CN116845474A - 电池单体、电池及用电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种电池单体、电池及用电设备。电池单体包括外壳、第一泄压机构和第二泄压机构。外壳用于容纳电极组件。第一泄压机构和第二泄压机构间隔设置于外壳,第一泄压机构相较于第二泄压机构更先开启。在电池单体热失控时,第一泄压机构可以先开启,外壳内部位于第一泄压机构附近的排放介质可以通过第一泄压机构排出,随着外壳内的压力的持续增加和/或开启的第一泄压机构被排放介质封堵,第二泄压机构可以开启,可以通过第二泄压机构继续排出外壳内部的排放介质,降低外壳内部热量和气压积累而加剧热失控反应的风险,提高了电池单体的可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域,具体而言,涉及一种电池单体、电池及用电设备。
背景技术
电池广泛用于电子设备,例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等。
在电池技术中,可以在电池单体中设置泄压机构,在电池单体热失控时通过泄压机构泄压。对于一般的电池单体而言,仍然存在泄压不及时的情况,电池单体的可靠性较差。因此,如何提高电池单体的可靠性是电池技术一个亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例提供一种电池单体、电池及用电设备,能够有效提高电池单体的可靠性。
第一方面,本申请实施例提供一种电池单体,包括外壳、第一泄压机构和第二泄压机构;外壳用于容纳电极组件;第一泄压机构和第二泄压机构间隔设置于外壳,第一泄压机构相较于第二泄压机构更先开启。
在上述技术方案中,外壳设置有第一泄压机构和第二泄压机构,且第一泄压机构相较于第二泄压机构更先开启,在电池单体热失控时,第一泄压机构可以先开启,外壳内部位于第一泄压机构附近的排放介质可以通过第一泄压机构排出,随着外壳内的压力的持续增加和/或开启的第一泄压机构被排放介质封堵,第二泄压机构可以开启,可以通过第二泄压机构继续排出外壳内部的排放介质,降低外壳内部热量和气压积累而加剧热失控反应的风险,提高了电池单体的可靠性。
在一些实施例中,第一泄压机构的开启压力为P1,第二泄压机构的开启压力为P2,P2-P1≥0.02Mpa。使得第二泄压机构的开启压力与第一泄压机构的开启压力存在一定的差值,有利于实现第一泄压机构相较于第二泄压机构更先开启。
在一些实施例中,0.05Mpa≤P2-P1≤0.5Mpa。P2-P1≥0.05Mpa,使得第二泄压机构的开启压力和第一泄压机构的开启压力的差值进一步增大,延迟第二泄压机构的开启。P2-P1≤0.5Mpa,使得第二泄压机构的开启压力和第一泄压机构的开启压力不至于相差过大,降低在第二泄压机构开启前外壳被破坏的风险。
在一些实施例中,外壳包括第一壁部,第一壁部沿重力方向支撑电极组件,第一泄压机构和第二泄压机构中的至少一者设置于第一壁部。 由于第一壁部为外壳中支撑电极组件的壁部,第一壁部被电极组件压住,外壳内部位于第一壁部附近的区域更容易堵塞憋气,不利于排放介质排出,而将第一泄压机构和第二泄压机构中的至少一者设置于第一壁部,更有利于外壳内部位于第一壁部附近的排放介质排出,提高电池单体的可靠性。
在一些实施例中,第一泄压机构设置于第一壁部。外壳内部位于第一壁部附近的排放介质可以通过先开启的第一泄压机构排出,实现电池单体及时泄压。
在一些实施例中,外壳包括壳体和两个端盖;壳体相对的两端形成有开口;两个端盖分别封闭壳体两端的开口;第一壁部形成于壳体。壳体可以为设置于第一壁部的泄压机构提供更多的空间,降低该泄压机构的成型难度。
在一些实施例中,第一泄压机构和第二泄压机构均设置于第一壁部。这样,使得壳体具有更强的泄压能力,使得外壳内部位于第一壁部附近的排放介质能够更为快速的排出。在电池单体热失控时,外壳内部的排放介质可以从壳体的侧部排出,降低排放物对位于端盖外侧的外部部件造成破坏的风险。
在一些实施例中,第一泄压机构和第二泄压机构中的一者设置于第一壁部,另一者设置于一个端盖。这样,壳体和一个端盖均具有泄压能力,在电池单体热失控使得第一泄压机构和第二泄压机构均开启时,电池单体内部的排放介质可以从外壳的侧部和端部排出。
在一些实施例中,两个端盖沿第一方向相对设置,电极组件包括主体部和极耳,沿第一方向,主体部的至少一端设置有极耳;壳体包括第二壁部,第二壁部与第一壁部相对设置,第一壁部沿重力方向支撑主体部,第二壁部与主体部之间形成有通道间隙,通道间隙被配置为连通外壳内部沿第一方向位于主体部两端的空间,第一方向与重力方向相交。由于第二壁部与主体部之间形成有通道间隙,且通道间隙连通外壳内部沿第一方向位于主体部两端的空间,外壳内部位于主体部两端的排放介质可以通过通道间隙相互流动,有利于外壳内部的排放介质快速排出。比如,第一泄压机构和第二泄压机构均设置于第一壁部,或者第一泄压机构设置于端盖,第二泄压机构设置于第一壁部,在第一泄压机构开启,且第二泄压机构未开启时,主体部靠近第一泄压机构的一端附近堆积的排放介质可以通过第一泄压机构排出,主体部远离第一泄压机构的一端附近堆积的排放介质可以通过通道间隙流向主体部靠近第一泄压机构的一端,并最终通过第一泄压机构排出,使得电池单体内部的排放介质能够快速排出,进而提高电池单体的泄压及时性。
在一些实施例中,外壳包括壳体和端盖;壳体一端形成有开口;端盖封闭开口;其中,端盖为第一壁部;或,壳体与端盖相对的壁部为第一壁部。若端盖为第一壁部,端盖位于外壳的底部,并支撑电极组件,电池单体热失控时,外壳内部的排放介质可以通过位于外壳底部的端盖排出;若壳体与端盖相对的壁部为第一壁部,该壁部位于外壳的底部,并支撑电极组件,电池单体热失控时,外壳内部的排放介质可以通过位于外壳底部的壁部排出。
在一些实施例中,第一泄压机构和第二泄压机构中的一者设置于端盖,另一者设置于壳体与端盖相对的壁部。电池单体热失控时,外壳内部堆积在电极组件两端的排放介质可以从外壳相对的两端快速排出,增强了电池单体的泄压能力。
在一些实施例中,外壳包括壳体和端盖,沿第一方向,壳体的至少一端形成有开口,端盖与开口一一对应,端盖封闭开口;外壳具有第一半区和第二半区,沿第一方向,外壳的中截面到外壳的一端的部分为第一半区,外壳的中截面到外壳的另一端的部分为第二半区,中截面垂直于第一方向;其中,第一泄压机构设置于第一半区,第二泄压机构设置于第二半区。这样,使得壳体的第一半区和第二半区均设置有泄压机构,在第一泄压机构开启后,第一半区的排放介质可以通过第一泄压机构排出,在第二泄压机构开启后,第二半区的排放物可以通过第二泄压机构排出,提高了电池单体的泄压及时性。
在一些实施例中,沿第一方向,外壳的长度为L,L≥80mm。这样,有利于实现电池单体的大容量要求。此外,当L≥80mm时,在第一半区和第二半区分别设置第一泄压机构和第二泄压机构,则可以缓解电池单体泄压不及时的情况。
在一些实施例中,沿第一方向,壳体相对的两端形成有开口,两个端盖分别封闭壳体两端的开口,两个端盖分别位于第一半区和第二半区;第一泄压机构和第二泄压机构分别设置于两个端盖;或,第一泄压机构和第二泄压机构均设置于壳体;或,第一泄压机构设置于位于第一半区的端盖,第二泄压机构设置于壳体位于第二半区的部分;或,第一泄压机构设置于壳体位于第一半区的部分,第二泄压机构设置于位于第二半区的端盖。若第一泄压机构和第二泄压机构分别设置于两个端盖,外壳内部堆积在电极组件两端的排放介质可以从外壳相对的两端快速排出。若第一泄压机构和第二泄压机构均设置于壳体,外壳内部的排放介质可以从外壳的侧部排出,降低排放物对位于端盖外侧的外部部件造成破坏的风险。若第一泄压机构和第二泄压机构中的一者设置于端盖,另一者设置于壳体,外壳内部的排放介质可以从外壳的侧部和端部排出。
在一些实施例中,电池单体还包括极性相反的第一电极端子和第二电极端子,第一电极端子和第二电极端子均与电极组件电连接,第一电极端子和第二电极端子分别设置于两个端盖。两个端盖分别设置有第一电极端子和第二电极端子,降低了第一电极端子和第二电极端子在装配过程中发生彼此干涉的风险,以及降低了第一电极端子和第二电极端子短接的风险。
在一些实施例中,沿第一方向,壳体的一端形成有开口,第一泄压机构和第二泄压机构中的一者设置于端盖,另一者设置于壳体。这样,使得壳体和端盖具有泄压能力,在电池单体热失控时,电池单体内部的排放物可以从不同的方向排出。
在一些实施例中,沿第一方向,壳体包括与端盖相对设置的第一壁部,端盖和第一壁部中的一者位于第一半区,另一者位于第二半区;第一泄压机构和第二泄压机构中的一者设置于端盖,另一者设置于第一壁部。电池单体热失控时,外壳内部堆积在电极组件两端的排放介质可以从外壳相对的两端快速排出,增强了电池单体的泄压能力。
在一些实施例中,电池单体还包括极性相反的第一电极端子和第二电极端子,第一电极端子和第二电极端子均与电极组件电连接,第一电极端子和第二电极端子均设置于端盖。降低了第一电极端子和第二电极端子的装配难度,更容易第一电极端子和第二电极端子与外部部件电连接。此外,第一电极端子和第二电极端子可以与端盖上的泄压机构共用端盖的空间,该泄压机构不需要占用端盖外侧的更多空间。
在一些实施例中,外壳包括第一壁部,第一泄压机构和第二泄压机构均设置于第一壁部,第一泄压机构设置有第一刻痕槽,第二泄压机构设置有第二刻痕槽;第一刻痕槽和第二刻痕槽沿第一方向间隔设置,沿第一方向,外壳的长度为L,第一刻痕槽的最大跨度为L1,第二刻痕槽的最大跨度为L2, 0.2≤(L1+L2)/L≤0.6。(L1+L2)/L≥0.2,有利于增大第一壁部上的第一泄压机构和第二泄压机构的总泄压面积,有利于提高电池单体的泄压速率。(L1+L2)/L≤0.6,使得第一刻痕槽和第二刻痕槽沿第一方向的最大跨度之和不至于过大,减小第一泄压机构和第二泄压机构沿第一方向的尺寸,有利于提高第一壁部的强度。
在一些实施例中,外壳包括第一壁部,第一泄压机构和第二泄压机构均设置于第一壁部,第一壁部具有背离电极组件的第一外表面,第一外表面的面积为S,第一泄压机构的预定泄压面积为S1,第二泄压机构的预定泄压面积为S2,满足:0.05≤(S1+S2)/S≤0.55。(S1+S2)/S≥0.05,使得第一泄压机构和第二泄压机构的总泄压面积较大,有利于提高电池单体的泄压速率,提高电池单体的泄压及时性;(S1+S2)/S≤0.55,有利于提高第一壁部的强度。
在一些实施例中,0.15≤(S1+S2)/S≤0.35。
在一些实施例中,第一泄压机构包括第一薄弱区和第一泄压区,第一泄压区被配置为能够在第一薄弱区裂开时打开,第一泄压区的面积为S1。在第一泄压机构开启时,第一泄压区能够以第一薄弱区为边界打开,增大了第一泄压机构的泄压面积。
在一些实施例中,第一泄压机构设置有第一刻痕槽,第一泄压机构在设置第一刻痕槽的区域形成第一薄弱区。通过在第一泄压机构上设置第一刻痕槽的方式形成第一薄弱区,第一薄弱区的成型方式简单,降低了第一薄弱区的成型难度。
在一些实施例中,第一刻痕槽为沿封闭轨迹延伸的槽,第一刻痕槽环绕第一泄压区设置。在第一泄压机构开启过程中,第一泄压区可以脱离外壳,增大了第一泄压机构的泄压面积,提高了电池单体的泄压速率。
在一些实施例中,第二泄压机构包括第二薄弱区和第二泄压区,第二泄压区被配置为能够在第二薄弱区裂开时打开,第二泄压区的面积为S2。在第二泄压机构开启时,第二泄压区能够以第二薄弱区为边界打开,增大了第二泄压机构的泄压面积。
在一些实施例中,第二泄压机构设置有第二刻痕槽,第二泄压机构在设置第二刻痕槽的区域形成第二薄弱区。通过在第二泄压机构上设置第二刻痕槽的方式形成第二薄弱区,第二薄弱区的成型方式简单,降低了第二薄弱区的成型难度。
在一些实施例中,第二刻痕槽为沿封闭轨迹延伸的槽,第二刻痕槽环绕所述第二泄压区设置。在第二泄压机构开启过程中,第二泄压区可以脱离外壳,增大了第二泄压机构的泄压面积,提高了电池单体的泄压速率。
在一些实施例中,第一泄压机构的预定泄压面积为S1,第二泄压机构的预定泄压面积为S2,满足:S1-S2≥50mm2。这样,有利于实现第一泄压机构相较于第二泄压机构更先开阀。在电池单体热失控时,可以先通过泄压面积较大的第一泄压机构泄压,降低外壳内部压力或温度快速升高的风险,提高了电池单体的可靠性。
在一些实施例中,S1-S2≥100mm2。
第二方面,本申请实施例提供一种电池,包括第一方面任意一个实施例提供的电池单体。
第三方面,本申请实施例提供一种用电设备,包括第一方面任意一个实施例提供的电池单体,电池单体用于给用电设备提供电能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图;
图2为本申请一些实施例提供的电池的爆炸图;
图3为本申请一些实施例提供的电池单体的爆炸图;
图4为图3所示的电池单体的剖视图;
图5为图4所示的电池单体的A向视图;
图6为本申请另一些实施例提供的电池单体的爆炸图;
图7为图6所示的电池单体的剖视图;
图8为图7所示的壳体的结构示意图;
图9为本申请一些实施例提供的电池单体(壳体的一端形成开口)的轴测图;
图10为图9所示的电池单体的爆炸图;
图11为图10所示的壳体的结构示意图;
图12为本申请另一些实施例提供的电池单体(壳体的一端形成开口)的轴测图;
图13为本申请一些实施例提供的电池单体(壳体相对的两端形成开口)的轴测图;
图14为本申请另一些实施例提供的电池单体(壳体相对的两端形成开口)的轴测图;
图15为本申请再一些实施例提供的电池单体(壳体相对的两端形成开口)的轴测图;
图16为本申请又一些实施例提供的电池单体(壳体相对的两端形成开口)的轴测图;
图17为本申请一些实施例提供的外壳的结构示意图;
图18为图17所示的外壳的B-B剖视图;
图19为图18所示的外壳的C处的局部放大图;
图20为本申请一些实施例提供的第一壁部的局部视图;
图21为本申请另一些实施例提供的第一壁部的局部视图;
图22为本申请再一些实施例提供的第一壁部的局部视图。
图标:1-外壳;1a-第一半区;1b-第二半区;11-壳体;12-端盖;13-第一壁部;131-第一外表面;14-第二壁部;15-第三壁部;151-第二外表面;16-第四壁部;161-第三外表面;17-通道间隙;171-第一空间;172-第二空间;18-第五壁部;2-电极组件;21-主体部;22-极耳;3-泄压机构;31-第一泄压机构;311-第一刻痕槽;3111-第一圆弧段;3112-第一直线段;3113-第二直线段;3114-第三直线段;3115-第四直线段;3116-第五直线段;3117-第一连线;3118-第二连线;312-第一薄弱区;313-第一泄压区;32-第二泄压机构;321-第二刻痕槽;4-电极端子;41-第一电极端子;42-第二电极端子;5-集流构件;10-电池单体;20-箱体;201-第一部分;202-第二部分;100-电池;200-控制器;300-马达;1000-车辆;W-中截面;X-第一方向;Y-第二方向;Z-第三方向。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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地描述,显然,所描述的实施例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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
除非另有定义,本申请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;本申请中在申请的说明书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。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序或主次关系。
在本申请中提及“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。
本申请中术语“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,本申请中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请的实施例中,相同的附图标记表示相同的部件,并且为了简洁,在不同实施例中,省略对相同部件的详细说明。应理解,附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸,以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明,而不应对本申请构成任何限定。
本申请中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)。
本申请实施例中,电池单体可以为二次电池,二次电池是指在电池单体放电后可通过充电的方式使活性材料激活而继续使用的电池单体。
电池单体包括但不限于锂离子电池、钠离子电池、钠锂离子电池、锂金属电池、钠金属电池、锂硫电池、镁离子电池、镍氢电池、镍镉电池、铅蓄电池等。
电池单体一般包括电极组件。电极组件包括正极、负极以及隔离件。在电池单体充放电过程中,活性离子(例如锂离子)在正极和负极之间往返嵌入和脱出。隔离件设置在正极和负极之间,可以起到降低正负极短路的风险,同时可以使活性离子通过。
在一些实施例中,正极可以为正极片,正极片可以包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极活性材料。
作为示例,正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面,正极活性材料设置在正极集流体相对的两个表面的任意一者或两者上。
作为示例,正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如,作为金属箔片,可采用表面镀银处理的铝、表面镀银处理的不锈钢、不锈钢、铜、铝、镍、炭精电极、碳、镍或钛等。复合集流体可包括高分子材料基层和金属层。复合集流体可通过将金属材料(铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚乙烯等的基材)上而形成。
作为示例,正极活性材料可包括以下材料中的至少一种:含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料,还可以使用其他可被用作电池正极活性材料的传统材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。其中,含锂磷酸盐的示例可包括但不限于磷酸铁锂(如LiFePO4(也可以简称为LFP))、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂(如LiMnPO4)、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料中的至少一种。锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物(如LiCoO2)、锂镍氧化物(如LiNiO2)、锂锰氧化物(如LiMnO2、LiMn2O4)、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物(如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(也可以简称为NCM333)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(也可以简称为NCM523)、LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2(也可以简称为NCM211)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(也可以简称为NCM622)、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(也可以简称为NCM811)、锂镍钴铝氧化物(如LiNi0.85Co0.15Al0.05O2)及其改性化合物等中的至少一种。
在一些实施例中,正极可以采用泡沫金属。泡沫金属可以为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、泡沫合金、或泡沫碳等。泡沫金属作为正极时,泡沫金属表面可以不设置正极活性材料,当然也可以设置正极活性材料。作为示例,在泡沫金属内还可以填充或/和沉积有锂源材料、钾金属或钠金属,锂源材料为锂金属和/或富锂材料。
在一些实施例中,负极可以为负极片,负极片可以包括负极集流体。
作为示例,负极集流体可采用金属箔片、泡沫金属或复合集流体。例如,作为金属箔片,可以采用银表面处理的铝或不锈钢、不锈钢、铜、铝、镍、炭精电极、用碳、镍或钛等。泡沫金属可以为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、泡沫合金、或泡沫碳等。复合集流体可包括高分子材料基层和金属层。复合集流体可通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚乙烯等的基材)上而形成。
作为示例,负极片可以包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极活性材料。
作为示例,负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面,负极活性材料设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。
作为示例,负极活性材料可采用本领域公知的用于电池单体的负极活性材料。作为示例,负极活性材料可包括以下材料中的至少一种:人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。硅基材料可选自单质硅、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。锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物以及锡合金中的至少一种。但本申请并不限定于这些材料,还可以使用其他可被用作电池负极活性材料的传统材料。这些负极活性材料可以仅单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。
在一些实施例中,正极集流体的材料可以为铝,负极集流体的材料可以为铜。
在一些实施方式中,隔离件为隔离膜。隔离膜可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。
作为示例,隔离膜的材质可以包括玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔离膜可以是单层薄膜,也可以是多层复合薄膜。在隔离膜为多层复合薄膜时,各层的材料可以相同或不同。隔离件可以是单独的一个部件位于正负极之间,也可以附着在正负极的表面。
在一些实施方式中,隔离件为固态电解质。固态电解质设于正极和负极之间,同时起到传输离子和隔离正负极的作用。
在一些实施方式中,电池单体还包括电解质,电解质在正、负极之间起到传导离子的作用。电解质可以是液态的、凝胶态的或固态的。其中,液态电解质包括电解质盐和溶剂。
在一些实施方式中,电解质盐可以包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂及四氟草酸磷酸锂中的至少一种。
在一些实施方式中,溶剂可以包括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的至少一种。溶剂也可选醚类溶剂。醚类溶剂可以包括乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,3-二氧戊环、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、二苯醚及冠醚中的一种或多种。
其中,凝胶态电解质包括以聚合物作为电解质的骨架网络,搭配离子液体-锂盐。
其中,固态电解质包括聚合物固态电解质、无机固态电解质、复合固态电解质。
作为示例,聚合物固态电解质可以为聚醚(聚氧化乙烯)、聚硅氧烷、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、单离子聚合物、聚离子液体-锂盐、纤维素等。
作为示例,无机固态电解质可以包括氧化物固体电解质(晶态的钙钛矿、钠超导离子导体、石榴石、非晶态的LiPON薄膜)、硫化物固体电解质(晶态的锂超离子导体(锂锗磷硫、硫银锗矿)、非晶体硫化物)以及卤化物固体电解质、氮化物固体电解质及氢化物固体电解质中的一种或多种。
作为示例,复合固态电解质通过在聚合物固体电解质中增加无机固态电解质填料形成。
在一些实施方式中,电极组件为卷绕结构。正极片、负极片卷绕成卷绕结构。
在一些实施方式中,电极组件为叠片结构。
作为示例,正极片、负极片可分别设置多个,多个正极片和多个负极片交替层叠设置。
作为示例,正极片可设置多个,负极片折叠形成多个层叠设置的折叠段,相邻的折叠段之间夹持一个正极片。
作为示例,正极片和负极片均折叠形成多个层叠设置的折叠段。
作为示例,隔离件可设置多个,分别设置在任意相邻的正极片或负极片之间。
作为示例,隔离件可连续地设置,通过折叠或者卷绕方式设置在任意相邻的正极片或负极片之间。
在一些实施方式中,电极组件的形状可以为圆柱状,扁平状或多棱柱状等。
在一些实施方式中,电极组件设有极耳,极耳可以将电流从电极组件导出。极耳包括正极耳和负极耳。
在一些实施方式中,电池单体可以包括外壳。外壳用于封装电极组件及电解质等部件。外壳可以为钢壳、铝壳、塑料壳(如聚丙烯)、复合金属壳(如铜铝复合外壳)或铝塑膜等。
作为示例,电池单体可以为圆柱电池单体、棱柱电池单体、软包电池单体或其它形状的电池单体,棱柱电池单体包括方壳电池单体、刀片形电池单体、多棱柱电池,多棱柱电池例如为六棱柱电池等。
本申请的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。
在一些实施例中,电池可以为电池模块,电池单体有多个时,多个电池单体排列并固定形成一个电池模块。
在一些实施例中,电池可以为电池包,电池包包括箱体和电池单体,电池单体或电池模块容纳于箱体中。
在一些实施例中,箱体可以作为车辆的底盘结构的一部分。例如,箱体的部分可以成为车辆的地板的至少一部分,或者,箱体的部分可以成为车辆的横梁和纵梁的至少一部分。
在一些实施例中,电池可以为储能装置。储能装置包括储能集装箱、储能电柜等。
电池技术的发展要同时考虑多方面的设计因素,例如,能量密度、循环寿命、放电容量、充放电倍率等性能参数,另外,还需要考虑电池单体的可靠性。
在电池技术中,可以在电池单体中设置泄压机构来提高电池单体的可靠性。电池单体上的泄压机构对电池的可靠性有着重要影响。例如,当发生短路、过充等现象时,可能会导致电池单体内部发生热失控从而压力或温度骤升。这种情况下通过泄压机构可以将内部压力及温度向外释放,以降低电池单体发生爆炸、起火的概率。
在一般的电池单体中,电池单体包括外壳和电极组件,电极组件容纳于外壳内,电极组件包括主体部和极耳,沿预设方向,主体部的一端或两端设置有极耳。外壳仅设置一个泄压机构,泄压机构位于外壳沿预设方向的一端,在电池单体热失控时,通过该泄压机构排放外壳内部的排放介质,以达到泄放电池单体内部的压力的目的。在这样的电池单体中,外壳仅设置有一个泄压机构,外壳的泄压能力不足,容易出现泄压不及时的情况,电池单体的可靠性较差。
鉴于此,本申请实施例提供一种电池单体,在外壳上设置第一泄压机构和第二泄压机构,第一泄压机构和第二泄压机构间隔设置,并且使第一泄压机构相较于第二泄压机构更先开启。这样,增强了外壳的泄压能力,在电池单体热失控时,第一泄压机构可以先开启,外壳内部位于第一泄压机构附近的排放介质可以通过第一泄压机构排出,随着外壳内的压力的持续增加和/或开启的第一泄压机构被排放介质封堵,第二泄压机构可以开启,可以通过第二泄压机构继续排出外壳内部的排放介质,降低外壳内部热量和气压积累而加剧热失控反应的风险,提高了电池单体的可靠性。
本申请实施例描述的电池单体适用于电池以及使用电池单体的用电设备。
用电设备可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。车辆可以是燃油汽车、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;航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等;电动玩具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;电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具,例如,电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本申请实施例对上述用电设备不做特殊限制。
以下实施例为了方便说明,以用电设备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。
请参照图2,图2为本申请一些实施例提供的电池100的爆炸图。电池100包括电池单体10和箱体20,电池单体10容纳于箱体20内。
其中,箱体20是容纳电池单体10的部件,箱体20为电池单体10提供容纳空间,箱体20可以采用多种结构。在一些实施例中,箱体20可以包括第一部分201和第二部分202,第一部分201与第二部分202相互盖合,以限定出用于容纳电池单体10的容纳空间。第一部分201和第二部分202可以是多种形状,比如,长方体状、圆柱状等。第一部分201可以是一侧开放的空心结构,第二部分202也可以是一侧开放的空心结构,第二部分202的开放侧盖合于第一部分201的开放侧,则形成具有容纳空间的箱体20。也可以是第一部分201为一侧开放的空心结构,第二部分202为板状结构,第二部分202盖合于第一部分201的开放侧,则形成具有容纳空间的箱体20。第一部分201与第二部分202可以通过密封元件来实现密封,密封元件可以是密封圈、密封胶等。
在电池100中,电池单体10可以是一个、也可以是多个。若电池单体10为多个,多个电池单体10之间可串联或并联或混联,混联是指多个电池单体10中既有串联又有并联。可以是多个电池单体10先串联或并联或混联组成电池模块,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20内。也可以是所有电池单体10之间直接串联或并联或混联在一起,再将所有电池单体10构成的整体容纳于箱体20内。
在一些实施例中,电池100还可以包括汇流部件,多个电池单体10之间可通过汇流部件实现电连接,以实现多个电池单体10的串联或并联或混联。汇流部件可以是金属导体,比如,铜、铁、铝、不锈钢、铝合金等。
请参照图3,图3为本申请一些实施例提供的电池单体10的爆炸图。电池单体10可以包括外壳1、电极组件2和泄压机构3。
外壳1为用于容纳电极组件2及电解质等的部件。作为示例,外壳1可以包括壳体11和端盖12。
壳体11可以是一端形成开口的空心结构,壳体11也可以是相对的两端形成开口的空心结构。壳体11可以是多种形状,比如,圆柱状、棱柱状等。壳体11的材质可以是多种,比如,铜、铁、铝、钢、铝合金、塑料等。
端盖12是封闭壳体11的开口以将电池单体10的内部环境与外部环境隔绝的部件。端盖12与壳体11共同限定出用于容纳电极组件2、电解质以及其他部件的收容空间。端盖12与壳体11可以通过卷封、焊接等方式连接。端盖12的形状可以与外壳1的形状相适配,比如,壳体11为长方体结构,端盖12为与外壳1相适配的矩形板状结构,再如,壳体11为圆柱体结构,端盖12为与壳体11相适配的圆形板状结构。端盖12的材质也可以是多种,比如,铜、铁、铝、钢、铝合金、塑料等,端盖12与壳体11的材质可以相同,也可以不同。
在壳体11为一端形成开口的实施例中,端盖12可以对应设置一个。在壳体11为相对的两端形成开口的实施例中,端盖12可以对应设置两个,两个端盖12分别封闭壳体11的两个开口,两个端盖12与壳体11共同限定出收容空间。
泄压机构3为泄放电池单体10内部的压力的部件,可以是在电池单体10内部压力达到阈值时,通过泄压机构3排出电池单体10内部的排放介质,以达到泄压的目的。排放介质包括但不限于:电解液、被溶解或分裂的正负极片、隔离件的碎片、反应产生的气体、火焰等。泄压机构3可以设置于壳体11,也可以设置于端盖12。电池单体10中可以至少设置两个泄压机构3,可以理解的是,在电池单体10中,泄压机构3可以是两个、三个、四个、五个或者更多。
在一些实施例中,电池单体10还可以包括电极端子4,电极端子4设置外壳1上,电极端子4用于与电极组件2的极耳22电连接,以输入或输出电池单体10的电能。电极端子4可以设置于外壳1的壳体11上,也可以设置于外壳1的端盖12上。电极端子4与极耳22可以直接连接,比如,电极端子4与极耳22直接焊接。电极端子4与极耳22也可以间接连接,比如,电极端子4与极耳22通过集流构件5间接连接。
作为示例,如图3所示,壳体11为相对的两端形成开口的空心结构,壳体11相对的两端均设置有端盖12,壳体11两端的端盖12上均设置有电极端子4,电极组件2相对的两端均形成极耳22,电极组件2一端的极耳22为正极耳,电极组件2另一端的极耳22为负极耳,一个端盖12上的电极端子4与正极耳电连接,另一个端盖12上的电极端子4与负极耳电连接。
请参照图4,图4为图3所示的电池单体10的剖视图。本申请实施例提供一种电池单体10,包括外壳1、第一泄压机构31和第二泄压机构32。外壳1用于容纳电极组件2。第一泄压机构31和第二泄压机构32间隔设置于外壳1,第一泄压机构31相较于第二泄压机构32更先开启。
外壳1可以是圆柱状、棱柱状等,棱柱装置可以是三棱柱、四棱柱、五棱柱、六棱柱等,四棱柱可以包括长方体。第一泄压机构31和第二泄压机构32为电池单体10中的两个泄压机构3,在电池单体10热失控时,第一泄压机构31相较于第二泄压机构32更先泄压开启。第一泄压机构31可以相较于第二泄压机构32更靠近于电极组件2的热失控区域。可以是第一泄压机构31开启预设时间后,第二泄压机构32开启,比如,在第一泄压机构31开启后,外壳1内的压力的持续增加,第二泄压机构32附近的压力达到第二泄压机构32的开启压力后,第二泄压机构32开启。作为示例,预设时间为1 min ~8min,比如,预设时间为1 min、2 min、3min、4 min、5 min、6 min、7 min、8 min等。也可以是第一泄压机构31开启后,第二泄压机构32不开启,比如,在第一泄压机构31开启后,随着外壳1内部的排放物的排出,电极组件2的热失控反应未继续蔓延,第二泄压机构32附近的压力始终未达到第二泄压机构32的开启压力,第二泄压机构32未开启。
第一泄压机构31与外壳1对应的壁部可以一体成型,第一泄压机构31与外壳1对应的壁部也可以分体设置,第一泄压机构31安装于该壁部。第二泄压机构32与外壳1对应的壁部可以一体成型,第二泄压机构32与外壳1对应的壁部也可以分体设置,第二泄压机构32安装于该壁部。
第一泄压机构31和第二泄压机构32间隔设置于外壳1,即第一泄压机构31和第二泄压机构32独立设置,两者存在距离,两者并未接触或直接相连。第一泄压机构31和第二泄压机构32均可以用于泄放电池单体10内部的压力。第一泄压机构31的开启压力与第二泄压机构32的开启压力可以不等,比如,第一泄压机构31的开启压力小于第二泄压机构32的开启压力,以实现第一泄压机构31相较于第二泄压机构32的更先开启。第一泄压机构31的开启压力与第二泄压机构32的开启压力也可以相等,在这种情况下,在电池单体10热失控时,可以是外壳1内部在第一泄压机构31附近的压力高于在第二泄压机构32附近的压力,实现第一泄压机构31相较于第二泄压机构32更先开启。第一泄压机构31的开启压力也可称之为第一泄压机构31的起爆压力,第一泄压机构31刚开启的那一刻外壳1内部位于第一泄压机构31附近的压力即为第一泄压机构31的开启压力。第二泄压机构32的开启压力也可称之为第二泄压机构32的起爆压力,第二泄压机构32刚开启的那一刻外壳1内部位于第二泄压机构32附近的压力。
在确定电池单体10中的第一泄压机构31和第二泄压机构32的开启情况时,可以在常温(25℃±2℃)下将电池单体10用1C满充后静置1小时,然后按照GB/T31485-2015进行针刺实验,使得电池单体10处于热失控状态,利用摄像机记录第一泄压机构31和第二泄压机构32的开启顺序。
在本实施例中,外壳1设置有第一泄压机构31和第二泄压机构32,且第一泄压机构31相较于第二泄压机构32更先开启,在电池单体10热失控时,第一泄压机构31可以先开启,外壳1内部位于第一泄压机构31附近的排放介质可以通过第一泄压机构31排出,随着外壳1内的压力的持续增加和/或开启的第一泄压机构31被排放介质封堵,第二泄压机构32可以开启,可以通过第二泄压机构32继续排出外壳1内部的排放介质,降低外壳1内部热量和气压积累而加剧热失控反应的风险,提高了电池单体10的可靠性。
此外,由于第一泄压机构31相较于第二泄压机构32更先开启,在第一泄压机构31开启后,第二泄压机构32开启前,外壳1内部位于第一泄压机构31排放物仅能通过第一泄压机构31排出,可以降低第一泄压机构31附近的排放物向其他区域扩散而造成热失控加剧的风险。
在一些实施例中,第一泄压机构31的开启压力为P1,第二泄压机构32的开启压力为P2,P2-P1≥0.02Mpa。
在本实施例中,P2-P1可以是0.02Mpa、0.05Mpa、0.08Mpa、0.1Mpa、0.2Mpa、0.3Mpa、0.4Mpa、0.5Mpa、0.6Mpa、0.7Mpa、0.8Mpa、0.9Mpa、1Mpa等中的任意一者点值或任意两者之间的范围值。
测量第一泄压机构31和第二泄压机构32的开启压力的方法:在外壳1位于第一泄压机构31附近外接第一气管,第一气管与外壳1的连接位置与第一泄压机构31之间的最大距离不大于15mm;在外壳1位于第二泄压机构32附近外接第二气管,第二气管与外壳1的连接位置与第二泄压机构32之间的最大距离不大于15mm,第一气管和第二气管分别连接第一气压传感器和第二气压传感器;可以在常温(25℃±2℃)下将电池单体10用1C满充后静置1小时,然后按照GB/T31485-2015进行针刺实验,使得电池单体10处于热失控状态,通过第一气压传感器获得第一泄压机构31刚开启时的压力,以得到第一泄压机构31的开启压力,通过第二气压传感器获得第二泄压机构32刚开启时的气压,以得到第二泄压机构32的开启压力。
在本实施例中,使得第二泄压机构32的开启压力与第一泄压机构31的开启压力存在一定的差值,有利于实现第一泄压机构31相较于第二泄压机构32更先开启。
在一些实施例中,0.05Mpa≤P2-P1≤0.5Mpa。
在本实施例中,P2-P1可以是0.05Mpa、0.08Mpa、0.12Mpa、0.15Mpa、0.18Mpa、0.2Mpa、0.22Mpa、0.25Mpa、0.28Mpa、0.3Mpa、0.32Mpa、0.35Mpa、0.38Mpa、0.4Mpa、0.42Mpa、0.45Mpa、0.48Mpa、0.5Mpa等中的任意一者点值或任意两者之间的范围值。
在本实施例中P2-P1≥0.05Mpa,使得第二泄压机构32的开启压力和第一泄压机构31的开启压力的差值进一步增大,延迟第二泄压机构32的开启,充分利用第一泄压机构31泄压。P2-P1≤0.5Mpa,使得第二泄压机构32的开启压力和第一泄压机构31的开启压力不至于相差过大,降低在第二泄压机构32开启前外壳1被破坏的风险。
在一些实施例中,请继续参照图4,外壳1包括第一壁部13,第一壁部13沿重力方向支撑电极组件2,第一泄压机构31和第二泄压机构32中的至少一者设置于第一壁部13。
第一壁部13为外壳1沿重力方向支撑电极组件2的壁部,第一壁部13可以承担电极组件2的重力。在外壳1中,可以是端盖12为第一壁部13,也可以是壳体11中的一个壁部为第一壁部13。
在本实施例中,可以第一泄压机构31和第二泄压机构32均设置于第一壁部13;也可以是第一泄压机构31设置于第一壁部13,第二泄压机构32未设置于第一壁部13;也可以是第二泄压机构32设置于第一壁部13,第一泄压机构31未设置于第一壁部13。
在本实施例中,由于第一壁部13为外壳1中支撑电极组件2的壁部,第一泄压机构31和第二泄压机构32中的至少一者设置于第一壁部13,使得外壳1内部的排放物可以从外壳1的底部排出。
由于第一壁部13被电极组件2压住,外壳1内部位于第一壁部13附近的区域更容易堵塞憋气,不利于排放介质排出,而将第一泄压机构31和第二泄压机构32中的至少一者设置于第一壁部13,更有利于外壳1内部位于第一壁部13附近的排放介质排出,提高电池单体10的可靠性。
在一些实施例中,请继续参照图4,第一泄压机构31设置于第一壁部13。
在本实施例中,第二泄压机构32可以设置于第一壁部13,也可以不设置第一壁部13。
在本实施例中,第一泄压机构31设置于第一壁部13,外壳1内部位于第一壁部13附近的排放介质可以通过先开启的第一泄压机构31排出,实现电池单体10及时泄压。
在一些实施例中,请继续参照图4,外壳1包括壳体11和两个端盖12,壳体11相对的两端形成有开口,两个端盖12分别封闭壳体11两端的开口,第一壁部13形成于壳体11。
可以理解的是,壳体11为相对的两端形成有开口的空心结构。若第一泄压机构31和第二泄压机构32中仅一者设置于第一壁部13,另一者可以设置于壳体11的其他壁部或设置于一个端盖12。
外壳1的两个端盖12沿第一方向X相对设置,在电极组件2为卷绕结构的实施例中,电极组件2的卷绕中心线的延伸方向可以平行第一方向X。
在本实施例中,第一壁部13形成壳体11,壳体11可以为设置于第一壁部13的泄压机构3提供更多的空间,降低该泄压机构3的成型难度。
需要说明的是,在其他实施例中,在外壳1中的端盖12为两个的情况下,也可以是一个端盖12为起到支撑电极组件2的作用的第一壁部13。
在一些实施例中,请参照图5,图5为图4所示的电池单体10的A向视图,第一泄压机构31和第二泄压机构32均设置于第一壁部13。
第一泄压机构31与第一壁部13可以一体成型,也可以分体设置并连接,比如,焊接。第二泄压机构32与第一壁部13可以一体成型,也可以分体设置并连接,比如,焊接。在第一泄压机构31和第二泄压机构32均与第一壁部13分体设置的情况下,沿第一壁部13的厚度方向,第一泄压机构31和第二泄压机构32可以安装于第一壁部13的同一侧,也可以分别安装于第一壁部13的不同侧。
作为示例,沿第一方向X,第一泄压机构31和第二泄压机构32间隔设置。
在本实施例中,第一泄压机构31和第二泄压机构32均设置于第一壁部13,使得壳体11具有更强的泄压能力,使得外壳1内部位于第一壁部13附近的排放介质能够更为快速的排出。在电池单体10热失控时,外壳1内部的排放介质可以从壳体11的侧部排出,降低排放物对位于端盖12外侧的外部部件造成破坏的风险。外部部件可以是连接于电极端子4的汇流部件、温度检测元件、电压检测元件等。
在一些实施例中,请参照图6和图7,图6为本申请另一些实施例提供的电池单体10的爆炸图;图7为图6所示的电池单体10的剖视图。第一泄压机构31和第二泄压机构32中的一者设置于第一壁部13,另一者设置于一个端盖12。
可以是第一泄压机构31设置于第一壁部13,第二泄压机构32设置于一个端盖12;也可以是第二泄压机构32设置于第一壁部13,第一泄压机构31设置于一个端盖12。
作为示例,在图6和图7中,第一泄压机构31设置于第一壁部13,第二泄压机构32设置于一个端盖12。沿第一方向X,第一泄压机构31在第一壁部13上可以居中设置,第一泄压机构31的中点位置也可以偏离第一壁部13的中点位置。
在本实施例中,壳体11和一个端盖12均具有泄压能力,在电池单体10热失控使得第一泄压机构31和第二泄压机构32均开启时,电池单体10内部的排放介质可以从外壳1的侧部和端部排出。
在一些实施例中,请照图7和图8,图8为图7所示的壳体11的结构示意图。两个端盖12沿第一方向X相对设置,电极组件2包括主体部21和极耳22,沿第一方向X,主体部21的至少一端设置有极耳22。壳体11包括第二壁部14,第二壁部14与第一壁部13相对设置,第一壁部13沿重力方向支撑主体部21,第二壁部14与主体部21之间形成有通道间隙17,通道间隙17被配置为连通外壳1内部沿第一方向X位于主体部21两端的空间,第一方向X与重力方向相交。
沿第一方向X,主体部21可以仅一端设置有极耳22,也可以两端均设置有极耳22。
作为示例,在图7中,主体部21沿第一方向X的两端均设置有极耳22,一端的极耳22为正极耳,另一端的极耳22为负极耳。两个端盖12上均设置有电极端子4,一个端盖12上的电极端子4与正极耳电连接,另一个端盖12上的电极端子4与负极耳电连接。第一方向X与重力方向可以垂直,也可以呈锐角或钝角设置。
电极组件2可以包括正极片、负极片和隔离件,电极组件2可以是由正极片、隔离件和负极片通过卷绕形成的卷绕结构,也可以是由正极片、隔离件负极片通过层叠布置形成的叠片结构。主体部21可以是电极组件2中与极片涂覆有活性物质层的区域对应的部分。正极耳可以是正极片未涂覆正极活性物质层的部分,负极耳可以是负极片未涂覆负极活性物质层的部分。
第一壁部13和第二壁部14为外壳1相对的两个壁部,第一壁部13为外壳1沿重力方向支撑主体部21的壁部,第一壁部13和第二壁部14的厚度可以相等,也可以不等。第一壁部13可以直接与主体部21接触,以支撑主体部21;也可以在第一壁部13和主体部21之间设置中间件,第一壁部13通过中间件支撑主体部21。中间件可以是设置于第一壁部13和主体部21之间的绝缘件。
通道间隙17形成于第二壁部14与主体部21之间,外壳1内部沿第一方向X位于主体部21两端的空间分别为第一空间171和第二空间172,第一空间171形成于主体部21的一端与一个端盖12之间,第二空间172形成于主体部21的一端与另一个端盖12之间,通道间隙17连通第一空间171和第二空间172。在电池单体10热失控时,第一空间171和第二空间172中的一者的排放介质可以通过间隙流向另一者。
作为示例,如图8所示,壳体11还可以包括第三壁部15和第四壁部16,第一壁部13和第二壁部14沿第二方向Y相对设置,第二方向Y平行于重力方向,第三壁部15和第四壁部16沿第三方向Z相对设置,第一壁部13、第三壁部15、第二壁部14和第四壁部16首尾依次连接,第一方向X、第二方向Y、第三方向Z两两垂直。其中,第一壁部13的内表面与第二壁部14的内表面之间的距离大于第三壁部15的内表面与第四壁部16的内表面之间的距离。在一些实施例中,第三壁部15的厚度和第四壁部16的厚度均小于第一壁部13的厚度,第二壁部14的厚度等于第一壁部13的厚度;在另一些实施例中,第一壁部13、第二壁部14、第三壁部15和第四壁部16四者的厚度相等。
在本实施例中,由于第二壁部14与主体部21之间形成有通道间隙17,且通道间隙17连通外壳1内部沿第一方向X位于主体部21两端的空间,外壳1内部位于主体部21两端的排放介质可以通过通道间隙17相互流动,有利于外壳1内部的排放介质快速排出。比如,第一泄压机构31和第二泄压机构32均设置于第一壁部13,或者第一泄压机构31设置于端盖12,第二泄压机构32设置于第一壁部13,在第一泄压机构31开启,且第二泄压机构32未开启时,主体部21靠近第一泄压机构31的一端附近堆积的排放介质可以通过第一泄压机构31排出,主体部21远离第一泄压机构31的一端附近堆积的排放介质可以通过通道间隙17流向主体部21靠近第一泄压机构31的一端,并最终通过第一泄压机构31排出,使得电池单体10内部的排放介质能够快速排出,进而提高电池单体10的泄压及时性。
在一些实施例中,请参照图9-图11,图9为本申请一些实施例提供的电池单体10(壳体11的一端形成开口)的轴测图;图10为图9所示的电池单体10的爆炸图;图11为图10所示的壳体11的结构示意图。外壳1包括壳体11和端盖12,壳体11一端形成有开口,端盖12封闭开口。其中,端盖12为第一壁部13;或,壳体11与端盖12相对的壁部为第一壁部13。
其中,壳体11沿第一方向X的一端形成开口,沿第一方向X,壳体11具有与端盖12相对的一个壁部。在电极组件2为卷绕结构的实施例中,电极组件2的卷绕中心线的延伸方向可以平行第一方向X。
在端盖12为第一壁部13的实施例中,端盖12沿重力方向支撑电极组件2,第一泄压机构31和第二泄压机构32中的至少一者设置于端盖12。以第一泄压机构31设置于端盖12为例,第二泄压机构32可以设置于端盖12,第二泄压机构32也可以设置于壳体11。
在壳体11与端盖12相对的壁部为第一壁部13的实施例中,壳体11与端盖12相对的壁部沿重力方向支撑电极组件2,第一泄压机构31和第二泄压机构32中的至少一者设置于壳体11与端盖12相对的壁部。以第一泄压机构31设置于壳体11与端盖12相对的壁部为例,第二泄压机构32可以设置于端盖12,第二泄压机构32也可以设置于壳体11围绕开口设置的壁部。
作为示例,电极组件2包括主体部21和极耳22,沿第一方向X,主体部21的一端设置有两个极耳22,两个极耳22分别为正极耳和负极耳。端盖12上设置有两个电极端子4,一个电极端子4与正极耳通过一个集流构件5电连接,另一个电极端子4与负极耳通过另一个集流构件5电连接。
在图9-图11示出的实施例中,沿第一方向X,壳体11与端盖12相对的壁部为第一壁部13,壳体11包括第二壁部14,第二壁部14的一端连接第一壁部13,第二壁部14的另一端延伸至壳体11的开口,第一泄压机构31设置于第一壁部13,第二泄压机构32设置于第二壁部14。在其他实施例中,也可以是第二泄压机构32设置于第一壁部13,第一泄压机构31设置于第二壁部14。
作为示例,壳体11还可以包括第三壁部15、第四壁部16、第五壁部18,第二壁部14、第三壁部15、第四壁部16和第五壁部18首尾依次连接,第二壁部14、第三壁部15、第四壁部16和第五壁部18围设于第一壁部13的周围,第二壁部14与第四壁部16沿第二方向Y相对设置,第三壁部15与第五壁部18沿第三方向Z相对设置,第一方向X、第二方向Y和第三方向Z两两垂直。其中,第二壁部14的内表面与第四壁部16的内表面之间的距离大于第三壁部15的内表面与第五壁部18的内表面之间的距离。
若端盖12为第一壁部13,端盖12位于外壳1的底部,并支撑电极组件2,电池单体10热失控时,外壳1内部的排放介质可以通过位于外壳1底部的端盖12排出;若壳体11与端盖12相对的壁部为第一壁部13,该壁部位于外壳1的底部,并支撑电极组件2,电池单体10热失控时,外壳1内部的排放介质可以通过位于外壳1底部的底部排出。
在一些实施例中,请参照图12,图12为本申请另一些实施例提供的电池单体10(壳体11的一端形成开口)的轴测图。第一泄压机构31和第二泄压机构32中的一者设置于端盖12,另一者设置于壳体11与端盖12相对的壁部。
可以是第一泄压机构31设置于端盖12,第二泄压机构32设置于壳体11与端盖12相对的壁部;也可以是第二泄压机构32设置于端盖12,第一泄压机构31设置于壳体11与端盖12相对的壁部。
作为示例,在图12中,壳体11与端盖12相对的壁部为第一壁部13,第一泄压机构31设置于第一壁部13,第二泄压机构32设置于端盖12。
在本实施例中,电池单体10热失控时,外壳1内部堆积在电极组件2两端的排放介质可以从外壳1相对的两端快速排出,增强了电池单体10的泄压能力。
在一些实施例中,请参照图12-图16,图13为本申请一些实施例提供的电池单体10(壳体11相对的两端形成开口)的轴测图;图14为本申请另一些实施例提供的电池单体10(壳体11相对的两端形成开口)的轴测图;图15为本申请再一些实施例提供的电池单体10(壳体11相对的两端形成开口)的轴测图;图16为本申请又一些实施例提供的电池单体10(壳体11相对的两端形成开口)的轴测图。外壳1包括壳体11和端盖12,沿第一方向X,壳体11的至少一端形成有开口,端盖12与开口一一对应,端盖12封闭开口。外壳1具有第一半区1a和第二半区1b,沿第一方向X,外壳1的中截面W到外壳1的一端的部分为第一半区1a,外壳1的中截面W到外壳1的另一端的部分为第二半区1b,中截面W垂直于第一方向X。其中,第一泄压机构31设置于第一半区1a,第二泄压机构32设置于第二半区1b。
在本实施例中,外壳1可以是圆柱状、棱柱状等。壳体11可以是一端形成开口的空心结构,也可以是相对的两端形成开口的空心结构。沿第一方向X,中截面W位于外壳1的中间位置,中截面W到外壳1两端的距离相等。
在本实施例中,壳体11的第一半区1a和第二半区1b均设置有泄压机构3,在第一泄压机构31开启后,第一半区1a的排放介质可以通过第一泄压机构31排出,在第二泄压机构32开启后,第二半区1b的排放物可以通过第二泄压机构32排出,提高了电池单体10的泄压及时性。
在一些实施例中,沿第一方向X,外壳1的长度为L,L≥80mm。
沿第一方向X,外壳1具有相对的两个端面,两个端面之间的最大距离即为外壳1的长度,中截面W到该两端面的距离相等。若外壳1的两个端面为平面,则以两个端面为基准测量出外壳1的长度;若外壳1的一个或两个端面形成有凸部或凹部,则以该端面的平面区域为基准测量出外壳1的长度。在壳体11为一端形成开口的空心结构的实施例中,可以是端盖12沿第一方向X面向外壳1外部的表面为外壳1的一个端面,壳体11与端盖12相对的壁部沿第一方向X面向外壳1外部的表面为外壳1的另一个端面。在壳体11为相对的两端形成开口的空心结构的实施例中,可以是一个端盖12沿第一方向X面向外壳1外部的表面为外壳1的一个端面,另一个端盖12沿第一方向X面向外壳1外部的表面为外壳1的另一个端面。
在本实施例中,L可以是80mm、100mm、140mm、160mm、180mm、200mm、240mm、260mm、280mm、300mm、340mm、360mm、380mm、400mm、440mm、460mm、480mm、500mm、540mm、560mm、580mm、600mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
在本实施例中,L≥80mm,有利于实现电池单体10的大容量要求。此外,当L≥80mm时,在第一半区1a和第二半区1b分别设置第一泄压机构31和第二泄压机构32,则可以缓解电池单体10泄压不及时的情况。
在一些实施例中,L≥160mm。
在本实施例中,L可以是160mm、170 mm、180mm、190 mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm、290mm、300mm、310mm、320mm、330mm、340mm、350mm、360mm、370mm、380mm、390mm、400mm、410mm、420mm、430mm、440mm、450mm、460mm、470mm、480mm、490mm、500mm、510mm、520mm、530mm、540mm、550mm、560mm、570mm、580mm、590mm、600mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
对于一般的电池单体10而言,当外壳1的长度大于等于160mm时,电池单体10的泄压能力较差,很容易出现泄压不及时的情况。而在本申请实施例中,第一泄压机构31设置于外壳1的第一半区1a,第二泄压机构32设置于外壳1的第二半区1b,且第一泄压机构31相较于第二泄压机构32更先开启,即使在外壳1的长度大于等于160mm的情况下,电池单体10也能够实现及时泄压。
在一些实施例中,请继续参照图13-图16,沿第一方向X,壳体11相对的两端形成有开口,两个端盖12分别封闭壳体11两端的开口,两个端盖12分别位于第一半区1a和第二半区1b。第一泄压机构31和第二泄压机构32分别设置于两个端盖12;或,第一泄压机构31和第二泄压机构32均设置于壳体11;或,第一泄压机构31设置于位于第一半区1a的端盖12,第二泄压机构32设置于壳体11位于第二半区1b的部分;或,第一泄压机构31设置于壳体11位于第一半区1a的部分,第二泄压机构32设置于位于第二半区1b的端盖12。
可以理解的是,壳体11的一部分位于第一半区1a,壳体11的另一部分位于第二半区1b。
在图13示出的实施例中,第一泄压机构31和第二泄压机构32分别位于两个端盖12,以实现第一泄压机构31和第二泄压机构32分别位于第一半区1a和第二半区1b。
在图14示出的实施例中,第一泄压机构31和第二泄压机构32均设置于壳体11,第一泄压机构31设置于壳体11位于第一半区1a的部分,第二泄压机构32设置于壳体11位于第二半区1b的部分,以实现第一泄压机构31和第二泄压机构32分别位于第一半区1a和第二半区1b。第一泄压机构31和第二泄压机构32可以分别设置于壳体11的两个壁部,也可以设置于壳体11的同一个壁部,比如,第一泄压机构31和第二泄压机构32均设置于壳体11用于支撑电极组件2的第一壁部13。
在图15示出的实施例中,第一泄压机构31设置于位于第一半区1a的端盖12,第二泄压机构32设置于壳体11位于第二半区1b的部分,以实现第一泄压机构31和第二泄压机构32分别位于第一半区1a和第二半区1b。
在图16示出的实施例中,第一泄压机构31设置于壳体11位于第一半区1a的部分,第二泄压机构32设置于位于第二半区1b的端盖12。
若第一泄压机构31和第二泄压机构32分别设置于两个端盖12,外壳1内部堆积在电极组件2两端的排放介质可以从外壳1相对的两端快速排出。若第一泄压机构31和第二泄压机构32均设置于壳体11,外壳1内部的排放介质可以从外壳1的侧部排出,降低排放物对位于端盖12外侧的外部部件造成破坏的风险。若第一泄压机构31和第二泄压机构32中的一者设置于端盖12,另一者设置于壳体11,外壳1内部的排放介质可以从外壳1的侧部和端部排出。
在一些实施例中,请继续参照图13-图16,电池单体10还包括极性相反的第一电极端子41和第二电极端子42,第一电极端子41和第二电极端子42均与电极组件2(图13-图16未示出)电连接,第一电极端子41和第二电极端子42分别设置于两个端盖12。
作为示例,沿第一方向X,电极组件2的主体部21相对的两端均设置有极耳22,主体部21一端的极耳22为正极耳,另一端为负极耳,正极耳和负极耳中的一者与第一电极端子41电连接,另一者为第二电极端子42电连接。
两个端盖12分别设置有第一电极端子41和第二电极端子42,降低了第一电极端子41和第二电极端子42在装配过程中发生彼此干涉的风险,以及降低了第一电极端子41和第二电极端子42短接的风险。如图13所示,在第一泄压机构31和第二泄压机构32分别设置于两个端盖12的实施例中,第一泄压机构31可以与第一电极端子41共同一个端盖12的空间,第一泄压机构31不需要占用该端盖12外侧的更多空间,第二泄压机构32可以与第二电极端子42共用另一个端盖12的空间,第二泄压机构32不需要占用该端盖12外侧的更多空间。
在一些实施例中,请继续参照图12,沿第一方向X,壳体11的一端形成有开口,第一泄压机构31和第二泄压机构32中的一者设置于端盖12,另一者设置于壳体11。
可以是第一泄压机构31设置于端盖12,第二泄压机构32设置于壳体11;也可以是第二泄压机构32设置于端盖12,第一泄压机构31设置于壳体11。
作为示例,在图12中,第一泄压机构31设置于壳体11,第二泄压机构32设置于端盖12。
在本实施例中,壳体11和端盖12具有泄压能力,在电池单体10热失控时,电池单体10内部的排放物可以从不同的方向排出。
在一些实施例中,请继续参照图12,沿第一方向X,壳体11包括与端盖12相对设置的第一壁部13,端盖12和第一壁部13中的一者位于第一半区1a,另一者位于第二半区1b。第一泄压机构31和第二泄压机构32中的一者设置于端盖12,另一者设置于第一壁部13。
可以是第一泄压机构31设置于端盖12,第二泄压机构32设置于第一壁部13;也可以是第二泄压机构32设置于端盖12,第一泄压机构31设置于第一壁部13。
作为示例,在图12中,第一泄压机构31设置于第一壁部13,第二泄压机构32设置于端盖12。其中,第一壁部13位于壳体11的底部并沿重力方向支撑主体部21(图12未示出)。
在本实施例中,端盖12和第一壁部13均设置有泄压机构3,电池单体10热失控时,外壳1内部堆积在电极组件2两端的排放介质可以从外壳1相对的两端快速排出,增强了电池单体10的泄压能力。
在一些实施例中,请继续参照图12,电池单体10还包括极性相反的第一电极端子41和第二电极端子42,第一电极端子41和第二电极端子42均与电极组件2电连接,第一电极端子41和第二电极端子42均设置于端盖12。
沿第一方向X,主体部21的一端设置有两个极耳22(图12未示出),两个极耳22分别为正极耳和负极耳,正极耳和负极耳中的一者与第一电极端子41电连接,另一者与第二电极端子42电连接。
在本实施例中,第一电极端子41和第二电极端子42均设置于端盖12,降低了第一电极端子41和第二电极端子42的装配难度,更容易第一电极端子41和第二电极端子42与外部部件电连接,外部部件可以是实现多个电池单体10电连接的汇流部件。此外,第一电极端子41和第二电极端子42可以与端盖12上的泄压机构3共用端盖12的空间,该泄压机构3不需要占用端盖12外侧的更多空间。
在一些实施例中,请参照图17,图17为本申请一些实施例提供的外壳1的结构示意图。外壳1包括第一壁部13,第一泄压机构31和第二泄压机构32均设置于第一壁部13,第一泄压机构31设置有第一刻痕槽311,第二泄压机构32设置有第二刻痕槽321。第一刻痕槽311和第二刻痕槽321沿第一方向X间隔设置,沿第一方向X,外壳1的长度为L,第一刻痕槽311的最大跨度为L1,第二刻痕槽321的最大跨度为L2, 0.2≤(L1+L2)/L≤0.6。
可以理解的是,第一泄压机构31和第二泄压机构32设置于外壳的同一壁部上。
沿第一方向X,外壳1具有相对的两个端面,两个端面之间的最大距离即为外壳1的长度。在壳体11为一端形成开口的空心结构的实施例中,可以是端盖12沿第一方向X面向外壳1外部的表面为外壳1的一个端面,壳体11与端盖12相对的壁部沿第一方向X面向外壳1外部的表面为外壳1的另一个端面。在壳体11为相对的两端形成开口的空心结构的实施例中,可以是一个端盖12沿第一方向X面向外壳1外部的表面为外壳1的一个端面,另一个端盖12沿第一方向X面向外壳1外部的表面为外壳1的另一个端面。作为示例,在图17中,外壳1中的端盖12为两个,两个端盖12的外表面即为外壳1沿第一方向X相对的两个端面。
第一刻痕槽311沿第一方向X的最大跨度即为第一刻痕槽311沿第一方向X相距最远的两个位置之间的距离。第二刻痕槽321沿第一方向X的最大跨度即为第二刻痕槽321沿第一方向X相距最远的两个位置之间的距离。可以是L1=L2,也可以是L1>L2,也可以是L1<L2。
第一刻痕槽311和/或第二刻痕槽321可以是沿封闭轨迹延伸的槽,封闭轨迹可以是圆形、矩形等;第一刻痕槽311和/或第二刻痕槽321也可以是沿非封闭轨迹的槽,非封闭轨迹可以是直线形、圆弧形、U形、H形、V形、L形、Y形、X形等。第一刻痕槽311可以设置于第一泄压机构31的内侧(第一泄压机构31沿第一壁部13的厚度方向面向电极组件2的一侧),第一刻痕槽311也可以设置于第一泄压机构31的外侧(第一泄压机构31沿第一壁部13的厚度方向背离电极组件2的一侧);第二刻痕槽321可以设置于第二泄压机构32的内侧(第二泄压机构32沿第一壁部13的厚度方向面向电极组件2的一侧),第二刻痕槽321也可以设置于第二泄压机构32的外侧(第二泄压机构32沿第一壁部13的厚度方向背离电极组件2的一侧)。
在本实施例中,(L1+L2)/L可以是0.2、0.23、0.25、0.28、0.3、0.33、0.35、0.38、0.4、0.43、0.45、0.48、0.5、0.53、0.55、0.58、0.6等中的任意一者点值或任意两者之间的范围值。
在本实施例中,(L1+L2)/L≥0.2,有利于增大第一壁部13上的第一泄压机构31和第二泄压机构32的总泄压面积,有利于提高电池单体10的泄压速率。(L1+L2)/L≤0.6,使得第一刻痕槽311和第二刻痕槽321沿第一方向X的最大跨度之和不至于过大,减小第一泄压机构31和第二泄压机构32沿第一方向X的尺寸,有利于提高第一壁部13的强度。
在一些实施例中,请参照图17和图18,图18为图17所示的外壳1的B-B剖视图。外壳1包括第一壁部13,第一泄压机构31和第二泄压机构32均设置于第一壁部13,第一壁部13具有背离电极组件2(图17和图18未示出)的第一外表面131,第一外表面131的面积为S,第一泄压机构31的预定泄压面积为S1,第二泄压机构32的预定泄压面积为S2,满足:0.05≤(S1+S2)/S≤0.55。
第一泄压机构31的预定泄压面积即为第一泄压机构31预定能够打开的最大面积;第二泄压机构32的预定泄压面积即为第二泄压机构32预计能够打开的最大面积。可以是S1= S2,也可以是S1<S2,还可以是S1>S2。
以第一壁部13为长方形壁部为例,第一外表面131为长方形,测量出第一外表面131的长和宽,并将第一外表面131的长和宽相乘则可以计算出第一外表面131的面积。
第一泄压机构31与第一壁部13可以一体成型,也可以分体设置。第二泄压机构32与第一壁部13可以一体成型,也可以分体设置。若第一泄压机构31与第一壁部13分体设置,可以在第一壁部13设置第一泄压孔,第一泄压机构31安装于第一壁部13,并覆盖第一泄压孔。若第二泄压机构32与第一壁部13分体设置,可以在第一壁部13设置第二泄压孔,第二泄压机构32安装于第二壁部14,并覆盖第二泄压孔。
作为示例,在图18中,外壳1包括第一壁部13、第二壁部14、第三壁部15和第四壁部16,第一壁部13、第三壁部15、第二壁部14和第四壁部16首尾依次连接,以形成两端具有开口的壳体11。第三壁部15具有背离电极组件2的第二外表面151,第四壁部16具有背离电极组件2的第三外表面161,第一外表面131与第二外表面151可以通过一个圆角面连接,第一外表面131与第三外表面161可以通过另一个圆角面连接。
在本实施例中,(S1+S2)/S可以是0.05、0.1、0.13、0.15、0.18、0.2、0.23、0.25、0.28、0.3、0.33、0.35、0.38、0.4、0.43、0.45、0.48、0.5、0.53、0.55等中的任意一者点值或任意两者之间的范围值。
在本实施例中,(S1+S2)/S≥0.05,使得第一泄压机构31和第二泄压机构32的总泄压面积较大,有利于提高电池单体10的泄压速率,提高电池单体10的泄压及时性;(S1+S2)/S≤0.55,有利于提高第一壁部13的强度。
在一些实施例中,0.15≤(S1+S2)/S≤0.35。
在本实施例中,(S1+S2)/S可以是0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.2、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35等中的任意一者点值或任意两者之间的范围值。
在一些实施例中,请参照图19,图19为图18所示的外壳1的C处的局部放大图。第一泄压机构31包括第一薄弱区312和第一泄压区313,第一泄压区313被配置为能够在第一薄弱区312裂开时打开,第一泄压区313的面积为S1。
第一薄弱区312为第一泄压机构31中更为薄弱的区域。可以通过多种方式在第一泄压机构31上形成第一薄弱区312,比如,对第一泄压机构31的局部区域进行退火处理,使该区域的强度降低,以对应形成第一薄弱区312,再如,在第一泄压机构31上加工出槽,以在该槽的区域对应形成第一薄弱区312。
第一泄压区313可以是由第一薄弱区312限定出的区域,在第一薄弱区312裂开时,第一泄压区313可以以翻转或脱离的方式打开,第一泄压区313的面积即为第一泄压机构31的预定泄压面积。
在第一泄压机构31与第一壁部13一体成型的实施例,第一薄弱区312和第一泄压区313可以与第一壁部13一体成型,以实现第一泄压机构31与第一壁部13一体成型。在第一泄压机构31与第一壁部13分体设置的实施例中,第一泄压机构31可以是呈片状的防爆片,防爆片局部形成第一薄弱区312。
在本实施例中,在第一泄压机构31开启时,第一泄压区313能够第一薄弱区312为边界打开,增大了第一泄压机构31的泄压面积。
在一些实施例中,第一泄压机构31设置有第一刻痕槽311,第一泄压机构31在设置第一刻痕槽311的区域形成第一薄弱区312。
在本实施例中,第一刻痕槽311可以是沿封闭轨迹延伸的槽;第一刻痕槽311也可以是沿非封闭轨迹延伸的槽,非封闭轨迹可以是圆弧形、U形、H形、V形、L形、Y形、X形等。在第一泄压机构31设置第一刻痕槽311后,第一泄压机构31对应第一刻痕槽311区域剩余的部分即为第一薄弱区312。
在本实施例中,通过在第一泄压机构31上设置第一刻痕槽311的方式形成第一薄弱区312,第一薄弱区312的成型方式简单,降低了第一薄弱区312的成型难度。
在一些实施例中,请参照图20,图20为本申请一些实施例提供的第一壁部13的局部视图。第一刻痕槽311为沿封闭轨迹延伸的槽,第一刻痕槽311环绕第一泄压区313设置。
作为示例,如图20所示,第一刻痕槽311包括两个第一圆弧段3111和两个第一直线段3112,两个第一直线段3112平行设置,一个第一圆弧段3111、一个第一直线段3112、另一个第一圆弧段3111和另一个第一直线段3112首尾依次连接,两个第一圆弧段3111的圆心角均为180°。第一泄压区313的面积(第一泄压机构31的预定泄压面积)为S1,S1=a×b +π×a2/4。其中,a为一个第一直线段3112的内侧与另一个第一直线段3112的内侧之间的距离,b为第一直线段3112的长度,a和b均可以在第一刻痕槽311的槽口所在的表面测得。
在本实施例中,第一刻痕槽311为沿封闭轨迹延伸的槽,在第一泄压机构31开启过程中,第一泄压区313可以脱离外壳1,增大了第一泄压机构31的泄压面积,提高了电池单体10的泄压速率。
在一些实施例中,请参照图21和图22,图21为本申请另一些实施例提供的第一壁部13的局部视图;图22为本申请再一些实施例提供的第一壁部13的局部视图。刻痕槽为沿非封闭轨迹延伸的槽。
作为示例,如图21所示,第一刻痕槽311为H形槽,第一刻痕槽311包括第二直线段3113和两个第三直线段3114,两个第三直线段3114平行设置,第二直线段3113的一端连接于一个第三直线段3114的中点位置,第二直线段3113的另一端连接于另一个第三直线段3114的中点位置。第一泄压区313的面积(第一泄压机构31的预定泄压面积)为S1,S1=2×c×d。其中,c为一个第三直线段3114的内侧与另一个第三直线段3114的内侧之间的距离,d为第三直线段3114的一端与第二直线段3113面向该端的一侧之间的距离,c和d均可以在第一刻痕槽311的槽口所在的表面测得。
作为示例,如图22所示,第一刻痕槽311为双Y形槽,第一刻痕槽311包括第四直线段3115和第五直线段3116,第四直线段3115的两端均连接有呈非零夹角设置两个第五直线段3116,沿第四直线段3115的长度方向,位于第四直线段3115一端的两个第五直线段3116与位于第四直线段3115另一端的两个第五直线段3116对称设置,沿第四直线段3115的宽度方向,位于第四直线段3115一侧的两个第五直线段3116与位于第四直线段3115另一侧的两个第五直线段3116对称设置。沿第四直线段3115的长度方向,两个第五直线段3116的自由端的连线为第一连线3117;沿第四直线段3115的宽度方向,两个第五直线段3116的自由端的连线为第二连线3118。第一泄压区313的面积(第一泄压机构31的预定泄压面积)为S1,S1=(f+g)×e + k×h。其中,f为第四直线段3115的长度,g为第一连线3117的长度,e为第一连线3117与第四直线段3115面向第一连线3117的一侧之间的距离,k为第二连线3118的长度,h为位于第四直线段3115面向第二连线3118的一端的两个第五直线段3116的连接位置与第二连线3118的距离,f、g、e、k和h均可以在第一刻痕槽311的槽口所在的表面测得。
在一些实施例中,第二泄压机构32包括第二薄弱区和第二泄压区,第二泄压区被配置为能够在第二薄弱区裂开时打开,第二泄压区的面积为S2。
第二薄弱区为第二泄压机构32中更为薄弱的区域。可以通过多种方式在第二泄压机构32上形成第二薄弱区,比如,对第二泄压机构32的局部区域进行退火处理,使该区域的强度降低,以对应形成第二薄弱区,再如,在第二泄压机构32上加工出槽,以在该槽的区域对应形成第二薄弱区。
第二薄弱区的厚度与第一薄弱区312的厚度可以相等,也可以不等。比如,第一薄弱区312的厚度小于第二薄弱区的厚度。
第二泄压区可以是由第二薄弱区限定出的区域,在第二薄弱区裂开时,第二泄压区可以以翻转或脱离的方式打开,第二泄压区的面积即为第二泄压机构32的预定泄压面积。
在第二泄压机构32与第一壁部13一体成型的实施例,第二薄弱区和第二泄压区可以与第一壁部13一体成型,以实现第二泄压机构32与第一壁部13一体成型。在第二泄压机构32与第一壁部13分体设置的实施例中,第二泄压机构32可以是呈片状的防爆片,防爆片局部形成第二薄弱区。
在第二泄压机构32开启时,第二泄压区能够以第二薄弱区为边界打开,增大了第二泄压机构32的泄压面积。
在一些实施例中,第二泄压机构32设置有第二刻痕槽321,第二泄压机构32在设置第二刻痕槽321的区域形成第二薄弱区。
在本实施例中,第二刻痕槽321可以是沿封闭轨迹延伸的槽;第二刻痕槽321也可以是沿非封闭轨迹延伸的槽。在第二泄压机构32设置第一刻痕槽311后,第二泄压机构32对应第一刻痕槽311的区域剩余的部分即为第二薄弱区。
在本实施例中,通过在第二泄压机构32上设置第二刻痕槽321的方式形成第二薄弱区,第二薄弱区的成型方式简单,降低了第二薄弱区的成型难度。
在一些实施例中,第二刻痕槽321为沿封闭轨迹延伸的槽,第二刻痕槽321环绕第二泄压区设置。
在本实施例中,第二刻痕槽321与第一刻痕槽311的形状可以相同,第二泄压区的形状可以与第一泄压区313的形状也可以相同,第二泄压区的计算方法与第一泄压区313的计算方法可以相同,在此不再赘述。
在第二泄压机构32开启过程中,第二泄压区可以脱离外壳1,增大了第二泄压机构32的泄压面积,提高了电池单体10的泄压速率。
在一些实施例中,第二刻痕槽321为沿非封闭轨迹延伸的槽。
在本实施例中,第二刻痕槽321与第一刻痕槽311的形状可以相同,比如,两者均为H形槽或双Y形槽。第二泄压区的形状与第一泄压区313的形状也可以相同,第二泄压区的计算方法与第一泄压区313的计算方法可以相同,在此不再赘述。
在一些实施例中,第一泄压机构31的预定泄压面积为S1,第二泄压机构32的预定泄压面积为S2,满足:S1-S2≥50mm2。
S1-S2可以是50mm2、80mm2、100mm2、120mm2、150mm2、180mm2、200mm2、等中的任意一者点值或任意两者之间的范围值。
在本实施例中,S1-S2≥50mm2,有利于实现第一泄压机构31相较于第二泄压机构32更先开阀。在电池单体10热失控时,可以先通过泄压面积较大的第一泄压机构31泄压,降低外壳1内部压力或温度快速升高的风险,提高了电池单体10的可靠性。
在一些实施例中,S1-S2≥100mm2。
在本实施例中,S1-S2可以是100mm2、110mm2、120mm2、130mm2、140mm2、150mm2、160mm2、170mm2、180mm2、190mm2、200mm2等中的任意一者点值或任意两者之间的范围值。
本申请实施例提供一种电池100,包括上述任意一个实施例提供的电池单体10。
本申请实施例提供一种用电设备,包括上述任意一个实施例提供的电池单体10,电池单体10用于给用电设备提供电能。
请参照图3和图4,本申请实施例还提供一种电池单体10,电池单体10包括外壳1、电极组件2、第一泄压机构31和第二泄压机构32,电极组件2容纳于外壳1内,第一泄压机构31和第二泄压机构32设置于外壳1,第一泄压机构31相较于第二泄压机构32更先开启。外壳1包括壳体11和两个端盖12,壳体11沿第一方向X相对的两端形成开口,两个端盖12分别封闭壳体11两端的开口。电极组件2包括主体部21和极耳22,沿第一方向X,主体部21相对的两端均设置有极耳22,一个端盖12设置有第一电极端子41,另一个端盖12设置有第二电极端子42,主体部21一端的极耳22与第一电极端子41电连接,主体部21另一端的极耳22与第二电极端子42电连接。壳体11包括第一壁部13和第二壁部14,第一壁部13沿重力方向支撑主体部21,第一泄压机构31和第二泄压机构32均设置于第一壁部13,主体部21与第二壁部14之间形成有通道间隙17,通道间隙17被配置为连通外壳1内部沿第一方向X位于主体部21两端的空间,第一方向X垂直于重力方向。
请参照图6和图7,本申请实施例还提供一种电池单体10,电池单体10包括外壳1、电极组件2、第一泄压机构31和第二泄压机构32,电极组件2容纳于外壳1内,第一泄压机构31和第二泄压机构32间隔设置于外壳1,第一泄压机构31相较于第二泄压机构32更先开启。外壳1包括壳体11和两个端盖12,壳体11沿第一方向X相对的两端形成开口,两个端盖12分别封闭壳体11两端的开口。电极组件2包括主体部21和极耳22,沿第一方向X,主体部21相对的两端均设置有极耳22,一个端盖12设置有第一电极端子41,另一个端盖12设置有第二电极端子42,主体部21一端的极耳22与第一电极端子41电连接,主体部21另一端的极耳22与第二电极端子42电连接。壳体11包括相对设置的第一壁部13和第二壁部14,第一壁部13沿重力方向支撑主体部21,第一泄压机构31设置于第一壁部13,第二泄压机构32设置于一个端盖12,主体部21与第二壁部14之间形成有通道间隙17,通道间隙17被配置为连通外壳1内部沿第一方向X位于主体部21两端的空间,第一方向X垂直于重力方向。
请参照图12,本申请实施例还提供一种电池单体10,包括外壳1、电极组件2、第一泄压机构31和第二泄压机构32,电极组件2容纳于外壳1内,第一泄压机构31和第二泄压机构32间隔设置于外壳1,第一泄压机构31相较于第二泄压机构32更先开启。外壳1包括壳体11和一个端盖12,壳体11沿第一方向X的一端形成开口,端盖12封闭壳体11的开口。电极组件2(图12未示出)包括主体部21(图12未示出)和极耳22(图12未示出),沿第一方向X,主体部21面向端盖12的一端设置有两个极耳22,端盖12设置有第一电极端子41和第二电极端子42,一个极耳22与第一电极端子41电连接,另一个极耳22与第二电极端子42电连接。壳体11包括第一壁部13,沿第一方向X,第一壁部13与端盖12相对设置,第一壁部13沿重力方向支撑主体部21,第一泄压机构31设置于第一壁部13,第二泄压机构32设置于端盖12。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。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。
Claims (31)
1.一种电池单体,其特征在于,包括:
外壳,用于容纳电极组件;
第一泄压机构和第二泄压机构,间隔设置于所述外壳,所述第一泄压机构相较于所述第二泄压机构更先开启。
2.如权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述第一泄压机构的开启压力为P1,所述第二泄压机构的开启压力为P2,P2-P1≥0.02Mpa。
3.如权利要求2所述的电池单体,其特征在于,0.05Mpa≤P2-P1≤0.5Mpa。
4.如权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述外壳包括第一壁部,所述第一壁部沿重力方向支撑所述电极组件,所述第一泄压机构和所述第二泄压机构中的至少一者设置于所述第一壁部。
5.如权利要求4所述的电池单体,其特征在于,所述第一泄压机构设置于所述第一壁部。
6.如权利要求4所述的电池单体,其特征在于,所述外壳包括:
壳体,相对的两端形成有开口;
两个端盖,分别封闭所述壳体两端的所述开口;
所述第一壁部形成于所述壳体。
7.如权利要求6所述的电池单体,其特征在于,所述第一泄压机构和所述第二泄压机构均设置于所述第一壁部。
8.如权利要求6所述的电池单体,其特征在于,所述第一泄压机构和所述第二泄压机构中的一者设置于所述第一壁部,另一者设置于一个所述端盖。
9.如权利要求6所述的电池单体,其特征在于,两个所述端盖沿第一方向相对设置,所述电极组件包括主体部和极耳,沿所述第一方向,所述主体部的至少一端设置有所述极耳;
所述壳体包括第二壁部,所述第二壁部与所述第一壁部相对设置,所述第一壁部沿所述重力方向支撑所述主体部,所述第二壁部与所述主体部之间形成有通道间隙,所述通道间隙被配置为连通所述外壳内部沿所述第一方向位于所述主体部两端的空间,所述第一方向与所述重力方向相交。
10.如权利要求4所述的电池单体,其特征在于,所述外壳包括:
壳体,一端形成有开口;
端盖,封闭所述开口;
其中,所述端盖为所述第一壁部;或,所述壳体与所述端盖相对的壁部为所述第一壁部。
11.如权利要求10所述的电池单体,其特征在于,所述第一泄压机构和所述第二泄压机构中的一者设置于端盖,另一者设置于所述壳体与所述端盖相对的壁部。
12.如权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述外壳包括壳体和端盖,沿第一方向,所述壳体的至少一端形成有开口,所述端盖与所述开口一一对应,所述端盖封闭所述开口;
所述外壳具有第一半区和第二半区,沿所述第一方向,所述外壳的中截面到所述外壳的一端的部分为第一半区,所述外壳的中截面到所述外壳的另一端的部分为第二半区,所述中截面垂直于所述第一方向;
其中,所述第一泄压机构设置于所述第一半区,所述第二泄压机构设置于所述第二半区。
13.如权利要求12所述的电池单体,其特征在于,沿所述第一方向,所述外壳的长度为L,L≥80mm。
14.如权利要求12所述的电池单体,其特征在于,沿所述第一方向,所述壳体相对的两端形成有所述开口,两个所述端盖分别封闭所述壳体两端的所述开口,两个所述端盖分别位于所述第一半区和所述第二半区;
所述第一泄压机构和所述第二泄压机构分别设置于两个所述端盖;或,所述第一泄压机构和所述第二泄压机构均设置于所述壳体;或,所述第一泄压机构设置于位于所述第一半区的所述端盖,所述第二泄压机构设置于所述壳体位于所述第二半区的部分;或,所述第一泄压机构设置于所述壳体位于所述第一半区的部分,所述第二泄压机构设置于位于所述第二半区的所述端盖。
15.如权利要求14所述的电池单体,其特征在于,所述电池单体还包括极性相反的第一电极端子和第二电极端子,所述第一电极端子和所述第二电极端子均与所述电极组件电连接,所述第一电极端子和所述第二电极端子分别设置于两个所述端盖。
16.如权利要求12所述的电池单体,其特征在于,沿所述第一方向,所述壳体的一端形成有所述开口,所述第一泄压机构和所述第二泄压机构中的一者设置于所述端盖,另一者设置于所述壳体。
17.如权利要求16所述的电池单体,其特征在于,沿所述第一方向,所述壳体包括与所述端盖相对设置的第一壁部,所述端盖和所述第一壁部中的一者位于所述第一半区,另一者位于所述第二半区;
所述第一泄压机构和所述第二泄压机构中的一者设置于所述端盖,另一者设置于所述第一壁部。
18.如权利要求16所述的电池单体,其特征在于,所述电池单体还包括极性相反的第一电极端子和第二电极端子,所述第一电极端子和所述第二电极端子均与所述电极组件电连接,所述第一电极端子和所述第二电极端子均设置于所述端盖。
19.如权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述外壳包括第一壁部,所述第一泄压机构和所述第二泄压机构均设置于所述第一壁部,所述第一泄压机构设置有第一刻痕槽,所述第二泄压机构设置有第二刻痕槽;
所述第一刻痕槽和所述第二刻痕槽沿第一方向间隔设置,沿所述第一方向,所述外壳的长度为L,所述第一刻痕槽的最大跨度为L1,所述第二刻痕槽的最大跨度为L2, 0.2≤(L1+L2)/L≤0.6。
20.如权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述外壳包括第一壁部,所述第一泄压机构和所述第二泄压机构均设置于所述第一壁部,所述第一壁部具有背离所述电极组件的第一外表面,所述第一外表面的面积为S,所述第一泄压机构的预定泄压面积为S1,所述第二泄压机构的预定泄压面积为S2,满足:0.05≤(S1+S2)/S≤0.55。
21. 如权利要求20所述的电池单体,其特征在于,0.15≤(S1+ S2)/S≤0.35。
22.如权利要求20所述的电池单体,其特征在于,所述第一泄压机构包括第一薄弱区和第一泄压区,所述第一泄压区被配置为能够在所述第一薄弱区裂开时打开,所述第一泄压区的面积为S1。
23.如权利要求22所述的电池单体,其特征在于,所述第一泄压机构设置有第一刻痕槽,所述第一泄压机构在设置所述第一刻痕槽的区域形成所述第一薄弱区。
24.如权利要求23所述的电池单体,其特征在于,所述第一刻痕槽为沿封闭轨迹延伸的槽,所述第一刻痕槽环绕所述第一泄压区设置。
25.如权利要求20所述的电池单体,其特征在于,所述第二泄压机构包括第二薄弱区和第二泄压区,所述第二泄压区被配置为能够在所述第二薄弱区裂开时打开,所述第二泄压区的面积为S2。
26.如权利要求25所述的电池单体,其特征在于,所述第二泄压机构设置有第二刻痕槽,所述第二泄压机构在设置所述第二刻痕槽的区域形成所述第二薄弱区。
27.如权利要求26所述的电池单体,其特征在于,所述第二刻痕槽为沿封闭轨迹延伸的槽,所述第二刻痕槽环绕所述第二泄压区设置。
28.如权利要求1-27中任一项所述的电池单体,其特征在于,所述第一泄压机构的预定泄压面积为S1,所述第二泄压机构的预定泄压面积为S2,满足:S1-S2≥50mm2。
29.如权利要求28所述的电池单体,其特征在于,S1-S2≥100mm2。
30.一种电池,其特征在于,包括如权利要求1-29任一项所述的电池单体。
31.一种用电设备,其特征在于,包括如权利要求1-29任一项所述的电池单体,所述电池单体用于给所述用电设备提供电能。
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