一种电芯单元及电池的制作方法

1.本实用新型涉及能源设备技术领域，具体而言，涉及一种电芯单元及电池。


背景技术：

2.现有锂离子电池的电芯单元一般为卷绕式结构或者叠片式结构，卷绕式结构优点在于生产的效率高，工序简单易控制，但是卷绕式的电芯单元在循环卷绕过程中常由于各个位置张力不一致而引起形变，导致其一致性差，甚至存在很大的安全隐患。叠片式的电芯单元虽然能够在电池性能上相比于卷绕式得到大幅的提升，但是工序繁琐，生产效率低，特别是在单个极片依次堆叠阶段，耗时较长。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在解决上述技术问题中的至少一个方面。
4.为解决上述问题，本实用新型提供了一种电芯单元，包括第一隔膜、第二隔膜、正极片单元和负极片单元，所述第一隔膜和所述第二隔膜相互对应间隔设置分别为具有多个直线段的多边形卷绕式结构，所述第一隔膜中于至少两个不同方向上的所述直线段分别设置有所述正极片单元和所述负极片单元，所述正极片单元和所述负极片单元设置于所述第一隔膜的所述直线段的相背两侧。
5.本实用新型提供的一种电芯单元，相较于现有技术，具有但不局限于以下有益效果：
6.第一隔膜和第二隔膜都为具有多个直线段的多边形卷绕结构，比如是四边形卷绕式结构，而不是传统的圆形卷绕结构，也就是说卷绕后的第一隔膜和第二隔膜分别是由多个直线段组成的，可以在第一隔膜至少两个不同方向上的直线段处设置正极片单元和负极片单元，比如左右方向(第一方向)上的部分甚至全部直线段处设置正极片单元和负极片单元，前后方向(第二方向)上的部分甚至全部直线段处设置正极片单元和负极片单元，在左右方向依次层叠交替分布的多个正极片单元和多个负极片单元通过第一隔膜以及第二隔膜隔离，在前后方向依次层叠交替分布的多个正极片单元和多个负极片单元通过第一隔膜以及第二隔膜隔离，可以事先将各正极片单元和各负极片单元固定在卷饶前的第一隔膜的相背两侧，之后再使第一隔膜和第二隔膜叠放在一起完成多边形的卷饶，既具有叠片式电芯单元的高性能，隔膜卷绕的方式又具有较高的生产效率，并且卷绕后的第一隔膜至少两个方向的直线段布置有正极片单元和负极片单元，电芯单元的能量密度也较高。
7.进一步地，于所述第一隔膜由内向外的展开方向上，多个所述正极片单元不等间距布置，多个所述负极片单元不等间距布置，且所述正极片单元和所述负极片单元的尺寸一致。
8.进一步地，于所述第一隔膜由内向外的展开方向上，多个所述正极片单元的长度依次增大，且多个所述正极片单元等间距布置，多个所述负极片单元的长度依次增大，且多个所述负极片单元等间距布置，所述正极片单元与对应所述负极片单元尺寸一致。
9.进一步地，所述多边形卷绕式结构为四边形卷绕式结构，所述第一隔膜中于第一方向和第二方向上的所述直线段分别设置有所述正极片单元和所述负极片单元，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。
10.进一步地，电芯单元还包括正极片空箔区和负极片空箔区，多个所述正极片空箔区和多个所述正极片单元依次交替连接，以形成一体式正极片，多个所述负极片空箔区和多个所述负极片单元依次交替连接，以形成一体式负极片；
11.所述一体式正极片、所述第一隔膜、所述一体式负极片和所述第二隔膜依次叠放后卷绕为分别具有多个直线段的多边形卷绕式结构。
12.进一步地，所述正极片单元和所述负极片单元通过粘性胶与所述第一隔膜连接。
13.进一步地，所述第一隔膜为单面或双面凝胶隔膜。
14.进一步地，所述第一隔膜的末端和所述第二隔膜的卷绕末端固定。
15.进一步地，所述第一隔膜的末端和所述第二隔膜的末端通过绝缘胶固定。
16.本实用新型还提供一种电池，包括如前所述的电芯单元。
17.由于所述电池的技术改进和有益效果与所述电信单元的技术改进和有益效果一致，因此不再对所述电池进行说明。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例的第一种电芯单元的示意性俯视图；
19.图2为本实用新型实施例的第一种电芯单元卷绕前的部分长度的示意性俯视图；
20.图3为本实用新型实施例的第一种电芯单元的多个正极活性材质层在正极片上的分布示意性主视图；
21.图4为本实用新型实施例的第二种电芯单元的示意性俯视图；
22.图5为本实用新型实施例的第二种电芯单元卷绕前的部分长度的示意性俯视图；
23.图6为本实用新型实施例的第二种电芯单元的多个正极活性材质层在正极片上的分布示意性主视图。
24.附图标记说明：
25.1-第一隔膜，2-第二隔膜，3-一体式正极片，31-正极片单元，32-正极片空箔区，311-正极活性材质层，41-负极片单元，5-绝缘胶。
具体实施方式
26.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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。
28.而且，附图中z轴表示竖向，也就是上下位置，并且z轴的正向(也就是z轴的箭头指向)表示上，z轴的负向(也就是与z轴的正向相反的方向)表示下；附图中x轴表示纵向，也就是前后位置，并且x轴的正向(也就是x轴的箭头指向)表示前，x轴的负向(也就是与x轴的正
向相反的方向)表示后；附图中y轴表示横向，也就是左右位置，并且y轴的正向(也就是y轴的箭头指向)表示左，y轴的负向(也就是与y轴的正向相反的方向)表示右。
29.同时需要说明的是，前述z轴、y轴、x轴表示含义仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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。
30.参见图1和图4，本实用新型实施例的一种电芯单元，包括第一隔膜1、第二隔膜2、正极片单元31和负极片单元41，所述第一隔膜1和所述第二隔膜2相互对应间隔设置且分别为具有多个直线段的多边形卷绕式结构，所述第一隔膜1中于至少两个不同方向上的所述直线段分别设置有所述正极片单元31和所述负极片单元41，所述正极片单元31和所述负极片单元41设置于所述第一隔膜1的所述直线段的相背两侧。
31.本实施例中，第一隔膜1和第二隔膜2都为具有多个直线段的多边形卷绕结构，比如是如图1或图4的四边形卷绕结构，而不是传统的圆形卷绕结构，也就是说卷绕后的第一隔膜1和第二隔膜2分别是由多个直线段组成的，可以在第一隔膜1至少两个不同方向上的直线段处设置正极片单元31和负极片单元41，比如左右方向(第一方向，也就是y轴方向)上的部分甚至全部直线段处设置正极片单元31和负极片单元41，前后方向(第二方向，也就是x轴方向)上的部分甚至全部直线段处设置正极片单元31和负极片单元41，在左右方向依次层叠交替分布的多个正极片单元31和多个负极片单元41通过第一隔膜1以及第二隔膜2隔离，在前后方向依次层叠交替分布的多个正极片单元31和多个负极片单元41通过第一隔膜1以及第二隔膜2隔离，可以事先将各正极片单元31和各负极片单元41固定在卷饶前的第一隔膜1的相背两侧，之后再使第一隔膜1和第二隔膜2叠放在一起完成多边形的卷饶，既具有叠片式电芯单元的高性能，隔膜卷绕的方式又具有较高的生产效率，并且卷绕后的第一隔膜1至少两个方向的直线段布置有正极片单元31和负极片单元41，电芯单元的能量密度也较高。
32.以图1进行示例说明，第一方向(y轴方向)上，卷绕后的第一隔膜1的左边三个直线段设置有正极片单元31和负极片单元41，右边三个直线段设置有正极片单元31和负极片单元41，即第一方向上具有六个正极片单元31和六个负极片单元41；第二方向(x轴方向)上，卷绕后的第一隔膜1的上边的五个直线段设置有正极片单元31和负极片单元41，下边的五个直线段设置有正极片单元31和负极片单元41，即第二方向上具有十个正极片单元31和十个负极片单元41。
33.其中，可以理解的是，第一方向上的各直线段的长度方向为前后方向，第二方向上的各直线段的长度方向为左右方向。
34.可选地，所述正极片单元31包括正极片涂覆单元和涂覆在所述正极片涂覆单元上的正极活性材质层311，所述负极片单元包括负极片涂覆单元和涂覆在所述负极片涂覆单元上的负极活性材质层。
35.这里，每个正极片单元31可以是由一个正极片涂覆单元和涂覆在该正极片涂覆单元两侧的正极活性材质层311组成，每个负极片单元41可以是由一个负极片涂覆单元和涂覆在该负极片涂覆单元两侧的负极活性材质层组成。如图3或图5所示，在卷绕前，将各个正极片单元31和各个负极片单元41分别连接固定在第一隔膜1的相背两侧，然后可将固定有正极片单元31和负极片单元41的第一隔膜1和第二隔膜2叠放在一起并卷绕成如图1或图4
所示的四边形形状，并且保证卷绕后，第一方向上有多个层叠交替分布的正极片单元31和负极片单元41，第二方向也是有多个层叠交替分布的正极片单元31和负极片单元41。
36.可选地，所述第一隔膜1为单面或双面凝胶隔膜。
37.这里，如图2或图5所示，第一隔膜1为双面凝胶，第一隔膜1加热后可以直接将正极片单元31和负极片单元41粘接固定。
38.如图2或图5所示，可选地，正极片单元31和负极片单元41也可以直接通过粘接胶固定在第一隔膜1相背两侧。
39.可选地，电芯单元还包括正极片空箔区32和负极片空箔区，多个所述正极片空箔区32和多个所述正极片单元31依次交替连接，以形成一体式正极片3，多个所述负极片空箔区和多个所述负极片单元41依次交替连接，以形成一体式负极片；
40.所述一体式正极片3、所述第一隔膜1、所述一体式负极片和所述第二隔膜2依次叠放后卷绕为分别具有多个直线段的多边形卷绕式结构。
41.这里，如图3或图6所示，多个正极片单元31可以是一体结构，多个负极片单元41也可以是一体结构。具体地，在卷绕前，多个正极片单元31通过正极片空箔区32依次连接，进而形成一体结构的正极片3，同样的，多个负极片单元41通过负极片空箔区依次连接，进而形成一体结构的负极片；之后，将一体式正极片3、第一隔膜1、一体式负极片和第二隔膜2依次叠放后进行多边形卷绕，不需要单独将各极片固定于第隔膜，生产效率更高。
42.其中，多个正极片单元31的正极片涂覆单元和多个正极片空箔区32组成一体式正极片集流体。多个负极片单元41的负极片涂覆单元和多个负极片空箔区组成一体式正极片集流体。
43.这里，一体式正极片3的形成除了前述的在一体式正极片集流体上间隔涂覆多个正极活性材质层311的方式外，还可以在一体式正极片集流体上全面涂覆正极活性材质，然后通过激光清洗的方式清洗处多个正极片空箔区32，清洗后留下的正极活性材质间隔分布，也就是多个正极活性材质层311。同理，一体式负极片的形成亦是如此。
44.可选地，参见图1，所述第一隔膜1的末端和所述第二隔膜2的卷绕末端固定。这里，卷绕完成后，将第一隔膜1末端和第二隔膜2的末端固定在一起。
45.可选地，所述第一隔膜1的末端和所述第二隔膜2的卷绕末端可以通过绝缘胶5固定。
46.可选地，于所述第一隔膜1由内向外的展开方向上，多个所述正极片单元31不等间距布置，多个所述负极片单元41不等间距布置，且所述正极片单元31和所述负极片单元41的尺寸一致。具体体现在成型后的电芯单元中后，以图1进行示例说明，呈四边形卷绕式结构的电芯单元中，于所述第一方向上，各所述正极片单元31和各所述负极片单元41的尺寸一致，于所述第二方向上，各所述正极片单元31和各所述负极片单元41的尺寸一致，所述第一方向和所述第二方向相互垂直，也即是四边形卷绕式结构的左右方向和前后方向相互垂直。
47.这里，参见图2，在卷绕前，可将多个尺寸相同的极片不等间距地固定在第一隔膜1不同位置处，使卷绕后各尺寸相同的极片分别在第一方向和第二方向依次分布，也即是卷绕后如图1所示。或者参见图3，在卷绕前，在一体式正极片集流体上涂覆有多个尺寸区域相同的正极活性材质层311，以形成具有多个正极片单元31的一体式正极片3，在一体式负极
片集流体上涂覆有多个尺寸区域相同的负极活性材质层，以形成具有多个负极片单元41的一体式负极片，使卷绕后的各尺寸相同的极片分别在第一方向和第二方向依次分布，也即是卷绕后如图1所示。其中，正极片单元31和负极片单元41尺寸相似也可以，比如负极片单元41尺寸稍大于正极片单元31。
48.可选地，于所述第一隔膜1由内向外的展开方向上，多个所述正极片单元31的长度依次增大，且多个所述正极片单元31等间距布置，多个所述负极片单元41的长度依次增大，且多个所述负极片单元41等间距布置，所述正极片单元31与对应所述负极片单元41尺寸一致。具体体现在成型后的电芯单元中后，以图4进行示例说明，呈四边形卷绕式结构的电芯单元中，于所述第一隔膜1的卷绕方向上，相邻两个所述正极片单元31之间的所述第一隔膜1的长度均相同，相邻两个所述负极片单元41之间的所述第一隔膜1的长度均相同，且所述正极片单元31的两端分别靠近于所述第一隔膜1对应所述直线段的两端，所述负极片单元41的两端分别靠近于所述第一隔膜1对应所述直线段的两端。
49.参见图5，在卷绕前，可将多个长度依次增大的正极片单元31固定在第一隔膜1一侧，将将多个长度依次增大的负极片单元41固定在第一隔膜1另一侧，且负极片单元41与正极片单元31一一对应，之后将第一隔膜1与第二隔膜2叠放后卷绕成如图4所示的电芯单元。或者，参见图6，在卷绕前，在一体式负极片集流体上通过涂覆的方式形成具有多个负极片单元41的一体式负极片，在一体式正极片集流体上通过涂覆的方式形成具有多个正极片单元31的一体式正极片3，然后将一体式正极片3、第一隔膜1、一体式负极片和第二隔膜2依次叠放后进行卷绕。
50.这里，如图4所示，各个极片占具第一隔膜1相应直线段的大部分长度，相邻正极片单元31之间，也是相邻负极片单元41之间留有的第一隔膜1长度相同，不仅能够更好地在第一隔膜1上布置极片，还能极大可能地增加电芯单元的能量密度。
51.需要说明的是，本实施例的电芯单元除了可以是四边形卷绕结构，也可以是五边形、六边形卷绕结构等多边形卷绕结构。
52.本实用新型另一实施例还提供一种电池，包括如前所述的电芯单元。
53.由于所述电池的技术改进和有益效果与所述电信单元的技术改进和有益效果一致，因此不再对所述电池进行说明。
54.术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”和“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
55.虽然本实用新型公开披露如上，但本实用新型公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本实用新型公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。