电芯以及电池的制作方法

本申请涉及电池
技术领域：
，具体来说，涉及一种电芯以及电池。
背景技术：
：需要对电芯进行安全规定测试以检测其安全性能。安全规定测试包括过充测试，过充测试主要是用于防止电芯在过充状态下发生热失控，避免由于过充而引起的起火事故。现有的圆柱电芯采用cid(电流中断装置，currentinterruptiondevice)，在电芯过充时cid会产气，当其内部气压增加到一定水平后，触发顶盖翻折(cid作用)引起电流中断，电池发生断路，从而通过过充测试。然而，对于不具有cid的电芯(例如软包电芯)，则电芯的过充性能存在着明显劣势。在相关技术中，虽然对其过充性能做了一些改进，如对阴阳极材料进行改进、在电解液中加入过充添加剂以及对隔膜进行改进等，但这些改进方法会给电芯的性能带来其它的一些问题，且并不能从根本上解决电芯的过充问题。技术实现要素：针对相关技术中的上述问题，本申请提出一种电芯以及电池，能够改善电芯的安全性能，提高电芯的过充性能。本申请的技术方案是这样实现的：根据本申请的一个方面，提供了一种电芯，包括第一极耳、第二极耳和开关单元，开关单元的两端分别电连接第一极耳和第二极耳；其中，当电芯为正常状态时，开关单元断开；当电芯为异常状态时，开关单元导通。根据本申请的一些实施例，开关单元通过温度来控制其断开和导通，当电芯的温度达到温度阈值时，开关单元导通。根据本申请的一些实施例，开关单元的导通温度为90℃-120℃。根据本申请的一些实施例，开关单元通过电压来控制其断开和导通，当第一极耳与第二极耳之间的电压达到开关单元的导通电压时，开关单元导通。根据本申请的一些实施例，开关单元的导通电压为4.2v-6v。根据本申请的一些实施例，所述电芯包括电芯主体，所述第一极耳和所述第二极耳分别从所述电芯主体穿出，所述开关单元设置在所述电芯主体的外部。根据本申请的一些实施例，电芯还包括与开关单元串联连接的限流单元，限流单元设置在第一极耳与开关单元之间，或者开关单元与第二极耳之间。根据本申请的一些实施例，限流单元的电阻上限值为rmax，rmax＝6v/i-rswitch；其中，i表示充电电流，rswitch表示开关单元导通后的电阻值。根据本申请的一些实施例，所述电芯包括电芯主体，所述电芯主体包括密封边，所述第一极耳和所述第二极耳分别通过所述密封边延伸至所述电芯主体的外部，所述开关单元设置于所述密封边中。根据本申请的另一方面，提供了一种电池，包括上述的电芯。本申请的上述技术方案，通过在第一极耳和第二极耳之间连接开关单元，能够在电芯处于异常状态时，避免对电芯继续充电，从而能够有效地保护了电芯，进而改善了电芯的安全性能，提高电芯的过充性能；通过设置限流单元，降低了开关单元导通时的放电电流，避免了电芯通过该开关单元进行快速放电，一方面保护了开关单元，避免其因过流而烧毁，另一方面也保护了电芯，避免其在高温下快速放电导致的热失控。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是根据本申请一实施例的具有开关单元的电芯的示意图；图2是根据本申请一实施例的具有开关单元和限流单元的电芯的示意图；图3是根据本申请另一实施例的具有开关单元和限流单元的电芯的示意图；图4是根据本申请另一实施例的具有开关单元和限流单元的电芯的示意图；图5是根据本申请一实施例的具有开关单元和限流单元的电池组的示意图。具体实施方式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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。参考图1所示，根据本申请一实施例的电芯10包括第一极耳11、第二极耳12和开关单元14，开关单元14的两端分别电连接第一极耳11和第二极耳12。其中，当电芯10为正常状态时，开关单元14断开。当电芯10为异常状态时，开关单元14可响应于电芯10的异常状态而导通。其中，异常状态可以是过充、过压、过流状态，也可以是其它非正常工作状态，或者是影响电芯安全使用的状态。由于电芯10处于异常状态时，开关单元14导通，使得电流经由开关单元14而在第一极耳11和第二极耳12之间通过，比如当第一极耳11为正极极耳时，电流从第一极耳11流入，通过导通的开关单元14后，从第二极耳12流出，从而能够停止对电芯10继续充电，防止电芯10被过度充电。因此，本申请实施例提供的电芯，通过在第一极耳11和第二极耳12之间连接开关单元14，能够在电芯10处于异常状态时，避免对电芯10继续充电，从而能够有效地保护了电芯，提高了电芯的过充性能，进而改善了电芯的安全性能。当电芯10为异常状态时，例如当电芯10过充时，电芯10的温度会逐渐升高。因此，在一个实施例中，开关单元14可以通过温度来控制其断开和导通，当电芯10的温度达到温度阈值时，开关单元14导通。在本实施例中，当电芯10为正常状态时，开关单元14断开；当电芯10为异常状态时，电芯10的温度升高，开关单元14受到电芯10温度的控制而导通。更具体的，当电芯10为正常状态，此时电芯10温度小于温度阈值，开关单元14为断开状态；当电芯10为异常状态而使得电芯10的温度升高至温度阈值时，开关单元14导通。由于开关单元14导通，使得充电电流从第一极耳11(如为正极极耳)流入，通过开关单元14，再从第二极耳12流出，从而能够避免了对电芯的继续充电，提高电芯的过充性能。在一些实施例中，开关单元14的导通温度可以为90℃-120℃。在一些实施例中，开关单元14的导通温度可以为100℃-110℃。可以根据实际应用情况(例如根据电芯的状态参数)，对开关单元14的导通温度进行其它配置，本申请并不对此做出限定。在一些实施例中，通过温度控制的开关单元14可以包括常开型温度开关(如ksd系列温控开关等)或ntc(negativetemperaturecoefficient，负温度系数)开关，也可以包括任何其它适当的开关器件，其均在本申请的保护范围之内。此外，当电芯10为异常状态时，例如当电芯10过充时，电芯10的第一极耳11与第二极耳12之间的电压会逐渐升高。因此，在一个实施例中，开关单元14可以通过电压来控制其断开和导通，当第一极耳11与第二极耳12之间的电压达到开关单元14的导通电压时，开关单元14变为导通。具体来说，在本实施例中，当电芯10为正常状态时，开关单元14断开；当电芯10为异常状态时，第一极耳11与第二极耳12之间的电压逐渐升高，当第一极耳11与第二极耳12之间的电压达到一阈值时，开关单元14从断开状态变为导通状态以使得充电电流通过。更具体的，当电芯10为正常状态时，第一极耳11与第二极耳12之间的电压小于开关单元14的导通电压，开关单元14为断开状态；当电芯10为异常状态而使得第一极耳11与第二极耳12之间的电压升高至开关单元14的导通电压时，开关单元14导通。由于开关单元14导通，使得充电电流从开关单元14通过，从而避免了对电芯10的继续充电，提高了电芯的过充性能。在一些实施例中，开关单元14的导通电压为4.2v-6v。由于化学体系的上限电压是4.2v，故开关单元14的导通电压一般要高于4.2v，也可以在4.2v的上下一定范围内进行变动，可根据实际应用需求而定。当电芯过充至6v以上时容易发生失效，故开关单元14的导通电压一般要低于6v，也可以是其它值，只要不使电芯产生失效的过充电压都可以，也可根据实际应用需求而定。在一些实施例中，开关单元14的导通电压为4.4v-5.5v。在一些实施例中，开关单元14可以包括二极管类(例如tvs(transientvoltagesuppressor)二极管，又称瞬变电压抑制二极管等)开关、压敏开关等，也可以是任何其它适当的开关器件，其均在本申请的保护范围之内。继续参考图1所示，电芯10包括电芯主体18，第一极耳11和第二极耳12分别从电芯主体18穿出。在一些实施例中，开关单元14是通过电压来控制的开关单元，开关单元14可以设置在电芯主体18的外部。应当理解，图1示出的开关单元的位置仅是示例性的，可以根据电芯10实际结构和实际应用对开关单元14在电芯主体18外部的位置进行设计。在另一些实施例中，开关单元14可以与电芯主体18直接接触，如当开关单元14是通过温度或电压来控制的开关单元。接下来，参考图2所示，当开关单元14导通时，在电芯10的第一极耳11与第二极耳12之间形成通路，电芯10会通过此通路放电。通常开关单元14闭合之后的电阻值较小，所以此时的放电电流会很大，可能会烧毁开关单元14；并且大电流放电，还会造成电芯10升温而不利于电芯安全。因此，在一些实施例中，电芯10还可以包括与开关单元14串联连接的限流单元15，限流单元15设置在第一极耳11与开关单元14之间以起到限流的作用。在一个实施例中，限流单元15可以包括电阻器(即电阻)。在另一些实施例中，限流单元15也可以包括其它用于限制电流的元件、装置或它们的组合。通过设置限流单元15，降低了开关单元14导通时的放电电流，且在第一极耳11与第二极耳12之间形成适当的电压，避免了电芯10进行快速放电。从而，一方面保护了开关单元14，避免其因过流而烧毁；另一方面也保护了电芯，避免其在高温下快速放电导致的热失控，进一步提高了电芯的安全性能。在一些实施例中，参考图3所示，限流单元15可以串联连接在开关单元14与第二极耳12之间。在本实施例中，限流单元15同样可以起到上述的限流作用，降低电芯的放电电流，提高电芯的安全性能。在一些实施例中，限流单元15的电阻上限值与开关单元14导通后的电阻值和充电电流有关，限流单元15的电阻上限值rmax可以通过以下公式进行计算：rmax＝6v/i-rswitch；其中，i表示充电电流，rswitch表示开关单元14导通后的开关单元14的电阻值。在一些实施例中，限流单元15的电阻值一般为0-rmax。比如，开关单元14导通后，开关单元14的电阻值为25mω，充电电流为16a，则限流单元15的电阻上限值rmax为350mω，此时限流单元15的电阻值一般为0mω-350mω。在一些实施例中，限流单元15的电阻值为0mω-350mω。在一些实施例中，限流单元15的电阻值为50mω-300mω。在一些实施例中，限流单元15的电阻值为100mω-250mω。参考图4所示，电芯主体18包括密封边182，第一极耳11和第二极耳12分别通过密封边182延伸至电芯主体18的外部，其中，开关单元14设置于密封边182中。这样，在保证电芯安全性能得到改善的同时，不会对电芯的结构造成其它影响。根据本申请的另一方面，还提供了一种电池，包括上述的任何一种电芯10。参考图5所示，在一些实施例中，电池包括多个电芯10，多个电芯10依次串联连接。其中，每个电芯10都可以包括开关单元14，开关单元14连接在第一极耳11和第二极耳12之间。另外，在本实施例中，每个电芯10还可以包括限流单元15，限流单元15串联连接在开关单元14和第二极耳12之间。在一些实施例中，电池包括多个电芯10，多个电芯10可以并联连接。在一些实施例中，多个电芯10的连接方式包括串联和并联的适当组合。以下通过具体实施例及对比例的过充测试结果对比来描述本申请实施例的电芯10所能够实现的有益效果。对本申请实施例涉及的电芯10进行过充测试。过充测试方法为：室温条件下，以0.5c的倍率将电芯放电至电压为2.8v(指电芯的正极与负极之间的电压)，再以2c的倍率将电芯充电至电压为20v，后以恒定的充电电压20v对电芯继续充电7小时，结束测试。通过过充测试的判断条件为：电芯不燃烧且不爆炸，而电芯燃烧或爆炸则视为未通过过充测试，过充通过率＝(通过测试的电芯个数/测试的电芯个数)*100％。以下为一些具体实施例和对比例的设置。实施例1先制备一电芯，在电芯的第一极耳11与第二极耳12之间设置开关单元14，开关单元采用温度控制开关(常开型温度开关ksd9700，导通温度100℃)。实施例2与实施例1相同，不同的是在第一极耳11与第二极耳12之间增加与开关单元14串联连接的限流单元15，限流单元的电阻值为200mω。实施例3与实施例2相同，不同的是限流单元的电阻值为250mω。实施例4与实施例2相同，不同的是限流单元的电阻值为300mω。实施例5与实施例2相同，不同的是限流单元的电阻值为350mω。实施例6与实施例2相同，不同的是采用电压控制开关(tvs管，导通电压4.8v)来代替温度控制开关(ksd9700)。实施例7与实施例6相同，不同的是tvs管的导通电压为4.2v，限流单元的电阻值为300mω。实施例8与实施例7相同，不同的是tvs管的导通电压为5v。实施例9与实施例7相同，不同的是tvs管的导通电压为6v。对比例1与实施例1的电芯相同，不同的是未设置开关单元14，且对阴极活性物质颗粒表面进行包覆。对比例2与实施例1的电芯相同，不同的是未设置开关单元14，且在电解液中增加过充保护的电解液添加剂。对比例3与实施例1的电芯相同，不同的是未设置开关单元14，且使用聚丙烯(pp)耐热隔膜替代实施例1的电芯所采用的隔膜。其中，实施例1至实施例9及对比例1至对比例3均采用相同型号和容量的电芯，实施例1至实施例5均采用相同型号的常开型温度开关器件，实施例6至实施例9均采用相同型号的tvs管。表1和表2示出了上述各个实施例及对比例的电芯的过充通过率的测试结果。表1对比例1至3的测试结果测试例对比例1对比例2对比例3过充通过率000表2实施例1至9的测试结果测试例实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5过充通过率100％100％100％100％100％测试例实施例6实施例7实施例8实施例9/过充通过率100％100％100％100％/通过对比表1和表2的过充通过率可知，与采用现有技术的电芯相比，本申请实施例提供的电芯能够很好的提高电芯的过充性能，进而能够提高电芯的安全性能。以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。当前第1页12