性物质层延伸至主体部分和弯折部分，由于在弯折部分设置活性物质层，导致卷绕式电芯不易折弯，影响卷绕式电芯的压平。折弯后活性物质层容易发生折断。而且，在弯折部分处设置活性物质层，该处的活性物质层会阻挡内部极片中热量的释放。上述各种情况的发生均会影响卷绕式电芯的正常使用，降低使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卷绕式电芯，以解决现有技术中极片的弯折部分处设置活性物质层而影响卷绕式电芯正常使用的技术问题；还提供使用该卷绕式电芯的电池。
为实现上述目的，本发明卷绕式电芯的技术方案是：一种卷绕式电芯，包括卷绕成型的第一极片、第二极片和位于两极片之间的第一隔膜，第一极片和第二极片均具有主体部分和弯折部分，第一、第二极片均包括集流体，还包括沿集流体的延伸方向涂覆于主体部分处的多个活性物质块，各活性物质块间隔布置以形成与所述弯折部分对应的留白区域，第一极片和第二极片中一个的集流体为条带结构，另一个包括沿集流体延伸方向间隔布置的多个集流体分块，各集流体分块上对应设置有所述的活性物质块。
本发明的有益效果是：本发明中第一极片和第二极片均包括集流体，集流体上均设置有沿集流体延伸的多个活性物质块，活性物质块与第一、第二极片的主体部分对应，多个活性物质块之间的间隔处形成了留白区域，留白区域与弯折部分对应。本发明中，其中一个集流体为完整的条带结构，另一个集流体包括多个集流体分块，各活性物质块对应布置在集流体分块上。相邻活性物质块之间的留白区域与弯折部分相对应，使得弯折部分未设置活性物质块，避免了弯折部分处发生断裂，减轻了卷绕式电芯的重量，而且，弯折部分未设置活性物质块有利于卷绕式电芯的散热和便于后续对卷绕式电芯的压平处理。本发明中，将其中一个集流体分隔为多个集流体分块，在各集流体分块上布置活性物质块，能够通过减重实现能量密度提升，另一个集流体设置为完整的条带结构，利于各集流体分块以及活性物质块在隔膜上固定，方便与另一个集流体上的活性物质块对准及电芯批量制造。
所述第一极片和第二极片的内端对应布置，所述第一极片具有位于最内层的内极片部分，第一极片或第二极片具有位于最外层的外极片部分，内极片部分的外侧面和外极片部分的内侧面中的至少一个上单面涂覆有对应的活性物质块。
将内极片部分的外侧面和外极片部分的内侧面中的至少一个上单面涂覆有活性物质块，与现有技术中在内极片部分和外极片部分上均双面涂覆活性物质块相比，避免在内极片部分的内侧面和外极片部分的外侧面上涂覆对充放电无用的活性物质块，有利于减轻卷绕式电芯的重量、降低加工成本。而且，去掉其中一部分的活性物质块，能够腾出部分空间用于压平卷绕式电芯，在相同的空间内能够涂覆对充放电有用的活性物质块更多，有用活性物质的密度得到提高。
第一极片和第二极片的首尾两端均对应布置，且第一极片位于第二极片的内侧，所述外极片部分设于第二极片上。
卷绕式电芯还包括设于第一极片或第二极片的背离所述第一隔膜的第二隔膜，所述第二隔膜延伸至内极片部分的内侧和外极片部分的外侧。
卷绕式电芯为由第一极片、第二极片和第一隔膜方形缠绕形成的方形电芯。
本发明电池的技术方案是：一种电池，包括卷绕式电芯，卷绕式电芯包括卷绕成型的第一极片、第二极片和位于两极片之间的第一隔膜，第一极片和第二极片均具有主体部分和弯折部分，第一、第二极片均包括集流体，还包括沿集流体的延伸方向涂覆于主体部分处的多个活性物质块，各活性物质块间隔布置以形成与所述弯折部分对应的留白区域，第一极片和第二极片中一个的集流体为条带结构，另一个包括沿集流体延伸方向间隔布置的多个集流体分块，各集流体分块上对应设置有所述的活性物质块。
所述第一极片和第二极片的内端对应布置，所述第一极片具有位于最内层的内极片部分，第一极片或第二极片具有位于最外层的外极片部分，内极片部分的外侧面和外极片部分的内侧面中的至少一个上单面涂覆有对应的活性物质块。
第一极片和第二极片的首尾两端均对应布置，且第一极片位于第二极片的内侧，所述外极片部分设于第二极片上。
卷绕式电芯还包括设于第一极片或第二极片的背离所述第一隔膜的第二隔膜，所述第二隔膜延伸至内极片部分的内侧和外极片部分的外侧。
卷绕式电芯为由第一极片、第二极片和第一隔膜方形缠绕形成的方形电芯。
附图说明
图1为本发明卷绕式电芯实施例1中正极极片的示意图；
图2为本发明卷绕式电芯实施例1中电芯展开状态下的示意图；
图3为本发明卷绕式电芯实施例1的示意图（图中仅包括三个集流体分块，同时将卷绕电芯水平翻转）；
图4为本发明卷绕式电芯实施例2中负极极片的示意图；
图5为本发明卷绕式电芯实施例2中电芯展开状态下的示意图；
图6为本发明卷绕式电芯实施例2的示意图（图中仅包括三个集流体分块，同时将卷绕电芯水平翻转）。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的卷绕式电芯的具体实施例1，如图1至图3所示，卷绕式电芯包括正极极片1、负极极片2以及位于正极极片1和负极极片2之间的隔膜3，同时，在负极极片2的背离正极极片1的一侧也布置有隔膜3。位于正极极片1和负极极片2之间的隔膜3为第一隔膜，负极极片2另一侧的隔膜为第二隔膜。本实施例中的卷绕式电芯为方形电芯。
正极极片1包括呈完整条带分布的正极集流体11，正极集流体11的两侧面均涂覆有正极活性物质层，本实施例中的正极活性物质层包括沿正极集流体11的延伸方向间隔布置的多个正极活性物质块12，两侧的正极活性物质块12相互对应，相邻两个正极活性物质块12之间形成了留白区域。
负极极片2包括负极集流体和涂覆于负极集流体两侧面上的负极活性物质层，其中，负极集流体的左侧部分上的负极活性物质层仅单面涂覆在靠近正极极片1的一侧。负极集流体包括沿负极集流体延伸方向间隔布置的多个集流体分块23，各负极活性物质层也包括沿集流体延伸方向间隔布置且与各集流体分块23对应的负极活性物质块22。由图2可知，在左侧的两个集流体分块23的朝向正极极片1的侧面上单面涂覆有负极活性物质块22，另一侧未涂覆。
将正极极片1、负极极片2以及隔膜3按照图3所示的方式进行放置及固定，具体卷绕时，将图3中正极极片1、负极极片2和隔膜3的右端按顺时针进行卷绕，卷绕后，图3中正极极片1、负极极片2和隔膜3的左端位于内层，右端位于外层，卷绕形成图3所示的电芯（图3中将卷绕后的电芯进行了水平翻转）。
由图3可知，正极极片1和负极极片2包括横向布置的主体部分和竖向布置的弯折部分，由于正极极片1和负极极片2上的活性物质块间隔布置，形成了留白区域，卷绕后，留白区域与弯折部分对应，活性物质块与主体部分对应。卷绕后，弯折部分不容易发生破裂等情况，而且，弯折部分未设置活性物质块导致电芯的侧面区域很薄，不影响后续活性材料区域的压平，同时，弯折部分无活性物质块产热，热量可以从侧面散出。
由图3可以知道，正极极片和负极极片首尾两端对应，负极极片2中位于最内层的部分构成了内极片部分，正极极片中位于最外层的部分构成了外极片部分。本实施例中所指的内极片部分是指负极极片2最内层中未再卷绕正极极片的部分，外极片部分是指正极极片1最外层中未再被负极极片卷绕的部分。内极片部分中两个集流体分块23两侧面相对布置且两侧面之间设置有隔膜3。将内极片部分设计为朝外单面涂覆的结构，是基于降低卷绕式电芯的成本以及提高起导电作用的活性物质密度的目的。卷绕式电芯中正极活性物质层和负极活性物质层是配合使用的，正、负极活性物质层分设在隔膜的两侧防止正、负极活性物质层直接短路，而且隔膜能够供游离的离子通过实现充放电。本实施例中，若将内极片部分设计为双面涂覆负极活性物质层，则导致的结果为，在卷绕式电芯的最内层出现负极活性物质层和负极活性物质层相对布置的情况，其并不具备充放电的功能，在最内层处设置负极活性物质层不仅不能起到增加充放电量的作用，还提高了卷绕式电芯的成本，而且，内极片部分的内侧涂覆负极活性物质层也会增加卷绕式电芯的体积，在一定的体积下，起导电作用的活性物质层的涂覆量减小，不利于提高活性物质层的整体密度。
本发明中将正、负极片中一个的集流体为完整的条状结构，另一个的集流体为多个分块的结构，避免了正、负极片的集流体均分块布置导致正、负极片对应性较差的问题，同时将集流体分块布置利于散热。
本发明的卷绕式电芯的具体实施例2，如图4至图6所述，与实施例1的不同之处在于，本实施例中，将正极极片的集流体分隔为多个集流体分块13，多个集流体分块13固设在隔膜3上，在各集流体分块13上设置正极活性物质块12，负极极片2的负极集流体21为完整的条状结构，在负极集流体21上间隔布置多个负极活性物质块22。同时，在负极极片2的左端仅在朝向正极极片的侧面上布置负极活性物质块22。
本发明卷绕式电芯的具体实施例3，与上述实施例的不同之处在于，上述实施例中，仅在内极片部分的外侧面上单层涂覆活性物质层，本实施例中，同时在外极片部分的内侧面上单层涂覆活性物质层，进一步降低不起充放电作用的活性物质层量。或者，可以仅在外极片部分的内侧面上单层涂覆活性物质层。
上述实施例中，正极极片和负极极片中的一个为第一极片，另一个为第二极片，正、负极片的相互卷绕的布置位置可以互换。上述实施例中，两个极片的首尾两端均对应，使得内极片部分位于内侧的极片上，外极片部分位于外侧的极片上，其他实施例中，可以将内侧的极片的外端再次卷绕一周，使外极片部分也形成于内侧的极片的另一端。
本发明电池的具体实施例，电池包括卷绕式电芯，卷绕式电芯的结构与上述实施例中的一致。

Claims (10)

1.一种卷绕式电芯，包括卷绕成型的第一极片、第二极片和位于两极片之间的第一隔膜，第一极片和第二极片均具有主体部分和弯折部分，其特征在于：第一、第二极片均包括集流体，还包括沿集流体的延伸方向涂覆于主体部分处的多个活性物质块，各活性物质块间隔布置以形成与所述弯折部分对应的留白区域，第一极片和第二极片中一个的集流体为条带结构，另一个包括沿集流体延伸方向间隔布置的多个集流体分块，各集流体分块上对应设置有所述的活性物质块。
2.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于：所述第一极片和第二极片的内端对应布置，所述第一极片具有位于最内层的内极片部分，第一极片或第二极片具有位于最外层的外极片部分，内极片部分的外侧面和外极片部分的内侧面中的至少一个上单面涂覆有对应的活性物质块。
3.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其特征在于：第一极片和第二极片的首尾两端均对应布置，且第一极片位于第二极片的内侧，所述外极片部分设于第二极片上。
4.根据权利要求3所述的卷绕式电芯，其特征在于：卷绕式电芯还包括设于第一极片或第二极片的背离所述第一隔膜的第二隔膜，所述第二隔膜延伸至内极片部分的内侧和外极片部分的外侧。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的卷绕式电芯，其特征在于：卷绕式电芯为由第一极片、第二极片和第一隔膜方形缠绕形成的方形电芯。
6.一种电池，包括卷绕式电芯，卷绕式电芯包括卷绕成型的第一极片、第二极片和位于两极片之间的第一隔膜，第一极片和第二极片均具有主体部分和弯折部分，其特征在于：第一、第二极片均包括集流体，还包括沿集流体的延伸方向涂覆于主体部分处的多个活性物质块，各活性物质块间隔布置以形成与所述弯折部分对应的留白区域，第一极片和第二极片中一个的集流体为条带结构，另一个包括沿集流体延伸方向间隔布置的多个集流体分块，各集流体分块上对应设置有所述的活性物质块。
7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于：所述第一极片和第二极片的内端对应布置，所述第一极片具有位于最内层的内极片部分，第一极片或第二极片具有位于最外层的外极片部分，内极片部分的外侧面和外极片部分的内侧面中的至少一个上单面涂覆有对应的活性物质块。
8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于：第一极片和第二极片的首尾两端均对应布置，且第一极片位于第二极片的内侧，所述外极片部分设于第二极片上。
9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于：卷绕式电芯还包括设于第一极片或第二极片的背离所述第一隔膜的第二隔膜，所述第二隔膜延伸至内极片部分的内侧和外极片部分的外侧。
10.根据权利要求6或7或8或9所述的电池，其特征在于：卷绕式电芯为由第一极片、第二极片和第一隔膜方形缠绕形成的方形电芯。
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