CN111211357B - 一种卷绕电芯 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种卷绕电芯，该卷绕电芯由第一极片，第二极片以及设置在两者之间的隔膜卷绕而成，卷绕电芯包括：第一表面；在卷绕电芯的厚度方向上具有第一凸出部；第一卷绕电芯；第二卷绕电芯，包裹第一卷绕电芯，第一卷绕电芯和第二卷绕电芯共用第一极片和第二极片；粘接层，设置在第一极片与隔膜之间，和/或第二极片与隔膜之间。本申请的目的至少在于提供一种卷绕电芯，能够降低在电芯跌落过程中电芯内部结构发生错位的风险，以及电芯的形状保持性。

Description

一种卷绕电芯
技术领域
本申请涉及电池领域，尤其涉及一种卷绕电芯。
背景技术
由于移动电子设备中很多电子元器件的排布经常呈现出台阶形状或其它不规则的形状，因此预留给电池的放置空间并不总是规则的长方体。台阶电芯已经得到广泛使用，针对于独特的预留空间，台阶电芯能够有效的提升ED。但台阶电芯由于结构的特殊性，台阶电芯极片间会有错位的问题。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题之一，本申请的目的在于提供一种卷绕电芯，能够降低在电芯跌落过程中电芯内部结构发生错位的风险。
本申请的技术方案是这样实现的：
根据本申请的一个方面，提供了一种卷绕电芯，其中，卷绕电芯由第一极片，第二极片以及设置在两者之间的隔膜卷绕而成，卷绕电芯包括：第一表面；在卷绕电芯的厚度方向上具有第一凸出部；第一卷绕电芯；第二卷绕电芯，包裹第一卷绕电芯，第一卷绕电芯和第二卷绕电芯共用第一极片和第二极片；粘接层，设置在第一极片与隔膜之间，和/或第二极片与隔膜之间。
根据本申请的实施例，粘接层提供的粘接力在4N/m至12N/m的范围内。根据本申请的实施例，卷绕电芯还包括：保护胶层，其中，在第一区域内第二卷绕电芯与第一卷绕电芯形状不同，保护胶层至少设置在第一区域内。
根据本申请的实施例，在第一区域内，第二卷绕电芯的第二极片与第一卷绕电芯的第一极片形状不同，保护胶层设置在第二卷绕电芯的第二极片与第一卷绕电芯的第一极片之间。根据本申请的实施例，在卷绕电芯的厚度方向上，卷绕电芯的极耳位于第一凸出部内；其中，第一极片和第二极片都包括起始段和卷绕段，极耳设置在第一极片和第二极片的卷绕段，第一极片和第二极片中的至少一个包括多个极耳。
根据本申请的实施例，卷绕电芯还包括：包裹第二卷绕电芯的第三卷绕电芯，第二卷绕电芯包括第一平坦部，其中，第一凸出部远离第一平坦部的表面上还具有第二凸出部，第一凸出部位于第一平坦部和第二凸出部之间；在第二区域内第三卷绕电芯与第二卷绕电芯形状不同，保护胶层还设置在第二区域内。
根据本申请的实施例，卷绕电芯还包括：
第二表面，与第一表面相对设置，第二表面具有第三凸出部。
根据本申请的实施例，在卷绕电芯的宽度方向上，第一凸出部与第三凸出部对应设置。
根据本申请的实施例，在卷绕电芯的宽度方向上，第一凸出部位于卷绕电芯的中心。
根据本申请的实施例，在卷绕电芯的宽度方向上，第一凸出部位于卷绕电芯的任意一端。
通过本申请的上述技术方案，使得第一凸出部构造为集成在卷绕电芯中的一部分，降低了在卷绕电芯的跌落过程中第一凸出部的错位风险。另外，通过在在第一极片与隔膜之间，和/或第二极片与隔膜之间设置粘结层，进一步降低了卷绕电芯的极片之间的错位，同时提高了卷绕电芯的形状保持性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。
图1和图2分别是相关技术的卷绕电芯的结构示意图；
图3a至图3c是根据本申请各个实施例的卷绕电芯的结构示意图；
图4a和图4b是分别根据本申请实施例的卷绕电芯的第一极片的两个表面的结构示意图；
图4c和图4d是分别根据本申请实施例的卷绕电芯的第二极片的两个表面的结构示意图；
图5是根据本申请实施例的卷绕电芯的粘接层提供的粘接力分别为6N/m和15N/m的循环寿命曲线图；
图6是根据本申请实施例的卷绕电芯的结构示意图；
图7a是根据本申请实施例的卷绕电芯的结构示意图；
图7b、图7c是分别根据本申请实施例的卷绕电芯的第一极片的两个表面的结构示意图；
图7d、图7e是分别根据本申请实施例的卷绕电芯的第二极片的两个表面的结构示意图；
图8是根据本申请实施例的卷绕电芯的结构示意图；
图9是根据本申请实施例的卷绕电芯的结构示意图；
图10a和图10b是根据本申请各个实施例的卷绕电芯的第一区域的结构示意图；
图11a至图13分别是根据本申请各个实施例的卷绕电芯的结构示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下将结合附图，对本申请的实施例进行具体描述。其中，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。需要注意的是，以下各个实施例可以以任意可能的方式相互组合或部分替换。并且，在本申请的各个附图中，相似的部件具有相同的参考标号。
如图1所示，相关技术中的台阶电芯100采用叠片结构，台阶电芯100的主体部分110只有一部分与台阶部分120连接，导致主体部分110的部分阳极132裸露，该裸露的部分阳极132具有腐蚀风险，同时极片之间极易错位，台阶形状不易保持。
如图2所示，相关技术中的另一种台阶电芯200采用叠置的两个卷绕电芯212、222，其中，一个卷绕电芯212为主体部分210，另一个卷绕电芯222为台阶部分220。由于台阶部分220与主体部分210是相对独立的，因此在跌落过程中二者存在错位的风险，台阶形状也不易保持。
参考图3a所示，卷绕电芯300由第一极片302、第二极片304以及设置在第一极片302和第二极片304之间的隔膜306卷绕而成。卷绕电芯300包括第一卷绕电芯310和包裹第一卷绕电芯310的第二卷绕电芯320，第一卷绕电芯310和第二卷绕电芯320共用第一极片302和第二极片304。卷绕电芯300还具有第一表面330；第一表面330在卷绕电芯300的厚度方向T上具有第一凸出部332，卷绕电芯300还包括粘接层。在一个实施例中，粘接层设置在第一极片302与隔膜306之间。在一个实施例中，粘接层设置在第二极片304与隔膜306之间。在一个实施例中，粘接层设置在第一极片302与隔膜306之间以及第二极片304与隔膜306之间。粘接层的材料可以包括任意适当的具有粘接性的材料，粘接层的材料可以是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸酯类材料等。通过在卷绕电芯300的第一极片302和/或第二极片304和隔膜306之间设置粘接层，使得卷绕电芯300(例如在卷绕电芯的形成过程中)能够保持良好的异形状态。
在一些实施例中，粘接层提供的粘接力在4N/m至12N/m的范围内。也就是说，隔膜306与第一极片302和/或第二极片304的粘接力在4N/m至12N/m的范围内。如果粘接层提供的粘接力太小，则不足以使得卷绕电芯保持良好的异形状态；如果粘接力太大，则可能对电解液的浸润产生影响，进而影响卷绕电芯的循环寿命。如图5所示，示出了粘接层提供的粘接力为6N/m的循环寿命曲线SA和粘接层提供的粘接力为15N/m的循环寿命曲线SB。
通过本申请的上述技术方案，通过将第一凸出部332构造为集成在卷绕电芯300中的一部分，降低了在卷绕电芯300的跌落过程中第一凸出部332的错位风险，并降低了第一极片302和第二极片304被腐蚀的风险。另外，通过在第一卷绕电芯310和第二卷绕电芯320形状不同的第一区域352内设置保护胶层340，提升了卷绕电芯的安全可靠性。
其中，当第一极片302为正极极片时，第二极片304为负极极片。当第一极片302为负极极片时，第二极片304为正极极片。隔膜设置在正极极片和负极极片之间来起到绝缘作用。隔膜可以由聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯和聚丙烯的组合物形成。
参考图3a至图3c所示，在第一区域352内，第二卷绕电芯320与第一卷绕电芯310形状不同。其中，卷绕电芯300还包括保护胶层340，保护胶层340至少设置在第一区域352内。通过设置保护胶层340可防止第一区域352内发生析锂现象。
如图3a所示，在第一区域352内，第二卷绕电芯320的第二极片304沿着卷绕电芯300的宽度方向W向卷绕电芯300的外部凸出，以使得第二卷绕电芯320的第二极片304与第一卷绕电芯310的第一极片302形状不同。保护胶层340设置在第二卷绕电芯320的第二极片304与第一卷绕电芯310的第一极片302之间。在本实施例中，第一极片302为负极极片，第二极片304为正极极片。在第一区域352内，第一极片302比第二极片304更邻近卷绕电芯300的内部，即负极极片比正极极片更邻近卷绕电芯300的内部。其中，保护胶层340与第一卷绕电芯310的第一极片302直接接触并沿着第一极片302延伸，即保护胶层340与负极极片直接接触并沿着负极极片延伸。
如图3b所示，在第一区域352内，第二卷绕电芯320的第二极片304沿着卷绕电芯300的宽度方向W向卷绕电芯300的外部凸出，以使得第二卷绕电芯320的第一极片302与第一卷绕电芯310的第二极片304形状不同。保护胶层340设置在第二卷绕电芯320的第一极片302与第一卷绕电芯310的第二极片304之间。在本实施例中，第一极片302为负极极片，第二极片304为正极极片。在第一区域352内，第二极片304比第一极片302更邻近卷绕电芯300的内部，即正极极片比负极极片更邻近卷绕电芯300的内部。其中，保护胶层340与第一卷绕电芯310的第一极片302直接接触并沿着第一极片302延伸，即保护胶层340与负极极片直接接触并沿着负极极片延伸。在本实施例中，正极极片比负极极片更邻近卷绕电芯300的内部，与图3a所示的实施例相比较，保护胶层340延伸的长度更长。
在一个实施例中，如图3c所示，保护胶层340可以沿着第一极片302延伸至第一区域352的外部。
结合图3a和图4a至图4d所示，在卷绕电芯300的厚度方向T上，卷绕电芯300的极耳308位于第一凸出部332内；其中，第一极片302包括起始段3022、第二极片304包括起始段3042，极耳308设置在第一极片302的起始段3022和第二极片304的起始段3042，第一极片302的起始段3022为空箔区3025，第二极片304的起始段3042为空箔区3045。
应当理解，第一极片302包括集流体3021和活性物质层3023，第二极片304包括集流体3041和活性物质层3043，第一极片302的空箔区3025为集流体3021未涂覆活性物质层3023的区域，第二极片304的空箔区3045为集流体3041未涂覆活性物质层3043的区域。
参考图6所示，卷绕电芯600的极耳308位于第一凸出部332内，并且极耳308设置在卷绕电芯600的收尾部3026、3046。这样可以使得第一凸出部332的尺寸和极耳308的宽度不受限，进而使得卷绕电芯600的充放电倍率不受限。
参考图7a至图7e所示，在卷绕电芯700的厚度方向T上，卷绕电芯700的极耳308位于第一凸出部332内。其中，第一极片302包括多个极耳308，第一极片302包括卷绕段3024，第二极片304包括卷绕段3044，极耳308设置在第一极片的卷绕段3024。这样的多极耳结构，有利于卷绕电芯的功率性能提升。
参考图8所示，卷绕电芯800的极耳308设置在第一极片302的卷绕段3024的头部段和第二极片304的卷绕段3044的头部段，从而可以有利于定位和ED提升。
参考图9所示，卷绕电芯900的极耳308设置在第一极片302的卷绕段3024和第二极片304的卷绕段3044，并且极耳308位于第一凸出部332内。从而，可以有利于卷绕电芯的快充性能及ED提升。
其中，图6、图7a、图8和图9中示出了保护胶层340延伸至第一区域352外部的情形。在第一区域352内，第二卷绕电芯320的第二极片304与第一卷绕电芯310的第一极片302形状不同。在一些实施例中，如图10a所示，与图3a类似的，当第一极片302为负极极片、第二极片304为正极极片、在第一区域352内第一极片302比第二极片304更邻近卷绕电芯300的内部时，保护胶层340可只在第一区域352内沿着第一极片302延伸。在一些实施例中，如图10b所示，与图3b类似的，当第一极片302为负极极片、第二极片304为正极极片、在第一区域352内第二极片304比第一极片302更邻近卷绕电芯300的内部时，保护胶层340在第一区域352内沿着第一极片302延伸。
参考图11a所示，卷绕电芯1100还包括第三卷绕电芯360，第三卷绕电芯360包裹第二卷绕电芯320，第二卷绕电芯320包括第一平坦部322。其中，第一凸出部332远离第一平坦部322的表面上还具有第二凸出部334，第一凸出部位332于第一平坦部322和第二凸出部334之间。应当理解，图11a示出了卷绕电芯包括两个凸出部的情况，但是根据具体应用，可以对凸出部的数量和位置进行配置。从而，可以更好地利用为卷绕电芯预留的异形空间，从而提高卷绕电芯的能量密度。
参考图11a和图11b所示，在卷绕电芯1100的第一区域352内，第二卷绕电芯320与第一卷绕电芯310形状不同，保护胶层340设置在第一区域352内。在卷绕电芯1100的第二区域354内，第三卷绕电芯360与第二卷绕电芯320形状不同，保护胶层340还设置在第二区域354内。在一个实施例中，如图11a所示，在第一区域352和第二区域354内，保护胶层340沿着第一极片302延伸。在一个实施例中，如图11b所示，在第一区域352和第二区域354内，保护胶层340沿着第二极片304延伸。
参考图12所示，卷绕电芯1200还包括第二表面370，第二表面370与第一表面330相对设置，第二表面370具有第三凸出部336。其中，在卷绕电芯1100的宽度方向W上，第一凸出部332可以与第三凸出部336对应设置。在一个实施例中，在卷绕电芯1200的宽度方向W上，第一凸出部332和第三凸出部336可以分别位于卷绕电芯的两端。通过对第一凸出部332和第三凸出部336的位置进行配置，可以更好地利用为卷绕电芯预留的异形空间，从而提高卷绕电芯的能量密度。
此外，在卷绕电芯1200的第一区域352内，第二卷绕电芯320与第一卷绕电芯310形状不同，保护胶层340设置在第一区域352内。在一个实施例中，如图12所示，保护胶层340可只在第一区域352内沿着第一极片302延伸。在一个实施例中，保护胶层340可以沿着第一极片302延伸至第一区域352的外部。在一个实施例中，与图3b类似的，当第一极片302为负极极片、第二极片304为正极极片、在第一区域352内第二极片304比第一极片302更邻近卷绕电芯300的内部时，保护胶层340在第一区域352内沿着第一极片302延伸。
结合图3a、图6、图7a以及图8至图11b所示，在一些实施例中，在卷绕电芯的宽度方向上，第一凸出部332位于卷绕电芯的中心。
参考图13所示，在卷绕电芯1300的宽度方向W上，第一凸出部332可以位于卷绕电芯1300的任意一端。在本实施例中，卷绕电芯1200不包括保护胶层340。通过对第一凸出部332的位置进行配置，可以更好地利用为卷绕电芯预留的异形空间，从而提高卷绕电芯的能量密度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请。尽管已经示出和描述了本申请的较佳实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种卷绕电芯，其特征在于，所述卷绕电芯由第一极片，第二极片以及设置在两者之间的隔膜卷绕而成，所述卷绕电芯包括：
第一表面，在所述卷绕电芯的厚度方向上具有第一凸出部；
第一卷绕电芯；
第二卷绕电芯，包裹所述第一卷绕电芯至少一圈，所述第一卷绕电芯和所述第二卷绕电芯共用所述第一极片和所述第二极片；
粘接层，设置在所述第一极片与所述隔膜之间，和/或所述第二极片与所述隔膜之间，
保护胶层，其中，在第一区域内所述第二卷绕电芯与所述第一卷绕电芯形状不同，所述保护胶层至少设置在所述第一区域内。
2.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述粘接层提供的粘接力在4N/m至12N/m的范围内。
3.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述卷绕电芯的极耳位于所述第一凸出部内，并且所述极耳设置在所述卷绕电芯的最外圈的收尾部。
4.根据权利要求3所述的卷绕电芯，其特征在于，在所述第一区域内，所述第二卷绕电芯的所述第二极片与所述第一卷绕电芯的所述第一极片形状不同，所述保护胶层设置在所述第二卷绕电芯的所述第二极片与所述第一卷绕电芯的所述第一极片之间。
5.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，在所述卷绕电芯的厚度方向上，所述卷绕电芯的极耳位于所述第一凸出部内；其中，所述第一极片和所述第二极片都包括起始段和卷绕段，所述极耳设置在所述第一极片和所述第二极片中的至少一个的卷绕段，所述第一极片和所述第二极片中的至少一个包括多个极耳。
6.根据权利要求3所述的卷绕电芯，其特征在于，还包括：包裹所述第二卷绕电芯的第三卷绕电芯，所述第二卷绕电芯包括第一平坦部，其中，所述第一凸出部远离所述第一平坦部的表面上还具有第二凸出部，所述第一凸出部位于所述第一平坦部和所述第二凸出部之间；
在第二区域内所述第三卷绕电芯与所述第二卷绕电芯形状不同，所述保护胶层还设置在所述第二区域内。
7.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述卷绕电芯还包括：
第二表面，与所述第一表面相对设置，所述第二表面具有第三凸出部。
8.根据权利要求7所述的卷绕电芯，其特征在于，在所述卷绕电芯的宽度方向上，所述第一凸出部与所述第三凸出部对应设置。
9.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，在所述卷绕电芯的宽度方向上，所述第一凸出部位于所述卷绕电芯的中心。
10.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，在所述卷绕电芯的宽度方向上，所述第一凸出部位于所述卷绕电芯的任意一端。
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