电芯、应用所述电芯的电池及电子设备

技术领域

本申请涉及能源存储技术领域，尤其涉及一种电芯、应用所述电芯的电池及电子设备。

背景技术

现有技术中，一般卷绕式电池，收尾时电芯外层尾部都存在部分光铝箔(即箔片两面均未涂布活性物质涂层)。电芯尾部空铝箔与电芯尾部的涂层边缘一般都设置有一道绿胶贴附，该结构可降低因阳极涂层边缘锂枝晶造成的短路风险。但，电芯尾部多余的光铝箔，以及其尾部涂层边缘的绿胶占据着电芯的一定体积，降低了电芯的能量密度。另一方面，一般锂离子电池在针刺测试中，测试用钢针穿过阴极到阳极过程中，阴极铝箔的破损边缘受钢针行的挤压力，极易与阳极接触而短路，导致产热速率迅速上升，且远大于散热速率；当热量积累后，直接导致热失控或起火的高风险问题；同时此类电芯在遭受重物冲击时，由于铝塑膜外壳一般具有较好的延展性而不会断裂或者不完全断裂，但电芯自身出现破裂，破碎形成的碎屑尤其是外圈的空铝箔产生碎屑在外壳的包裹束缚下，与电芯破碎的极片接触，导致短路发热甚至起火爆炸等事件发生。

如何提供一种新的电芯结构以解决上述问题，是本领域技术人员需要考虑的。

发明内容

为了解决现有技术中电芯尾部空铝箔占用电芯体积使电芯能量密度降低，阳极收尾可能导致电芯短路风险升高，以及发生短路后易发生热失控造成起火的问题。

本申请实施例提供一种电芯，包括第一极片、第二极片及绝缘胶，所述第一极片包括第一集流体、第一涂层及第一活性层，所述第一涂层设置于所述第一集流体和所述第一活性层之间，所述第一涂层包括热膨胀材料；所述第一极片与所述第二极片间隔卷绕设置，所述电芯的最外圈的极片设置为所述第一极片，所述第一极片还包括第一端部，所述第一端部为卷绕收尾端，所述第一集流体位于所述第一端部的朝向所述电芯内部的表面设置有所述第一活性层；所述绝缘胶包括第一子绝缘胶，所述第一子绝缘胶设置于位于所述电芯最外侧的所述第一集流体远离所述第一活性层的表面。本申请实施例还提供应用所述电芯的电池及电子设备。

于一实施例中，所述第一涂层包括选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和丁苯橡胶中的一种及其组合。

于一实施例中，所述第二极片包括第二集流体及第二活性层，所述第二极片包括第二端部，所述电芯包括第一端面，以及与所述第一端面连接的第一弧面区域，所述第一端部设置于所述第一弧面区域且所述第一极片位于所述第一弧面区域上的长度小于所述第一弧面区域的弧长的一半，所述第二端部设置于所述第一弧面区域且所述第二极片位于所述第一弧面区域上的长度小于所述第一弧面区域的弧长的一半，所述第二集流体位于所述第二端部的表面设置有所述第二活性层，所述第一端部至所述第一端面的距离大于所述第二端部至所述第一端面的距离。

于一实施例中，所述绝缘胶还包括第二子绝缘胶，所述第二子绝缘胶覆盖所述第一端部及所述第二端部，所述第二子绝缘胶与所述第一子绝缘胶接触。

于一实施例中，所述电芯还包括隔离膜，所述隔离膜设置于所述第一极片及所述第二极片之间，所述隔离膜的一端至所述第一端面的距离小于所述第二端部至所述第一端面的距离。

于一实施例中，所述第一极片还包括第三端部，所述第二极片还包括第四端部，所述第三端部及所述第四端部均为卷绕起始端，所述电芯还包括极耳，所述极耳设置于所述第三端部及所述第四端部。

于一实施例中，位于所述第三端部的所述第一集流体表面未设置所述第一活性层，位于所述第四端部的表面未设置所述第二活性层，所述绝缘胶还包括第三子绝缘胶及第四子绝缘胶，所述第一集流体位于所述第三端部的表面设置有所述第三子绝缘胶，所述第三子绝缘胶开设有一连接区，所述极耳的至少部分设置于所述连接区，所述第四子绝缘胶对称设置于所述连接区两侧。

于一实施例中，所述电芯还包括极耳，所述第一极片包括第一空箔区，所述第二极片包括第二空箔区，位于所述第一空箔区的第一集流体未被所述第一活性层覆盖，位于所述第二空箔区的第二集流体未被所述第二活性层覆盖，所述极耳设置于所述第一空箔区及所述第二空箔区。

一种电池，包括前述的电芯。

一种电子设备，包括前述的电池。

相比于现有技术，本申请公开的电芯，电芯最外圈的极片为单面设置活性层的第一集流体收尾，没有空箔区设计，提高锂离子电池的能量密度的同时也降低了耗材用量；通过在电芯最外圈的单面设置活性层的第一集流体的光箔表面设置第一子绝缘胶，可避免电芯与外部接触发生短路，提升电芯的安全性能；通过在第一集流体及第一活性层之间设置第一涂层，发生短路时，第一涂层可快速膨胀使第一集流体与其他接触物分离，避免发生剧烈的热失控。

附图说明

图1为本申请第一实施例的电芯的平面示意图。

图2为本申请第一实施例的电芯的截面结构示意图。

图3为本申请第一实施例的第一极片的局部截面示意图。

图4为本申请第二实施例的电芯的平面示意图。

图5为本申请第二实施例的电芯的截面结构示意图。

图6为本申请第二实施例的第一极片的局部截面示意图。

图7为本申请第三实施例的电池的平面示意图。

图8为本申请第四实施例的电子设备的立体示意图。

主要元件符号说明

电子设备 100

本体 105

电池 1

电芯 10、20、30

第一极片 11、21

第一集流体 110、210

第一活性层 119、219

第一涂层 115、215

顶封区 116

第一空箔区 218

第一端部 111、211

第三端部 113、213

连接区 117

第二极片 12、22

第二集流体 120、220

第二活性层 129、229

第二空箔区 228

第二端部 122、222

第四端部 124、224

隔离膜 13、23

第五端部 135、235

第六端部 136、236

绝缘胶 15、25

第一子绝缘胶 151、251

第二子绝缘胶 152、252

第三子绝缘胶 153

第四子绝缘胶 154

第六子绝缘胶 256

第七子绝缘胶 257

极耳 16、26

第一极耳 17、27

第二极耳 18、28

第一端面 101、201

第一弧面区域 102、202

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

以下描述将参考附图以更全面地描述本申请内容。附图中所示为本申请的示例性实施例。然而，本申请可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。提供这些示例性实施例是为了使本申请透彻和完整，并且将本申请的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的附图标记表示相同或类似的组件。

本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不意图限制本申请。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。此外，当在本文中使用时，“包括”和/或“包含”或“包括”和/或“包括”或“具有”和/或“具有”，整数，步骤，操作，组件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，区域，整数，步骤，操作，组件，组件和/或其群组。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本申请所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。此外，除非文中明确定义，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关技术和本申请内容中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的含义。

以下内容将结合附图对示例性实施例进行描述。须注意的是，参考附图中所描绘的组件不一定按比例显示；而相同或类似的组件将被赋予相同或相似的附图标记表示或类似的技术用语。

下面参照附图，对本申请的具体实施方式作进一步的详细描述。

第一实施例

如图1及图3所示，本申请第一实施例提供一种电芯10。电芯10包括第一极片11、第二极片12及隔离膜13，第一极片11及第二极片12间隔层叠设置，隔离膜13设置于第一极片11及第二极片12之间。于一实施例中，第一极片11及第二极片12可采用叠片式的方式设置。在本实施例中，第一极片11及第二极片12卷绕设置，电芯10还包括一卷针14，第一极片11、隔离膜13及第二极片12依次间隔设置并围绕卷针14卷绕设置。

第一极片11包括第一集流体110、第一涂层115及第一活性层119，第一涂层115设置于第一集流体110和第一活性层119之间，第一涂层115包括热膨胀材料。第一极片11包括第一端部111及第三端部113，第一端部111及第三端部113分别位于第一极片11两端，于一实施例中，第一端部111设置于电芯10外侧，第三端部113设置于电芯10内，第一集流体110位于第一端部111朝向电芯10内部的表面设置有第一活性层119。于一实施例中，第一端部111为卷绕收尾端，第三端部113为卷绕起始端。

第一涂层115包括选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和丁苯橡胶中的一种及其组合。第一涂层115具备极高的热膨胀系数，当电芯10因为第一极片11及第二极片12接触而发生短路时，短路区域产生一定的热量，第一涂层115受热快速膨胀使得第一极片11的第一集流体110与第二极片分离，从而使短路区域断开连接，即，使得第一集流体110不与其他元件电接触以杜绝剧烈短路的发生。

第二极片12包括第二集流体120及第二活性层129，第二活性层129设置于第二集流体120表面。第二极片12包括第二端部122及第四端部124，第二端部122及第四端部124分别位于第二极片12两端，于一实施例中，第二端部122设置于电芯10外侧，第四端部124设置于电芯10内。于一实施例中，第二端部122为卷绕收尾端，第四端部124为卷绕起始端。

于一实施例中，电芯10为卷绕式电芯，电芯10的最外圈的极片为第一极片11，设置于所述电芯最外圈极片的第一集流体110朝向电芯10内部的表面设置有第一活性层119，第一集流体110设置于电芯10最外圈极片的表面未设置有第一活性层119。即，位于电芯10最外圈的第一极片11的内表面设置有第一活性层119使其与第二极片12上的第二活性层129对应，位于电芯10最外圈的第一极片11外表面为无活性层的空箔设计，该结构一方面可提升电芯10的能量密度，另一方面可降低耗材用料，且提升电芯10安全性能。所述电芯10的最外圈为直接朝向电池的包装袋的一圈。

电芯10包括第一端面101，以及与第一端面101连接的第一弧面区域102，第一端面101为包含电芯10的弧形侧面最突出的点且沿电芯10厚度方向延伸的面，第一弧面区域102为电芯10侧面呈弧形设置的面。于一实施例中，第一端部111及第二端部122靠近第一端面101并设置于第一弧面区域102。

于一实施例中，第一端部111设置于第一弧面区域102且第一极片11位于第一弧面区域102上的长度小于第一弧面区域102的弧长的一半；第二端部122设置于第一弧面区域102且第二极片12位于第一弧面区域102上的长度小于第一弧面区域102的弧长的一半。

第一端部111及第二端部122设置于第一弧面区域102，即，电芯10的第一极片11及第二极片12的收尾裁切位于电芯10的“R角”，该结构一方面可以使电芯10侧面得到支撑提升电芯10的平整度及整体抗压性，另一方面，设置于第一弧面区域102的第一端部111及第二端部122相较于设置于其他区域受到的压力更小，第一极片11及第二极片12的裁切端的毛刺更不容易刺穿隔离膜13，可有效减少电芯10中的短路坏点，降低电芯10自循环的能耗，提升电池性能。

于一实施例中，第一端部111包括一顶封区116，顶封区116设置于第一端部111的最外侧，位于顶封区116的第一集流体相对的两个表面均设置有第一子绝缘胶151，第一极片11上设置有第一活性层119的区域对应由第二活性层129。在垂直于第一端面101的方向上，第一端部111设置有第一活性层119的区域与顶封区116的交界处到第二端部122的距离L1的范围为大于2mm，第一端部111与第二端部122之间的距离L3大于2mm。于一实施例中，第一极片11为阴极，第二极片12为阳极。

隔离膜13包括第五端部135及第六端部136，第五端部135及第六端部136分别位于隔离膜13两端，第五端部135设置于电芯10外侧，第六端部136设置于电芯10内并卷绕于卷针14。于一实施例中，隔离膜13在电芯10外侧收尾部的长度比第一极片11及第二极片12更长，至少两个第五端部135包裹一个第二端部122，在垂直于第一端面101的方向上，第五端部135到第二端部122之间的距离L3大于4mm。

电芯10还包括绝缘胶15，绝缘胶15包括第一子绝缘胶151及第二子绝缘胶152，绝缘胶15可以为有机绝缘材料，例如绿胶、热熔胶等。第一子绝缘胶151设置于位于电芯10最外侧的第一集流体110远离第一活性层119的表面，即，电芯10最外侧极片的第一集流体110未设置有第一活性层119的空箔区设置有第一子绝缘胶151，第一子绝缘胶151在未占用额外空间的情况下，可有效提升电芯10的安全性；第二子绝缘胶152覆盖第一端部111及第二端部122，且第二子绝缘胶152与第一子绝缘胶151接触，第二子绝缘胶152覆盖第一子绝缘胶151远离第一端部111的部分。第一子绝缘胶151及第二子绝缘胶152设置于第一端部111及第二端部122(极片裁切端)两侧，进一步防止第一端部111及第二端部122的，毛刺刺穿隔离膜13或电芯10外部的包装袋以防止漏液及短路。

电芯10还包括极耳16，极耳16可包括第一极耳17及第二极耳18，第一极耳17与第一极片11电连接，具体的，第一极耳17由第一集流体110延伸形成，第二极耳18与第二极片12电连接，具体的，第二极耳18由第二集流体120延伸形成。

于一实施例中，绝缘胶15还包括第三子绝缘胶153及第四子绝缘胶154，第三子绝缘胶153设置于第三端部113，第三子绝缘胶153包括一连接区117，所述连接区117处的第一集流体110裸露。第一极耳17设置于连接区117，第四子绝缘胶154设置于连接区117的第一极耳17两侧以保护第一极耳17。

第二实施例

如图4及图6所示，本申请第二实施例提供一种电芯20。电芯20包括第一极片21、第二极片22及隔离膜23，第一极片21及第二极片22间隔层叠设置，隔离膜23设置于第一极片21及第二极片22之间。于一实施例中，第一极片21及第二极片22可采用叠片式的方式设置。在本实施例中，第一极片21及第二极片22卷绕设置，电芯20还包括一卷针24，第一极片21、隔离膜23及第二极片22依次间隔设置并围绕卷针24卷绕设置。

第一极片21包括第一集流体210、第一涂层215及第一活性层219，第一涂层215设置于第一集流体210和第一活性层219之间，第一涂层215包括热膨胀材料。第一极片21包括第一端部211及第三端部213，第一端部211及第三端部213分别位于第一极片21两端，于一实施例中，第一端部211设置于电芯20外侧，第三端部213设置于电芯20内，第一集流体210位于第一端部211朝向电芯20内部的表面设置有第一活性层219。于一实施例中，第一端部211为卷绕收尾端，第三端部213为卷绕起始端。

第一涂层215包括选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和丁苯橡胶中的一种及其组合。第一涂层215具备极高的热膨胀系数，当电芯20因为第一极片21及第二极片22接触而发生短路时，短路区域产生一定的热量，第一涂层215受热快速膨胀使得第一极片21的第一集流体210与第二极片分离，从而使短路区域断开连接，即，使得第一集流体210不与其他元件电接触以杜绝剧烈短路的发生。

第二极片22包括第二集流体220及第二活性层229，第二活性层229设置于第二集流体220表面。第二极片22包括第二端部222及第四端部224，第二端部222及第四端部224分别位于第二极片22两端，于一实施例中，第二端部222设置于电芯20外侧，第四端部224设置于电芯20内。于一实施例中，第二端部222为卷绕收尾端，第四端部224为卷绕起始端。

于一实施例中，电芯20为卷绕式电芯，电芯20的最外圈的极片为第一极片21，设置于所述电芯最外圈极片的第一集流体210朝向电芯20内部的表面设置有第一活性层219，第一集流体210设置于电芯20最外圈极片的表面未设置有第一活性层219。即，位于电芯20最外圈的第一极片21的内表面设置有第一活性层219使其与第二极片22上的第二活性层229对应，位于电芯20最外圈的第一极片21外表面为空箔设计，该结构一方面可提升电芯20的能量密度，另一方面可降低耗材用料，且提升电芯20安全性能。所述电芯20的最外圈为直接朝向电池的包装袋的一圈。

电芯20包括第一端面201，以及与第一端面201连接的第一弧面区域202，第一端面201为包含电芯20的弧形侧面最突出的点且沿电芯20厚度方向延伸的面，第一弧面区域202为电芯20侧面呈弧形设置的面。于一实施例中，第一端部211及第二端部222靠近第一端面201并设置于第一弧面区域202。

于一实施例中，第一端部211设置于第一弧面区域202且第一极片21位于第一弧面区域202上的长度小于第一弧面区域202的弧长的一半；第二端部222设置于第一弧面区域202且第二极片22位于第一弧面区域202上的长度小于第一弧面区域202的弧长的一半。

第一端部211及第二端部222设置于第一弧面区域202，即，电芯20的第一极片21及第二极片22的收尾裁切位于电芯20的“R角”，该结构一方面可以使电芯20侧面得到支撑提升电芯20的平整度及整体抗压性，另一方面，设置于第一弧面区域202的第一端部211及第二端部222相较于设置于其他区域受到的压力更小，第一极片21及第二极片22的裁切端的毛刺更不容易刺穿隔离膜23，可有效减少电芯20中的短路坏点，降低电芯20自循环的能耗，提升电池性能。

在垂直于第一端面201的方向上，第一端部211到第一端面201的距离大于第二端部222至到第一端面201的距离；第一端部211与第二端部222之间的距离为L1，L1大于2mm。于一实施例中，第一极片21为阴极，第二极片22为阳极。

隔离膜23包括第五端部235及第六端部236，第五端部235及第六端部236分别位于隔离膜23两端，第五端部235设置于电芯20外侧，第六端部236设置于电芯20内并卷绕于卷针24。于一实施例中，隔离膜23在电芯20外侧收尾部的长度比第一极片21及第二极片22更长，至少两个第五端部235包裹一个第二端部222，在垂直于第一端面201的方向上，第五端部235到第二端部222之间的距离L3大于4mm。

电芯20还包括绝缘胶25，绝缘胶25包括第一子绝缘胶251及第二子绝缘胶252，绝缘胶25可以为有机绝缘材料，例如绿胶、热熔胶等。第一子绝缘胶251设置于位于电芯20最外侧的第一集流体210远离第一活性层219的表面，即，电芯20最外侧极片的第一集流体210未设置有第一活性层219的空箔区设置有第一子绝缘胶251，第一子绝缘胶251在未占用额外空间的情况下，可有效提升电芯20的安全性；第二子绝缘胶252覆盖第一端部211及第二端部222，且第二子绝缘胶252与第一子绝缘胶251接触，第二子绝缘胶252覆盖第一子绝缘胶251远离第一端部211的部分。第一子绝缘胶251及第二子绝缘胶252设置于第一端部211及第二端部222(极片裁切端)两侧，进一步防止第一端部211及第二端部222的毛刺刺穿隔离膜23或电芯20外部的包装袋以防止漏液及短路。

电芯20还包括极耳26，极耳26可包括第一极耳27及第二极耳28，第一极耳26与第一极片21电连接，具体的，第一极耳26由第一集流体210延伸形成，第二极耳28与第二极片22电连接，具体的，第二极耳28由第二集流体220延伸形成。

于一实施例中，第一极片21包括第一空箔区218，第二极片22包括第二空箔区228。位于第一空箔区218的第一集流体210未被第一活性层219覆盖，第一空箔区218位于所述电芯20内圈；位于第二空箔区228的第二集流体220未被第二活性层229覆盖，第二空箔区228位于所述电芯20内圈。

绝缘胶25还包括第六子绝缘胶256以及第七子绝缘胶257。第一极耳27设置于第一空箔区218，第六子绝缘胶256对称设置于第一极耳27两侧；第二极耳28设置于第二空箔区228，第七子绝缘胶257对称设置于第二极耳28两侧。

第三实施例

如图7所示，为本申请第三实施例提供的电池1平面示意图。电池1包括包装袋及被包装袋包裹的电芯30，电芯30可以为第一实施例或第二实施例任意一个所述的电芯。

第四实施例

如图8所示，为本申请第四实施例提供的电子设备100的立体示意图。

本申请还提供一种电子设备100，该电子设备包括本体105及设置于本体105内的电池1，电池1包括第一实施例或第二实施例所述的电芯。

图8中仅以电子设备100为手机为例，在其它实施例中，该电子设备100也可为可穿戴设备、无人机、个人计算机、智能家电、工业控制器、储能装置、电动工具或电动汽车等。

上文中，参照附图描述了本申请的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本申请的精神和范围的情况下，还可以对本申请的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本申请所限定的范围内。