CN111600077B - 具有涂覆的锂参比电极的电池电芯和提供方法 - Google Patents

Abstract

提供涂覆的锂参比引线的电池电芯，其包括至少一个阳极层、至少一个阴极层和参比引线。参比引线包括导线、联接到导线的锂金属层、以及覆盖锂金属层的聚合物涂层。参比引线插入到具有至少一个阳极层和至少一个阴极层的电池电芯中。

Description

具有涂覆的锂参比电极的电池电芯和提供方法

技术领域

本公开涉及一种具有涂覆的锂参比引线的电池电芯及提供该电池电芯的方法。

背景技术

锂离子(“Li-ion”)电池广泛用于能量存储应用。这些应用包括为电动车辆(EV)和个人电子设备供电，例如笔记本电脑、数字音乐播放器、智能电话等。由于锂离子电池的高能量密度、高工作电压和低自放电率，它们在这些应用中特别有利。然而，尽管它们被广泛使用并且日益普及，但是在锂离子电池的使用中仍然存在严重的技术挑战。这些挑战包括每次充电的里程、充电时间、成本、安全性，以及最重要的电池寿命。由于EV应用期望电池具有长期的电池循环和10-15年的寿命，这些挑战在EV应用中尤其显著。

电池电芯是难以仅从阳极和阴极的外部观察来表征的副反应、非平衡动力学和电势波动的极其复杂的网格。通常，为了研究电化学电芯的详细的非平衡动力学和热力学，需要三电极电芯的特殊结构。三电极电芯是其中“参比电极”放置在电池电芯中的电芯。然而，参比电极还必须与电极的实际工作保持电绝缘。这允许参比电极用作稳定的已知电化学势，利用该电化学势来比较在阳极和阴极端子处测量的电势。这允许容易地计算各个电极电势，而不是简单地测量电极之间的总电化学势差。这还可以实现测量动力学变量和/或常数，例如过电势，同时跟踪电芯内的额外副反应的发生和影响。

发明内容

在一些实施方式中，提供涂覆的锂参比引线的电池电芯可以包括至少一个阳极层、至少一个阴极层和参比引线。参比引线包括导线、联接到导线的锂金属层、以及覆盖锂金属层的聚合物涂层。参比引线可以插入到具有至少一个阳极层和至少一个阴极层的电池电芯中。

在一些实施方式中，提供具有涂覆的锂参比引线的电池电芯的方法可以包括通过将锂金属层联接到导线，以及用聚合物涂层涂覆锂金属层和导线的至少一部分来形成参比引线。该方法还可以包括将参比引线插入到具有至少一个阳极层和至少一个阴极层的电池电芯中。

在任何实施方式中，以下特征中的任何特征可以包括在任何组合中而没有限制。聚合物涂层还可以覆盖导线的至少一部分。聚合物可以是导电聚合物。导电聚合物可以是离子导电聚合物。锂金属层可以压制到导线的端部长度上。在锂金属层联接到导线之后，可将锂金属层和导线浸入聚合物中。电池电芯可以包括果冻卷(jelly roll)，果冻卷包括至少一个阳极层和至少一个阴极层。参比引线可以插入在果冻卷中的至少一个阳极层和至少一个阴极层的层之间。电池电芯可以是棱柱形电芯。电池电芯可以是软包电芯。电池电芯还可以包括电解质，其中参比引线可以插入到电解质中。可以在至少一个阳极层和参比引线之间获得电测量。可以在至少一个阴极层和参比引线之间获得电测量。使用参比引线的电测量可以提供给电动车辆的电池管理系统(BMS)。可以使用参比引线将电测量提供给实验室测试仪。至少一个阳极层和至少一个阴极层可以插入到电池罐中，并且电池罐可以围绕电池盖帽卷曲，使得参比引线在电池罐和电池盖帽之间延伸。电池电芯还可以包括双电极盖帽。至少一个阳极层和至少一个阴极层中的至少一个可以联接到双电极盖帽的第一电极。参比引线可以联接到双电极盖帽的第二电极。电力可以从电池电芯提供到电动车辆的电动机。

附图说明

通过参考说明书的其余部分和附图，可以实现对本发明的本质和优点的进一步理解，其中在所有附图中使用相同的附图标记来表示相似的部件。在一些情况下，子标记与附图标记相关联以表示多个类似部件中的一个。当引用附图标记而没有指定存在的子标记时，其旨在指代所有这样的多个类似部件。

图1A示出了根据一些实施方式的电动车辆的传动系的简化图。

图1B示出了根据一些实施方式的可以在电动车辆中使用的电池管理系统(BMS)130的简化框图。

图2示出了根据一些实施方式的用于电动车辆的锂电池的层的简化图。

图3示出了根据一些实施方式，各种化学层如何可以以果冻卷结构卷起到电池内部的简化图。

图4示出了传统电池电芯的图。

图5A示出了根据一些实施方式的示例性锂电极的图。

图5B示出了根据一些实施方式的锂电极的外部视图的图。

图6示出了根据一些实施方式，聚合物如何能够为锂电极提供机械强度的示例。

图7示出了根据一些实施方式，在制造期间或之后，如何将涂覆的锂金属参比电极插入现有的电池电芯中。

图8示出了根据一些实施方式的在密封电池电芯之前插入有参比电极的果冻卷。

图9示出了根据一些实施方式的罐，该罐已经围绕盖帽闭合以密封电池电芯，同时使电极暴露。

图10A-10B示出了根据一些实施方式的双电极盖帽的用途。

图11示出了根据一些实施方式的用于提供具有涂覆的锂参比引线的电池电芯的方法的流程图。

图12示出了示例性计算机系统，其中可以实现各种实施方式。

具体实施方式

本文描述了用于商业电池电芯的涂覆的锂金属参比引线的实施方式。已经发现锂金属是用作除了电池电芯的阳极和阴极之外的第三参比引线的理想材料。然而，插入到电池电芯的腐蚀性内部的锂金属倾向于快速劣化并且使电池测量结果偏斜。因此，本文所描述的实施方式提供了可联接到导线的锂金属条。锂金属和导线的组合可以涂覆有导电聚合物以保护锂金属，同时仍然允许对电池电芯内部的电接入。然后，可以将涂覆的参比引线插入到具有阳极/阴极层的传统电池电芯中。该参比引线然后可以在商业使用期间向电动车辆的电池管理系统提供附加测量以用于关于电池的实时诊断信息。

锂离子电池电芯在商业、住宅和汽车应用中得到广泛使用。然而，阻碍锂离子电池替代传统能量技术的障碍之一是电池充电。例如，汽车工业仍然主要由传统的汽油内燃机提供动力。内燃机的一个明显优点是其能够快速地补充燃料。例如，在加油站处的停车通常花费少于5分钟，并且可以产生对于由内燃机提供动力的车辆数百英里的能量。相反地，由锂离子电池供电的电动车辆可能需要超过30分钟来对汽车的电池电芯再充电。这就存在着补充燃料速率与再充电速率的差异，这阻止了许多可能使用电动车辆的个人。

为了使电动车辆对一般公众更合意，用于电动车辆的电池充电循环应当尽可能短。因此，对锂离子电池快速充电的能力对该产业来说是非常重要的。如果电动车辆中的电池可以在30分钟内再充电至80％的荷电状态(SOC)，则电动车辆可能比传统的内燃机更具竞争力。因此，对锂离子电池快速充电的能力可提供影响能量效率、能源自主性、环境问题、成本效益的技术改进，并提供许多其它经济和社会效益。

另外，在充电和放电循环期间表征电池电芯的能力对于优化电池的充电时间和/或寿命循环可能是非常有用的。设计具有可与内燃机车辆竞争的存储容量和充电时间的锂离子电池的第一步骤是表征和理解在使用期间发生的分子水平反应。能够测量除阳极和阴极之间的总测量之外的锂电池电芯的电特性对于防止电池劣化模式、锂析出、寿命循环减少、以及限制电动车辆的容量和充电时间的其它电现象可能是必要的。

电池电芯包括难以仅通过对阳极和阴极的外部观察来表征的副反应、非平衡动力学和电势波动的极其复杂的网格。通常，为了研究电化学电芯的详细的非平衡动力学和热力学，需要三电极电芯的特殊结构。三电极电芯是其中“参比电极”放置在电池电芯中的电芯。然而，参比电极还必须与实际工作电极保持电绝缘。这允许参比电极用作稳定的已知电化学势，利用该电化学势来比较在阳极和阴极端子处测量的电势。这还允许容易地计算各个电极电势，而不是简单地测量电极之间的总电化学势差。这附加地允许测量动力学变量和/或常数，例如过电势，同时跟踪电芯内的额外副反应的发生和影响。

然而，在本公开之前，构造三电极电芯是非常容易出错且耗时/费力的过程。用于构造三电极电芯的已知技术充其量是初步的，并且需要精确的技术以避免干扰电池组的正常操作。电极彼此之间的精确对准是必要的，否则产生异常结果的可能性大大增加。此外，重要的是注意到，先前用于制造三电极电芯的切割过程是固有地侵入性的，并且不可能在不影响电芯的最终测量的情况下成功地移除第三电极。典型的三电极电芯不是固有地可用于其它形式的更常规的循环分析和表征，它们也不能用于实际应用。

为了解决本领域中的这些和其它技术问题，本文描述的实施方式提供了一种具有涂覆的锂电极的电池电芯。例如，锂金属条可以层压在离子导电聚合物的薄膜中。该涂层不仅有助于锂金属参比电极的机械坚固性，而且提供了对在典型的电池电芯中存在的腐蚀性电化学环境的防护。该锂参比电极具有简单的几何形状和厚度，这使其可以容易地包括在传统的电池布置中。例如，可以通过将涂覆的锂条插入到外部果冻卷和负极罐之间，或者插入到果冻卷内的任何负极/正极层之间，来将该参比电极添加到电芯中。

在详细描述涂覆的锂金属参比电极之前，本公开将首先描述一个示例性操作环境，其中可使用由涂覆的锂金属参比电极构造的电池电芯。尽管该示例包括利用电池管理系统中的多个电池电芯操作的电动车辆的环境，但是该环境仅通过示例的方式提供并且不意味着限制。其他操作环境可以包括消费电子产品、蜂窝电话、平板计算机、笔记本电脑、健康和安全设备等。

图1A示出了根据一些实施方式的电动车辆100的传动系的简化图。电动车辆的操作条件和要求可以特别好地适合于本文所描述的三电极电芯。电动车辆100包括电池120。电池120通常可由多个单独的电池电芯组成。例如，电池120可以包括以并联/串联配置连接的数百个锂离子电池电芯，以提供稳定的DC电压和大量电流来为电动车辆100供电。电池120还可配备有温度管理系统(TMS)，其调节多个单独的电池电芯的温度。例如，TMS可以包括用于循环冷却剂的通道和/或邻近多个单独的电池电芯的“冷却板”。这些元件可在寒冷环境中向电池120提供热量和/或在较温暖的操作环境中从电池120排出热量。TMS可以调节电池120的温度以确保单独的电池电芯在理想操作温度范围内充电和放电，以避免对单独的电池电芯的损坏(例如，锂析出)。

电池120可向逆变器126提供DC电流。逆变器126可以将DC电流转换成AC电流，该AC电流可以循环通过电动机122的定子。位于电动机122中的定子内部的一个或多个转子可以配备有永磁体。例如，内置式永磁(IPM)电动机或表面永磁(SPM)电动机可以包括安装在转子的主体内部或外部的永磁体。AC电流流过的定子中的绕组产生旋转磁场。旋转磁场在转子的磁体中感应出电流。由定子产生的磁场和磁体中产生的电流之间的相互作用产生了用于电动机122的驱动力。

当电动机122的转子依靠由电池120提供的电力旋转时，转子使轴124转动。差动模块112、114将轴124的旋转运动转换成电动车辆100的车轮104、106、108、110的正交旋转运动。在该简化图中，仅使用单个电动机122来驱动每个车轮104、106、108、110。然而，其它实施方式可使用多个电动机，每个电动机驱动车轮104、106、108、110的子集。例如，一些实施方式可使用第一电动机驱动后车轮104、110，同时使用第二电动机驱动前车轮106、108。在这些实施方式中，单个电池120可以为多个电动机中的每一个供电，或者多个电池可以为多个电动机供电。

图1B示出了根据一些实施方式的可以在电动车辆中使用的电池管理系统(BMS)130的简化框图。如上所述，电池120可以包括多个单独的电池电芯133。BMS 130可以包括许多电气和机械部件，图1B中仅明确示出了其中的一部分。例如，BMS 130可以包括多个传感器，例如温度传感器134、电压/电流传感器136和配置用于监测电池电芯133的状态和环境的其他传感器。传感器读数可以由BMS控制器138处理，BMS控制器包括处理器140、存储器142和图10中详细描述的其它计算机系统组件。

为了使控制回路完整，BMS 130可以包括配置用于向多个电池电芯133提供热量或从其排出热量的一个或多个装置。例如，BMS可以包括TMS，该TMS包括换热器和传热装置(例如，冷却板、冷却剂循环管、辐射加热、通风等)，该传热装置可以用于在电动车辆中的充电/放电期间调节单独的电池电芯133的温度。BMS 130可以使用控制回路来执行与多个电池电芯133相关的多个不同的热操作。首先，BMS 130可以执行冷却功能，该冷却功能从多个电池电芯133排出热量。例如，当电池电芯133达到其最佳温度性能范围时，BMS 130可以使液体冷却剂循环通过传热装置以从电池133排出热量。第二，BMS 130可以在低温期间向电池133提供热量。例如，当以低于最佳温度范围的温度对电池充电或快速充电时，BMS 130可以通过使加热的材料(例如，流体、空气等)围绕电池133循环来加热电池133。一些实施方式也可以使用电加热来增加电池133的温度。BMS 130的一些实施方式还可以围绕电池133设置绝缘，以保护免受电动车辆外部极端天气的影响。除了基本的冷却/加热功能之外，BMS 130还可以提供通风或空气循环。

BMS 130的控制回路的另一方面可以包括电池电芯133的电特性的监测和调节。例如，BMS控制器138可以使用电压/电流传感器136来检测单独的电池电芯133的子集的输出电流和电压。在本公开之前，该监测限于可以仅从电池电芯133的单独的阳极/阴极确定的电特性。还没有开发出在电动车辆运行期间能够可靠地现场使用的三电极电芯。然而，本文描述的实施方案提供了第三电极，其可以另外联接到电压/电流传感器136以表征先前不能由BMS 130测量的内部动力学、电流密度、反应和其他电化学现象。这些新的测量可以由BMS控制器138处理，并且用于更好地控制电池120的电压/电流输出，以更好地控制有效的充电循环，以更好地预测电池寿命循环，并且增加电池电芯133的寿命。

图2示出了根据一些实施方式的可在电动车辆中使用的锂电池200的层的简化图。典型的电池包括薄材料层，这些薄材料层被压紧在一起并卷成圆柱体，可称为“果冻卷”或“瑞士卷”。果冻卷设计通常用于大多数圆柱形可再充电电池中。在这种设计中，可以设有绝缘片，随后是阳极材料的薄层。接下来，可以设置隔膜层，并且可以在顶部上层叠阴极材料。然后，这些层可以卷起并插入到中空的圆柱形壳体中。如下所述，然后可以密封电池电芯，并且在果冻卷的顶部和底部处的用于阳极和/或阴极的金属触点可以联接到电池的壳体和/或盖帽。具体地，果冻卷可包括连接到电池外壳的端子的阳极和阴极引线，电池外壳包封并保护果冻卷。在一些实施方式中，阳极和阴极两者均可联接到电池电芯的顶盖帽。图2详细示出了这些层中的每一个。这些层不仅表示实际锂电池中的物理层，而且表示使用多孔电极和浓缩溶液理论的基本物理模型，其准确地捕获电池内部的锂离子迁移。

锂电池可包括分别连接到阳极和阴极引线的一对集电体202、204。阳极集电体202可包括铜片，并且阴极集电体204可包括铝片，但其它材料也可用于集电体202、204中的任一个。电池200可包括由隔膜210隔离的负阳极电极206和正阴极电极208。每个电极206、208可以包括活性颗粒216、218和电解质溶液212、214。根据该物理模型，电解质相可以连续穿过阳极206、隔膜210和阴极208，在阳极206和阴极208中存在固体颗粒相。固体活性材料216、218可以建模为如图2所示的单一尺寸球形颗粒的矩阵。

在放电过程中，锂可以扩散到阳极206的表面，并且可以经历电化学反应。该反应导致电子的释放并将锂转移到电解质相。锂离子可以扩散并通过电解质212、214从阳极206传导至阴极208，在那里类似的反应将锂转移到正固相。然后，当电池200放电时，锂储存在阴极208的活性材料218内。可使用与上述相反的过程对电池200的充电进行建模。多孔电极和电解质溶液中的这种锂离子传输过程可由电荷和质量守恒定律描述。例如，电荷守恒支配相电势，而质量守恒支配电池200的化学组成中的电解质和固相的相浓度。

图3示出了根据一些实施方式，各种化学层如何可以以果冻卷结构卷起到电池300内部的简化图。上述模型中描述的每层可以以薄片的形式放置在彼此上方，并在电池200的外壳内部卷成圆柱体。例如，阳极206可以包括石墨薄层。阴极206可使用氧化锂族(例如，锂钴氧化物、锂锰氧化物等)的层。这些层中的每一个在电池200内在垂直方向上可以是近似均匀的。因此，在理想条件下，电流可在电池200的底部和电池200的顶部处均匀地在阳极206和阴极208之间来回流动，从而导致整体上几乎均匀的电流密度。

图4示出了传统电池电芯的图。传统的电池电芯包括果冻卷402、壳体或“罐”302和盖帽304。果冻卷402可被卷成圆柱体并插入罐302中。然后，盖帽304可以附接到罐302的顶部。盖帽304可以通过绝缘体与罐302电隔离。在一些实施方式中，罐302可包括围绕罐的外部的绝缘体包装或壳体，使得仅暴露罐302的底部。果冻卷402可包括用于阳极406的电引线和用于阴极404的电引线。用于阳极406的电引线可联接到罐302，使得罐302用作阳极电极。类似地，用于阴极404的电引线可电联接到盖帽304，使得整个盖帽304用作阴极电极。

图4中所示的物理布置和组装过程是可能的，因为在本公开之前的每个果冻卷配置中，用于阳极406的电引线和用于阴极404的电引线位于果冻卷402的圆柱体的相对端上。为了在这种配置中设置第三电引线，必须在阳极和阴极层中冲出精确排列的孔，并且必须将锂条插入并穿过阳极和阴极层。然后，在最终组装过程中，第三电极必须在盖帽304和罐302之间形成螺纹。这导致侵入性过程，该侵入性过程从根本上改变了电池电芯的电特性并且通常使得电池电芯不适合于实际应用。

本文所述的实施方式将第三参比电极集成到商业上可行的电池电芯中，使得阳极和阴极的电特性可在实验室环境之外和在操作环境中独立地被测量。具体地，这些实施方式可以集成到现有BMS系统中以向电动车辆提供实时电测量。这些测量结果可以用于在电动车辆的整体操作中控制电池电芯的充电、放电速率、寿命周期、电流消耗和/或其他使用。然后，随着电池电芯在电动车辆的电池组内的充电和放电循环期间劣化，BMS可以准确地预测荷电状态(SoC)、电力状态(SoP)和健康状态(SoH)。

在电动车辆中的每个单独的电池电芯内将发生许多不同的劣化机制。因此，电化学势在电芯之间以及在单个电池电芯的寿命期间可能不同。然而，为了正确地表征这些劣化机制，可能需要获得来自电池电芯内的单独电极及其电压分布的特定信息。这些电压分布可以提供对电池电芯的当前状态和动态行为的更准确的描述。例如，阳极和阴极电势可能是重要的，因此这些实施方式可以分离正电极和负电极的电势，并且相对于由本文所述的涂覆的锂金属引线提供的第三参比电极来单独地分析它们。

本文所述的实施方式使用锂金属参比电极来提供这种类型的来自第三电极的独立监测。虽然这种类型的电极可以使用具有电压感测的各种参比电极材料来设计，但是已经发现最直接和精确的材料是锂金属。然而，已经发现，简单地提供由锂金属制成的引线不是化学或机械地简单的。具体地，同时存在导致锂金属在与锂离子电极相同的环境中快速劣化的机械和化学问题。裸露的锂金属参比引线的劣化导致电读数受到损害并且寿命缩短。

锂金属在与锂离子电极相同的环境中的劣化首先包括固体电解质界面(SEI)钝化层的形成。具体地，当锂金属暴露于电池电芯的电解质时，SEI层由电解质的分解产物形成在电极表面上。SEI层可干扰锂参比电极提供的电读数。第二，裸露的锂电极会由于被称为锂析出的现象或由于SEI层的形成而经历锂金属的损失(即“死锂”)。第三，锂金属会开始经历电解质溶液中的锂溶解。第四，锂金属暴露于电解质可引起锂变脆并可能碎裂。当电池电芯充电和放电时，电芯本身趋向于随着循环而膨胀和收缩。周围环境的膨胀和收缩对锂金属施加力，使其弯曲、变脆并最终断裂。第五，裸露的锂会导致难以“润湿”集电体。电解质需要以合理的速率渗入电极以形成锂可以移动通过的离子通道。最后，锂金属在不是所有温度下都稳定，并且可在高/低温范围内劣化。

为了克服这些困难，本文提供的实施方案构建了特殊的第三电极，其提供锂金属的益处，同时防止了可在现实应用中使用的商业电池电芯中的上述缺点。图5A示出根据一些实施方式的示例性锂电极的图。该电极包括层压到导电聚合物膜506内的铜导线502上的锂金属条504。聚合物506可以是离子导电的，使得其可以与电池电芯的环境相互作用。聚合物506可包括导电聚合物材料，例如聚环氧乙烷(PEO)、聚吡咯、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)、聚噻吩、聚吲哚、聚芘和/或任何其它离子导电聚合物。

注意，在图5A中，导线502、锂金属条504和/或聚合物膜506的相对尺寸没有按比例绘制。相反，锂金属条504和聚合物506的相对尺寸被夸大，以示出这些不同的层如何能够用于构造第三电极引线。还应注意，可施加聚合物506，使得其完全覆盖锂金属条504。因此，可施加聚合物膜506，使得聚合物膜506的顶部封闭锂金属条504的顶部，如图5A中所示。这允许电极在聚合物506的水平面之上插入到电池电芯中，而不允许锂金属条504与电解质或其它电池环境接触。

图5B示出了根据一些实施方式的锂电极的外部视图的图。再次，导线502和聚合物506的相对尺寸未按比例绘制，而是被夸大以示出聚合物506如何能够完全覆盖锂金属条504。涂覆的锂参比电极的结构可以是简单的矩形几何形状，如图5B所示。锂金属本身可以被压制、热压、焊接或电镀到导线502上。导线可以由各种导电材料制成，例如铜或铝。接下来，聚合物506涂层可经由溅射、浸涂、旋涂、电沉积、模板制作等来添加。

施加到锂金属条504的聚合物膜506解决了许多上述问题，否则这些问题将伴随在电池环境中使用锂金属作为电极。例如，聚合物506提供对电池电芯的电化学环境的保护。如上所述，液体电解质可使锂504变脆，使其机械不稳定。聚合物506使对液体电解质的暴露最小化，从而保护锂金属504。聚合物506还防止SEI钝化层的形成，并使锂金属504与电池电芯内的温度变化热绝缘。这提供了改进的机械强度，并且允许在商业用途的电池电芯中进行原位半电芯测量。这些测量还为大多数BMS算法提供了改进的准确度。

图6示出了根据一些实施方式，聚合物506如何能够为锂电极504提供机械强度的示例。具体地，使用裸锂参比电极的上述问题之一是在电池电芯中发生的机械波动，其可能导致锂金属随时间而碎裂。聚合物506有助于锂金属504的机械坚固性，因为它基本上是吸收周围环境的大部分膨胀和收缩的塑料层压材料。例如，当周围的电解质604被压缩时，聚合物506可以吸收施加到第三电极的大部分力。聚合物506的表面602处的变形可吸收该力并减弱最终施加到锂金属504的力。

图7示出了根据一些实施方式，在制造期间或之后，如何将涂覆的锂金属参比电极插入现有的电池电芯中。在锂参比电极的制造之后，具有聚合物506的涂层的导线502可以插入到圆柱形电芯中，例如果冻卷402。在其它实施方式中，可以使用除了果冻卷之外的不同电池配置。例如，锂电极也可插入软包电芯或棱柱形电芯中。在果冻卷402中，锂参比电极可以插入在果冻卷和电池的罐之间。可替代地，锂参比电极可以插入在果冻卷的阳极层和阴极层之间。涂覆的锂参比电极的相对平坦的结构允许参比电极容易地插入电极和/或隔膜的层之间。在将锂参比电极插入到果冻卷402中之后，锂参比电极的至少一部分可以延伸出果冻卷402。在一些实施方案中，聚合物506可以延伸出果冻卷402或其他电池电芯布置，使得聚合物506内的锂金属被完全保护。

图8示出了根据一些实施方式，在密封电池电芯之前插入有参比电极802的果冻卷402。参比电极802可以保持暴露，并且盖帽304可以围绕锂参比电极802密封，使得电极802的导线部分可以从盖帽304的外部获取。阳极引线404可焊接到盖帽304的下侧，而参比电极802可围绕盖帽304布线。尽管在图8中没有明确示出，但是罐可以随后围绕盖帽304的顶部折叠以密封电池电芯。图9示出了罐302，其已经围绕盖帽304闭合以密封电池电芯，同时使电极802暴露以连接到例如电动车辆的BMS。可替代地，对于棱柱形或软包电池，壳体可围绕电极802激光焊接闭合。

图10A-10B示出了根据一些实施方式的双电极盖帽的用途。通常，该盖帽的特征在于具有第一金属区域和第二金属区域，其可以用作两个不同的电极。第一金属区域可以通过绝缘体与第二金属区域分离，使得它们电隔离。第一金属区域和第二金属区域都可以暴露在盖帽的顶部和底部上，使得它们可以从盖帽的顶部测量并且在盖帽的底部上联接到来自果冻卷的电引线。在图10A-10B所示的特定示例中，第一金属区域可以包括铝盘1002。铝盘1002可以包括绝缘体1004，其围绕铝盘1002的外周卷曲。第二金属区域可以包括围绕绝缘体1004卷曲的另一铝片1006。当将盖帽附接到电池组件的其余部分时，聚合物密封件可围绕盖帽的外部设置，并且盖帽然后可卷曲到电池电芯的其余部分上。

盖帽的第一金属区域和第二金属区域两者可以焊接或钎焊到三电极电芯中的不同电极。例如，代替通过将参比电极802围绕盖帽布线而使其暴露，使用该双电极盖帽的配置可以替代地将阳极联接到第一金属区域并将参比电极联接到第二金属区域。可替代地，阳极可联接到第一金属区域且阴极可联接到第二金属区域，其中参比电极联接到电池电芯的罐。

图11示出了根据一些实施方式的用于提供具有涂覆的锂参比引线的电池电芯的方法的流程图1100。该方法可以包括形成参比引线(1102)。形成参比引线可以通过将锂金属层联接到导线(1104)来实现。导线可以由铜、铝和/或其它金属形成。该方法还可包括用聚合物涂层涂覆锂金属层和导线的至少一部分(1106)。该方法还可以包括将参比引线插入到具有至少一个阳极层和至少一个阴极层的电池电芯中(1108)。

应当理解，图11中所示的具体步骤提供了根据各种实施方式的组装三电极电池电芯的特定方法。根据可替代实施方式，也可以执行其它步骤序列。例如，本发明的可替代实施方式可以以不同的顺序执行上述步骤。此外，图11中所示的各个步骤可以包括多个子步骤，这些子步骤可以以适合于各个步骤的各种顺序执行。此外，根据特定的应用，可以添加或移除附加的步骤。本领域普通技术人员将认识到许多变化、修改和替换。

上述的测量和使用来自锂参比引线的读数的BMS系统可以由计算机系统实现，该计算机系统包括电动车辆中的内部系统、远程服务器、专用仿真系统和/或这些各种配置的分布式组合。图12示出了计算机系统1200，其被专门设计为实现这里描述的BMS或测试系统。具体地，图12中描述的这些硬件和软件模块可以是BMS的一部分、仿真系统的一部分和/或远程服务器的一部分。如图所示，计算机系统1200包括经由总线子系统1202与多个外围子系统通信的处理单元1204。这些外围子系统可以包括处理加速单元1206、I/O子系统1208、存储子系统1218和通信子系统1224。存储子系统1218包括有形计算机可读存储介质1222和系统存储器1210。

总线子系统1202提供用于使计算机系统1200的各种组件和子系统如所期望的那样彼此通信的机构。虽然总线子系统1202示意性地示出为单个总线，但是总线子系统的可替代实施方式可以利用多个总线。总线子系统1202可以是若干类型的总线结构中的任一种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、以及使用各种总线体系结构中的任一种的局部总线。例如，这种架构可包括工业标准体系结构(ISA)总线、微通道体系结构(MCA)总线、增强ISA(EISA)总线、视频电子标准协会(VESA)局部总线和外围部件互连(PCI)总线，其可实现为根据IEEE P1386.1标准制造的夹层总线。

处理单元1204可以实现为一个或多个集成电路(例如，传统的微处理器或微控制器)，控制计算机系统1200的操作。一个或多个处理器可以包括在处理单元1204中。这些处理器可以包括单核或多核处理器。在某些实施方式中，处理单元1204可以实现为一个或多个独立的处理单元1232和/或1234，其中在每个处理单元中包括单核或多核处理器。在其它实施方式中，处理单元1204也可实现为通过将两个双核处理器集成到单个芯片中形成的四核处理单元。

在各种实施方式中，处理单元1204可响应于程序代码而执行各种程序，并且可维持多个同时执行的程序或进程。在任何给定时间，要执行的程序代码中的一些或全部可以驻留在(一个或多个)处理器1204和/或存储子系统1218中。通过适当的编程，(一个或多个)处理器1204可以提供上述各种功能。计算机系统1200可另外包括处理加速单元1206，其可包括数字信号处理器(DSP)、专用处理器和/或类似者。

I/O子系统1208可以包括用户接口输入设备和用户接口输出设备。用户接口输入设备可以包括键盘、诸如鼠标或轨迹球的点击设备、结合到显示器中的触摸板或触摸屏、滚轮、点击轮、拨号盘、按钮、开关、小键盘、具有语音命令识别系统的音频输入设备、麦克风和其他类型的输入设备。用户接口输入设备可以包括例如运动感测和/或姿势识别设备，诸如Microsoft

运动传感器，其使得用户能够使用姿势和口头命令通过自然用户接口来控制例如Microsoft

360游戏控制器之类的输入设备并与之交互。用户接口输入设备还可包括眼姿势识别设备，例如Google

眨眼检测器，其检测来自用户的眼睛活动(例如，在拍照和/或进行菜单选择时“眨眼”)并将眼姿势转换为到输入设备(例如，Google

)中的输入。另外，用户接口输入设备可包括语音识别感测设备，其使得用户能够通过语音命令与语音识别系统(例如，

语音助手)交互。

用户接口输入设备还可以包括但不限于三维(3D)鼠标、操纵杆或指点杆、游戏手柄和图形输入板以及音频/视频设备，诸如扬声器、数码相机、数字摄像机、便携式媒体播放器、网络摄像机、图像扫描仪、指纹扫描仪、条形码读取器、3D扫描仪、3D打印机、激光测距仪和眼睛注视跟踪设备。另外，用户接口输入设备可包括例如医学成像输入设备，诸如计算机断层扫描、磁共振成像、正电子发射断层扫描、医学超声扫描设备。用户接口输入设备还可包括例如音频输入设备，例如MIDI键盘、数字乐器等。

用户接口输出设备可以包括显示子系统、指示灯、或非视觉显示器，例如音频输出设备等。显示子系统可以是阴极射线管(CRT)、平板设备，例如使用液晶显示器(LCD)或等离子显示器的平板设备、投影设备、触摸屏等。通常，术语“输出设备”的使用旨在包括用于从计算机系统1200向用户或其他计算机输出信息的所有可能类型的设备和机构。例如，用户接口输出设备可以包括但不限于视觉地传达文本、图形和音频/视频信息的各种显示设备，诸如监视器、打印机、扬声器、耳机、汽车导航系统、绘图仪、语音输出设备和调制解调器。

计算机系统1200可以包括存储子系统1218，其包括软件元件，被示出为当前位于系统存储器1210内。系统存储器1210可以存储可在处理单元1204上加载和执行的程序指令，以及在执行这些程序期间生成的数据。

取决于计算机系统1200的配置和类型，系统存储器1210可以是易失性的(例如随机存取存储器(RAM))和/或非易失性的(例如只读存储器(ROM)、闪存等)。RAM通常包含处理单元1204可立即访问和/或当前正在操作和执行的数据和/或程序模块。在一些实施方式中，系统存储器1210可以包括多种不同类型的存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)或动态随机存取存储器(DRAM)。在一些实施方式中，基本输入/输出系统(BIOS)通常可存储在ROM中，该BIOS包含例如在启动期间帮助计算机系统1200内的元件之间传送信息的基本例程。作为示例而非限制，系统存储器1210还示出了应用程序1212，其可包括客户机应用程序、网页浏览器、中间层应用程序、关系数据库管理系统(RDBMS)等，程序数据1214和操作系统1216。作为示例，操作系统1216可以包括各种版本的Microsoft

Apple

和/或Linux操作系统、各种商业上可获得的

或类UNIX操作系统(包括但不限于各种GNU/Linux操作系统、Google

Os等)和/或移动操作系统，例如iOS、

Phone、

OS、

10OS和

OS操作系统。

存储子系统1218还可以提供用于存储提供一些实施方式的功能的基本编程和数据构造的有形计算机可读存储介质。当由处理器执行时提供上述功能的软件(程序、代码模块、指令)可以存储在存储子系统1218中。这些软件模块或指令可以由处理单元1204执行。存储子系统1218还可以提供用于存储根据本发明使用的数据的储存库。

存储子系统1200还可以包括计算机可读存储介质读取器1220，其可以进一步连接到计算机可读存储介质1222。一起并且可选地与系统存储器1210组合，计算机可读存储介质1222可以全面地表示远程、本地、固定和/或可移动存储设备以及用于临时地和/或更永久地包含、存储、传输和检索计算机可读信息的存储介质。

包含代码或代码的部分的计算机可读存储介质1222还可包括本领域中已知或使用的任何适当的介质，包括存储介质和通信介质，例如但不限于以用于信息的存储和/或传输的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。这可以包括有形计算机可读存储介质，例如RAM、ROM、电擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字通用盘(DVD)或其他光学存储装置、磁带盒、磁带、磁盘存储装置或其他磁性存储设备、或其他有形计算机可读介质。这还可以包括非有形的计算机可读介质，例如数据信号、数据传输、或可以用于传输期望的信息并且可以由计算系统1200访问的任何其他介质。

作为示例，计算机可读存储介质1222可包括对不可移动、非易失性磁介质进行读写的硬盘驱动器，对可移动、非易失性磁盘进行读写的磁盘驱动器，以及对可移动、非易失性光盘，如CD ROM、DVD和

盘或其它光学介质进行读写的光盘驱动器。计算机可读存储介质1222可包括，但不限于，

驱动器、闪存卡、通用串行总线(USB)闪存驱动器、安全数字(SD)卡、DVD盘、数字录像带等。计算机可读存储介质1222还可以包括基于非易失性存储器的固态驱动器(SSD)，例如基于闪存的SSD、企业闪存驱动器、固态ROM等，基于易失性存储器的SSD，例如固态RAM、动态RAM、静态RAM、基于DRAM的SSD、磁阻RAM(MRAM)SSD，以及使用基于DRAM和闪存的SSD的组合的混合SSD。盘驱动器及其相关联的计算机可读介质可以提供对计算机可读指令、数据结构、程序模块和用于计算机系统1200的其它数据的非易失性存储。

通信子系统1224提供到其它计算机系统和网络的接口。通信子系统1224用作从计算机系统1200接收数据和向其它系统发送数据的接口。例如，通信子系统1224可以使得计算机系统1200能够经由因特网连接到一个或多个设备。在一些实施方式中，通信子系统1224可以包括射频(RF)收发机组件，用于访问无线语音和/或数据网络(例如，使用蜂窝电话技术、例如3G、4G或EDGE(增强型数据速率全球演进)、WiFi(IEEE 802.11族标准或其他移动通信技术或其任意组合)的高级数据网络技术、全球定位系统(GPS)接收机组件和/或其他组件。在一些实施方式中，除了无线接口之外或者代替无线接口，通信子系统1224可以提供有线网络连接性(例如，以太网)。

在一些实施方式中，通信子系统1224还可以代表可以使用计算机系统1200的一个或多个用户接收结构化和/或非结构化的数据馈送1226、事件流1228、事件更新1230等形式的输入通信。

作为示例，通信子系统1224可以配置为从社交网络和/或其他通信服务的用户实时接收数据馈送1226，例如

馈送、

更新，例如丰富站点摘要(RSS)馈送的网页馈送，和/或来自一个或多个第三方信息源的实时更新。

另外，通信子系统1224还可配置成接收连续数据流形式的数据，该数据可包括实际上可以是连续的或无限制的而没有明确结束的实时事件和/或事件更新1230的事件流1228。生成连续数据的应用的示例可以包括例如传感器数据应用、金融收报机、网络性能测量工具(例如，网络监视和流量管理应用)、点击流分析工具、汽车流量监视等。

通信子系统1224还可以配置为将结构化和/或非结构化数据馈送1226、事件流1228、事件更新1230等输出到可以与联接到计算机系统1200的一个或多个流数据源计算机通信的一个或多个数据库。

计算机系统1200可以是各种类型中的一种，包括手持便携式设备(例如，

蜂窝电话、

计算平板、PDA)、可穿戴设备(例如，Google

头戴式显示器)、PC、工作站、大型机、电话亭、服务器机架或任何其它数据处理系统。

由于计算机和网络的不断改变的性质，图中所描绘的计算机系统1200的描述仅意在作为特定示例。具有比图中所示的系统更多或更少的组件的许多其它配置是可能的。例如，也可以使用定制的硬件和/或特定的元件可以以硬件、固件、软件(包括小应用程序)或其组合来实现。此外，可以采用与例如网络输入/输出设备等其它计算设备的连接。基于本文提供的公开和教导，本领域普通技术人员将理解实现各种实施方式的其他方式和/或方法。

在以上描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对本发明的各种实施方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说，显然，本发明的实施方式可以实施为没有这些具体细节中的一些。在其它实例中，以框图形式示出了公知的结构和设备。

前述描述仅提供了示例性实施方式，并且不旨在限制本公开的范围、适用性或配置。相反，示例性实施方式的前述描述将为本领域技术人员提供用于实现示例性实施方式的能够实施的描述。应当理解，在不背离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

在前述描述中给出了具体细节以提供对实施方式的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施方式。例如，电路、系统、网络、过程和其他组件可能已经被示为框图形式的组件，以免以不必要的细节模糊实施方式。在其它实例中，为了避免模糊实施方式，可能已示出公知的电路、过程、算法、结构和技术，而没有不必要的细节。

此外，注意，各个实施方式可能已经被描述为过程，该过程被描绘为流程图、流图、数据流图、结构图或框图。尽管流程图可能已经将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行。另外，可以重新安排操作的顺序。当完成其操作时，过程终止，但可具有图中未包含的额外步骤。过程可以对应于方法、函数、步骤、子例程、子程序等。当过程对应于函数时，其终止可对应于该函数返回到调用函数或主函数。

术语“计算机可读介质”包括但不限于便携式或固定存储设备、光存储设备、无线信道和能够存储、包含或承载指令和/或数据的各种其它介质。代码段或机器可执行指令可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类，或者指令、数据结构或程序语句的任何组合。通过传递和/或接收信息、数据、自变量、参数或存储器内容，代码段可以联接到另一代码段或硬件电路。信息、自变量、参数、数据等可以经由任何合适的装置来传递、转发或传输，包括存储器共享、消息传递、令牌传递、网络传输等。

此外，实施方式可由硬件、软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言或其任何组合来实施。当以软件、固件、中间件或微码实现时，执行必要任务的程序代码或代码段可被存储在机器可读介质中。处理器可以执行必要的任务。

在前述说明书中，参考本发明的具体实施方式描述了本发明的各方面，但是本领域技术人员将认识到本发明不限于此。上述发明的各种特征和方面可以单独或联合使用。此外，在不脱离本说明书的更广泛的精神和范围的情况下，实施方式可以在本文所述的环境和应用之外的任何数量的环境和应用中使用。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

另外，为了说明的目的，以特定顺序描述了方法。应当理解，在可替代实施方式中，可以以与所描述的顺序不同的顺序来执行这些方法。还应当理解，上述方法可以由硬件组件执行，或者可以以机器可执行指令的序列来体现，所述机器可执行指令可以用于使机器(例如通用或专用处理器或用指令编程的逻辑电路)来执行所述方法。这些机器可执行指令可以存储在一个或多个机器可读介质上，例如CD-ROM或其它类型的光盘、软盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、闪存或适于存储电子指令的其它类型的机器可读介质。可替代地，该方法可由硬件与软件的组合来执行。

Claims (20)

1.一种提供涂覆的锂参比引线的电池电芯，所述电池电芯包括：

至少一个阳极层；

至少一个阴极层；以及

参比引线，包括：

导线；

联接到所述导线的锂金属层；以及

覆盖所述锂金属层的聚合物涂层，所述聚合物涂层由塑料层压材料制成；

其中，所述参比引线插入到具有至少一个阳极层和至少一个阴极层的所述电池电芯中。

2.根据权利要求1所述的电池电芯，其中，所述聚合物涂层还覆盖所述导线的至少一部分。

3.根据权利要求1所述的电池电芯，其中，所述聚合物包括导电聚合物。

4.根据权利要求3所述的电池电芯，其中，所述导电聚合物包括离子导电聚合物。

5.根据权利要求1所述的电池电芯，其中，所述锂金属层压制到所述导线的端部长度上。

6.根据权利要求1所述的电池电芯，其中，在所述锂金属层联接到所述导线之后，所述锂金属层和所述导线浸入所述聚合物中。

7.根据权利要求1所述的电池电芯，其中，所述电池电芯包括果冻卷，所述果冻卷包括所述至少一个阳极层和所述至少一个阴极层。

8.根据权利要求7所述的电池电芯，其中，所述参比引线插入在所述果冻卷中的所述至少一个阳极层和所述至少一个阴极层的层之间。

9.根据权利要求1所述的电池电芯，其中，所述电池电芯包括棱柱形电芯。

10.根据权利要求1所述的电池电芯，其中，所述电池电芯包括软包电芯。

11.一种提供具有涂覆的锂参比引线的电池电芯的方法，所述方法包括：

通过以下步骤形成参比引线：

将锂金属层联接到导线；以及

用由塑料层压材料制成的聚合物涂层涂覆所述锂金属层和所述导线的至少一部分；以及

将所述参比引线插入具有至少一个阳极层和至少一个阴极层的所述电池电芯中。

12.根据权利要求11所述的方法，所述电池电芯还包括电解质，其中所述参比引线插入到所述电解质中。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括获得所述至少一个阳极层和所述参比引线之间的电测量。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括获得所述至少一个阴极层与所述参比引线之间的电测量。

15.根据权利要求11所述的方法，还包括使用所述参比引线将电测量提供至电动车辆的电池管理系统。

16.根据权利要求11所述的方法，还包括使用所述参比引线将电测量提供至实验室测试仪。

17.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述至少一个阳极层和所述至少一个阴极层插入到电池罐内，并且围绕电池盖帽卷曲所述电池罐，使得所述参比引线在所述电池罐和所述电池盖帽之间延伸。

18.根据权利要求11所述的方法，还包括双电极盖帽。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：

所述至少一个阳极层和所述至少一个阴极层中的至少一个联接到所述双电极盖帽的第一电极；以及

所述参比引线联接到所述双电极盖帽的第二电极。

20.根据权利要求11所述的方法，还包括从所述电池电芯向电动车辆的电动机提供电力。

Images