一种电池、卷芯、电池包和储能系统的制作方法

专利2024-11-29  43


本技术涉及能源,尤其涉及一种电池、卷芯、电池包和储能系统。


背景技术:

1、随着清洁能源的不断发展和广泛应用,电池开始广泛的被应用在多种不同类形的储能系统中。电池通常包括外壳和位于外壳内的卷芯。在对一些卷芯进行制作时,通常是采用卷绕的方式将长条状的卷材进行卷绕成型。在一些制备工艺中,还可能会对卷绕后的卷芯进行冷压或热压等处理。卷绕成型的卷芯在拐角处的曲率较大,存在较大的应力,导致拐角处的极片容易出现活性物质脱落、脆断开裂等不良情况,甚至会出现析锂等情况,不利于保证电池的可靠性和使用寿命。因此,如何改善卷芯在拐角处的可靠性成为了亟待解决的技术问题。


技术实现思路

1、本实用新型提供了一种具有较好可靠性的电池、卷芯、电池包和储能系统。

2、第一方面,本实用新型提供了一种电池,包括外壳和卷芯,外壳用于容纳卷芯。卷芯包括卷绕的正极片、隔膜和负极片,隔膜位于正极片与负极片之间。正极片包括层叠设置的两个正膜片和正极集流体,正极集流体位于两层正膜片之间。卷芯具有拐角区,在拐角区,正极片还包括绝缘膜层,绝缘膜层位于正极集流体与两层正膜片中的一个正膜片之间。或者,绝缘膜层位于正极集流体和两层正膜片之间。在本实用新型提供的电池中,在卷芯的拐角区,正极片具有绝缘膜层。因此,在拐角区,正膜片中的锂离子不能有效脱出,负极片的表面不能嵌入锂离子。能避免在负极片的表面形成金属锂单质,从而防止出现析锂问题。能提升卷芯的循环寿命和快充容量,还能有效提升卷芯的可靠性和安全性,能降低卷芯出现燃烧、爆炸情况的发生。在对正极片进行制作时,采用涂布工艺和辊压工艺进行制作。例如,在拐角区,可以采用涂布工艺在正极集流体的表面涂布绝缘材料从而形成绝缘膜层,然后在拐角区的绝缘膜层的表面涂布活性物质、在平面区的正极集流体的表面涂覆活性物质从而形成正膜片。最后采用辊压工艺对正极片整体进行辊压,从而将正极片辊压成具有均匀厚度的片状结构。概括来说,绝缘膜层是在辊压工艺之前形成的,因此,在进行辊压后,正极片的拐角区和平面区的厚度尺寸是基本相同的,能有效保证正极片在不同区域的厚度一致性。另外,绝缘膜层位于正极集流体和正膜片之间,能有效避免绝缘膜层出现脱落等不良情况。

3、在一种示例中,在卷芯的拐角区,负极片和正极片可以沿卷芯从内到位的方向依次排列。例如,正极片位于负极片的外侧。正膜片与负极片分别位于隔膜的两侧,绝缘膜层位于正膜片和正极集流体之间。在卷芯的拐角区,负极片的外侧遭受的是拉伸应力,在负极片的外侧容易出现掉粉、活性物质脱落、脆断开裂等不良情况。绝缘膜层位于正膜片与正极集流体之间。在拐角区,可以防止锂离子从正膜片脱出,并嵌入到负极片中,以防止出现析锂的问题。

4、或者,在具体设置时,绝缘膜层位于正极集流体的朝向负极片的一侧。可以防止锂离子从正极片脱出,并嵌入到负极片中,以防止出现析锂的问题。

5、在一种示例中,卷芯包括绕卷形成的n个圈层,绝缘膜层设置在卷芯的由内到外的第m个圈层的正极片中。其中,n大于3,m小于或等于3。在卷芯的1至3个圈层中的曲率较大,极片的应力也较大,容易出现上述的掉粉、活性物质脱落、脆断开裂等不良情况。因此,在实际应用时,可以在1至3个圈层中的正极片中设置绝缘膜层,以避免出现析锂等问题。

6、在一种示例中,卷芯还具有平面区。在平面区,正极片还包括绝缘膜层,绝缘膜层位于正极集流体与两层正膜片中的一个正膜片之间。或者,绝缘膜层位于正极集流体和两层正膜片之间。在平面区,正膜片中的锂离子不能有效脱出,负极片的表面不能嵌入锂离子。能避免在负极片的表面形成金属锂单质,从而防止出现析锂问题。

7、在具体设置时,绝缘膜层的厚度大于或等于1微米且小于或等于500微米。通过将绝缘膜层的厚度进行合理设置,可以保证绝缘膜层的绝缘性和受力强度。另外,还能避免绝缘膜层明显增加卷芯的整体厚度。

8、在具体设置时,绝缘膜层的材料为氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、聚酰亚胺、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯中的至少一种。

9、在一种示例中,负极片包括层叠设置的两层负膜片和负极集流体,负极集流体位于两层负膜片之间。

10、在一种示例中,电池还包括正极柱和负极柱,正极柱和负极柱均设置于外壳。正极片还包括正极耳,正极柱的一端与正极耳导电连接,另一端伸出于外壳的外表面,负极柱的一端与负极耳导电连接,另一端伸出于外壳的外表面。卷芯的电能可以通过正极柱和负极柱向外输出,以使电池向用电设备进行供电。外部的电能可以通过正极柱和负极柱输入到卷芯中,以实现电池的储能功能。

11、第二方面,本实用新型提供了一种卷芯。卷芯包括卷绕的正极片、隔膜和负极片,隔膜位于正极片与负极片之间。正极片包括层叠设置的两个正膜片和正极集流体,正极集流体位于两层正膜片之间。卷芯具有拐角区,在拐角区,正极片还包括绝缘膜层,绝缘膜层位于正极集流体与两层正膜片中的一个正膜片之间。或者,绝缘膜层位于正极集流体和两层正膜片之间。在本实用新型提供的卷芯中,在卷芯的拐角区,正极片具有绝缘膜层。因此,在拐角区,正膜片中的锂离子不能有效脱出,负极片的表面不能嵌入锂离子。能避免在负极片的表面形成金属锂单质,从而防止出现析锂问题。能提升卷芯的循环寿命和快充容量,还能有效提升卷芯的可靠性和安全性,能降低卷芯出现燃烧、爆炸情况的发生。在对正极片进行制作时,采用涂布工艺和辊压工艺进行制作。例如,在拐角区,可以采用涂布工艺在正极集流体的表面涂布绝缘材料从而形成绝缘膜层,然后在拐角区的绝缘膜层的表面涂布活性物质、在平面区的正极集流体的表面涂覆活性物质从而形成正膜片。最后采用辊压工艺对正极片整体进行辊压,从而将正极片辊压成具有均匀厚度的片状结构。概括来说,绝缘膜层是在辊压工艺之前形成的,因此,在进行辊压后,正极片的拐角区和平面区的厚度尺寸是基本相同的,能有效保证正极片在不同区域的厚度一致性。另外,绝缘膜层位于正极集流体和正膜片之间,能有效避免绝缘膜层出现脱落等不良情况。

12、第三方面,本实用新型还提供了一种电池包,包括多个上述的电池,多个电池串联连接或者并联连接,或者,多个电池也可以采用串联和并联相结合的连接方式。将多个电池组成电池包可以提供较大的容量和充放电功率,能满足多种不同的使用需求。在电池包中,通过应用上述的电池,能避免在负极片的表面形成金属锂单质,从而防止出现析锂问题。能提升电池包的循环寿命和快充容量,还能有效提升电池包的可靠性和安全性,能降低电池包出现燃烧、爆炸情况的发生。

13、第四方面,本实用新型还提供了一种储能系统,包括功率转换设备和上述的电池包,功率转换设备与电池包电连接。功率转换设备用于将交流电转化为直流电后提供给电池包,或者,将来自电池包的直流电转化为交流电输出给负载或者交流电网。通过应用上述的电池包,能避免在负极片的表面形成金属锂单质,从而防止出现析锂问题。能提升储能系统中电池包的循环寿命和快充容量,还能有效提升电池包的可靠性和安全性,能降低电池包出现燃烧、爆炸情况的发生。



技术特征:

1.一种电池,其特征在于,包括外壳和卷芯,所述外壳用于容纳所述卷芯,所述卷芯包括卷绕的正极片、隔膜和负极片,所述隔膜位于所述正极片与所述负极片之间;

2.根据权利要求1所述的电池,其特征在于,在所述拐角区,所述负极片和所述正极片沿所述卷芯从内到外的方向依次排列。

3.根据权利要求1或2所述的电池,其特征在于,所述绝缘膜层位于所述正极集流体的朝向所述负极片的一侧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池,其特征在于,所述卷芯包括绕卷形成的n个圈层,所述绝缘膜层设置在所述卷芯的由内到外的第m个圈层的所述正极片中;

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池,其特征在于,所述卷芯还具有平面区;

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池,其特征在于,所述绝缘膜层的厚度大于或等于1微米且小于或等于500微米。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池,其特征在于,所述绝缘膜层的材料为氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、聚酰亚胺、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种。

8.一种卷芯,其特征在于,所述卷芯包括卷绕的正极片、隔膜和负极片,所述隔膜位于所述正极片与所述负极片之间;

9.一种电池包,其特征在于,包括多个如权利要求1-7任一项所述的电池,多个所述电池串联连接和/或并联连接。

10.一种储能系统,其特征在于,包括功率转换设备和如权利要求9所述的电池包,所述功率转换设备与所述电池包电连接;


技术总结
本技术提供了一种电池、卷芯、电池包和储能系统,涉及能源技术领域,以解决卷芯析锂等问题。本技术提供的电池包括卷芯,卷芯包括卷绕的正极片、隔膜和负极片,隔膜位于正极片与负极片之间,正极片包括层叠设置的两层正膜片和正极集流体;卷芯具有拐角区,在拐角区,正极片还包括绝缘膜层,绝缘膜层位于正极集流体与至少一个正膜片之间。在本技术提供的电池中,在卷芯的拐角区,正极片具有绝缘膜层;因此,在拐角区,正膜片中的锂离子不能有效脱出,负极片的表面不能嵌入锂离子,能避免在负极片的表面形成金属锂单质,从而防止出现析锂问题。

技术研发人员:吴伟煌,陈鑫,崔超
受保护的技术使用者:华为数字能源技术有限公司
技术研发日:20230922
技术公布日:2024/6/26
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