本发明专利技术提供了一种卷绕电芯、制备方法、包括其的电池及装配方法，所述卷绕电芯包括卷芯和位于所述卷芯内的中心管，所述卷芯由正极片、第一隔膜、负极片和第二隔膜层叠后卷绕形成；所述正极片沿长度方向分为正极空箔区和正极涂覆区，所述负极片沿宽度方向分为负极空箔区和负极涂覆区；所述第一隔膜和所述第二隔膜分别覆盖所述正极涂覆区和所述负极涂覆区，所述正极空箔区的至少部分缠绕于所述中心管外周，并与所述中心管外周焊接固定；所述负极空箔区卷绕后形成位于所述卷芯一端的负极全极耳。采用中心管作为卷绕电芯的卷针使用不会出现抽芯或断针的风险，电芯内部产生的热量还可以通过中心管传导至两端，提升了卷绕电芯的散热性能。热性能。热性能。
【技术实现步骤摘要】
一种卷绕电芯、制备方法、包括其的电池及装配方法
[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种卷绕电芯、制备方法、包括其的电池及装配方法。
技术介绍
[0002]锂离子电池具有绿色环保、能量密度大、输出电压高、自放电小等优点，而被广泛应用于生活的各个场景中，例如手机、笔记本、汽车等。随着时代的发展，人们对锂离子电池的要求也越来越高，尤其是对锂离子电池的功率、能量密度和安全性能要求更加迫切。
[0003]锂离子动力电池通常有两种外型：圆柱型和长方型。圆柱型电池具有热失控传播阻断特性、密封性好和产品一致性高的特点，在其全生命周期有着更高的安全性能。传统的18650圆柱电池和21700圆柱电池多为单/双极耳结构，极耳从极片横向方向中间引出。正极耳需要在极片上间歇涂布，预留极耳焊接区域，造成容量损失。负极耳需要进行刮片处理，极易造成箔材损伤，存在安全隐患。且正负极耳焊接在极片上后需要贴胶带保护，而极耳处的胶带又会造成卷芯极耳处局部厚度增加，造成卷芯内部各区域厚度不一致，局部压力过大，导致卷芯内部变形。而且正/负极耳片上引出的极耳较长，需要焊接在盖帽和壳体上并进行弯折，既软又长的极耳进行弯折时极易倒插进卷芯内部，存在短路风险。
[0004]全极耳大圆柱电池是解决此问题的一个有效途径。而随着圆柱电池尺寸的增加，需求的极片卷绕圈数变多，对应的内部应力更大，容易出现抽针异常，例如隔膜、极片抽芯，卷针断针等。而且内圈应力的增加，电池使用过程中往往会出现卷芯中心孔塌陷的现象，一般的解决办法是卷绕结束后，向卷芯中心孔内插入中心管。为保证中心管能顺利插入，一般中心管内径偏小，且中心管在卷芯内部处于自由活动状态，在电池的正常使用过程中极易发生错位的风险，存在安全隐患。同时随着电池尺寸的增加，电池内部的热量很难扩散到电池表面，尤其是随着客户对快充的需求越来越高，充电的倍率也会越来越大，而充电倍率越大也就意味着电池温升越高。
[0005]因此，现有的卷绕式电芯仍存在着严重的散热不良的技术问题，这同时也是圆柱形电池与软包电池相比最大的弱点。测量结果显示，大电流10A的放电循环中，卷绕式电芯的中心温度比最外层高出大约10℃。电芯中心过高的温度会影响电池的循环性能，也会带来安全隐患，如电解液、电流分配不均匀等问题。鉴于此，有必要设计一种新的电芯结构和卷绕方式，以解决上述技术问题。
技术实现思路
[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种卷绕电芯、制备方法、包括其的电池及装配方法，采用中心管作为卷绕电芯的卷针使用，卷绕完成后无需取出中心管，因此不会出现抽芯或断针的风险。电芯内部产生的热量还可以通过中心管传导至两端，在不改变卷绕电芯整体体积的情况下，提升了卷绕电芯的散热性能。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
第一方面，本专利技术提供了一种卷绕电芯，所述卷绕电芯包括卷芯和位于所述卷芯内的中心管，所述卷芯由正极片、第一隔膜、负极片和第二隔膜层叠后卷绕形成，所述中心管沿所述卷芯的长度方向贯穿所述卷芯；所述正极片沿长度方向分为正极空箔区和正极涂覆区，所述负极片沿宽度方向分为负极空箔区和负极涂覆区；所述第一隔膜和所述第二隔膜分别覆盖所述正极涂覆区和所述负极涂覆区，所述正极空箔区的至少部分缠绕于所述中心管外周，并与所述中心管外周焊接固定，所述中心管作为卷芯的正极集流柱，引出正极极耳；所述负极空箔区卷绕后形成位于所述卷芯一端的负极全极耳。
[0008]本专利技术提供的卷绕电芯内部设置有中心管，其作用在于：（1）卷针作用：在卷绕时中心管作为卷针使用，卷绕完成后将中心管留在卷芯内部，无需抽出，避免了抽芯或断针风险。
[0009]（2）支撑作用：卷芯中心处的中心管能起到对卷芯的支撑作用，防止电芯在使用时出现塌陷，中心管外壁与电芯内壁紧贴，使得中心管在电芯内更加稳固，不会左右摇晃，提高了卷绕电芯的空间利用率，增大了卷绕电芯的体积能量密度；卷芯内的极片无需贴绝缘胶带，从而确保电芯直径方向各处厚度一致，避免出现变形风险；（3）散热作用：中心管位于卷芯内部，能将卷绕电芯内部产生的热量通过中心管传导至两端，在不改变卷绕电芯整体体积的情况下，提升了卷绕电芯的散热性能；（4）集流作用：卷芯中心处的中心管还可以作为正极集流柱使用，通过将电池的正极片（正极空箔区）直接电性连接在中心管上，并将中心管的封口端与正极极柱焊接，使得中心管发挥了正极集流柱的功能，因此无需将正极耳弯折，防止了正极耳弯折所产生的倒插短路风险。
[0010]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述中心管为铝制的空心圆柱结构，所述中心管的一端封口，另一端敞口，所述中心管的敞口端设置有封帽。
[0011]本专利技术在中心管的敞口端设置了塑料材质的封帽，封帽的尺寸略小于中心管的直径，从而对中心管的敞口端进行密封。封帽的作用除了密封外，还起到了类似泄压阀的效果，当电芯发热导致中心管内压力增大时，产生的高压热量会冲破封帽并由中心管的敞口端喷出，此时中心管的敞口端则形成了出气出热口。
[0012]需要说明的是，本专利技术对封帽的材质不作具体要求和特殊限定，本领域技术人员可以根据不同型号的电池发热量选择不同材质的封帽，示例性地，可以是PP、PTFE或PVDF等。进一步地，为了更好地实现封帽泄压的作用，还可选地在封帽上设置浅划痕（优选十字交叉结构的浅划痕），本专利技术所述的浅划痕是指通过刀刃在封帽上刻划形成划痕，且不穿透封帽。在没有高压冲击下，由于浅划痕没有穿透封帽，封帽仍可保证敞口端处于密封状态；一旦压力过高，中心管内部产生的高温高压气体极易冲破浅划痕，最终冲破封帽泄压。
[0013]所述中心管的外壁上开设若干通孔，形成镂空结构。
[0014]本专利技术中，通孔可选为圆形，通孔可以均匀分布于中心管外壁也可以非均匀分布于中心管外壁，本专利技术优选采用非均匀分布，在中心管的中部管段的通孔的孔径较大和/或孔间距较小，位于中心管两端的管段上的通孔的孔径较小和/或孔间距较大。这样设计的目的在于匹配电芯在不同位置处的发热量不同，卷绕电芯的中心处散热量较高，在散热量相对较高的区域对应了中心管的中部管段，因此中部管段的通孔分布密度较高，确保中心管
内产生的高温高压气体可以通过通孔快速排出，有利于电芯内的热量散发，以提高中心管的散热效果，同时也提升了电池的安全性能。当然，电芯两端与端盖或极柱的焊接处的散热量也较高，但这些区域由于靠近壳体两端，散热路径较短，产生的热量可以较快地通过壳体散出，因此相比于中部管段，中心管两端的管段的散热压力较小，相应地，两端的通孔的分布密度也较小。
[0015]需要说明的是，本专利技术对通孔孔径和孔间距不作具体要求和特殊限定，本领域技术人员可以根据不同型号的电池发热量选择不同孔径和孔间距的通孔。示例性地，本专利技术限定的中心管的中部管段处的通孔孔径为0.5~0.6mm，两端的管段处的通孔孔径为0.3~0.4mm。
[0016]所述中心管内填充有相变吸热材料。
[0017]本专利技术利用相变吸热材料的吸热特性实现了对电芯热量的吸收，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种卷绕电芯，其特征在于，所述卷绕电芯包括卷芯和位于所述卷芯内的中心管，所述卷芯由正极片、第一隔膜、负极片和第二隔膜层叠后卷绕形成，所述中心管沿所述卷芯的长度方向贯穿所述卷芯；所述正极片沿长度方向分为正极空箔区和正极涂覆区，所述负极片沿宽度方向分为负极空箔区和负极涂覆区；所述第一隔膜和所述第二隔膜分别覆盖所述正极涂覆区和所述负极涂覆区，所述正极空箔区的至少部分缠绕于所述中心管外周，并与所述中心管外周焊接固定，所述中心管作为卷芯的正极集流柱，引出正极极耳；所述负极空箔区卷绕后形成位于所述卷芯一端的负极全极耳。2.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述中心管为铝制的空心圆柱结构，所述中心管的一端封口，另一端敞口，所述中心管的敞口端设置有封帽；所述中心管的外壁上开设若干通孔，形成镂空结构；所述中心管内填充有相变吸热材料。3.根据权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述第一隔膜的宽度和/或所述第二隔膜的宽度＞所述负极涂覆区的宽度＞所述正极片的宽度，所述正极涂覆区、所述第一隔膜、所述负极涂覆区和所述第二隔膜沿两侧长度边缘依次对齐层叠并完全覆盖，所述负极空箔区位于覆盖范围之外；由所述正极空箔区一侧开始卷绕，所述正极空箔区卷绕所述中心管至少一圈；所述第一隔膜和所述第二隔膜的长度大于所述负极片的长度，所述负极片的长度大于所述正极片的长度，卷绕至收尾处时，所述第一隔膜和所述第二隔膜包裹所述卷芯。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述卷绕电芯的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：中心管的长度方向两端与正极空箔区的宽度边缘对齐或中心管的长度方向两端略超出正极空箔区的宽度边缘，并将正极空箔区与中心管的外表面焊接固定，沿正极片长度方向进行预卷绕，正极空箔区的至少部分卷绕于中心管外周后停止卷绕，向卷绕形成的缝隙中插入第一隔膜、负极片和第二隔膜，负极片夹设于第一隔膜和第二隔膜之间；正极涂覆区、第一隔膜、负极涂覆区和第二隔膜由外至内依次对齐层叠，负极空箔区位于正极涂覆区的覆盖范围之外；继续卷绕，直至正极片、第一隔膜、负极片和第二隔膜全部绕于中心管外周，得到内...
【专利技术属性】
技术研发人员：尚随军，王林，胡先刚，吴刚，
申请(专利权)人：苏州宇量电池有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。