CN116682935A - 电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请适用于电池技术领域，提供了一种电池单体、电池及用电装置。电池单体包括外壳和设置在外壳内的电极组件；电极组件包括隔膜和至少两个极片，隔膜和至少两个极片按照预设顺序层叠设置且卷绕成型，每个极片分别包括交替连接的多个平直部和多个弯曲部；任意相连接的一个平直部和一个弯曲部之间形成一个连接部分，连接部分具有朝向电极组件的中心的内表面，以及背离电极组件的中心的外表面，至少一个连接部分的内表面和/或外表面形成有凹陷结构。本申请提供的电池单体、电池及用电装置，可以在一定程度上降低极片在拐角处发生开裂的风险。

Description

电池单体、电池及用电装置

技术领域

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种电池单体、电池及用电装置。

背景技术

电极组件是电池的重要组成部分，根据电极组件的制备方式可以分为卷绕式电极组件和叠片式电极组件。其中，卷绕式电极组件由于操作比较简便，且质量容易控制，被广泛应用。但电池在不断老化过程中，电极组件中的极片容易在拐角处发生开裂。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供一种电池单体、电池及用电装置，旨在缓解电极组件中的极片容易在拐角处发生开裂的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种电池单体，包括外壳和设置在所述外壳内的电极组件；所述电极组件包括隔膜和至少两个极片，所述隔膜和至少两个所述极片按照预设顺序层叠设置且卷绕成型，每个所述极片分别包括交替连接的多个平直部和多个弯曲部；任意相连接的一个所述平直部和一个所述弯曲部之间形成一个连接部分，所述连接部分具有朝向所述电极组件的中心的内表面，以及背离所述电极组件的中心的外表面，至少一个所述连接部分的内表面和/或外表面形成有凹陷结构。

本申请实施例提供了一种电池单体，在极片的至少一个平直部和弯曲部的连接部分的至少一面设置了凹陷结构，可以在一定程度上降低相应连接部分所在位置的所受到的各种力的大小，减小其所在区域的应力集中效果，从而可以降低极片在该连接部分发生开裂的风险，进而在一定程度上降低极片在拐角处发生开裂的风险。

在一些实施例中，同一所述极片中，至少位于同一圈的各所述连接部分的至少一面形成有所述凹陷结构。在设计电池单体时，可以根据设计需要，在开裂风险最大圈数的各连接部分均设置凹陷结构，以降低开裂风险最大的圈数中各连接部分的开裂风险。这样相较仅在某一连接部分设置凹陷结构，可以进一步降低极片在使用时发生开裂的风险。

在一些实施例中，同一所述极片中，至少位于最外圈的各所述连接部分的至少一面形成有凹陷结构。在最外圈的各连接部分设置凹陷结构，可在一定程度上降低极片最外圈各连接部分所受到的压力，从而降低极片最外圈各连接部分受到的摩擦力大小，进而降低极片最外圈各连接部分的开裂风险。

在一些实施例中，同一所述极片中，每个所述连接部分的至少一面均形成有所述凹陷结构。这样可以在一定程度上降低各连接部分所受到的压力、摩擦力大小，因此可以降低电池老化使用过程中极片在拐角处发生开裂风险。

在一些实施例中，同一所述连接部分的两个面均形成有所述凹陷结构。这样可以使得相应连接部分所受到的压力、摩擦力较小，从而使得相应连接部分的开裂风险更小。

在一些实施例中，所述凹陷结构于垂直于所述极片的高度方向的截面为等截面，便于设计和加工。

在一些实施例中，所述凹陷结构具有主体区域和与所述主体区域连接的边缘区域，所述主体区域任一位置的凹陷深度大于所述边缘区域任一位置的凹陷深度。这样可以降低电极组件因凹陷结构的设置引起额外的极片开裂的风险。

在一些实施例中，所述边缘区域的所述凹陷深度由与所述主体区域连接侧向另一侧逐渐缩小或者阶梯状缩小。边缘区域采用本实施例提供的结构，可以降低电极组件因凹陷结构的设置引起额外的极片开裂的风险。

在一些实施例中，所述凹陷结构包括底面和侧面，所述底面所在区域为所述主体区域，所述侧面所在区域为所述边缘区域，所述侧面在垂直于极片的高度方向的截面为斜线或者曲线。凹陷结构采用本实施例提供的结构，结构简单，便于加工。

在一些实施例中，所述凹陷结构覆盖所述平直部和所述弯曲部之间连接线的中心点。这样可以尽可能大的降低相应连接部分受到的压力大小，以及摩擦力大小，进而可以在一定程度上降低相应连接部分的开裂风险。

在一些实施例中，所述凹陷结构为沿所述极片的高度方向延伸的长条形结构。这样可使得凹陷结构的体积较小，所占空间较小，使得凹陷结构的设置对极片其他部位的稳定性影响较小。

在一些实施例中，所述凹陷结构的至少一端沿所述极片的高度方向延伸至所述极片的侧面。采用本实施例提供的方案，可使得相应凹陷结构的尺寸较大，进而使得相应连接部分所受到的压力较小，从而使得相应连接部分发生开裂的风险较小。

在一些实施例中，所述凹陷结构包括沿所述极片的高度方向间隔设置的多个凹陷部。采用本实施例提供的结构，可使得凹陷结构的体积较小，所占空间较小，使得凹陷结构的设置对极片其他部位的稳定性影响较小。

在一些实施例中，所述凹陷结构内填充有弹性体。凹陷结构内填充弹性体，一方面可以降低凹陷结构边缘部分上下方隔膜和极片的应力集中现象；另一方面，弹性体的柔韧性越好，可以增大极片的最大拉伸长度，使得极片的拉断阈值上升，进一步降低极片在拐角处发生开裂的难度。

在一些实施例中，所述弹性体的热膨胀系数小于所述极片的热膨胀系数。电池使用过程中，温度会上升，弹性体采用热膨胀系数小于极片的材料，不会引起相应连接部分极片的额外反弹，从而可以在一定程度上减小极片在使用过程中所受到的摩擦力，进而降低极片在拐角处发生开裂的风险。

在一些实施例中，所述弹性体的抗拉强度大于所述极片的抗拉强度。弹性体采用抗拉强度大于极片的物质，可在一定程度上增大极片相应连接部分的抗拉强度，这样可以在一定程度上降低极片在拐角处发生开裂的风险，且极片变形越小，越难发生开裂。

在一些实施例中，所述弹性体为胶体。弹性体采用胶体，抗拉强度较大，可在一定程度上增大极片相应连接部分的抗拉强度，使得极片变形越小，越难发生开裂；同时可使得弹性体的柔韧性较好，可以增大极片的最大拉伸长度，使得极片的拉断阈值上升，进一步降低极片在拐角处发生开裂的难度。

第二方面，本申请实施例提供了一种电池，包括上述任一实施例提供的所述的电池单体。本申请实施例提供的电池，包括上述任一实施例提供的电池单体，可以在一定程度上降低电极组件中极片在拐角处发生开裂的风险，提高电池的使用寿命。

第三方面，本申请实施例提供了一种用电装置，包括上述任一实施例提供的电池。本申请实施例提供的用电装置，包括上述实施例提供的电池，可以在一定程度上降低电极组件中极片在拐角处发生开裂的风险，提高电池使用寿命。

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

通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请一些实施例的车辆的结构示意图；

图2为本申请一些实施例的电池的分解结构示意图；

图3为本申请一些实施例的电池单体的分解结构示意图；

图4为本申请一些实施例的电极组件的局部剖面结构示意图；

图5为图4中A处的局部放大示意图；

图6为本申请一些实施例的电极组件中最内圈极片的结构示意图；

图7为本申请一些实施例的电极组件中其中一圈极片的结构示意图，图中虚线框内部分为连接部分；

图8为本申请一些实施例的电极组件中其中一个连接部分的结构示意图；

图9为本申请一些实施例的电极组件中负极片和正极片的局部剖视结构示意图；

图10为本申请另一些实施例的电极组件中负极片和正极片的局部剖视结构示意图；

图11为本申请一些实施例的电极组件中负极片的局部剖面结构示意图；

图12为本申请另一些实施例的电极组件中负极片的局部剖面结构示意图；

图13为本申请另一些实施例的电极组件中负极片的局部剖面结构示意图；

图14为本申请一些实施例的电极组件中负极片的局部结构示意图；

图15为本申请另一些实施例的电极组件中负极片的局部结构示意图；

图16为本申请另一些实施例的电极组件中负极片的局部结构示意图；

图17为本申请另一些实施例的电极组件中负极片的局部结构示意图；

图18为本申请另一些实施例的电极组件中负极片的局部结构示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：

1000、车辆；

100、电池；200、控制器；300、马达；

10、箱体；11、第一部分；12、第二部分；

20、电池单体；21、端盖；21a、电极端子；22、壳体；23、电极组件；23a、极耳；

231、负极片；232、正极片；233、隔膜；234、平直部；236、弯曲部；237、连接部分；237a、内表面；237b、外表面；237c、连接面；2371、第一连接部；2372、第二连接部；238、凹陷结构；2381、底面；2382、侧面；2383、主体区域；2384、边缘区域；239、弹性体；240、连接线；250、最内圈极片；251、第一片体；h1、主体区域的凹陷深度；h2、边缘区域的凹陷深度；X、极片的高度方向；L1、第一参考线；L2、第二参考线。

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。

电极组件是电池的重要组成部分，根据电极组件的制备方式可以分为卷绕式电极组件和叠片式电极组件。其中，卷绕式电极组件由于操作比较简便，且质量容易控制，被广泛应用。

卷绕式电极组件一般包括按预设顺序排布的负极片、正极片和隔膜。正极片和负极片一般分别由集流体和涂覆于集流体上的活性物质层构成。卷绕式电极组件可以呈方形结构，也可以呈圆柱形结构。其中，方形卷绕式电极组件由于其散热好、安全性好等优点被广泛应用。

电池在使用过程中，温度会增加。而在温度升高后，卷绕式电极组件中各极片上的活性物质层会因温度升高而发生膨胀，进而对缠绕于其外的相应部分如位于外圈的极片施加向外的膨胀力。另外，随着电极组件的膨胀，电极组件的外壁会与电池的外壳的内壁接触并发生挤压（为便于描述，下文将该现象称为顶壳），从而电极组件会接收到外壳对电极组件施加的压力，同时电极组件在膨胀过程中位于外圈的极片还会与外壳之间发生摩擦接触，从而接收到来自外壳的摩擦力。

此时，方形卷绕式电极组件由于自身卷绕结构的特性，位于外圈的极片会受到内圈极片因活性物质层膨胀施加的向外的压力，在电极组件顶壳后，位于外圈的极片还会受到外壳对其施加的压力和摩擦力，这会导致位于外圈的极片中平直部和弯曲部的连接区域存在应力集中现象。随着卷绕式电极组件的老化，极片容易在上述连接区域（即拐角处）发生开裂。

为缓解上述问题，本申请实施例提供了一种电池单体，在极片的至少一个平直部和弯曲部的连接部分的至少一面设置了凹陷结构，可以在一定程度上降低相应连接部分所在位置的所受到的各种力的大小，减小其所在区域的应力集中效果，从而可以降低极片在该连接部分发生开裂的风险，进而在一定程度上降低极片在拐角处发生开裂的风险。

本申请实施例公开的电池可以用于使用电池作为电源的用电装置或者使用电池作为储能元件的各种储能系统。用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。

以下实施例为了方便说明，以本申请一实施例的一种用电装置为车辆为例进行说明。

请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆1000的结构示意图。车辆1000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1000的内部设置有电池100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源。车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300供电，例如，用于车辆1000的启动、导航和行驶时的工作用电需求。

在本申请一些实施例中，电池100不仅可以作为车辆1000的操作电源，还可以作为车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。

如图2所示电池100一般包括箱体10和电池单体20，电池单体20容纳于箱体10内。其中，箱体10用于为电池单体20提供容纳空间。箱体10可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。

在电池100中，电池单体20可以是多个，多个电池单体20之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体20中既有串联又有并联。多个电池单体20之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体20构成的整体容纳于箱体10内；当然，电池100也可以是多个电池单体20先串联或并联或混联组成电池100模块形式，多个电池100模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体10内。电池100还可以包括其他结构，例如，该电池100还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体20之间的电连接。

其中，每个电池单体20可以为二次电池或一次电池；还可以是锂硫电池、钠离子电池或镁离子电池，但不局限于此。电池单体20可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。

在一些情形下，电池单体也可以直接装车而无需箱体或壳体，即无需构成电池包，车体自身的结构作为电池单体的固定结构。

电池单体是指组成电池的最小单元。如图3所示，电池单体20一般包括有外壳、电极组件23以及其他的功能性部件。其中，外壳为封闭结构，可形成电池单体20的内部环境，一般包括端盖21和壳体22。壳体22和端盖21可以是相互独立的两个部件，可以于壳体22上设置开口，通过在开口处使端盖21盖合开口以形成外壳。不限地，外壳也可以为一体化结构，即端盖21和壳体22一体化，具体地，端盖21和壳体22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22的内部时，再使端盖21盖合壳体22。

其中，端盖21是指盖合于壳体22的开口处以将电池单体20的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，端盖21的形状可以与壳体22的形状相适应以配合壳体22。可选地，端盖21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21在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体20能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。端盖21上可以设置有如电极端子21a等的功能性部件。电极端子21a可以用于与电极组件23电连接，以用于输出或输入电池单体20的电能。在一些实施例中，端盖21上还可以设置有用于在电池单体20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21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21的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体22内的电连接部件与端盖21，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22是用于配合端盖21以形成电池单体20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组件23、电解液以及其他部件。壳体22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22的形状可以根据电极组件23的具体形状和尺寸大小来确定。壳体22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。

电极组件23是电池单体20中发生电化学反应的部件。壳体22内可以包含一个或更多个电极组件23。如图3及图4所示，电极组件23主要由正极片232和负极片231卷绕或层叠放置形成，并且通常在正极片232与负极片231之间设有隔膜233。正极片232和负极片231具有活性物质层的部分构成电极组件23的主体部，正极片232和负极片231不具有活性物质层的部分各自构成极耳23a。正极极耳和负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，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳23a连接电极端子21a以形成电流回路。

根据本申请的一些实施例，参照图3所示，本申请实施例提供了一种电池单体20。该电池单体20包括外壳和设置在外壳内的电极组件23。

参照图4至图6所示，电极组件23包括隔膜233和至少两个极片。隔膜233和至少两个极片按照预设顺序层叠设置且卷绕成型。每个极片分别包括交替连接的多个平直部234和多个弯曲部236。

任意相连接的一个平直部234和一个弯曲部236之间形成一个连接部分237。如图7及图8所示，连接部分237具有朝向电极组件23的中心的内表面237a，以及背离电极组件23的中心的外表面。至少一个连接部分237的内表面237a和/或外表面237b形成有凹陷结构238。

如前述，外壳为封闭结构，用来形成电池单体20的内部环境，一般包括端盖21和壳体22。壳体22和端盖21可以是相互独立的两个部件，也可以为一体化结构，在此不再赘述。

本实施例中的电极组件23为方形卷绕式电极组件，电极组件23至少包括一个正极片232和一个负极片231，负极片231、隔膜233和正极片232一般按照正极片232、隔膜233、负极片231、隔膜233，或者负极片231、隔膜233、正极片232、隔膜233的预设顺序依次层叠设置。当卷绕式电池单体采用多个负极片231和多个正极片232时层叠原理与上述相当，这里不做赘述。

另外，本实施例中的电极组件卷绕成型后形成的是扁平形的多圈卷绕体，卷绕成型是指按照预设顺序层叠设置的隔膜233和至少两个极片绕虚拟轴线卷绕、并经热压或冷压后形成扁平状卷绕体。扁平状卷绕体为多圈卷绕结构，如图6所示，其中最内圈极片250由两个相互连接且相对设置的片体组成，两个片体中尺寸较长的一个记为第一片体251。如除最内圈极片外，如图7所示，扁平状卷绕体的每圈极片均包括两个相对设置的平直部234和连接相邻两个平直部234的两个弯曲部236。需要说明的是，位于同一圈的极片中，其中一个弯曲部236用于连接该圈极片中的两个平直部234，如图7中位于左侧的弯曲部236，另一个弯曲部236用于连接该圈极片中其中一个平直部234和另一圈极片中的其中一个平直部234，如图7中位于右侧的弯曲部236。

为便于界定，可以将每圈极片中与第一片体位置对应、长度相当的部分定义为平直部，将连接相邻两个平直部的部分定义为弯曲部。为便于理解，如图4所示，位于第一参考线L1和第二参考线L2之间的部分为平直部，位于第一参考线L1左侧的部分为弯曲部，位于第二参考线L2右侧的部分为弯曲部。

如图8所示，任意相连接的一个平直部234和一个弯曲部236具有一个连接面237c，上述连接部分237是指以同一连接面237c为起始端面，向平直部234的中部延伸一定距离形成的第一连接部2371，和向弯曲部236的中部延伸一定距离形成的第二连接部2372组合而成的部分，即相互连接的一部分平直部234和一部分弯曲部236形成连接部分237。上述第一连接部2371和第二连接部2372在极片的长度方向上的尺寸可以相同，也可以不同，即连接面237c可以位于连接部分237垂直于极片长度方向上的中心线上，也可以不位于连接部分237的上述中心线上。

由于极片为片体，厚度方向的尺寸远小于长度方向和宽度方向上的尺寸，因此极片主要具有相对设置的内表面和外表面。内表面是指电极组件23卷绕成型后，极片的两个面中与内圈极片相接触的一面，也是背离外壳的一面。外表面则是指电极组件23卷绕成型后，极片的两个面中朝向外壳的一面，除最外圈极片也是与位于外圈的极片相接触的一面。上述内圈和外圈是相对而言的，如由内至外，电极组件23具有最内圈极片、第二圈极片、第三圈极片……，那么第二圈极片相对于最内圈极片是位于外圈的极片，相对于第三圈极片是位于内圈的极片。

而上述连接部分为极片的一部分，上述“连接部分具有朝向电极组件23的中心的内表面，以及背离电极组件23的中心的外表面”中的内表面是与极片的内表面相对应，外表面是与极片的外表面相对应。电极组件23的中心可以理解为上述第一片体的中心点，也可以理解为最内圈的极片中两个片体之间间隙的中心点。朝向电极组件23的中心的内表面是指连接部分的内表面面向电极组件23的中心，背离外壳的内壁。背离电极组件23的中心的外表面是指连接部分的外表面朝向外壳的内壁，与电极组件23的中心相背设置。

至少一个连接部分的内表面和/或外表面形成有凹陷结构238，包括以下几种情况：至少一个连接部分的内表面形成有凹陷结构238；至少一个连接部分的外表面形成有凹陷结构238；至少一个连接部分的内表面和外表面均形成有凹陷结构238。

凹陷结构238是指至少某一区域的表面低于连接部分表面的结构，可以是开设于连接部分表面的凹槽、盲孔，可以是连续型结构，也可以是非连续型结构。凹陷结构238可以设置一个或者多个，其设置位置和个数可以根据电极组件23中各极片的开裂情况而定。上述开裂情况可以通过实际试验、实际使用获得，也可以通过仿真软件仿真获得。

设计时，可以在易开裂的连接部分设置一个或者多个凹陷结构238，以降低该连接部分因活性物质层的膨胀所受到的膨胀力大小、以及顶壳后受到的压力大小和摩擦力大小，从而减小该连接部分的应力集中效果，降低在该连接部分发生开裂的风险。

本申请实施例提供的电池单体20，在极片的至少一个平直部和弯曲部的连接部分的至少一面设置了凹陷结构238，可以在一定程度上降低相应连接部分所在位置的所受到的各种力的大小，减小其所在区域的应力集中效果，从而可以降低极片在该连接部分发生开裂的风险，进而在一定程度上降低极片在拐角处发生开裂的风险。

如图9所示，在一些实施例中，同一极片中，至少位于同一圈的各连接部分的至少一面形成有凹陷结构238。

同一极片是指连续不间断的任一极片，可以是同一个正极片232，也可以是同一个负极片231。

如前述，本实施例中的电极组件卷绕成型后形成的是扁平形的多圈卷绕体。每一圈由交错连接的两个平直部和两个弯曲部构成，即每一圈具有四个连接部分。至少位于同一圈的各连接部分的至少一面形成有凹陷结构238是指位于同一圈的四个连接部分中均形成有凹陷结构238，每个连接部分中可以在一个面上设置凹陷结构238，如在内表面设置凹陷结构238，或者在外表面设置凹陷结构238，也可以在两个面上均设置凹陷结构238，如在内表面和外表面均设置凹陷结构238。

通常位于同一圈的各连接部分的开裂风险相当，且因生产过程波动影响，不同圈数的极片力学性能有所不同，一般情况下位于最外圈的连接部分的开裂风险大于其他圈的连接部分的开裂风险，但也有可能出现第二圈或第三圈极片优先发生开裂的情形。

因此，在设计电池单体时，可以根据设计需要，在开裂风险最大圈数的各连接部分均设置凹陷结构238，以降低开裂风险最大的圈数中各连接部分的开裂风险。这样相较仅在某一连接部分设置凹陷结构238，可以进一步降低极片在使用时发生开裂的风险。

如图9所示，在一些实施例中，同一极片中，至少位于最外圈的各连接部分的至少一面形成有凹陷结构238。

至少位于最外圈的各连接部分是指可以仅是位于最外圈极片的四个连接部分，也可以是既包括位于最外圈的四个连接部分，还包括其他圈极片中的连接部分，具体可以根据使用需要进行选择。至少一面是指内表面和外表面中的其中一个面或者两个面。

如前述，由于一般情况下，电极组件在使用过程中，位于最外圈的极片开裂风险大于其他圈的极片的开裂风险，这样在最外圈的各连接部分设置凹陷结构238，可在一定程度上降低极片最外圈各连接部分所受到的压力，从而降低极片最外圈各连接部分受到的摩擦力大小，进而降低极片最外圈各连接部分的开裂风险。

如图10所示，在一些实施例中，同一极片中，每个连接部分的至少一面均形成有凹陷结构238。

每个连接部分的至少一面均形成有凹陷结构238是指同一极片中的所有连接部分的内表面和/或外表面均形成有凹陷结构238。

如前述，在批量生产过程中，由于生产过程波动影响，不同圈的极片力学性能有所不同，最易发生开裂的连接部分有可能是位于最外圈极片的各连接部分，也可能是位于倒数第二圈极片、倒数第三圈极片或者其他圈极片中的某一连接部分，且各连接部分所受到的压力是由内到外所有活性物质层反弹决定的。为进一步降低使用过程中任一连接部分发生开裂的风险，本实施例在各连接部分均设置了凹陷结构238，这样可以在一定程度上降低各连接部分所受到的压力、摩擦力大小，因此可以降低电池老化使用过程中极片在拐角处发生开裂风险。

如图10所示，在一些实施例中，同一连接部分的两个面均形成有凹陷结构238。

同一连接部分的两个面均形成有凹陷结构238是指同一连接部分的内表面和外表面均形成有凹陷结构238。

由于仅在连接部分的一面设置凹陷结构238，可以降低的压力、摩擦力有限，为进一步增大降低压力、摩擦力的效果，本实施例在连接部分的两面均设置了凹陷结构238，这样可以使得相应连接部分所受到的压力、摩擦力较小，从而使得相应连接部分的开裂风险更小。

如图11所示，在一些实施例中，凹陷结构238在垂直于极片的高度方向X的截面为等截面。

垂直于极片的高度方向X的截面是指用垂直于极片的高度方向X的一个平面去截凹陷结构得到的平面图形。等截面是指沿极片的高度方向X，在不同位置获得的在垂直于极片的高度方向的截面的形状、尺寸均相同。凹陷结构238采用等截面结构，便于设计和加工。

如图12及图13所示，在一些实施例中，凹陷结构238具有主体区域2383和与主体区域2383连接的边缘区域2384。主体区域2383任一位置的凹陷深度h1大于边缘区域2384任一位置的凹陷深度h2。

凹陷结构238是具有一定长度、宽度、深度的立体结构，具有深度较大的部分和深度较小的部分。其中，深度较大的部分将凹陷结构238的中心部分包括在内占据凹陷结构238体积一半以上的区域。深度较小的部分环绕深度较大的部分设置。主体区域2383是指上述深度较大的部分所在区域，边缘区域2384是指上述深度较小的部分所在区域。

电极组件膨胀过程中，极片由于自身束缚力及外界夹具、模组环境等会产生极片层间的压力。若凹陷结构238采用常规的削薄方式制备，即直接在连接部分的内表面或者外表面上开设立方结构的凹槽，这样极片的内表面或者外表面与凹陷结构238的底面2381之间会形成台阶结构。在极片层间压力的作用下，上下方隔膜233和极片在台阶结构所在位置会存在应力集中现象，使得极片有可能在台阶结构处发生开裂。为了弱化上述台阶结构处的应力集中现象，本实施例中的凹陷结构238采用了主体区域2383深度较大，边缘区域2384深度较小的结构，制备时可以先在连接部分的相应表面的主体区域2383开设一个深度较大的凹槽如立方结构凹槽，再将该凹槽的外周即连接部分的边缘区域2384进行光滑或者导角等方式处理，以使得凹陷结构238的主体区域2383的凹陷深度大于凹陷结构238的边缘区域2384的凹陷深度，这样可以降低电极组件23因凹陷结构238的设置引起额外的极片开裂的风险。

如图12及图13所示，在一些实施例中，边缘区域2384的凹陷深度由与主体区域2383连接侧向另一侧逐渐缩小或者阶梯状缩小。

逐渐缩小是指边缘区域2384的横截面的面积为连续变化且不断缩小的。

阶梯状缩小是指边缘区域2384的横截面的面积为非连续变化的，可以为其中一部分连续变化且不断缩小，另一部分为面积不变的结构。

边缘区域2384采用本实施例提供的结构，可以降低电极组件23因凹陷结构238的设置引起额外的极片开裂的风险。

如图12及图13所示，在一些实施例中，凹陷结构238包括底面2381和侧面2382。底面2381所在区域为主体区域2383。侧面2382所在区域为边缘区域2384。侧面2382在垂直于极片的高度方向X的截面为斜线或者曲线。

底面2381一般是平坦的平面。

侧面2382在垂直于极片的高度方向X的截面为斜线（如图12所示）或者曲线（如图13所示），是指侧面2382可以为倾斜设置的平面，也可以为倾斜设置的曲面，曲面可以朝向凹陷结构238的内部凸出，也可以朝向与凹陷结构238的内部相背的方向凹陷。

凹陷结构238采用本实施例提供的结构，结构简单，便于加工。

如图14所示，在一些实施例中，凹陷结构238覆盖平直部234和弯曲部236之间连接线240的中心点。

如前述，平直部234和弯曲部236一般具有连接面，平直部234和弯曲部236之间的连接线240是指连接面与极片的内表面或者外表面交接的线。连接线240的中心点是指连接线240的中心位置。

由于各连接部分的中间区域即包括中心点在内且具有一定面积的区域受到的压力一般大于边缘区域受到的压力。凹陷结构238覆盖相应连接部分对应的平直部和弯曲部之间连接线240的中心点，即覆盖了相应连接部分的中间区域，可以尽可能大的降低相应连接部分受到的压力大小，以及摩擦力大小，进而可以在一定程度上降低相应连接部分的开裂风险。

如图14所示，在一些实施例中，凹陷结构238为沿极片的高度方向X延伸的长条形结构。

长条形结构是指凹陷结构238的长度方向的尺寸大于其宽度方向的尺寸。沿极片的高度方向延伸是指凹陷结构238的长度方向为极片的高度方向。

这样可使得凹陷结构238的体积较小，所占空间较小，使得凹陷结构238的设置对极片其他部位的稳定性影响较小。

如图15及图16所示，在一些实施例中，凹陷结构238的至少一端沿极片的高度方向X延伸至极片的侧面。

至少一端是指凹陷结构238在长度方向上的至少一端，即凹陷结构238在极片的高度方向X上的至少一端。凹陷结构238的至少一端可以是凹陷结构238在极片的高度方向X上的其中一端或者两端。

延伸至极片的侧面是指凹陷结构238在极片的高度方向上的相应端部的端面与极片的相应侧面位于同一平面，凹陷结构238相应端部的端口开放设置。举例说明，凹陷结构238在长度方向上具有第一端和第二端，极片具有与第一端对应的第一侧面和与第二端对应的第二侧面，若凹陷结构238的第一端沿极片的高度方向延伸至极片的第一侧面，则凹陷结构238的第一端的端面与极片的第一侧面位于同一平面上，凹陷结构238的第一端的端口开放设置，如图15所示；若凹陷结构238的第二端沿极片的高度方向延伸至极片的第二侧面，则凹陷结构238的第二端的端面与极片的第二侧面位于同一平面上，凹陷结构238的第二端的端口开放设置；若凹陷结构238的第一端沿极片的高度方向延伸至极片的第一侧面，则凹陷结构238的第一端的端面与极片的第一侧面位于同一平面上，凹陷结构238的第一端的端口开放设置，同时凹陷结构238的第二端沿极片的高度方向延伸至极片的第二侧面，则凹陷结构238的第二端的端面与极片的第二侧面位于同一平面上，凹陷结构238的第二端的端口开放设置，此时凹陷结构238两端贯穿，如图16所示。

采用本实施例提供的方案，可使得相应凹陷结构238的尺寸较大，进而使得相应连接部分所受到的压力较小，从而使得相应连接部分发生开裂的风险较小。

如图17所示，在一些实施例中，凹陷结构238包括沿极片的高度方向X间隔设置的多个凹陷部。

凹陷部可以为开设于连接部分上的盲孔、凹槽等。同一凹陷结构238中的多个凹陷部的结构、尺寸可以相同也可以不同，具体可以根据使用需要进行设定。

采用本实施例提供的结构，可使得凹陷结构238的体积较小，所占空间较小，使得凹陷结构238的设置对极片其他部位的稳定性影响较小。

如图18所示，在一些实施例中，凹陷结构238内填充有弹性体239。

弹性体239是指在除去外力后能恢复原状的物体，如橡胶、热塑性弹性体等。

凹陷结构238内填充弹性体239，一方面可以降低凹陷结构238边缘部分上下方隔膜233和极片的应力集中现象；另一方面，弹性体239的柔韧性越好，可以增大极片的最大拉伸长度，使得极片的拉断阈值上升，进一步降低极片在拐角处发生开裂的难度。

在一些实施例中，弹性体239的热膨胀系数小于极片的热膨胀系数。

本实施例中的热膨胀系数是指弹性体239在温度每升高1K时体积发生的相对变化量。

电池使用过程中，温度会上升，弹性体239采用热膨胀系数小于极片的材料，不会引起相应连接部分极片的额外反弹，从而可以在一定程度上减小极片在使用过程中所受到的摩擦力，进而降低极片在拐角处发生开裂的风险。

在一些实施例中，弹性体239的抗拉强度大于极片的抗拉强度。

抗拉强度用于表征材料最大均匀塑性变形的抗力。

弹性体239采用抗拉强度大于极片的物质，可在一定程度上增大极片相应连接部分的抗拉强度，这样可以在一定程度上降低极片在拐角处发生开裂的风险，且极片变形越小，越难发生开裂。

在一些实施例中，弹性体239为胶体。

胶体又称胶状分散体是一种均匀混合物，在胶体中含有两种不同状态的物质，一种分散，另一种连续。分散的一部分是由微小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1nm—100nm之间的分散系；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，这是一种高度分散的多相不均匀体系。

弹性体239采用胶体，抗拉强度较大，可在一定程度上增大极片相应连接部分的抗拉强度，使得极片变形越小，越难发生开裂；同时可使得弹性体239的柔韧性较好，可以增大极片的最大拉伸长度，使得极片的拉断阈值上升，进一步降低极片在拐角处发生开裂的难度。

如图3至图18所示，根据本申请的一些实施例，提供了一种电池单体20。该电池单体20包括外壳和设置在外壳内的电极组件23。

电极组件23包括隔膜233和两个极片。一个极片为正极片232，另一个为负极片231。隔膜233和两个极片按照预设顺序层叠设置且卷绕成型。每个极片分别包括交替连接的多个平直部和多个弯曲部。

任意相连接的一个平直部和一个弯曲部之间形成一个连接部分。连接部分具有朝向电极组件23的中心的内表面，以及背离电极组件23的中心的外表面。

在一些实施例中，每个极片位于最外圈的各连接部分的内表面和外表面均形成有凹陷结构238。各凹陷结构238分别覆盖相应平直部和弯曲部之间连接线240的中心点。在另一些实施例中，每个极片的每个连接部分的内表面和外表面均形成有凹陷结构238。各凹陷结构238分别覆盖相应平直部和弯曲部之间连接线240的中心点。

上述实施例中，凹陷结构238的设置有多个方式：

第一种方式，如图14所示，在极片的高度方向X上，凹陷结构238的尺寸小于连接部分的尺寸，凹陷结构238位于连接部分在极片的高度方向X上的中间部分。制备时，可以通过削薄相应平直部和弯曲部之间的连接部分在极片的高度方向上的中间区域实现。

第二种方式，如图15所示，在极片的高度方向X上，凹陷结构238的尺寸小于连接部分的尺寸，凹陷结构238的其中一端延伸至极片的侧面2382形成开放结构。

第三种方式，如图16所示，在极片的高度方向X上，凹陷结构238的尺寸等于连接部分的尺寸，凹陷结构238的两端分别延伸至极片的两个侧面2382形成开放结构。此时，凹陷结构238为两端贯通的结构。

上述各自设置方式中，凹陷结构238可以采用矩形凹槽结构，也可以采用底面2381为平面，侧面2382为曲面的凹陷结构238，还可以采用底面2381为平面，侧面2382为斜面的凹槽结构。

另外，在上述设置的基础上，在一些实施例中，如图17所示，凹陷结构238内还可以填充弹性体239。弹性体239可以采用热膨胀系数小的胶装材料，优选抗拉强度大，柔韧性好的胶状物质制成的弹性体239。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电池。该电池包括上述任一实施例提供的电池单体。

本申请实施例提供的电池，包括上述任一实施例提供的电池单体，可以在一定程度上降低电极组件中极片在拐角处发生开裂的风险，提高电池的使用寿命。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种用电装置。该用电装置包括上述实施例提供的电池。

用电装置可以是前述任一应用电池的设备或系统。

本申请实施例提供的用电装置，包括上述实施例提供的电池，可以在一定程度上降低电极组件中极片在拐角处发生开裂的风险，提高电池使用寿命。

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 (19)

1.一种电池单体，其特征在于，包括外壳和设置在所述外壳内的电极组件；

所述电极组件包括隔膜和至少两个极片，所述隔膜和至少两个所述极片按照预设顺序层叠设置且卷绕成型，每个所述极片分别包括交替连接的多个平直部和多个弯曲部；

任意相连接的一个所述平直部和一个所述弯曲部之间形成一个连接部分，所述连接部分具有朝向所述电极组件的中心的内表面，以及背离所述电极组件的中心的外表面，至少一个所述连接部分的内表面和/或外表面形成有凹陷结构。

2.如权利要求1所述的电池单体，其特征在于，同一所述极片中，至少位于同一圈的各所述连接部分的至少一面形成有所述凹陷结构。

3.如权利要求1所述的电池单体，其特征在于，同一所述极片中，至少位于最外圈的各所述连接部分的至少一面形成有凹陷结构。

4.如权利要求1所述的电池单体，其特征在于，同一所述极片中，每个所述连接部分的至少一面均形成有所述凹陷结构。

5.如权利要求1-4任一项所述的电池单体，其特征在于，同一所述连接部分的两个面均形成有所述凹陷结构。

6.如权利要求1-4任一项所述的电池单体，其特征在于，所述凹陷结构在垂直于所述极片的高度方向的截面为等截面。

7.如权利要求1-4任一项所述的电池单体，其特征在于，所述凹陷结构具有主体区域和与所述主体区域连接的边缘区域，所述主体区域任一位置的凹陷深度大于所述边缘区域任一位置的凹陷深度。

8.如权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述边缘区域的所述凹陷深度由与所述主体区域连接侧向另一侧逐渐缩小或者阶梯状缩小。

9.如权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述凹陷结构包括底面和侧面，所述底面所在区域为所述主体区域，所述侧面所在区域为所述边缘区域，所述侧面在垂直于极片的高度方向的截面为斜线或者曲线。

10.如权利要求1-4任一项所述的电池单体，其特征在于，所述凹陷结构覆盖所述平直部和所述弯曲部之间连接线的中心点。

11.如权利要求10所述的电池单体，其特征在于，所述凹陷结构为沿所述极片的高度方向延伸的长条形结构。

12.如权利要求11所述的电池单体，其特征在于，所述凹陷结构的至少一端沿所述极片的高度方向延伸至所述极片的侧面。

13.如权利要求10所述的电池单体，其特征在于，所述凹陷结构包括沿所述极片的高度方向间隔设置的多个凹陷部。

14.如权利要求1-4任一项所述的电池单体，其特征在于，所述凹陷结构内填充有弹性体。

15.如权利要求14所述的电池单体，其特征在于，所述弹性体的热膨胀系数小于所述极片的热膨胀系数。

16.如权利要求14所述的电池单体，其特征在于，所述弹性体的抗拉强度大于所述极片的抗拉强度。

17.如权利要求16所述的电池单体，其特征在于，所述弹性体为胶体。

18.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-17任一项所述的电池单体。

19.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求18所述的电池。