电芯及应用其的电池和用电装置的制作方法

本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电芯、包括该电芯的电池以及包括该电池的用电装置。

背景技术：

电化学装置(例如，锂离子电池)已伴随着科技的进步及环保要求的提高进入了我们日常的生活。一般锂离子电池组多为矩形，随着锂离子电池的大量普及，可穿戴设备需求也随之增加，在为了满足人体结构特点的要求下，具有一定曲率的弧形电极组件及其电池组的开发有其必要性。目前通常采用具有相同尺寸的极片形成弧形电极组件，但是该种设计方式对于电池的内部空间没有充分利用，能量密度有损失。

技术实现要素：

为解决现有技术以上不足之处，有必要提供一种电芯。

本申请的一实施例提供了一种电芯，包括电极组件。电极组件通过多层第一极片、多层隔膜和多层第二极片依序交替堆叠而成。第一极片和第二极片的表面均为弧面。每层第一极片均包括依次相互连接的第一侧边、第一弧边和第二侧边。多层第一极片的多个第一侧边之间和多个第二侧边之间分别相互平齐。第一侧边和第二侧边分别与电极组件的纵向截面相交于第一端点和第二端点。多层第一极片的多个第一端点的连线和多个第二端点的连线在所述电极组件的纵向截面相交于第一交点。每层第二极片的弧面包括依次相互连接的第三侧边、第二弧边和第四侧边。第三侧边和第四侧边分别与电极组件的纵向截面相交于第三端点和第四端点。多层第二极片的多个第三端点的连线和多个第四端点的连线在所述电极组件的纵向截面相交于第二交点。第一交点与第二交点不重合。

本申请实施例提供的电芯中，多层具有弧面的第一极片的多个第一侧边之间和多个第二侧边之间分别相互平齐，且多个第一侧边之间的连线和多个第二侧边之间的连线相交的第一交点和多层第二极片的多个第三侧边之间的连线和多个第四侧边之间的连接相交的第二交点不重合，使得多层第一极片和多层第二极片的尺寸(面积)各不相同，可充分利用电池内部的空间，提高能量密度。

在一些可能的实现方式中，电极组件中第n层的第一极片的第一弧边的长度ln满足以下公式：ln＝π(r1-(n-1)*t)*θ/180，其中，n为第一极片在电极组件中所在的层数，r1为第一交点与第1层第一极片的第一弧边之间的距离，t为相邻的第一极片、隔膜和第二极片的厚度总和，θ为多层第一极片的多个第一端点的连线和多层第一极片的多个第二端点的连线之间的夹角。满足上述公式地第一极片的弧面为圆弧面，便于加工。

在一些可能的实现方式中，电极组件中第n层的第二极片的第一弧边的长度wn满足以下公式：wn＝ln-a，其中a＝a1+a2，a1为第n层第一极片的第一侧边与第n层第二极片的第三侧边之间的距离，a2为第n层第一极片的第二侧边与第n层第二极片的第四侧边之间的距离。满足上述公式的电极组件中第一极片超出(突出)第二极片的距离能够较好地被控制，降低短路风险。

在一些可能的实现方式中，多层第二极片的多个第三侧边之间和多个第四侧边之间分别相互平齐。

在一些可能的实现方式中，第n层的第一极片的第一侧边和第二侧边的长度分别大于第n层的第二极片的第三侧边和第四侧边的长度，第n层第一极片的第一侧边平行于第n层第二极片的第三侧边，第n层第一极片的第二侧边平行于第n层第二极片的第四侧边，第n层第二极片在第n层第一极片的投影全部落在第n层第一极片内。

在一些可能的实现方式中，a的范围为1mm≤a≤2mm。

在一些可能的实现方式中，θ的范围为0°＜θ＜360°。

在一些可能的实现方式中，t的范围为100μm≤t≤300μm。

本申请的另一实施例还提供了一种电池，包括壳体和上述的任一种电芯，电芯设置于壳体内，壳体的形状与电芯的形状相匹配。

本申请的另一实施例还提供了一种用电装置，包括上述的任一种电池。

附图说明

图1为本申请一实施方式提供的电极组件的结构示意图。

图2为本申请一实施方式提供的第一极片和第二极片的结构示意图。

图3为本申请一实施方式提供的各层极片的弧长的计算原理图。

主要元件符号说明

电极组件100

第一极片10

隔膜20

第二极片30

第一侧边11

第一弧边12

第二侧边13

第三侧边31

第二弧边32

第四侧边33

第一端点11a

第二端点13a

第一交点o

第二交点o’

第三端点31a

第四端点33a

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅是本申请的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

需要说明的是，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请实施方式中使用的术语是仅仅出于描述特定实施方式的目的，而非旨在限制本申请。

本申请中，电极组件的纵向截面指的是沿各极片的堆叠方向在电极组件上所得的截面。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，本申请一实施方式提供一种电芯，包括电极组件100。电极组件100通过多层第一极片10、多层隔膜20和多层第二极片30依序交替堆叠而成。隔膜20设置于相邻的第一极片10和第二极片30之间，用于防止第一极片10和第二极片30直接接触，从而防止电极组件100短路。多层第一极片10、多层隔膜20以及多层第二极片30可以分别依次连接成一体，如此形成的电极组件为卷绕式电极组件。多层第一极片10、多层隔膜20以及多层第二极片30还可以分别单独成型，如此形成的电极组件为叠片式电极组件，本申请并不作限制。

请参阅图2，每层第一极片10和每层第二极片30均大致为弧形片状。第一极片10和第二极片30的表面均为弧面。每层第一极片10均包括依次相互连接的第一侧边11、第一弧边12和第二侧边13。每层第二极片30均包括相互依次相互连接的第三侧边31、第二弧边32和第四侧边33。第一侧边11和第三侧边31相对，第一弧边12和第二弧边32相对，第二侧边13和第四侧边33相对。每层第一极片10和每层第二极片30的弯曲方向相同，即每层第一极片10和每层第二极片30均朝向同一方向弯曲。

请参阅图1和图2，多层第一极片10的多个第一侧边11之间和多个第二侧边13之间分别相互平齐。第一侧边11和第二侧边13分别与电极组件100的纵向截面相交于第一端点11a和第二端点13a。多层第一极片10的多个第一端点11a的连线和多个第二端点13a的连线在电极组件100的纵向截面相交于第一交点o。多层第二极片30的多个第三侧边31之间和多个第四侧边33之间分别相互平齐。第三侧边31和第四侧边33分别与电极组件100的纵向截面相交于第三端点31a和第四端点33a。多层第二极片30的多个第三端点31a的连线和多个第四端点33a的连线在电极组件100的纵向截面相交于第二交点o’。第一交点o和第二交点o’不重合。本实施方式中，多个第一端点11a的连线和多个第二端点13a的连线相交形成的夹角和多个第三端点31a的连线和多个第四端点33a的连线相交形成的夹角相等。

请参阅图3，电极组件100中第n层的第一极片10的第一弧边12的长度ln满足以下公式：ln＝π(r1-(n-1)*t)*θ/180。其中，n为第一极片10在电极组件100中所在的层数。第一极片10在电极组件100中所在的层数沿与电极组件100的弯曲方向相反的方向进行计算，图示中沿自下而上的方向进行计算。r1为第一交点o与第1层第一极片10(即图示中位于最下面的一层第一极片10)的第一弧边12之间的距离。t为相邻的第一极片10、隔膜20和第二极片30的厚度总和。θ为多层第一极片10的多个第一端点11a的连线和多个第二端点13a的连线相交形成的夹角。本实施方式中，第一弧边12和第二弧边32均为圆弧，即第一极片10和第二极片30的弧面均为圆弧面。具有圆弧面的第一极片10和第二极片30更便于加工。在其他实施方式中，第一极片10和第二极片30的弧面均为自由曲面，本申请不作限制。

电极组件100中第n层的第二极片30的第二弧边32的长度wn满足以下公式：wn＝ln-a，其中a＝a1+a2，a1为第n层第一极片10的第一侧边11与第n层第二极片30的第三侧边31之间的距离，a2为第n层第一极片10的第二侧边13与第n层第二极片30的第四侧边33之间的距离。本实施方式中，第n层的第一极片10的第一弧边12的长度ln大于第n层的第二极片30的第二弧边32的长度wn。

满足以上公式的电极组件100相较采用相同尺寸极片形成的弧形电极组件的能量密度提升比例为：(n-1)θπt/(360°*l1)。

在一些实施方式中，a的范围为1mm≤a≤2mm，t的范围为100μm≤t≤300μm。

在一些实施方式中，a1和a2相等。

在一些实施方式中，θ的范围为0°＜θ＜360°。第一弧边12的长度不能过长，以避免第一侧边11和第二侧边13相接触；第二弧边32的长度也不能过长，以避免第三侧边31和第四侧边33相接触。优选的，θ的范围为0°＜θ＜180°。

在一些实施方式中，第n层的第一极片10的第一侧边11和第二侧边13的长度分别大于第n层的第二极片30的第三侧边31和第四侧边33的长度，第n层第一极片10的第一侧边11平行于第n层第二极片30的第三侧边31，第n层第一极片10的第二侧边13平行于第n层第二极片30的第四侧边33，第n层第二极片30在n层第一极片10的投影全部落在第n层第一极片10内。

本申请一实施方式还提供一种电池，包括壳体和如上的电芯。电芯设置于壳体内。电池可以是所有种类的原电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池和电容器(例如超级电容器)。特别地，所述二次电池可以为锂二次电池，包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池和锂离子聚合物二次电池。

本申请一实施方式还提供一种用电装置，包括如上的任一种电池。本申请的用电装置可以是，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携cd机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。

本申请实施例提供的电芯中，多层具有弧面的第一极片10的多个第一侧边11之间和多个第二侧边13之间分别相互平齐，且多个第一侧边11之间的连线和多个第二侧边13之间的连线相交的第一交点o和多层第二极片30的多个第三侧边31之间的连线和多个第四侧边33之间的连接相交的第二交点o’不重合，使得多层第一极片10和多层第二极片30的尺寸(面积)各不相同，可充分利用电池内部的空间，提高能量密度。且通过第一弧边12和第二弧边32的长度的计算公式，能够较好地控制第一极片10超出(突出)第二极片30的距离，降低其短路风险。

以上所揭露的仅为本申请较佳实施方式而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。