CN113346199B - 一种集成式光纤极耳、制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种集成式光纤极耳、制备方法和应用，属于电池领域，包括极耳胶、金属镀层和光纤本体，光纤本体的长度方向上具有导电区段，导电区段中设置有密封区，光纤本体的导电区段上设置有金属镀层，光纤本体上导电区段的长度为从光纤穿出电池与外部线路连接的位置持续到电池内部与电极集流体焊接的位置，金属镀层连续完整，密封区的光纤本体上下侧面各贴装有一层极耳胶，两层极耳胶相对贴合以将光纤本体完全夹裹，还提供以上集成式光纤极耳的制备方法和应用。本发明的集成式光纤极耳集成于电池内可进行电池内部状态的监测，从而能解决现有技术中电池内部监控困难，无法进行无损、安全、实时监测的缺陷。

Description

一种集成式光纤极耳、制备方法和应用
技术领域
本发明属于电池领域，更具体地，涉及一种集成式光纤极耳、制备方法和应用。
背景技术
随着电池能量密度的不断提升，对电池的高精度监控与管理提出了更高的要求，以保持电池的安全性能与较长的循环寿命。为此需要对电池的内部各种安全信息进行高精度采集，例如温度、气压、应力、形变等参数。
现有的电池监控手段包括：电压电流监控，外部温度监控和膨胀形变监控，以上监控方式都局限于电池外部的信息，而无论硬壳电池或者软包电池都因为外层的保护层导致内部信息无法精确、无损地传递到电池外部，因此对电池内部的监控是必要的。
但是，由于电池本身相对封闭的内部环境，外部探针的插入可能对电池内部结构或电性能产生影响，即便将影响降低到最低，也需要多设置额外的结构从电池内部穿出，因而未被大量应用。
因此，需要设计一种体积小、对电池内部结构和电性能没有显著影响的探测结构以实现对电池的内部监测。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于，提供一种集成式光纤极耳、制备方法和应用，采用一种集成式的光纤极耳，同时具有导电能力，可将光纤极耳集成于电池内进行电池内部状态的监测，从而能解决现有技术中电池内部监控困难，无法进行无损、安全、实时监测的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种集成式光纤极耳，其包括极耳胶、金属镀层和光纤本体，光纤本体的长度方向上具有导电区段，导电区段中设置有密封区，光纤本体的导电区段上设置有金属镀层，该集成式光纤极耳在使用时被设置于电池内以成为电池的一部分，光纤本体上导电区段的长度为从光纤穿出电池与外部线路连接的位置持续到电池内部与电极集流体焊接的位置，金属镀层连续完整，以保证集成式光纤极耳的导电性能，密封区的光纤本体上下侧面各贴装有一层极耳胶，两层极耳胶相对贴合以将光纤本体完全夹裹，设置极耳胶用于增强电池封口区域的密封性能，同时防止铝塑膜和极耳在热封过程中由于铝塑膜内层熔化导致的铝塑膜铝层和极耳上的金属接触而造成短路。
进一步的，极耳胶沿光纤本体轴向的宽度应大于或等于外界电池封装机的压痕宽度，极耳胶沿光纤本体径向的宽度大于导电区段光纤本体的直径。
进一步的，金属镀层在光纤本体圆周的整个圆周区域，或者金属镀层在光纤圆周的局部区域。
进一步的，极耳胶材质为聚丙烯PP的白胶、黄胶或黑胶，金属镀层材质为银、铜、镍或者铝，所述光纤本体采用单模光纤或多模光纤。
按照本发明的一个方面，还提供制备如上所述的集成式光纤极耳的方法，其包括如下步骤：
首先，将连续的光纤本体裁剪成多段，接着，将光纤穿出电池外部处持续到插入电池内部与电极片集流体焊接接触处的区段的外表面镀上金属，最后，将光纤本体穿出电池的密封处相对贴合一对极耳胶，极耳胶完全包裹住光纤本体。
进一步的，采用磁控溅射或者蒸镀的方式在光纤本体的整个圆周上或者光纤一侧上涂镀金属。
进一步的，在电池为铜集流体电极时，在光纤本体表面镀镍，在电池为铝集流体电极时，在光纤本体表面镀铝。
按照本发明的第三个方面，还提供一种如上所述光纤极耳的应用，其光纤本体的局部包埋在电池的电极材料中，光纤本体上具有金属镀层的区段处通过焊接方式与电池的正极或者负极进行连接，将焊接有光纤本体的正极或者负极与其他组成电池的所必须的部分组装形成电池，并在电池上下表面覆盖铝塑膜，在电池使用过程中，能实时无损利用光纤对电池内部进行监控。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明中提供的集成化的光纤极耳，其内部既可作为光纤的导光材料，其外部的金属镀层具有导电性，使用时，集成式光纤极耳设置在软包电池内，同时具有优异的导电性能和导光性能，能够顺利进行内外电子交换和光学传感信号的传递，同时具有优异的密封性，不需要额外增加电池穿孔，几乎不对电池的本身物理结构和电化学性能产生影响。本发明的集成式光纤极耳适合于制造具有高精度内部传感功能的软包电池。本发明制备方法较为简单易行。本发明集成式极耳以及制备方法克服了现有的技术中电池内部监控困难的问题，还能提高电池安全状态监测精确度，实现电池内部的无损、实时监测。
附图说明
图1是本发明实施例中集成式光纤极耳的主视图；
图2是本发明实施例中集成式光纤极耳的侧视图；
图3是按照本发明第一实施方式制备获得的光纤极耳的横截面的剖视图；
图4是按照本发明第二实施方式制备获得的光纤极耳的横截面的剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种集成式光纤极耳，包括光纤极耳胶，光纤前端和光纤末端，光纤末端包括导电区，导电区的中部包括密封区，光纤导电区有金属镀层，光纤密封区上下表面各贴覆一层极耳胶，极耳胶的长度比如大于光纤导电区的光纤直径的2倍。
图1是本发明实施例中集成式光纤极耳的主视图，图2是本发明实施例中集成式光纤极耳的侧视图，结合两图可知，本发明的集成式光纤极耳包括极耳胶1、光纤金属镀层2和光纤本体3组成，光纤金属镀层可以通过蒸镀、磁控溅射等方式均匀覆盖在光纤的表面或者局部表面，光纤金属镀层的长度区间为从光纤穿出电池与外部线路连接的位置一直到电池内部与电极集流体焊接的位置，需要保证此区间金属镀层的连续性以确保集成式光纤极耳的导电性能。在有光纤金属镀层区间内设有集成式光纤极耳的密封区，该密封区在光纤金属镀层区的上下表面各贴有一层极耳胶，两层极耳胶将光纤完全夹住包裹，以增强电池封口区域的密封性，同时防止电池外包装铝塑膜和极耳在热封过程中由于铝塑膜内层熔化导致的铝塑膜铝层和极耳上的金属接触，从而可以防止电池短路失效。极耳胶沿光纤轴向的宽度应大于等于电池封装机的压痕宽度，极耳胶沿光纤径向的长度应大于光纤经金属镀膜后的直径。
在本发明的一个实施例中，金属镀层在光纤本体圆周的整个圆周区域，或者金属镀层在光纤圆周的局部区域。极耳胶材质为聚丙烯PP的白胶、黄胶或黑胶，金属镀层材质为银、铜、镍或者铝，光纤本体采用单模光纤或多模光纤。光纤本体内设置有光纤传感器，用于采集电池内部信息，光纤传感器如为长周期光纤光栅、布拉格光纤光栅，以上光纤传感器等具有体积小，化学稳定性好，抗电磁干扰，成本低等优势，十分适合进行电池内部的实时监测。
图3是按照本发明第一实施方式制备获得的光纤极耳的横截面的剖视图，结合图1、图2以及图3可知，本实施例中的集成式光纤极耳按以下工艺制造和应用：
(1)光纤在预设的光纤金属镀层区通过磁控溅射或蒸镀的方式在光纤四周均匀地溅射上一层金属铝。
(2)在光纤金属镀层区的内预设的密封区的上下表面各粘贴一层极耳胶，通过热压机进行固定。
(3)在光纤金属镀层区内通过超声波焊接将光纤与正极进行焊接固定。
(4)进行正极-固态电解质-负极-固态电解质的叠层、卷绕。
(5)完成第(4)步后将整体上下表面覆盖铝塑膜。
(6)进行真空封装。
图4是按照本发明第二实施方式制备获得的光纤极耳的横截面的剖视图，如图1、图2、图4，按照本发明第二实施方式的集成式光纤极耳按以下工艺制造和应用：
(1)光纤在预设的光纤金属镀层区通过蒸镀的方式在光纤一侧均匀地溅射上一层金属镍。
(2)在光纤金属镀层区的内预设的密封区的上下表面各粘贴一层极耳胶，通过热压机进行固定。
(3)在光纤金属镀层区内通过激光焊接将光纤与负极进行焊接固定。
(4)进行正极-隔膜-负极-隔膜的叠层、卷绕。
(5)完成第(4)步后将整体上下表面覆盖铝塑膜。
(6)进行注液，真空封装。
当然，按照本发明第一或第二实施方式中采用的金属镀层方式，镀层区间长度、极耳胶的选择、采用固态电解质或者隔膜+液态电解液的电解质方式，集成式光纤极耳安装在正极或负极或者正极负极全部采用，具体需要根据实际情况进行选择。如：在正极使用集成式光纤极耳进行正极性能状态的监测，负极采用普通极耳；或者正极负极同时采用集成式光纤极耳进行正极负极性能状态的监测。
在实际工程实践中，软包电池由正负电极片、电解液、隔膜、极耳和铝塑膜组成，软包电池内部需要保持真空密封，极耳是电池与外部导电连接的端口，极耳一端与电池内部电极片焊接，另一端穿出到电池外部。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种集成式光纤极耳，其特征在于，极耳一端与电池内部电极片焊接，另一端穿出到电池外部，极耳用作电池与外部导电连接的端口，其包括极耳胶、金属镀层和光纤本体，光纤本体的长度方向上具有导电区段，导电区段中设置有密封区，光纤本体的导电区段上设置有金属镀层，该集成式光纤极耳在使用时被设置于电池内以成为电池的一部分，光纤本体上导电区段的长度为从光纤穿出电池与外部线路连接的位置持续到电池内部与电极集流体焊接的位置，金属镀层连续完整，以保证集成式光纤极耳的导电性能，密封区的光纤本体上下侧面各贴装有一层极耳胶，两层极耳胶相对贴合以将光纤本体完全夹裹，设置极耳胶用于增强电池封口区域的密封性能，同时防止铝塑膜和极耳在热封过程中由于铝塑膜内层熔化导致的铝塑膜铝层和极耳上的金属接触而造成短路。
2.如权利要求1所述的一种集成式光纤极耳，其特征在于，极耳胶沿光纤本体轴向的宽度应大于或等于外界电池封装机的压痕宽度，极耳胶沿光纤本体径向的宽度大于导电区段光纤本体的直径。
3.如权利要求2所述的一种集成式光纤极耳，其特征在于，金属镀层在光纤本体圆周的整个圆周区域，或者金属镀层在光纤圆周的局部区域。
4.如权利要求3所述的一种集成式光纤极耳，其特征在于，极耳胶材质为聚丙烯PP的白胶、黄胶或黑胶，金属镀层材质为银、铜、镍或者铝，所述光纤本体采用单模光纤或多模光纤。
5.制备如权利要求1-4之一所述的集成式光纤极耳的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
首先，将连续的光纤本体裁剪成多段，接着，将光纤穿出电池外部处持续到插入电池内部与电极片集流体焊接接触处的区段的外表面镀上金属，最后，将光纤本体穿出电池的密封处相对贴合一对极耳胶，极耳胶完全包裹住光纤本体。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，采用磁控溅射或者蒸镀的方式在光纤本体的整个圆周上或者光纤一侧上涂镀金属。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在电池为铜集流体电极时，光纤本体表面镀镍，在电池为铝集流体电极时，在光纤本体表面镀铝。
8.如权利要求1-4之一所述集成式光纤极耳的应用，其特征在于，其光纤本体的局部包埋在电池的电极材料中，光纤本体上具有金属镀层的区段处通过焊接方式与电池的正极或者负极进行连接，将焊接有光纤本体的正极或者负极与其他组成电池的所必须的部分组装形成电池，并在电池上下表面覆盖铝塑膜，在电池使用过程中，能实时无损利用光纤对电池内部进行监控。
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