【技术实现步骤摘要】
卷绕式电芯、卷绕式电池及其使用方法、电池模块
[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种卷绕式电芯、卷绕式电池及其使用方法、电池模块和电池包。
技术介绍
[0002]电池现已被广泛用于纯电动汽车、混合电动汽车、智能电网等领域。对于卷绕式电池电芯，由于中间存在空洞位置，因此在使用过程中可能会出现电芯塌陷的情况，影响电池的正常使用。其中，锂离子电池在第一次充电过程中，存在锂的永久性消耗问题，造成首周循环的库伦效率降低，降低了锂离子电池的容量和能量密度。
[0003]因此，亟需开发一种卷绕式电芯，其既能防止塌陷又能实现对电极材料的充分补锂。
技术实现思路
[0004]鉴于
技术介绍
中存在的问题，本申请提供一种卷绕式电芯，其既能防止塌陷又能实现对电极材料的充分补锂。
[0005]本申请第一方面提供的卷绕式电芯包括：卷绕式电芯本体和补锂源。补锂源设置在卷绕式电芯本体的中心位置，并且沿卷绕式电芯本体的轴线方向延伸。补锂源包括：支撑结构和补锂材料。补锂材料设置在支撑结构上。
[0006]本申请实施例的技术方案中，通过在卷绕式电芯的中心空洞位置设置支撑结构，成功解决了电芯塌陷问题，同时通过在该支撑结构上设置补锂材料，可以使补锂材料与电极材料充分接触，实现了对电极材料的充分补锂。此外，由于补锂源设置于卷绕式电芯的中心位置，当补锂过程中有气体产生时，随着补锂材料消耗，这些气体会集中在该中心位置处，方便排出，避免因气体在极片之间积余，造成极片之间空隙增大，从而导致电芯体积膨胀的问题。>[0007]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第一种示例，支撑结构包括支撑本体和凸起结构，或者，支撑结构包括支撑本体和凹陷结构。凸起结构和凹陷结构均设置在支撑本体的侧壁上。
[0008]该设计中，在支撑本体侧壁上设置凸起结构或凹陷结构能够提供容纳补锂材料的空间。
[0009]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第二种示例，支撑本体为柱体。凸起结构为条形凸起结构或棒状凸起结构。
[0010]由于卷绕式电池通常为柱状电池，其中心位置处的空洞通常也为柱状，因此设计柱体状的支撑本体并配合凸起结构，能够使支撑结构更好地匹配中心位置处的空洞，起到更好的支撑作用。
[0011]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第三种示例，条形凸起结构的长度等于支撑本体的长度。条形凸起结构的数量为2个以上。
[0012]这样设计能够使补锂材料分布在支撑本体的整个长度上，并且保证补锂材料被消耗后，支撑本体上的凸起结构能够在多个方向上起到支撑作用，更好地防止卷绕式电芯变形或塌陷。
[0013]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第四种示例，支撑结构为齿轮形结构或狼牙棒结构。
[0014]齿轮形结构和狼牙棒结构都具有均匀分布的多个凸起结构，能够使补锂材料均匀分布在支撑结构上，从而使其能够均匀充分地与电极材料接触，从而实现充分补锂。
[0015]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第五种示例，支撑本体为柱体。凹陷结构为条形凹槽或孔洞。
[0016]该设计中，柱体状的支撑本体能够更好地匹配中心位置处的空洞，起到更好的支撑作用，并且通过在支撑本体上设置条形凹槽或孔洞能够方便地为补锂材料提供容纳空间。
[0017]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第六种示例，条形凹槽的长度等于支撑本体的长度。条形凹槽的数量为2个以上。
[0018]这样设计能够使补锂材料分布在支撑本体的整个长度上，并且保证补锂材料被消耗后，支撑本体依然能够在多个方向上起到支撑作用，更好地防止卷绕式电芯变形或塌陷。
[0019]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第七种示例，补锂材料填充在凸起结构之间或凹陷结构中。
[0020]该设计中，补锂材料填充在凸起结构之间或凹陷结构中，而非包覆在支撑本体侧壁上，这样能够避免随着补锂材料消耗，支撑结构的侧壁不再与卷绕式电芯本体接触，从而造成卷绕式电芯变形或塌陷。
[0021]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第八种示例，支撑结构的部分侧壁与卷绕式电芯本体接触。
[0022]该设计中，保持支撑结构的部分侧壁与卷绕式电芯本体始终接触，可以保证在卷绕式电芯的整个使用过程中，支撑结构始终能够起到支撑作用，从而有效防止电芯变形或塌陷，同时还可以避免极片在使用过程中因物理振动、摩擦而导致脱粉。
[0023]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第九种示例，支撑结构的材料为导电材料。
[0024]使用导电材料的主要优势在于：提供电化学补锂方式，由于补锂材料导电性较差，直接使用难以起到补锂效果，因此设置内部导电骨架(即支撑结构)以发挥电化学补锂作用。
[0025]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第十种示例，导电材料为钴、铜或铂。
[0026]这些导电材料具有良好的导电性能，能够提高补锂材料的补锂效果。
[0027]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第十一种示例，支撑结构的高度大于或等于卷绕式电芯本体的高度。
[0028]这样设置有利于补锂材料与卷绕式电芯本体整个高度上的电极材料充分接触，以实现充分补锂。
[0029]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第十二种示例，补锂材料为氧化
锂、过氧化锂、氢氧化锂和氮化锂中的一种或多种。
[0030]这些材料均为锂的氧化物、氢氧化物或氮化物等，而非锂粉或锂带，这是因为锂单质活性高，密度低，对制备环境有较高要求，且锂粉或锂带在保存或运输过程中可能会因其活性高而产生安全问题，引发燃爆事故等，故而本申请所用的补锂材料更加安全可靠。
[0031]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第十三种示例，卷绕式电芯本体包括正极极片、负极极片和隔膜。正极极片和负极极片均包括多孔集流体。
[0032]当正极集流体和负极集流体均为多孔材料时，锂离子可以通过扩散跃迁完成从负极到正极的移动，从而加快补锂速度，避免了传统补锂方式中锂离子需要花费大量时间从负极向其它位置移动的弊端，可实现同时对正负极补锂的效果，大幅提升补锂效率。
[0033]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第十四种示例，卷绕式电芯为无负极电芯结构。
[0034]无负极电芯结构设计可以省去负极材料的涂敷和压制过程，通过在第一次充放电过程中锂离子的移动，在负极集流体表面构建更加可控的负极。
[0035]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第十五种示例，卷绕式电芯本体包括正极极耳和负极极耳。支撑结构的一端设置有导电体。导电体用于与正极极耳或负极极耳电连接。
[0036]通过在支撑结构的一端设置导电体，能够方便地实现补锂源与正负极的电连接，从而实现电化学补锂。
[0037]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第十六种示例，卷绕式电芯本体为圆柱体本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种卷绕式电芯，其特征在于，包括：卷绕式电芯本体；以及补锂源，所述补锂源设置在所述卷绕式电芯本体的中心位置，并且沿所述卷绕式电芯本体的轴线方向延伸，所述补锂源包括：支撑结构和补锂材料，所述补锂材料设置在所述支撑结构上。2.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述支撑结构包括：支撑本体；以及凸起结构或凹陷结构，设置在所述支撑本体的侧壁上。3.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述支撑本体为柱体，所述凸起结构为条形凸起结构或棒状凸起结构。4.根据权利要求3所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述条形凸起结构的长度等于所述支撑本体的长度；所述条形凸起结构的数量为2个以上。5.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述支撑结构为齿轮形结构或狼牙棒结构。6.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述支撑本体为柱体，所述凹陷结构为条形凹槽或孔洞。7.根据权利要求6所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述条形凹槽的长度等于所述支撑本体的长度，所述条形凹槽的数量为2个以上。8.根据权利要求2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述补锂材料填充在所述凸起结构之间或所述凹陷结构中。9.根据权利要求1或2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述支撑结构的部分侧壁与所述卷绕式电芯本体接触。10.根据权利要求1或2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述支撑结构的材料为导电材料。11.根据权利要求10所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述导电材料为钴、铜或铂。12.根据权利要求1或2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述支撑结构的高度大于或等于所述卷绕式电芯本体的高度。13.根据权利要求1或2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述补锂材料为氧化锂、过氧化锂、氢氧化锂和氮化锂中的一种或多种。14.根据权利要求1或2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述卷绕式电芯本体包括：正极极片、负极极片和隔膜，所述正极极片和所述负极极片均包括多孔集流体。15.根据权利要求1或2所述的卷绕式电芯，其特征在于，所述卷绕式电芯为无负极电芯结构。16....
【专利技术属性】
技术研发人员：刘锋，陈宇杰，钟韡，葛销明，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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