CN113258123A - 一种卷绕式电芯和电池 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种卷绕式电芯和电池，所述卷绕式电芯包括：所述正极片包括第一分段，所述负极片包括第二分段，且所述第一分段为头部具有正极活性材料层的分段，所述第二分段为头部具有负极活性材料层的分段；所述第一分段与所述第二分段层叠设置，且所述第一分段和所述第二分段分别沿第一方向卷绕形成卷绕结构；所述第一分段的最内圈的外侧壁与所述第二分段的最内圈的内侧壁相对，所述第二分段表面涂布有对称分布的负极活性材料层，所述第一分段的表面分别涂布有与所述负极活性材料层相对的正极活性材料层，且所述第一分段的最内圈的内侧壁形成第一空箔区。本申请提供的一种卷绕式电芯和电池，可以缓解现有的卷绕式电芯存在的能量密度较低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种卷绕式电芯和电池。
背景技术
现有的卷绕式电芯，通常是由正极片包覆与负极片之外，然后逐层卷绕形成的电芯结构，且正极片的两侧通常涂布有正极活性材料层，负极片的两侧分别涂布有负极材料层，在卷绕形成电芯之后，正极片表面的正极活性材料层与负极片表面的负极活性材料层相对，从而能够进行反应产生电能。
然而，在卷绕完成之后，由于负极片位于正极片的内侧，这样，将导致位于负极片最内圈的内侧的负极活性材料层不存在与之相对的正极活性材料层。即位于负极片最内圈的内侧的负极活性材料层无法用作活性物质产生电能，从而在一定程度上限制了卷绕式电芯的能量密度，可见，现有的卷绕式电芯存在能量密度较低的问题。
发明内容
本申请提供的一种卷绕式电芯和电池，可以缓解现有的卷绕式电芯存在能量密度较低的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种卷绕式电芯，包括正极片和负极片，所述正极片包括第一分段，所述负极片包括第二分段，且所述第一分段为头部具有正极活性材料层的分段，所述第二分段为头部具有负极活性材料层的分段；
所述第一分段与所述第二分段层叠设置，且所述第一分段和所述第二分段分别沿第一方向卷绕形成卷绕结构；
所述第一分段的最内圈的外侧壁与所述第二分段的最内圈的内侧壁相对，其中，所述第二分段表面涂布有对称分布的所述负极活性材料层，所述第一分段的表面分别涂布有与所述负极活性材料层相对的所述正极活性材料层，且所述第一分段的最内圈的内侧壁形成第一空箔区。
可选地，所述正极片还包括第三分段，所述第一分段的最外圈位于所述第二分段的最外圈的内侧，所述第三分段从所述第一分段的末端开始向第二方向卷绕，以包覆所述第三分段的最外圈，且所述第二分段的表面分别涂布有与所述负极活性材料层相对的正极活性材料层。
可选地，所述第一方向和所述第二方向中，一者为顺时针方向，另一者为逆时针方向。
可选地，所述第三分段的内侧壁涂布有所述正极活性材料层，所述第三分段的外侧壁形成第二空箔区。
可选地，所述正极片包括至少两个第一正极耳，所述负极片包括至少两个第一负极耳，所述正极片还包括从所述第一分段的首端向内侧延伸的第四分段，所述负极片还包括从所述第二分段的首端向内侧延伸的第五分段；
所述第四分段和所述第五分段分别形成空箔区，且所述第四分段的表面设有第二正极耳，所述第五分段的表面设有第二负极耳，所述至少两个第一正极耳分别与所述第二正极耳电连接，所述至少两个第一负极耳分别与所述第二负极耳电连接。
可选地，所述第二正极耳和所述第二负极耳错位设置。
可选地，所述至少两个第一正极耳位于所述第一分段和/或所述第三分段，所述至少两个第一负极耳位于所述第二分段。
可选地，所述正极片包括正极集流体，所述负极片包括负极集流体，所述正极集流体包括延伸至所述正极活性材料层之外的第一延伸部，所述第一延伸部形成所述第一正极耳；
所述负极集流体包括延伸至所述负极活性材料层之外的第二延伸部，所述第二延伸部形成所述第一负极耳。
可选地，所述负极片与所述正极片之间设有隔膜，且所述隔膜延伸至所述第三分段的外侧。
第二方面，本申请实施例提供了一种电池，包括上述第一方面所述的卷绕式电芯。
本申请实施例中，通过使第一分段的最内圈的外侧壁与第二分段的最内圈的内侧壁相对，并在第一分段的表面分别涂布与第二分段表面的负极活性材料层相对的正极活性材料层，这样，可以确保负极片最内圈的内侧的负极活性材料层可以作为活性物质进行反应产生电能，以提高电芯的能量密度。同时，通过将第一分段的最内圈的内侧壁形成第一空箔区，从而可以减小电芯的厚度，以进一步提高电芯的能量密度。
附图说明
图1是本申请实施例中卷绕式电芯的结构示意图之一；
图2是图1中正极片的展开示意图；
图3是图1中负极片的展开示意图；
图4是图2的俯视图；
图5是图3的俯视图；
图6是卷绕式电芯中第一正极耳与第二正极耳之间的位置关系图；
图7是卷绕式电芯中第一正极耳与第二正极耳之间的连接示意图。
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，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
请参见图1-7，为本申请实施例提供的一种卷绕式电芯，包括正极片100和负极片200，所述正极片100包括第一分段111，所述负极片200包括第二分段112，且所述第一分段111为头部具有正极活性材料层150的分段，所述第二分段112为头部具有负极活性材料层230的分段；所述第一分段111与所述第二分段112层叠设置，且所述第一分段111和所述第二分段112分别沿第一方向卷绕形成卷绕结构；
所述第一分段111的最内圈的外侧壁与所述第二分段112的最内圈的内侧壁相对，其中，所述第二分段112的两侧涂布有对称分布的所述负极活性材料层230，所述第一分段111的表面分别涂布有与所述负极活性材料层230相对的所述正极活性材料层150，且所述第一分段111的最内圈的内侧壁形成第一空箔区130。
上述第一分段111与第二分段112可以平行且相对设置，所述第一分段111与的末端可以与所述第二分段112的末端相对齐，且所述第一分段111与的首端也可以与所述第二分段112的首端相对齐，其中，所述第一分段111的首端是指当所述第一分段111处于卷绕状态时，位于最内侧的一端，所述第一分段111的末端是指当所述第一分段111处于卷绕状态时，位于最外侧的一端。相应地，所述第二分段112的首端是指当所述第二分段112处于卷绕状态时，位于最内侧的一端，所述第二分段112的末端是指当所述第二分段112处于卷绕状态时，位于最外侧的一端。
上述第一分段111的最外圈为：在所述第一分段111处于卷绕状态时，位于第一分段111最外侧的一周。相应地，上述第一分段111的最内圈是指：在所述第一分段111处于卷绕状态时，位于第一分段111最内侧的一周。第二分段112的最内圈是指：在所述第二分段112处于卷绕状态时，位于第二分段112最内侧的一周。相应地，第二分段112的最外圈为：在所述第二分段112处于卷绕状态时，位于第二分段112最外侧的一周。
上述第一分段111的头部即第一分段111的首端，相应地，上述第二分段112为头部即第二分段112的首端。上述负极活性材料层230可以涂布于负极片200的负极集流体210上，相应地，上述正极活性材料层150可以涂布于正极片100的正极集流体110上。其中，所述第二分段112的两侧涂布有对称分布的负极活性材料层230可以是指：位于所述第二分段112两侧的负极活性材料层230关于所述第二分段112对称分布，且所述负极活性材料层230可以从所述第二分段112的首端延伸至第二分段112的末端。相应地，所述正极活性材料层150也可以从所述第一分段111的首端延伸至第一分段111的末端。
上述负极集流体210的材料可以根据实际需要进行设置。在本申请实施例中，上述负极集流体210可以为铜箔。同时，上述负极活性材料层230中的活性材料的种类和比例也是可以根据实际需要进行设置的，通常而言可以包括石墨、硬碳、硅、氧化亚硅等。
上述正极集流体110的材料可以根据实际需要进行设置。在本申请实施例中，上述正极集流体110可以为铝箔。同时，上述正极活性材料层150中的活性材料的种类和比例也是可以根据实际需要进行设置的，通常而言可以包括LiCoO2、LiNiCoMnO2、LiCoAlO2和LiMn2O4等。
该实施方式中，通过将所述第一分段111的最内圈的外侧壁与所述第二分段112的最内圈的内侧壁相对，并在所述第一分段111的最内圈的外侧壁涂布所述正极活性材料层150，这样，可以确保位于所述第二分段112的最内圈的内侧壁的负极活性材料层230可以与第一分段111表面的正极活性材料层150相互作用，从而参与电能的产生过程，避免了由于所述第二分段112的最内圈的内侧壁的负极活性材料层230不存在与之相对的正极片100而导致的电池能量密度降低的问题，进而提高了提高电池的能量密度。
此外，由于所述第一分段111的最内圈的内侧壁不存在与之相对的负极片200，因此，即便在所述第一分段111的最内圈的内侧壁涂布正极活性材料层150，位于所述第一分段111的最内圈的内侧壁的正极活性材料层150也无法作为活性物质参与电能的产生过程。基于此，本申请实施例中，通过将第一分段111的最内圈的内侧壁形成第一空箔区130，以减小电芯的厚度，从而可以进一步提高卷绕式电芯的能量密度，同时，还可以减小卷绕式电芯整体的体积和重量。
可选地，所述正极片100还包括第三分段211，所述第一分段111的最外圈位于所述第二分段112的最外圈的内侧，所述第三分段211从所述第一分段111的末端开始向第二方向卷绕，以包覆所述第三分段211的最外圈，且所述第二分段112的表面分别涂布有与所述负极活性材料层230相对的正极活性材料层150。
可以理解的是，上述第一分段111与第三分段211一体成型，在所述正极片100处于卷绕状态时，所述第三分段211位于所述第一分段111的外侧。
上述第二分段112第三分段211从所述第一分段111的末端开始向第二方向卷绕，以包覆所述第二分段112的最外圈，即所述第三分段211与所述第二分段112的最外圈的外侧相对。
该实施方式中，通过在负极片200的涂膏区的两侧对称涂布负极活性材料层230，这样，位于负极片200的最外圈的外侧壁的负极活性材料层230可以与第三分段211表面的正极活性材料层150相互作用，从而参与电能的产生过程，避免了由于位于负极片200的最外圈的外侧壁的负极活性材料层230不存在与之相对的正极片100而导致的电池能量密度降低的问题，进而提高了提高电池的能量密度。
可选地，所述第一方向和所述第二方向中，一者为顺时针方向，另一者为逆时针方向。
请参见图1，在本申请一个实施例中，所述第一分段111沿顺时针卷绕，所述第三分段211沿逆时针卷绕。这样，可以有效的缩短正极片100的长度，同时，还可以确保所述第三分段211可以与第二分段112的最外圈的外侧相对。
可选地，所述第三分段211的内侧壁涂布有所述正极活性材料层150，所述第三分段211的外侧壁形成第二空箔区140。
该实施方式中，由于所述第三分段211的外侧壁不存在与之相对的负极片200，因此，即便在所述第三分段211的外侧壁涂布正极活性材料层150，位于所述第三分段211的外侧壁的正极活性材料层150也无法作为活性物质参与电能的产生过程。基于此，本申请实施例中，通过将第三分段211的外侧壁形成第二空箔区140，以减小电芯的厚度，从而可以进一步提高卷绕式电芯的能量密度，同时，还可以减小卷绕式电芯整体的体积和重量。
可选地，所述正极片100包括至少两个第一正极耳160，所述负极片200包括至少两个第一负极耳240，所述正极片100还包括从所述第一分段111的首端向内侧延伸的第四分段113，所述负极片200还包括从所述第二分段112的首端向内侧延伸的第五分段212；
所述第四分段113和所述第五分段212分别形成空箔区，且所述第四分段113的表面设有第二正极耳120，所述第五分段212的表面设有第二负极耳220，所述至少两个第一正极耳160分别与所述第二正极耳120电连接，所述至少两个第一负极耳240分别与所述第二负极耳220电连接。所述第二正极耳120和所述第二负极耳220错位设置。
本实施例中，所述卷绕式电芯为多级耳卷绕式电芯，通过使所述正极片100包括至少两个第一正极耳160，以及使所述负极片200包括至少两个第一负极耳240，有利于提高卷绕式电芯的充电速度，实现电池的快速充电。
目前，在多级耳卷绕式电芯结构的制作过程中，通常是在卷绕完成之后，将电极片上的多个极耳与外部极耳焊接，并将外部极耳作为电极片的对外连接端。现有技术中，通常是将外部极耳焊接于电芯的表面，以实现外部极耳与电芯的相对固定，然而，采用此种方式易导致外部极耳脱离卷绕式电芯，从而导致卷绕式电芯无法正常工作的问题。
基于此，本申请实施例中，可以将所述第二正极耳120和第二负极耳220作为所述卷绕电芯的对外连接端，由于第二正极耳120位于正极片100的首端、第二负极耳220位于负极片200的首端，因此，在卷绕完成之后，第二正极耳120和第二负极耳220分别卷绕于卷绕式电芯的内部，从而可以提高第二正极耳120与卷绕式电芯之间连接的稳定性、以及提高第二负极耳220与卷绕式电芯之间连接的稳定性。进而有效的避免了卷绕式电芯的外接极耳脱离卷绕式电芯的问题。
其中，第二正极耳120和第二负极耳220可以采用金属极耳。所述第二正极耳120可以与第四分段113焊接连接，所述第二负极耳220可以与第五分段212焊接连接。请参见图6-7，在所述卷绕式电芯卷绕完成之后，各个第一正极耳160和第二正极耳120可以对齐设置，下文将第一正极耳160和第二正极耳120统称为正极耳，此时，可以通过焊接的方式实现任意相邻两个正极耳之间的电性连接，从而实现所述至少两个第一正极耳160分别与所述第二正极耳120电连接。
相应地，在所述卷绕式电芯卷绕完成之后，各个第一负极耳240和第二负极耳220可以对齐设置，下文将第一负极耳240和第二负极耳220统称为负极耳，此时，可以通过焊接的方式实现任意相邻两个负极耳之间的电性连接，从而实现所述至少两个第一负极耳240分别与所述第二负极耳220电连接。
该实施方式中，通过将第二正极耳120和第二负极耳220卷绕于卷绕式电芯的内部，从而可以有效的避免第二正极耳120和第二负极耳220脱离卷绕式电芯。此外，通过将正极耳和负极耳错位设置，从而避免正极耳与负极耳发生接触，进而避免电池出现短路的问题。
可选地，所述至少两个第一正极耳160位于所述第一分段111和/或所述第三分段211，所述至少两个第一负极耳240位于所述第二分段112。
具体地，请参见图4-5，所述第一正极耳160均匀分布于所述第一分段111和第三分段211，所述第一负极耳240均匀分布于所述第二分段112，如此，既可以提高卷绕式电芯的充电速度，同时，还可以确保卷绕式电芯各个位置的活性材料层被消耗的速度相对均匀。
可选地，所述正极片100包括正极集流体110，所述负极片200包括负极集流体210，所述正极集流体110包括延伸至所述正极活性材料层150之外的第一延伸部，所述第一延伸部形成所述第一正极耳160；
所述负极集流体210包括延伸至所述负极活性材料层230之外的第二延伸部，所述第二延伸部形成所述第一负极耳240。
具体地，可以采用模切正极集流体110的方式形成所述第一延伸部，同时，可以采用模切负极集流体210的方式形成所述第二延伸部，由于所述第一延伸部和第二延伸部分别为集流体位于活性材料层之外的部分，因此，第一延伸部和第二延伸部可以分别作为极耳使用。因此，可以将所述第一延伸部作为所述第一正极耳160，将第二延伸部作为所述第一负极耳240。可以理解的是，所述第一正极耳160和第一负极耳240分别为软极耳，上述第二正极耳120和第二负极耳220分别为硬极耳。
该实施方式中，通过由第一延伸部形成所述第一正极耳160、由第二延伸部形成所述第一负极耳240，这样，可以确保第一正极耳160与正极集流体110一体成型，同时，可以确保第一负极耳240与负极集流体210一体成型，这样，既可以简化第一正极耳160和第一负极耳240的加工过程，同时，还可以提高第一正极耳160和第一负极耳240与卷绕式电芯之间连接的稳定性，有效的避免了第一正极耳160和第一负极耳240脱离卷绕式电芯。
可选地，所述负极片200与所述正极片100之间设有隔膜。
上述隔膜可以包括基材和涂覆层，其中基材可为聚乙烯(polythene，PE)单层膜、聚丙烯(polypropylene，PP)单层膜或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三层复合膜，涂覆层可为多孔二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛和二氧化锆中的至少一种。
该实施方式中，通过在负极片200与所述正极片100之间设有隔膜，这样，可以防止正极活性材料层150与负极活性材料层230直接接触。
可选地，所述隔膜延伸至所述第三分段211的外侧。
该实施方式中，通过将所述隔膜延伸至所述第三分段211的最外侧，从而可以将卷绕式电芯包覆于隔膜内，有效的阻隔的外界污染物进入卷绕式电芯的内部。
本申请还提供了一种电池，所述电池包括上述实施例所述的卷绕式电芯，由于本申请提供的电池包括上述实施例所述的卷绕式电芯，因此，本申请提供的电池能够实现上述卷绕式电芯的全部有益效果，为避免重复，在此不再予以赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (10)
1.一种卷绕式电芯，其特征在于，包括正极片和负极片，所述正极片包括第一分段，所述负极片包括第二分段，且所述第一分段为头部具有正极活性材料层的分段，所述第二分段为头部具有负极活性材料层的分段；
所述第一分段与所述第二分段层叠设置，且所述第一分段和所述第二分段分别沿第一方向卷绕形成卷绕结构；
所述第一分段的最内圈的外侧壁与所述第二分段的最内圈的内侧壁相对，其中，所述第二分段表面涂布有对称分布的所述负极活性材料层，所述第一分段的表面分别涂布有与所述负极活性材料层相对的所述正极活性材料层，且所述第一分段的最内圈的内侧壁形成第一空箔区。
2.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述正极片还包括第三分段，所述第一分段的最外圈位于所述第二分段的最外圈的内侧，所述第三分段从所述第一分段的末端开始向第二方向卷绕，以包覆所述第三分段的最外圈，且所述第二分段的表面分别涂布有与所述负极活性材料层相对的正极活性材料层。
3.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向中，一者为顺时针方向，另一者为逆时针方向。
4.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述第三分段的内侧壁涂布有所述正极活性材料层，所述第三分段的外侧壁形成第二空箔区。
5.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述正极片包括至少两个第一正极耳，所述负极片包括至少两个第一负极耳，所述正极片还包括从所述第一分段的首端向内侧延伸的第四分段，所述负极片还包括从所述第二分段的首端向内侧延伸的第五分段；
所述第四分段和所述第五分段分别形成空箔区，且所述第四分段的表面设有第二正极耳，所述第五分段的表面设有第二负极耳，所述至少两个第一正极耳分别与所述第二正极耳电连接，所述至少两个第一负极耳分别与所述第二负极耳电连接。
6.根据权利要求5所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述第二正极耳和所述第二负极耳错位设置。
7.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述至少两个第一正极耳位于所述第一分段和/或所述第三分段，所述至少两个第一负极耳位于所述第二分段。
8.根据权利要求7所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述正极片包括正极集流体，所述负极片包括负极集流体，所述正极集流体包括延伸至所述正极活性材料层之外的第一延伸部，所述第一延伸部形成所述第一正极耳；
所述负极集流体包括延伸至所述负极活性材料层之外的第二延伸部，所述第二延伸部形成所述第一负极耳。
9.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述负极片与所述正极片之间设有隔膜，且所述隔膜延伸至所述第三分段的外侧。
10.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的卷绕式电芯。
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