CN213278324U - 一种卷绕电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种卷绕电池，包括由正极片、隔膜、负极片依次层叠卷绕而成的电芯，所述正极片卷绕的起始端和末端均设置有第一空箔区，所述第一空箔区上均焊接有正极耳，卷绕后两个所述正极耳在所述电芯正投影方向为至少部分重叠设置或间隔设置，且两个所述正极耳电连接在一起；所述负极片上设置有第二空箔区，所述第二空箔区上焊接有负极耳。相比于现有技术，本电池优化了正极耳的设计，由原来在正极片中段设置空箔区以进行嵌入式焊接正极耳的方式，转化为了利用正极片原有的头尾空箔区进行双极耳焊接，不仅规避了正极片激光清洗工艺窗口的限制，在能量密度上又高于现有的间隙涂布结构，有利于电芯能量密度的提升。

Description

一种卷绕电池

技术领域

本实用新型涉及锂电池领域，具体涉及一种卷绕电池。

背景技术

随着技术的更新和发展，用户对锂电池的充电时间要求越来越高，这就要求锂电池满足大倍率充电，并兼顾低充电温升。

目前卷绕结构的锂电池，主要包括以下两种结构：

1)将正负极耳分别焊接在正负极片起始端的空箔区。但由此种结构卷绕得到的电池因极片较长，而极耳又设置在极片的一端，容易存在内阻大，极化、欧姆产热严重，进而影响充电时间的问题；

2)将正负极耳分别焊接在正负极片中段位置的空箔区，主要是在极片上的活性物质层之间预留空箔区设置凹槽，然后将极耳嵌入进凹槽中。此种结构相比于1)中的电池，改善了极片上的电流密度分布，降低了内阻、极化、产热问题，提高了电池的动力学性能。

目前，针对嵌入式极耳结构，在极片上设置凹槽较为常用的工艺有间隙涂布和激光清洗。间隙涂布工艺成熟，无需进行设备改造，但是由于涂布工艺限制，只能设置贯穿性间隙，无法设置小槽位，如图1中所示，造成能量密度损失。而激光清洗工艺无接触，精度高，无需使用化学药剂，并可以实现小槽位，如图2中所示，且可兼顾能量密度。但目前对于激光清洗技术仍存在一定的问题：针对负极片，集流体材料为铜箔，耐热性强，可承受1300℃左右的温度，满足激光清洗的工艺窗口，负极片激光清洗小槽位工艺也已逐渐推广导入；但对于正极片1’，集流体材料为铝箔，由于铝箔耐热性较差，仅能承受600℃左右的温度，无法满足激光清洗的工艺窗口，如直接利用激光清洗将正极耳12’焊接至由空箔区11’组成的小槽位，激光清洗后容易造成极片受损，导致正极小槽位结构推广受阻，影响能量密度。

有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种卷绕电池，对现有的电池结构进行优化，使得其既可以避开正极片激光清洗工艺窗口的限制，同时在能量密度上高于现有的间隙涂布结构，接近于激光清洗小槽位结构的目标。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种卷绕电池，包括由正极片、隔膜、负极片依次层叠卷绕而成的电芯，所述正极片卷绕的起始端和末端均设置有第一空箔区，所述第一空箔区上均焊接有正极耳，卷绕后两个所述正极耳在所述电芯正投影方向为至少部分重叠设置或间隔设置，且两个所述正极耳电连接在一起；所述负极片上设置有第二空箔区，所述第二空箔区上焊接有负极耳。

优选的，所述第二空箔区至少设置在所述负极片的中段位置。

优选的，当卷绕后两个所述正极耳在所述电芯正投影方向为至少部分重叠设置时，所述正极耳的厚度小于或等于所述负极耳厚度的二分之一。

优选的，两个所述正极耳重叠后的厚度等于所述负极耳的厚度。

优选的，两个所述正极耳在所述电芯正投影方向为完全重叠设置。

优选的，卷绕后两个所述正极耳的两侧及两个所述正极耳之间均设置有极耳胶；所述极耳胶和两个所述正极耳压合连接。

优选的，当卷绕后两个所述正极耳在所述电芯正投影方向为间隔设置时，所述正极耳的厚度等于所述负极耳的厚度。

优选的，该卷绕电池还包括保护板，所述保护板上焊接有三个连接片，其中任意两个所述连接片相互导通，且与两个所述正极耳一一对应连接，剩余一个所述连接片与所述负极耳连接。

优选的，所述负极片上采用激光清洗方式设置所述第二空箔区。

优选的，所述第二空箔区设置在所述负极片的首端和末端，所述第二空箔区上均焊接有负极耳，卷绕后两个所述负极耳在所述电芯正投影方向为至少部分重叠设置或间隔设置，且卷绕后两个所述负极耳电连接在一起。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的电池，优化了正极耳的设计，由原来在正极片中段设置空箔区以进行嵌入式焊接正极耳的方式，转化为了利用正极片原有的头尾空箔区进行双极耳焊接，相比于现有的结构，减少了因焊接极耳影响而预留的双面空箔区对能量密度的影响，本结构的电池只需将正极片收尾处单膜区的活性物质层内缩一定的尺寸，而正极片收尾处单膜区处于安全考虑，原本就预留有一定尺寸的空箔区作为正负极长度方向的overhang区，只需要适当的扩大空箔区尺寸，即可完成正极片双极耳的焊接，对收尾处单膜区尺寸影响较小，只损失了正极片收尾处极耳焊接区域单面膜区的能量密度；之前在中部焊接极耳预留的双面空箔区则可以正常涂布，使得本电池的能量密度高于现有的间隙涂布工艺所得到的电池，又规避了正极片激光清洗工艺窗口的限制，更加适应目前工业上对于电池的要求。

附图说明

图1为现有嵌入式极片间隙涂布后的结构示意图。

图2为现有嵌入式极片激光清洗后的结构示意图。

图3为本实用新型电池其中一卷绕结构示意图。

图4为图3卷绕结构电池的正极片的结构示意图。

图5为图3卷绕结构电池卷绕后电芯的结构示意图。

图6为图5电芯正投影方向的示意图。

图7为图5电芯的两个正极耳压合前的结构示意图。

图8为图5电芯的两个正极耳压合后的结构示意图。

图9为图8电芯与保护板连接的结构示意图。

图10为本实用新型电池另一卷绕结构示意图。

图11为图10卷绕结构电池的正极片的结构示意图。

图12为图10卷绕结构电池卷绕后电芯的结构示意图。

图13为图12电芯与保护板连接的结构示意图。

图中：1’-正极片；11’-空箔区；12’-正极耳；1-电芯；11-正极片；111-第一空箔区；112-正极耳；12-负极片；121-负极耳；13-极耳胶；2-保护板；21-连接片。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本实用新型及其有益效果作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

如图3～13所示，一种卷绕电池，包括由正极片11、隔膜、负极片12依次层叠卷绕而成的电芯1。

其中，正极片11包括正极集流体、正极活性物质区和第一空箔区111，正极活性物质区涂覆在正极集流体上，第一空箔区111设置在正极集流体卷绕的起始端和末端，可与正极集流体一体成型，第一空箔区111上均焊接有正极耳112，卷绕后两个正极耳112在电芯1正投影方向为至少部分重叠设置或间隔设置，且两个正极耳112电连接在一起。具体的，正极集流体可为铝箔，正极耳112也为铝材质，正极耳112可通过激光焊接、超声波焊接、电阻焊接等焊接方式焊接于第一空箔区111。

而负极片12包括负极集流体、负极活性物质区和第二空箔区，负极活性物质区涂覆在负极集流体上，负极集流体上预留第二空箔区，第二空箔区上焊接有负极耳121。具体的，负极集流体可为铜箔，负极耳121可为镍材质或镍转铝材质，负极耳121通过激光焊接、超声波焊接、电阻焊接等焊接方式焊接于第二空箔区。

此外，正极耳112和负极耳121的表面均覆盖有绝缘胶层，用于对极耳和极片的绝缘保护，该绝缘胶层可为绿胶、热熔胶或者其他可以起到绝缘保护的胶层材料。

本实用新型的第一种实施方式为：将第二空箔区设置在负极片12的中段位置。采用中段嵌入负极耳121，与采用头尾双极耳设计的正极耳112共同主要作用，都能有效缩短电流通过极耳传导到整个极片的路径，具有低内阻、低极化、低产热的优点。优选的，负极片12上采用激光清洗方式设置第二空箔区，沿用目前成熟的激光清洗小槽位的结构工艺，根据负极耳121具体要焊接的长度清洗出合适的第二空箔区，尽大程度的减少能量密度的流失，保证负极小槽位高能量密度的优点。当然，负极片12上也可采用其他方式进行设置第二空箔区，如溶剂清除法、预贴胶纸法、预涂聚合物层法等。预贴胶纸法和预涂聚合物层法即是在指定位置预贴胶纸或预涂聚合物层，然后再通过冷压或者烘烤使得指定位置区的物质脱落，进而形成第二空箔区。但相对而言，激光清洗方式更便于工业上的应用。

一方面，如图3～9所示，卷绕后两个正极耳112在电芯1正投影方向为至少部分重叠设置时，正极耳112的厚度小于或等于负极耳121厚度的二分之一。优选的，两个正极耳112重叠后的厚度等于负极耳121的厚度，两个正极耳112重叠后的厚度等于负极耳121的厚度有利于后续电池的封装。

将正极耳112焊接至第一空箔区111上时，该正极耳112为无极耳胶13的正极耳112，在卷绕后，再将极耳胶13置于正极耳112上。在完成初步卷绕后，由于卷绕制程波动的影响，两个正极耳112在电芯1正投影方向上存在一定程度的错位，优选的，可利用切刀对两个正极耳112进行裁切对位，以使得两个正极耳112在电芯1正投影方向上完全重叠。然后在两个正极耳112的两侧及两个所述正极耳112之间均设置有极耳胶13，将三个极耳胶13和两个正极耳112一同进行热压压合连接。而由于正极耳112的厚度小于或等于负极耳121厚度的二分之一，在正极耳112与极耳胶13压合完成后整体的厚度往往与带有极耳胶13的负极耳121的厚度相当，更加匹配后续电池的封装。

由于卷绕后两个正极耳112在电芯1正投影方向上完全重叠，完成后续的电池封装后，可直接采用传统只具有两个连接片21的保护板2与正负极耳121连接即可，该连接片21可为镍片，镍片与极耳之间可通过激光焊接、超声波焊接、电阻焊接等焊接方式进行焊接。

常规的多极耳焊接方式，一般是先将纯金属带的双极耳进行焊接，然后再转接到带有极耳胶13的极耳上；或者是采用一个纯金属带的极耳和带极耳胶13的极耳，将纯金属带的极耳焊接于带极耳胶13的极耳上。但上述不论采用哪种方式，均需要在卷芯长度方向上预留用于双极耳焊接的尺寸，占用了电池长度尺寸。而本实用新型则是采用纯金属带的双极耳结合极耳胶13直接热压压合的工艺，减少了极耳焊接预留的焊接位，使得本电池的双极耳热压压合后，卷芯在长度方向上的尺寸与传统单极耳卷绕结构电池在长度方向上的尺寸无明显差异，提升了传统多极耳电池的能量密度，本电池在提高电池能量密度上具有明显优势。

该种结构得到的电芯1相比于传统的电芯1结构，大体上结构与传统电芯1的结构无明显差异，除了前期正极耳112设置工艺上有一定的复杂性，后续的各项工序无需做过多改动，将其应用于实际生产中，仍是具有很高的潜力。

另一方面，如图10～13所示，卷绕后两个正极耳112在电芯1正投影方向为间隔设置时，正极耳112的厚度等于负极耳121的厚度。即是该种结构的电池，在正极片11首端和末端焊接的正极耳112的厚度与负极耳121的厚度一致，且正负极耳121均是带有极耳胶13的极耳。该种结构的电池完成封装后，两个正极耳112为间隔设置结构，则与极耳连接的保护板2需采用具有三个连接片21的保护板2，其中，其中任意两个连接片21相互导通，两个连接片21可通过保护板2内部的铜层线路相连导通，且与两个正极耳112一一对应连接，剩余一个连接片21与负极耳121连接。该连接片21可为镍片，镍片与极耳之间可通过激光焊接、超声波焊接、电阻焊接等焊接方式进行焊接。

该种结构得到的卷芯相比于传统的卷芯结构仅多出一个极耳位，只需要改变传统保护板2的设置，将原有的多极耳焊接优化为保护板2上线路导通的方式，相比于传统为多极耳焊接预留焊接位的方式，在提高电池能量密度上同样具有明显优势，该种结构在工业上的直接量产的可行性更高。

本实用新型的第二种实施方式为，将第二空箔区设置在负极片12的首端和中段位置，第二空箔区上均焊接有负极耳121，卷绕后两个负极耳121在电芯1正投影方向为至少部分重叠设置或间隔设置，且卷绕后两个负极耳121电连接在一起。负极片12上同样可采用激光清洗方式设置第二空箔区，针对此种结构负极耳121的设置可参见上述正极耳112的设置，这里不做过多赘述。

本实用新型的第三种实施方式为，将第二空箔区设置在负极片12的末端和中段位置，第二空箔区上均焊接有负极耳121，卷绕后两个负极耳121在电芯1正投影方向为至少部分重叠设置或间隔设置，且卷绕后两个负极耳121电连接在一起。负极片12上同样可采用激光清洗方式设置第二空箔区，针对此种结构负极耳121的设置可参见上述正极耳112的设置，这里不做过多赘述。

本实用新型的第四种实施方式为，将第二空箔区设置在负极片12的首端、末端和中段位置，第二空箔区上均焊接有负极耳121，卷绕后三个负极耳121在电芯1正投影方向为至少部分重叠设置或间隔设置，且卷绕后两个负极耳121电连接在一起。负极片12上同样可采用激光清洗方式设置第二空箔区，针对此种结构负极耳121的设置也可参见上述正极耳112的设置，这里不做过多赘述。

本实用新型的第五种实施方式为，将第二空箔区设置在负极片12的首端和末端，第二空箔区上均焊接有负极耳121，卷绕后两个负极耳121在电芯1正投影方向为至少部分重叠设置或间隔设置，且卷绕后两个负极耳121电连接在一起。针对此种结构负极耳121的设置可参见上述正极耳112的设置，这里不做过多赘述。

本实用新型的电池，提供多种电芯1的封装及保护板2的连接方式，不仅在提高电池能量密度上具有明显优势，且更大程度促进实际量产的导入，解决传统电池能量密度受限于工艺窗口的问题。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.一种卷绕电池，包括由正极片(11)、隔膜、负极片(12)依次层叠卷绕而成的电芯(1)，其特征在于，所述正极片(11)卷绕的起始端和末端均设置有第一空箔区(111)，所述第一空箔区(111)上均焊接有正极耳(112)，卷绕后两个所述正极耳(112)在所述电芯(1)正投影方向为至少部分重叠设置或间隔设置，且两个所述正极耳(112)电连接在一起；所述负极片(12)上设置有第二空箔区，所述第二空箔区上焊接有负极耳(121)。

2.根据权利要求1所述的卷绕电池，其特征在于，所述第二空箔区至少设置在所述负极片(12)的中段位置。

3.根据权利要求2所述的卷绕电池，其特征在于，当卷绕后两个所述正极耳(112)在所述电芯(1)正投影方向为至少部分重叠设置时，所述正极耳(112)的厚度小于或等于所述负极耳(121)厚度的二分之一。

4.根据权利要求3所述的卷绕电池，其特征在于，两个所述正极耳(112)重叠后的厚度等于所述负极耳(121)的厚度。

5.根据权利要求3所述的卷绕电池，其特征在于，两个所述正极耳(112)在所述电芯(1)正投影方向为完全重叠设置。

6.根据权利要求3～5任一项所述的卷绕电池，其特征在于，卷绕后两个所述正极耳(112)的两侧及两个所述正极耳(112)之间均设置有极耳胶(13)；所述极耳胶(13)和两个所述正极耳(112)压合连接。

7.根据权利要求2所述的卷绕电池，其特征在于，当卷绕后两个所述正极耳(112)在所述电芯(1)正投影方向为间隔设置时，所述正极耳(112)的厚度等于所述负极耳(121)的厚度。

8.根据权利要求7所述的卷绕电池，其特征在于，还包括保护板(2)，所述保护板(2)上焊接有三个连接片(21)，其中任意两个所述连接片(21)相互导通，且与两个所述正极耳(112)一一对应连接，剩余一个所述连接片(21)与所述负极耳(121)连接。

9.根据权利要求2所述的卷绕电池，其特征在于，所述负极片(12)上采用激光清洗方式设置所述第二空箔区。

10.根据权利要求1所述的卷绕电池，其特征在于，所述第二空箔区设置在所述负极片(12)的首端和末端，所述第二空箔区上均焊接有负极耳(121)，卷绕后两个所述负极耳(121)在所述电芯(1)正投影方向为至少部分重叠设置或间隔设置，且卷绕后两个所述负极耳(121)电连接在一起。

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