CN217182205U - 电池的电极组件、电池单体、电池和用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种电池的电极组件、电池单体、电池和用电设备，该电极组件包括正极极片、负极极片和隔离膜，所述隔离膜设置于所述正极极片和所述负极极片之间；所述电极组件还包括采样结构，所述采样结构夹置于所述正极极片和所述隔离膜之间，和/或，所述负极极片和所述隔离膜之间，所述采样结构用于监测所述电池的内部信息。本申请实施例的电极组件、电池单体、电池和用电设备，能够实现采样结构对电池的内部信息的监测。

Description

电池的电极组件、电池单体、电池和用电设备

技术领域

本申请涉及电池技术领域，更为具体地，涉及一种电池的电极组件、电池单体、电池和用电设备。

背景技术

随着动力电池技术的发展和电动化时代的到来，人们对动力电池***的安全性、可靠性和智能化程度提出了越来越高的需求，这就要求能在多维度上实时监控电池使用过程中的各种参数变化，然而，电池内部结构精细、物理化学环境复杂、装配工艺繁琐，需要综合考虑这些因素以实现电池参数的监测。

实用新型内容

本申请提供了一种电池的电极组件、电池单体、电池和用电设备，能够实现采样结构对电池的内部信息的监测。

第一方面，提供了一种电池的电极组件，该电极组件包括：正极极片、负极极片和隔离膜，该隔离膜设置于该正极极片和该负极极片之间；该电极组件还包括采样结构，该采样结构夹置于该正极极片和该隔离膜之间，和/或，该负极极片和该隔离膜之间，以便获取该电池的内部信息。

在该实施例中，通过将采样结构夹置于正极极片和隔离膜之间，和/或，负极极片和隔离膜之间，能够实现采样结构对电池的内部信息的监测。

另外，该实施例的电极组件，由于将采样结构设置在正极极片和隔离膜之间，和/或，负极极片和隔离膜之间，并不需要改变极片和隔离膜的结构，因此，可以兼容现有极片和隔离膜的制作工艺。

在一种可能的实现方式中，该电极组件呈多层设置的叠层结构。

在该实施例中，由于将采样结构设置在正极极片和隔离膜之间，和/或，负极极片和隔离膜之间，可以实现对具有呈多层层叠结构的电极组件的电池的内部信息的全面监测。

在一种可能的实现方式中，该采样结构至少部分覆盖电极组件的非边缘区域。

在该实施例中，将采样结构设置在电极组件的非边缘区域，有利于固定采样结构。

在一种可能的实现方式中，该叠层结构为卷绕多圈的卷绕结构，该采样结构设置在该卷绕结构的至少一圈的电极组件中，该至少一圈不包括该多圈中的最内圈和最外圈。

在该实施例中，对于卷绕结构的电极组件而言，通过将采样结构设置在除最内圈和最外圈之外的至少一圈的电极组件中，有利于通过层间束缚力固定采样结构。

在一种可能的实现方式中，该叠层结构为堆叠多层的叠片结构，该采样结构设置在非最外层的电极组件中。

在该实施例中，对于叠片结构的电极组件而言，通过将采样结构设置在非最外层的电极组件中，有利于通过层间束缚力固定采样结构。

在一种可能的实现方式中，该采样结构包括光纤结构，该光纤结构包括光纤和刻制在该光纤上的多个光纤传感器。

在该实施例中，光纤传感器因具有小巧灵活、电磁不敏感、灵敏度高、耐腐蚀、功能丰富等特点，因此，利用光纤传感器监测电池的内部信息成为一个非常可靠的方式。

并且，通过光纤将光纤传感器监测到的电池的内部信息传输至电池外部的解调单元，从而可以对电池的内部信息进行分析。

此外，在该实施例中，通过在一根光纤上刻制多个光纤传感器，可以监测电池内部的不同部位的各种信息。

在一种可能的实现方式中，该多个光纤传感器包括单模布拉格光栅传感器、多模布拉格光栅传感器、倾斜布拉格光栅传感器和微结构光栅传感器中的至少一种。

在该实施例中，电极组件采用布拉格光栅传感器监测电池的内部信息，具有普适性。

在一种可能的实现方式中，该光纤传感器的长度范围为0.1cm至10cm之间。

在该实施例中，将光纤传感器的长度设置在0.1～10cm之间，既可以保证光学信号不受损耗，又能实现微小尺寸上的监测。

在一种可能的实现方式中，该光纤传感器的长度为1cm。

在该实施例中，将光纤传感器的长度设置为1cm，可以满足大多数电极组件的尺寸和空间监测需求。

在一种可能的实现方式中，该光纤的直径范围为25um至250um之间。

在该实施例中，将光纤的直径设置在25～250um之间，即可以保证光信号传输不受损耗，又可以满足大多数电极组件的尺寸和空间监测需求。

在一种可能的实现方式中，该光纤的直径为120um。

在该实施例中，将光纤的直径设置为与电极组件的层间间隙比较接近的120um，可以在不增加电极组件的厚度的基础上，实现光纤与电极组件的结合。

在一种可能的实现方式中，该电池的内部信息包括温度、压力、应变、阴阳离子浓度、电解液浊度、电解液成分、气体成分、电解液老化程度、气体含量、膨胀力、界面状态以及反应速率中的至少一种。

在该实施例中，采样结构可以监测电池的上述各种信息，有利于提高电池的性能。

第二方面，提供了一种电池单体，该电池单体包括外壳和上述第一方面及其第一方面任一种可能的实现方式中的电极组件，该外壳用于容纳该电极组件。

在该实施例中，在电池单体内设置具有采样结构的电极组件，能够实现采样结构对电池单体的内部信息的监测。

在一种可能的实现方式中，该采样结构为光纤结构，该外壳设置有通孔，以便将该光纤结构中的光纤引导至该外壳的外侧。

在该实施例中，光纤具有体积小、质量轻、无源，耐压、耐腐蚀及抗电磁干扰的特点，因此，利用光纤结构监测电池的内部信息成为一个非常可靠的方式。

在该实施例中，通过在电池单体的外壳上设置通孔，使得光纤传感器监测到的电池的内部信息可以通过光纤传输至电池单体外部的解调单元，从而可以对电池单体的内部信息进行分析。

在一种可能的实现方式中，该外壳包括壳体和盖板，该通孔设置在该盖板上。

在该实施例中，将用于引导光纤的通孔设置在盖板上，使得光纤可以从盖板穿出至电池单体的外侧，有利于电池单体的工艺封装。

在一种可能的实现方式中，该电极组件设置有极耳，该盖板设置有电极端子，该极耳与该电极端子电连接。

在该实施例中，盖板上设置有电极端子和用于引导光纤的通孔，使得光纤可以与极耳沿同一个方向延伸，从而便于电池单体的工艺封装。

在一种可能的实现方式中，该电极组件在朝向该盖板的一侧设置有正极极耳和负极极耳，该盖板设置有正极电极端子和负极电子端子，该正极极耳与该正极电极端子电连接，该负极极耳与该负极电极端子电连接；相对于该正极电极端子，该通孔更靠近该负极电极端子。

通常，电池单体的盖板上不仅会设置电极端子，还会设置注液孔，并且注液孔一般更靠近正极电极端子，故为了避让注液孔，可以将用于引导光纤的通孔设置在靠近负极电极端子的位置。

在一种可能的实现方式中，该光纤在延伸至该通孔时与该盖板的垂直方向之间的角度范围在0°至90°之间。

在该实施例中，将光纤延伸至通孔时与盖板的垂直方向的角度设置在0°～90°之间，可以避免角度过大而损坏光纤。

在一种可能的实现方式中，该光纤在延伸至该通孔时与该垂直方向之间的角度为30°。

在该实施例中，将光纤延伸至通孔时与盖板的垂直方向的角度设置为30°，可以避免角度过大而损坏光纤。

在一种可能的实现方式中，该通孔的尺寸范围在1mm至5mm之间。

在该实施例中，将通孔的尺寸设置在1～5mm，便于钻孔，便于封装。

在一种可能的实现方式中，该通孔的尺寸为2mm。

在该实施例中，将通孔的尺寸设置为2mm，便于钻孔，便于封装。

在一种可能的实现方式中，该通孔和从该通孔引出的光纤通过胶水密封。

在该实施例中，将通孔和从通孔引出的光纤用胶水密封，可以提高电池单体的密封性，从而提高电池单体的安全性。

在一种可能的实现方式中，该胶水为环氧树脂、聚丙烯酸、紫外固化胶或改性环氧树脂。

在该实施例中，采用紫外固化胶密封通孔，其耐腐蚀、耐溶胀，并且与电解液兼容性好。

第三方面，提供了一种电池，包括如第二方面及其任二种可能的实现方式中的电池单体。

第四方面，提供了一种用电设备，包括：第三方面的电池，该电池用于位用电设备提供电能。

附图说明

图1是本申请一实施例公开的一种车辆的结构示意图。

图2是本申请一实施例公开的一种电池的结构示意图。

图3是本申请实施例公开的电极组件的示意性结构图。

图4是本申请实施例公开的光纤结构的示意性结构图。

图5是本申请实施例公开的电池单体的示意性爆照图。

图6是本申请实施例公开的另一电池单体的示意性结构图。

图7是本申请实施例公开的另一电极组件的示意性结构图。

图8是本申请实施例公开的电池单体的制作流程的示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本申请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；本申请中在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。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中提及“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，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“附接”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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请中术语“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，本申请中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请中出现的“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)。

本申请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。

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、钠锂离子电池、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、方体方形电池单体，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，电极组件由正极片、负极片和隔离膜组成。电池单体主要依靠金属离子在正极片和负极片之间移动来工作。正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集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的集流体，未涂敷正极活性物质层的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集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的集流体，未涂敷负极活性物质层的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或PE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。

随着电池技术的发展和电动化时代的到来，人们对电池***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，如温度、振动、气压、应力等。然而，电池内部结构精细、物理化学环境复杂、装配工艺繁琐，需要综合考虑这些因素以实现电池参数的监测。

鉴于此，本申请实施例提供了一种电极组件，将采样结构夹置于正极极片和隔离膜之间，和/或，负极极片和隔离膜之间，能够实现采样结构对电池的内部信息的监测。

本申请实施例描述的技术方案均适用于各种使用电池的装置，例如，手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动玩具、电动工具、电动车辆、船舶和航天器等，例如，航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等。

应理解，本申请实施例描述的技术方案不仅仅局限适用于上述所描述的设备，还可以适用于所有使用电池的设备，但为描述简洁，下述实施例均以电动车辆为例进行说明。

例如，如图1所示，为本申请一个实施例的一种车辆40的结构示意图，车辆40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40的内部可以设置马达80，控制器60以及电池100，控制器60用来控制电池100为马达80的供电。例如，在车辆40的底部或车头或车尾可以设置电池100。电池100可以用于车辆40的供电，例如，电池100可以作为车辆40的操作电源，用于车辆40的电路***，例如，用于车辆40的启动、导航和运行时的工作用电需求。在本申请的另一实施例中，电池100不仅仅可以作为车辆40的操作电源，还可以作为车辆40的驱动电源，替代或部分地替代燃油或天然气为车辆40提供驱动动力。

为了满足不同的使用电力需求，电池可以包括多个电池单体，其中，多个电池单体之间可以串联或并联或混联，混联是指串联和并联的混合。电池也可以称为电池包。可选地，多个电池单体可以先串联或并联或混联组成电池模块，多个电池模块再串联或并联或混联组成电池。也就是说，多个电池单体可以直接组成电池，也可以先组成电池模块，电池模块再组成电池。

图2示出了本申请一个实施例的一种电池100的结构示意图，电池100可以包括多个电池单体20。电池100还可以包括箱体(或称罩体)，箱体内部为中空结构，多个电池单体20容纳于箱体内。如图2所示，箱体可以包括两部分，这里分别称为第一部分111和第二部分112，第一部分111和第二部分112扣合在一起。第一部分111和第二部分112的形状可以根据多个电池单体20组合的形状而定，第一部分111和第二部分112可以均具有一个开口。例如，第一部分111和第二部分112均可以为中空长方体且各自只有一个面为开口面，第一部分111的开口和第二部分112的开口相对设置，并且第一部分111和第二部分112相互扣合形成具有封闭腔室的箱体。多个电池单体20相互并联或串联或混联组合后置于第一部分111和第二部分112扣合后形成的箱体内。

可选地，电池100还可以包括其他结构，在此不再一一赘述。例如，该电池100还可以包括汇流部件，汇流部件用于实现多个电池单体20之间的电连接，例如并联或串联或混联。具体地，汇流部件可通过连接电池单体20的电极端子实现电池单体20之间的电连接。进一步地，汇流部件可通过焊接固定于电池单体20的电极端子。多个电池单体20的电能可进一步通过导电机构穿过箱体而引出。可选地，导电机构也可属于汇流部件。

根据不同的电力需求，电池单体20的数量可以设置为任意数值。多个电池单体20可通过串联、并联或混联的方式连接以实现较大的容量或功率。由于每个电池100中包括的电池单体20的数量可能较多，为了便于安装，可以将电池单体20分组设置，每组电池单体20组成电池模块。电池模块中包括的电池单体20的数量不限，可以根据需求设置。

图3示出了本申请实施例的电极组件22的一种结构示意图。如图3所示，该电极组件22包括：正极极片2201、负极极片2202和隔离膜2203，该隔离膜2203设置于该正极极片2201和该负极极片2202之间。

其中，正极极片2201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，负极极片2202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，而隔离膜2203则位于正极极片2201和负极极片2202之间，主要作用是将正极活性物质和负极活性物质分隔开，以降低正极极片2201和负极极片2202之间出现短路的风险。

可选地，如图3所示，该电极组件22还包括采样结构2204，该采样结构2204夹置于该正极极片2201和该隔离膜2203之间，和/或，该负极极片2202和该隔离膜2203之间，以便于获取电池的内部信息。

需要说明的是，本申请实施例中的“夹置”一词，不仅具有接触的意思，还具有受力的意思。具体地，采样结构2204夹置于正极极片2201和隔离膜2203之间，是指采样结构2204分别与正极极片2201和隔离膜2203接触，并且采样结构2204还因为受到正极极片2201和隔离膜2203的挤压而固定设置于正极极片2201和隔离膜2203之间。类似地，采样结构2204夹置于负极极片2202和隔离膜2203之间，是指采样结构2204分别与负极极片2202和隔离膜2203接触，并且采样结构2204还因为受到负极极片2202和隔离膜2203的挤压而固定设置于负极极片2202和隔离膜2203之间。

因此，本申请实施例提供的电极组件22，通过将采样结构2204夹置于正极极片2201和隔离膜2203之间，和/或，负极极片2202和隔离膜2203之间，能够实现采样结构2204对电池的内部信息的监测。

另外，本申请实施例提供的电极组件22，由于将采样结构2204设置在正极极片2201和隔离膜2203之间，和/或，负极极片2202和隔离膜2203之间，并不需要改变极片和隔离膜的结构，因此，可以兼容现有极片和隔离膜的制作工艺。

可选地，在本申请实施例中，该电极组件22呈多层设置的叠层结构。换句话说，电极组件22在厚度方向上可以包括多层正极极片2201、多层负极极片2202以及多层隔离膜2203。

在该实施例中，由于将采样结构2204设置在正极极片2201和隔离膜2203之间，和/或，负极极片2202和隔离膜2203之间，可以实现对具有多层叠层结构的电极组件22的电池的内部信息的全面监测。

可选地，在本申请实施例中，该采样结构2204至少部分覆盖电极组件22的非边缘区域。

需要解释的是，电极组件22的非边缘区域是指电极组件22在厚度方向上的非边缘区域。即在电极组件22的非边缘区域是指电极组件22在其厚度方向上，远离所述电极组件22的表面向所述电极组件22的中心靠近的区域。例如，电极组件在厚度方向上依次按照第一正极极片、第一隔离膜、第一负极极片、第二隔离膜、第二正极极片、第三隔离膜以及第二负极极片的顺序交叠。即电极组件22在厚度方向上包括7层，那么非边缘区域可以是指中间5层。也就是说，采样结构2204可以设置在第一隔离膜至第三隔离膜之间的电极组件中。

在该实施例中，通过将采样结构设置在电极组件的非边缘区域，有利于固定采样结构。

可选地，本申请实施例中的电极组件22可以是卷绕结构，也可以是叠层结构。

对于卷绕多圈的卷绕结构的电极组件22而言，采样结构2204可以设置在该卷绕结构的至少一圈的电极组件中的极片和隔离膜之间，例如，正极极片2201和隔离膜2203之间，和/或，负极极片2202和隔离膜2203之间，该至少一圈不包括多圈中的最内圈和最外圈。

在该实施例中，对于卷绕结构的电极组件而言，通过将采样结构2204设置在除最内圈和最外圈之外的至少一圈的电极组件中，有利于通过层间束缚力固定采样结构2204。

对于堆叠多层的叠片结构的电极组件22而言，电极组件22可以由多个正极极片2201、多个隔离膜2203和多个负极极片2202按照一个正极极片2201、一个隔离膜2203和一个负极极片2202依次交叠的方式形成，那么采样结构2204可以设置在任一极片与隔离膜2203之间。

进一步地，采样结构2204可以设置在非最外层的电极组件中。例如，采样结构2204可以设置在非最外层的正极极片2201与隔离膜2203之间，和/或，采样结构2204可以设置在非最外层的负极极片2202与隔离膜2203之间。非最外层的正极极片2201可以是指在电极组件22的厚度方向上除最靠近电极组件22的表面的正极极片2201之外的正极极片2201。同样地，非最外层的负极极片2202也可以是指在电极组件22的厚度方向上除最靠近电极组件22的表面的负极极片2202之外的负极极片2202。

在该实施例中，对于叠片结构的电极组件22而言，通过将采样结构2204设置在非最外层的电极组件中，有利于通过层间束缚力固定采样结构2204。

可选地，如图4所示，在本申请实施例中，该采样结构2204为光纤结构，该光纤结构包括光纤2204a和刻制在该光纤2204a上的多个光纤传感器2204b。

光纤传感器2204b因具有小巧灵活、电磁不敏感、灵敏度高、耐腐蚀、功能丰富等特点，因此，利用光纤传感器2204b监测电池的内部信息成为一个非常可靠的方式。其次，光纤传感器2204b是一种基于光学传感原理的光学传感器，用于监测电池在使用过程中的内部信息。而光纤2204a则用于传输探测光到电极组件22内的光纤传感器2204b中，并将光纤传感器2204b监测的信息以信号光的方式输出至电池外部的解调单元中。也就是说，延伸至电池外部的光纤2204a可以与解调单元连接，该解调单元可以用于提供光纤传感器2204b所需要的探测光，以及接收光纤传感器2204b返回的信号光并分析处理。

此外，在本申请实施例中，通过在一根光纤2204a上刻制多个光纤传感器2204b，可以监测电池内部的不同部位的各种信息。

需要说明的是，本申请实施例的采样结构2204除了是上述光纤结构之外，还可以是其他类型的传感器。例如，超声波传感器、光电传感器等，本申请实施例对此不作限定。

可选地，在电极组件22的任一极片与隔离膜2203之间可以植入一根或者多根光纤2204a。并且本申请实施例也不限于在一个层间植入光纤2204a，也可以在多个层间植入光纤2204a。

可选地，在本申请实施例中，该多个光纤传感器2204b包括单模布拉格光栅传感器、多模布拉格光栅传感器、倾斜布拉格光栅传感器和微结构光栅传感器中的至少一种。

应理解，本申请实施例对光纤传感器2204b的结构不作限定，例如，该光纤传感器2204b还可以是其他不改变光纤宏观结构的光纤传感器。

布拉格光栅传感器是一种使用频率最高，应用范围最广的光纤传感器，因此，本申请实施例的电极组件采用布拉格光栅传感器监测电池的内部信息，具有普适性。

可选地，在本申请实施例中，该光纤传感器2204b的长度范围为0.1cm至10cm之间。

在该实施例中，将光纤传感器2204b的长度设置在0.1～10cm之间，既可以保证光学信号不受损耗，又能实现微小尺寸上的监测。

可选地，在本申请实施例中，该光纤传感器2204b的长度为1cm。

在该实施例中，将光纤传感器2204b的长度设置为1cm，可以满足大多数电极组件的尺寸和空间监测需求。

可选地，在本申请实施例中，该光纤2204a的直径范围为25um至250um之间。

在该实施例中，将光纤2204a的直径设置在25～250um之间，即可以保证光信号传输不受损耗，又可以满足大多数电极组件的尺寸和空间监测需求。

可选地，在本申请实施例中，该光纤2204a的直径为120um。

在该实施例中，将光纤2204a的直径设置为与电极组件的层间间隙比较接近的120um，可以在不增加电极组件的厚度的基础上，实现光纤与电极组件的结合。

可选地，在本申请实施例中，该电池的内部信息包括温度、压力、应变、阴阳离子浓度、电解液浊度、电解液成分、气体成分、电解液老化程度、气体含量、膨胀力、界面状态以及反应速率中的至少一种。

也就是说，本申请实施例的采样结构2204可以监测电池的上述各种信息，有利于提高电池的性能。

可选地，本申请实施例的电极组件22可以是圆柱形或者是方形。

图5示出了本申请实施例提供的电池单体20的一种示意性***图。如图5所示，该电池单体20可以包括上文各种实施例该的至少一个电极组件22和外壳21，外壳21用于容纳电极组件22。

在该实施例中，在电池单体20内设置具有采样结构2204的电极组件22，能够实现采样结构2204对电池单体20的内部信息的监测。

可选地，在本申请实施例中，该采样结构2204为光纤结构，该电池单体20的外壳21设置有通孔24，以便将该电极组件22内的光纤结构中的光纤2204a引导至该外壳21的外侧。

在该实施例中，通过在电池单体20的外壳21上设置通孔24，使得光纤传感器2204b监测到的电池的内部信息可以通过光纤2204a传输至电池单体20外部的解调单元，从而可以对电池单体20的内部信息进行分析。

如图5所示，外壳21可以包括壳体211和盖板212。壳体211根据一个或多个电极组件22组合后的形状而定，例如，壳体211可以为中空的长方体或正方体或圆柱体，且壳体211的其中一个面具有开口以便一个或多个电极组件22可以放置于壳体211内。例如，当壳体211为中空的长方体或正方体时，壳体211的其中一个平面为开口面，即该平面不具有壁体而使得壳体211内外相通。当壳体211可以为中空的圆柱体时，壳体211的端面为开口面，即该端面不具有壁体而使得壳体211内外相通。盖板212覆盖开口并且与壳体211连接，以形成放置电极组件22的封闭的腔体。壳体211内填充有电解质，例如电解液。

可选地，如图5所示，通孔24可以设置在盖板212上，以便将光纤2204a引导至盖板212的外侧。

在该实施例中，将用于引导光纤2204a的通孔24设置在盖板212上，使得光纤2204a可以从盖板212穿出至电池单体20的外侧，有利于电池单体20的工艺封装。

需要说明的是，延伸至盖板212外侧的光纤2204a可以是任意长度。例如，可以是50cm。

可选地，在本申请实施例中，该电极组件22设置有极耳，该盖板212设置有电极端子，极耳和电极端子电连接。

可选地，电极组件22的极耳布置方式可以是单侧出极耳，也可以是两侧出极耳。

在该实施例中，盖板212上设置有电极端子和用于引导光纤2204a的通孔24，使得光纤2204a可以与极耳沿同一个方向延伸，从而便于电池单体20的工艺封装。

可选地，如图5所示，该电池单体20还可以包括两个电极端子214，两个电极端子214可以设置在盖板212上。盖板212通常是平板形状，两个电极端子214固定在盖板212的平板面上，两个电极端子214分别为正电极端子214a和负电极端子214b。每个电极组件22具有第一极耳221a和第二极耳222a。第一极耳221a和第二极耳222a的极性相反。例如，当第一极耳221a为正极极耳时，第二极耳222a为负极极耳。再例如，当第一极耳221a为负极极耳时，第二极耳222a为正极极耳。一个或多个电极组件22的第一极耳221a通过一个连接构件23与一个电极端子连接，一个或多个电极组件22的第二极耳222a通过另一个连接构件23与另一个电极端子连接。例如，正电极端子214a通过一个连接构件23与正极极耳连接，负电极端子214b通过另一个连接构件23与负极极耳连接。

进一步地，相对于该正极电极端子214a，该通孔24更靠近该负极电极端子214b。

通常，电池单体20的盖板212上不仅会设置电极端子214，还会设置注液孔25，并且注液孔25一般更靠近正极电极端子214a，故为了避让注液孔25，可以将用于引导光纤2204a的通孔24设置在靠近负极电极端子214a的位置。

作为示例，电池单体20的一个壁上还可以设置有泄压机构213。如图5所示，泄压机构213设置在盖板212上。泄压机构213用于在电池单体20的内部压力或温度达到阈值时致动以泄放内部压力或温度。

该泄压机构213可以为盖板212的一部分，也可以与盖板212为分体式结构，通过例如焊接的方式固定在盖板212上。当泄压机构213为盖板212的一部分时，例如，泄压机构213可以通过在盖板212上设置刻痕的方式形成，与该刻痕的对应的盖板212厚度小于泄压机构213除刻痕处其他区域的厚度。刻痕处是泄压机构213最薄弱的位置。当电池单体20产生的气体太多使得壳体211内部压力升高并达到阈值或电池单体20内部反应产生热量造成电池单体20内部温度升高并达到阈值时，泄压机构213可以在刻痕处发生破裂而导致壳体211内外相通，气体压力及温度通过泄压机构213的裂开向外释放，进而避免电池单体20发生***。

可选地，当泄压机构213设置在电池单体20的盖板212上时，用于引导光纤2204a的通孔24应避让该泄压机构213。

可选地，在本申请实施例中，该光纤2204a在延伸至该通孔24时与该盖板212的垂直方向之间的角度范围在0°至90°之间。

在该实施例中，将光纤2204a延伸至通孔24时与盖板212的垂直方向的角度设置在0°～90°之间，可以避免角度过大而损坏光纤2204a。

可选地，在本申请实施例中，该光纤2204a在延伸至该通孔24时与该垂直方向之间的角度为30°。

在该实施例中，将光纤2204a延伸至通孔24时与盖板212的垂直方向的角度设置为30°，可以避免角度过大而损坏光纤2204a。

可选地，在本申请实施例中，该通孔24的尺寸范围在1mm至5mm之间。

在该实施例中，将通孔24的尺寸设置在1～5mm，便于钻孔，便于封装。

可选地，在本申请实施例中，该通孔24的尺寸为2mm。

在该实施例中，将通孔24的尺寸设置为2mm，便于钻孔，便于封装。

可选地，在本申请实施例中，该通孔24和从该通孔24引出的光纤2204a通过胶水密封。

在该实施例中，将通孔24和从通孔24引出的光纤2204a用胶水密封，可以提高电池单体20的密封性，从而提高电池单体20的安全性。

可选地，在本申请实施例中，该胶水为环氧树脂、聚丙烯酸、紫外固化胶或改性环氧树脂。

在该实施例中，采用紫外固化胶密封通孔24，其耐腐蚀、耐溶胀，并且与电解液兼容性好。

下面将结合图6和图7详细描述本申请实施例的电池单体30的制作流程。需要说明的是，虽然图6所示的电池单体30及其内部的各个部件所用的附图标记与图5所示的电池单体20不同，但相同部件的结构和功能是完全一样的，也就是说，图6中关于各个部件的描述可参考图5，为了简洁，此处不再赘述。如图6所示，该电池单体30包括电极组件10、壳体11、盖板9、带有温度传感光栅的光纤结构1和封装胶水6。带有温度传感光栅的光纤结构1布置于电极组件10的极片与隔离膜之间，通过卷绕过程中各层之间的张力固定。如图7所示，温度传感光栅16置于待卷绕电极组件内部的待监测位置，传输光纤15与温度传感光栅16相连并从温度传感光栅16截至位置延伸至极片外侧。

具体地，该制作流程可以包括以下步骤。

S110，将带有温度传感光栅16的光纤结构1置于任意层极片与隔离膜之间，并将传输光纤15从设置极耳一侧伸出适当长度，随电极组件10一起卷绕。

可选地，光纤结构1可置于负极极片14与隔离膜13之间或置于正极极片12与隔离膜13之间，优选地，光纤结构1置于正极极片12与隔离膜13之间。

可选地，光纤结构1中的传输光纤15的直径为25-250um，优选地，传输光纤15的直径为120um。

可选地，每根传输光纤15上可刻制一个或多个温度传感光栅16。

可选地，该温度传感光栅16为布拉格光纤光栅。

可选地，该温度传感光栅16的长度为0.1-10cm，优选地，该温度传感光栅16的长度为1cm。

可选地，该传输光纤15伸出电极组件10的长度为任意长度，例如，50cm。

可选地，可选择在一层或多层间植入光纤结构1。并且光纤结构1植入层可以位于电极组件10的任意层。

S120，植入光纤结构1的电极组件10卷绕完成后，进行热压整型。

可选地，热压工艺参数与普通多层电极组件10相同。

S130，将植入光纤结构1的电极组件10放入壳体11，将极耳一侧超出电极组件10的传输光纤15绕至负极极耳一侧。

可选地，电极组件10的正极极耳7为正极柱3的同侧，负极极耳8为负极柱2位于同侧。

可选地，传输光纤15绕至极耳侧时与法向的角度为0°-90°，优选30°。

S140，将预留通孔的盖板9置于壳体11上方，并将传输光纤15从通孔引出，盖板9与壳体11通过激光焊封装。

可选地，该通孔应尽量避开其他盖板构件，如防爆阀4和注液孔5。

可选地，该通孔的尺寸为1mm-5mm，优选2mm。

S150，将盖板9上的通孔及引出的光纤用聚合物胶水6密封。

可选地，该聚合物胶水6为环氧树脂、聚丙烯酸或紫外固化胶，优选紫外固化胶。

需要说明的是，虽然本申请实施例多以卷绕结构的电极组件为例描述的技术方案，但本领域技术人员理解，本文所描述的电极组件可适用于叠层结构的电极组件，本文所描述的电池单体可适用于包括卷绕结构的电极组件的电池单体，为了简洁，本申请不再赘述。

本申请实施例还提供了一种电池，该电池可以包括上述各种实施例该的电池单体。

本申请一个实施例还提供了一种用电设备，该用电设备可以包括前述各实施例中的电池，该电池用于为用电设备提供电能。

可选地，该用电设备可以为车辆40、船舶或航天器。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。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 (25)

1.一种电池的电极组件，其特征在于，包括：正极极片、负极极片和隔离膜，所述隔离膜设置于所述正极极片和所述负极极片之间；

所述电极组件还包括采样结构，所述采样结构夹置于所述正极极片和所述隔离膜之间，和/或，所述负极极片和所述隔离膜之间，以便获取所述电池的内部信息。

2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件呈多层设置的层叠结构。

3.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述采样结构至少部分覆盖所述电极组件的非边缘区域。

4.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述层叠结构为卷绕多圈的卷绕结构，所述采样结构设置在所述卷绕结构的至少一圈的电极组件中，所述至少一圈不包括所述多圈中的最内圈和最外圈。

5.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述层叠结构为堆叠多层的叠片结构，所述采样结构设置在非最外层的所述电极组件中。

6.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述采样结构包括光纤结构，所述光纤结构包括光纤和刻制在所述光纤上的多个光纤传感器。

7.根据权利要求6所述的电极组件，其特征在于，所述多个光纤传感器包括单模布拉格光栅传感器、多模布拉格光栅传感器、倾斜布拉格光栅传感器和微结构光栅传感器中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的电极组件，其特征在于，所述光纤传感器的长度范围为0.1cm至10cm之间。

9.根据权利要求8所述的电极组件，其特征在于，所述光纤传感器的长度为1cm。

10.根据权利要求6所述的电极组件，其特征在于，所述光纤的直径范围为25um至250um之间。

11.根据权利要求10所述的电极组件，其特征在于，所述光纤的直径为120um。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述电池的内部信息包括温度、压力、应变、阴阳离子浓度、电解液浊度、电解液成分、气体成分、电解液老化程度、气体含量、膨胀力、界面状态以及反应速率中的至少一种。

13.一种电池单体，其特征在于，包括外壳和如权利要求1至12中任一项所述的电极组件，所述外壳用于容纳所述电极组件。

14.根据权利要求13所述的电池单体，其特征在于，所述采样结构为光纤结构，所述外壳设置有通孔，以便所述光纤结构中的光纤穿过所述外壳。

15.根据权利要求14所述的电池单体，其特征在于，所述外壳包括壳体和盖板，所述通孔设置在所述盖板上。

16.根据权利要求15所述的电池单体，其特征在于，所述电极组件设置有极耳，所述盖板设置有电极端子，所述极耳与所述电极端子电连接。

17.根据权利要求16所述的电池单体，其特征在于，所述电极组件在朝向所述盖板的一侧设置有正极极耳和负极极耳，所述盖板设置有正极电极端子和负极电极端子，所述正极极耳与所述正极电极端子电连接，所述负极极耳与所述负极电极端子电连接；

相对于所述正极电极端子，所述通孔更靠近所述负极电极端子。

18.根据权利要求15所述的电池单体，其特征在于，所述光纤在延伸至所述通孔时与所述盖板的垂直方向之间的角度范围在0°至90°之间。

19.根据权利要求18所述的电池单体，其特征在于，所述光纤在延伸至所述通孔时与所述垂直方向之间的角度为30°。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的电池单体，其特征在于，所述通孔的尺寸范围在1mm至5mm之间。

21.根据权利要求20所述的电池单体，其特征在于，所述通孔的尺寸为2mm。

22.根据权利要求14至19中任一项所述的电池单体，其特征在于，所述通孔和从所述通孔引出的光纤通过胶水密封。

23.根据权利要求22所述的电池单体，其特征在于，所述胶水为环氧树脂、聚丙烯酸、紫外固化胶或改性环氧树脂。

24.一种电池，其特征在于，包括如权利要求13至23中任一项所述的电池单体。

25.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求24所述的电池，所述电池用于为所述用电设备提供电能。

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