CN217182327U - 光纤结构、电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种光纤结构、电池单体、电池及用电装置。上述光纤结构至少包括纤芯和包覆于纤芯外的封装结构，封装结构设置为第一封装段、第二封装段和第三封装段。根据不同的使用环境分段设置不同的封装结构，不仅可以提高检测的可靠性、稳定性，还可以满足将光芯结构装配至电池单体内部进行检测的工艺可行性，便于对电池单体内部进行检测。

Description

光纤结构、电池单体、电池及用电装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种光纤结构、电池单体、电池及用电装置。

背景技术

相关技术中，为了实时监控电池使用过程中电池单体内部相关物理参数的变化，通常采用光纤进行检测。由于电池单体内部的化学环境复杂，为了保证检测的可靠性，需要对光纤进行封装处理。而电池单体内部空间有限，封装后的光纤体积过大，不便于对于电池单体内部进行检测。

实用新型内容

基于此，本申请实施例提供一种光纤结构、电池单体、电池及用电装置，以在保证检测可靠性的同时，便于对电池单体内部进行检测。

根据本申请的一个方面，本申请实施例提供了一种光纤结构，包括纤芯和包覆于纤芯的封装结构。封装结构包括沿纤芯的长度方向依次设置的第一封装段、第二封装段、第三封装段。第一封装段包括包覆于纤芯外的第一绝缘耐腐蚀层。第二封装段包括依次包覆于纤芯外的第一塑性层和第二绝缘耐腐蚀层。第三封装段包括依次包覆于纤芯外的缓冲层和第二塑性层。

本申请实施例的技术方案中，光纤结构至少包括纤芯和包覆于纤芯外的封装结构，封装结构设置为第一封装段、第二封装段和第三封装段。第一封装段包括第一绝缘耐腐蚀层，由于该段仅由第一绝缘耐腐蚀层进行封装，光纤体积变化不大，可以放置于电池单体内的卷芯内，不仅可以满足电池单体内空间有限的使用需求，也可以使用于电池单体内部的复杂的化学环境中。第二封装段包括第一塑性层和第二绝缘耐腐蚀层，可以放置于电池单体内卷芯与顶盖之间，由于将顶盖装配至电池单体上的过程中会产生外力，第一塑性层可以满足电池单体的装配工艺需求，第二绝缘耐腐蚀层可以使该段使用于电池单体内部的复杂的化学环境中。第三封装段包括缓冲层和第二塑性层，可以放置于电池单体的顶盖外，通过缓冲层缓冲电池单体的装配时所产生的应力，通过第二塑性层进一步保护位于该段的纤芯，且便于在剥离缓冲层和第二塑性层后进行熔接测试。如此，根据不同的使用环境分段设置不同的封装结构，不仅可以提高检测的可靠性、稳定性，还可以满足将光芯结构装配至电池单体内部进行检测的工艺可行性，便于对电池单体内部进行检测。

在一些实施例中，第一绝缘耐腐蚀层的厚度与纤芯的直径的比值为0.025-0.4。如此，通过设置第一绝缘耐腐蚀层的厚度与纤芯的直径之间的相对关系，防止因为第一绝缘耐腐蚀层的厚度过厚，而致使第一封装段无法伸入至电池单体的卷芯内，同时还可以防止过厚的第一绝缘耐腐蚀层影响电池单体内的传质反应。

在一些实施例中，纤芯的直径为50微米至200微米，第一绝缘耐腐蚀层的厚度为5微米至20微米。如此，通过设置合适大小的纤芯直径和第一绝缘耐腐蚀层的厚度，得到可以满足适用于电池单体中卷芯内的第一封装段结构。

在一些实施例中，第一塑性层的厚度与纤芯的直径的比值为0.5-10。如此，通过设置第一塑性层的厚度与纤芯的直径之间的相对关系，在可以适当加宽第二封装段的基础上，提高对纤芯的防护作用，同时防止因为第一塑性层的厚度过厚，而影响电池单体的使用效果。

在一些实施例中，纤芯的直径为50微米至200微米，第一塑性层的厚度为100微米至500微米。如此，通过设置合适大小的纤芯直径和第一塑性层的厚度，得到可以满足适用于电池单体的对应的使用环境的结构。

在一些实施例中，第二绝缘耐腐蚀层的厚度与纤芯的直径的比值为0.25-10。如此，通过设置第二绝缘耐腐蚀层的厚度与纤芯的直径之间的相对关系，在可以适当加宽第二封装段的基础上，提高对纤芯的防护作用，同时可以防止因为第二绝缘耐腐蚀层的厚度过厚而从第一塑性层上脱落。

在一些实施例中，纤芯的直径为50微米至200微米，第二绝缘耐腐蚀层的厚度为50微米至500微米。如此，通过设置合适大小的纤芯直径和第二绝缘耐腐蚀层的厚度，得到可以满足适用于电池单体的对应的使用环境的结构。

在一些实施例中，缓冲层的厚度与纤芯的直径的比值为0.5-40。如此，通过设置缓冲层的厚度与纤芯的直径之间的相对关系，可以缓冲位于电池单体外的光纤结构所承受的外部的应力，提高对纤芯的防护作用，同时也便于剥离缓冲层，进行后续光纤结构的熔接测试过程。

在一些实施例中，纤芯的直径为50微米至200微米，缓冲层的厚度为100微米至2000微米。如此，通过设置合适大小的纤芯直径和缓冲层的厚度，得到可以满足适用于电池单体的对应的外部使用环境的结构。

在一些实施例中，第二塑性层的厚度与纤芯的直径的比值为0.5-20。如此，通过设置第二塑性层的厚度与纤芯的直径之间的相对关系，可以在缓冲层的基础上，进一步提高对纤芯的防护作用，同时也便于剥离第二塑性层，进行后续光纤结构的熔接测试过程。

在一些实施例中，纤芯的直径为50微米至200微米，第二塑性层的厚度为100微米至1000微米。如此，通过设置合适大小的纤芯直径和第二塑性层的厚度，得到可以满足适用于电池单体的对应的外部使用环境的结构。

在一些实施例中，第一绝缘耐腐蚀层的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸或聚酰亚胺中的至少一种。如此，使得第一绝缘耐腐蚀层可以绝缘耐腐蚀。

在一些实施例中，第一塑性层的材料包括橡胶或树脂中的至少一种；和/或第二绝缘耐腐蚀层的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸或聚酰亚胺中的至少一种。如此，使得第二绝缘耐腐蚀层可以绝缘耐腐蚀，第一塑性层可以对纤芯起到防护作用。

在一些实施例中，缓冲层的材料包括聚氨酯泡沫或柔性织物中的至少一种；和/或第二塑性层的材料包括不锈钢、橡胶或树脂中的至少一种。如此，使得缓冲层可以缓冲外部作用于纤芯的应力绝缘耐腐蚀，第二塑性层可以对纤芯起到防护作用。

根据本申请的另一个方面，本申请实施例提供了一种电池单体，包括壳体、卷芯、顶盖以及上述光纤结构。壳体具有开口，卷芯容纳于壳体中，顶盖设于开口处，以将卷芯封闭在壳体中，且顶盖与卷芯之间形成有间隙。光纤结构从卷芯内经由间隙穿出至顶盖外。其中，光纤结构位于卷芯内的部分设有第一封装段，光纤结构位于顶盖外的部分设有第三封装段。如此，由于采用了该光纤结构，更加便于检测电池单体内部的物理参数。

根据本申请的又一个方面，本申请实施例提供了一种电池，包括上述电池单体。如此，由于采用了该电池单体，便于对电池的使用状态进行检测。

根据本申请的再一个方面，本申请实施例提供了一种用电装置，包括上述电池，电池用于提供电能。如此，由于采用了上述电池，便于对电池的使用状态进行检测，进而提高用电装置整体的可靠性。

本申请实施例根据电池单体的结构特点，将光纤的封装结构设置为第一封装段、第二封装段和第三封装段，并对各段设置不同的封装层。如此，根据不同的使用环境分段设置不同的封装结构，不仅可以提高检测的可靠性、稳定性，还可以满足将光芯结构装配至电池单体内部进行检测的工艺可行性，便于对电池单体内部进行检测。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请一些实施例的车辆的结构示意图；

图2为本申请一些实施例的电池的分解结构示意图；

图3为本申请一些实施例的一个视角下电池单体的结构示意图；

图4为本申请一些实施例的另一个视角下电池单体的结构示意图；

图5为本申请一些实施例的光纤结构与卷芯配合的结构示意图；

图6为本申请一些实施例的光纤结构的结构示意图；

图7为本申请一些实施例的第一封装段的截面结构示意图；

图8为本申请一些实施例的第二封装段的截面结构示意图；

图9为本申请一些实施例的第三封装段的截面结构示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：

车辆1；

电池10、控制器20、马达30；

电池单体11；

光纤结构100；

纤芯110、直径D、封装结构120、第一封装段121、第一绝缘耐腐蚀层1211、第一厚度d1、第二封装段122、第一塑性层1221、第二厚度d2、第二绝缘耐腐蚀层1222、第三厚度d3、第三封装段123、缓冲层1231、第四厚度d4、第二塑性层1232、第五厚度d5；

壳体200、开口210；

卷芯300、正极片310、负极片320、隔膜330；

顶盖400；

泄压阀500；

极柱600；

间隙g；

箱体12、第一部分121、第二部分122。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

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；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。随着锂离子电池技术的发展和电动化时代的到来，人们对电池系统的安全性、可靠性和智能化程度提出了越来越高的需求，这就要求能在更多维度上实时监控电池使用过程中的各种物理量变化，例如在电池使用过程中所涉及的温度、振动、气压、应力等。由于光纤具有体积小、电磁不敏感、耐腐蚀等特点，并且其对多个物理信号敏感，因此，将光纤应用于前述电池系统信号多维度传感上具有很大的应用潜力。因为光纤本质是由SiO₂材料所构成，其脆性强、易断裂、不耐弯折。相关技术中，通常都是将微细的光纤封装于塑料保护层中，以提高光纤的耐弯折性和可操作性。

本发明人注意到，由于电池单体内部的化学环境复杂且电池单体内部空间有限，采用相关技术中的封装方法，封装后的光纤体积过大，不便于对于电池单体内部进行检测，也不能满足电池单体内部的化学环境的使用要求。例如，电池单体内部的化学环境会对纤芯造成腐蚀，影响光纤的检测；伸入电池单体内部的光纤，会影响电池内部的传质反应；电池单体的装配工艺中存在焊接、装夹、转运等过程，此过程会产生夹紧力等外部力，损害位于电池外部的光纤。因此，光纤的可靠性以及该光纤是否便于检测有待提高。

为了提高光纤的可靠性以及便于利用该光纤进行检测，申请人研究发现，可以在设计上根据电池单体的结构特点，将光纤结构的封装部分进行分段处理。具体为将电池单体分为内部、外部两部分，其中，以电池单体内设置有卷芯为例，电池单体的内部可以分为卷芯内和卷芯外。电池单体内部的化学环境不同，卷芯内需要在满足绝缘耐腐蚀的情况下，不影响电池单体内部的化学反应，而卷芯外则不仅需要满足绝缘耐腐蚀的特点还需要满足电池单体的装配使用需求。电池单体的外部则会面临外部环境中所可能产生的各种外部力。

基于以上考虑，为了提高光纤的可靠性以及便于利用该光纤进行检测，且还能满足电池单体的结构特点，发明人经过深入研究，设计了一种光纤结构，通过将光纤结构中的封装结构设置为多个封装段，每个封装段对应于其在电池单体上的不同位置，根据该位置，对每一封装段的封装层进行设计，提高检测的可靠性、稳定性，且满足将光芯结构装配至电池单体内部进行检测的工艺可行性，便于对电池单体内部进行检测。

在这样的光纤结构中，由于其封装结构式分段设计的，能够有效对应于不同的使用环境中，进而提高了光纤结构的可靠性以及便于利用其进行检测。

本申请实施例公开的光纤结构可以但不限用于呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状的电池单体中。

本申请中，电池单体可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种：柱形电池单体、方形电池单体和软包电池单体，本申请实施例对此也不限定。

电池单体包括电极组件和电解液，电极组件由正极极片、负极极片和隔离膜组成。电池单体主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面，未涂敷正极活性物质层的正极集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的正极集流体，未涂敷正极活性物质层的正极集流体作为正极极耳。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面，未涂敷负极活性物质层的负极集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的负极集流体，未涂敷负极活性物质层的负极集流体作为负极极耳。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为碳或硅等。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。隔离膜的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。此外，电极组件可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本申请实施例并不限于此。

本申请的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池模块或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。

本申请实施例公开的电池单体可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。可以使用具备本申请公开的电池单体、电池等组成该用电装置的电源系统，这样，有利于监测电池使用过程中的内部状态演变，例如应变、气压、温度、SOC(State of Charge，电池的荷电状态)、SOH(State Of Health，电池健康度)、电解液消耗情况等，进行电池失效早期预警。

本申请实施例提供一种使用电池作为电源的用电装置，用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。

以下实施例为了方便说明，以本申请一实施例的一种用电装置为车辆1为例进行说明。

请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆1的结构示意图。车辆1可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。车辆1的内部设置有电池10，电池10可以设置在车辆1的底部或头部或尾部。电池10可以用于车辆1的供电，例如，电池10可以作为车辆1的操作电源。车辆1还可以包括控制器20和马达30，控制器20用来控制电池10为马达30供电，例如，用于车辆1的启动、导航和行驶时的工作用电需求。

在本申请一些实施例中，电池10不仅可以作为车辆1的操作电源，还可以作为车辆1的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1提供驱动动力。

请参照图2，图2为本申请一些实施例的电池10的分解结构示意图。电池10包括电池单体11和箱体12，电池单体11容纳于箱体12内。其中，箱体12用于为电池单体11提供容纳空间，箱体12可以采用多种结构。在一些实施例中，箱体12可以包括第一部分121和第二部分122，第一部分121与第二部分122相互盖合，第一部分121和第二部分122共同限定出用于容纳电池单体11的容纳空间。第二部分122可以为一端开口的空心结构，第一部分121可以为板状结构，第一部分121盖合于第二部分122的开口侧，以使第一部分121与第二部分122共同限定出容纳空间；第一部分121和第二部分122也可以是均为一侧开口的空心结构，第一部分121的开口侧盖合于第二部分122的开口侧。当然，第一部分121和第二部分122形成的箱体12可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。

在电池10中，电池单体11可以是多个，多个电池单体11之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体11中既有串联又有并联。多个电池单体11之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体11构成的整体容纳于箱体12内；当然，电池10也可以是多个电池单体11先串联或并联或混联组成电池模块形式，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体12内。电池10还可以包括其他结构，例如，该电池10还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体11之间的电连接。

其中，每个电池单体11可以为二次电池或一次电池；还可以是锂硫电池10、钠离子电池或镁离子电池，但不局限于此。电池单体11可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。

请参照图3，图3为本申请一些实施例的一个视角下电池单体11的结构示意图。电池单体11是指组成电池10的最小单元。如图3，电池单体11包括有壳体200、电芯组件、顶盖400以及其他的功能性部件。

壳体200是用于配合顶盖400以形成电池单体11的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电芯组件、电解液以及其他部件。壳体200和顶盖400可以是独立的部件，可以于壳体200上设置开口210，通过在开口210处使顶盖400盖合开口210以形成电池单体11的内部环境。不限地，也可以使顶盖400和壳体200一体化，具体地，顶盖400和壳体200可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体200的内部时，再使顶盖400盖合壳体200。壳体200可以是多种形状和多种尺寸的，例如长方体形、圆柱体形、六棱柱形等。以图3为例，示意出壳体200是圆柱体形的情形。具体地，壳体200的形状可以根据电芯组件的具体形状和尺寸大小来确定。壳体200的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。

电芯组件是电池单体11中发生电化学反应的部件。壳体200内可以包含一个或更多个电芯组件。电芯组件主要由正极片310和负极片320卷绕或层叠放置形成，并且通常在正极片310与负极片320之间设有隔膜330。正极片310和负极片320具有活性物质的部分构成电芯组件的主体部，正极片310和负极片320不具有活性物质的部分各自构成极耳。正极极耳和负极极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池10的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳连接电极端子以形成电流回路。以图3为例，示意出电芯组件主要由正极片310和负极片320卷绕形成，壳体200内设置有卷芯300的情形。

顶盖400是指盖合于壳体200的开口210处以将电池单体11的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，顶盖400的形状可以与壳体200的形状相适应以配合壳体200。可选地，顶盖400可以由具有一定硬度和强度的材质(如铝合金)制成，这样，顶盖400在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体11能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。顶盖400上可以设置有用于在电池单体11的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压阀500。在一些实施例中，顶盖400上还可以设置有如极柱600等的功能性部件。极柱600可以用于与电芯组件电连接，以用于输出或输入电池单体11的电能。顶盖400的材质也可以是多种的，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。在一些实施例中，在顶盖400的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体200内的电连接部件与顶盖400，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。

根据本申请的一些实施例，参照图3，并请进一步参照图4，图4为本申请一些实施例的另一个视角下电池单体11的结构示意图。以图3和图4所示意出壳体200为圆柱体形、电芯组件为卷芯300的情形为例，该电池单体11的内部主要形成的空间有：1、卷芯300内形成的空间；2、卷芯300与顶盖400之间所形成的空间。如此，可以看到在卷芯300内形成的空间中，空间较小，受到卷芯300的限制。卷芯300内形成的空间、卷芯300与顶盖400之间所形成的空间两者的大小、化学化境是不相同的。光纤结构100如若置于卷芯300内部极片层间，则会直接与电解液进行接触，承受电池10工作过程中的电化学环境。光纤结构100如若置于卷芯300与顶盖400之间形成的间隙g中并从顶盖400中伸出，则位于该间隙g中的部分会与电解液相接触，从顶盖400中伸出的部分则需要兼容顶盖400与壳体200的装配工艺，即承受一定的压力和可弯折性。光纤结构100如若置于顶盖400外，则该部分结构暴露于电池单体11外，不与电解液直接接触，需要兼容顶盖400与壳体200的装配工艺，且需要便于剥离，以进行后续所需要的熔接测试。

由此，在一些实施例中，如图4所示，可以将光纤结构100位于卷芯300内的部分设有第一封装段121，光纤结构100位于顶盖400外的部分设有第三封装段123。第一封装段121和第三封装段123之间由第二封装段122进行衔接。也就是说，至少可以依据电池单体11的结构特点，将光纤结构100至少分为三段设置。需要说明的是，各封装段之间是一个相贴临的状态，不存在间隔。

具体地，请进一步参照图5和图6，图5为本申请一些实施例的光纤结构100与卷芯300配合的结构示意图，图6为本申请一些实施例的光纤结构100的结构示意图。在一些实施例中，本申请提供了一种光纤结构100，该光纤结构100包括纤芯110和包覆于纤芯110的封装结构120，封装结构120包括沿纤芯110的长度方向依次设置的第一封装段121、第二封装段122和第三封装段123。基于前述的考量，在一些实施例中，以图5为例，可以将第一封装段121设于卷芯300内，将第二封装段122设于卷芯300与顶盖400之间形成的间隙g内并伸出于顶盖400，将第三封装段123设于顶盖400外。需要说明的是，封装段的数量以及具体位置可以根据实际使用情况来决定。图5所示意出的各封装段放置于电池10结构中的位置关系并不具有唯一限制关系，只要保证卷芯300内的部分设有第一封装段121，顶盖400外的部分设有第三封装段123即可，本申请实施例对此不作具体限定。

请进一步参照图7至图9，图7为本申请一些实施例的第一封装段121的截面结构示意图，图8为本申请一些实施例的第二封装段122的截面结构示意图，图9为本申请一些实施例的第三封装段123的截面结构示意图。如图7所示，第一封装段121包括包覆于纤芯110外的第一绝缘耐腐蚀层1211，由于该段仅由第一绝缘耐腐蚀层1211进行封装，光纤体积变化不大，可以放置于电池单体11内的卷芯300内，不仅可以满足电池单体11内空间有限的使用需求，也可以使用于电池单体11内部的复杂的化学环境中，防止处于极片与隔膜330层间的纤芯110在电解液中的腐蚀，且尽量减少纤芯110对极片层间结构的影响，从而确保测量的可靠性。如图8所示，第二封装段122包括依次包覆于纤芯110外的第一塑性层1221和第二绝缘耐腐蚀层1222，可以放置于电池单体11内卷芯300与顶盖400之间并伸出于顶盖400，由于将顶盖400装配至电池单体11上的过程中会产生外力，第一塑性层1221可以满足电池单体11的装配工艺需求，第二绝缘耐腐蚀层1222可以使该段使用于电池单体11内部的复杂的化学环境中。由此，可以提升该段的耐弯折性，以兼容壳体200与顶盖400在装配过程中的工艺操作，同时保证光纤结构100在电解液中的稳定性，由于该段并不置于卷芯300内部，因此该段厚度要求可适当加宽。如图9所示，第三封装段123包括依次包覆于纤芯110外的缓冲层1231和第二塑性层1232，可以放置于电池单体11的顶盖400外，通过缓冲层1231缓冲电池单体11的装配时所产生的应力，通过第二塑性层1232进一步保护位于该段的纤芯110，且便于在剥离缓冲层1231和第二塑性层1232后进行熔接测试。由于该段光纤位于电池单体11外，无需与电解液直接接触，该段封装结构120的设置不需要考虑耐腐蚀性，厚度要求可适当放宽。

需要说明的是，第一绝缘耐腐蚀层1211和第二绝缘耐腐蚀层1222指的是两者均具有绝缘性以及耐腐蚀性的特点，第一绝缘耐腐蚀层1211和第二绝缘耐腐蚀层1222的材料可以相同，也可以不同，可以根据实际使用情况进行选择，本申请实施例对此不作具体限定。第一塑性层1221和第二塑性层1232指的是两者均具有一定的塑性。例如，在一定范围内的外力作用下，第一塑性层1221和第二塑性层1232不会发生强烈的形变，可以保护纤芯110。第一塑性层1221和第二塑性层1232的材料可以相同，也可以不同，可以根据实际使用情况进行选择，本申请实施例对此不作具体限定。缓冲层1231指的是该层可以吸收外力所带来的冲击力，对整体外力的作用过程进行缓冲，减少作用于纤芯110上的应力，实现对纤芯110的保护。

由此，根据不同的使用环境分段设置不同的封装结构120，不仅可以提高检测的可靠性、稳定性，还可以满足将光芯结构装配至电池单体11内部进行检测的工艺可行性，便于对电池单体11内部进行检测。

根据本申请的一些实施例，可选地，请继续参考图7，第一绝缘耐腐蚀层1211的厚度为第一厚度d1，第一厚度d1与纤芯110的直径D的比值为0.025-0.4。如此，通过设置第一绝缘耐腐蚀层1211的厚度与纤芯110的直径D之间的相对关系，防止因为第一绝缘耐腐蚀层1211的厚度过厚，而致使第一封装段121无法伸入至电池单体11的卷芯300内，同时还可以防止过厚的第一绝缘耐腐蚀层1211影响电池单体11内的传质反应。具体至一些实施例中，纤芯110的直径D为50微米至200微米，第一厚度d1为5微米至20微米。可选地，纤芯110的直径D可以设置为125微米，第一厚度d1可以设置为10微米。如此，通过设置合适大小的纤芯110直径D和第一绝缘耐腐蚀层1211的厚度，得到可以满足适用于电池单体11中卷芯300内的第一封装段121结构。

根据本申请的一些实施例，可选地，请继续参考图8，第一塑性层1221的厚度为第二厚度d2，第二厚度d2与纤芯110的直径D的比值为0.5-10。如此，通过设置第一塑性层1221的厚度与纤芯110的直径D之间的相对关系，在可以适当加宽第二封装段122的基础上，提高对纤芯110的防护作用，同时防止因为第一塑性层1221的厚度过厚，而影响电池单体11的使用效果。具体至一些实施例中，纤芯110的直径D为50微米至200微米，第二厚度d2为100微米至500微米。可选地，纤芯110的直径D可以设置为125微米，第二厚度d2可以设置为500微米。如此，通过设置合适大小的纤芯110直径D和第一塑性层1221的厚度，得到可以满足适用于电池单体11的对应的使用环境的结构。

根据本申请的一些实施例，可选地，请继续参考图8，第二绝缘耐腐蚀层1222的厚度为第三厚度d3，第三厚度d3与纤芯110的直径D的比值为0.25-10。如此，通过设置第二绝缘耐腐蚀层1222的厚度与纤芯110的直径D之间的相对关系，在可以适当加宽第二封装段122的基础上，提高对纤芯110的防护作用，同时可以防止因为第二绝缘耐腐蚀层1222的厚度过厚而从第一塑性层1221上脱落。具体至一些实施例中，纤芯110的直径D为50微米至200微米，第三厚度d3为50微米至500微米。可选地，纤芯110的直径D可以设置为125微米，第三厚度d3可以设置为100微米。如此，通过设置合适大小的纤芯110直径D和第二绝缘耐腐蚀层1222的厚度，得到可以满足适用于电池单体11的对应的使用环境的结构。

根据本申请的一些实施例，可选地，请继续参考图9，缓冲层1231的厚度为第四厚度d4，第四厚度d4与纤芯110的直径D的比值为0.5-40。如此，通过设置缓冲层1231的厚度与纤芯110的直径D之间的相对关系，可以缓冲位于电池单体11外的光纤结构100所承受的外部的应力，提高对纤芯110的防护作用，同时也便于剥离缓冲层1231，以进行光纤结构100的熔接测试过程。具体至一些实施例中，纤芯110的直径D为50微米至200微米，第四厚度d4为100微米至2000微米。可选地，纤芯110的直径D可以设置为125微米，第四厚度d4可以设置为500微米。如此，通过设置合适大小的纤芯110直径D和缓冲层1231的厚度，得到可以满足适用于电池单体11的对应的外部使用环境的结构。

根据本申请的一些实施例，可选地，请继续参考图9，第二塑性层1232的厚度为第五厚度d5，第五厚度d5与纤芯110的直径D的比值为0.5-20。如此，通过设置第二塑性层1232的厚度与纤芯110的直径D之间的相对关系，可以在缓冲层1231的基础上，进一步提高对纤芯110的防护作用，同时也便于剥离第二塑性层1232，以进行光纤结构100的熔接测试过程。具体至一些实施例中，纤芯110的直径D为50微米至200微米，第五厚度d5为100微米至1000微米。可选地，纤芯110的直径D可以设置为125微米，第五厚度d5可以设置为500微米。如此，通过设置合适大小的纤芯110直径D和第二塑性层1232的厚度，得到可以满足适用于电池单体11的对应的外部使用环境的结构。

根据本申请的一些实施例，可选地，第一绝缘耐腐蚀层1211的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸或聚酰亚胺中的至少一种。具体至一些实施例中，可以将第一绝缘耐腐蚀层1211的材料设置为聚酰亚胺。如此，使得第一绝缘耐腐蚀层1211可以绝缘耐腐蚀，在测试过程中可以直接植入卷芯300的极片与隔膜330之间。

根据本申请的一些实施例，可选地，第一塑性层1221的材料包括橡胶或树脂中的至少一种；和/或第二绝缘耐腐蚀层1222的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸或聚酰亚胺中的至少一种。具体至一些实施例中，可以将第一塑性层1221的材料设置为树脂，将第二绝缘耐腐蚀层1222的材料设置为聚酰亚胺。如此，使得第二绝缘耐腐蚀层1222可以绝缘耐腐蚀，第一塑性层1221可以对纤芯110起到防护作用。

根据本申请的一些实施例，可选地，缓冲层1231的材料包括聚氨酯泡沫或柔性织物中的至少一种；和/或第二塑性层1232的材料包括不锈钢、橡胶或树脂中的至少一种。具体至一些实施例中，可以将缓冲层1231的材料设置为柔性织物，可以将第二塑性层1232的材料设置为聚丙烯酸聚合物。如此，使得缓冲层1231可以缓冲外部作用于纤芯110的应力绝缘耐腐蚀，第二塑性层1232可以对纤芯110起到防护作用。

根据本申请的一些实施例，如图3和图4所示，本申请还提供了一种电池单体11，包括以上任一方案所述的光纤结构100、壳体200、卷芯300以及顶盖400。壳体200具有开口210，卷芯300容纳于壳体200中，顶盖400设于开口210处，以将卷芯300封闭在壳体200中，且顶盖400与卷芯300之间形成有间隙g。光纤结构100从卷芯300内经由间隙g穿出至顶盖400外。其中，光纤结构100位于卷芯300内的部分设有第一封装段121，光纤结构100位于顶盖400外的部分设有第三封装段123。如此，由于采用了该光纤结构100，更加便于检测电池单体11内部的物理参数。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电池10，包括以上任一方案所述的电池单体11。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种用电装置，包括以上任一方案所述的电池10，并且电池10用于为用电装置提供电能。

用电装置可以是前述任一应用电池10的设备或系统。

根据本申请的一些实施例，参见图6至图9，本申请提供了一种光纤结构100，应用于如图3至图4所示的电池单体11中，用于检测该电池单体11内部的物理参数。光纤结构100包括纤芯110和包覆于纤芯110的封装结构120。封装结构120包括沿纤芯110的长度方向依次设置的第一封装段121、第二封装段122、第三封装段123。第一封装段121包括包覆于纤芯110外的第一绝缘耐腐蚀层1211。第二封装段122包括依次包覆于纤芯110外的第一塑性层1221和第二绝缘耐腐蚀层1222。第三封装段123包括依次包覆于纤芯110外的缓冲层1231和第二塑性层1232。第二封装段122的厚度，大于第一封装段121的厚度，小于第三封装段123的厚度。第一绝缘耐腐蚀层1211的厚度与纤芯110的直径D的比值为0.025-0.4。第一塑性层1221的厚度与纤芯110的直径D的比值为0.5-10。第二绝缘耐腐蚀层1222的厚度与纤芯110的直径D的比值为0.25-10。缓冲层1231的厚度与纤芯110的直径D的比值为0.5-40。第二塑性层1232的厚度与纤芯110的直径D的比值为0.5-20。第一绝缘耐腐蚀层1211的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸或聚酰亚胺中的至少一种。第一塑性层1221的材料包括橡胶或树脂中的至少一种。第二绝缘耐腐蚀层1222的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸或聚酰亚胺中的至少一种。缓冲层1231的材料包括聚氨酯泡沫或柔性织物中的至少一种。第二塑性层1232的材料包括不锈钢、橡胶或树脂中的至少一种。如此，根据不同的使用环境分段设置不同厚度以及不同材料的封装结构120，不仅可以提高检测的可靠性、稳定性，还可以满足将光芯结构装配至电池单体11内部进行检测的工艺可行性、测量可靠性和长期稳定性，便于对电池单体11内部进行检测。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (17)

1.一种光纤结构(100)，包括纤芯(110)和包覆于所述纤芯(110)的封装结构(120)，其特征在于，所述封装结构(120)包括沿所述纤芯(110)的长度方向依次设置的第一封装段(121)、第二封装段(122)、第三封装段(123)；

所述第一封装段(121)包括包覆于所述纤芯(110)外的第一绝缘耐腐蚀层(1211)；

所述第二封装段(122)包括依次包覆于所述纤芯(110)外的第一塑性层(1221)和第二绝缘耐腐蚀层(1222)；

所述第三封装段(123)包括依次包覆于所述纤芯(110)外的缓冲层(1231)和第二塑性层(1232)。

2.根据权利要求1所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述第一绝缘耐腐蚀层(1211)的厚度与所述纤芯(110)的直径(D)的比值为0.025-0.4。

3.根据权利要求2所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述纤芯(110)的直径(D)为50微米至200微米；

所述第一绝缘耐腐蚀层(1211)的厚度为5微米至20微米。

4.根据权利要求1所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述第一塑性层(1221)的厚度与所述纤芯(110)的直径(D)的比值为0.5-10。

5.根据权利要求4所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述纤芯(110)的直径(D)为50微米至200微米；

所述第一塑性层(1221)的厚度为100微米至500微米。

6.根据权利要求4所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述第二绝缘耐腐蚀层(1222)的厚度与所述纤芯(110)的直径(D)的比值为0.25-10。

7.根据权利要求6所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述纤芯(110)的直径(D)为50微米至200微米；

所述第二绝缘耐腐蚀层(1222)的厚度为50微米至500微米。

8.根据权利要求1所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述缓冲层(1231)的厚度与所述纤芯(110)的直径(D)的比值为0.5-40。

9.根据权利要求8所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述纤芯(110)的直径(D)为50微米至200微米；

所述缓冲层(1231)的厚度为100微米至2000微米。

10.根据权利要求8所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述第二塑性层(1232)的厚度与所述纤芯(110)的直径(D)的比值为0.5-20。

11.根据权利要求10所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述纤芯(110)的直径(D)为50微米至200微米；

所述第二塑性层(1232)的厚度为100微米至1000微米。

12.根据权利要求1-11任一项所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述第一绝缘耐腐蚀层(1211)的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸或聚酰亚胺中的至少一种。

13.根据权利要求1-11任一项所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述第一塑性层(1221)的材料包括橡胶或树脂中的至少一种；和/或

所述第二绝缘耐腐蚀层(1222)的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸或聚酰亚胺中的至少一种。

14.根据权利要求1-11任一项所述的光纤结构(100)，其特征在于，所述缓冲层(1231)的材料包括聚氨酯泡沫或柔性织物中的至少一种；和/或

所述第二塑性层(1232)的材料包括不锈钢、橡胶或树脂中的至少一种。

15.一种电池单体(11)，其特征在于，包括：

壳体(200)，具有开口(210)；

卷芯(300)，容纳于所述壳体(200)中；

顶盖(400)，所述顶盖(400)设于所述开口(210)处，以将所述卷芯(300)封闭在所述壳体(200)中，且所述顶盖(400)与所述卷芯(300)之间形成有间隙(g)；以及

如权利要求1-14中任一项所述的光纤结构(100)，所述光纤结构(100)从所述卷芯(300)内经由所述间隙(g)穿出至所述顶盖(400)外；

其中，所述光纤结构(100)位于所述卷芯(300)内的部分设有所述第一封装段(121)，所述光纤结构(100)位于所述顶盖(400)外的部分设有所述第三封装段(123)。

16.一种电池(10)，其特征在于，包括如权利要求15所述的电池单体(11)。

17.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求16所述的电池(10)，所述电池(10)用于提供电能。

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