CN219716932U - 一种三电极电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，提供一种三电极电池，包括：电芯；电芯包括正极片、负极片、隔膜和参比电极；正极片、负极片和隔膜叠层设置；沿电芯的厚度方向，正极片和负极片交替排布，相邻的正极片和负极片之间均设有隔膜；参比电极和正极片彼此绝缘且同层设置，参比电极和正极片夹设于对应正极片的两个相邻的隔膜之间；或者，参比电极和负极片彼此绝缘且同层设置，参比电极和负极片夹设于对应负极片的两个相邻的隔膜之间。本实用新型便于将参比电极布设于电芯结构中，能够准确地监测锂离子电池的工作电极的电位，并且不影响三电极电池本身的性能。

Description

一种三电极电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种三电极电池。

背景技术

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间的移动来工作。叠片式锂离子电池，包括按照顺序依次叠放的正极片、隔膜与负极片，将正极片、隔膜与负极片按照同一方向逐层依次叠放，以形成锂离子电池的电芯。锂离子电池因具有较高的能量密度、工作电压，被认为是电动汽车、规模储能等高新技术领域的理想配套电源。

通过监测锂离子电池的负极电位，可以预防锂离子电池在低温充电或快速充电过程中的突然失效。目前监测负极电位的方法主要是在电池体系中引入不参与电化学反应过程的参比电极作为辅助电极，从而获得整个过程中正、负极电极相对辅助电极的电位变化。

目前，三电极电池的制备方法主要是将参比电极装配在电芯与电池壳体间的间隙或将参比电极装配在电池的正负极之间。将参比电极装配在电芯体外时，虽然工作电极与参比电极处于同一液相环境中，但由于在两个电极间存在较大的液相传输极化，常出现监测到的工作电极电位反应滞后且电位对电流变化不敏感的问题。而将参比电极装配在电池的正、负极中间时，若参比电极体积较大，则会影响相邻电极正常的充放电反应且在有外部约束时容易造成邻近极片变形带来安全隐患。因此，难以准确监测锂离子电池的工作电极的电位。

实用新型内容

本实用新型提供一种三电极电池，用以解决现有锂离子电池的参比电极存在布置不合理，难以用于准确监测锂离子电池的工作电极的电位的问题。

本实用新型提供一种三电极电池，包括：电芯；所述电芯包括正极片、负极片、隔膜和参比电极；

所述正极片、所述负极片和所述隔膜叠层设置；沿所述电芯的厚度方向，所述正极片和所述负极片交替排布，相邻的所述正极片和所述负极片之间均设有所述隔膜；

所述参比电极和所述正极片彼此绝缘且同层设置，所述参比电极和所述正极片夹设于对应所述正极片的两个相邻的所述隔膜之间；

或者，所述参比电极和所述负极片彼此绝缘且同层设置，所述参比电极和所述负极片夹设于对应所述负极片的两个相邻的所述隔膜之间。

根据本实用新型提供的一种三电极电池，所述参比电极呈条状；

其中，在所述参比电极和所述正极片同层设置的情形下，所述参比电极与所述正极片相间隔，并沿所述正极片的周向设置；

在所述参比电极和所述负极片同层设置的情形下，所述参比电极与所述负极片相间隔，并沿所述负极片的周向设置。

根据本实用新型提供的一种三电极电池，所述参比电极的厚度小于或等于所述正极片的厚度；和/或，所述参比电极的厚度小于或等于所述负极片的厚度。

根据本实用新型提供的一种三电极电池，所述参比电极包括金属锂箔。

根据本实用新型提供的一种三电极电池，所述参比电极包括第一导电层和第二导电层；

所述第一导电层和所述第二导电层层叠设置，所述第一导电层和所述第二导电层当中的一者为金属锂层。

根据本实用新型提供的一种三电极电池，所述参比电极包括磷酸铁锂电极或钛酸锂电极。

根据本实用新型提供的一种三电极电池，所述三电极电池还包括极耳组件；

所述极耳组件包括正极极耳、负极极耳及辅助极耳；所述正极极耳与所述正极片电性连接，所述负极极耳与所述负极片电性连接，所述辅助极耳与所述参比电极电性连接。

根据本实用新型提供的一种三电极电池，所述正极极耳、所述负极极耳和所述辅助极耳设于所述三电极电池的第一端；

或者，所述正极极耳和所述负极极耳设于所述三电极电池的第一端，所述辅助极耳设于所述三电极电池的第二端，所述三电极电池的所述第一端和所述第二端相对设置。

根据本实用新型提供的一种三电极电池，所述正极极耳包括铝极耳，所述负极极耳包括镍极耳，所述辅助极耳包括镍极耳。

本实用新型提供的一种三电极电池，通过将参比电极和电极片(正极片或负极片)彼此绝缘且同层设置，可将参比电极作为基准电极，以实现对三电极电池的工作电极的电位的监测，且参比电极不占用三电极电池的内部空间，并且通过将同层设置的参比电极和电极片夹设于对应电极片的两个相邻的隔膜之间，不仅便于实现对参比电极的固定，还可在对电芯夹持的过程中，防止其它层位的电极片在参比电极的作用下发生形变。

由此可见，本实用新型便于将参比电极布设于电芯结构中，能够准确地监测三电极电池的工作电极的电位，并且参比电极的设置不影响三电极电池本身的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型提供的三电极电池的第一种电芯的结构示意图之一；

图2是本实用新型提供的三电极电池的第一种电芯的结构示意图之二；

图3是本实用新型提供的三电极电池的第一种电芯的结构示意图之三；

图4是本实用新型提供的三电极电池的第一种电芯的结构示意图之四；

图5是本实用新型提供的三电极电池的第一种电芯的结构示意图之五；

图6是本实用新型提供的三电极电池的第一种电芯的结构示意图六；

图7是本实用新型提供的三电极电池的第二种电芯的结构示意图之一；

图8是本实用新型提供的三电极电池的第二种电芯的结构示意图之二；

图9是本实用新型提供的三电极电池的第二种电芯的结构示意图之三；

图10是本实用新型提供的三电极电池的第二种电芯的结构示意图之四；

图11是本实用新型提供的三电极电池的第二种电芯的结构示意图之五；

图12是本实用新型提供的三电极电池的第二种电芯的结构示意图之六。

附图标记：

1、电芯；11、正极片；12、负极片；13、隔膜；14、参比电极；

21、正极极耳；22、负极极耳；23、辅助极耳。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1至图12，通过具体的实施例及其应用场景对本实用新型实施例提供的三电极电池进行详细地说明。

在一些实施例中，如图1和图12所示，本实施例提供一种三电极电池，包括：电芯1；电芯1包括正极片11、负极片12、隔膜13和参比电极14。

正极片11、负极片12和隔膜13叠层设置；沿电芯1的厚度方向，正极片11和负极片12交替排布，相邻的正极片11和负极片12之间均设有隔膜13。

参比电极14和正极片11彼此绝缘且同层设置，参比电极14和正极片11夹设于对应正极片11的两个相邻的隔膜13之间。

或者，参比电极14和负极片12彼此绝缘且同层设置，参比电极14和负极片12夹设于对应负极片12的两个相邻的隔膜13之间。

具体地，正极片11包括铝箔层和正极浆料层，铝箔层的第一侧面和第二侧面均涂覆有正极浆料层。

负极片12包括铜箔层和负极浆料层，铜箔层的第一侧面和第二侧面均涂覆有负极浆料层。

隔膜13可以为聚烯烃多孔膜，隔膜13用于实现相邻的正极片11和负极片12之间的绝缘设置，并允许三电极电池内的电解质离子透过。

电芯1基于正极片11、负极片12和隔膜13的叠层设置，可以形成为立方体结构，电芯1的排布结构：既可以是负极片12-隔膜13-正极片11-隔膜13-负极片12-…-正极片11-隔膜13-负极片12，也可以为正极片11-隔膜13-负极片12-…-正极片11-隔膜13-负极片12，还可以为正极片11-隔膜13-负极片12-…-正极片11-隔膜13-负极片12-隔膜13-正极片11，对此不做具体限定。

如图1至图6所示，电芯1的排布结构为负极片12-隔膜13-正极片11-隔膜13-负极片12-…-正极片11-隔膜13-负极片12。

如图7至图12所示，电芯1的排布结构为正极片11-隔膜13-负极片12-…-正极片11-隔膜13-负极片12-隔膜13-正极片11。

在一些示例中，在参比电极14和正极片11同层设置的情形下，参比电极14和正极片11既可以相间隔，也可以通过将参比电极隔膜包覆后与正极相连接，以使得同层布置的参比电极14和正极片11绝缘设置。其中，参比电极14可以沿正极片11的周向设置。

在一些示例中，在参比电极14和负极片12同层设置的情形下，参比电极14和负极片12既可以相间隔，也可以通过将参比电极隔膜包覆后与负极相连接，以使得同层布置的参比电极14和负极片12绝缘设置。其中，参比电极14可以沿负极片12的周向设置。

由上可知，本实用新型提供的一种三电极电池，通过将参比电极14和电极片(正极片11或负极片12)彼此绝缘且同层设置，可将参比电极14作为基准电极，以实现对三电极电池的工作电极的电位的监测，且参比电极14不占用三电极电池的内部空间，并且通过将同层设置的参比电极14和电极片夹设于对应电极片的两个相邻的隔膜13之间，不仅便于实现对参比电极14的固定，还可以在对电芯1夹持的过程中，防止其它层位的电极片在参比电极14的作用下发生形变。

由此可见，本实用新型便于将参比电极布设于电芯1结构中，能够准确地监测三电极电池的工作电极的电位，并且参比电极14的设置不影响三电极电池本身的性能。

在一些实施例中，如图1至图12所示，本实施例的参比电极14呈条状，这种设置可以减小参比电极14相对于与其同层设置的电极片(正极片11或负极片12)的面积占比，能够防止参比电极14的存在影响到电池的充放电过程，尽可能地避免出现电芯1内部的电化学反应出现局部不均匀的问题。

进一步地，本实施例可以设置电极片(正极片11或负极片12)和参比电极14的总面积小于或等于隔膜13的表面积，使得参比电极14和电极片(正极片11或负极片12)能够同时夹持在两个相邻的隔膜13之间。

在此应指出的是，本实施例的设置的参比电极14既可以设置一片，也可以设置多片，对此不做具体限定。

在一些示例中，沿着垂直于电芯1的厚度方向所在的平面，参比电极14的投影面积相对于正极片11的投影面积占比为A。

在一些示例中，沿着垂直于电芯1的厚度方向所在的平面，参比电极14的投影面积相对于负极片12的投影面积占比为A。

其中，上述A的取值可以为1％～5％。可选地，A的取值具体为1％、3％或5％，对此不做具体限定。本实施例所设定的面积占比能够确保三电极电池的电池性能，在三电极电池工作过程中，能够基于参比电极14准确检测三电极电池的工作电极(正极或负极)的电位。

具体地，参比电极14既可以是直线型，也可以是“L”型。

在一些示例中，在参比电极14和正极片11同层设置的情形下，参比电极14与正极片11相间隔，并沿正极片11的周向设置，以使得同层布置的参比电极14和正极片11绝缘设置。

如图1所示，本实施例的参比电极14和正极片11沿着正极片11的底边的延伸方向间隔排布，参比电极14位于正极片11背离正极极耳21的一侧，参比电极14沿着正极片11的侧边的延伸方向延伸设置。

如图2所示，本实施例的参比电极14和正极片11沿着正极片11的底边的延伸方向间隔排布，参比电极14位于正极片11靠近正极极耳21的一侧，参比电极14沿着正极片11的侧边的延伸方向延伸设置。

如图3所示，本实施例的参比电极14和正极片11沿着正极片11的底边的延伸方向间隔排布，参比电极14位于正极片11背离正极极耳21的一侧，参比电极14沿着正极片11的侧边的延伸方向延伸设置。

如图4所示，本实施例的参比电极14和正极片11沿着正极片11的侧边的延伸方向间隔排布，参比电极14位于正极片11靠近正极极耳21的一侧，参比电极14沿着正极片11的底边的延伸方向延伸设置。

如图5所示，本实施例的参比电极14和正极片11沿着正极片11的侧边的延伸方向间隔排布，参比电极14位于正极片11背离正极极耳21的一侧，参比电极14沿着正极片11的底边的延伸方向延伸设置。

如图6所示，本实施例的参比电极14和正极片11沿着正极片11的侧边的延伸方向间隔排布，参比电极14位于正极片11背离正极极耳21的一侧，参比电极14沿着正极片11的底边的延伸方向延伸设置。

在一些示例中，在参比电极14和负极片12同层设置的情形下，参比电极14与负极片12相间隔，并沿负极片12的周向设置。

如图7所示，本实施例的参比电极14和负极片12沿着负极片12的底边的延伸方向间隔排布，参比电极14位于负极片12背离负极极耳22的一侧，参比电极14沿着负极片12的侧边的延伸方向延伸设置。

如图8所示，本实施例的参比电极14和负极片12沿着负极片12的底边的延伸方向间隔排布，参比电极14位于负极片12靠近负极极耳22的一侧，参比电极14沿着负极片12的侧边的延伸方向延伸设置。

如图9所示，本实施例的参比电极14和负极片12沿着负极片12的底边的延伸方向间隔排布，参比电极14位于负极片12背离负极极耳22的一侧，参比电极14沿着负极片12的侧边的延伸方向延伸设置。

如图10所示，本实施例的参比电极14和负极片12沿着负极片12的侧边的延伸方向间隔排布，参比电极14位于负极片12靠近负极极耳22的一侧，参比电极14沿着负极片12的底边的延伸方向延伸设置。

如图11所示，本实施例的参比电极14和负极片12沿着负极片12的侧边的延伸方向间隔排布，参比电极14位于负极片12背离负极极耳22的一侧，参比电极14沿着负极片12的底边的延伸方向延伸设置。

如图12所示，本实施例的参比电极14和负极片12沿着负极片12的侧边的延伸方向间隔排布，参比电极14位于负极片12背离负极极耳22的一侧，参比电极14沿着负极片12的底边的延伸方向延伸设置。

在一些实施例中，如图1至图12所示，本实施例的参比电极14的厚度小于或等于正极片11的厚度；和/或，参比电极14的厚度小于或等于负极片12的厚度。

如此，在参比电极14与正极片11或负极片12同层设置时，参比电极14不会占用层高，从而在对电芯1夹持的过程中，可以防止其它层位的电极片在参比电极14的作用下产生局部变形，从而可确保电芯1结构的稳定性，进而有利于确保三电极电池的电池性能。

在一些实施例中，本实施例还可以对参比电极14的结构形式进行按需设置，以确保三电极电池的电池性能，并在三电极电池工作的过程中，能够基于参比电极14准确检测三电极电池的工作电极(正极或负极)的电位。

在一些示例中，本实施例的参比电极14可以为金属锂箔，以确保参比电极14不占用层高，从而有利于防止电芯1内的相关电极片在参比电极14的作用下发生变形。

在一些实施例中，如图1至图12所示，本实施例的参比电极14包括第一导电层和第二导电层。

第一导电层和第二导电层层叠设置，第一导电层和第二导电层当中的一者为金属锂层。

可选地，第一导电层为金属锂层，第二导电层为能够稳定镀锂的金属层。例如，第二导电层为金属银层、金属铜层或者金属镍层。

在此，本实施例通过将参比电极14设置为相复合的第一导电层和第二导电层，既可以确保参比电极14的结构强度，也可确保参比电极14的电极性能，还便于进行参比电极14的制备。

在一些示例中，为了确保参比电极14的稳定性，本实施例的参比电极14也可以选择为磷酸铁锂电极或钛酸锂电极。

当然，本实施例的参比电极14可以采用锂与铜的复合物制备而成，或者采用锂与镍的复合物制备而成，对此不做一一赘述。

在一些实施例中，如图1至图12所示，本实施例的三电极电池还包括极耳组件。

极耳组件包括正极极耳21、负极极耳22及辅助极耳23；正极极耳21与正极片11电性连接，负极极耳22与负极片12电性连接，辅助极耳23与参比电极14电性连接。

可选地，本实施例既可以将正极极耳21与正极片11焊接为一体，也可以将正极极耳21与正极片11设为一体式结构。

本实施例既可以将负极极耳22与负极片12焊接为一体，也可以将负极极耳22与负极片12设为一体式结构。

本实施例既可以将辅助极耳23与参比电极14焊接为一体，也可以将辅助极耳23与参比电极14设为一体式结构。

在一些实施例中，如图1、图3、图5、图6、图7、图9、图11和图12所示，正极极耳21和负极极耳22设于三电极电池的第一端，辅助极耳23设于三电极电池的第二端，三电极电池的第一端和第二端相对设置，以实现将正极极耳21和负极极耳22相对于辅助极耳23分设于电芯1的相对侧。

在一些实施例中，本实施例的正极极耳21包括铝极耳，负极极耳22包括镍极耳，辅助极耳23包括镍极耳。

在一些实施例中，根据实际需求，本实施例可以将正极极耳21、负极极耳22和辅助极耳23相对于电芯1的位置进行适应性地布置。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种三电极电池，其特征在于，包括：电芯；所述电芯包括正极片、负极片、隔膜和参比电极；

所述正极片、所述负极片和所述隔膜叠层设置；沿所述电芯的厚度方向，所述正极片和所述负极片交替排布，相邻的所述正极片和所述负极片之间均设有所述隔膜；

所述参比电极和所述正极片彼此绝缘且同层设置，所述参比电极和所述正极片夹设于对应所述正极片的两个相邻的所述隔膜之间；

或者，所述参比电极和所述负极片彼此绝缘且同层设置，所述参比电极和所述负极片夹设于对应所述负极片的两个相邻的所述隔膜之间。

2.根据权利要求1所述的三电极电池，其特征在于，所述参比电极呈条状；

其中，在所述参比电极和所述正极片同层设置的情形下，所述参比电极与所述正极片相间隔，并沿所述正极片的周向设置；

在所述参比电极和所述负极片同层设置的情形下，所述参比电极与所述负极片相间隔，并沿所述负极片的周向设置。

3.根据权利要求1所述的三电极电池，其特征在于，所述参比电极的厚度小于或等于所述正极片的厚度；和/或，所述参比电极的厚度小于或等于所述负极片的厚度。

4.根据权利要求1所述的三电极电池，其特征在于，所述参比电极包括金属锂箔。

5.根据权利要求1所述的三电极电池，其特征在于，所述参比电极包括第一导电层和第二导电层；

所述第一导电层和所述第二导电层层叠设置，所述第一导电层和所述第二导电层当中的一者为金属锂层。

6.根据权利要求1所述的三电极电池，其特征在于，所述参比电极包括磷酸铁锂电极或钛酸锂电极。

7.根据权利要求1至6任一项所述的三电极电池，其特征在于，所述三电极电池还包括极耳组件；

所述极耳组件包括正极极耳、负极极耳及辅助极耳；所述正极极耳与所述正极片电性连接，所述负极极耳与所述负极片电性连接，所述辅助极耳与所述参比电极电性连接。

8.根据权利要求7所述的三电极电池，其特征在于，所述正极极耳、所述负极极耳和所述辅助极耳设于所述三电极电池的第一端；

或者，所述正极极耳和所述负极极耳设于所述三电极电池的第一端，所述辅助极耳设于所述三电极电池的第二端，所述三电极电池的所述第一端和所述第二端相对设置。

9.根据权利要求7所述的三电极电池，其特征在于，所述正极极耳包括铝极耳，所述负极极耳包括镍极耳，所述辅助极耳包括镍极耳。