电芯组件、电池单体、电池及用电装置的制作方法

1.本技术实施例涉及电池生产技术领域，特别涉及一种电芯组件、电池单体、电池及用电装置。


背景技术：

2.随着新能源的不断发展，电池的应用越来越广泛，电芯组件是电池中起到能量转换作用的重要组成部分，电芯组件主要采用卷绕式结构和层叠式结构，由于采用层叠式结构的电芯组件工艺复杂，因此较多电池采用卷绕式结构的电芯组件。
3.在采用卷绕式结构的电芯组件中，极片和隔膜通过卷针的引导卷绕在一起，但是在电芯组件卷绕完成后，位于电芯组件内圈的极片会由于应力释放而往中心回缩，从而位于电芯组件内圈的极片弯折部间的间隙会增大。这样会导致电池在使用过程中极片弯折部出现析锂，从而存在安全风险。


技术实现要素：

4.本技术实施方式的目的在于提供一种电芯组件、电池单体、电池及用电装置，能够避免位于电芯组件内圈的极片弯折部由于失去支撑导致的应力释放而使极片弯折部的间隙增大，进而避免由此导致的析锂带来的安全风险。
5.为解决上述技术问题，本技术的实施方式提供了一种电芯组件，包括支撑件和卷绕在支撑件上的极片组件，支撑件包括呈板状的中间部，以及沿平行于中间部的第一方向相对设置在中间部两侧的两个凸起的支撑部，每个支撑部在垂直于中间部的第二方向上凸起；极片组件包括正极片、负极片和隔膜，隔膜夹设在正极片和负极片之间，正极片的宽度方向垂直于第一方向。
6.本技术的实施方式还提供了一种电池单体，包括上述的电芯组件。
7.本技术的实施方式还提供了一种电池，包括上述的电池单体。
8.本技术的实施方式还提供了一种用电装置，包括上述的电池。
9.本技术实施方式提供的电芯组件、电池单体、电池及用电装置，通过支撑件代替卷针供正极片、负极片和隔膜进行卷绕，支撑件的两个支撑部可以对位于电芯组件内圈的极片弯折部起到支撑作用，并且支撑件在卷绕完成后保留在电芯组件的中心位置，以避免位于电芯组件内圈的极片弯折部由于失去支撑导致的应力释放而使极片弯折部的间隙增大，进而避免由此导致的析锂带来的安全风险。
10.另外，每个支撑部呈圆柱状，每个支撑部的中心轴垂直于第一方向。这样，可以使每个支撑部较好地贴合在位于电芯组件内圈的极片弯折部表面，从而更好地适应对极片弯折部的支撑。
11.另外，中间部和两个支撑部均采用聚合物树脂材料制成。这样，通过聚合物树脂材料在常温下呈现为固态的性能，可以起到支撑极片弯折部的作用。
12.另外，支撑件具有内腔以及连通内腔的开口，内腔位于所述中间部及两个所述支
撑部内，开口位于中间部的边缘处，且开口的朝向垂直于第一方向与第二方向。这样，可以通过向内腔中填充气体使支撑件出现一定程度地鼓胀，以更好地起到支撑极片弯折部的作用，并且开口可以在电芯组件热压过程粘合在一起，以封闭支撑件的内腔。
13.另外，内腔中填充有惰性气体。这样，可以通过惰性气体不活泼的化学性质避免与电解液发生反应，从而确保电芯组件的安全性能。
14.另外，中间部和两个支撑部的壁厚均为10微米至20微米。这样，可以防止因支撑件因壁厚较大导致的较多的空间占用而影响电池容量。
15.另外，中间部及两个支撑部在垂直于第一方向上的长度等于正极片的宽度。这样，可以防止因支撑件与极片之间出现空隙导致无法对极片的部分区域起到支撑作用。
16.另外，每个支撑部的直径为200微米至300微米。这样，可以在对位于电芯组件内圈的极片弯折部起到支撑作用的同时，避免因支撑部的直径较小导致极片弯折部弯曲程度较大而出现的极片弯折部开裂，同时可以避免因支撑部的直径较大而导致较多的空间占用。
附图说明
17.通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。
18.而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
19.图1是本技术实施例提供的电芯组件中支撑件的立体结构示意图；
20.图2是本技术实施例提供的电芯组件的卷绕结构示意图；
21.图3是本技术实施例提供的电芯组件中支撑件的主视结构示意图；
22.图4是沿图3中a-a向的剖视结构示意图；
23.图5是本技术实施例提供的电芯组件中支撑件在热压后的主视结构示意图。
24.附图标记：10、支撑件；110、中间部；120、支撑部；101、内腔；102、开口；20、正极片；30、负极片；40、隔膜。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
26.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技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
27.在本技术实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，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、特定顺序或主次关系。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同
的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
29.在本技术实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
30.在本技术实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
31.在本技术实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”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技术实施例和简化描述，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技术实施例的限制。
32.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，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，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
33.随着电池应用变得广泛，如何确保电池的使用性能成为一个备受关注的问题，电芯组件是电池中起到能量转换作用的重要组成部分，电芯组件的性能决定着电池的使用性能。
34.电芯组件作为电池单体中发生电化学反应的部件，主要由正极片和负极片卷绕形成，并且通常在正极片与负极片之间设有隔膜。正极片和负极片具有活性物质的部分构成电芯组件的主体部，正极片和负极片不具有活性物质的部分各自构成极耳。正极片极耳和负极片极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳连接电极端子以形成电流回路。
35.目前电芯组件在卷绕时，正极片、负极片和隔膜围绕一卷针卷绕一定的圈数，当卷绕完成后，将卷针拔出，以便进行下一组电芯组件的卷绕。但是，申请人发现，在拔出卷针后，位于电芯组件内圈的极片，由于应力释放会往拔出前的卷针所在的中心位置回缩，使位于电芯组件内圈的极片弯折部(即电芯组件卷绕成弧形的部分)的间隙增大。在电池充放电循环过程中，正极片和负极片之间会进行锂离子的嵌入和脱出，当锂离子从负极片嵌入正极片或者从正极片嵌入负极片时，由于位于电芯组件的极片弯折部间隙较大，会在正极片或者负极片弯折部表面析出，导致析锂，而析锂将直接影响电池的循环寿命，恶性循环下去会给电池带来非常大的安全隐患。
36.为了避免电芯组件由于卷针拔出后，位于电芯组件内圈的极片弯折部回缩而使极片弯折部间隙增大，导致电池出现析锂，申请人发现，可以采用一支撑件代替卷针供正极片、负极片和隔膜进行卷绕，具体地，支撑件的两侧部分相对中间部分凸起，通过支撑件的两侧部分对极片弯折部处起到支撑作用。
37.在采用这样的电芯组件的电池中，正极片、负极片和隔膜围绕支撑件进行卷绕，并且在正极片、负极片和隔膜卷绕完成后，支撑件保留在电芯组件的中心位置，继续对位于电
芯组件内圈的极片弯折部起到支撑作用，从而避免位于电芯组件内圈的极片弯折部由于失去支撑导致的应力释放而使极片弯折部的间隙增大，进而避免由此导致的析锂带来的安全风险。
38.本技术实施例提供的电芯组件可以但不限用于锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池或镁离子电池。
39.图1示出了本技术实施例提供的支撑件的立体结构示意图；图2示出了本技术实施例提供的电芯组件的卷绕结构示意图。
40.本技术实施例提供的电芯组件包括支撑件10和卷绕在支撑件10上的极片组件，支撑件10包括呈板状的中间部110，以及沿平行于中间部110的第一方向(图1箭头x所示方向)相对设置在中间部110两侧的两个凸起的支撑部120，每个支撑部120在垂直于中间部110的第二方向(图1箭头y所示方向)上凸起；极片组件包括正极片20、负极片30和隔膜40，隔膜40夹设在正极片20和负极片30之间，正极片20的宽度方向垂直于第一方向。
41.支撑件10是用于代替卷针供正极片20、负极片30和隔膜40进行卷绕的部件，中间部110是指支撑件10的主体部分，支撑部120是指支撑件10上对极片弯折部起到支撑作用的部分，每个支撑部120在垂直于中间部110的第二方向上凸起是指每个支撑部120在第二方向上高出中间部110一部分，第二方向可以为图1中箭头y所示的方向，也可以为图1中箭头y所示方向的反向，即每个支撑部120可以同时在第二方向及第二方向的反向高出中间部110一部分，或者仅在第二方向或者第二方向的反向高出中间部110一部分。
42.极片组件包括卷绕在支撑件10上、起到能量转换作用的正极片20和负极片30，以及夹设在正极片20和负极片30之间、起到分隔正极片20和负极片30作用的隔膜40，正极片20的宽度方向垂直于第一方向是指正极片20沿着两个支撑部120的分布方向进行卷绕，也就意味着正极片20、负极片30和隔膜40均在两个支撑部120处出现弯折部。
43.通过支撑件10代替卷针供正极片20、负极片30和隔膜40进行卷绕，支撑件10的两个支撑部120可以对位于电芯组件内圈的极片弯折部起到支撑作用，并且支撑件10在卷绕完成后保留在电芯组件的中心位置，以避免位于电芯组件内圈的极片由于失去支撑导致的应力释放而使极片弯折部的间隙增大，进而避免由此导致的析锂带来的安全风险。
44.在本技术的一些实施例中，可选地，每个支撑部120呈圆柱状，每个支撑部120的中心轴垂直于第一方向。
45.每个支撑部120呈圆柱状是指每个支撑部120的外观呈现为圆柱状，每个支撑部120的中心轴即指圆状体的中心轴，每个支撑部120的中心轴垂直于第一方向是指每个支撑部120的布置方向垂直于第一方向。
46.通过呈圆柱状的支撑部120，可以较好地贴合在位于电芯组件内圈的极片弯折部表面，从而更好地适应对极片弯折部的支撑。
47.在其他实施例中，支撑部120也可以设置为棱柱状或者与中间部110相同的板状，均可以实现对位于电芯组件内圈的极片弯折部的支撑。
48.在本技术的一些实施例中，可选地，中间部110和两个支撑部120均采用聚合物树脂材料制成。
49.聚合物树脂材料受热后会出现软化或熔融，在常温下呈现为固态，例如聚乙烯、聚丙烯或者聚碳酸酯，通过采用聚合物树脂材料制成支撑件10，可以适应在极片卷绕过程中
对极片的支撑，另外，通过聚合物树脂材料的热塑性，可以在热压过程中向支撑件10内部填充气体，以更好地适应对极片弯折部的支撑。
50.在本技术的一些实施例中，可选地，如图3和图4所示，支撑件10具有内腔101以及连通内腔101的开口102，内腔101位于中间部110及两个支撑部120内，开口102位于中间部110的边缘处，且开口102的朝向垂直于第一方向与第二方向。
51.支撑件10的内腔101是指支撑件10的内部具有的容纳空间，内腔101位于中间部110及两个支撑部120内是指内腔101所在的空间分布于中间部110和两个支撑部120，支撑件10的开口102是指支撑件10的内腔101连通至外界的部分，开口102位于中间部110的边缘处是指开口102设在中间部110的边缘，开口102的朝向垂直于第一方向与第二方向是指开口102开设在中间部110的侧缘。
52.通过支撑件10的内腔101及连通内腔101的开口102，可以在极片卷绕过程中，向支撑件10的内部填充适量气体，使支撑件10出现一定程度的鼓胀，以与极片和隔膜40之间贴合地更加紧密，有利于进一步减小极片弯折部之间的间隙。
53.并且在对电芯组件进行热压整形时，支撑件10由常温下的固定慢慢变为熔融状，同时在压力作用下位于中间部110侧缘处的开口102闭合，由于压力的作用，支撑件10的内腔101内填充的气体向支撑件10两侧的两个支撑部120内流动，从而更好地实现对极片弯折部的支撑作用，图5示出了支撑件10在热压后的主视结构。
54.在本技术的一些实施例中，可选地，支撑件10的内腔101中填充有惰性气体。
55.通过惰性气体，如氮气、氩气或者氦气等具有的不活泼的化学性质，可以避免与电解液发生反应，从而确保电芯组件的安全性能，而且惰性气体的导热系数较低，具有一定的隔绝热传导的作用。
56.在本技术的一些实施例中，可选地，中间部110和两个支撑部120的壁厚均为10微米至20微米，以确保支撑件10在起到支撑作用的同时不会占用较多空间，防止因支撑件10因壁厚较大导致的较多的空间占用而影响电池容量，此处的壁厚指中间部100和两个支撑部120在由内腔101指向外界的方向上所占的厚度。
57.在本技术的一些实施例中，可选地，中间部110及两个支撑部120在垂直于第一方向上的长度等于正极片20的宽度，这样，可以防止因支撑件10与极片之间出现空隙导致无法对极片的部分区域起到支撑作用。
58.在本技术的一些实施例中，可选地，每个支撑部120的直径为200微米至300微米，这样，可以在对位于电芯组件内圈的极片弯折部起到支撑作用的同时，避免因支撑部120的直径较小导致极片弯折部弯曲程度较大而出现的极片弯折部开裂，同时可以避免因支撑部120的直径较大而导致较多的空间占用。
59.本技术实施例还提供一种包括上述实施例中的电芯组件的电池单体，电池单体是指组成电池的最小单元。电池单体包括有端盖、壳体、电芯组件以及其他的功能性部件。
60.端盖是指盖合于壳体的开口处以将电池单体的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，端盖的形状可以与壳体的形状相适应以配合壳体。可选地，端盖可以由具有一定硬度和强度的材质(如铝合金)制成，这样，端盖在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。端盖上可以设置有如电极端子等的功能性部件。电极端子可以用于与电芯组件电连接，以用于输出或输入电池单体的电能。在
一些实施例中，端盖上还可以设置有用于在电池单体的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。端盖的材质也可以是多种的，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本技术实施例对此不作特殊限制。在一些实施例中，在端盖的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体内的电连接部件与端盖，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。
61.壳体是用于配合端盖以形成电池单体的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电芯组件、电解液以及其他部件。壳体和端盖可以是独立的部件，可以于壳体上设置开口，通过在开口处使端盖盖合开口以形成电池单体的内部环境。不限地，也可以使端盖和壳体一体化，具体地，端盖和壳体可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体的内部时，再使端盖盖合壳体。壳体可以是多种形状和多种尺寸的，例如长方体形、圆柱体形、六棱柱形等。具体地，壳体的形状可以根据电芯组件的具体形状和尺寸大小来确定。壳体的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本技术实施例对此不作特殊限制。
62.本技术实施例还提供一种电池，电池包括上述实施例中的电池单体，在电池中，电池单体可以是多个，多个电池单体之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体中既有串联又有并联。多个电池单体之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体构成的整体容纳于箱体内；当然，电池也可以是多个电池单体先串联或并联或混联组成电池模块形式，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体内。电池还可以包括其他结构，例如，该电池还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体之间的电连接。
63.本技术实施例还提供一种使用上述实施例中的电池作为电源的用电装置，用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。
64.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。