CN114005952B - 一种高通量测试电池结构以及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高通量测试电池技术领域，尤其涉及高通量测试电池结构以及其制备方法。包括第一基板、第二基板和电池单元，第一基板和第二基板之一者设置有多个凹槽，另一者设置有与多个凹槽对应的多个凸出部，第一基板和第二基板均不导电，多个凹槽以及多个凸出部设置有导电层，电池单元容纳在每个凹槽内，每个凸出部与每个凹槽配合使电池单元的两相对表面分别与第一基板的导电层以及第二基板的导电层电性连接，通过设置凹槽去容纳电池单元，可以快速将电池单元进行组装；配合凸出部和凹槽的扣合的方式实现电池结构的初步组装定位，在凹槽和凸出部上均设置有导电层以方便与电池单元电性连接，使得电池的组装便捷化，在组装的同时实现了电性连接。

Description

一种高通量测试电池结构以及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种高通量测试电池结构以及其制备方法。
【背景技术】
自锂电池商业化以来，由于其高比容量、循环寿命长、安全性能好等特点，在电动汽车、3C、航天器械产品等领域有广泛的应用前景。比如全固态锂电池、小型的纽扣电池等均得到较好的应用。而目前在锂电池的研发或者制备过程中，其制备技术均存在一些需要提升的地方，比如研发初期样品的制备速度、检测速度等将直接影响研发的进度；在制备产品阶段，速度的高低也直接影响了产业化的程度，而现有技术中，研发速度和制备速度均存在一定的缺陷。
【发明内容】
为克服目前锂电池制备效率低的缺陷，本发明提供一种高通量测试电池结构以及其制备方法。
本发明为了解决上述技术问题，提供一技术方案如下：一种高通量测试电池结构，所述电池结构包括相对设置的第一基板、第二基板和电池单元，所述第一基板和第二基板之一者设置有多个凹槽，另一者设置有与所述多个凹槽对应的多个凸出部，所述第一基板和第二基板均不导电，所述多个凹槽槽底以及所述多个凸出部对应槽底的外壁均设置有导电层，所述电池单元容纳在每个凹槽内，每个凸出部与每个凹槽配合使所述电池单元的两相对表面分别与所述第一基板的导电层以及第二基板的导电层电性连接。
优选地，所述第一基板和/或所述第二基板为热塑性聚酯材料制成。
优选地，所述多个凹槽和所述多个凸出部成阵列的形式排布。
优选地，所述导电层通过导电线电连接外部电路结构。
优选地，所述凹槽为圆柱状或立方体状，所述凸出部为圆柱状或立方体状，所述电池结构为纽扣式或方形电池结构。
优选地，所述电池单元包括电极结构、电池隔膜结构、固体电解质结构或者电芯结构。
优选地，所述电池单元为电芯结构，包括依次叠加设置的正极结构、隔膜、负极结构以及设置在正极结构与隔膜之间的电解液，所述导电层分别与所述正极结构以及负极结构贴合并电性导通；或者所述电芯结构包括依次叠加设置的正极结构、固体电解质以及负极结构，所述导电层分别与所述正极结构以及负极结构贴合并电性导通。
为了解决上述技术问题，还提供一种高通量测试电池结构的制备方法，包括如下步骤：提供不导电的第一基板和第二基板，在所述第一基板和第二基板之一者设置多个凹槽，另一者设置与多个凹槽对应的多个凸出部，所述第一基板和第二基板均不导电；在所述多个凹槽槽底以及所述多个凸出部的对应多个凹槽槽底的外壁设置导电层；在多个凹槽中设置电池单元，让每个凸出部与每个凹槽配合使所述电池单元相对的两个表面分别与所述第一基板的导电层以及第二基板的导电层电性连接。
优选地，所述导电层与外设的测试设备电性连接，所述电池结构的制备方法还包括提供固定件将凸出部与凹槽配合之后的所述第一基板和所述第二基板夹持定位，所述固定件具有调节所述第一基板和所述第二基板配合松紧度的功能。
优选地，在所述第一基板与所述第二基板之间设置压力传感器，通过调节所述固定件使得凹槽与凸出部配合的压力值处于合格的范围，在所述第一基板和所述第二基板均设置与每个导电层电性连接的导电线，所述导电线用于与外部电路结构电性连接。
相对于现有技术，本发明所提供的高通量测试电池结构以及高通量测试电池结构的制备方法具有如下的有益效果：
1、所述高通量测试电池结构包括相对设置的第一基板、第二基板和电池单元，所述第一基板和第二基板之一者设置有多个凹槽，另一者设置有与所述多个凹槽对应的多个凸出部，所述第一基板和第二基板均不导电，所述多个凹槽槽底以及所述多个凸出部对应槽底的外壁均设置有导电层，所述电池单元容纳在每个凹槽内，每个凸出部与每个凹槽配合使所述电池单元的两相对表面分别与所述第一基板的导电层以及第二基板的导电层电性连接，通过设置凹槽去容纳电池单元，由于凹槽界定了容纳电池单元的空间，可以快速将电池单元进行组装；再者，配合凸出部和凹槽的扣合的方式实现电池结构的初步组装定位，在凹槽和凸出部上均设置有导电层以方便与电池单元电性连接，使得电池的组装便捷化，在组装的同时实现了电性连接，方便了进一步将导电层与外部的电路结构电性连接，起到对电池单元的性能进行测试的目的或者起到将电池结构作为供电单元对需要用电的设备进行供电。
2、所述导电层通过导电线电连接外部电路结构，所述电池结构为高通量测试电池结构，将凹槽和凸出部设置为多个，使得其能同时容纳多个电池单元，适合于批量电池单元的测试上，对电池单元的性能进行高通量的筛选，大大提高前期电池的研发速度。
3、所述导电层通过导电线电连接外部电路结构，所述电池结构为高通量测试电池结构、每个电池单元分别设置一根导电线，使得检测更加便捷，当出现个别结果有问题的时候就单独针对该电池单元进行重复测试即可，提高筛选的速度。
4、本发明提供的电池结构的制备方法和电池结构具有相同的有益效果。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例中提供的电池结构的剖视结构示意图；
图2是本发明第一实施例中提供的电池结构的剖视结构示意图；
图3是本发明第一实施例中提供的电池结构的包括导电线之后的结构示意图；
图4是本发明第二实施例中提供的高通量测试电池结构的为高通量式电池结构的剖视结构示意图；
图5是本发明第二实施例中提供的高通量测试电池单元的剖视结构示意图；
图6是本发明第二实施例中提供的又一电池单元的剖视结构示意图；
图7是本发明第二实施例中提供的高通量测试电池结构具备固定件时的剖视结构示意图；
图8是本发明第三实施例中提供的高通量测试电池结构制备方法的流程示意图；
图9是本发明第三实施例中提供另一的高通量测试电池结构制备方法的流程示意图；
图10是本发明第三实施例中提供又一的高通量测试电池结构制备方法的流程示意图。
附图标记说明：
10、电池结构；10a、高通量测试电池结构；11、第一基板；111、凹槽；12、第二基板；121、凸出部；14、电池单元；141、正极结构；142、隔膜；143、负极结构；144、电解液；145、固体电解质；15、导电层；16、导电线；17、固定件。
【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实例，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。
请参阅图1和图2，本发明第一实施例提供一种电池结构10，所述电池结构10包括相对设置的第一基板11、第二基板12和电池单元14，在所述第一基板11上设置有凹槽111，第二基板12上设置有与所述凹槽111对应的凸出部121。所述第一基板11和第二基板12均不导电，所述凹槽111的槽底以及所述凸出部121对应槽底的外壁均设置有导电层15。所述电池单元14容纳在所述凹槽111内，所述凸出部121与所述凹槽111配合使所述电池单元14的两相对表面分别与所述第一基板11的导电层15以及第二基板12的导电层15电性连接。
可选地，在一些其它实施例中，在第一基板11上设置凸出部121，在所述第二基板12上设置凹槽111。
通过设置凹槽111去容纳电池单元14，由于凹槽111界定了容纳电池单元14的空间，可以快速将电池单元14进行组装。再者，配合凸出部121和凹槽111的扣合的方式实现电池结构10的初步组装定位，在凹槽111和凸出部121上均设置有导电层15以方便与电池单元14电性连接，使得电池的组装便捷化，在组装的同时实现了电性连接，方便了进一步将导电层15与外部的电路结构电性连接，起到对电池单元14的性能进行测试的目的或者起到将电池结构10作为供电单元对需要用电的设备进行供电。
请继续参阅图1和图2，凹槽111的深度大于凸出部121凸起的高度，使得将电池单元14放置入凹槽111之后，电池单元14远离凹槽111底部的上表面仍然位于凹槽111内，提供给凸出部121容置的空间，使得第一基板11和第二基板12扣合时两者形成了初步的定位，导电层15很好的与电池单元14的表面对准。
作为其中的一种方式，将电池单元14置入之后，电池单元14上表面距离凹槽111顶面的距离和凸出部121凸起的高度大致相等，这样当第一基板11和第二基板12扣合之后，第一基板11和第二基板12的表面相互贴合，提高了两者扣合的稳定性，使得电池单元14上下相对的两个表面和导电层15电性连接的稳定性也提高。
在一些具体的实施方式中，第一基板11和第二基板12均是由热塑性聚酯材料制成，比如PET材料、PBT材料等。可选地，第一基板11和第二基板12的材料相同或者不相同。比如，第一基板11为PET材料，第二基板12为PBT材料。第一基板11和第二基板12优选PET材料制成。PET材料具以下优点：有良好的力学性能，耐折性好。耐油、耐脂肪、耐稀酸、稀碱，耐大多数溶剂。具有优良的耐高、低温性能，可在120℃温度范围内长期使用，短期使用可耐150℃高温，可耐－70℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。气体和水蒸气渗透率低，既有优良的阻气、水、油及异味性能。透明度高，可阻挡紫外线，光泽性好。无毒、无味，卫生安全性好，可直接用于食品包装等优点。
可选地，凹槽111可以通过挤压、打孔或者模具成型的方式获得；还可以先制备凸起结构，然后将凸起结构粘合在第一基板11或者第二基板12的表面，由相邻的两个凸起结构界定凹槽111。而凸出部121也可以通过挤压、打孔或者模具成型的方式获得，挤压或者打孔之后，由于形成了凹陷的区域，因此对应凹陷区两侧的区域即对应为凸出部121；还可以通过先制备凸出部121，将凸出部121粘合在第一基板11或者第二基板12的表面上获得。
请进一步结合图3，电池结构10进一步包括导电线16。所述导电层15通过导电线16电连接外部电路结构。可以在第一基板11和第二基板12上均设置导电线16分别与每个凹槽111以及每个凸出部121的导电层15电性连接。
或者在一些其它实施例中，可以通过在第一基板11和第二基板12上开设导电接口、连接孔的方式，导电接口与导电层15电性连接，当需要测试或者需要使用电池单元14的电能时，利用外设的电线将导电接口或者连接孔电性连接即可。
电池单元14相对的两个表面定义为电池单元14内部带电粒子的流动方向的上的两个表面。带电粒子来源于电解液或者固体电解质或者电极结构上的活性物质。带电粒子在电池单元14相对的两个表面上移动。
请参阅图4，本发明第二实施例提供一种高通量测试电池结构10a，其包括第一实施例提供的电池结构10，主要区别在于，在第一基板11和第二基板12上对应设置的所述凹槽111、所述凸出部121以及电池单元14为多个，这样方便大规模生产和制备电池单元14。利用单独与每个电池单元14对应的导电线16对电池单元14的电池性能进行测试。使得在研发电池阶段、样品的制备以及快速测试提供了便捷简单的方案。或者，当电池单元14作为提供电能的产品时，可以将每个电池单元14对应的导电线16进行串联或者并联，实现不同的充放电方式。制备成高通量电池结构10a时，通过提供一块面积相对较大的第一基板11和第二基板12，在第一基板11和第二基板12之一者上设置凹槽111，在另一者对应凹槽111的位置设置凸出部121即可。
可选地，在一些具体的实施例中，凹槽111和凸出部121的呈多行多列的阵列式结构排布。
请再次参阅图4，所述凹槽111为圆柱状，所述凸出部121为圆柱状，所述电池单元14为纽扣式电池结构。由于纽扣式电池其结构的小巧性，利用这种设置凹槽111的方式容置多个电池单元14，极大的方便了其研发阶段的测试速度，能很好的缩短研发周期。
或者，所述凹槽111为立方体状，所述凸出部121为立方体状，所述电池单元14为方形电池结构。
如果是其它形式的电池，凹槽111和凸出部121对应调整形状即可。
请参阅图5，所述电池单元14为电芯结构，包括依次叠加设置的正极结构141、隔膜142、负极结构143以及电解液144。电解液144浸润在正极结构141、隔膜142以及负极结构143内。所述导电层15分别与所述正极结构141以及负极结构143贴合并电性导通。
请参阅图6，所述电芯结构包括依次叠加设置的正极结构141、固体电解质145以及负极结构143，所述导电层15分别与所述正极结构141以及负极结构143贴合并电性导通。
在一些其它实施例中，电池单元14还可以是：电极结构、电池隔膜结构或者固体电解质结构等电池的其它半成品部件结构。其中电极结构包括电池正极结构和/或电池负极结构。
请参阅图7，高通量测试电池结构10还包括固定件17，固定件17用于将扣合之后的第一基板11和第二基板12夹持固定，使得电池单元14的两个表面稳定的和导电层15电性连接，以起到对电池单元14进行测试或者进行供电。
固定件17包括螺纹旋钮类型的固定件、磁吸式固定件、粘贴式固定件等结构类型。在本实施例中，优选为螺纹旋钮类型的固定件，通过拧紧或者松开螺纹使得夹持第一基板11和第二基板12的压力大小进行调节，模拟适合电池结构正常工作的压力，提高测试电池的准确性。
同时固定件17也需要设置为多个，间隔设置在第一基板11和第二基板12上，以方便对不同的区域进行夹持。
请参阅图8，本发明的第三实施例提供一种高通量测试电池结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、提供不导电的第一基板和第二基板，在所述第一基板和第二基板之一者设置多个凹槽，另一者设置与多个凹槽对应的多个凸出部，所述第一基板和第二基板均不导电；
S2、在所述多个凹槽槽底以及所述多个凸出部的对应多个凹槽槽底的外壁设置导电层；以及
S3、在多个凹槽中设置电池单元，让每个凸出部与每个凹槽配合使所述电池单元相对的两个表面分别与所述第一基板的导电层以及第二基板的导电层电性连接。
所述导电层与外设的测试设备电性连接。
请参阅图9，所述高通量测试电池结构的制备方法还包括如下步骤：
S4、提供固定件将凸出部与凹槽配合之后的所述第一基板和所述第二基板夹持定位。
所述固定件具有调节所述第一基板和所述第二基板配合松紧度的功能。
高通量测试电池结构的制备方法还包括如下步骤：
S0、在所述第一基板与所述第二基板之间设置压力传感器，通过调节所述固定件使得凹槽与凸出部配合的压力值处于合格的范围。其中步骤S0可以在步骤S3和步骤S4之间。
压力传感器可以设置在第一基板上，或者设置在第二基板上。即对应设置在导电层与电池单元的表面对应的位置上的，以很好的检测组装完成之后，电池结构的内部压力情况，使得电池单元能正常工作。
在所述第一基板和所述第二基板均设置与每个导电层电性连接的导电线，所述导电线用于与外部电路结构电性连接，以起到测试的目的或者对用电的电子设备供电的目的。
请参阅图10，进一步地，本发明还包括如下步骤：
S5、对夹持固定之后的高通量测试电池结构进行测试或者与外部的用电产品进行电性连接。
在上述步骤S1中，凹槽或者凸出部的形成方式和第一实施例介绍的方式相同。
在步骤S2中，可以通过物理气相沉积、打印或者喷涂的方式形成导电层。导电层通常是导电金属材料。优选为通过物理气相沉积的方式设置导电层，这样能很好的控制导电层的厚度以及均匀性。
在步骤S3中，高通量测试电池结构可以和第二实施例中的相同，为了更详细的描述步骤S3，以下以电池单元为电芯结构进行说明，所述电池单元包括依次叠加设置的正极结构、隔膜、负极结构以及电解液。电解液浸润在正极结构、隔膜以及负极结构内。此时电池结构为液体电池结构。步骤S3的过程大致如下：
先将正极结构置于凹槽的底部、然后滴入电解液、接着放置入隔膜、最后放上负极材料。
为了避免电解液的量添加过去，其滴加的数量是经过测试获得的，具有一个适合滴加的范围。
在上述步骤S4中，固定件包括螺纹旋钮类型的固定件、磁吸式固定件、粘贴式固定件等结构类型。在本实施例中，优选为螺纹旋钮类型的固定件，通过拧紧或者松开螺纹使得夹持第一基板和第二基板的压力大小进行调节，模拟适合电池结构正常工作的压力，提高测试电池的准确性。
在上述步骤S5中，通常需要对电池单元的循环性能、倍率性能等参数进行测量。
同时，在高通量测试的电池结构中，每个电池单元具有不一样的材料组成、材料种类等变量。通过改变材料组成的配比，或者材料种类，可以快速找到适合的配比或者适合的种类，缩短研发周期。
相对于现有技术，本发明所提供的高通量测试电池结构以及高通量测试电池结构的制备方法具有如下的有益效果：
1、所述高通量测试电池结构包括相对设置的第一基板、第二基板和电池单元，所述第一基板和第二基板之一者设置有多个凹槽，另一者设置有与所述多个凹槽对应的多个凸出部，所述第一基板和第二基板均不导电，所述多个凹槽槽底以及所述多个凸出部对应槽底的外壁均设置有导电层，所述电池单元容纳在每个凹槽内，每个凸出部与每个凹槽配合使所述电池单元的两相对表面分别与所述第一基板的导电层以及第二基板的导电层电性连接，通过设置凹槽去容纳电池单元，由于凹槽界定了容纳电池单元的空间，可以快速将电池单元进行组装；再者，配合凸出部和凹槽的扣合的方式实现电池结构的初步组装定位，在凹槽和凸出部上均设置有导电层以方便与电池单元电性连接，使得电池的组装便捷化，在组装的同时实现了电性连接，方便了进一步将导电层与外部的电路结构电性连接，起到对电池单元的性能进行测试的目的或者起到将电池结构作为供电单元对需要用电的设备进行供电。
2、所述导电层通过导电线电连接外部电路结构，所述电池结构为高通量测试电池结构，将凹槽和凸出部设置为多个，使得其能同时容纳多个电池单元，适合于批量电池单元的测试上，对电池单元的性能进行高通量的筛选，大大提高前期电池的研发速度。
3、所述导电层通过导电线电连接外部电路结构，所述电池结构为高通量测试电池结构、每个电池单元分别设置一根导电线，使得检测更加便捷，当出现个别结果有问题的时候就单独针对该电池单元进行重复测试即可，提高筛选的速度。
4、本发明提供的电池结构的制备方法和电池结构具有相同的有益效果。
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，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高通量测试电池结构，其特征在于：所述高通量测试电池结构包括相对设置的第一基板、第二基板和电池单元，所述第一基板和第二基板之一者设置有多个凹槽，另一者设置有与所述多个凹槽对应的多个凸出部，所述第一基板和第二基板均不导电，所述多个凹槽槽底以及所述多个凸出部对应槽底的外壁均设置有导电层，所述电池单元容纳在每个凹槽内，每个凸出部与每个凹槽配合使所述电池单元的两相对表面分别与所述第一基板的导电层以及第二基板的导电层电性连接。
2.如权利要求1所述的高通量测试电池结构，其特征在于：所述第一基板和/或所述第二基板为热塑性聚酯材料制成。
3.如权利要求1所述的高通量测试电池结构，其特征在于：所述多个凹槽和所述多个凸出部成阵列的形式排布。
4.如权利要求3所述的高通量测试电池结构，其特征在于：所述导电层通过导电线电连接外部电路结构。
5.如权利要求1-4中任一项所述的高通量测试电池结构，其特征在于：所述凹槽为圆柱状或立方体状，所述凸出部为圆柱状或立方体状，所述电池结构为纽扣式或方形电池结构。
6.如权利要求 5所述的高通量测试电池结构，其特征在于：所述电池单元包括电极结构、电池隔膜结构、固体电解质结构或者电芯结构。
7.如权利要求6所述的高通量测试电池结构，其特征在于：所述电池单元为电芯结构，包括依次叠加设置的正极结构、隔膜、负极结构以及设置在正极结构与隔膜之间的电解液，所述导电层分别与所述正极结构以及负极结构贴合并电性导通；或者所述电芯结构包括依次叠加设置的正极结构、固体电解质以及负极结构，所述导电层分别与所述正极结构以及负极结构贴合并电性导通。
8.一种高通量测试电池结构的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
提供不导电的第一基板和第二基板，在所述第一基板和第二基板之一者设置多个凹槽，另一者设置与多个凹槽对应的多个凸出部，所述第一基板和第二基板均不导电；
在所述多个凹槽槽底以及所述多个凸出部的对应多个凹槽槽底的外壁设置导电层；
在多个凹槽中设置电池单元，让每个凸出部与每个凹槽配合使所述电池单元相对的两个表面分别与所述第一基板的导电层以及第二基板的导电层电性连接。
9.如权利要求8所述的高通量测试电池结构的制备方法，其特征在于：所述导电层与外设的测试设备电性连接，所述电池结构的制备方法还包括提供固定件将凸出部与凹槽配合之后的所述第一基板和所述第二基板夹持定位，所述固定件具有调节所述第一基板和所述第二基板配合松紧度的功能。
10.如权利要求9所述的高通量测试电池结构的制备方法，其特征在于：在所述第一基板与所述第二基板之间设置压力传感器，通过调节所述固定件使得凹槽与凸出部配合的压力值处于合格的范围，在所述第一基板和所述第二基板均设置与每个导电层电性连接的导电线，所述导电线用于与外部电路结构电性连接。
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