CN116190934A - 电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电池单体、电池及用电装置，属于电池技术领域。电池单体包括电极本体、极耳和连接件。极耳具有相对的第一侧边和第二侧边，极耳的第一侧边与电极本体连接，连接件与极耳的第二侧边连接。其中，极耳的第一侧边和第二侧边之间具有弯折部。本申请提供的电池单体可以减小极耳在电池单体膨胀时被拉扯断裂的可能性，提高电池单体的可靠性。

Description

电池单体、电池及用电装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池单体、电池及用电装置。

背景技术

节能减排是汽车产业可持续发展的关键，电动车辆由于其节能环保的优势成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。

电池在充放电的使用过程中，电池单体会发生鼓胀而影响电池的可靠性。在电池技术的发展中，如何提高电池单体的可靠性，是电池技术中亟待解决的问题。

发明内容

本申请旨在至少解决背景技术中存在的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提供一种电池单体、电池及用电装置，以改善电池单体的膨胀引起的电池安全问题。

本申请第一方面的实施例提供一种电池单体，包括：电极本体；极耳，具有相对的第一侧边和第二侧边，极耳的第一侧边与电极本体连接；连接件，与极耳的第二侧边连接；其中，极耳的第一侧边和第二侧边之间具有弯折部。

本申请实施例的技术方案中，极耳的第一侧边和第二侧边之间具有弯折部，可以使得极耳处于松弛状态，当电极本体膨胀，极耳的第一侧边与第二侧边的距离会增大，极耳由松弛状态变成绷直状态时，弯折部可以提供一部分长度来抵消第一侧边与第二侧边的距离会增大后的距离差，在一定程度上可以减小极耳被拉扯，减小极耳被拉扯断裂的可能性，提高电池单体的可靠性。

在一些实施例中，极耳的第一尺寸L和电极本体与连接件的第一距离L1满足关系：

，第一尺寸L为极耳从第一侧边所在侧至第二侧边所在侧的延伸长度。如果L-L1过大，说明电极本体与连接件的第一距离L1过小，电极本体与连接件距离较近，在电极本体膨胀的过程中，可能会造成极耳与连接件相抵，使得极耳向电极本体的一侧弯折，造成极耳与阴极极片和阳极极片接触造成短路。将第一尺寸L和第一距离L1设置为满足上述关系式，可以使得减小极耳的拉扯，同时可以在一定程度上降低电池单体短路的风险，提高电池单体的可靠性。

在一些实施例中，第一尺寸L和第一距离L1满足关系：1.05L1≤L≤1.2L1。进一步限定第一尺寸L和第一距离L1关系，既可以进一步减小极耳的拉扯，同时可以进一步降低电池单体短路的风险，提高电池单体的可靠性。

在一些实施例中，电极本体具有第一预设厚度D1和第二预设厚度D2，电极本体的膨胀系数Ky为：

；其中，0.04≤Ky≤0.23，第一预设厚度D1为电池单体以第一预设放电倍率放电至荷电状态小于或等于5%时的电极本体的厚度，第二预设厚度D2为电池单体以第一预设充电倍率充电至荷电状态大于或等于95%时的电极本体的厚度。电极本体的膨胀系数Ky较小时，说明电极本体中的高膨胀材料的含量偏低，使得电池单体的能量密度较小；电极本体的膨胀系数Ky较大时，会造成电极本体膨胀过大。在本申请的实施例中，将电极本体的膨胀系数Ky设置在上述范围内，在提高电池单体能量密度的情况下，使得电池单体充电后电极本体的膨胀不至于过大。

在一些实施例中，0.12≤Ky≤0.215。可以进一步提高电池单体能量密度，同时使得电极本体10膨胀不至于过大。

在一些实施例中，电极本体的具有第一预设长度C1和第二预设长度C2，电极本体的延伸系数Kx为：

；其中，0.001≤Kx≤0.025，第一预设长度C1为电池单体以第二预设放电倍率放电至荷电状态小于或等于5%时的电极本体的长度，第二预设长度C2为电池单体以第二预设充电倍率充电至荷电状态大于或等于95%时的电极本体的长度。电极本体的延伸系数Kx较小时，说明电极本体中的高膨胀材料的含量偏低，使得电池单体的能量密度较小；电极本体的延伸系数Kx较大时，会造成电极本体膨胀过大。在本申请的实施例中，将电极本体的延伸系数Kx设置在上述范围内，在提高电池单体能量密度的情况下，使得电极本体膨胀不至于过大。

在一些实施例中，0.005≤Kx≤0.021。可以进一步提高电池单体能量密度，同时使得电极本体膨胀不至于过大。

在一些实施例中，电极本体和连接件的第二距离L2与电极本体的延伸系数Kx满足关系式：

；其中，电极本体和连接件的第二距离L2为电极本体的长度等于第二预设长度C2时，电极本体与连接件的距离，a大于或等于0.5且小于或等于1。C1×Kx为电极本体延伸的长度，也即C2-C1的差值，由于外壳的长度是一定的，所以第一距离L1减去电极本体延伸的长度就可以计算出电极组件延伸后的电极本体和连接件的距离，也即第二距离L2。

在一些实施例中，第二距离L2大于或等于10毫米。限定第二距离L2大于或等于10毫米，使得电极本体延伸后电极本体和连接件之间具有距离，一定程度上可以避免电极本体和连接件之间挤压，影响电池单体的可靠性。

在一些实施例中，极耳的断裂延展率K1与极耳的延展率K2的关系满足：

。使得在电池单体膨胀时，极耳不至于被拉扯的过大，造成极耳断裂。

在一些实施例中，极耳的延展率K2、第二距离L2、第二预设厚度D2、第一预设厚度D1和第一尺寸L满足：

，b大于或等于1且小于或等于4。可以通过上述公式来计算极耳的延展率K2。

在一些实施例中，极耳的断裂延展率K1满足：1.4%≤K1≤5%。一方面使得极耳有一定的延展量，不至于电池单体刚开始膨胀时就将极耳拉扯断裂，同时使得极耳的延展量不至于过大而影响极耳的性能。

在一些实施例中，极耳的延展率K2满足：0.07%≤K2≤1%。一方面使得极耳有一定的延展量来抵消电池单体膨胀时对极耳的拉扯，同时在一定程度上可以避免由于来料或者切割产生的缺陷导致极耳未达到断裂延展率提前断裂。

在一些实施例中，电极本体包括阳极极片，阳极极片的延展率K3满足：1%≤K3≤2.5%。一方面使得电池单体在膨胀时阳极极片会延展，以满足电池单体膨胀后的尺寸的要求，同时可以在一定程度上避免电池单体膨胀过大，影响电池单体的可靠性。

在一些实施例中，电极本体还包括隔膜，隔膜与阳极极片层叠，隔膜的第一高度H1、阳极极片的第二高度H2，以及阳极极片的延展率K3满足：

；其中，隔膜的第一高度H1为在电池单体的高度方向Z上隔膜的尺寸，阳极极片的第二高度H2为在电池单体的高度方向Z上阳极极片的尺寸。使得在电池单体膨胀后，隔膜的第一高度H1仍然高于阳极极片的第二高度H2，使得阳极极片的尺寸不会超过隔膜，在一定程度上可以避免，由于阳极极片膨胀后与阴极极片接触造成的短路的问题。

在一些实施例中，隔膜的第一高度H1、阳极极片的第二高度H2、阳极极片的延展率K3，以及电极本体和连接件的第二距离L2满足：

；其中，电极本体和连接件的第二距离L2为电极本体的长度等于第二预设长度C2时，电极本体与连接件的距离，第二预设长度C2为电池单体以第二预设充电倍率充电至荷电状态大于或等于95%时的电极本体的长度。H1-（1+K3）H2越大，说明隔膜超出阳极极片部分越多，隔膜12的尺寸越大，那么在电池单体膨胀后容易造成隔膜与连接件相抵，造成隔膜弯折。限定上述关系式，可以在一定程度上避免由于隔膜的尺寸越大造成的隔膜弯折。

在一些实施例中，电极本体包括阳极极片，阳极极片包括高膨胀材料，高膨胀材料的质量占比大于或等于25%，且小于或等于100% 。通过阳极极片中的硅基材料的占比，可以有效地提升电池单体的能量密度，提高电池单体的性能。

在一些实施例中，高膨胀材料的质量占比大于或等于25%，且小于或等于50% 。通过进一步选择阳极极片的活性物质中硅基材料的占比，在一定程度上保证电池单体的能量密度的同时提高电池单体的稳定性和可靠性。

本申请第二方面的实施例提供一种电池，其包括上述实施例中的电池单体。

本申请第三方面的实施例提供一种用电装置，其包括上述实施例中的电池，电池用于提供电能；或者用电装置包括上述实施例中任一项的电池单体，电池单体用于提供电能。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。

图1为本申请一些实施例提供的电池单体的结构示意图；

图2为本申请一些实施例提供的电池单体的俯视图；

图3为本申请一些实施例提供的电池单体的主视图；

图4为本申请另一些实施例提供的电池单体的结构示意图；

图5为本申请一些实施例提供的电池单体的右视图；

图6为本申请一些实施例提供的电池单体的主视图；

图7为本申请一些实施例提供的电池单体在一种状态下的结构图；

图8为本申请一些实施例提供的电池单体在另一种状态下的结构图；

图9为本申请一些实施例提供的电极本体的部分示意图。

附图标记说明：

10、电极本体；11、阳极极片；12、隔膜；13、阴极极片；20、极耳；21、第一侧边；22、第二侧边；30、连接件；40、外壳；41、第一部分；42、第二部分。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文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；本文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。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“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，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，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，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“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）。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”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，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，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或两个元件的相互作用关系。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实施例中的具体含义。

目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。

电池单体包括阳极极片、阴极极片以及位于阳极极片和阴极极片之间的隔膜，阳极极片上涂覆有阳极活性物质，阴极极片上涂覆有阴极活性物质，隔膜用于隔开阳极极片和阴极极片。随着电池的充放电循环，阳极活性物质和阴极活性物质嵌入或脱出离子，导致电池单体会发生鼓胀，即阳极极片和阴极极片向外膨胀。极片膨胀对电池的性能及使用寿命有不利影响，极片的膨胀可能使极耳被拉扯，导致极耳撕裂等等。

为了缓解极片膨胀对电池可靠性能影响的问题，可以在设计上使极耳在电池膨胀前处于松弛状态，一定程度上避免因电极本体膨胀拉扯极耳而导致极耳可能被拉扯断裂的问题，提高电池单体的可靠性。

本申请实施例公开的电池单体可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。可以使用具备本申请公开的电池单体、电池等组成该用电装置的电源系统，这样，有利于减小极耳被拉扯的可能性，提高电池单体的可靠性。

本申请实施例提供了一种电池单体，图1为本申请一些实施例提供的电池单体的结构示意图。图2为本申请一些实施例提供的电池单体的俯视图。图3为本申请一些实施例提供的电池单体的主视图。参见图1至图3，电池单体包括电极本体10、极耳20和连接件30。极耳20具有相对的第一侧边21和第二侧边22，极耳20的第一侧边21与电极本体10连接，连接件30与极耳20的第二侧边22连接。

其中，极耳20的第一侧边21和第二侧边22之间具有弯折部。

在本申请实施例中，电池单体可以包括镉镍电池单体、氢镍电池单体、锂离子电池单体和二次碱性锌锰电池单体等。电池单体包括电极本体10和极耳20。电极本体10的厚度与电池单体的充电倍率以及荷电状态相关联，电极本体10的厚度会随着电池单体的充电倍率以及荷电状态的变化而发生变化，通常情况下，在充电倍率一定的情况下，电极本体10的厚度会随着荷电状态的增大而变厚。

在本申请的一些实施例中，图4为本申请另一些实施例提供的电池单体的结构示意图。图5为本申请一些实施例提供的电池单体的右视图。图6为本申请一些实施例提供的电池单体的主视图。参见图4至图6，电池单体包括有外壳40，电极本体10位于外壳40的内腔内，电池单体还可以包括其他的功能性部件。其中，为了将电极本体10显示清楚，图4至图6中的外壳40是打开的状态，在其他实现方式中，外壳40可以是闭合的状态。

在本申请的一些实施例中，外壳40包括相互盖合的第一部分41和第二部分42。在一个示例中，每第一部分41和第二部分42的形状相同且都分别形成有一个半腔，二者相互对接可以形成完整、密闭的容纳腔。在另一个示例中，第二部分42形成容纳腔，第一部分41为平板状，第一部分41盖合连接具有容纳腔的第二部分42，使容纳腔形成密闭的腔体。第一部分41可以是端盖，第二部分42可以是壳体。

端盖是指盖合于壳体的开口处以将电池单体的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，端盖的形状可以与壳体的形状相适应以配合壳体。可选地，端盖可以由具有一定硬度和强度的材质（如铝合金）制成，这样，端盖在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体能够具备更高的结构强度，可靠性能也可以有所提高。端盖上可以设置有如电极端子等的功能性部件。电极端子可以用于与电极本体10电连接，以用于输出或输入电池单体的电能。在一些实施例中，端盖上还可以设置有用于在电池单体的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。端盖的材质也可以是多种的，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。在一些实施例中，在端盖的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体内的电连接部件与端盖，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。

壳体是用于配合端盖以形成电池单体的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电极本体10、电解液以及其他部件。壳体和端盖可以是独立的部件，可以于壳体上设置开口，通过在开口处使端盖盖合开口以形成电池单体的内部环境。不限地，也可以使端盖和壳体一体化，具体地，端盖和壳体可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体的内部时，再使端盖盖合壳体。壳体可以是多种形状和多种尺寸的，例如长方体形、圆柱体形、六棱柱形等。具体地，壳体的形状可以根据电极本体10的具体形状和尺寸大小来确定。壳体的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。

电极本体10是电池单体中发生电化学反应的部件。壳体内可以包含一个或多个电极本体10。电极本体10主要由阳极极片和阴极极片卷绕或层叠放置形成，并且通常在阳极极片与阴极极片之间设有隔膜。阳极极片和阴极极片具有活性物质的部分构成电极本体10，阳极极片和阴极极片不具有活性物质的部分各自构成极耳20。阳极极耳和阴极极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池的充放电过程中，阳极活性物质和阴极活性物质与电解液发生反应，极耳20连接电极端子以形成电流回路。

如图1至图3所示，极耳20的第一侧边21与电极本体10连接，极耳20的第二侧边22可以通过焊接的方式焊接在连接件30上，连接件30可以与电极端子连接，实现极耳20与电极端子的电连接。

在本申请的一些实施例中，当电池单体包括多片极耳20时，极耳20的第二侧边22可以焊接在一起，连接件30可以是焊接部，也即多片极耳20的第二侧边22组成连接件。

在本申请的另一些实施例中，连接件30可以是焊接件，多片极耳20的第二侧边22可以与焊接件焊接在一起。

在本申请的实施例中，连接件30是固定的，也即极耳20的第二侧边22是固定的。极耳20的第一侧边21为极耳20的第一侧边21与电极本体10连接时极耳20的第一侧边21所在的位置，极耳20的第二侧边22为极耳20的第二侧边22固定连接时极耳20的第二侧边22所在的位置。

在电池单体膨胀时，电极本体10会向连接件30延伸，使得电极本体10与连接件30的距离减小，也即电极本体10与连接件30的距离会随着电极本体10厚度的变化发生变化。电极本体10与连接件30的距离会随着电极本体10厚度的变厚而变小。但是电极本体10的厚度也会增加，对于位于外侧的极耳20来说，极耳20的第一侧边21和第二侧边22的距离会增加。

在本申请的实施例中，电极本体10与连接件30的第一距离L1为电池单体以第一预设放电倍率放电至荷电状态小于或等于5%时电极本体10与连接件30的距离。

在本申请实施例中，充电倍率是充电快慢的一种量度，是指电池单体在规定的时间内充电至其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池单体额定容量的倍数，即“充电电流/电池单体额定容量=充电倍率”。荷电状态是电池单体的额定容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。

示例性地，充放电时的温度大于或等于20摄氏度，小于或等于30摄氏度。

在本申请实施例中，极耳20可以包括阳极极耳和阴极极耳，阳极极耳和阴极极耳可以共同位于电极本体10的一端或是分别位于电极本体10的两端，同时，极耳20的数量可以为多片。极耳20的第一侧边21所在侧为极耳20与电极本体10连接时，极耳20的第一侧边21在电极本体10上的位置，极耳20的第二侧边22所在侧为极耳20的第二侧边22固定连接时固定连接的位置，极耳20的第一尺寸L为极耳20从第一侧边21所在侧至第二侧边22所在侧的延伸长度，也就是极耳20的实际长度。

在本申请的实施例中，极耳20的第一尺寸L为极耳20未被拉扯时，从第一侧边21所在侧至第二侧边22所在侧的延伸长度。

在本申请实施例中，极耳20的第一侧边21和第二侧边22之间具有弯折部，可以使得极耳20处于松弛状态，当电极本体10膨胀，极耳20的第一侧边21与第二侧边22的距离会增大，极耳20由松弛状态变成绷直状态时，弯折部可以提供一部分长度来抵消第一侧边21与第二侧边22的距离会增大后的距离差，在一定程度上可以减小极耳20被拉扯，减小极耳20被拉扯断裂的可能性，提高电池单体的可靠性。

在本申请的实施例中，极耳20的第一侧边21和第二侧边22之间具有弯折部，使得极耳20的第一尺寸L大于电极本体10与连接件30的第一距离L1，可以理解为极耳20向电极本体10的收缩了一部分，相应的可以将外壳40的尺寸稍微制作的小一点，减小了电池单体的体积，提高了电池单体的能量密度。

根据本申请的一些实施例，第一尺寸L和第一距离L1满足关系：

。

在本申请的实施例中，对于电池单体来说，极耳20的第一尺寸L是不变的，L-L1越大，说明电极本体10与连接件30的第一距离L1越小。

在本申请的实施例中，上述关系式可以换算为

。

在本申请的实施例中，如果L-L1过大，说明电极本体10与连接件30的第一距离L1过小，电极本体10与连接件30距离较近，在电极本体10膨胀的过程中，可能会造成极耳20与连接件30相抵，使得极耳20向电极本体10的一侧弯折，造成极耳20与阴极极片和阳极极片接触造成短路。将第一尺寸L和第一距离L1设置为满足上述关系式，可以使得减小极耳20的拉扯，同时可以在一定程度上降低电池单体短路的风险，提高电池单体的可靠性。

根据本申请的一些实施例，第一尺寸L和第一距离L1满足关系：1.05L1≤L≤1.2L1。

在本申请的实施例中，进一步限定第一尺寸L和第一距离L1关系，既可以进一步减小极耳20的拉扯，同时可以进一步降低电池单体短路的风险，提高电池单体的可靠性。

根据本申请的一些实施例，电极本体10具有第一预设厚度D1，第一预设厚度D1为电池单体以第一预设放电倍率放电至荷电状态小于或等于5%时的电极本体10的厚度。

在本申请的实施例中，电池单体以第一预设放电倍率放电至荷电状态小于或等于5%时的电极本体10的厚度，可以理解为电池单体以第一预设放电倍率放电至荷电状态等于5%或4%或3%，或者其他任意小于5%时的电极本体10的厚度。

示例性地，第一预设放电倍率为C /3。

图7为本申请一些实施例提供的电池单体在一种状态下的结构图。图8为本申请一些实施例提供的电池单体在另一种状态下的结构图。在图7中，电极本体10的厚度等于第一预设厚度D1，在图8中，电极本体10的厚度等于第二预设厚度D2，其中，D2大于D1。

根据本申请的一些实施例，电极本体10具有第二预设厚度D2，电极本体10的膨胀系数Ky为：

。其中，0.04≤Ky≤0.23，第二预设厚度D2为电池单体以第一预设充电倍率充电至荷电状态大于或等于95%时的电极本体10的厚度。

在本申请的实施例中，电极本体10充电后会膨胀，电极本体10的厚度会增加，也即第二预设厚度D2大于第一预设厚度D1。电极本体的厚度可以直接测量得到。

在本申请的实施例中，电池单体以第一预设充电倍率充电至荷电状态大于或等于95%时的电极本体10的厚度，可以理解为电池单体以第一预设充电倍率充电至荷电状态等于95%或96%或97%，或者其他任意大于95%时的电极本体10的厚度。

示例性地，第一预设充电倍率为C /3。

示例性地，电池单体以第一预设充电倍率充电至荷电状态大于或等于95%后，可以再采用恒压充电，使得电池单体的充电至荷电状态能够保持在大于或等于95%的状态。

电极本体10的膨胀系数Ky较小时，说明电极本体10中的高膨胀材料的含量偏低，使得电池单体的能量密度较小；电极本体10的膨胀系数Ky较大时，会造成电极本体10膨胀过大。在本申请的实施例中，将电极本体10的膨胀系数Ky设置在上述范围内，在提高电池单体能量密度的情况下，使得电池单体充电后电极本体10的膨胀不至于过大。

根据本申请的一些实施例，0.12≤Ky≤0.215。

在本申请的实施例中，将电极本体10的膨胀系数Ky设置在上述范围内，可以进一步提高电池单体能量密度，同时使得电极本体10膨胀不至于过大。

在本申请的实施例中，可以通过测量电池单体充电前后电极本体10的厚度来计算电极本体10的膨胀系数Ky。

根据本申请的一些实施例，电极本体10具有第一预设长度C1和第二预设长度C2，电极本体10的延伸系数Kx为：

；其中，0.001≤Kx≤0.025，第一预设长度C1为电池单体以第二预设放电倍率放电至荷电状态小于或等于5%时的电极本体10的长度，第二预设长度C2为电池单体以第二预设充电倍率充电至荷电状态大于或等于95%时的电极本体10的长度。

在本申请的实施例中，电极本体10的长度指的是电极本体10沿第一方向X的尺寸。电极本体10的厚度指的是电极本体10沿第二方向Y的尺寸。电极本体10的长度可以直接测量得到。

在本申请的实施例中，第一方向X与第二方向Y相交。示例性地，第一方向X与第二方向Y垂直。

电池单体充电后不仅电池单体的厚度会变大，电池单体的长度也会变长，也即第二预设长度C2大于第一预设长度C1。电极本体10的延伸系数Kx与电极本体10中的高膨胀材料的含量有关，电极本体10中的高膨胀材料的含量越多，电极本体10的延伸系数Kx越大。

示例性地，第二预设放电倍率为C /3。

示例性地，第二预设充电倍率为C /3。

电极本体10的延伸系数Kx较小时，说明电极本体10中的高膨胀材料的含量偏低，使得电池单体的能量密度较小；电极本体10的延伸系数Kx较大时，会造成电极本体10膨胀过大。在本申请的实施例中，将电极本体10的延伸系数Kx设置在上述范围内，在提高电池单体能量密度的情况下，使得电极本体10膨胀不至于过大。

根据本申请的一些实施例，0.005≤Kx≤0.021。

在本申请的实施例中，将电极本体10的延伸系数Kx设置在上述范围内，可以进一步提高电池单体能量密度，同时使得电极本体10膨胀不至于过大。

在本申请的实施例中，可以通过测量电池单体充电前后电极本体10的长度来计算电极本体10的延伸系数Kx。

根据本申请的一些实施例，电极本体10和连接件30的第二距离L2与电极本体10的延伸系数Kx满足关系式：

。其中，电极本体10和连接件30的第二距离L2为电极本体10的长度等于第二预设长度C2时，电极本体10与连接件30的距离。

在本申请的实施例中，电极本体10和连接件30的第一距离L1为电池单体延伸前电极本体10和连接件30的距离，电极本体10和连接件30的第二距离L2为电池单体延伸后电极本体10和连接件30的距离，由于电极本体10延伸后长度变大，使得电极本体10和连接件30的距离变小，也即第二距离L2小于第一距离L1。

电极本体10的延伸系数Kx越大，电极本体10延伸后的长度越大，使得电极本体10和连接件30的距离越小，也即第二距离L2越小。

在本申请的实施例中，a为系数，a与极耳20的位置有关。当极耳20位于电极本体10的同一侧，电极本体10的与极耳20相对的另一侧与外壳40的间距很小，所以在电极本体10在延伸的过程中，电极本体10更多地向极耳20的一侧延伸，使得第二距离L2减小，此时a等于1。当极耳20位于电极本体10的相对两侧，电极本体10的两侧均与外壳40有一定的间距，所以在电极本体10在延伸的过程中，电极本体10会向两侧延伸，两侧的L2均会减小，此时a等于0.5。当极耳20位于电极本体10的相邻两侧时， a取值在0.5至1之间。

在本申请的实施例中，C1×Kx为电极本体10延伸的长度，也即C2-C1的差值，由于外壳40的长度是一定的，所以第一距离L1减去电极本体10延伸的长度就可以计算出电极本体10延伸后的电极本体10和连接件30的距离，也即第二距离L2。

根据本申请的一些实施例，第二距离L2大于或等于10毫米。

在本申请的实施例中，限定第二距离L2大于或等于10毫米，使得电极本体10延伸后电极本体10和连接件30之间具有距离，一定程度上可以避免电极本体10和连接件30之间挤压，影响电池单体的可靠性。

根据本申请的一些实施例，极耳20的断裂延展率K1与极耳20的延展率K2的关系满足：

。/>

在本申请的实施例中，极耳20的断裂延展率K1是指极耳20从初始状态到拉断为止时自身的伸长率。

示例性地，可以取3组样品，样品的材质和厚度与极耳20一致，样品的尺寸可以选择5*100mm或者其他合适的尺寸，将样品的两端分别用拉力机的夹爪夹紧，启动拉力机，使得夹爪以1mm/min的速度相互远离，记录拉断时的样品尺寸变化，取3组样品拉断前后的尺寸变化量的平均值，根据平均值和初始尺寸的比值确定极耳20的断裂延展率K1。

示例性地，拉力机的夹爪在初始状态下的间距小于样品的长度，使得样品在初始状态下是没有被拉扯的。例如，拉力机的夹爪在初始状态下的间距为50mm。

在本申请的实施例中，极耳20的延展率K2为电池单体膨胀后最外侧极耳（也即拉扯最多的极耳）实际伸长率。实际伸长率可根据最外侧极耳在膨胀前后的长度差值与胀前的长度尚未比值来确定，极耳的长度可以直接测量。

在本申请实施例中，将极耳20的断裂延展率K1与极耳20的延展率K2限定在上述范围内，使得在电池单体膨胀时，极耳20不至于被拉扯的过大，造成极耳20断裂。

根据本申请的一些实施例，极耳20的延展率K2、第二距离L2、第二预设厚度D2、第一预设厚度D1和第一尺寸L满足：

。

在本申请的实施例中，可以通过上述公式来计算极耳20的延展率K2。

在本申请的实施例中，b为系数，b与极耳20的形态有关。当沿电极本体10的厚度方向，第二侧边22位于所有极耳20的中间时，此时所有极耳20组成一个类似等腰三角形的形状，电极本体10在膨胀的过程中，最边侧的两片极耳受到的拉扯是相同的且拉扯力最大，此时b等于4。当沿电极本体10的厚度方向，第二侧边22位于所有极耳20的最边侧时，此时所有极耳20组成一个类似直角三角形的形状，电极本体10在膨胀的过程中，只有一片极耳受到的拉扯最大，此时b等于1。当沿电极本体10的厚度方向，第二侧边22位于其他位置时，b的取值在1到4之间。

根据本申请的一些实施例，极耳20的断裂延展率K1满足：1.4%≤K1≤5%。

在本申请的实施例中，将极耳20的断裂延展率K1限定在上述范围内，一方面使得极耳20有一定的延展量，不至于电池单体刚开始膨胀时就将极耳20拉扯断裂，同时使得极耳20的延展量不至于过大而影响极耳20的性能。

根据本申请的一些实施例，极耳20的延展率K2满足：0.07%≤K2≤1%。

在本申请的实施例中，将极耳20的延展率K2限定在上述范围内，一方面使得极耳20有一定的延展量来抵消电池单体膨胀时对极耳20的拉扯，同时在一定程度上可以避免由于来料或者切割产生的缺陷导致极耳未达到断裂延展率提前断裂。

在本申请的实施例中，极耳20的材料可以是铝箔或者铜箔。

示例性地，当极耳20的材料为铝箔时，极耳20的厚度大于或等于13μm；当极耳20的材料为铜箔时，极耳20的厚度大于或等于6μm。

根据本申请的一些实施例，图9为本申请一些实施例提供的电极本体的部分示意图。参见图9，电极本体10包括阳极极片11，阳极极片11的延展率K3满足：1%≤K3≤2.5%。

在本申请的实施例中，电池单体膨胀时尺寸会变化，使得阳极极片11尺寸也会发生改变，也即阳极极片11延展。

示例性地，阳极极片11的延展率K3为阳极极片11膨胀后的高度与膨胀前的高度的差值和阳极极片11膨胀前的高度的比值。阳极极片11的高度为在电池单体的高度方向Z上阳极极片11的尺寸。

在本申请的实施例中，电池单体的高度方向Z可以与第一方向X平行。

在本申请的实施例中，将阳极极片11的延展率K3限定在上述范围内，一方面使得电池单体在膨胀时阳极极片11会延展，以满足电池单体膨胀后的尺寸的要求，同时可以在一定程度上避免电池单体膨胀过大，影响电池单体的可靠性。

根据本申请的一些实施例，参见图9，电极本体10还包括隔膜12，隔膜12与阳极极片11层叠，隔膜12的第一高度H1、阳极极片11的第二高度H2，以及阳极极片11的延展率K3满足：

；其中，隔膜12的第一高度H1为在电池单体的高度方向Z上隔膜12的尺寸，阳极极片11的第二高度H2为在电池单体的高度方向Z上阳极极片11的尺寸。

在目前的电池中，隔膜12的尺寸超过阳极极片11， 使得阳极极片11和阴极极片13之间绝缘。随着电池的充放电循环中活性物质的嵌入或脱出离子，导致电池单体会发生鼓胀，即阳极极片11向外膨胀。膨胀后的阳极极片的尺寸可能会超过隔膜，带来安全问题。

在本申请的实施例中，（1+K3）H2为阳极极片11膨胀后的高度，H1-（1+K3）H2为膨胀后隔膜12和阳极极片11的高度差。

在本申请的实施例中，设置上述关系式，使得在电池单体膨胀后，隔膜12的第一高度H1仍然高于阳极极片11的第二高度H2，使得阳极极片的尺寸不会超过隔膜，在一定程度上可以避免，由于阳极极片11膨胀后与阴极极片13接触造成的短路的问题。

根据本申请的一些实施例，隔膜12的第一高度H1、阳极极片11的第二高度H2、阳极极片11的延展率K3，以及电极本体10和连接件30的第二距离L2满足：

；其中，电极本体10和连接件30的第二距离L2为电极本体10的长度等于第二预设长度C2时，电极本体10与连接件30的距离。

H1-（1+K3）H2越大，说明隔膜12超出阳极极片11部分越多，隔膜12的尺寸越大，那么在电池单体膨胀后容易造成隔膜12与连接件30相抵，造成隔膜12弯折。限定上述关系式，可以在一定程度上避免由于隔膜12的尺寸越大造成的隔膜12弯折。

根据本申请的一些实施例，电极本体10包括阳极极片11，阳极极片11包括高膨胀材料，高膨胀材料的质量占比大于或等于25%，且小于或等于100% 。

阳极极片11的活性物质可以包括高膨胀材料，在一些实施例中，高膨胀材料可以是硅基材料。硅基负极材料具有较高的理论比容量、低的脱锂电位、环境友好、储量丰富、成本较低等优势。硅在充放电时，由于硅晶体是正四面体结构（石墨是层状结构），所以更容易膨胀。本申请一些实施例中，通过阳极极片11中的硅基材料的占比，可以有效地提升电池单体的能量密度，提高电池单体的性能。

根据本申请的一些实施例，高膨胀材料的质量占比大于或等于25%，且小于或等于50%。

通过进一步选择阳极极片11的活性物质中硅基材料的占比，在一定程度上保证电池单体的能量密度的同时提高电池单体的稳定性和可靠性。

在一些实施例中，硅基材料选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。

单质硅可以是纯硅，例如尺寸为纳米级别的硅纳米颗粒、硅纳米线以及硅纳米管。硅氧化合物可以是将硅和二氧化硅复合成的氧化亚硅（SiOx）。硅碳复合物可以是将碳包覆在硅表面形成的硅碳复合体（Si/C）。硅氮复合物可以是氧化亚硅和氮掺杂碳的复合物，也可以是硅-氮化碳复合，还可以是纳米硅氮包覆碳的复合材料。可以理解的是，本实施例中列举硅基材料仅为示例性说明，并不作为对本实施例中硅基材料的限定。

采用硅基材料作为电池单体的负极材料可以提升电池单体的能量密度，提高电池的性能。

在本申请的一些实施例中，当SiOx的质量占比为25%时，电极本体10的膨胀系数Ky大于或等于0.12且小于或等于0.15，当SiOx的质量占比为50%时，电极本体10的膨胀系数Ky大于或等于0.18，且小于或等于0.215。

在本申请的一些实施例中，当SiOx的质量占比为25%时，电极本体10的延伸系数Kx大于或等于0.005，且小于或等于0.015，当SiOx的质量占比为50%时，电极本体10的膨胀系数Ky大于或等于0.013，且小于或等于0.0248。

本申请实施例提供了一种电池，包括上述实施例中的电池单体。

在电池中，电池单体可以是多个，多个电池单体之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体中既有串联又有并联。多个电池单体之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体构成的整体容纳于箱体内；当然，电池也可以是多个电池单体先串联或并联或混联组成电池模块形式，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体内。电池还可以包括其他结构，例如，该电池可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体之间的电连接。

本申请实施例提供的电池可以减小极耳拉扯撕裂的可能性，提高电池的稳定性和可靠性。

本申请实施例提供了一种用电装置，用电装置包括上述实施例中的的电池，电池用于提供电能；或者用电装置包括上述实施例中任一项的电池单体，电池单体用于提供电能。

本申请实施例提供的用电装置可以减小极耳拉扯撕裂的可能性，提高用电装置的稳定性和可靠性。

本申请的实施例提供了一种电池单体，电池单体包括电极本体10、极耳20和连接件30。极耳20具有相对的第一侧边21和第二侧边22，极耳20的第一侧边21与电极本体10连接，连接件30与极耳20的第二侧边22连接。极耳20的第一侧边21和第二侧边22之间具有弯折部。

其中，电极本体10具有第一预设厚度D1和第二预设厚度D2，第一预设厚度D1为电池单体以第一预设放电倍率放电至荷电状态小于或等于5%时的电极本体10的厚度。第二预设厚度D2为电池单体以第一预设充电倍率充电至荷电状态大于或等于95%时的电极本体10的厚度。极耳20的第一尺寸L和电极本体10与连接件30的第一距离L1满足关系：

。第一尺寸L为极耳20从第一侧边21所在侧至第二侧边22所在侧的延伸长度。/>

电极本体10的膨胀系数Ky为：

。其中，0.12≤Ky≤0.215，

电极本体10具有第一预设长度C1和第二预设长度C2，电极本体10的延伸系数Kx为：

；其中，0.005≤Kx≤0.021，第一预设长度C1为电池单体以第二预设放电倍率放电至荷电状态小于或等于5%时的电极本体10的长度，第二预设长度C2为电池单体以第二预设充电倍率充电至荷电状态大于或等于95%时的电极本体10的长度。

电极本体10和连接件30的第一距离L1、第二距离L2、电极本体10的延伸系数Kx和第一预设长度C1满足关系式：

，a大于或等于0.5且小于或等于1。第二距离L2大于或等于10毫米。

极耳20的断裂延展率K1与极耳20的延展率K2的关系满足：

。极耳20的断裂延展率K1满足：1.4%≤K1≤5%，极耳20的延展率K2满足：0.07%≤K2≤1%。

极耳20的断裂延展率K1、第二距离L2、第二预设厚度D2、第一预设厚度D1和第一尺寸L满足：

，b大于或等于1且小于或等于4。

电极本体10包括阳极极片11和隔膜12，隔膜12与阳极极片11层叠，阳极极片11的延展率K3满足：1%≤K3≤2.5%。隔膜12的第一高度H1、阳极极片11的第二高度H2，以及阳极极片11的延展率K3满足：

和/>

；其中，隔膜12的第一高度H1为在电池单体的高度方向Z上隔膜12的尺寸，阳极极片11的第二高度H2为在电池单体的高度方向Z上阳极极片11的尺寸。

电极本体10包括阳极极片11，阳极极片11包括高膨胀材料，高膨胀材料的质量占比大于或等于25%，且小于或等于50%。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。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 (20)

1.一种电池单体，其特征在于，包括：

电极本体（10）；

极耳（20），具有相对的第一侧边（21）和第二侧边（22），所述极耳（20）的第一侧边（21）与所述电极本体（10）连接；

连接件（30），与所述极耳（20）的第二侧边（22）连接；

其中，所述极耳（20）的第一侧边（21）和第二侧边（22）之间具有弯折部。

2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述极耳（20）的第一尺寸L和所述电极本体（10）与所述连接件（30）的第一距离L1满足关系：

，所述第一尺寸L为所述极耳（20）从第一侧边（21）所在侧至第二侧边（22）所在侧的延伸长度。

3.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，所述第一尺寸L和所述第一距离L1满足关系：1.05L1≤L≤1.2L1。

4.根据权利要求2或3所述的电池单体，其特征在于，所述电极本体（10）具有第一预设厚度D1和第二预设厚度D2，所述电极本体（10）的膨胀系数Ky为：

；

其中，0.04≤Ky≤0.23，所述第一预设厚度D1为所述电池单体以第一预设放电倍率放电至荷电状态小于或等于5%时的所述电极本体（10）的厚度，所述第二预设厚度D2为所述电池单体以第一预设充电倍率充电至荷电状态大于或等于95%时的所述电极本体（10）的厚度。

5.根据权利要求4所述的电池单体，其特征在于，0.12≤Ky≤0.215。

6.根据权利要求4所述的电池单体，其特征在于，所述电极本体（10）具有第一预设长度C1和第二预设长度C2，所述电极本体（10）的延伸系数Kx为：

；

其中，0.001≤Kx≤0.025，所述第一预设长度C1为所述电池单体以第二预设放电倍率放电至荷电状态小于或等于5%时的所述电极本体（10）的长度，所述第二预设长度C2为所述电池单体以第二预设充电倍率充电至荷电状态大于或等于95%时的所述电极本体（10）的长度。

7.根据权利要求6所述的电池单体，其特征在于，0.005≤Kx≤0.021。

8.根据权利要求6所述的电池单体，其特征在于，所述电极本体（10）和所述连接件（30）的第二距离L2与所述电极本体（10）的延伸系数Kx满足关系式：

；

其中，所述电极本体（10）和所述连接件（30）的第二距离L2为所述电极本体（10）的长度等于第二预设长度C2时，所述电极本体（10）与所述连接件（30）的距离，a大于或等于0.5且小于或等于1。

9.根据权利要求8所述的电池单体，其特征在于，所述第二距离L2大于或等于10毫米。

10.根据权利要求8所述的电池单体，其特征在于，所述极耳（20）的断裂延展率K1与所述极耳（20）的延展率K2的关系满足：

。

11.根据权利要求10所述的电池单体，其特征在于，所述极耳（20）的延展率K2、所述第二距离L2、所述第二预设厚度D2、第一预设厚度D1和所述第一尺寸L满足：

，b大于或等于1且小于或等于4。

12.根据权利要求10所述的电池单体，其特征在于，所述极耳（20）的断裂延展率K1满足：1.4%≤K1≤5%。

13.根据权利要求10所述的电池单体，其特征在于，所述极耳（20）的延展率K2满足：0.07%≤K2≤1%。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单体，其特征在于，所述电极本体（10）包括阳极极片（11），所述阳极极片（11）的延展率K3满足：1%≤K3≤2.5%。

15.根据权利要求14所述的电池单体，其特征在于，所述电极本体（10）还包括隔膜（12），所述隔膜（12）与所述阳极极片（11）层叠，所述隔膜（12）的第一高度H1、所述阳极极片（11）的第二高度H2，以及所述阳极极片（11）的延展率K3满足：

；

其中，所述隔膜（12）的第一高度H1为在电池单体的高度方向Z上所述隔膜（12）的尺寸，所述阳极极片（11）的第二高度H2为在电池单体的高度方向Z上所述阳极极片（11）的尺寸。

16.根据权利要求15所述的电池单体，其特征在于，所述隔膜（12）的第一高度H1、所述阳极极片（11）的第二高度H2、所述阳极极片（11）的延展率K3，以及所述电极本体（10）和所述连接件（30）的第二距离L2满足：

；

其中，所述电极本体（10）和所述连接件（30）的第二距离L2为所述电极本体（10）的长度等于第二预设长度C2时，所述电极本体（10）与所述连接件（30）的距离，所述第二预设长度C2为所述电池单体以第二预设充电倍率充电至荷电状态大于或等于95%时的所述电极本体（10）的长度。

17.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单体，其特征在于，所述电极本体（10）包括阳极极片（11），所述阳极极片（11）包括高膨胀材料，所述高膨胀材料的质量占比大于或等于25%，且小于或等于100%。

18.根据权利要求17所述的电池单体，其特征在于，所述高膨胀材料的质量占比大于或等于25%，且小于或等于50%。

19.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1至18中任一项所述的电池单体。

20.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括如权利要求19所述的电池，所述电池用于提供电能；

或者，所述用电装置包括如权利要求1至18中任一项所述的电池单体，所述电池单体用于提供电能。

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