CN113363637A - 电芯、电化学装置及用电设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电芯，包括电极组件和收容电极组件的袋，袋的材料为多层片材，多层片材包括显色层，显色层包括相邻的基底层和染料层，染料层被配置为受到超过预定的压力或超过预定的温度阈值时对基底层染色。上述电芯通过染料层能够在受压或受温超过阈值时对基底层染色，使得基底层表面出现色差，进而在不拆解电芯的情况下通过观察判断电芯受压受温均衡性，降低了电芯因受压受温不均导致失效问题的概率。本申请还提供一种具有上述电芯的电化学装置和用电设备，上述的电化学装置及用电设备降低了因电芯受压受温过大/不均衡导致失效问题的概率，提升了稳定性。

Description

电芯、电化学装置及用电设备
技术领域
本申请涉及一种电芯、电化学装置及用电设备。
背景技术
目前在电芯生产过程中，进行化成等生产工序时电芯表面会经受高温高压的环境，经常出现因为化成受压时电芯表面因自身或设备平行度的原因，出现电芯受压过大导致界面粘结不好，进而会导致电芯使用时循环衰减和膨胀异常等问题，而在失效分析时又需要拆解电芯才可以判断，导致电芯的界面粘结均匀性情况无法在出货时进行直接判断。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能够高效判断电芯整体在化成时是否受压不均匀或超过阈值，能够避免将受压不均匀或超过阈值的电芯流入市场，而导致后续可能出现的失效/安全问题。
本申请一实施例中提供一种电芯，电芯包括电极组件和收容电极组件的袋。袋的材料为多层片材。多层片材包括显色层。显色层包括相邻的基底层和染料层。染料层被配置为受到超过预定的压力或超过预定的温度阈值时对基底层染色。
上述电芯通过染料层能够在受压或受温超过阈值时对基底层染色，使得基底层表面出现色差，进而在不拆解电芯的情况下通过观察判断电芯受压受温是否超过阈值、是否均匀，降低了电芯因受压受温过大或不均导致其失效问题的概率。
在一些实施例中，多层片材还包括第一高分子层，显色层贴合第一高分子层，且显色层为多层片材的最外层。
进一步地，基底层位于染料层与第一高分子层之间，也可以是染料层位于基底层与第一高分子层之间。
在一些实施例中，多层片材还包括金属层及第一高分子层，显色层位于金属层及第一高分子层之间。
进一步地，染料层位于基底层与金属层之间，也可以是基底层位于染料层与金属层之间。
在一些实施例中，多层片材还包括第二高分子层，第一高分子层设置在所述显色层与所述电极组件之间(即第二高分子层的表面与电极组件的表面相对)，金属层设置在显色层与第二高分子层之间。
在一些实施例中，多层片材还包括膜层，膜层贴合染料层，且膜层为多层片材的最外层，染料层能够随膜层从基底层剥离。
进一步地，染料层位于基底层与膜层之间，也可以是基底层位于染料层与膜层之间。
在一些实施例中，第一高分子层可以为聚酰胺类材料，比如聚丁二胺己二酸酰胺/聚己内酰胺等尼龙材料、结晶型饱和聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT))等的其中一种。
在一些实施例中，第二高分子层为烯烃类聚合物(聚丙烯类材料)，比如聚丙烯薄膜(PP、CPP、OPP、MPP)等烯烃类聚合物层的其中一种。
在一些实施例中，金属层为铝层、不锈钢层、覆合材料(如镀铝层包装膜)等。
在一些实施例中，膜层为聚酯类高分子薄膜材料，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。
在一些实施例中，染料层包括多个染料胶囊，每个染料胶囊包括外壳及染色填充物，外壳包裹染色填充物，外壳被配置为受到超过预定的压力或超过预定的温度阈值时破裂，并释放染色填充物。
在一些实施例中，染料层包括用于将染料胶囊粘接在基底层的粘接剂，粘接剂可以是常用丙烯酸酯胶、环氧树脂粘结类、厌氧胶水、UV胶水(紫外线光固化类)、热熔胶、压敏胶或乳胶类胶水等。
在一些实施例中，染色填充物包括酸性物质，基底层包括遇酸显色物质。
进一步地，在一些实施例中，酸性物质包括HCl、HBr、HI、HNO3、HF、H2C2O4或HClO4中的至少一种，基底层包括石蕊涂层。
在一些实施例中，染色填充物包括碱性物质，基底层包括遇碱显色物质。
进一步地，在一些实施例中，基底层包括酚酞涂层。
在一些实施例中，基底层及染料层通过胶粘结合、热塑结合或表面喷涂中的至少一种方式相结合。
在一些实施例中，染料层的厚度范围为3μm-20μm，基底层的厚度范围为3μm-20μm。
本申请一实施例中还提供了一种电化学装置，包括上述的任一种电芯。
本申请一实施例中还提供了一种用电设备，包括上述的电化学装置。
上述的电化学装置及用电设备降低了因电芯受压受温过大/不均衡导致失效问题的概率，提升了稳定性。
附图说明
图1为本申请一实施例中电芯的结构示意图。
图2为本申请一实施例中显色层的结构示意图。
图3为本申请一实施例中多层片材的结构示意图。
图4为本申请另一实施例中多层片材的结构示意图。
图5为本申请另一实施例中多层片材的结构示意图。
图6为本申请另一实施例中多层片材的结构示意图。
图7为本申请另一实施例中多层片材的结构示意图。
图8为本申请另一实施例中多层片材的结构示意图。
主要元件符号说明
电芯 100
电极组件 200
袋 300
显色层 10
基底层 11
染料层 12
染料胶囊 12a
外壳 12b
染色填充物 12c
第一高分子层 21
第二高分子层 22
金属层 30
膜层 40
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的技术方案进行描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
请参阅图1，本申请一实施例中提供了一种电芯100，电芯100包括电极组件200和收容电极组件200的袋300。请参阅图2，袋300的材料为多层片材。多层片材包括显色层10。显色层10包括相邻的基底层11和染料层12。染料层12在受到超过预定的压力阈值或超过预定的温度阈值时能够对基底层11染色，使得基底层11出现色差，进而能够通过观察判断电芯100是否受压过大或受温过高或受热/受压不均衡，而无需对电芯100进行拆解分析。
请参阅图2，在一些实施例中，染料层12包括多个染料胶囊12a，且多个染料胶囊12a均匀分布于基底层11。每个染料胶囊12a包括外壳12b及染色填充物12c。外壳12b包裹染色填充物12c。外壳12b被配置为受到超过预定的压力阈值或超过预定的温度阈值时破裂，且破裂后能够释放包裹的染色填充物12c。释放的染色填充物12c能够接触基底层11，并使基底层11变色。其中，当显色层10在一局部区域处受到过大压力或过高温度时，仅分布于该区域的染料胶囊12a破裂，且该区域的染料胶囊12a释放的染色填充物12c仅对该区域的基底层11染色，使得基底层11在其他未受到过大压力或过高温度的区域呈原始颜色，而仅在受到过大压力或过高温度的区域变色，进而便于观察判断电芯100受压过大或受温过高的具体位置。
在一些实施例中，染色填充物12c为酸性物质，基底层11为遇酸显色物质。例如，酸性物质可以为HCl、HBr、HI、HNO3、HF、H2C2O4或HClO4中的至少一种，基底层11可以为风干后的石蕊涂层等遇酸显色物质，石蕊遇HCl或HClO4变红使得基底层11在受到过大压力或过高温度的区域呈红色。在另一些实施例中，染色填充物12c为碱性物质，基底层11为遇碱显色物质。例如，基底层11为酚酞涂层或石蕊涂层，酚酞或石蕊遇碱变蓝使得基底层11在受到过大压力或过高温度的区域呈蓝色。在另一些实施例中，基底层11也可以为甲基橙涂层，染色填充物12c为酸性物质，甲基橙涂层遇酸显橙黄色。在其他实施例中，基底层11与染色填充物12c也可以为其他材料，接触后也可以变为其他颜色，如紫色或绿色等。
在一些实施例中，染料层12的厚度范围为3μm-20μm，基底层11的厚度范围为3μm-20μm。
在一些实施例中，多个染料胶囊12a与基底层11可以采用胶粘结合、热塑结合或表面喷涂等方式相结合。
在一些实施例中，染料层12包括用于将染料胶囊12a粘接在基底层的粘接剂，粘接剂可以是常用丙烯酸酯胶、环氧树脂粘结类、厌氧胶水、UV胶水(紫外线光固化类)、热熔胶、压敏胶或乳胶类胶水等。
请参阅图3，在一些实施例中，多层片材还包括第一高分子层21，显色层10贴合第一高分子层21，且显色层10为多层片材的最外层以便观察变色。其中，基底层11位于染料层12与第一高分子层21之间。在其他实施例中，如图4所示，染料层12也可以位于基底层11与第一高分子层21之间。
请参阅图5，在一些实施例中，多层片材还包括金属层30及第一高分子层21，显色层10位于金属层30及第一高分子层21之间，第一高分子层21为多层片材的最外层，金属层30较第一高分子层21靠近电极组件200。在一些实施例中，染料层12位于基底层11与金属层30之间。在其他一些实施例中，如图5所示，也可以是基底层11位于染料层12与金属层30之间。该结构能够保持电芯100的外表面不变色以利于美观，后续通过拆解多层片材来观察变色，以判断电芯100受压受温是否超过阈值或不均衡的情况。
请参阅图6，在一些实施例中，多层片材还包括第一高分子层21、第二高分子层22及金属层30。金属层30位于第一高分子层21与第二高分子层22之间，第一高分子层21为外层，第二高分子层22为内层，第二高分子层22的表面与电极组件200的表面相对。显色层10贴合第二高分子层22，即第二高分子层22设置在显色层10与电极组件200之间。在一些实施例中，如图6所示，基底层11位于染料层12与第二高分子层22之间。在其他实施例中，如图7所示，染料层12也可以位于基底层11与第二高分子层22之间。该结构能够保持电芯100的外表面不变色以利于美观，后续通过拆解多层片材来观察变色，以判断电芯100受压受温是否超过阈值或不均衡的情况。
在一些实施例中，第一高分子层21可以为聚酰胺类材料，比如聚丁二胺己二酸酰胺/聚己内酰胺等尼龙材料，结晶型饱和聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等的其中一种。在一些实施例中，第二高分子层22为烯烃类聚合物(聚丙烯类材料)，比如聚丙烯薄膜(PP、CPP、OPP、MPP)等烯烃类聚合物层的其中一种。在一些实施例中，金属层为铝层、不锈钢层、覆合材料(如镀铝层包装膜)等。
具体的，在一些实施例中，第一高分子层21可以为尼龙层，第二高分子层22为PP层，金属层30为铝层。在一些实施例中，第一高分子层21的厚度范围为10μm-15μm，金属层30的厚度范围为22μm-50μm，第二高分子层22厚度范围为10μm-80μm。
具体地，金属层30的厚度范围为24μm至35μm，其中金属层30太薄时强度不足，而金属层30太厚会增加电芯100的整体重量。
在其他实施例中，第一高分子层21的材质还可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯，起到保护作用。第二高分子层22的材质还可以包括聚丙烯，具体地，第二高分子层22可以为聚丙烯流延膜，即采用流延工艺生产的聚丙烯膜，以起到密封作用。
具体地，第二高分子层22的厚度范围为24μm至35μm，其中第二高分子层22太薄不能有效保护金属层30；而第二高分子层22太厚会影响散热效果和冲坑效果。
在一些实施例中，第一高分子层21、第二高分子层22及金属层30之间通过粘结层相连接，粘结层采用的粘结材料可以包括丙烯酸树脂、环氧树脂或聚氨酯中的至少一种。
请参阅图8，在一些实施例中，多层片材还包括膜层40。膜层40用于贴合染料层12，染料层12位于基底层11与膜层40之间，且膜层40为多层片材的最外层。膜层40能够从多层片材撕下，且撕下时染料层12能够随膜层40从基底层11剥离。作为示范性举例，膜层40为聚酯类高分子膜。使用时，先通过观察基底层11的颜色判断电芯100的受压受温是否超过阈值或不均衡，若无颜色变化则撕掉膜层40，以减少多层片材的厚度，增加电芯100使用时的能量密度。
本申请一实施例中还提供了一种电化学装置，包括电芯100。
本申请一实施例中还提供了一种用电设备，包括上述的电化学装置。
上述电芯100通过染料层12能够在受压或受温超过阈值时对基底层11染色，使得基底层11表面出现色差，进而在不拆解电芯100的情况下通过观察判断电芯100受压受温是否超过阈值或不均衡，便于在投放市场时及时拦截因生产过程异常导致的受压受温超过阈值或不均衡的电芯100，降低了电芯100内部阴阳极的粘结力不均一的潜在风险，增加电芯100界面的粘结稳定性，降低了电芯100的循环后期膨胀异常比例，降低了最终产品鼓包等问题的发生。上述的电化学装置及用电设备通过电芯100降低了因电芯受压受温过大或不均衡导致失效问题的概率，提升了电芯的安全性。
另外，本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请的公开范围之内。

Claims (18)

1.一种电芯，包括电极组件和收容所述电极组件的袋，其特征在于，所述袋的材料为多层片材，所述多层片材包括显色层，所述显色层包括相邻的基底层和染料层，所述染料层被配置为受到超过预定的压力或超过预定的温度阈值时对所述基底层染色。
2.如权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述多层片材还包括第一高分子层，所述显色层贴合所述第一高分子层，且所述显色层为所述多层片材的最外层。
3.如权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述基底层位于所述染料层与所述第一高分子层之间。
4.如权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述多层片材还包括金属层，所述显色层位于所述金属层及所述第一高分子层之间。
5.如权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述染料层位于所述基底层与所述金属层之间。
6.如权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述多层片材还包括第二高分子层，所述金属层设置在所述显色层与所述第二高分子层之间，所述第二高分子层设置在所述显色层与所述电极组件之间。
7.如权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述多层片材还包括膜层，所述膜层贴合所述染料层，且所述膜层为所述多层片材的最外层，所述染料层能够随所述膜层从所述基底层剥离。
8.如权利要求7所述的电芯，其特征在于，所述膜层为聚酯类高分子膜。
9.如权利要求7所述的电芯，其特征在于，所述染料层位于所述基底层与所述膜层之间。
10.如权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述染料层包括多个染料胶囊，每个所述染料胶囊包括外壳及染色填充物，所述外壳包裹所述染色填充物，所述外壳被配置为受到超过预定的压力或超过预定的温度阈值时破裂，并释放所述染色填充物。
11.如权利要求10所述的电芯，其特征在于，所述染色填充物包括酸性物质，所述基底层包括遇酸显色物质。
12.如权利要求11所述的电芯，其特征在于，所述酸性物质包括HCl、HBr、HI、HNO3、HF、H2C2O4或HClO4中的至少一种，所述基底层包括石蕊涂层。
13.如权利要求10所述的电芯，其特征在于，所述染色填充物包括碱性物质，所述基底层包括遇碱显色物质。
14.如权利要求13所述的电芯，其特征在于所述基底层包括酚酞涂层。
15.如权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述基底层及所述染料层通过胶粘结合、热塑结合、辊压成型或表面喷涂中的至少一种方式相结合。
16.如权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述染料层的厚度范围为3μm-20μm，所述基底层的厚度范围为3μm-20μm。
17.一种电化学装置，其特征在于，包括如权利要求1-16任意一项所述的电芯。
18.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求17所述的电化学装置。
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