电芯、电池和电芯制作方法与流程

1.本技术涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电芯、电池和电芯制作方法。


背景技术：

2.目前，常见的锂离子电池包含电芯，电芯作为能量储存、释放的载体无疑会对锂离子电池的性能有着巨大影响。电芯通常由正、负极片以及隔膜层层交叉叠合而成，而上述三者在预制工序均会有机械损伤，尤其是正、负极片边缘掉粉、毛刺等现象，此外还有极片容易移位、撞伤等问题也严重限制了电池性能及安全。相关技术公开了一种制袋式电池，将正、负极单元极片预封装在隔膜袋里来规避上述掉粉、毛刺、极片移位等问题，但这种复杂的结构导致工艺加工难度大，因此难以大规模普及。


技术实现要素：

3.本技术的目的包括提供一种电芯、电池和电芯制作方法，其电芯具有较佳的结构稳定性，从而保证电池的性能和安全性，并且制作工艺简单易实现。
4.本技术的实施例可以这样实现：
5.第一方面，本技术提供一种电芯，包括折叠隔膜以及若干极片，折叠隔膜在折叠状态下沿电芯的厚度方向堆叠且包括交替层叠的多个第一隔膜和多个第二隔膜，各个第一隔膜依次相连，各个第二隔膜依次相连，极片设置于第一隔膜和第二隔膜之间，极片在第一方向上的一端被两个相邻的第一隔膜的连接部位所包裹，极片在第二方向上的一端被两个相邻的第二隔膜的连接部位所包裹，第一方向、第二方向以及厚度方向两两相互垂直，极片中的正极极片和负极极片在厚度方向上交替排布。
6.在可选的实施方式中，折叠隔膜在展开状态下包括沿第一方向延伸的第一隔膜带以及沿第二方向延伸的第二隔膜带，第一隔膜带包括沿第一方向依次连接的多个第一隔膜，第二隔膜带包括沿第二方向依次连接的多个第二隔膜。
7.在可选的实施方式中，折叠隔膜的第一隔膜带的端部和第二隔膜带的端部相连或重叠而呈l形。
8.在可选的实施方式中，折叠隔膜的第一隔膜带的中部和第二隔膜带的中部相连或重叠而呈十字形。
9.在可选的实施方式中，极片为矩形，极片的一个侧边上连接有极耳，折叠隔膜开设有避让孔和/或避让槽，至少部分极片上的极耳从避让孔和/或避让槽穿出。
10.在可选的实施方式中，正极极片在第二方向上的一个侧边连接有极耳，负极极片在第一方向上的一个侧边连接有极耳。
11.在可选的实施方式中，正极极片和负极极片的极耳设置在同一侧。
12.在可选的实施方式中，第一隔膜带和第二隔膜带均呈z字形折叠，且第一隔膜和第二隔膜沿厚度方向交替堆叠。
13.第二方面，本技术提供一种电池，包括上述第一方面中任一项的电芯。
14.第三方面，本技术提供一种电芯制作方法，使用折叠隔膜对若干极片进行包裹，折叠隔膜在展开状态下包括沿第一方向延伸的第一隔膜带以及沿第二方向延伸的第二隔膜带，第一方向与第二方向垂直，第一隔膜带与第二隔膜带相连或重叠，第一隔膜带包括沿第一方向依次连接的多个第一隔膜，第二隔膜带包括沿第二方向依次连接的多个第二隔膜，电芯制作方法包括：
15.交替地翻折第一隔膜带和第二隔膜带，以形成沿厚度方向交替堆叠的第一隔膜和第二隔膜，并且每次翻折前将一个极片放置在即将被第一隔膜或第二隔膜覆盖的堆叠位置处，极片中的正极极片与负极极片交替放置。
16.在可选的实施方式中，极片为矩形，极片的一个侧边连接有极耳，正极极片的极耳位于同一侧，负极极片的极耳位于同一侧，正极极片的极耳和负极极片的极耳位于相邻侧或同一侧。
17.本技术实施例的有益效果包括，例如：
18.本技术实施例提供的电芯包括折叠隔膜以及若干极片，折叠隔膜在折叠状态下沿电芯的厚度方向堆叠且包括交替层叠的多个第一隔膜和多个第二隔膜，各个第一隔膜依次相连，各个第二隔膜依次相连，极片设置于第一隔膜和第二隔膜之间，极片在第一方向上的一个侧边被两个相邻的第一隔膜的连接部位所包裹，极片在第二方向上的一个侧边被两个相邻的第二隔膜的连接部位所包裹，第一方向、第二方向以及厚度方向两两相互垂直，极片中的正极极片和负极极片在厚度方向上交替排布。本技术实施例中，折叠隔膜中的各层第一隔膜是连接在一起的，各层第二隔膜也是连接在一起的，这样使得每一个极片都有相邻的两个侧边被折叠隔膜所包裹，既限制了极片在两个方向上的位移，同时也改善了极片边缘掉粉、毛刺导致边缘短路的问题。由于极片之间的多层隔膜结构可通过折叠隔膜折叠而成，因此相较于现有技术中的制袋式电池(极片放置于隔膜制成的口袋中)，这种电芯的制作工艺简单，容易实现，提升了生产效率，降低了生产成本。
19.本技术实施例提供的电池包括上述的电芯，本技术实施例提供的电芯制作方法用于制作上述的电芯，该电芯制作方法工艺简单，容易实现，且制作得到的电芯结构稳定，性能较佳。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1为现有相关技术中电芯的极片和隔膜的设置示意图；
22.图2为本技术一种实施例中电芯的示意图；
23.图3为本技术一种实施例中电芯在折叠隔膜展开时的分解示意图。
24.图标：010-电芯；100-极片；111-第一正极极片；112-第二正极极片；113-第三正极极片；121-第一负极极片；122-第二负极极片；130-极耳；200-折叠隔膜；201-隔膜；210-第一隔膜带；211-第一隔膜；212-第一避让孔；220-第二隔膜带；221-第二隔膜；222-第二避让孔。
具体实施方式
25.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
27.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
28.在本技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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的限制。
29.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例中的特征可以相互结合。
31.图1为现有相关技术中电芯的极片100和隔膜201的设置示意图。如图1所示，相关技术的电芯中，多个极片100之间被隔膜201分隔。如果每一个隔膜201之间是不连续的，那么每个极片100的边缘位置需要被相邻的两个隔膜201完全覆盖，这样才能避免极片100边缘掉粉、毛刺造成的边缘短路。因此要求隔膜201具有较大的面积，至少要显著地大于极片100，各边部明显超出极片100的边缘，但这会导致电池的空间利用率降低。另外，如果每个隔膜201是独立的，那么极片100的位置不受约束而容易变化，这导致结构稳定性降低，极片100掉落到边缘处也容易短路，因此安全性存在隐患。若各个隔膜201是通过一条带状隔膜201按z字方式折叠而成，那么极片100也仅只有一个边被隔膜201包裹，对极片100的限位作用仍然有限。如果利用带状隔膜201沿着一个方向缠绕，又会导致最终形成的电芯010存在明显的各向异性，比如各个极片100在其中一个方向上的两端是被隔膜201完全包裹的，而另一个方向上的两端则是完全敞开。这种受力的不均(不同方向上受力不同)也会导致电芯性能的不稳定。在另一种现有工艺中，在隔膜201上制作口袋，让极片100插设于口袋内，虽然能够较好地对极片100进行限位，避免掉粉、毛刺导致的短路，但这种结构复杂，制作工艺的成本高、效率低，难以普及使用。
32.为了改善现有技术中电芯结构性能不稳定或者制作成本高的问题，本技术实施例提供一种电芯以及包含有该电芯的电池。通过使用折叠隔膜来实现保证电芯整体结构稳定，并具有较低的制作难度和成本。此外，本技术实施例还提供一种电芯制作方法。
33.图2为本技术一种实施例中电芯010的示意图；图3为本技术一种实施例中电芯010在折叠隔膜200展开时的分解示意图。如图2和图3所示，本技术实施例提供的电芯010包括折叠隔膜200和若干极片100。折叠隔膜200在折叠状态下沿电芯010的厚度方向堆叠且包括交替层叠的多个第一隔膜211和多个第二隔膜221。其中，各个第一隔膜211依次相连，各个
第二隔膜221依次相连。极片100设置于第一隔膜211和第二隔膜221之间。极片100在第一方向上的一个侧边被两个相邻的第一隔膜211的连接部位所包裹，极片100在第二方向上的一个侧边被两个相邻的第二隔膜221的连接部位所包裹，第一方向、第二方向以及厚度方向两两相互垂直，极片100中的正极极片和负极极片在厚度方向上交替排布。
34.在本实施例中，第一方向即为图中ab箭头所指方向，第二方向即为图中cd箭头所指方向，而厚度方向垂直于图2、图3的展示平面。在图3中，折叠隔膜200上的虚线为折叠迹线，即发生折叠的部位，也即相邻的两个第一隔膜211或者相邻的两个第二隔膜221之间的连接部位。可以理解，在折叠之后，每个极片100的四个边中有两个相邻的边是被隔膜的折叠(连接)部位包裹的，因此可以对极片100起到阻挡、限位作用，并且可避免极片100边缘掉粉、毛刺导致的短路。
35.在本实施例中，以五个极片100为例进行介绍。五个极片100中包括三个正极极片和两个负极极片。为了方便表述，三个正极极片100分别命名为第一正极极片111、第二正极极片112以及第三正极极片113；两个负极极片分别命名为第一负极极片121和第二负极极片122。
36.在本实施例中，折叠隔膜200在展开状态下包括沿第一方向延伸的第一隔膜带210以及沿第二方向延伸的第二隔膜带220，第一隔膜带210与第二隔膜带220相连，第一隔膜带210包括沿第一方向依次连接的多个第一隔膜211，第二隔膜带220包括沿第二方向依次连接的多个第二隔膜221。如图3中所示，第一隔膜带210和第二隔膜带220的端部相连，因此在展开状态下呈l形。在本实施例中，第一隔膜211有三个，第二隔膜221有三个。在图3视角下，在折叠成型后，正极极片始终在第二隔膜221的上方，并被第一隔膜211覆盖；负极极片始终在第一隔膜211上方，并被第二隔膜221覆盖。沿厚度方向，从下至上，依次为第二隔膜221、第一正极极片111、第一隔膜211、第一负极极片121、第二隔膜221、第二正极极片112、第一隔膜211、第二负极极片122、第二隔膜221、第三正极极片113、第一隔膜211。无论是第一隔膜带210还是第二隔膜带220，均呈z字形折叠，且第一隔膜211和第二隔膜221沿同一个厚度方向交替堆叠。这样使得相邻极片被包裹的边总是在变化的，以图2、图3视角为例，第一正极极片111的上、右两个边被包裹，第一负极极片121的上、左两个边被包裹，第二正极极片112的下、左两个边被包裹，第二负极极片122的下、右两个边被包裹，第三正极极片113的上、右两个边被包裹。如此使得电芯010整体在四个方向上表现出较好的各向同性，即四个方向都在交替地被折叠隔膜200包裹，整体来看受力的方向更加均匀，因此该电芯010的结构稳定性相较于单方向缠绕隔膜201方式形成的电芯010更好。而且，密闭-敞开方向交替的电芯010较常规电芯更利于电解液从四个边方向更快、更均匀浸润，也利于充放电过程中产气从四个方向逃逸排出，有利于电芯性能。
37.折叠隔膜200可以是一体式的，即第一隔膜带210、第二隔膜带220是相连而无法拆开的；折叠隔膜200也可以是分体式的，比如第一隔膜带210、第二隔膜带220是交叉重叠设置的。
38.这种折叠隔膜200通过两个隔膜201带在两个方向上的折叠而成型，因此能够对极片100在两个不同的方向上进行阻挡，即极片100相邻的两个边被包裹，另外两个边不受包裹而敞开。相较于现有的单一折叠方向上z字折叠而言，极片100能够在更多的方向上位移受限，因此具有较佳的结构稳定性。
39.在本实施例中，极片100为矩形，极片100的一个侧边上连接有极耳130。可选的，折叠隔膜200开设有避让孔和/或避让槽，至少部分极片100上的极耳130从避让孔和/或避让槽穿出。在本实施例中，折叠隔膜200开设有避让孔，为了方便表述，将第一隔膜带210上的避让孔定义为第一避让孔212，将第二隔膜带220上的避让孔定义为第二避让孔222。应理解，在其他实施例中，折叠隔膜200开设有避让槽的情况下，避让槽贯穿折叠隔膜200，并且避让槽从折叠隔膜200的边缘向中部延伸，从而在折叠隔膜200的边缘形成敞口。
40.如图3中所示，本实施例的正极极片在第二方向上的一个侧边连接有极耳130，负极极片在第一方向上的一个侧边连接有极耳130。折叠成型后，见图2，所有正极极片100的极耳130位于同一侧，所有负极极片的极耳130也位于同一侧但与正极极片的极耳130位于不同侧。其中第一正极极片111的极耳130会从第二避让孔222穿过，第二负极极片122的极耳130会从第一避让孔212穿过；而第二正极极片112、第三正极极片113以及第一负极极片121的极耳130所在一侧不会被折叠隔膜200包裹，因此可以直接伸出折叠隔膜200的边缘。
41.在可选的其他实施例中，也可以将正极极片100和负极极片100的极耳130设置在同一侧，但应当适应性地调整开设避让孔的位置。
42.本技术实施例提供的电芯制作方法，使用折叠隔膜200对若干极片100进行包裹，以制作上述实施例提供的电芯010。电芯制作方法包括：
43.交替地翻折第一隔膜带210和第二隔膜带220，以形成沿厚度方向交替堆叠的第一隔膜211和第二隔膜221，并且每次翻折前将一个极片100放置在即将被第一隔膜211或第二隔膜221覆盖的堆叠位置处，极片100中的正极极片与负极极片交替放置。
44.请参考图3，以制作图2实施例中的电芯010为例，按照下述流程进行制作：
45.1)首先将第一正极极片111放置在第二隔膜带220最下方(箭头d所指方向)的第二隔膜221上，然后将第一隔膜带210向左(箭头a所指方向)翻折，第一隔膜211覆盖第一正极极片111；
46.2)将第一负极极片121放置在第一隔膜211上，再将第二隔膜带220从上向下翻折，第二隔膜221覆盖在第一负极极片121上，并且同时第一正极极片111的极耳130从第二避让孔222穿出；
47.3)在第二隔膜221上放置第二正极极片112，再将第一隔膜带210从左向右(箭头b所指方向)翻折，令第一隔膜211覆盖第二正极极片112；
48.4)将第二负极极片122放置在第一隔膜211上，再将第二隔膜带220从下向上(箭头c所指方向)翻折，第二隔膜221覆盖在第二负极极片122上；
49.5)在第二隔膜221上放置第三正极极片113，再将第一隔膜带210从右向左翻折，令第一隔膜211覆盖第三正极极片113，并且同时第二负极极片122的极耳130从第一避让孔212穿出；
50.6)将第二隔膜带220从上向下翻折，覆盖在第一隔膜211上。
51.通过上述步骤即制得图2实施例中的电芯010，各正极极片与负极极片交替堆叠，并且每个极片100都有相邻的两个边被包裹。其中，以图2、图3视角为例，第一正极极片111的上、右两个边被包裹，第一负极极片121的上、左两个边被包裹，第二正极极片112的下、左两个边被包裹，第二负极极片122的下、右两个边被包裹，第三正极极片113的上、右两个边被包裹。可见，该电芯010整体在四个方向上表现出较好的各向同性，即四个方向都在交替
地被折叠隔膜200包裹，整体来看受力的方向更加均匀，因此该电芯010的结构稳定性相较于单方向缠绕隔膜201方式形成的电芯010更好。
52.本实施例中，正极极片的极耳130位于同一侧，负极极片的极耳130位于同一侧，正极极片的极耳130和负极极片的极耳130位于相邻侧。在可选的其他实施例中，正极极片的极耳130和负极极片的极耳130也可以位于同一侧。
53.上述实施例中涉及五个极片100的包裹，在其他实施例中，极片100的数量还可以增加，折叠隔膜200的折叠方式同样按照上述步骤的规律进行。
54.本实施例中，第一隔膜带210和第二隔膜带220端部相连或重叠，因此在展开状态下呈l形，通过折叠第一隔膜带210和第二隔膜带220，使各个极片100在同一个方向上堆叠(在图3的展示平面朝外)。在可选的其他实施例中，折叠隔膜200在展开状态下，第一隔膜带210的中部和第二隔膜带220的中部相连或重叠而呈十字形。换言之，第一隔膜带210和第二隔膜带220因十字交叉而形成四个子隔膜带，其中两个相邻的子隔膜带可以按上述实施例的方法在厚度方向上交替折叠，另外两个相邻的子隔膜带可以按相同的方法在反方向上交替折叠，如此一来，整体上仍是第一隔膜211和第二隔膜221交替堆叠。换言之，由十字交叉形态(展开状态下)的第一隔膜带210、第二隔膜带220组成的折叠隔膜200，可以在厚度方向上朝相反的两个方向分别堆叠极片100。
55.本技术实施例提供的电池(图中未示出)包括上述的电芯010，该电池可以是锂离子电池、钠离子电池。电池还包括壳体，电芯010放置于壳体内，壳体内填充有电解液。
56.综上所述，本技术实施例提供的电芯010包括折叠隔膜200以及若干极片100，折叠隔膜200在折叠状态下沿电芯010的厚度方向堆叠且包括交替层叠的多个第一隔膜211和多个第二隔膜221，各个第一隔膜211依次相连，各个第二隔膜221依次相连，极片100设置于第一隔膜211和第二隔膜221之间，极片100在第一方向上的一个侧边被两个相邻的第一隔膜211的连接部位所包裹，极片100在第二方向上的一个侧边被两个相邻的第二隔膜221的连接部位所包裹，第一方向、第二方向以及厚度方向两两相互垂直，极片100中的正极极片和负极极片在厚度方向上交替排布。本技术实施例中，折叠隔膜200中的各层第一隔膜211是连接在一起的，各层第二隔膜221也是连接在一起的，这样使得每一个极片100都有相邻的两个侧边被折叠隔膜200所包裹，既限制了极片100在两个方向上的位移，同时也改善了极片100边缘掉粉、毛刺导致边缘短路的问题。由于极片100之间的多层隔膜结构可通过折叠隔膜200折叠而成，因此相较于现有技术中的制袋式电池(极片放置于隔膜制成的口袋中)，这种电芯010的制作工艺简单，容易实现，提升了生产效率，降低了生产成本。
57.本技术实施例提供的电池包括上述的电芯010，本技术实施例提供的电芯制作方法用于制作上述的电芯010，该电芯制作方法工艺简单，容易实现，且制作得到的电芯010结构稳定，性能较佳。
58.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。