CN115275326A - 一种电芯及其制备方法、电池 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电芯及其制备方法、电池，该电芯包括：层叠设置的多个第一极片和第二极片；相邻的第一极片和第二极片之间通过隔膜隔离；每个第一极片包括第一水平部以及与第一水平部连接的第一弧形折弯部；每个第二极片包括第二水平部以及与第二水平部连接的第二弧形折弯部；沿第一极片及第二极片层叠的顺序，多个第一水平部与多个第二水平部层叠设置，多个第一弧形折弯部与多个第二弧形折弯部嵌套。通过采用第一极片和第二极片层叠并折弯，从而形成不规则的电芯形状，在将电芯装配在设备的空间内时，可通过折弯的第一极片和第二极片形成的电芯填充不规则的区域，从而提高电池空间的利用率，进而提高形成的电池的能量密度。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及到一种电芯及其制备方法、电池。
背景技术
锂离子电池由于具有重量轻、体积小、电容量较大、充电速度快等优点，被广泛应用于笔记本电脑等各类数码、通信产品上。
锂离子电池常规的形状为方形或圆柱形，但在使用场景中，由于用电器设计空间的限制，预留给电池的空间不一定是标准的方形或圆柱形空间，从而导致电器内空间利用率较低。
发明内容
本申请提供了一种电芯及其制备方法、电池，用以提高装配电池空间的利用率。
第一方面，提供了一种电芯，该电芯包括：层叠设置的多个第一极片和第二极片；其中，所述第一极片和所述第二极片交替层叠，且相邻的所述第一极片和所述第二极片之间通过隔膜隔离；
每个所述第一极片包括第一水平部以及与所述第一水平部连接的第一弧形折弯部；
每个所述第二极片包括第二水平部以及与所述第二水平部连接的第二弧形折弯部；其中，
沿所述第一极片及所述第二极片层叠的顺序，多个所述第一水平部与多个所述第二水平部层叠设置，多个所述第一弧形折弯部与多个所述第二弧形折弯部嵌套。
在上述技术方案中，通过采用第一极片和第二极片层叠并折弯，从而形成不规则的电芯形状，在将电芯装配在设备的空间内时，可通过折弯的第一极片和第二极片形成的电芯填充不规则的区域，从而提高电池空间的利用率，进而提高形成的电池的能量密度。
在一个具体的可实施方案中，多个所述第一极片和多个所述第二极片层叠形成台阶形的电芯。通过形成的台阶形的电芯可应用在形成台阶形空间内，提高形成的电池的能量密度。
在一个具体的可实施方案中，任一所述第一极片的第一端与任一所述第二极片的第二端在竖直方向上齐平；
其中，所述第一端为所述第一水平部远离所述第一弧形折弯部的端部；
所述第二端为所述第二水平部远离所述第二弧形折弯部的端部。采用第一水平部和第二水平部的端部齐平，可进一步的提高组成的电池的能量密度。
在一个具体的可实施方案中，任一所述第一极片的第三端与任一所述第二极片的第四端齐平；
其中，所述第三端为所述第一弧形折弯部远离所述第一水平部的端部；
所述第四端为所述第二弧形折弯部远离所述第二水平部的端部。采用第一极片和第二极片的端部齐平，可进一步的提高组成的电池的能量密度。
在一个具体的可实施方案中，多个所述第一弧形折弯部与多个所述第二弧形折弯部的半径沿由内至外方向层叠时逐渐增大。
在一个具体的可实施方案中，交替层叠的所述第一极片和所述第二极片中，位于内侧的所述第一极片的所述第一弧形折弯部的半径R1满足：0≤R1≤1/2的极片长度/π，或位于内侧的所述第二极片的所述第二弧形折弯部的半径R2满足：0≤R2≤1/2的极片长度/π；
其中，极片长度为任一所述第一弧形折弯部和任一所述第二弧形折弯部所在的极片的长度。通过设定的第一弧形折弯部和第二弧形折弯部的半径保证了第一极片和第二极片的弯折效果，避免弯折对第一极片和第二极片结构强度的影响。
在一个具体的可实施方案中，沿由内至外的层叠方向，所述极片的长度逐渐递增，任意相邻的极片中，位于外侧的极片的长度大于位于内侧的极片的长度至少2mm。保证了第一极片和第二极片的端部可齐平。
在一个具体的可实施方案中，任一所述第一水平部和任一所述第二水平部的长度X满足：
1/3的极片长度≤X≤1/2的极片长度；极片长度为任一所述第一水平部和任一所述第二水平部所在的极片的长度。
在一个具体的可实施方案中，至少部分所述第一弧形折弯部包括第一弧形部以及与所述第一弧形部连接的第三水平部；
至少部分所述第二弧形折弯部包括第二弧形部以及与所述第二弧形部连接的第四水平部。保证了第一极片和第二极片在弯折后，可形成台阶形电芯。
在一个具体的可实施方案中，所述第三水平部和所述第四水平部的长度L满足：
0≤L≤1/4的极片长度；所述极片长度为所述第三水平部或所述第四水平部所在的极片的长度。保证了第一极片和第二极片在弯折后，可形成台阶形电芯。
在一个具体的可实施方案中，所述隔膜为隔膜袋，且每个隔膜袋对应包裹一个所述第一极片。通过隔膜袋包裹第一极片，方便了电芯制备。
在一个具体的可实施方案中，所述第一弧形折弯部和所述第二弧形折弯部为圆弧形折弯部或椭圆弧形折弯部。形成不同的台阶形电池。
在一个具体的可实施方案中，所述第一极片和所述第二极片的总层数介于4～40层。可提高电芯的能量密度。
在一个具体的可实施方案中，所述第一极片、所述隔膜及所述第二极片热压连接。方便电芯制备。
第二方面，提供了一种电芯的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供多个第一极片和多个第二极片，在相邻的所述第一极片和所述第二极片之间设置隔膜；
执行层叠和弯折工艺，以沿所述第一极片及所述第二极片层叠的顺序，多个所述第一极片的第一水平部与多个所述第二极片的第二水平部层叠设置，多个所述第一极片的第一弧形折弯部与多个所述第二极片的第二弧形折弯部嵌套。
在上述技术方案中，通过采用第一极片和第二极片层叠并折弯，从而形成不规则的电芯形状，在将电芯装配在设备的空间内时，可通过折弯的第一极片和第二极片形成的电芯填充不规则的区域，从而提高电池空间的利用率，进而提高形成的电池的能量密度。
在一个具体的可实施方案中，所述执行层叠和弯折工艺的步骤包括：
将多个第一极片和多个第二极片交替层叠，将交替层叠后的多个第一极片和多个第二极片进行弯折并热压固定。
在一个具体的可实施方案中，所述执行层叠和弯折工艺的步骤包括：
制备装配单元，每个装配单元包括层叠的第一极片、第二极片及隔膜；所述第一极片包括第一水平部以及与所述第一水平部连接的第一弧形折弯部；所述第二极片包括第二水平部以及与所述第二水平部连接的第二弧形折弯部；且所述第二弧形折弯部与所述第一弧形折弯部嵌套；
按照由内至外或由外至内的顺序将多个所述装配单元层叠热压；其中，沿所述第一极片及所述第二极片层叠的顺序，多个所述第一水平部与多个所述第二水平部层叠设置，多个所述第一弧形折弯部与多个所述第二弧形折弯部嵌套。
在一个具体的可实施方案中，所述执行层叠和弯折工艺的步骤包括：
将第一极片弯折并将所述隔膜与所述第一极片热压固定；
将所述第二极片与折弯后的第一极片层叠，并将所述第二极片折弯，与所述隔膜热压固定；
按照由内至外或由外至内的顺序交替层叠、弯折并热压固定所述第一极片和所述第二极片。
在一个具体的可实施方案中，所述制备装配单元，具体包括：
将所述隔膜包裹所述第一极片并折弯，并将所述隔膜与所述第一极片热压固定；
将第二极片与折弯后的第一极片层叠，并将所述第二极片折弯，与所述隔膜热压固定。方便电芯制备。
在一个具体的可实施方案中，所述制备装配单元，具体包括：
将所述隔膜包裹所述第一极片；将所述第二极片与所述第一极片层叠；
将层叠的第一极片和第二极片折弯并热压固定。
在一个具体的可实施方案中，所述在相邻的所述第一极片和所述第二极片之间设置隔膜，具体包括：
将双面涂胶隔膜卷裹所述第一极片，并将所述隔膜边沿粘接形成隔膜袋，所述第一极片位于所述隔膜袋内；或者，
将所述隔膜制作成隔膜袋，并将所述第一极片套至所述隔膜袋内。方便电芯制备。
第三方面，提供了一种电池，该电池包括壳体以及上述任一项所述的电芯，所述电芯设置在所述壳体内。
在上述技术方案中，通过采用第一极片和第二极片层叠并折弯，从而形成不规则的电芯形状，在将电芯装配在设备的空间内时，可通过折弯的第一极片和第二极片形成的电芯填充不规则的区域，从而提高电池空间的利用率，进而提高形成的电池的能量密度。
附图说明
图1示出了本申请实施例提供的电芯的结构示意图；
图2示出了本申请实施例提供的第一极片的结构示意图；
图3示出了本申请实施例提供的第二极片的结构示意图；
图4示出了本申请实施例提供的第一极片和第二极片层叠成装配单元的结构示意图；
图5示出了本申请实施例提供的另一电芯的结构示意图；
图6示出了本申请实施例提供的电池的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本申请进一步详细说明。通过这些说明，本申请的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
为方便理解本申请实施例提供的电芯，首先说明一下电芯的应用场景。本申请实施例提供的电芯为电池的主体结构，电池包括壳体以及位于壳体内的电芯。常规的形状为方形或圆柱形，但在电池的使用场景中，由于用电器设计空间的限制，导致预留给电池的空间并非规则的空间，放置常规的电池会导致空间的浪费，影响能量密度，为此本申请实施例提供了一种电芯，下面结合具体的附图以及示例对其进行详细的说明。
首先说明下，本申请实施例提供的电芯可应用于不同类型的电池中，示例性的，本申请实施例提供的电芯可应用于固体电池，也可应用于液态电池。为方便描述，以电芯应用于液态电池为例进行说明。
本申请实施例提供的电芯可为锂离子电池用电芯或钠离子电池用电芯。当然除上述示例的锂离子电池或者钠离子电池外，还可应用于其他可实施的金属离子电池，在本申请实施例中不做具体限定。
参考图1，图1示出了本申请实施例提供的电芯的结构示意图。本申请提供的电芯的主体结构包括层叠设置的多个第一极片10和第二极片20；其中，第一极片10和第二极片20交替层叠，且相邻的第一极片10和第二极片20之间通过隔膜(图中未示出)隔离；示例性的，隔膜设置在第一极片10和第二极片20之间，以将第一极片10和第二极片20之间电隔离。
应理解，在本申请实施例中，第一极片10和第二极片20的极性相反，既可以第一极片10为正极片，第二极片20为负极片；也可第一极片10为负极片，第二极片20为正极片。在本申请实施例中不做具体限定。
为方便描述，在本申请实施例中，以第一极片10为正极片，第二极片20为负极片为例对电芯的结构进行说明。
在本申请实施例中，第一极片10和第二极片20均为折弯的极片。以第一极片10为例，第一极片10包括第一水平部11以及与第一水平部11连接的第一弧形折弯部12；示例性的，第一弧形折弯部12可为不同类型的折弯部，如第一弧形折弯部12为圆弧形折弯部，或椭圆弧形折弯部，或者抛物线形折弯部等不同类型的折弯部。同理，第二弧形折弯部22也可为不同类型的折弯部，如第二弧形折弯部22为圆弧形折弯部，或椭圆弧形折弯部，或者抛物线形折弯部等不同类型的折弯部。
在第一极片10和第二极片20层叠形成电芯时，沿第一极片10及第二极片20层叠的顺序，多个第一水平部11与多个第二水平部21层叠设置，多个第一弧形折弯部12与多个第二弧形折弯部22嵌套。
为方便描述，构建XY坐标系，其中，X方向平行于第一水平部11的长度方向；Y方向垂直于X方向，且Y方向为第一极片10和第二极片20层叠的方向。第一极片10和第二极片20层叠时，第一极片10和第二极片20沿Y方向层叠，且在折弯时，第一极片10和第二极片20靠近O点的一端沿顺时针向上折弯。应理解，上述折弯方向仅为方便描述本申请实施例中第一极片10和第二极片20相对位置的关系，本申请实施例提供的电芯的第一极片10和第二极片20还可采用其他类型的折弯，如第一极片10和第二极片20靠近O点的一端沿逆时针折弯，或者第一极片10和第二极片20远离O点的一端进行折弯。在本申请实施例中，以图1中所示的折弯方式为例对本申请实施例提供的电芯进行说明。
首先，结合附图说明一下本申请实施例提供的第一极片10和第二极片20的结构。
参考图2，图2示出了电芯的第一极片10的结构示意图。应理解，图3中示例的第一极片10的尺寸，并不代表第一极片10的实际尺寸。
第一极片10包括负极集流体，以及涂覆在负极集流体上的负极活性材料层。负极集流体采用负极金属箔层。示例性的，负极金属箔层可以选择本领域常用的各种材料，例如负极金属箔为铝箔。负极活性材料层同样可以选择本领域常用的各种材料，本申请不再赘述。该第一极片10还具有第一极耳13，该极耳可以是另外焊接的极耳，也可以为负极集流体延伸出的凸起结构，且第一极耳13上未涂覆负极活性材料层，优选为负极集流体延伸出的凸起结构。
在一个可选的方案中，先将第一极片10与隔膜贴敷。在具体贴敷时，将隔膜制备为隔膜袋30，且每个隔膜袋30对应包裹一个第一极片10。以通过隔膜袋30包裹第一极片10，方便了电芯制备。示例性的，先将双面涂胶隔膜卷料，与第一极片10制袋，如图2中所示，虚线表示隔膜，隔膜做成袋状将第一极片10套在隔膜里，隔膜袋30三边可将第一极片10包住，安全性相对更高。
在采用上述结构时，对于锂电池的电芯，因为正极的锂离子必须要嵌入到负极去，锂离子必须有接收方，所以最外侧的正极片两侧都得有负极片包裹。或者最外层正极片不涂敷活性材料，这样最外层就不需要再设置负极片。当然，对于锂离子电池来说，最内侧也可以是正极片，那就需要在正极片上再放一个负极片，或者最内层正极片上不涂敷活性材料也行。由上述描述可看出，对于锂离子电池，在本申请实施例中，采用负极片全包裹正极片，也即正极片的两面都必须对应有负极片。因此，采用将第一极片10通过隔膜袋30包裹时，位于电芯的最外层的第一极片10也包裹有隔膜，简化了整个电芯的制备工艺。
应理解，对于钠离子电池或其他类似采用上述原理的电池均采用上述的方式设置，在本申请实施例中不再详细赘述。
在对第一极片10进行折弯时，首先将制袋好的第一极片10连同隔膜进行弯折180°，然后进行热压，热压后进行冷却定型，由于使用的是涂胶隔膜，因此冷却后极片不会恢复原状。应理解，在本申请实施例中对第一极片10进行热压时，使用定制的U型热压工装，且带有极片定位功能。
上述的第一极片10在折弯后包括第一水平部11以及与第一水平部11连接的第一弧形折弯部12。其中，第一水平部11和第一弧形折弯部12的尺寸可根据对应的设置空间设置。
为方便后续描述，定义了第一极片10的第一端和第三端，其中，点a指代为第一极片10的第一端，点b指代为第一极片10的第三端。也即，第一端为第一水平部11远离第一弧形折弯部12的一端，第三端为第一弧形折弯部12远离第一水平部11的一端。
参考图3，图3示出了电芯的第二极片20的结构示意图。应理解，图3中示例出的第二极片20的尺寸，并不代表第二极片20的实际尺寸。
第二极片20包括负极集流体，以及涂覆在负极集流体上的负极活性材料层。负极集流体采用负极金属箔层。示例性的，负极金属箔层可以选择本领域常用的各种材料，例如负极金属箔为铜箔。负极活性材料层同样可以选择本领域常用的各种材料，本申请不再赘述。该第二极片20还具有第二极耳23，该极耳为负极集流体延伸出的凸起结构，且第二极耳23上未涂覆负极活性材料层。
在第二极片20进行折弯时，将第二极片20插入弯折后负极片的相应位置，再将第二极片20弯折180度，第二极片20在折弯后，其包括第二水平部21以及与第二水平部21连接的第二弧形折弯部22。
在将第二极片20热压后紧贴第一极片10和隔膜，第二极片20冷却后，第一极片10、隔膜、第二极片20即可定型成一单独装配单元。应理解，在对第二极片20进行折弯时，也采用折弯第一极片10的U型热压工装。
在将第二极片20插入到第一极片10的对应位置时，第二极片20由第一极片10的外侧插入，上述第一极片10的外侧指代为第一极片10背离折弯方向的一侧，也即沿Y方向上，第二极片20位于第一极片10下方。
另外，在第二极片20折弯后，第二弧形折弯部22与第一弧形折弯部12嵌套，第二弧形折弯部22位于第一弧形折弯部12的外侧。
为方便后续描述，定义了第二极片20的第二端和第四端，其中，点c指代为第二极片20的第二端，点d指代为第二极片20的第四端。也即，第二端为第二水平部21远离第二弧形折弯部22的一端，第四端为第二弧形折弯部22远离第二水平部21的一端。
应理解，为避免第一极耳13和第二极耳23之间搭接出现短路，在设置第一极耳13和第二极耳23时，应保证第一极片10和第二极片20叠片时，第一极耳13和第二极耳23位置相错，以形成间隔排列的正极连接结构和负极连接结构。
当然，除上述示例的形成装配单元的方式外，还可采用其他的方式，示例性的，将制袋好的第一极片10和第二极片20层叠，之后，第一极片10和第二极片20一起弯折180°，再进行热压，第一极片10和第二极片20冷却后即可定型成一单独装配单元。
在形成电芯时，单独制备多个装配体单元，再将多个装配单元进行层叠热压从而形成电芯。该电芯中，第一极片10、隔膜及第二极片20热压连接，从而方便了制备。另外，由于本申请实施例中，使用的涂胶隔膜，故不需贴胶固定，冷却后即可定型。
该电芯中，多个第一极片10和多个第二极片20层叠形成台阶形的电芯。从而可通过形成的台阶形的电芯应用在形成台阶形空间内，提高形成的电池的能量密度。
继续参考图1，形成的台阶形电芯一侧为一个台阶结构，且位于台阶结构的相对的另一侧为弧形的侧壁，也即形成的电芯一侧为弧形，另一侧为具有台阶面的阶梯式的电芯。
继续参考图1，在本申请实施例提供的电芯中，多个第一弧形折弯部12与多个第二弧形折弯部22的半径沿由内至外的层叠方向逐渐增大。也即沿远离X的方向，随着第一极片10和第二极片20的堆叠，第一弧形折弯部12和第二弧形折弯部22的半径逐渐增大。
示例性的，交替层叠的第一极片10和第二极片20中，位于内侧的第一极片10的第一弧形折弯部12的半径R1满足：0≤R1≤1/2的极片长度/π，或位于内侧的第二极片20的第二弧形折弯部22的半径R2满足：0≤R2≤1/2的极片长度/π；其中，极片长度为任一第一弧形折弯部12和任一第二弧形折弯部22所在的极片的长度。在采用上述折弯半径时，通过设定的第一弧形折弯部12和第二弧形折弯部22的半径保证了第一极片10和第二极片20的弯折效果，避免弯折对第一极片10和第二极片20结构强度的影响。若R1或R2等于0，则位于内侧的极片(第一极片10或第二极片20)折弯180°。
另外，在层叠时，多个第一弧形折弯部12与多个第二弧形折弯部22的半径沿由内至外的层叠方向逐渐增大，以保证折弯后的第一极片10和第二极片20可嵌套。
作为一个可选的方案，在多个第一极片10和第二极片20层叠形成电芯时，任一第一极片10的第一端与任一第二极片20的第二端齐平；其中，第一端为第一水平部11远离第一弧形折弯部的端部；第二端为第二水平部21远离第二弧形折弯部的端部。在采用第一水平部11和第二水平部21的端部齐平。参考图4，在第一极片10和第二极片20堆叠时，第一极片10的第一端a与第二极片20的第二端c齐平，可保证组成的电芯的端部齐平，可进一步的提高组成的电池的能量密度。应理解上述齐平指代为在装配误差允许的情况下形成的对位齐平。
为保证第一极片10和第二极片20的端部齐平，在设置第一极片10和第二极片20时，沿由内至外的层叠方向，极片的长度逐渐递增。也即沿背离Y方向的方向，极片的长度逐渐增大，示例性的，任意相邻的极片中，位于外侧的极片的长度大于位于内侧的极片的长度至少2mm。以保证第一极片10和第二极片20的端部可齐平。应理解，上述2mm为一个示例，在第一极片10和第二极片20的厚度发生变化，或者第一极片10和第二极片20的折弯半径发生变化时，可进行相应的调整。如相邻的极片的长度相差1.5mm、2mm、2.5mm等不同的尺寸。
在一个具体的可实施方案中，任一第一水平部11和任一第二水平部21的长度X满足：1/3的极片长度≤X≤1/2的极片长度；极片长度为任一第一水平部11和任一第二水平部21所在的极片的长度。示例性的，以第一极片10为例，则第一极片10的第一水平部11的长度X1满足：1/3的第一极片10的长度≤X1≤1/2的第一极片10的长度。如X1为：1/3的第一极片10的长度、5/12的第一极片10的长度、1/2的第一极片10的长度等不同的长度。应理解，沿由内至外的层叠方向，第一水平部11占第一极片10的整体长度的比例逐渐降低。同理，对于第二水平部21的长度也采用相同的设置。
在水平部占对应的极片长度采用上述比例时，对应的，弧形折弯部在展开时的长度L介于：1/2的极片长度≤L≤2/3的极片长度。在水平部占用的极片的长度发生变化时，对应的弧形折弯部的长度也发生相应的变化。在采用上述尺寸比例时，保证了折弯形成的电芯可形成台阶形的电芯。
作为一个可选的方案，任一第一极片10的第三端与任一第二极片20的第四端齐平；其中，第三端为第一弧形折弯部12远离第一水平部11的端部；第四端为第二弧形折弯部22远离第二水平部21的端部。参考4，在第一极片10和第二极片20堆叠时，第一极片10的第三端b与第二极片20的第四端d齐平，可保证组成的电芯的端部齐平，可进一步的提高组成的电池的能量密度。应理解上述齐平指代为在装配误差允许的情况下形成的对位齐平。
为方便理解本申请实施例提供的极片的折叠方式，下面示例进行说明：设定极片包括水平部和弧形折弯部，即极片长度为水平部长度+弧形折弯部长度，沿由内到外的方向，设第一层第一极片10的长度为X1，厚度为h，第一层第二极片20的长度为Y1，厚度为w，隔膜单层厚度为m，第一层装配单元的半径为r(0≤r≤1/2极片长度/π)，第一极片10比第二极片20长2mm(即X1-Y1＝2)，第一极片10的水平部的长度为Z，Z值为定值，具体为Z＝X1-πr，则第二层第一极片10的长度X2＝π(r+h+w+3m)+Z，第二极片20的长度为：Y2＝X2-2，以此类推，第n层第一极片10的长度为：Xn＝π(r+h(n-1)+w(n-1)+(2n-1)mn)+Z，第n层第二极片20的长度为：Yn＝Xn-2；n为正整数。由于弯折后外侧比内侧半径大，若各层长度一致，则弯曲后装配体有一端为斜面，则不能达到阶梯状的效果，通过上述公式计算，将各层的极片的长度逐渐增加，保证极片弯曲后，装配两端均为平直的面，进而达到阶梯状的效果。
在本申请实施例中，第一极片10和第二极片20的总层数介于4～40层。示例性的，总层数可为4层、10层、20层、30层、40层等不同的层数，以通过较多的极片层提高电池的储能效果。在电芯组成电池时，可进一步的提高电池的能量密度。
在上述技术方案中，通过采用第一极片10和第二极片20层叠并折弯，从而形成不规则的电芯形状，在将电芯装配在设备的空间内时，可通过折弯的第一极片10和第二极片20形成的电芯填充不规则的区域，从而提高电池空间的利用率，进而提高形成的电池的能量密度。
参考图4，图4为基于图1所示的电芯的一个变形结构。图4中的部分标号可参考图1中的相同标号。
图4中示例的电芯包括多个第一极片10和多个第二极片20。其中，至少部分的第一弧形折弯部12包括第一弧形部121以及与第一弧形部121连接的第三水平部122。应理解，上述至少部分第一弧形折弯部12指代为可仅部分第一弧形折弯部12包括第三水平部122，或全部的第一弧形折弯部12包括第三水平部122。在仅部分第一弧形折弯部12包括第三水平部122时，该部分第三弧形折弯部应位于外侧的第一弧形折弯部12。在图4中示例出了，所有的第一弧形折弯部12均包括第三水平部122，但应理解本申请实施例提供的第一极片10不仅限于上述示例，也可仅部分第一弧形折弯部12具有第三水平部122。
同理，对于第二极片20，也采用至少部分第二弧形折弯部22包括第二弧形部221以及与第二弧形部221连接的第四水平部222。第二弧形折弯部22包括第四水平部222的方式可参考上述第一弧形折弯部12包括第三水平部122的方式，在此不再赘述。
应理解，在第一弧形折弯部12和第二弧形折弯部22分别包括第三水平部122和第四水平部222时，应保证无论第一弧形折弯部12是否包含第三水平部122、第二弧形折弯部22是否包含第四水平部222，在形成电芯时，电芯的端部都应齐平。
作为一个可选的方案，在第一弧形折弯部12包括第三水平部122时，第二弧形折弯部22包括第四水平部222时，第三水平部122和第四水平部222的长度L满足：0≤L≤1/4的极片长度；极片长度为第三水平部122或第四水平部222所在的极片的长度。示例性的，该第三水平部122或第四水平部222的长度可为0、1/6的极片长度、1/5的极片长度、1/4的极片长度等不同的尺寸。在采用上述尺寸时，保证了第一极片10和第二极片20在弯折后，可形成台阶形电芯。应理解，第三水平部122和第四水平部222设置的方式可为沿Y方向，长度逐渐增加。或者也可采用第三水平部122和第四水平部222的长度相等。具体的可根据实际需要设定。在采用第三水平部122和第四水平部222长度相等时，也应保证第一极片10和第二极片20在层叠时端部齐平。
本申请实施例还提供了一种电芯的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供多个第一极片和多个第二极片，在相邻的所述第一极片和所述第二极片之间设置隔膜；
执行层叠和弯折工艺，以沿所述第一极片及所述第二极片层叠的顺序，多个所述第一极片的第一水平部与多个所述第二极片的第二水平部层叠设置，多个所述第一极片的第一弧形折弯部与多个所述第二极片的第二弧形折弯部嵌套。
下面详细说明一下本申请实施例提供的上述制备方法。
上述的执行层叠和弯折工艺的步骤可具体包括：
步骤001：制备装配单元，每个装配单元包括层叠的第一极片、第二极片及隔膜；
具体的，在制备时，首先，将隔膜包裹第一极片并折弯；具体的，将双面涂胶隔膜卷裹第一极片，并将隔膜边沿粘接形成隔膜袋，第一极片位于隔膜袋内，或者也可以将隔膜制作成隔膜袋，并将第一极片套至隔膜袋内，本申请不限定具体的实施方式。上述步骤可参考图2中关于第一极片制备过程的描述，在此不再展开描述。
在第一极片折弯后，将第二极片与折弯后的第一极片层叠，并将第二极片折弯，与隔膜热压固定。具体的，可参考图3和图4中所示的结构中的相关描述说明。在此不再赘述。
除上述方式外，制备装配单元还可采用将隔膜包裹第一极片；将第二极片与第一极片层叠；将层叠的第一极片和第二极片折弯并热压固定。也即，将第一极片和第二极片层叠后，再整体进行折弯。示例性的，将制袋好的第一极片和第二极片层叠，之后，第一极片和第二极片一起弯折180°，再进行热压，第一极片和第二极片冷却后即可定型成一单独装配单元。
应理解，在制备成装配单元时，第一极片和第二极片之间通过隔膜隔离；第一极片包括第一水平部以及与第一水平部连接的第一弧形折弯部；第二极片包括第二水平部以及与第二水平部连接的第二弧形折弯部；且第二弧形折弯部与第一弧形折弯部嵌套。
步骤002：按照由内至外或由外至内的顺序将多个装配单元层叠热压；其中，沿第一极片及第二极片层叠的顺序，多个第一水平部与多个第二水平部层叠设置，多个第一弧形折弯部与多个第二弧形折弯部嵌套。
具体的，将多个装配单元通过热压设备热压固定，装配体正负极总层数控制在4～40层。在本申请实施例中，由于使用的涂胶隔膜，故不需贴胶固定，冷却后即可定型，形成电芯。
应理解，上述执行层叠和弯折工艺的步骤，除了采用上述制备成装配单元的方式外。还可采用将第一极片和第二极片逐层层叠折弯的制备方法。示例性的，将多个第一极片和多个第二极片交替层叠，将交替层叠后的多个第一极片和多个第二极片进行弯折并热压固定。也即先将多个第一极片多个第二极片层叠，再完成层叠后，再整体进行折弯。
执行层叠和弯折工艺的步骤还可采用：将第一极片弯折并将隔膜与第一极片热压固定；将第二极片与折弯后的第一极片层叠，并将第二极片折弯，与隔膜热压固定；按照由内至外或由外至内的顺序交替层叠、弯折并热压固定第一极片和第二极片。即每层叠一层极片接着进行一次热压固定，一层一层的层叠起来。
示例性的，在层叠时，可采用由内到外的方式层叠。如先将最内侧的极片折弯，之后，沿由内到外的方向，依次折弯对应的极片，再将极片层叠热压固定。或者，还可采用由外到内的方式层叠。如先将位于最外侧的极片折弯，之后，沿由外到内的方向，依次折弯对应的极片，再将极片层叠热压固定。
在采用其他的方式制备电芯时，在相邻的第一极片和第二极片之间设置隔膜时，也可采用将隔膜制袋的方式。如可采用将双面涂胶隔膜卷裹第一极片，并将隔膜边沿粘接形成隔膜袋，第一极片位于隔膜袋内；或者将隔膜制作成隔膜袋，并将第一极片套至隔膜袋内。具体可参考步骤001中的制袋时的描述，在此不再详细赘述。
另外，对于锂电池，当其需要负极片包裹正极片时，可单独在最外层设置一层第一极片，以包裹正极片。
通过上述描述可看出，在本申请实施例提供的方法中，通过采用第一极片和第二极片层叠并折弯，从而形成不规则的电芯形状，在将电芯装配在设备的空间内时，可通过折弯的第一极片和第二极片形成的电芯填充不规则的区域，从而提高电池空间的利用率，进而提高形成的电池的能量密度。
在装配成电芯后，可通过将装配单元装入台阶形的铝塑膜外壳，后续制造流程按软包电池正常工序如焊接、包装、烘烤、注液、化成和分容后，即制得台阶形电池。
参考图6，本申请实施例还提供了一种电池100，该电池100包括壳体以及上述任一项的电芯，电芯的具体结构可参考图1或图4所示，电芯设置在壳体内。在上述技术方案中，通过采用第一极片和第二极片层叠并折弯，从而形成不规则的电芯形状，在将电芯装配在设备的空间内时，可通过折弯的第一极片和第二极片形成的电芯填充不规则的区域，从而提高电池100空间的利用率，进而提高形成的电池100的能量密度。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以上结合了优选的实施方式对本申请进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本申请进行多种替换和改进，这些均落入本申请的保护范围内。
Claims (22)
1.一种电芯，其特征在于，包括：层叠设置的多个第一极片和第二极片；其中，所述第一极片和所述第二极片交替层叠，且相邻的所述第一极片和所述第二极片之间通过隔膜隔离；
每个所述第一极片包括第一水平部以及与所述第一水平部连接的第一弧形折弯部；
每个所述第二极片包括第二水平部以及与所述第二水平部连接的第二弧形折弯部；其中，
沿所述第一极片及所述第二极片层叠的顺序，多个所述第一水平部与多个所述第二水平部层叠设置，多个所述第一弧形折弯部与多个所述第二弧形折弯部嵌套。
2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，多个所述第一极片和多个所述第二极片层叠形成台阶形的电芯。
3.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于，任一所述第一极片的第一端与任一所述第二极片的第二端在竖直方向上齐平；
其中，所述第一端为所述第一水平部远离所述第一弧形折弯部的端部；
所述第二端为所述第二水平部远离所述第二弧形折弯部的端部。
4.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，任一所述第一极片的第三端与任一所述第二极片的第四端齐平；
其中，所述第三端为所述第一弧形折弯部远离所述第一水平部的端部；
所述第四端为所述第二弧形折弯部远离所述第二水平部的端部。
5.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，多个所述第一弧形折弯部与多个所述第二弧形折弯部的半径沿由内至外方向层叠时逐渐增大。
6.根据权利要求5所述的电芯，其特征在于，交替层叠的所述第一极片和所述第二极片中，位于内侧的所述第一极片的所述第一弧形折弯部的半径R1满足：0≤R1≤1/2的极片长度/π，或位于内侧的所述第二极片的所述第二弧形折弯部的半径R2满足：0≤R2≤1/2的极片长度/π；
其中，所述极片长度为任一所述第一弧形折弯部和任一所述第二弧形折弯部所在的极片的长度。
7.根据所述权利要求5所述的电芯，其特征在于，沿由内至外的层叠方向，所述极片的长度逐渐递增，任意相邻的极片中，位于外侧的极片的长度大于位于内侧的极片的长度至少2mm。
8.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，任一所述第一水平部和任一所述第二水平部的长度X满足：
1/3的极片长度≤X≤1/2的极片长度；极片长度为任一所述第一水平部和任一所述第二水平部所在的极片的长度。
9.根据权利要求1～8任一项所述的电芯，其特征在于，至少部分所述第一弧形折弯部包括第一弧形部以及与所述第一弧形部连接的第三水平部；
至少部分所述第二弧形折弯部包括第二弧形部以及与所述第二弧形部连接的第四水平部。
10.根据权利要求9所述的电芯，其特征在于，所述第三水平部和所述第四水平部的长度L满足：
0≤L≤1/4的极片长度；所述极片长度为所述第三水平部或所述第四水平部所在的极片的长度。
11.根据权利要求1～10任一项所述的电芯，其特征在于，所述隔膜为隔膜袋，且每个隔膜袋对应包裹一个所述第一极片。
12.根据权利要求1～10任一项所述的电芯，其特征在于，所述第一弧形折弯部和所述第二弧形折弯部为圆弧形折弯部或椭圆弧形折弯部。
13.根据权利要求1～10任一项所述的电芯，其特征在于，所述第一极片和所述第二极片的总层数介于4～40层。
14.根据权利要求1～10任一项所述的电芯，其特征在于，所述第一极片、所述隔膜及所述第二极片热压连接。
15.一种电芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供多个第一极片和多个第二极片；在相邻的所述第一极片和所述第二极片之间设置隔膜；
执行层叠和弯折工艺，以沿所述第一极片及所述第二极片层叠的顺序，多个所述第一极片的第一水平部与多个所述第二极片的第二水平部层叠设置，多个所述第一极片的第一弧形折弯部与多个所述第二极片的第二弧形折弯部嵌套。
16.根据权利要求15所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述执行层叠和弯折工艺的步骤包括：
将多个第一极片和多个第二极片交替层叠；
将交替层叠后的多个第一极片和多个第二极片进行弯折并热压固定。
17.根据权利要求15所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述执行层叠和弯折工艺的步骤包括：
制备装配单元，每个装配单元包括层叠的第一极片、第二极片及隔膜；所述第一极片包括第一水平部以及与所述第一水平部连接的第一弧形折弯部；所述第二极片包括第二水平部以及与所述第二水平部连接的第二弧形折弯部；且所述第二弧形折弯部与所述第一弧形折弯部嵌套；
按照由内至外或由外至内的顺序将多个所述装配单元层叠热压；其中，沿所述第一极片及所述第二极片层叠的顺序，多个所述第一水平部与多个所述第二水平部层叠设置，多个所述第一弧形折弯部与多个所述第二弧形折弯部嵌套。
18.根据权利要求15所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述执行层叠和弯折工艺的步骤包括：
将第一极片弯折并将所述隔膜与所述第一极片热压固定；
将所述第二极片与折弯后的第一极片层叠，并将所述第二极片折弯，与所述隔膜热压固定；
按照由内至外或由外至内的顺序交替层叠、弯折并热压固定所述第一极片和所述第二极片。
19.根据权利要求17所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述制备装配单元，具体包括：
将所述隔膜包裹所述第一极片并折弯，并将所述隔膜与所述第一极片热压固定；
将所述第二极片与折弯后的第一极片层叠，并将所述第二极片折弯，与所述隔膜热压固定。
20.根据权利要求17所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述制备装配单元，具体包括：
将所述隔膜包裹所述第一极片；将所述第二极片与所述第一极片层叠；
将层叠的第一极片和第二极片折弯并热压固定。
21.根据权利要求15～18任一项所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述在相邻的所述第一极片和所述第二极片之间设置隔膜，具体包括：
将双面涂胶隔膜卷裹所述第一极片，并将所述隔膜边沿粘接形成隔膜袋，所述第一极片位于所述隔膜袋内；或者，
将所述隔膜制作成隔膜袋，并将所述第一极片套至所述隔膜袋内。
22.一种电池，其特征在于，包括壳体以及如权利要求1～14任一项所述的电芯，所述电芯设置在所述壳体内。
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