卷芯、电池包和终端的制作方法

1.本公开涉及电池技术领域，尤其涉及一种卷芯、电池包和终端。


背景技术：

2.随着清洁能源技术在各个领域的推广，电池技术得到前所未有的重视和更加广泛的应用。目前，电池包由于其性能、结构、工艺、安全、成本等多方面的限制越来越难以满足消费者对终端产品长寿命等方面的需求。因此，开发长使用寿命且安全的电池包已成为业内重要的探究方向。
3.为保证电池包内卷芯的安全性，卷绕时，卷绕的起始位置及收尾位置处，正极极片上的活性物质层和负极极片上的活性物质层并不是对齐的，负极极片超出正极极片的部分称伸出部分(overhang)。伸出部分容易加剧电池包膨胀，导致电池容量衰减加速，降低电池包的使用寿命。


技术实现要素：

4.本公开提供一种卷芯、电池包和终端。
5.根据本公开第一方面实施例，提供了一种卷芯，所述卷芯包括：层叠分布的正极极片、负极极片和隔膜，所述正极极片、所述负极极片和所述隔膜共同卷绕形成所述卷芯；
6.所述负极极片包括：负极基层和位于所述负极基层表面的负极活性层；
7.所述正极极片包括：正极基层、位于所述正极基层的表面的正极活性层和填充层；所述填充层位于所述正极活性层两端位置处的所述正极基层的表面上，且远离所述正极活性层的端部与所述负极活性层的端部齐平，填充在所述正极基层和所述隔膜之间的间隙内；
8.所述隔膜位于所述正极活性层和所述负极活性层之间。
9.在一些实施例中，所述填充层的厚度与所述正极活性层的厚度之差在预设范围内。
10.在一些实施例中，所述正极极片还包括：
11.绝缘的保护层，分别覆盖在所述填充层和所述正极基层上。
12.在一些实施例中，覆盖在所述填充层上的部分所述保护层的厚度与所述填充层厚度的总厚度，与所述正极活性层的厚度之间的差值在预设范围内。
13.在一些实施例中，所述保护层包括压敏胶体。
14.在一些实施例中，所述填充层包括陶瓷和/或胶体。
15.在一些实施例中，所述正极活性层分别位于所述正极基层的第一表面和第二表面，其中，所述第一表面朝向所述卷芯的中心位置，所述第二表面为所述第一表面的相反面；
16.所述填充层分别位于所述第一表面和所述第二表面；
17.位于所述第一表面上的所述正极活性层长度大于或小于位于所述第二表面上的
所述正极活性层长度。
18.在一些实施例中，相同卷绕层中，所述负极极片位于所述正极极片和所述卷芯的中心位置之间，位于所述第一表面上的所述正极活性层长度大于位于所述第二表面上的所述正极活性层长度；或，
19.相同卷绕层中，所述正极极片位于所述负极极片和所述卷芯的中心位置之间，位于所述第二表面上的所述正极活性层长度大于位于所述第一表面上的所述正极活性层长度。
20.根据本公开第二方面实施例，提供了一种电池包，所述电池包包括：
21.电解液；
22.第一方面实施例所述的卷芯，位于在所述电解液中。
23.根据本公开第三方面实施例，提供了一种终端，所述终端包括：
24.壳体，具有电池仓；
25.第二方面实施例所述的电池包，安装在所述电池仓内。
26.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
27.由上述实施例可知，本公开实施例通过在正极极片上引入填充层，利用填充层填充卷芯中正极基层和隔膜之间的间隙，提高了卷芯在填充层位置处和正极活性层位置处厚度的一致性，进而提高卷芯各处厚度的均匀性。而厚度的均匀性的提高，也有利于提高正极极片、负极极片及隔膜之间界面的致密性，有利于减少卷芯变形，缓解电池包膨胀问题，减缓电池包容量衰减速率，提高电池包的循环效率和安全性，延长电池包的使用寿命。
28.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
29.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
30.图1是一种正极极片的结构示意图；
31.图2是包括了图1中正极极片的卷芯的结构示意图；
32.图3是根据一示例性实施例示出的正极极片的结构示意图；
33.图4是包括了图3中正极极片的卷芯的结构示意图。
具体实施方式
34.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置的例子。
35.本公开第一方面实施例提供了一种卷芯，所述卷芯包括：层叠分布的正极极片110、负极极片120和隔膜130，所述正极极片110、所述负极极片120和所述隔膜130共同卷绕形成所述卷芯；
36.所述负极极片120包括：负极基层121和位于所述负极基层121表面的负极活性层
122；
37.所述正极极片110包括：正极基层111、位于所述正极基层111的表面的正极活性层112和填充层114；所述填充层114位于所述正极活性层112两端位置处的所述正极基层111的表面上，且填充层114远离所述正极活性层112的端部与所述负极活性层122的端部齐平，所述填充层114填充在所述正极基层111和所述隔膜130之间的间隙内；
38.所述隔膜130位于所述正极活性层112和所述负极活性层122之间。
39.卷芯和电池包均以锂离子电池包为例。电池包在充电过程中，锂离子会从正极活性层脱嵌，并嵌入负极活性层。如果锂离子无法嵌入负极极片，锂离子会在负极极片的表面以锂单质的形式析出，最终形成锂枝晶。锂枝晶容易刺穿卷芯的隔膜，造成电池包内部短路。为了缓解这种问题，负极极片上负极活性层需要过量。如图1和图2所示的示例中，卷芯的负极极片20中，负极活性层21的长度大于正极极片10中正极活性层11的长度，形成伸出部分(overhang)30。由于正极活性层11和负极活性层21之间设置隔膜50，伸出部分30位置处如果不设置填充层，伸出部分30会与正极基层13相对，正极基层13与隔膜50之间存在间隙40。这个间隙40会导致极片变形，从而加剧电池包膨胀。
40.如图4所示，本公开实施例通过在正极极片110上引入填充层114，利用填充层114填充卷芯中正极基层111和隔膜130之间的间隙，提高了卷芯在填充层114位置处和正极活性层112位置处厚度的一致性，进而提高卷芯各处厚度的均匀性。而厚度的均匀性的提高，也有利于提高正极极片110、负极极片120及隔膜130之间界面的致密性，增强卷芯各层贴合时的粘结性，有利于减少卷芯变形，缓解电池包膨胀问题，减缓电池包容量衰减速率，提高电池包的循环效率和安全性，延长电池包的使用寿命。
41.填充层114远离所述正极活性层112的端部与所述负极活性层122的端部齐平指，沿极片(包括正极极片110和/或负极极片120)的长度方向，正极活性层112与填充层114的长度之和，与负极活性层122的长度之差在预设范围内。预设范围一般为0或接近于0。
42.填充层114不影响电池包内部环境。例如：填充层114不影响电池包内的锂离子的形成、不与电池包内电解液发生反应等。
43.在一些实施例中，填充层114包括陶瓷和/或胶体。例如，填充层114可以是陶瓷材料层，或胶体材料层，或陶瓷材料与胶体材料的混合涂层。胶体材料包括但不限于丙烯酸类胶体材料。可以理解的是，填充层114还可以选择其他材料。
44.填充层114可以是涂层，填充层114包括粉末状原料，可通过涂覆方式形成填充层114。包括粉末状原料的填充层114更适于填充空间尺寸较小的间隙40，能够进一步提高对间隙40的填充效果，从而进一步提高卷芯各层之间厚度的均匀性。
45.此外，填充层114也可以是固体胶，利用片状的固体胶带粘接在正极基层111上形成填充层114。
46.对于锂电池而言，正极极片110上的正极活性层112包括能够吸收和释放锂离子的正极活性物质，正极活性物质包括但不限于钴酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴锰氧化物、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂或钛酸锂中的一种或者多种的组合。
47.负极极片120上的负极活性层122包括能够吸收和释放锂离子的负极活性物质，负极活性物质包括但不限于选自过渡金属氧化物naxmo2(m为过渡金属，例如mn、fe、ni、co、v、cu、cr中的一种或几种，0<x≤1)或聚阴离子材料(磷酸盐、氟磷酸盐、焦磷酸盐、硫酸盐)等
中的一种或多种的组合。
48.正极基层111可以选择铝箔或镍箔。当然，还可以采用其他材料作为正极基层111。
49.负极基层121可以选择铜箔或镍箔。当然，还可以采用其他材料作为负极基层121。
50.一般地，隔膜130为多孔结构，以供离子通过。隔膜130包括但不限于聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯或芳纶中的一种或多种的组合。
51.在一些实施例中，卷芯还包括：正极极耳140和负极极耳150，其中，正极极耳140与正极极片110连接，负极极耳150与负极极片120连接。
52.极耳用于实现电流向电池包外输出，或将电池包外的电流输送进电池包。
53.以正极极耳140为例，正极极耳140可以位于正极活性层112的一侧，与正极活性层112的端部间隔分布，或者，正极极耳140位于正极活性层112区的中间位置。正极极片110上极耳的数量可以是一个，也可以是多个，形成多极耳。图4示例性地示出了正极极耳140可以位于正极活性层112的一侧，正极极耳140可以焊接在正极基层111上。负极极耳150的分布方式与正极极耳140分布方式类似，不再重复描述。
54.卷芯中隔膜130的数量一般为两个或两个以上。
55.图4示例性地示出了包括两个隔膜130的卷芯。在实际应用中，依次层叠隔膜130、负极极片120、隔膜130和正极极片110形成层叠组件后，再将层叠组件的一端固定在卷针上，然后沿卷针的轴心卷绕形成卷芯。
56.在其他一些可选实施例中，所述填充层114的厚度与所述正极活性层112的厚度之差在预设范围内。
57.预设范围一般为0或接近于0。
58.在一些实施例中，所述填充层114的厚度与所述正极活性层112的厚度大致相等。
59.对于正极极片110而言，填充层114厚度与正极活性层112厚度大致相等，提高了正极基层111表面的涂层的平整性。在与负极极片120和隔膜130卷绕形成电芯的过程中，进一步保证了卷芯各层贴合的紧密性，有利于在电池包厚度热压化成工序中，提升卷芯各层受力的均匀性，降低循环过程中出现黑斑析锂造成的极片变形的风险，提升安全性；同时减缓循环容量衰减，延长锂离子电池使用寿命。
60.在其他一些可选实施例中，所述正极极片110还包括：
61.绝缘的保护层115，分别覆盖在所述填充层114和所述正极基层111上。
62.如图3所示，保护层115位于正极活性层112和正极基层111的交界位置，对正极活性层112具有保护作用。此外，保护层115位于正极活性层112的两端，还可以向卷绕设备等电池包生产过程中的机械设备提供定位信息，具有终止作用。
63.在其他一些可选实施例中，所述保护层115包括压敏胶体。
64.非限制地，压敏胶体包括绝缘基底和位于绝缘基底表面的粘接剂，绝缘基底包括但不限于聚丙烯或聚氯乙烯等。粘接剂可以是丙烯酸类粘接剂。
65.为了提高保护层115的终止作用，保护层115一般具有颜色，例如：黄色、蓝色或绿色等。
66.非限制地，可以不设置保护层115，利用填充层114代替保护层115保护正极活性层112。例如，当填充层114为绝缘性的固体胶时，填充层114可以代替保护层115。
67.在一些实施例中，填充层114具有绝缘性，填充层114位于正极活性层112的两端，
并分别覆盖正极活性层112和正极基层111，其中，位于正极基层111上的填充层114厚度与正极活性层112的厚度大致相等，位于正极活性层112上的填充层114厚度小于正极活性层112厚度，以保证正极极片110表面的平整性。
68.绝缘性的填充层114能够进一步提高正极活性层112端部的绝缘防护性，减少电池包漏电，提高电池包的安全性。
69.可以理解的是，填充层114也可以是非绝缘层，例如：填充层114包括炭黑或碳纳米管等。
70.在其他一些可选实施例中，覆盖在所述填充层114上的部分所述保护层115的厚度与所述填充层114厚度的总厚度，与所述正极活性层112的厚度之间的差值在预设范围内。
71.预设范围一般为0或接近于0。如图3所示，覆盖在所述填充层114上的部分保护层115的厚度与填充层114厚度之和，与正极活性层112的厚度大致相等。这种结构减少了因引入保护层115导致正极极片110的不平整性，进一步提高了卷芯在厚度方向上的紧密性。
72.在其他一些可选实施例中，所述正极活性层112分别位于所述正极基层111的第一表面和第二表面，其中，所述第一表面朝向所述卷芯的中心位置，所述第二表面为所述第一表面的相反面；
73.所述填充层114分别位于所述第一表面和所述第二表面；
74.位于所述第一表面上的所述正极活性层112长度大于或小于位于所述第二表面上的所述正极活性层112的长度。
75.如图3所示，正极基层111两个表面的正极活性层112的长度并不相等，这种结构有利于充分利用正极基层111上的所有正极活性层112，减少在卷绕的开始位置或结束位置处，正极活性层112的浪费。如图4所示，由于第一表面上的正极活性层112长度大于第二表面上的正极活性层112长度，正极极片110位于最外侧时，在卷芯的结束位置处的正极基材的第二表面不会参与反应，此处不设置正极活性层112，属于空箔区，减少了正极活性层112的浪费。
76.在一些实施例中，负极基层121朝向第二表面的负极活性层122长度小于负极基层121朝向第一表面的负极活性层122长度。与正极极片110结构类似，这种结构有利于充分利用负极基层121上的所有负极活性层122，减少在卷绕的开始位置或结束位置处，负极活性层122的浪费。
77.在其他一些可选实施例中，相同卷绕层中，所述负极极片120位于所述正极极片110和所述卷芯的中心位置之间，位于所述第一表面上的所述正极活性层112长度大于位于所述第二表面上的所述正极活性层112长度；或，
78.相同卷绕层中，所述正极极片110位于所述负极极片120和所述卷芯的中心位置之间，位于所述第二表面上的所述正极活性层112长度大于位于所述第一表面上的所述正极活性层112长度。
79.层叠的正极极片110和负极极片120在卷绕过程中，正极极片110可以位于外侧，负极极片120位于内侧，如图4所示，此时，所述负极极片120位于所述正极极片110和所述卷芯的中心位置之间。或者，正极极片110可以位于内侧，正极极片110位于外侧。
80.本公开第二方面实施例提供了一种电池包，所述电池包包括：
81.电解液；
82.第一方面实施例所述的卷芯，位于在所述电解液中。
83.在电池包的充放电过程中，电解液用于实现锂离子的传递，使锂离子在正极极片110和负极极片120之间交换。
84.一般地，电解液包括溶剂，和分散溶解在溶剂中的锂盐。进一步地，锂盐包括但不限于lipf6、libf4、liasf6、liclo4、lib(c6h5)4、lich3so3、licf3so3、lin(so2cf3)2、lic(so2cf3)3或lisif6中的一种或多种的组合。溶剂包括但不限于碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物或其他有机溶剂中的一种或多种的组合。例如：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、二甲亚砜、n
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮、甲酰胺或二甲基甲酰胺。
85.本公开第三方面实施例提供了一种终端，所述终端包括：
86.壳体，具有电池仓；
87.第二方面实施例所述的电池包，安装在所述电池仓内。
88.终端包括但不限于笔记本电脑、台式电脑、平板电脑、电子书播放器、手机、电视、计算器、备用电源、汽车、摩托车、助力自行车、照明器具、可穿戴设备、游戏机、钟表、电动工具或照相机等。
89.在一具体示例中，如图3和图4所示，在正极活性层112长度方向上的两端对应位置增加填充层114，该填充层114可以是陶瓷涂层、胶层等，包含但不限于这些物质；填充层114不参与电池内部反应，也不会不影响电池内部环境等，且正极基层111上的正极活性层112与填充层114厚度一致。卷绕时，卷芯起始位置处，正极基层111两个表面上的填充层114的端面与对应的负极基层121上负极活性层122端面对齐。收尾位置处，负极基层121上负极活性层122端面与对应的正极基层111两个表面上的填充层114的端面对齐；如此，卷芯各层在厚度方向上紧密完整。
90.本公开所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
91.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
92.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。