CN215771237U

CN215771237U - 一种电芯及电池包

Info

Publication number: CN215771237U
Application number: CN202121194304.8U
Authority: CN
Inventors: 尹海旭; 苏树发; 刘道淦
Original assignee: Svolt Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Svolt Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2031-05-31

Abstract

本实用新型属于电池技术领域，公开了一种电芯及电池包。该电芯设置于电池外壳内，电芯包括：至少一个第一正极片；两个第二正极片，分别位于第一正极片的最外侧，负极片，与第一正极片、第二正极片平行正对设置，在相邻两个第一正极片之间、相邻第一正极片和第二正极片之间均设置有负极片，第一正极片的两侧面、负极片的两侧面及第二正极片朝向负极片的一侧面均涂覆有活性层，第二正极片背离负极片的一侧面涂覆有阻热层。该电芯通过在第二正极片背离负极片的一侧面涂覆有阻热层，阻热层起到了阻隔热量和热蔓延的作用，切断热失控后高热量向外壳或其他电芯的传递路径，避免出现连锁热失控的情况。

Description

一种电芯及电池包

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种电芯及电池包。

背景技术

随着人们对环境问题越来越重视，新能源得到了广泛的发展，锂离子电池以其能量密度高、工作电压大、无记忆效应、循环寿命长及对环境友好等优势逐步占据主导地位。

现有锂离子动力电池朝着长电芯、大模组的方向发展，锂离子动力电池制造工艺一般包括叠片式和缠绕式两种，采用叠片式工艺，极片界面更平整，空间利用率高，内阻低，电流均匀，但是存在以下缺陷：

首先，因为没有卷绕圆角的束缚导致叠片电芯整面压力释放更大，导致对引发内部短路的异物容忍度更低，稍有细微异物在承受极片膨胀的压力下，就会出现刺穿极片引发短路的问题，使电池管理***的预警时间变短；

其次，在极片叠片时采用“负包正”的方式，即最外层为负极片，内层为正极片，由于极组最外层为负极，电芯金属壳体与正极弱导或导通状态，如果壳体与极组之间存在异物，电芯在使用过程中刺穿极组外绝缘膜，会直接导致正负极短接而出现短路的情况，进而发生腐蚀或热失控。与此同时，热失控发生后因没有相应的隔热结构，导致热蔓延不受阻碍，使发生热失控后极组直接将高热量传递给铝壳引发电池组内相邻电芯发生连锁热失控；

再次，对于电芯能量而言，负极片最外层涂覆的料层是多余的，该料层不仅会占据空间损失能量密度，还会因负极片表面微观不平在大压力下加重刺穿负极片，而引发短路的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电芯及电池包，提高对异物的容忍度，降低短路和热失控的风险。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电芯，所述电芯设置于电池外壳内，所述电芯包括：

至少一个第一正极片；

两个第二正极片，分别位于所述第一正极片的最外侧，

负极片，与所述第一正极片、所述第二正极片平行正对设置，在相邻两个所述第一正极片之间、相邻所述第一正极片和所述第二正极片之间均设置有所述负极片，所述第一正极片的两侧面、所述负极片的两侧面及所述第二正极片朝向所述负极片的一侧面均涂覆有活性层，所述第二正极片背离所述负极片的一侧面涂覆有阻热层。

作为优选，所述阻热层的厚度小于等于所述活性层的厚度。

作为优选，所述阻热层为陶瓷涂层、硅酸盐涂层或阻热胶带。

作为优选，所述阻热胶带采用杂环聚合物制成。

作为优选，所述第一正极片、所述第二正极片采用磷酸铁锂、三元、无钴电池、钴酸锂及锰酸锂中一种或多种制成。

作为优选，所述负极片采用采用石墨、硅、锡及钛酸锂中一种或多种制成。

作为优选，所述活性层采用活性物质制成。

为达上述目的，本实用新型还提供了一种电池包，包括电池外壳、隔离膜及上述的电芯，在所述电池外壳的内部设置有所述隔离膜和所述电芯，所述隔离膜包裹于所述电芯的外部并位于所述电池外壳和所述电芯之间。

作为优选，所述隔离膜为mylar膜或绝缘胶带。

作为优选，所述电池外壳采用金属或塑料制成。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的电芯，通过两个第二正极片分别位于第一正极片的最外侧，在相邻两个第一正极片之间、相邻第一正极片和第二正极片之间均设置有负极片，使最外层为第二正极片，内层为第一正极片和负极片，即采用“正包负”的方式，使最外层的第二正极片和电池外壳相邻，当电池外壳处于弱导或导通状态时，第二正极片和电池外壳的极性相同，即使电芯在使用过程中出现刺穿时也不会出现第二正极片和电池外壳短路的情况，提高电芯对异物的容忍度，进而可以延长电池管理***的预警时间。

同时，第二正极片的一侧面涂覆有活性层，第二正极片另一侧面涂覆有阻热层，第二正极片的两侧面具有不同的功能，没有造成空间浪费，利用率好。通过在第二正极片背离负极片的一侧面涂覆有阻热层，阻热层起到了阻隔热量和热蔓延的作用，切断热失控后高热量向电池外壳或其他电芯的传递路径，避免出现连锁热失控的情况。

本实用新型提供的电池包，电池外壳的内部设置有隔离膜和电芯，电池外壳起到了对隔离膜和电芯保护的作用，通过设置隔离膜包裹于电芯的外部并位于电池外壳和电芯之间，隔离膜在起到了隔热和阻止热量传递作用的同时，还起到了对电芯保护的作用，避免异物出现刺穿的情况。该电池包增加电池外壳和电芯间的异物容忍度，降低短路风险，同时增加隔热效果，提高热蔓延安全性能，给BMS更多预警时间。

附图说明

图1是本实用新型电芯的结构示意图；

图2是本实用新型电芯中负极片一个视角的结构示意图；

图3是本实用新型电芯中负极片另一个视角的结构示意图；

图4是本实用新型电芯中第一正极片一个视角的结构示意图；

图5是本实用新型电芯中第一正极片另一个视角的结构示意图；

图6是本实用新型电芯中第二正极片一个视角的结构示意图；

图7是本实用新型电芯中第二正极片另一个视角的结构示意图；

图8是本实用新型电池包一个视角的结构示意图；

图9是本实用新型电池包另一个视角的结构示意图。

图中：

100、电池外壳；200、隔离膜；

1、第一正极片；2、第二正极片；3、负极片；4、活性层；5、阻热层。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实施例提供了一种电芯，电芯设置于电池外壳100内。如图1所示，该电芯包括至少一个第一正极片1、两个第二正极片2及负极片3，第一正极片1、第二正极片2及负极片3平行正对设置，两个第二正极片2分别位于第一正极片1的最外侧，在相邻两个第一正极片1之间、相邻第一正极片1和第二正极片2之间均设置有负极片3。第一正极片1的两侧面、负极片3的两侧面及第二正极片2朝向负极片3的一侧面均涂覆有活性层4，第二正极片2背离负极片3的一侧面涂覆有阻热层5。

可以理解的是，第一正极片1和第二正极片2均为正极片，第一正极片1的两侧面均涂覆有活性层4，则第一正极片1为双面涂覆活性层4，第二正极片2的一侧面涂覆有活性层4，则第二正极片2为单面涂覆活性层4，第二正极片2的单面涂覆活性层4朝向内侧，即第二正极片2的单面涂覆活性层4朝向与其相邻的负极片3设置，第二正极片2背离负极片3的一侧面涂覆有阻热层5，即第二正极片2的阻热层5朝向外侧并背离负极片3设置。负极片3的两侧面均涂覆有活性层4，则负极片3为双面涂覆活性层4。

本实施例提供的电芯，通过两个第二正极片2分别位于第一正极片1的最外侧，在相邻两个第一正极片1之间、相邻第一正极片1和第二正极片2之间均设置有负极片3，使最外层为第二正极片2，内层为第一正极片1和负极片3，即采用“正包负”的方式，使最外层的第二正极片2和电池外壳100(如图9所示)相邻，当电池外壳100处于弱导或导通状态时，第二正极片2和电池外壳100的极性相同，即使电芯在使用过程中出现刺穿时也不会出现第二正极片2和电池外壳100短路的情况，提高电芯对异物的容忍度，进而可以延长电池管理***的预警时间。

同时，第二正极片2的一侧面涂覆有活性层4，第二正极片2另一侧面涂覆有阻热层5，第二正极片2的两侧面具有不同的功能，没有造成空间浪费，利用率好。通过在第二正极片2背离负极片3的一侧面涂覆有阻热层5，阻热层5起到了阻隔热量和热蔓延的作用，切断热失控后高热量向电池外壳100或其他电芯的传递路径，避免出现连锁热失控的情况。

如图2-图7所示，在电芯进行生产制造时，包括以下步骤：

第一步，匀浆涂布，在普通正极片的集流体上涂覆浆料，并匀浆涂布成两种形式的正极片。浆料采用活性物质制成，成本低廉。在正极片的双侧都进行涂覆浆料，形成第一正极片1；只在正极片的单侧涂覆浆料，并在单侧涂覆浆料的正极片的对面侧涂覆或贴覆阻热层5，形成第二正极片2。正极片进行特殊处理。负极片3为常规制作方式，在负极片3的双侧均涂覆浆料，故不再赘述。

第二步，辊压，在第一正极片1和第二正极片2涂覆完成之后，按照预设的压实密度进行辊压。

第三步，分切模切，将这两种正极片分别进行模切，从而得到在叠片前可应用的两种形式的正极片。

第四步，叠片，两种正极片分别置于叠片夹中，单侧涂覆活性层4的第二正极片2位于最外层，双面涂覆活性层4的第一正极片1位于内层，在相邻两个第一正极片1之间、相邻第一正极片1和第二正极片2之间均设置有负极片3，使正极片、负极片3间隔设置。

采用叠片工艺，保证电芯寿命更长、极片界面更平整、内阻更低及电流更加均匀。

可以理解的是，由于两个第二正极片2分别位于第一正极片1的最外侧，在正极片完成涂覆之后，两种涂覆方式生产的第二正极片2和第一正极片1理论片数的比例为2/a,其中a为双侧涂覆活性层4的第一正极片1的片数。

进一步地，电芯可以采用不同体系的电芯，第一正极片1、第二正极片2采用磷酸铁锂、三元、无钴电池、钴酸锂及锰酸锂中一种或多种制成。负极片3采用石墨、硅、锡及钛酸锂中一种或多种制成。正极片、负极片3使用材料结构简单，使用方便，生产成本较低。

进一步地，如图6-图7所示，阻热层5的厚度小于等于活性层4的厚度。可以理解的是，该活性层4的厚度具体是指第二正极片2在单侧涂覆活性物质辊压后的厚度。采用这种设置具有以下两个目的，第一，减少非能量物质占比，占用空间小，避免阻热层5占用较大的空间导致损失能量密度，在一定程度上提高能量密度；第二，由于阻热层5位于最外层，厚度较小的阻热层5因相应涂料较小，避免在较大压力下出现刺穿而引发短路的情况。

其中，阻热层5为陶瓷涂层、硅酸盐涂层或阻热胶带。涂覆阻热层5可以但不限于耐高温且导热系数低的陶瓷涂层，例如Al₂O₃或硅酸盐涂层等,贴覆阻热层5可以但不限于杂环聚合物制成的胶带，如聚酰亚胺类胶带。阻热层5结构简单，使用方便。

本实施例还提供了一种电池包，如图8-图9所示，该电池包包括电池外壳100、隔离膜200及上述的电芯，在电池外壳100的内部设置有隔离膜200和电芯，隔离膜200包裹于电芯的外部并位于电池外壳100和电芯之间。

本实施例提供的电池包，电池外壳100的内部设置有隔离膜200和电芯，电池外壳100起到了对隔离膜200和电芯保护的作用，通过设置隔离膜200包裹于电芯的外部并位于电池外壳100和电芯之间，隔离膜200在起到了隔热和阻止热量传递作用的同时，还起到了对电芯保护的作用，避免异物出现刺穿的情况。该电池包增加电池外壳100和电芯间的异物容忍度，降低短路风险，同时增加隔热效果，提高热蔓延安全性能，给电池管理***更多预警时间。

进一步地，隔离膜200为mylar膜或绝缘胶带，结构简单，生产成本较低。

进一步地，电池外壳100采用金属或塑料或铝塑膜制成，结构简单，生产成本较低。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“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实用新型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。

此外，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种电芯，其特征在于，所述电芯设置于电池外壳(100)内，所述电芯包括：

至少一个第一正极片(1)；

两个第二正极片(2)，分别位于所述第一正极片(1)的最外侧，

负极片(3)，与所述第一正极片(1)、所述第二正极片(2)平行正对设置，在相邻两个所述第一正极片(1)之间、相邻所述第一正极片(1)和所述第二正极片(2)之间均设置有所述负极片(3)，所述第一正极片(1)的两侧面、所述负极片(3)的两侧面及所述第二正极片(2)朝向所述负极片(3)的一侧面均涂覆有活性层(4)，所述第二正极片(2)背离所述负极片(3)的一侧面涂覆有阻热层(5)。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述阻热层(5)的厚度小于等于所述活性层(4)的厚度。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述阻热层(5)为陶瓷涂层、硅酸盐涂层或阻热胶带。

4.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述阻热胶带采用杂环聚合物制成。

5.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一正极片(1)、所述第二正极片(2)采用磷酸铁锂、三元、无钴电池、钴酸锂及锰酸锂中一种或多种制成。

6.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述负极片(3)采用采用石墨、硅、锡及钛酸锂中一种或多种制成。

7.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述活性层(4)采用活性物质制成。

8.一种电池包，其特征在于，包括电池外壳(100)、隔离膜(200)及权利要求1-7任一项所述的电芯，在所述电池外壳(100)的内部设置有所述隔离膜(200)和所述电芯，所述隔离膜(200)包裹于所述电芯的外部并位于所述电池外壳(100)和所述电芯之间。

9.根据权利要求8所述的电池包，其特征在于，所述隔离膜(200)为mylar膜或绝缘胶带。

10.根据权利要求8所述的电池包，其特征在于，所述电池外壳(100)采用金属或塑料制成。