本实用新型涉及电池技术领域，具体地涉及一种最外层极片单元、一种电池芯体、一种电池、一种电池模组、一种电池包和一种车辆。
背景技术：
对于电动车辆的电池包比如锂离子电池包而言，电池包的安全性能是最重要的一个考量指标。此外，为了提升电动车辆的续航里程，电池包不断向提供更高能量密度、更低成本的方向发展。为此，各电池厂商不断缩减电池隔膜的厚度，增大单体电芯的容量，减薄电池外壳的厚度。相应地，电池包的安全性能则一定程度上被减弱。
因此，为了提升安全性能，锂电池内的极芯结构一般以负极片单面片(或双面片)作为最外层的极片。
但是，这在一定程度上则降低了锂电池的总容量。
技术实现要素：
第一方面，本实用新型的目的是提供一种最外层极片单元，该最外层极片单元设置在电池中后，能够使得电池在被导电刺入物刺入时具有更高的安全性，并具有更高容量密度，同时具有高容量和高安全性。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种最外层极片单元，包括最外侧的正极集流片，其中，正极集流片的用于朝向电池壳体的外侧表面上形成有电子绝缘层，所述电子绝缘层设置为在导电刺入物穿过所述电子绝缘层时，所述电子绝缘层能够将所述正极集流片与所述导电刺入物隔离绝缘。
通过上述技术方案，由于最外层极片单元的最外侧的正极集流片的用于朝向电池壳体的外侧表面上形成有电子绝缘层，电子绝缘层设置为在导电刺入物穿过所述电子绝缘层时，电子绝缘层能够将正极集流片与导电刺入物隔离绝缘，这样，导电刺入物就不会将正极集流片和最外层极片单元的负极活性材料层接通，避免正极集流片和负极活性材料层之间发生内短路，从而避免电池内部产生大量热导致电池热失控而发生爆炸起火，这显著提升了电池被刺入物刺入时安全性能。同时，正极集流片能够增大电池的正极片数量，因此使得电池具有更高容量密度，这样，该电池具有高容量和高安全性。
进一步地，所述电子绝缘层设置为能够沿着导电刺入物的刺入方向仅伸入到导电刺入物在正极集流片上形成的刺孔内。
进一步地，所述电子绝缘层为正极活性材料层；或者，所述电子绝缘层为丁苯橡胶层或氧化铝层。
另外，所述最外层极片单元包括从外向内依次布置的正极集流片、正极活性材料层、隔膜、负极活性材料层、负极集流片和负极活性材料层。
第二方面，本实用新型提供一种电池芯体，其特征在于，所述电池芯体包括以上第一方面中任意所述的最外层极片单元，其中，电子绝缘层作为电池芯体的至少一个最外侧表面。
第三方面，本实用新型提供一种电池，包括电池壳体和设置在所述电池壳体内的第二方面所述的电池芯体，其中，电子绝缘层朝向所述电池壳体的内表面。
第四方面，本实用新型提供一种电池，包括电池壳体和设置在所述电池壳体内的电池芯体，其中，所述电池壳体上设置有正极极耳，所述电池芯体包括最外层极片单元，其中，所述最外层极片单元的最外侧的正极集流片和所述电池壳体的内表面之间设置有绝缘体，所述绝缘体设置为在导电刺入物穿过所述绝缘体刺入到电池芯体内时，所述绝缘体能够将所述正极集流片与所述导电刺入物隔离绝缘。
通过上述技术方案，由于电池壳体上设置有正极极耳以使得电池壳体能够带正电，这可以节省电池壳体的内部空间以布置正极片，从而增加电池壳体内正极片的数量，并进而增大电池的总容量(因为本申请的发明人在实践中研究发现电池比如锂电池的总容量取决于正极片的总容量)，而为了防范电池的高压安全风险，最外层极片单元的最外侧布置有正极集流片，这样可以避免电池在高压下被击穿，同时，正极集流片和电池壳体的内表面之间设置有绝缘体，绝缘体设置为在导电刺入物穿过绝缘体刺入到电池芯体内时，绝缘体能够将正极集流片与导电刺入物隔离绝缘，这样，导电刺入物就不会将正极集流片和最外层极片单元的负极活性材料层接通，避免正极集流片和负极活性材料层之间发生内短路，从而避免电池内部产生大量热导致电池热失控而发生爆炸起火，这显著提升了电池的安全性能。因此，该电池在被导电刺入物刺入时具有更高的安全性，并具有更高容量密度，同时具有高容量和高安全性。
进一步地，电池芯体为上述第二方面所述的电池芯体，其中，电子绝缘层作为所述绝缘体。
第五方面，本实用新型提供一种电池模组，该电池模组包括多个以上任意所述的电池。
第六方面，本实用新型提供一种电池包，所述电池包包括多个以上所述的电池模组。
这样，如上所述的，该电池包在被导电刺入物刺入时具有更高的安全性，并具有更高容量密度，同时具有高容量和高安全性。
第七方面，本实用新型提供一种车辆，所述车辆设置有以上所述的电池包。这样，如上所述的，该车辆的续航里程提升，安全性能提升。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式提供的一种电池的电池芯体被导电刺入物刺入的示意图；
图2是现有的电池针刺测试时的数据示意图；
图3是本实用新型提供的电池针刺测试时的数据示意图。
附图标记说明
1-电池芯体，2-最外层极片单元，3-正极集流片，4-绝缘体，5-正极活性材料层，6-隔膜，7-负极活性材料层，8-负极集流片，9-导电刺入物。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
第一方面，参考图1，本实用新型提供一种最外层极片单元2，包括最外侧的正极集流片3，其中，正极集流片3的用于朝向电池壳体的外侧表面上形成有电子绝缘层，电子绝缘层设置为在导电刺入物穿过所述电子绝缘层时，所述电子绝缘层能够将所述正极集流片3与所述导电刺入物隔离绝缘。
通过上述技术方案，由于最外层极片单元的最外侧的正极集流片的用于朝向电池壳体的外侧表面上形成有电子绝缘层，电子绝缘层设置为在导电刺入物穿过所述电子绝缘层时，电子绝缘层能够将正极集流片与导电刺入物隔离绝缘，这样，该最外层极片单元形成电池后，导电刺入物就不会将正极集流片和最外层极片单元的负极活性材料层接通，避免正极集流片和负极活性材料层之间发生内短路，从而避免电池内部产生大量热导致电池热失控而发生爆炸起火，这显著提升了电池被刺入物刺入时安全性能。同时，正极集流片能够增大电池的正极片数量，因此使得电池具有更高容量密度，这样，该电池具有高容量和高安全性。
当然，在该最外层极片单元中，电子绝缘层可以为任何适当的电子绝缘材料，比如，电子绝缘层可以具有适当的粘性，这样，在导电刺入物9刺入时，电子绝缘层可以随着导电刺入物9的刺入而包括在导电刺入物9的刺入段的周围上。
或者，电子绝缘层设置为能够沿着导电刺入物的刺入方向并在导电刺入物的刺入牵引作用下仅伸入到导电刺入物在正极集流片3上形成的刺孔内。这样，电子绝缘层仅需要进入到正极集流片3上的刺孔内将刺孔的壁包裹起来，从而就可以将导电刺入物和正极集流片3隔离，而不论导电刺入物刺入多深。
当然，电子绝缘层可以为任何适当的电子绝缘材料，只要能够将正极集流片3与导电刺入物9隔离绝缘即可，比如，电子绝缘层为正极活性材料层，比如为形成在正极集流片3的外侧表面上的正极活性材料层，正极活性材料层可以为现有电池制造中采用的正极活性材料，本文在此不再列举。或者，电子绝缘层为丁苯橡胶层或氧化铝层。
另外，最外层极片单元2可以具有多种结构形式，但需要理解的是，最外层极片单元2不论采用何种结构形式，只要最外层极片单元2的最外侧设置为正极集流片3即可，比如，该正极集流片3的外侧表面上可以形成丁苯橡胶层或氧化铝层。
比如，如图1所示的，最外层极片单元2的一种结构形式中，最外层极片单元2包括依次向电池芯体1内部布置的正极集流片3、正极活性材料层5、隔膜6、负极活性材料层7、负极集流片8和负极活性材料层7。当然，正极活性材料层5、隔膜6、负极活性材料层7可以为现有电池制造中采用的相应材料，同样，本文在此不再列举。
第二方面，本实用新型提供一种电池芯体，如图1所示的，所述电池芯体包括以上第一方面中任意所述的最外层极片单元2，其中，电子绝缘层作为电池芯体的至少一个最外侧表面。这样，如上所述的，该电池芯体的安全性能得到有效提升。优选地，电池芯体1的一对相对的侧面分别设置有最外层极片单元2。这样，可以多方位提升电池的安全性能。
第三方面，本实用新型提供一种电池，该电池包括电池壳体和设置在所述电池壳体内的以上第二方面中所述的电池芯体1，其中，电子绝缘层朝向所述电池壳体的内表面。
这样，如上所述的，该电池的安全性能和容量得到有效提升。
第四方面，本实用新型提供一种电池比如锂离子电池，该电池包括电池壳体(未图示)比如铝壳体和设置在电池壳体内的电池芯体1，电池壳体上设置有正极极耳以使得电池壳体能够带正电，电池芯体1包括最外层极片单元2，其中，最外层极片单元2的最外侧的正极集流片3和电池壳体的内表面之间设置有绝缘体4，也就是，正极集流片3的外侧表面和电池壳体的内表面之间设置有绝缘体4，绝缘体设置为在导电刺入物9穿过绝缘体4刺入到电池芯体1内时，绝缘体4能够将正极集流片3与导电刺入物9隔离绝缘。
单体电池在内部发生短路时的耐受能力关乎电池的安全性能，比如，在受到撞击时金属刺刺入单体电池中，或者在针刺测试中用钢针刺入以测试评估耐受能力，比如，针刺测试要求使用尽量小的钢针(如1mm钢针)，以尽可能慢的针刺速度(≤0.1mm/s)刺入电池来模拟电池内部短路。另外，对于软包电池，钢针可以直接刺入，但对于硬质壳体的电池，需要剥离针刺点的硬质壳体，这样钢针才能直接针刺极芯，否则钢针无法刺穿硬质壳体。
在实际针刺测试中，针刺发生的最危险的内短路类型为铝-负极材料之间的内短路。铝-负极材料之间的短路由于短路后回路无法自熔断，短路内阻小，从而造成持续的大量产热，引起电池热失控，提高了爆炸起火的风险。
因此，在该技术方案中，由于电池壳体上设置有正极极耳以使得电池壳体能够带正电，这可以节省电池壳体的内部空间以布置正极片，从而增加电池壳体内正极片的数量，并进而增大电池的总容量，比如锂电池的总容量取决于正极片的总容量，而为了防范电池的高压安全风险，最外层极片单元2的最外侧布置有正极集流片3，这样可以避免电池在高压下被击穿，同时，正极集流片3和电池壳体的内表面之间设置有绝缘体4，绝缘体4设置为在导电刺入物9穿过绝缘体4刺入到电池芯体1内时，绝缘体4能够将正极集流片3与导电刺入物9(比如上述的金属刺或钢针)隔离绝缘，这样，导电刺入物9就不会将正极集流片3和最外层极片单元的负极活性材料层7接通，避免正极集流片3和负极活性材料层7之间发生内短路(比如针刺发生的最危险的内短路类型为铝-负极材料之间的内短路。铝-负极材料之间的短路由于短路后回路无法自熔断，短路内阻小，从而造成持续的大量产热，引起电池热失控，提高了爆炸起火的风险)，从而避免电池内部产生大量热导致电池热失控而发生爆炸起火，这显著提升了电池的发生针刺时的安全性能。因此，该电池在发生针刺时具有更高的安全性，并具有更高容量密度，同时具有高容量和高安全性。
当然，在该电池中，绝缘体4可以为任何适当的电子绝缘材料，比如，绝缘体4可以具有适当的粘性，这样，在导电刺入物9刺入时，绝缘体4可以随着导电刺入物9的刺入而包括在导电刺入物9的刺入段的周围上。
或者，绝缘体4设置为能够沿着导电刺入物的刺入方向并在导电刺入物的刺入牵引作用下仅伸入到导电刺入物在正极集流片3上形成的刺孔内。这样，绝缘体4仅需要进入到正极集流片3上的刺孔内将刺孔的壁包裹起来，从而就可以将导电刺入物和正极集流片3隔离，而不论导电刺入物刺入多深。
另外，绝缘体4可以形成在电池壳体的内表面上，或者绝缘体4可以为设置在电池壳体和正极集流片3之间的绝缘垫，或者，绝缘体4为形成在正极集流片3的外侧表面上的绝缘层。或者，电池芯体1为以上第二方面中所述的电池芯体，其中，电子绝缘层作为绝缘体4。
另外，多个最外层极片单元2依次堆叠来形成电池芯体1，或者，电池芯体1为卷绕并被压扁的扁平叠片芯体，比如，可以采用现有的锂离子电池的卷绕电极体来制得，例如将片状正极和片状负极与片状隔膜层叠，然后沿着一个方向卷起来以形成卷绕体，接着从侧向压制卷绕体以将其压扁，从而得到扁平形状的扁平叠片芯体。
另外，如图1所示的，电池芯体1的一对相对的侧面分别设置有最外层极片单元2。这样，可以多方位提升电池的安全性能。
例如，在以下所述的两种对比针刺测试中：
实施例一：
制作153ah的大容量叠片锂离子电池，最外层正极片(正极集流片3)为15μmal箔，上表面涂覆30um的丁苯橡胶层(sbr)，正极活性材料为ncm811活性材料，隔膜为15μm双面陶瓷隔膜，负极片为10μmcu箔+人造石墨，电解液为1mlif6+ec/dec/emc溶液，电池尺寸为320*30*80mm；
对比例：制作153ah的大容量锂离子电池，最外层正极片为单面15μmal箔，正极活性材料为ncm811活性材料，隔膜为15μm双面陶瓷隔膜，负极片为10μmcu箔+人造石墨，电解液为1mlif6+ec/dec/emc溶液，电池尺寸为320*30*80mm；
对比试验：将实验电池和对比电池用10a电流恒流恒压充电至4.2v，截止电流0.2a；然后用直径1mm钢针，锥度为20°，针刺速度0.1mm/s；观察表面温度及针刺深度，结果表明涂覆sbr的大容量电池针刺深度远远大于无涂覆的电池，如图2所示，最外层为正极单面片的大容量电芯慢速针刺时最大针刺深度为0.858mm，如图3所示，采用sbr涂覆后，最大针刺深度为8.86mm，针刺深度增大了10倍以上。这大大增强了电池的安全性能，且远远满足欧美车企对于车用锂离子电池慢速针刺刺入深度2mm的要求。
实施例二：
制作120ah的大容量锂离子卷绕电池，最外层正极片为15μmal箔，上表面涂覆50um的氧化铝层(al2o3)，正极活性材料为磷酸铁锂活性材料，隔膜为12μm双面陶瓷隔膜，负极片为10μmcu箔+人造石墨，电解液为1mlif6+ec/dec/emc溶液，电池尺寸为320*30*80mm；
对比例：制作120ah的大容量锂离子卷绕电池，最外层正极片为单面15μmal箔，正极活性材料为磷酸铁锂活性材料，隔膜为12μm双面陶瓷隔膜，负极片为10μmcu箔+人造石墨，电解液为1mlif6+ec/dec/emc溶液，电池尺寸为320*30*80mm；
对比试验：将实验电池和对比电池用10a电流恒流恒压充电至4.2v，截止电流0.2a；然后用直径8mm钢针，锥度为60°从中部穿透，针刺速度25mm/s；观察表面温度及针刺深度，结果表明涂覆了50umal2o3的电池针刺后不起火不失控，无明火或火星冒出，只有少量烟雾发生，表面最高温度225℃，非常安全。而最外层正极片为单面电池针刺后起火爆炸，这说明涂覆后的电池大大增强了针刺的安全性能。
第五方面，本实用新型提供一种电池模组，该电池模组包括多个以上任意所述的电池。如上所述的，该电池模组的容量和安全性能得到有效提升。
第六方面，本实用新型提供一种电池包，比如锂离子电池包，所述电池包包括多个以上任意所述的电池。
这样，如上所述的，该电池包在发生针刺时具有更高的安全性，并具有更高容量密度，同时具有高容量和高安全性。
第七方面，本实用新型提供一种车辆，所述车辆设置有以上所述的电池包。这样，如上所述的，该车辆的续航里程提升，安全性能提升。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
1.一种最外层极片单元，其特征在于，包括最外侧的正极集流片(3)，其中，正极集流片(3)的用于朝向电池壳体的外侧表面上形成有电子绝缘层，所述电子绝缘层设置为在导电刺入物穿过所述电子绝缘层时，所述电子绝缘层能够将所述正极集流片(3)与所述导电刺入物隔离绝缘。
2.根据权利要求1所述的最外层极片单元，其特征在于，所述电子绝缘层设置为能够沿着导电刺入物的刺入方向仅伸入到导电刺入物在正极集流片(3)上形成的刺孔内。
3.根据权利要求1所述的最外层极片单元，其特征在于，所述电子绝缘层为正极活性材料层；
或者，
所述电子绝缘层为丁苯橡胶层或氧化铝层。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的最外层极片单元，其特征在于，所述最外层极片单元(2)包括从外向内依次布置的正极集流片(3)、正极活性材料层(5)、隔膜(6)、负极活性材料层(7)、负极集流片(8)和负极活性材料层(7)。
5.一种电池芯体，其特征在于，所述电池芯体包括权利要求1-4中任意一项所述的最外层极片单元(2)，其中，电子绝缘层作为电池芯体的至少一个最外侧表面。
6.一种电池，其特征在于，包括电池壳体和设置在所述电池壳体内的权利要求5所述的电池芯体(1)，其中，电子绝缘层朝向所述电池壳体的内表面。
7.一种电池，其特征在于，包括电池壳体和设置在所述电池壳体内的电池芯体(1)，其中，所述电池壳体上设置有正极极耳，所述电池芯体(1)包括最外层极片单元(2)，其中，所述最外层极片单元(2)的最外侧的正极集流片(3)和所述电池壳体的内表面之间设置有绝缘体(4)，所述绝缘体设置为在导电刺入物穿过所述绝缘体刺入到电池芯体内时，所述绝缘体(4)能够将所述正极集流片(3)与所述导电刺入物隔离绝缘。
8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，电池芯体(1)为权利要求5所述的电池芯体，其中，电子绝缘层作为所述绝缘体。
9.一种电池模组，其特征在于，所述电池模组包括多个权利要求6-8中任意一项所述的电池。
10.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括多个权利要求9所述的电池模组。
11.一种车辆，其特征在于，所述车辆设置有权利要求10所述的电池包。
技术总结