CN114597337A - 一种电池极片以及动力电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池极片以及动力电池，涉及锂电池技术领域。该电池极片包括感知结构层和两层集流体层。两层集流体层相对设置于感知结构层的两侧，一层集流体层、感知结构层和另一层集流体层层叠设置，感知结构层用于实时检测动力电池的状态信息。与现有技术相比，本发明提供的电池极片由于采用了设置于两层集流体层之间的感知结构层，所以能够在不破坏电芯内部结构的前提下实时检测动力电池的状态信息，响应速度快，检测结果准确，稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种电池极片以及动力电池。
背景技术
锂电池作为电力储能及新能源汽车的重要零部件，对其服役过程中的内部状态进行实时检测是表征电池寿命和保证电池安全的重要技术手段。为此，研发人员设计出了具备检测功能的锂电池，但是现在对锂电池状态信息的检测停留在电池外壳外侧或外壳与电芯之间的间隙处，无法在保证不破坏电芯内部结构的前提下，安全可靠地对引起电池状态信息发生变化的起源地，也就是电芯的内部进行检测，因此，其响应快速性与检测的准确性欠佳。
有鉴于此，设计制造出一种响应速度快、检测结果准确的电池极片以及动力电池特别是在锂电池生产中显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池极片，能够在不破坏电芯内部结构的前提下实时检测动力电池的状态信息，响应速度快，检测结果准确，稳定可靠。
本发明的另一目的在于提供一种动力电池，能够在不破坏电芯内部结构的前提下实时检测自身的状态信息，响应速度快，检测结果准确，稳定可靠。
本发明是采用以下的技术方案来实现的。
一种电池极片，包括感知结构层和两层集流体层，两层集流体层相对设置于感知结构层的两侧，一层集流体层、感知结构层和另一层集流体层层叠设置，感知结构层用于实时检测动力电池的状态信息。
可选地，感知结构层包括高分子薄膜、两层柔性电极层和两层基底层，两层柔性电极层相对设置于高分子薄膜的两侧，每层基底层设置于一层柔性电极层远离高分子薄膜的一侧，每层集流体层设置于一层基底层远离柔性电极层的一侧。
可选地，高分子薄膜的尺寸大于柔性电极层的尺寸，基底层的尺寸大于柔性电极层的尺寸，且小于高分子薄膜的尺寸，柔性电极层设置有引出线，引出线延伸至高分子薄膜的边缘设置，基底层覆盖于部分引出线外，引出线包括裸露段和包覆段，包覆段设置于基底层和高分子薄膜之间，裸露段用于与检测器电连接。
可选地，集流体层的尺寸大于柔性电极层的尺寸，集流体层延伸至基底层的边缘设置，集流体层覆盖于包覆段外。
可选地，集流体层设置有极耳，极耳设置于集流体层远离引出线的一侧。
可选地，感知结构层包括敏感栅层和两层基底层，两层基底层相对设置于敏感栅层的两侧，每层集流体层设置于一层基底层远离敏感栅层的一侧。
可选地，电池极片还包括两层活性物质层，每层活性物质层设置于一层集流体层远离感知结构层的一侧。
可选地，柔性电极层内设置有多个柔性电极，多个柔性电极呈点状矩形阵列分布。
一种动力电池，包括外壳、顶盖、检测器、普通极片以及上述的电池极片，普通极片与电池极片层叠设置，且共同组成裸电芯，顶盖盖设于外壳上，且与外壳共同围成容置空腔，检测器和裸电芯均安装于容置空腔内，该电池极片包括感知结构层和两层集流体层，两层集流体层相对设置于感知结构层的两侧，一层集流体层、感知结构层和另一层集流体层层叠设置，感知结构层用于实时检测动力电池的状态信息，检测器与感知结构层电连接。
一种动力电池，包括上述的电池极片，电池极片通过卷绕的方式形成卷绕电芯，电池极片中相邻两个柔性电极的间距等于相邻两个极耳的间距的整数倍。
本发明提供的电池极片以及动力电池具有以下有益效果：
本发明提供的电池极片，两层集流体层相对设置于感知结构层的两侧，一层集流体层、感知结构层和另一层集流体层层叠设置，感知结构层用于实时检测动力电池的状态信息。与现有技术相比，本发明提供的电池极片由于采用了设置于两层集流体层之间的感知结构层，所以能够在不破坏电芯内部结构的前提下实时检测动力电池的状态信息，响应速度快，检测结果准确，稳定可靠。
本发明提供的动力电池，包括电池极片，能够在不破坏电芯内部结构的前提下实时检测自身的状态信息，响应速度快，检测结果准确，稳定可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的动力电池的断面图；
图2为本发明第一实施例提供的电池极片的结构示意图；
图3为本发明第一实施例提供的电池极片中感知结构层的***视图；
图4为本发明第一实施例提供的电池极片中柔性电极层的结构示意图；
图5为本发明第一实施例提供的电池极片中感知结构层与集流体层连接的***视图；
图6为本发明第一实施例提供的电池极片中感知结构层与集流体层连接的剖视图；
图7为本发明第二实施例提供的电池极片中感知结构层的***视图；
图8为本发明第三实施例提供的电池极片的结构示意图。
图标：10-动力电池；100-电池极片；110-感知结构层；111-高分子薄膜；112-柔性电极层；1121-柔性电极；1122-引出线；1123-裸露段；1124-包覆段；113-基底层；114-敏感栅层；120-集流体层；121-极耳；130-活性物质层；200-外壳；210-容置空腔；220-支撑块；300-顶盖；400-检测器；500-裸电芯；510-正极电极；520-负极电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“水平”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。
第一实施例
请参照图1，本发明实施例提供了一种动力电池10，用于向新能源汽车(图未示)供电。其能够在不破坏电芯内部结构的前提下实时检测自身的状态信息，响应速度快，检测结果准确，稳定可靠。
需要说明的是，动力电池10为锂电池，动力电池10包括外壳200、顶盖300、检测器400、普通极片(图未示)、隔膜(图未示)和电池极片100。普通极片的数量为多个，隔膜的数量为多个，电池极片100的数量为多个，普通极片与电池极片100层叠设置，隔膜设置于相邻两个普通极片之间，或者隔膜设置于普通极片和电池极片100之间，多个普通极片和多个电池极片100通过叠片的方式组装形成裸电芯500。其中，多个电池极片100不连续地夹杂到多个普通极片内，电池极片100用于对动力电池10服役过程中的状态信息进行实时监测，从而评估动力电池10的荷电状态以及动力电池10的健康状态，为动力电池10热失控进行提前预警。
本实施例中，顶盖300盖设于外壳200上，且与外壳200共同围成容置空腔210，检测器400和裸电芯500均安装于容置空腔210内，裸电芯500、外壳200和顶盖300封装成一体。检测器400设置于外壳200和裸电芯500之间的间隙内，且与裸电芯500内的电池极片100电连接，检测器400用于接收电池极片100输出的电信号并对其进行分析判断，以达到对动力电池10服役过程中状态信息的感知、传输和价值衍生等目的。
具体地，外壳200由铝制材料或者钢制材料制成，以保证强度和刚度，防止在外力挤压作用下发生变形。
值得注意的是，裸电芯500的一侧设置有正极电极510和负极电极520，正极电极510和负极电极520均从顶盖300伸出，以便于实现对新能源汽车供电的功能。本实施例中，检测器400设置于裸电芯500远离正极电极510和负极电极520的一侧，且位于外壳200和裸电芯500之间的间隙内，但并不仅限于此，在其它实施例中，检测器400设置于裸电芯500设置有正极电极510和负极电极520的一侧，且位于顶盖300和裸电芯500之间的间隙内，对检测器400的设置位置不作具体限定。
进一步地，外壳200设置有支撑块220，支撑块220与裸电芯500抵持，以使裸电芯500与外壳200之间形成缓冲空间，以对裸电芯500进行保护。具体地，当动力电池10以不同的姿态服役时，若发生局部温度升高或者压力增大情况，外壳200受热或者受压发生变形，此时缓冲空间能够对外壳200的变形进行让位缓冲，以防止裸电芯500受损。
请参照图2，电池极片100包括感知结构层110、两层集流体层120和两层活性物质层130。两层集流体层120相对设置于感知结构层110的两侧，一层集流体层120、感知结构层110和另一层集流体层120层叠设置，检测器400与感知结构层110电连接，感知结构层110用于实时检测动力电池10的状态信息，并将该状态信息以电信号的方式输送至检测器400，以便于检测器400对其进行分析判断。进一步地，两层活性物质层130相对设置于两层集流体层120的两外侧，每层活性物质层130设置于一层集流体层120远离感知结构层110的一侧，感知结构层110、两层集流体层120和两层活性物质层130共同形成多层结构的具备充放电功能以及状态信息监测功能的电池极片100。
本实施例中，感知结构层110由聚酰亚胺材料制成，其具有柔性较好、抗压能力较好、耐温性较好以及绝缘性较好的性能，感知结构层110的抗压能力大于0.6兆帕，耐受温度大于200摄氏度。但并不仅限于此，在其它实施例中，感知结构层110也可以由其它具备相似性能的材料制成，对感知结构层110的材质不作具体限定。
需要说明的是，在感知结构层110外涂覆集流体层120和活性物质层130的过程中，应合理控制辊压工序中的辊压力，使得辊压过程中的辊压力小于感知结构层110所能承受的最大抗压能力，以免在辊压过程中对感知结构层110造成损坏。
请参照图3，感知结构层110包括高分子薄膜111、两层柔性电极层112和两层基底层113。两层柔性电极层112相对设置于高分子薄膜111的两侧，每层基底层113设置于一层柔性电极层112远离高分子薄膜111的一侧，每层集流体层120设置于一层基底层113远离柔性电极层112的一侧。两层柔性电极层112以高分子薄膜111为对称面对称设置，两层基底层113以高分子薄膜111为对称面对称设置，高分子薄膜111、两层柔性电极层112和两层基底层113共同形成多层结构的具备状态信息监测功能的多功能集流体，该多功能集流体用于制成电池极片100，并在后续制成动力电池10后，对其内部状态进行实时检测。
本实施例中，高分子薄膜111为介电高弹聚合物薄膜或压电聚偏氟乙烯高分子膜，高分子薄膜111用于检测裸电芯500内部的压强或应变。但并不仅限于此，在其它实施例中，高分子薄膜111也可以由电阻型纳米功能化温度敏感复合材料制成，此时高分子薄膜111用于检测裸电芯500内部的温度变化；高分子薄膜111还可以由其它材料制成，此时高分子薄膜111用于检测气体浓度等物理参数。
请结合参照图4、图5和图6，本实施例中，柔性电极层112内设置有多个柔性电极1121，多个柔性电极1121呈点状矩形阵列分布，相邻两个柔性电极1121不交叠。但并不仅限于此，在其它实施例中，柔性电极层112内柔性电极1121的数量为一个，该柔性电极1121可以呈纵向布置、横向布置或环形布置，也可以是平面导电极。
本实施例中，高分子薄膜111的尺寸大于柔性电极层112的尺寸，柔性电极层112设置有与柔性电极1121相连的引出线1122，引出线1122延伸至高分子薄膜111的边缘设置，引出线1122用于与检测器400连接，以实现电信号的传输。
进一步地，基底层113的尺寸大于柔性电极层112的尺寸，且小于高分子薄膜111的尺寸，基底层113覆盖于部分引出线1122外，以对覆盖部分的引出线1122起到绝缘、防腐和加强的作用，并使引出线1122留有一截用于与检测器400连接的裸露部分。具体地，引出线1122包括裸露段1123和包覆段1124，包覆段1124设置于基底层113和高分子薄膜111之间，基底层113和高分子薄膜111共同作用，以对包覆段1124进行保护和加强，裸露段1123用于与检测器400电连接。
本实施例中，裸露段1123通过压装的方式与检测器400连接，但并不仅限于此，在其它实施例中，裸露段1123也可以通过焊接的方式与检测器400连接，对裸露段1123与检测器400连接的方式不作具体限定。
本实施例中，一层柔性电极层112的引出线1122为正极引出线，另一层柔性电极层112的引出线1122为负极引出线，正极引出线和负极引出线相对设置于高分子薄膜111的两侧。
本实施例中，集流体层120的尺寸大于柔性电极层112的尺寸，集流体层120延伸至基底层113的边缘设置，集流体层120覆盖于包覆段1124外，集流体层120通过基底层113对包覆段1124提供支撑力，以进一步地提高对包覆段1124的保护和加强作用。
本实施例中，集流体层120设置有极耳121，极耳121设置于集流体层120远离引出线1122的一侧，柔性电极层112的引出线1122与集流体层120的极耳121相对设置于高分子薄膜111的两边，即引出线1122与极耳121对边设置，但并不仅限于此，在其它实施例中，柔性电极层112的引出线1122与集流体层120的极耳121也可以设置于高分子薄膜111的同一边，即引出线1122与极耳121同边设置。
本发明实施例提供的电池极片100，两层集流体层120相对设置于感知结构层110的两侧，一层集流体层120、感知结构层110和另一层集流体层120层叠设置，感知结构层110用于实时检测动力电池10的状态信息。与现有技术相比，本发明提供的电池极片100由于采用了设置于两层集流体层120之间的感知结构层110，所以能够在不破坏电芯内部结构的前提下实时检测动力电池10的状态信息，响应速度快，检测结果准确，稳定可靠。使得动力电池10具有自检功能，能够对自身内部状态进行实时检测，安全性强。
第二实施例
请参照图7，本发明实施例提供了一种电池极片100，与第一实施例相比，本实施例的区别在于感知结构层110的结构不同。
本实施例中，感知结构层110包括敏感栅层114和两层基底层113。两层基底层113相对设置于敏感栅层114的两侧，每层集流体层120设置于一层基底层113远离敏感栅层114的一侧，敏感栅层114与检测器400电连接。具体地，感知结构层110采用箔式传感器的形式进行电信号的输送，同样能够在不破坏电芯内部结构的前提下实时检测动力电池10的状态信息。
本发明实施例提供的电池极片100的有益效果与第一实施例的有益效果相同，在此不再赘述。
第三实施例
请参照图8，本发明实施例提供了一种动力电池10，与第一实施例相比，本实施例的区别在于其制成电芯的方式不同。
本实施例中，动力电池10包括电池极片100，电池极片100通过卷绕的方式形成卷绕电芯(图未示)。具体地，由于卷绕电芯是一个连续体，所以高分子薄膜111的长度与隔膜的长度相同，并且，相邻两个柔性电极1121的间距等于相邻两个极耳121的间距的整数倍。
本发明实施例提供的电池极片100的有益效果与第一实施例的有益效果相同，在此不再赘述。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池极片，其特征在于，包括感知结构层和两层集流体层，两层所述集流体层相对设置于所述感知结构层的两侧，一层所述集流体层、所述感知结构层和另一层所述集流体层层叠设置，所述感知结构层用于实时检测动力电池的状态信息。
2.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述感知结构层包括高分子薄膜、两层柔性电极层和两层基底层，两层所述柔性电极层相对设置于所述高分子薄膜的两侧，每层所述基底层设置于一层所述柔性电极层远离所述高分子薄膜的一侧，每层所述集流体层设置于一层所述基底层远离所述柔性电极层的一侧。
3.根据权利要求2所述的电池极片，其特征在于，所述高分子薄膜的尺寸大于所述柔性电极层的尺寸，所述基底层的尺寸大于所述柔性电极层的尺寸，且小于所述高分子薄膜的尺寸，所述柔性电极层设置有引出线，所述引出线延伸至所述高分子薄膜的边缘设置，所述基底层覆盖于部分所述引出线外，所述引出线包括裸露段和包覆段，所述包覆段设置于所述基底层和所述高分子薄膜之间，所述裸露段用于与检测器电连接。
4.根据权利要求3所述的电池极片，其特征在于，所述集流体层的尺寸大于所述柔性电极层的尺寸，所述集流体层延伸至所述基底层的边缘设置，所述集流体层覆盖于所述包覆段外。
5.根据权利要求3所述的电池极片，其特征在于，所述集流体层设置有极耳，所述极耳设置于所述集流体层远离所述引出线的一侧。
6.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述感知结构层包括敏感栅层和两层基底层，两层所述基底层相对设置于所述敏感栅层的两侧，每层所述集流体层设置于一层所述基底层远离所述敏感栅层的一侧。
7.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述电池极片还包括两层活性物质层，每层所述活性物质层设置于一层所述集流体层远离所述感知结构层的一侧。
8.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述柔性电极层内设置有多个柔性电极，多个所述柔性电极呈点状矩形阵列分布。
9.一种动力电池，其特征在于，包括外壳、顶盖、检测器、普通极片以及如权利要求1至8任一项所述的电池极片，所述普通极片与所述电池极片层叠设置，且共同组成裸电芯，所述顶盖盖设于所述外壳上，且与所述外壳共同围成容置空腔，所述检测器和所述裸电芯均安装于所述容置空腔内，所述检测器与所述感知结构层电连接。
10.一种动力电池，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的电池极片，所述电池极片通过卷绕的方式形成卷绕电芯，所述电池极片中相邻两个柔性电极的间距等于相邻两个极耳的间距的整数倍。
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