CN114335669A - 电芯、电池和用电设备 - Google Patents
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Abstract
一种电芯，包括沿第一方向依次堆叠设置的多个第一极片、多层隔离膜和多个第二极片，隔离膜设置在第一极片与第二极片之间。第一极片和第二极片中的一个为正极极片，另一个为负极极片。电芯还包括第一参比极耳和第二参比极耳，多个第一极片中的两个为两个第一参比极片，第一参比极耳同时连接于两个第一参比极片。多个第一极片中的另两个为两个第二参比极片，第二参比极耳同时连接于两个第二参比极片。本申请还提供设有上述电芯的电池和用电设备。上述电芯可提高监测的稳定性并能实现全生命周期监控电芯状态的功能。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别涉及一种电芯、电池和用电设备。
背景技术
在电池的运行过程中，为了获取电池性能特性及性能变化，需要监控正极/负极阻抗变化。现有技术实现监控的方案有两种：对称扣电和三电极电芯。具体地，对称扣电通过拆解电芯，将正极和负极分别做成对称扣电，再分别研究正负极。三电极电芯是通过引入第三电极，利用铜丝或者锂金属片植入电芯内部构建第三电极。
对称扣电具有破坏性并且受外界因素影响较大，三电极电芯引入的第三电极受稳定性较差。这两种方式测试时阻抗波动较大影响监控的稳定性，并且都不能实现全生命周期监控电芯状态。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种电芯，提高监测的稳定性并能实现全生命周期监控电芯状态的功能。
本申请的实施例提供一种电芯，包括沿第一方向依次堆叠设置的多个第一极片、多层隔离膜和多个第二极片，隔离膜设置在第一极片与第二极片之间。第一极片和第二极片中的一个为正极极片，另一个为负极极片。电芯还包括第一参比极耳和第二参比极耳，多个第一极片中的两个为两个第一参比极片，第一参比极耳同时连接于两个第一参比极片。多个第一极片中的另两个为两个第二参比极片，第二参比极耳同时连接于两个第二参比极片。
第一参比极片和第二参比极片极性相同并设在电芯的内部，以降低外界干扰的风险。第一参比极片和第二参比极片既是参比电极极片(即用来监测电芯交流阻抗等参数的极片)同时也是工作电极极片(即用来参与电芯内的循环，实现电芯充放电的极片)，可提高电极性质的稳定性并能更真实地反应极片的状态，从而提高监测的稳定性。并且，第一参比极片和第二参比极片可在电芯的全生命周期内使用，且无损监控正极和负极阻抗变化，以满足不同SOC动态对电芯进行电化学测试分析，为电芯100的监测分析提供重要的数据支持。
本申请的一些实施例中，沿第一方向，两个第二参比极片在两个第一参比极片上形成的投影位于两个第一参比极片的范围内，用以在第二参比极片和第一参比极片产生错位时，仍能使第二参比极片在第一参比极片的范围内，降低由于极片错位造成测试阻抗波动较大的风险，提高监测的稳定性和准确性。
本申请的一些实施例中，沿电芯的第二方向和/或第三方向，两个第一参比极片的最外侧边缘与位于同一侧的两个第二参比极片相对应的最外侧边缘之间的距离为S，0.2mm≤S≤0.8mm，以使两个第二参比极片在两个第一参比极片上形成的投影位于两个第一参比极片的范围内，并限制电芯能量密度的损失。
本申请的一些实施例中，电芯还包括第一极耳和第二极耳，第一极耳连接于第一极片，第二极耳连接于第二极片，第一极片、第二极片、第一参比极耳和第二参比极耳各自的宽度方向垂直于其延伸方向和厚度方向，第一极耳和第二极耳中的任意一个为工作极耳，第一参比极耳和第二参比极耳中的任意一个为测试极耳，沿电芯的第三方向，工作极耳的宽度与测试极耳的宽度的比值范围A为：1.5≤A≤4。工作极耳的宽度相较于测试极耳的宽度较大，以满足大倍率充放电的电流需求，同时减少了电芯的内阻。测试极耳的宽度相较于工作极耳的宽度较小，在满足监测需求的同时降低物料的使用，节省生产成本。
本申请的一些实施例中，工作极耳的宽度为5±0.1mm，测试极耳的宽度为2±0.1mm。
本申请的一些实施例中，沿电芯的第一方向，工作极耳的厚度与测试极耳的厚度的比值范围B为：1≤B≤4。
本申请的一些实施例中，工作极耳的厚度为0.1±0.02mm，测试极耳的厚度为0.08±0.02mm。工作极耳的厚度相较于测试极耳的宽度较大，以满足大倍率充放电的电流需求，同时减少了电芯的内阻。测试极耳的厚度相较于工作极耳的宽度较小，在满足监测需求的同时降低物料的使用，节省生产成本。
本申请的一些实施例中，电芯包括沿第二方向相对设置的第一侧面和第二侧面，第二方向垂直于第一方向，第一极耳和第二极耳自电芯的第一侧面伸出，第一参比极耳和第二参比极耳自电芯的第二侧面伸出，以便于区分工作极耳和测试极耳，并降低测试极耳对工作极耳产生干扰的风险。
本申请的实施例还提供了一种电池，包括和电芯，电芯设置在壳体内，电芯包括上述实施例中任一种的电芯。
本申请的实施例还提供了一种用电设备，包括设备主体和电池，电池设置在设备主体上，电池为上述实施例中任一种的电池。
本申请的电芯、以及设有上述电芯的电池和用电设备中，第一参比极片和第二参比极片极性相同并设在电芯的内部，以降低外界干扰的风险。第一参比极片和第二参比极片既是参比电极极片(即用来监测电芯交流阻抗等参数的极片)同时也是工作电极极片(即用来参与电芯内的充放电循环，实现电芯充放电的极片)，可提高电极性质的稳定性并能更真实地反应极片的状态，从而提高监测的稳定性。并且，第一参比极片和第二参比极片可在电芯的全生命周期内使用，且无损监控正极和负极阻抗变化，以满足不同SOC动态对电芯进行电化学测试分析，为电芯100的监测分析提供重要的数据支持。
附图说明
图1是本申请的一个实施例的电芯的外部结构示意图。
图2是图1沿剖面线A-A的剖面结构示意图。
图3是本申请的一个实施例的电芯中第一参比极耳的结构示意图。
图4是本申请的一个实施例的电芯中第二参比极耳的结构示意图。
图5是本申请的一个实施例的电芯中第一参比极片和第二参比极片的沿第一方向的尺寸对照图。
图6是本申请的一个实施例的电芯中第一参比极片和第二参比极片的沿第二方向的尺寸对照图。
图7是本申请的一个实施例的电芯中第一胶层的结构示意图。
图8是图1沿剖面线B-B的剖面结构示意图。
图9是本申请的一个实施例的用电设备的结构示意图。
主要元件符号说明
电芯 100
电池 200
用电设备 300
第一极片 10
第一参比极片 10a
第二参比极片 10b
隔离膜 20
第二极片 30
第一参比极耳 40
第一延伸部 41
第一连接部 42
第一固定部 421
第一电连接部 422
测试极耳 40a
第二参比极耳 50
第二延伸部 51
第二连接部 52
第二固定部 521
第二电连接部 522
第一极耳 60
工作极耳 60a
第二极耳 70
第一胶层 80
第一侧面 81
第二侧面 82
第一表面 83
第二表面 84
包装袋 85
第一极耳引线 86
第二极耳引线 87
极耳胶 88
设备主体 90
第一方向 Z
第二方向 X
第三方向 Y
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中设置的元件。当一个元件被认为是“设置在”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中设置的元件。
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例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶”、“底”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不用于限制本申请。
可以理解，当两元件平行/垂直设置时沿同一方向设置，两元件之间可存在一定的夹角，两元件之间的允许存在0-±10％的公差，两元件大于、等于或小于允许存在0-±10％的公差。
本申请的实施例提供一种电芯，包括沿第一方向依次堆叠设置的多个第一极片、多层隔离膜和多个第二极片，隔离膜设置在第一极片与第二极片之间。第一极片和第二极片中的一个为正极极片，另一个为负极极片。电芯还包括第一参比极耳和第二参比极耳，多个第一极片中的两个为两个第一参比极片，第一参比极耳同时连接于两个第一参比极片。多个第一极片中的另两个为两个第二参比极片，第二参比极耳同时连接于两个第二参比极片。
上述电芯中，第一参比极片和第二参比极片极性相同并设在电芯的内部，以降低外界干扰的风险。第一参比极片和第二参比极片既是参比电极极片(即用来监测电芯交流阻抗等参数的极片)同时也是工作电极极片(即用来参与电芯内的循环，实现电芯充放电的极片)，可提高电极性质的稳定性并能更真实地反应极片的状态，从而提高监测的稳定性。并且，第一参比极片和第二参比极片可在电芯的全生命周期内使用，且无损监控正极和负极阻抗变化，以满足不同SOC动态对电芯进行电化学测试分析，为电芯100的监测分析提供重要的数据支持。
结合附图，对本申请的实施例作进一步的说明。
请一并参阅图1和图2，本申请的一个实施例提供一种电芯100，包括沿第一方向Z依次堆叠设置的多个第一极片10、多层隔离膜20和多个第二极片30，第一极片10和第二极片30中的一个为正极极片，另一个为负极极片。
在一些实施例中，电芯100还包括第一参比极耳40和第二参比极耳50。多个第一极片10中的两个为两个第一参比极片10a，第一参比极耳40同时连接于两个第一参比极片10a，用于在电芯100充放电的过程中监测两个第一参比极片10a的交流阻抗等参数。
多个第一极片10中的另两个为两个第二参比极片10b，第二参比极耳50同时连接于两个第二参比极片10b，用于在电芯100充放电的过程中监测两个第二参比极片10b的交流阻抗等参数。
在一些实施例中，第一极片10为正极极片，第二极片30为负极极片，对应的，两个第一参比极片10a和两个第二参比极片10b均呈正极极性。
在一些实施例中，第一极片10为负极极片，第二极片30为正极极片，对应的，两个第一参比极片10a和两个第二参比极片10b均呈负极极性。
上述电芯100中，第一参比极片10a和第二参比极片10b极性相同并设在电芯100的内部，以降低外界干扰的风险。第一参比极片10a和第二参比极片10b既是参比电极极片(即用来监测电芯交流阻抗等参数的极片)同时也是工作电极极片(即用来参与电芯内的循环，实现电芯充放电的极片)，可提高电极性质的稳定性并能更真实地反应极片的状态，从而提高监测的稳定性。并且，第一参比极片10a和第二参比极片10b可在电芯100的全生命周期内使用，且无损监控正极和负极阻抗变化，以满足不同SOC动态对电芯100进行电化学测试分析，为电芯100的监测分析提供重要的数据支持。
请继续参阅图2，在一些实施例中，两个第一参比极片10a沿第一方向Z相邻设置，以提高两个第一参比极片10a之间位置的稳定性，且并便于在电芯100的制备过程中同时连接第一参比极耳40。具体地，相邻设置即指：沿第一方向Z，两个第一参比极片10a之间设有两层隔离膜20以及位于两层隔离膜20之间的第二极片30，并未设有其余第一极片10。
在一些实施例中，沿第一方向Z，两个第一参比极片10a形成的投影相互重合，以提高两个第一参比极片10a之间电化学性质的稳定性。
请一并参阅图3，在一些实施例中，第一参比极耳40包括第一延伸部41和第一连接部42，第一连接部42一端连接两个第一参比极片10a，另一端连接第一延伸部41，第一延伸部41通过第一连接部42电连接两个第一参比极片10a并向电芯100外延伸。第一连接部42包括和两个。第一固定部421沿第一方向Z延伸，第一延伸部41连接于第一固定部421。两个第一电连接部422设于第一固定部421朝向两个第一参比极片10a的一侧并沿第一方向Z间隔设置，且分别与其中第一参比极片10a电连接。两个第一电连接部422之间的空隙用于避让两个第一参比极片10a之间其他元件。
请再次参阅图2，在一些实施例中，两个第二参比极片10b沿第一方向Z相邻设置，以提高两个第二参比极片10b之间位置的稳定性，且并便于在电芯100的制备过程中同时连接第二参比极耳50。具体地，相邻设置即指：沿第一方向Z，两个第二参比极片10b之间设有两层隔离膜20以及位于两层隔离膜20之间的第二极片30，并未设有其余第一极片10。
在一些实施例中，沿第一方向Z，两个第二参比极片10b形成的投影相互重合，以提高两个第二参比极片10b之间电化学性质的稳定性。
请一并参阅图4，在一些实施例中，第二参比极耳50包括第二延伸部51和第二连接部52，第二连接部52一端连接两个第二参比极片10b，另一端连接第二延伸部51，第二延伸部51通过第二连接部52电连接两个第二参比极片10b并向电芯100外延伸。第二连接部52包括第二固定部521和两个第二电连接部522。第二固定部521沿第一方向Z延伸，第二延伸部51连接于第二固定部521。两个第二电连接部522设于第二固定部521朝向两个第二参比极片10b的一侧并沿第一方向Z间隔设置，且分别与其中第二参比极片10b电连接。两个第二电连接部522之间的空隙用于避让两个第二参比极片10b之间其他元件。
请再次参阅图2，在一些实施例中，沿第一方向Z，两个第二参比极片10b在两个第一参比极片10a上形成的投影位于两个第一参比极片10a的范围内。即两个第二参比极片10b与两个第一参比极片10a的部分在第一方向Z上对称设置。用以在第二参比极片10b和第一参比极片10a产生错位时，仍能使第二参比极片10b在第一参比极片10a的范围内，降低由于极片错位造成测试阻抗波动较大的风险，提高监测的稳定性和准确性。
在一些实施例中，定义电芯100的长度方向为第二方向X，第二方向X与第一方向Z垂直设置。定义电芯100的宽度方向为第三方向Y，第三方向Y、第一方向Z与第二方向X均垂直设置。
请一并参阅图5和图6，沿电芯的第二方向X和/或第三方向Y，两个第一参比极片10a的最外侧边缘与位于同一侧的两个第二参比极片10b相对应的最外侧边缘之间的距离为S，0.2mm≤S≤0.8mm，以使两个第二参比极片10b在两个第一参比极片10a上形成的投影位于两个第一参比极片10a的范围内，并限制电芯100能量密度的损失。优选地，在一些实施例中，0.4mm≤S≤0.6mm。
可选地，S可以为0.2mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm等中的一个。
在一些实施例中，两个第一参比极片10a在第二方向X的两个最外侧边缘与两个第二参比极片10b对应的两个最外侧边缘之间距离之和为1mm，两个第一参比极片10a在第三方向Y的两个最外侧边缘与两个第二参比极片10b对应的两个最外侧边缘之间距离之和为1mm。
请一并参阅图7，电芯100还包括第一极耳60和第二极耳70，第一极耳60连接于第一极片10，第二极耳70连接于第二极片30。第一极片10、第二极片30、第一参比极耳40和第二参比极耳50各自的宽度方向垂直于其延伸方向和厚度方向。
第一极耳60和第二极耳70中的任意一个为工作极耳60a，工作极耳60a用于实现电芯100充放电的极耳。第一参比极耳40和第二参比极耳50中的任意一个为测试极耳40a，测试极耳40a用于监测电芯交流阻抗等参数。沿电芯100的第三方向Y，工作极耳60a的宽度与测试极耳40a的宽度的比值范围A为：1.5≤A≤4。工作极耳60a的宽度相较于测试极耳40a的宽度较大，以满足大倍率充放电的电流需求，同时减少了电芯100的内阻。测试极耳40a的宽度相较于工作极耳60a的宽度较小，在满足监测需求的同时降低物料的使用，节省生产成本。优选地，在一些实施例中，2≤A≤3。
可以理解的是，在一些实施中，第一极耳60和第二极耳70均为工作极耳60a。第一参比极耳40和第二参比极耳50均为测试极耳40a。
在一些实施例中，A可以为1.5、2、2.5、3、3.5、4等中的一个，也可以是1.5到4内的其它任意值。
在一些实施例中，工作极耳60a的宽度为5±0.1mm，测试极耳40a的宽度为2±0.1mm。
在一些实施例中，沿电芯100的第一方向Z，工作极耳60a的厚度与测试极耳40a的厚度的比值范围B为：1≤B≤4。工作极耳60a的厚度相较于测试极耳40a的宽度较大，以满足大倍率充放电的电流需求，同时减少了电芯100的内阻。测试极耳40a的厚度相较于工作极耳60a的宽度较小，在满足监测需求的同时降低物料的使用，节省生产成本。
在一些实施例中，B可以为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4等中的一个，也可以是1.5到4内的其它任意值。
在一些实施例中，工作极耳60a的厚度为0.1±0.02mm，测试极耳40a的厚度为0.08±0.02mm。
请一并参阅图7，在一些实施例中，电芯100包括沿第二方向X相对设置的第一侧面81和第二侧面82。第一极耳60和第二极耳70自电芯100的第一侧面81伸出，第一参比极耳40和第二参比极耳50自电芯100的第二侧面82伸出，以便于区分工作极耳60a和测试极耳40a，并降低测试极耳40a对工作极耳60a产生干扰的风险。
在一些实施例中。电芯100还包括第一胶层80，所述电芯100包括沿第一方向Z相对设置的第一表面83和第二表面84，第一胶层80粘接于第一表面83并从第一表面延伸至第二表面84，且部分第一胶层80与位于第一表面83和第二表面84之间的极片的边缘粘接，以提高电芯100结构的稳定性。
在一些实施例中，电芯100还包括四个第一胶层80，其中两个第一胶层80设于电芯100沿第二方向X的两侧，另外两个第一胶层80设于电芯100沿第三方向Y的两侧，以使电芯100受到的第一胶层80的拉力均匀。
请一并参阅图2和图8，在一些实施例中，电芯100还包括包装袋85，第一极片10、隔离膜20和第二极片30均容纳于包装袋85中，第一参比极耳40和第二参比极耳50从包装袋85中伸出，以便于连接外部设备对电芯100进行监测。
在一些实施例中，电芯100还包括第一极耳引线86和第二极耳引线87，第一极耳引线86一端电连接于多个第一极耳60，另一端从包装袋85中伸出，第二极耳引线87一端电连接于多个第二极耳70，另一端从包装袋85中伸出。第一极耳引线86和第二极耳引线87伸出包装袋85的一端用于与外部设备连接，以进行充放电。
在一些实施例中，电芯100还包括极耳胶88，极耳胶88设于包装袋85与第一参比极耳40的连接处；和/或，包装袋85与第二参比极耳50的连接处；和/或，包装袋85与第一极耳引线86的连接处；和/或，包装袋85与第二极耳引线87的连接处。极耳胶88用于提升包装袋85与参比极耳或极耳引线连接性能和绝缘性能。
请参阅图9，本申请还提供一种电池200，包括壳体(图未示)和电芯，电芯设置在壳体内，电芯包括上述实施例中的任一种的电芯100。
请继续参阅图9，本申请还提供一种用电设备300，包括设备主体90和电池，电池为上述实施例中的电池200。
上述电芯100、以及设有电芯100的电池200和用电设备300中，第一参比极片10a和第二参比极片10b极性相同并设在电芯100的内部，以降低外界干扰的风险。第一参比极片10a和第二参比极片10b既是参比电极极片(即用来监测电芯交流阻抗等参数的极片)同时也是工作电极极片(即用来参与电芯内的循环，实现电芯充放电的极片)，可提高电极性质的稳定性并能更真实地反应极片的状态，从而提高监测的稳定性。并且，第一参比极片10a和第二参比极片10b可在电芯100的全生命周期内使用，且无损监控正极和负极阻抗变化，以满足不同SOC动态对电芯100进行电化学测试分析，为电芯100的监测分析提供重要的数据支持。
另外，本领域技术人员还可在本申请精神内做其它变化，当然，这些依据本申请精神所做的变化，都应包含在本申请所公开的范围。
Claims (10)
1.一种电芯，包括沿第一方向依次堆叠设置的多个第一极片、多层隔离膜和多个第二极片，所述隔离膜设置在所述第一极片与所述第二极片之间，所述第一极片和所述第二极片中的一个为正极极片，另一个为负极极片，
其特征在于：所述电芯还包括第一参比极耳和第二参比极耳，多个所述第一极片中的两个为两个第一参比极片，所述第一参比极耳同时连接于两个所述第一参比极片，多个所述第一极片中的另两个为两个第二参比极片，所述第二参比极耳同时连接于两个所述第二参比极片。
2.如权利要求1所述的电芯，其特征在于：沿所述第一方向，两个所述第二参比极片在两个所述第一参比极片上形成的投影位于两个所述第一参比极片的范围内。
3.如权利要求2所述的电芯，其特征在于：沿所述电芯的第二方向和/或第三方向，两个所述第一参比极片的最外侧边缘与位于同一侧的两个所述第二参比极片相对应的最外侧边缘之间的距离为S，0.2mm≤S≤0.8mm。
4.如权利要求1所述的电芯，其特征在于：所述电芯还包括第一极耳和第二极耳，所述第一极耳连接于所述第一极片，所述第二极耳连接于所述第二极片，所述第一极片、所述第二极片、所述第一参比极耳和所述第二参比极耳各自的宽度方向垂直于其延伸方向和厚度方向，所述第一极耳和所述第二极耳中的任意一个为工作极耳，所述第一参比极耳和所述第二参比极耳中的任意一个为测试极耳，沿所述电芯的第三方向，所述工作极耳的宽度与所述测试极耳的宽度的比值范围A为：1.5≤A≤4。
5.如权利要求4所述的电芯，其特征在于：所述工作极耳的宽度为5±0.1mm，所述测试极耳的宽度为2±0.1mm。
6.如权利要求4所述的电芯，其特征在于：沿所述电芯的第一方向，所述工作极耳的厚度与所述测试极耳的厚度的比值范围B为：1≤B≤4。
7.如权利要求6所述的电芯，其特征在于：所述工作极耳的厚度为0.1±0.02mm，所述测试极耳的厚度为0.08±0.02mm。
8.如权利要求4所述的电芯，其特征在于：所述电芯包括沿第二方向相对设置的第一侧面和第二侧面，所述第二方向垂直于所述第一方向，所述第一极耳和所述第二极耳自所述电芯的第一侧面伸出，所述第一参比极耳和所述第二参比极耳自所述电芯的第二侧面伸出。
9.一种电池，包括和电芯，所述电芯设置在所述壳体内，其特征在于：所述电芯包括如权利要求1至8中任一项所述的电芯。
10.一种用电设备，包括设备主体和电池，所述电池设置在所述设备主体上，其特征在于：所述电池为如权利要求9所述的电池。
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