本技術屬于電池絕緣,尤其涉及一種電池單體、電池及用電裝置。
背景技術:
1、隨著科學技術的發展,電池已廣泛地應用于消費電子、電動交通工具、基于太陽能與風能的分散式電源供給系統、電網調峰、儲備電源、綠色建筑、便攜式醫療電子設備、工業控制、航空航天、機器人、國家安全等領域中。
2、電池內通常設置有一個或者多個電池單體,然而,在電池單體的組裝工序中,電池單體內的緩沖及絕緣部件的組裝操作繁瑣,組裝效率低,影響電池的生產制作效率。
3、上述的陳述僅用于提供與本技術有關的背景技術信息,而不必然地構成現有技術。
技術實現思路
1、本技術實施例的目的在于:提供一種電池單體、電池及用電裝置,包括但不限于提高電池單體的制作過程中緩沖及絕緣部件的組裝效率。
2、本技術實施例采用的技術方案是:
3、第一方面,提供了一種電池單體,該電池單體包括外殼、電極組件和絕緣件,外殼具有安裝腔;電極組件置于安裝腔;絕緣件包括置于安裝腔的緩沖體和絕緣體,絕緣體包覆于電極組件外,緩沖體位于電極組件與外殼之間;緩沖體與絕緣體連接并形成整體式結構。
4、本技術實施例的電池單體,在電極組件膨脹的過程中,電極組件的外壁朝向外殼膨脹,而緩沖體位于電極組件與外殼之間,電極組件膨脹擠壓緩沖體彈性變形,緩沖體彈性變形可對電極組件的膨脹起到緩沖作用,從而緩解電極組件的膨脹力,降低電極組件的打皺和析鋰風險,提高電池單體的使用可靠性和循環壽命;另外,在電池單體的組裝過程中,絕緣體和緩沖體連接為一個整體結構,該整體結構可直接與電極組件組裝,即可實現電極組件的包覆,省略了單獨組裝緩沖體的步驟,減少了組裝工序,也減少組裝的零部件數量,有利于提高電池單體的組裝效率,并且,組裝工序少,也有助于自動化生產,便于提升電池單體的生產效率。
5、在一個實施例中,所述緩沖體設置于所述外殼與所述電極組件的側壁之間。
6、本技術實施例的電池單體,電極組件的膨脹主要發生在電極組件的側壁處,電極組件的側壁膨脹擠壓緩沖體變形,緩沖體可緩解電極組件主要位置的膨脹力,減少電極組件的打皺風險和析鋰風險的效果好。
7、在一個實施例中,所述電極組件的側壁包括大面,所述緩沖體包括大面緩沖部,所述大面緩沖部覆蓋于所述大面。
8、本技術實施例的電池單體,在電極組件的充放電過程中,大面膨脹最明顯,而大面膨脹擠壓大面緩沖部變形,緩解大面的膨脹力,這樣大面緩沖部能夠緩解電極組件最明顯位置處的膨脹力,從而有效地緩解電極組件的膨脹力,降低電極組件的打皺風險和析鋰風險。
9、在一個實施例中,大面的面積為s1,大面緩沖部的面積為s2,0.8s1≤s2≤1.05s1。
10、本技術實施例的電池單體,通過0.8s1≤s2≤1.05s1的設計,使得大面緩沖部能夠覆蓋在大面的大部分區域上,從而能夠更好地緩解大面的膨脹力,可以更好地減少電極組件的打皺風險和析鋰風險;另外,大面緩沖部的面積也不至于設計的過大,有利于提高電池單體的能量密度。
11、在一個實施例中,電極組件的厚度為h1,大面緩沖部的厚度為h2,0.05mm≤h2≤0.6h1。
12、本技術實施例的電池單體,通過0.05mm≤h2≤0.6h1的設定,大面緩沖部的厚度設置合理,使得大面緩沖部能夠有效緩解大面的膨脹力,還有利于降低材料的使用量,降低制作成本,且大面緩沖部占用安裝腔的空間合理,有利于提高電池單體的能量密度。
13、在一個實施例中,0.2mm≤h2≤0.3h1。
14、本技術實施例的電池單體,通過0.2mm≤h2≤0.3h1的設定,大面緩沖部的厚度設置更合理,使得大面緩沖部能夠更有效緩解大面的膨脹力,更有利于降低材料的使用量,降低制作成本,且大面緩沖部占用安裝腔的空間合理,有利于提高電池單體的能量密度。
15、在一個實施例中,大面緩沖部朝向大面的表面構造有用于與大面相貼合的弧面。
16、本技術實施例的電池單體,弧面能夠與大面相貼合,使得大面緩沖部能夠較好地緩解大面的膨脹力,有利于降低電極組件的打皺風險,提高電池單體的循環使用壽命。
17、在一個實施例中,在受到沿大面緩沖部的厚度方向的壓力p的情況下,大面緩沖部的厚度變形量為a,大面緩沖部在受力之前的厚度為b,c=a/b,其中,在0.001mpa≤p≤0.05mpa的情況下,則0.5%≤c≤60%;在p≥1.2mpa的情況下,則c≥80%。
18、本技術實施例的電池單體,通過限定大面緩沖部的受力與變形量之間的關系,使得大面緩沖部可以與電極組件的全生命周期內的膨脹力相匹配,可有效地緩解電極組件的膨脹力,改善電極組件的打皺,改善電極組件的循環能力。
19、在一個實施例中,所述絕緣體包括大面區,所述大面區覆蓋于所述大面,所述大面緩沖部與所述大面區連接。
20、本技術實施例的電池單體,大面區能夠將大面和外殼隔開,使得電極組件的大面能夠與外殼絕緣,降低短路風險。
21、在一個實施例中,絕緣件構造有貫穿大面區和大面緩沖部的第一通孔,第一通孔能夠供電解液通過以流到大面。
22、本技術實施例的電池單體,電池單體內的電解液可通過第一通孔穿過大面區和大面緩沖墊流動到電極組件的大面處,給電極組件的大面進行補液,降低電極組件膨脹過程中出現斷橋的風險,有利于提高電池單體的使用壽命。
23、在一個實施例中,第一通孔的數量為n1,第一通孔的截面面積為s3,大面緩沖部的面積為s2,n1*s3≤0.1s2。
24、本技術實施例的電池單體,通過n1*s3≤0.1s2的設計,第一通孔的總截面面積與大面緩沖部的面積之比小于0.1,即第一通孔占用大面緩沖部的一小部分,即大面緩沖部上的鏤空區域占比小,使得大面緩沖體對電極組件具有良好的緩沖效果,也可以減少緩沖不均勻導致大面極化差異,提高電池單體的循環性能。
25、在一個實施例中,所述電極組件的側壁還包括與所述大面相鄰的側面,所述緩沖體還包括側面緩沖部,所述側面緩沖部覆蓋于所述側面。
26、本技術實施例的電池單體,在電極組件的充放電過程中,側面膨脹擠壓側面緩沖部變形,從而緩解側面的膨脹力,降低電極組件的打皺風險和析鋰風險。
27、在一個實施例中,側面緩沖部朝向側面的表面構造有用于收容側面的收容槽,收容槽的槽壁能夠與側面相貼合。
28、本技術實施例的電池單體,側面膨脹時,側面貼合在收容槽的槽壁上,這樣側面緩沖部可緩解側面整個面上的膨脹力,有利于降低電極組件在側面處的打皺風險和析鋰風險。
29、在一個實施例中,大面緩沖部的厚度大于側面緩沖部的厚度。
30、本技術實施例的電池單體,根據不同區域設計對應的設計不同的厚度的緩沖部,能夠充分利用安裝腔的空間,有利于提高電池單體的能量密度,降低制作成本。
31、在一個實施例中,所述絕緣體還包括側面區,所述側面區覆蓋于所述側面,所述側面緩沖部與所述側面區連接。
32、本技術實施例的電池單體,側面區能夠將側面和外殼隔開,使得電極組件的側面能夠與外殼絕緣,降低短路風險。
33、在一個實施例中,電極組件的側壁包括兩個側面,大面的數量為兩個,兩個大面位于電極組件的相對兩側,兩個側面位于電極組件的另一相對兩側;絕緣體還包括底面區和兩個側面區,大面區的數量均為兩個,兩個大面區分別覆蓋于兩個大面,兩個側面區分別覆蓋于兩個側面,底面區覆蓋于電極組件的底面。
34、本技術實施例的電池單體,兩個大面區和兩個側面區能夠將電極組件的側壁完全覆蓋,底面區覆蓋于電極組件的底面,從而完全將電極組件和外殼絕緣隔開。
35、在一個實施例中,側面區的寬度為e1,電極組件的厚度為h1,包覆于絕緣體內的電極組件的數量為n2,位于兩個大面區之間的所有的大面緩沖部的厚度之和為a;大面區的厚度為h3,n2*h1<e1≤1.05*n2*h1+a+2h3;或者,在n2≥2的情況下,緩沖體還包括位于相鄰兩個電極組件之間的中間緩沖部,所有的中間緩沖部的厚度之和為b,其中,n2*h1<e1≤1.05*n2*h1+a+b+2h3。
36、本技術實施例的電池單體,采用上述的技術方案,使得兩個大面區之間有足夠的空間容納電極組件,同時,還能對電池單體起到支撐作用,使得電極組件穩定地包覆于絕緣件內。
37、在一個實施例中,底面區的長度為e2,電極組件的寬度為l1,側面區的厚度為h4,l1<e2≤1.05l1+2h4。
38、本技術實施例的電池單體,采用上述的技術方案,使得兩個側面區之間有足夠的空間容納電極組件,同時,兩個側面區還可對電極組件的兩側進行支撐,使得電極組件穩定地包覆于絕緣件內。
39、在一個實施例中,外殼包括殼體和端蓋,端蓋蓋合于殼體的開口處并與殼體圍合形成安裝腔;絕緣體還包括用于與端蓋連接并與大面區連接的第一頂面部,包覆于絕緣體內的電極組件的數量為n2,第一頂面部的寬度為e3,電極組件的厚度為h1,0.1*n2*h1≤e3≤0.5*n2*h1。
40、本技術實施例的電池單體,采用上述的技術方案,第一頂面部具有一定的面積與端蓋連接,使得端蓋與第一頂面部牢固連接在一起,絕緣件能夠穩定地固定在殼體內,提高電池單體的循環穩定性和使用可靠性;另外,第一頂面部的寬度不至于設計過寬而導致冗余。
41、在一個實施例中,底面區、側面區和大面區中的至少一個覆蓋有用于增強電池單體性能的功能層。
42、本技術實施例的電池單體,可通過功能層增強電池單體的性能。
43、在一個實施例中,功能層包括導熱層,導熱層覆蓋于底面區;和/或,導熱層覆蓋于大面區。
44、本技術實施例的電池單體,導熱層覆蓋于底面區,可改善電極組件底部的散熱,降低電池單體熱失效風險;多個電池單體成組后,導熱層位于相鄰兩個電池單體之間,導熱層能夠加快相鄰兩個電池單體之間的熱量傳導,減少相鄰兩個電池單體之間的溫度差,有助于提高成組后電池單體的溫度的一致性,便于電池單體的系統熱管理,提高電池單體的壽命。
45、在一個實施例中,功能層還包括絕熱層,絕熱層覆蓋于大面層。
46、本技術實施例的電池單體,大面覆蓋有絕熱層,絕熱層可以阻滯電極組件產生的熱量向外傳遞,從而有利于單個電池單體熱失控后,控制熱量的蔓延,減少單個電池單體熱失效后后引發其他電池單體熱失效的風險,改善成組后電池單體的使用可靠性。
47、在一個實施例中,側面區構造有第二通孔,第二通孔能夠供電解液通過以流到側面;和/或,底面區構造有第三通孔,第三通孔能夠供電解液通過以流道電極組件的底面。
48、本技術實施例的電池單體,電解液可通過第二通孔穿過側面區,電解液也可通過第三通孔穿過底面區,給電極組件進行補液,減少電極組件出現斷橋風險,提高電池單體的使用壽命。
49、在一個實施例中,緩沖體還包括中間緩沖部,電極組件的數量為多個,多個電極組件沿電極組件的厚度方向疊層設置并形成電極模塊,絕緣體包覆于電極模塊外;相鄰兩個電極組件之間設置有中間緩沖部。
50、本技術實施例的電池單體,相鄰兩個電極組件之間設置有中間緩沖部,相鄰兩個電極組件的側壁膨脹從中間緩沖部的相對兩側擠壓中間緩沖部變形,使得中間緩沖部能夠緩解相鄰兩個電極組件的膨脹力,進一步地減少電極組件的打皺風險和析鋰風險。
51、在一個實施例中,中間緩沖部的至少一邊部與絕緣體連接。
52、本技術實施例的電池單體,中間緩沖部的邊部與絕緣體連接,絕緣件的結構簡單,加工制作簡單。
53、在一個實施例中,相鄰兩個電極組件之間設置有多個中間緩沖部,多個中間緩沖部沿電極組件的厚度方向疊層設置。
54、本技術實施例的電池單體,多個中間緩沖部沿電極組件的厚度方向疊層設置,相鄰兩個電極組件的膨脹能夠得到多個中間緩沖部的緩沖,電極組件的緩沖效果更好,有利于降低電極組件的打皺風險和析鋰風險。
55、在一個實施例中,各中間緩沖部依次連接,并能夠使得疊層設置的多個中間緩沖部展開;絕緣體包括第一絕緣部和第二絕緣部,第一絕緣部和第二絕緣部分別覆蓋于相鄰兩個電極組件;在多個中間緩沖部處于展開狀態的情況下,第一個中間緩沖部與第一絕緣部連接,最后一個中間緩沖部與第二絕緣部連接,第一絕緣部和第二絕緣部能夠隨多個中間緩沖部的展開而相對遠離。
56、本技術實施例的電池單體,疊層設置的多個中間緩沖部能夠展開,方便絕緣件的收納儲存。
57、在一個實施例中,絕緣體包括位于相鄰兩個電極組件之間的多個第三絕緣部,多個第三絕緣部沿電極組件的厚度方向疊層設置,各第三絕緣部依次連接,并能夠使得疊層設置的多個第三絕緣部展開;至少一個第三絕緣部連接有中間緩沖部。
58、本技術實施例的電池單體,相鄰兩個電極組件之間設置有第三絕緣部,第三絕緣部能夠將相鄰兩個電極組件絕緣,減少短路風險;多個疊層設置的第三絕緣部展開,帶動與第三絕緣部連接的中間緩沖部隨之展平,從而實現絕緣件的展開,以方便絕緣件的收納。
59、在一個實施例中,所述絕緣體朝向所述電極組件的表面與所述緩沖體連接;和/或,所述絕緣體背向所述電極組件的表面與所述緩沖體連接。
60、本技術實施例的電池單體,絕緣體與緩沖體之間的連接簡單,方便加工。
61、在一個實施例中,所述緩沖體和所述絕緣體為一體化結構;或者,所述緩沖體與所述絕緣體粘接;或者,所述緩沖體與所述絕緣體熱壓連接。
62、本技術實施例的電池單體,緩沖體和絕緣體的連接簡單,制作加工方便簡單。
63、第二方面,提供了一種電池,包括上述的電池單體。
64、本技術實施例的電池,采用了上述的電池單體,電池單體的使用可靠性和循環壽命高,有利于提升電池的使用壽命和性能,且電池單體的生產效率高,有利于降低電池的制作成本。
65、第三方面,提供了一種用電裝置,包括上述的電池。
66、本技術實施例的用電裝置,采用了上述的電池,電池的使用壽命長,有利于提高用電裝置的性能,且電池的制作成本低,也有利于降低用電裝置的制作成本。