CN115483464A - 一种锂电池及电池包 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂电池及电池包，包括参比电极和密封件，参比电极沿长度方向上分为第一电极段至第N电极段，以及位于相邻两电极段之间的连接段；隔膜包括第一隔膜和第二隔膜，参比电极设于负极与第一隔膜之间，或设于正极与第一隔膜之间，参比电极的表面被第二隔膜包裹；密封件由内向外依次设有N个，以由内向外的位序计，排第n位序的密封件与排第n‑1位序的密封件将参比电极的第n电极段独立隔离，且排第n位序的所述密封件与排第n‑1位序的所述密封件均设有用于参比电极移动的通孔。通过控制参比电极的不同电极段在设定时间与电解液相接触，延长参比电极的使用寿命，保证测试结果的准确性。

Description

一种锂电池及电池包

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种锂电池及电池包。

背景技术

随着新能源技术的发展，国家出台一系列政策，其中锂电池凭借高能量密度，长使用寿命，具有广泛的应用场景。锂电池由正极、负极、隔膜、电解液等材料组成，但是锂电池本身又是一个较为复杂的系统。衡量锂电池的一个重要指标就是其循环寿命，其中电池使用温度，充电电流，放电电流，截止电压等参数均会对电芯的循环寿命造成影响。电芯在循环过程中，电极电位会发生变化，如果能提前获取不同循环阶段电极的电位变化参数，对准确研究电芯的循环使用寿命具有重要意义。

目前研究锂离子电池的电极电位，通用做法是在锂电池内部布置参比电极，通过监控参比电极，得到对应电极的电位变化。由于参比电极需要在电芯密封前，提前布置在电芯内部，造成参比电极和电解液长时间接触，容易造成参比电极表面被腐蚀，使参比电极在测量时电位发生扰动，无法准确获得相应的电位变化。通常的做法有两种，一种做法是在参比电极上涂覆聚合高分子等材料，在一定程度上可以延缓电解液对参比电极的腐蚀，但是制备过程较为复杂，长时间搁置后，参比电极仍存在腐蚀的现象。还有一种做法是，电芯循环一段时间后，将电芯拆解，重新布置参比电极，待布置完成后，再将含有参比电极的电芯二次封装。由于拆解后的电芯，容易和空气中的水份、氧气等发生副反应，对电芯的性能存在影响，并且拆解后电芯再次组装的失败率较高，影响测试结果的准确性。

基于上述原因，延长参比电极的使用寿命，保证测试结果的准确性，在研究电极电位变化中，显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何实现延长参比电极的使用寿命，保证测试结果的准确性的问题。

本发明提供一种锂电池，包括正极、负极、隔膜、电解液、参比电极和密封件，所述正极和所述负极依次层叠交替设置，所述隔膜设置于所述正极和所述负极之间，所述参比电极沿长度方向上分为第一电极段至第N电极段，以及位于相邻两电极段之间的连接段；所述隔膜包括第一隔膜和第二隔膜，所述参比电极设于所述负极与所述第一隔膜之间，或设于所述正极与所述第一隔膜之间，所述参比电极的表面被所述第二隔膜包裹；所述密封件由内向外依次设有N个，以由内向外的位序计，所述正极、负极、参比电极的第一电极段、隔膜和电解液设于排第一位序的所述密封件内，排第n位序的所述密封件与排第n-1位序的所述密封件将所述参比电极的第n电极段独立隔离，且排第n位序的所述密封件与排第n-1位序的所述密封件均设有用于参比电极移动穿过的通孔，N为大于等于2的整数，n为大于等于2小于等于N的整数。

可选的，所述正极包括正极极耳和正极极片，所述正极极耳自所述正极极片的一侧沿所述正极极片所在的平面延伸而出；所述正极极耳具有适于参比电极移动的第一开口；所述负极包括负极极耳和负极极片，所述负极极耳自所述负极极片的一侧沿所述负极极片所在的平面延伸而出；所述负极极耳具有适于参比电极移动的第二开口；所述负极极片的面积大于所述正极极片的面积；所述参比电极分别穿设所述第一开口与所述第二开口。

可选的，所述正极极耳的第一开口远离正极极耳的中心，所述负极极耳的第二开口远离负极极耳的中心。

可选的，所述负极极片的面积小于等于正极极片的面积的1.5倍。

可选的，参比电极的任意第n电极段与第n+1电极段通过两者之间的连接段连接成U形；任意相邻的U形开口相反。

可选的，参比电极的第n电极段的长度大于等于参比电极的第一电极段的长度。

可选的，参比电极的直径小于所述正极极耳的第一开口的宽度；参比电极的直径小于所述负极极耳的第二开口的宽度。

可选的，任意参比电极的第n电极段布置在正极极耳远离负极极耳的一侧，和/或任意参比电极的第n电极段布置在负极极耳远离正极极耳的一侧。

可选的，所述通孔为圆孔、方孔、三角形孔、正六边形孔中至少一种。

本发明还提供一种电池包，包括上述的锂电池。

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的锂电池通过排第n位序的所述密封件与排第n-1位序的所述密封件将所述参比电极的第n电极段独立隔离，避免参比电极的第n电极段在未使用时与电解液接触而失效，在需要对锂电池的电极进行第一次电位研究时，将第N个密封件解封，参比电极的第一电极段从第一密封件中抽出，参比电极的第二电极段进入第一个密封件，使参比电极的第二电极段与电解液相接触导电；以此类推，在需要对锂电池的电极进行第二次电位研究时，将第N-1个密封件解封，参比电极的第二电极段从第一密封件中抽出，参比电极的第三电极段进入第一个密封件，使参比电极的第三电极段与电解液相接触导电……。通过控制参比电极的不同电极段在设定时间与电解液相接触，保证每次对锂电池的电极电位进行研究时，使用的参比电极均为未使用的参比电极的不同电极段，从而延长参比电极的使用寿命，保证测试结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例参比电极在锂电池内的示意图；

图2为本申请实施例正极极片和负极极片的示意图；

图3为本申请实施例参比电极在锂电池内的布置示意图；

图4为本申请一实施例参比电极在锂电池内的示意图；

图5为本申请另一实施例参比电极在锂电池内的示意图；

图6为本申请实施例铝塑膜冲坑后的示意图。

附图标记：

1、负极极耳；2、正极极耳；3、参比电极；4、负极；5、正极；6、隔膜；8、第一个密封件；9、第二个密封件；10、第三个密封件。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供了一种锂电池，如图1和图4所示，包括正极5、负极4、隔膜6、参比电极3和密封件，其中，正极5、负极4和隔膜6浸没在电解液(图中未示出)中，所述正极5和所述负极4依次层叠交替设置，所述隔膜6设置于所述正极5和所述负极4之间；所述参比电极3沿长度方向上分为第一电极段至第N电极段，以及位于相邻两电极段之间的连接段；所述隔膜6包括第一隔膜和第二隔膜，所述参比电极3设于所述负极4与所述第一隔膜之间，或设于所述正极5与所述第一隔膜之间，所述参比电极3的表面被所述第二隔膜包裹；所述密封件由内向外依次设有N个，以由内向外的位序计，所述正极5、负极4、参比电极3的第一电极段、隔膜6和电解液设于排第一位序的所述密封件内，排第n位序的所述密封件与排第n-1位序的所述密封件将所述参比电极3的第n电极段独立隔离，且排第n位序的所述密封件与排第n-1位序的所述密封件均设有用于参比电极移动穿过的通孔；N为大于等于2的整数，n为大于等于2小于等于N的整数。锂电池按正极5、隔膜6、负极4、隔膜6重复交替的方式进行堆叠，参比电极3沿Y轴方向，横穿锂电池内部，参比电极3的表面被第二隔膜包裹，所述第二隔膜既允许锂离子自由穿透，不影响参比电极3的表面镀锂，又避免参比电极3在后期移动过程中损伤电极，在锂电池内部避免和正极5或负极4之间直接接触，造成短路。

本实施例中，N的取值可以根据实际应用的需求进行合理限定。

本实施例中，通过排第n位序的所述密封件与排第n-1位序的所述密封件将所述参比电极3的第n电极段独立隔离，避免参比电极3的第n电极段在未使用时与电解液接触而失效，在需要对锂电池的电极进行第一次电位研究时，将第N个密封件解封，参比电极3的第一电极段从第一个密封件中抽出，参比电极3的第二电极段进入第一个密封件8，使参比电极3的第二电极段与电解液相接触导电；以此类推，在需要对锂电池的电极进行第二次电位研究时，将第N-1个密封件解封，参比电极3的第二电极段从第一个密封件8中抽出，参比电极3的第三电极段进入第一个密封件8，使参比电极3的第三电极段与电解液相接触导电……。通过控制参比电极3的不同电极段在设定时间与电解液相接触，保证每次对锂电池的电极电位进行研究时，使用的参比电极3均为未使用的参比电极3的不同电极段，从而延长参比电极3的使用寿命，保证测试结果的准确性。

本实施例，所述正极5包括正极极耳2和正极极片，所述正极极耳2自所述正极极片的一侧沿所述正极极片所在的平面延伸而出；所述正极极耳2具有适于参比电极3移动的第一开口；所述负极包括负极极耳1和负极极片，所述负极极耳1自所述负极极片的一侧沿所述负极极片所在的平面延伸而出；所述负极极耳1具有适于参比电极3移动的第二开口；所述负极极片的面积大于所述正极极片的面积，参比电极3分别穿过第一开口和第二开口，使得参比电极3的各电极段抽进与抽出。

本实施例中，参比电极3通过正极极耳2的第一开口和负极极耳1的第二开口进行移动，避免在密封件的其他位置引出参比电极3，从而减少在密封件上开口数量，以提高密封件的密封性；在锂电池设计中，要保证负极极片的面积大于正极极片的面积，如果正极极片的面积大于负极极片的面积，在充电过程中，在负极4的表面会出现析锂风险，影响锂电池的安全。

本实施例，所述负极极片的面积小于正极极片的面积的1.5倍。若负极极片的面积大于正极极片的面积的1.5倍，将造成极大的浪费，提高了成本。

本实施例，所述正极极耳2的第一开口远离正极极耳2的中心，所述负极极耳1的第二开口远离负极极耳1的中心。如此设置，锂电池封装后，第一开口和第二开口的位置远离电解液，减少电解液由第一开口或第二开口处溢出的风险。具体的，如图2所示，其中，L0为第一开口和第二开口的宽度，L1和L2为第二开口分别至负极极耳两侧的距离，L3和L4为第一开口分别至正极极耳两侧的距离，L1＜L2，L3＜L4。

本实施例，所述正极极耳2的第一开口的宽度小于2mm，所述负极极耳1的第二开口的宽度小于2mm。可以保证参比电极3通过正极极耳2的第一开口和负极极耳1的第二开口进行移动的前提下，减少电解液由第一开口或第二开口处溢出的风险。

本实施例，参比电极3的任意第n电极段与第n+1电极段通过两者之间的连接段连接成U形；任意相邻的U形开口相反。连接段采用U形布置，可以有效压缩连接段占用的空间，从而减小锂电池的体积。

具体的，如图3所示，将参比电极3放置在负极极片或正极极片上；参比电极由a处引出，沿Y轴方向，到达b处，沿X轴方向，到达c处，再沿Y轴方向，到达d处，cd处参比电极3的长度大于10mm；沿X轴方向到达e处，沿Y轴方向，到达f处，ef处参比电极3的长度大于10mm；沿X轴方向，到达g处，再沿Y轴方向，到达h处，h处位于第一开口或第二开口的位置，在gh处布置的参比电极3无明显弯折。参比电极3沿X轴方向到达i处，沿Y轴方向，到达j处，ij处参比电极3的长度大于10mm；参比电极3沿X轴方向到达k处，沿Y轴方向，到达l处，kl处参比电极3的长度大于10mm；沿X轴方向到达m处，沿Y轴方向，到达n处；以此类推，完成参比电极3的布置。

本实施例，参比电极3的第n电极段的长度大于等于参比电极3的第一电极段的长度。从而保证每次对锂电池的电极电位进行研究时，使用的参比电极3均为未使用的参比电极3的不同电极段。

本实施例，参比电极3的直径小于所述正极极耳2的第一开口的宽度；参比电极的直径小于所述负极极耳1的第二开口的宽度。从而保证参比电极3通过正极极耳2的第一开口和负极极耳1的第二开口进行移动。

本实施例，任意参比电极的第n电极段布置在正极极耳2远离负极极耳1的一侧，或任意参比电极的第n电极段布置在负极极耳1远离正极极耳2的一侧。如此布置，有益于参比电极只从正极极耳一侧或负极极耳一侧单向抽出，从而保证未使用的参比电极的电极段独立隔离在相邻的两个密封件之间。

在一实施例中，如图4所示，任意参比电极的第n电极段布置在正极极耳2远离负极极耳1的一侧，当在需要对锂电池的电极进行第一次电位研究时，将第N个密封件解封，参比电极3的第一电极段从负极极耳1的一侧抽出，参比电极3的第二电极段从正极极耳2的一侧进入第一个密封件，使参比电极3的第二电极段与电解液相接触导电；以此类推，在需要对锂电池的电极进行第二次电位研究时，将第N-1个密封件解封，参比电极3的第二电极段从负极极耳1的一侧抽出，参比电极3的第三电极段从正极极耳2的一侧进入第一个密封件，使参比电极3的第三电极段与电解液相接触导电……。

在另一实施例中，如图5所示，任意参比电极的第n电极段布置在负极极耳1远离正极极耳2的一侧，当在需要对锂电池的电极进行第一次电位研究时，将第N个密封件解封，参比电极3的第一电极段从正极极耳2的一侧抽出，参比电极的第二电极段从负极极耳1的一侧进入第一个密封件，使参比电极3的第二电极段与电解液相接触导电；以此类推，在需要对锂电池的电极进行第二次电位研究时，将第N-1个密封件解封，参比电极3的第二电极段从正极极耳2的一侧抽出，参比电极3的第三电极段从负极极耳1的一侧进入第一个密封件，使参比电极3的第三电极段与电解液相接触导电……。

本实施例中，通孔可以是单一的圆孔、方孔、三角形孔、正六边形孔等几何形状孔，也可以是多种孔行任意搭配组合，优选圆孔，因为圆孔适于密封，参比电极通过圆孔进行移动，圆孔结构对参比电极表面的磨损较少，从而保护参比电极不同电极段的完好。

在一实施例中，如图5所示，将放置有参比电极3的第一电极段的锂电池，完成正极极耳2和负极极耳1的焊接，并放置在第一个密封件8中，第一个密封件8上具有适于参比电极3移动的圆孔，参比电极3可以通过圆孔，进行来回拉动。将预留在第一个密封件8外面的参比电极3的第二电极段进行整理，将整理后的参比电极3的第二电极段放置在第二个密封件9中，第二个密封件9上具有适于参比电极3移动的圆孔，参比电极3可以通过圆孔，进行来回拉动。将预留在第二个密封件外面的参比电极3的第三电极段进行整理，将整理后的参比电极3的第三电极段放置在第三个密封件10中，第三个密封件10上具有适于参比电极3移动的圆孔，参比电极3可以通过圆孔，进行来回拉动。将参比电极3在3个密封件内部完成布置后，使用密封胶把第三个密封件10的圆孔进行密封，保证电芯的气密性。将制备完成的锂电池按2C CC/1C DC的充电方式进行循环测试，每循环200圈后，对参比电极进行镀锂，并测试参比电极的电位变化。测试结果如表1所示，其中A组为本实施例的锂电池，B组为常规锂电池。A组锂电池进行测试前，将最外层的密封件拆解，将留在锂电池内部的参比电极拉出，保证每次测量时的参比电极均是新鲜的界面，未和电解液接触，待上述步骤完成后，参比电极才进行镀锂，并测试参比电极的电位变化。B组锂电池无须拆解，参比电极直接镀锂，测试参比电极电位。可以看出相比于A组锂电池，B组锂电池随循环圈数的增加，参比电极长时间和电解液接触，造成参比电极表面被腐蚀，电极波动明显，无法准确反馈得到对应的末端电位。

表1

组别	首圈	第200圈	第400圈	第600圈
					A	30mV、29mV	29mV、29mV	28mV、28mV	28mV、27mV
B	29mV、29mV	21mV、20mV	10mV、4mV	8mV、0mV

本实施例，所述密封件的材质为铝塑膜。铝塑膜适应于包装各种形状；包装好的铝塑膜具有卫生性、保洁性，密封包装，防尘阻湿的功能。如图6所示，对铝塑膜进行冲坑处理，每次冲坑后，冲坑面积逐渐增大，最终形成规格不同的密封件。

实施例2

本实施例提供一种电池包，包括实施1中的锂电池。通过对电池包使用过程中的锂电池的正极电位、负极电位和阻抗进行原位监控，明显提高检测的准确性，检测效率高，有利于推进电池包的寿命的研究。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种锂电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极和所述负极依次层叠交替设置，所述隔膜设置于所述正极和所述负极之间，其特征在于，还包括参比电极和密封件；

所述参比电极沿长度方向上分为第一电极段至第N电极段，以及位于相邻两电极段之间的连接段；所述隔膜包括第一隔膜和第二隔膜，所述参比电极设于所述负极与所述第一隔膜之间，或设于所述正极与所述第一隔膜之间，所述参比电极的表面被所述第二隔膜包裹；

所述密封件由内向外依次设有N个，以由内向外的位序计，所述正极、负极、参比电极的第一电极段、隔膜和电解液设于排第一位序的所述密封件内，排第n位序的所述密封件与排第n-1位序的所述密封件将所述参比电极的第n电极段独立隔离，且排第n位序的所述密封件与排第n-1位序的所述密封件均设有用于参比电极移动穿过的通孔，N为大于等于2的整数，n为大于等于2小于等于N的整数。

2.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，

所述正极包括正极极耳和正极极片，所述正极极耳自所述正极极片的一侧沿所述正极极片所在的平面延伸而出；所述正极极耳具有适于参比电极移动的第一开口；

所述负极包括负极极耳和负极极片，所述负极极耳自所述负极极片的一侧沿所述负极极片所在的平面延伸而出；所述负极极耳具有适于参比电极移动的第二开口，所述负极极片的面积大于所述正极极片的面积；

所述参比电极分别穿设所述第一开口与所述第二开口。

3.根据权利要求2所述的锂电池，其特征在于，

所述正极极耳的第一开口远离正极极耳的中心，所述负极极耳的第二开口远离负极极耳的中心。

4.根据权利要求2所述的锂电池，其特征在于，

所述负极极片的面积小于等于正极极片的面积的1.5倍。

5.根据权利要求1-4任一项所述的锂电池，其特征在于，

参比电极的任意第n电极段与第n+1电极段通过两者之间的连接段连接成U形；任意相邻的U形开口相反。

6.根据权利要求5所述的锂电池，其特征在于，

参比电极的第n电极段的长度大于等于参比电极的第一电极段的长度。

7.根据权利要求5所述的锂电池，其特征在于，

参比电极的直径小于所述正极极耳的第一开口的宽度；参比电极的直径小于所述负极极耳的第二开口的宽度。

8.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，

任意参比电极的第n电极段布置在正极极耳远离负极极耳的一侧，或任意参比电极的第n电极段布置在负极极耳远离正极极耳的一侧。

9.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，

所述通孔为圆孔、方孔、三角形孔、正六边形孔中至少一种。

10.一种电池包，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的锂电池。

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