CN116960540A - 电池单体、电池及用电设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电池单体，电池及用电设备。电池单体包括：外壳；电极组件，电极组件容纳于外壳；缓冲件，缓冲件容纳于外壳并与电极组件连接，缓冲件用于缓冲电极组件的膨胀；其中，缓冲件包括第一闭孔，第一闭孔的体积V1与缓冲件的体积V满足：V1/V＞10％。本申请的技术方案能够提高电池的性能。

Description

电池单体、电池及用电设备
技术领域
本申请涉及电池技术领域，更为具体地，涉及一种电池单体、电池及用电设备。
背景技术
节能减排是汽车产业可持续发展的关键。在这种情况下，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。而对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。
电池单体的空间利用率，强度，长期充放电性能等对电池的性能至关重要。因此，如何提高电池的性能是一项亟需解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种电池单体、电池及用电设备，能够提高电池的性能。
第一方面，本申请实施例提供一种电池单体，包括：外壳；电极组件，所述电极组件容纳于所述外壳；缓冲件，所述缓冲件容纳于所述外壳并与所述电极组件连接，所述缓冲件用于缓冲所述电极组件的膨胀；其中，所述缓冲件包括第一闭孔，所述第一闭孔的体积V1与所述缓冲件的体积V满足：V1/V＞10％。
在本申请实施例中，电池单体包括外壳，容纳于外壳中的电极组件和缓冲件。缓冲件容纳于外壳内并与电极组件连接，缓冲件用于缓冲电极组件的膨胀。电极组件在膨胀时会向缓冲件施加压力，缓冲件压缩后会向电极组件施加一个反向的作用力，由于缓冲件的作用，电极组件与缓冲件接触的表面受力均匀并且在整个过程中该表面的受力均匀变化，因此可以实现电极组件的膨胀力的均匀释放，从而减少电极组件的极化累积。同时，由于缓冲件设置在电池单体的内部，当电池的内部空间一定时，可以将原本设置于电池中的电池单体之间的缓冲件的空间让渡给电池单体的内部空间，从而可以提高电池单体的空间利用率。缓冲件包括第一闭孔，第一闭孔的体积V1与缓冲件的体积V满足：V1/V＞10％。第一闭孔不与电池单体中的电解液接触，因此可以减少缓冲件对电解液的吸收；同时第一闭孔的设置还有利于降低缓冲件的质量，提升电池的质量能量密度。这样，一方面，可以在一定程度上避免电池单体内部的游离电解液的不足而导致的负极的局部区域的嵌锂不足、析锂等现象；另一方面，可以在一定程度上避免因游离电解液不足而需额外添加电解液导致的电池单体的重量的增加，既可以保证电池的能量密度，又可以省下空间以容纳电池单体使用过程中产生的气体；再一方面，第一闭孔不与电解液接触，因此可以减小缓冲件与电解液的反应面积，从而可以减少副反应的发生，在一定程度上避免缓冲件发生破损，保证了缓冲件的缓冲效果。因此，本申请实施例的技术方案可以提升电池的性能。
在一种可能的实现方式中，所述第一闭孔的体积V1与所述缓冲件的体积V还满足：V1/V≥30％。这样，可以进一步减少缓冲件对电解液的吸收，同时还可以降低缓冲件的重量进而提升电池的能量密度。
在一种可能的实现方式中，所述第一闭孔的体积V1与所述缓冲件的体积V还满足：(V1+V2)/V≥50％，其中，V2为所述缓冲件的材料的体积。这样，缓冲件中的开孔的体积与缓冲件的体积的比值小于50％，可以进一步减少开孔对电解液的吸收。
在一种可能的实现方式中，所述缓冲件包括第一层和第二层，所述第一层相对于所述第二层靠近所述电极组件，所述第一层的第一密度大于所述第二层的第二密度。通过设置具有差异化密度的缓冲件，可以兼顾缓冲件对重量的要求和电极组件对电解液的需求。
在一种可能的实现方式中，所述第一密度ρ1与所述第二密度ρ2满足：ρ1/ρ2≥1.05。这样，第一密度ρ1与第二密度ρ2的比值在一个合理的范围内，缓冲件的第一层与第二层之间具有较明显的密度差异，可以更好地兼顾对缓冲件的重量要求以及电极组件对电解液的需求。
在一种可能的实现方式中，所述第一层中的第一闭孔与所述第一层的体积比，大于所述第二层中的第一闭孔与所述第二层的体积比。这样，第一层所吸收的电解液的含量小于第二层吸收的电解液的含量，在第二层被压缩后，第二层可以释放更多的电解液以进一步满足电极组件对电解液的需求。
在一种可能的实现方式中，所述第二层设置于两层所述第一层之间。这样，缓冲件整体的受力更加均匀，有利于电解液的均匀释放。
在一种可能的实现方式中，所述缓冲件的表面设置有保护层。这样，可以防止缓冲件的外表面的破损。
在一种可能的实现方式中，所述保护层设置于所述缓冲件的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面为沿所述缓冲件的厚度方向相对设置的表面。第一表面和第二表面为缓冲件的表面积最大的面，在第一表面和第二表面上设置保护层，工艺简单，便于操作。
在一种可能的实现方式中，所述保护层设置于所述缓冲件的第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面为沿垂直于所述缓冲件的厚度方向相对设置的表面，所述第三表面和所述第四表面均与所述第一表面和第二表面连接。这样，可以对缓冲件进行全面防护，防护效果更好。
在一种可能的实现方式中，所述保护层的厚度为1μm～5000μm。这样，可以兼顾生产成本和电池单体的内部空间利用率。
在一种可能的实现方式中，所述保护层的厚度d1与所述缓冲件的厚度d2满足：d1/(d1+d2)≤50％。这样，可以避免保护层厚度过大导致的缓冲件的缓冲效果的减弱。
在一种可能的实现方式中，所述保护层为涂覆于所述缓冲件表面的涂覆层。涂覆层可以阻止缓冲件内部的气体溢出，同时还可以隔绝电解液对缓冲件的腐蚀。
在一种可能的实现方式中，所述缓冲件的未设置所述涂覆层的表面与电解液的湿润力r1，以及所述涂覆层与电解液的湿润力r2满足：r1/r2≥1.02，其中，r2＝L2/2，r1＝L1/2，L1为预设时间内电解液在所述缓冲件的未设置所述涂覆层的表面上的扩散距离，L2为所述预设时间内电解液在所述涂覆层上的扩散距离。这样，由于涂覆层与电解液之间的湿润力差，可以降低缓冲件吸收电解液的能力，避免由于电解液的不足导致的负极局部区域的嵌锂不足、析锂等现象。
在一种可能的实现方式中，所述保护层为包围所述缓冲件的保护壳。
在一种可能的实现方式中，所述保护壳的厚度d3与所述缓冲件的厚度d1满足：d3/d1≤50％。这样，可以避免保护壳过厚而导致的缓冲件的缓冲效果的降低以及电池单体的内部空间利用率的降低。
在一种可能的实现方式中，所述保护壳包括第二闭孔，所述第二闭孔的体积V3与所述保护壳的体积V4满足：V3/V4≥90％。这样，有利于在保护壳内部形成封闭空间，进一步减小甚至避免缓冲件对电解液的吸收。
在一种可能的实现方式中，所述缓冲件设置于所述电极组件与所述外壳之间，和/或，所述缓冲件设置于相邻的所述电极组件之间。这样，可以根据实际需求灵活设置缓冲件的位置及数量。
第二方面，本申请实施例提供一种电池，包括：第一方面或第一方面的任一可能的实现方式中的的电池单体；箱体，所述箱体用于容纳所述电池单体。
第三方面，本申请实施例提供一种用电设备，包括第二方面或第二方面的任一可能的实现方式中的电池，所述电池用于提供电能。
第四方面，本申请实施例提供一种制备电池单体的方法，包括：提供外壳；提供电极组件，所述电极组件容纳于所述外壳；提供缓冲件，所述缓冲件容纳于所述外壳并与所述电极组件连接，所述缓冲件用于缓冲所述电极组件的膨胀；其中，所述缓冲件包括第一闭孔，所述第一闭孔的体积V1与所述缓冲件的体积V满足：V1/V＞10％。
第五方面，本申请实施例提供一种制备电池的设备，包括：第一提供模块，用于提供外壳；第二提供模块，用于提供电极组件，所述电极组件容纳于所述外壳；第三提供模块，用于提供缓冲件，所述缓冲件容纳于所述外壳并与所述电极组件连接，所述缓冲件用于缓冲所述电极组件的膨胀；其中，所述缓冲件包括第一闭孔，所述第一闭孔的体积V1与所述缓冲件的体积V满足：V1/V＞10％。
在本申请实施例中，电池单体包括外壳，容纳于外壳中的电极组件和缓冲件。缓冲件容纳于外壳内并与电极组件连接，缓冲件用于缓冲电极组件的膨胀。电极组件在膨胀时会向缓冲件施加压力，缓冲件压缩后会向电极组件施加一个反向的作用力，由于缓冲件的作用，电极组件与缓冲件接触的表面受力均匀并且在整个过程中该表面的受力均匀变化，因此可以实现电极组件的膨胀力的均匀释放，从而减少电极组件的极化累积。同时，由于缓冲件设置在电池单体的内部，当电池的内部空间一定时，可以将原本设置于电池中的电池单体之间的缓冲件的空间让渡给电池单体的内部空间，从而可以提高电池单体的空间利用率。缓冲件包括第一闭孔，第一闭孔的体积V1与缓冲件的体积V满足：V1/V＞10％。第一闭孔不与电池单体中的电解液接触，因此可以减少缓冲件对电解液的吸收；同时，第一闭孔的设置还有利于降低缓冲件的质量，提升电池的质量能量密度。这样，一方面，可以在一定程度上避免电池单体内部的游离电解液的不足而导致的负极的局部区域嵌锂不足、析锂等现象；另一方面，可以在一定程度上避免因游离电解液不足而需额外添加电解液导致的电池单体的重量的增加，既可以保证电池的能量密度，又可以省下空间以容纳电池单体使用过程中产生的气体；再一方面，第一闭孔不与电解液接触，因此可以减小缓冲件与电解液的反应面积，从而可以减少副反应的发生，在一定程度上避免缓冲件发生破损，保证了缓冲件的缓冲效果。因此，本申请实施例的技术方案可以提升电池的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例的车辆的示意图；
图2是本申请一实施例的电池的示意图；
图3是本申请一实施例的电池单体的示意图；
图4是本申请一实施例的电池单体的示意图；
图5是本申请一实施例的缓冲件的示意图；
图6是本申请一实施例的设置有保护层的缓冲件的示意图；
图7是本申请一实施例的设置有保护层的缓冲件的示意图；
图8是本申请一实施例的设置有保护壳的缓冲件的示意图；
图9是本申请一实施例的电池单体的示意图；
图10是本申请一实施例的电池单体的示意图；
图11是本申请一实施例的电池单体的示意图；
图12是本申请一实施例的电池单体的示意图。
在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
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)。
本申请中，电池单体可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。电池单体可呈圆主体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种：柱形电池单体、方形电池单体和软包电池单体，本申请实施例对此也不限定。
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。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池模块或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。
电池单体包括电极组件和电解液，电极组件由正极片、负极片和隔离膜组成。电池单体主要依靠金属离子在正极片和负极片之间移动来工作。正极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面，未涂敷正极活性物质层的集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的集流体，未涂敷正极活性物质层的集流体作为正极极耳。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面，未涂敷负极活性物质层的集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的集流体，未涂敷负极活性物质层的集流体作为负极极耳。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为碳或硅等。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。隔膜的材质可以为聚丙烯或聚乙烯等。此外，电极组件可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本申请实施例并不限于此。
为了满足不同的电力需求，电池可以包括多个电池单体，其中，多个电池单体之间可以串联或并联或混联，混联是指串联和并联的混合。可选地，多个电池单体可以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组成电池。也就是说，多个电池单体可以直接组成电池，也可以先组成电池模块，电池模块再组成电池。电池再进一步设置于用电设备中，为用电设备提供电能。
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、安全性等。电池中的缓冲件通常设置在电池单体与电池单体之间以对电池单体进行缓冲，但这种设置方式装配复杂并且不利于电池的内部空间利用率的提高。若将缓冲件设置于电池单体的内部，缓冲件会吸收电池单体内的电解液并与电解液发生反应，从而引发各种安全问题，同时导致电池的能量密度的降低，因而影响电池的性能。由此可见，电池单体的设置对于电池的性能至关重要，因此，如何提供一种电池单体，以提高电池的性能是一项亟待解决的问题。
鉴于此，本申请实施例提供一种电池单体，电池单体包括外壳，容纳于外壳中的电极组件和缓冲件。缓冲件容纳于外壳内并与电极组件连接，缓冲件用于缓冲电极组件的膨胀。电极组件在膨胀时会向缓冲件施加压力，缓冲件压缩后会向电极组件施加一个反向的作用力，由于缓冲件的作用，电极组件与缓冲件接触的表面受力均匀并且在整个过程中该表面的受力均匀变化，因此可以实现电极组件的膨胀力的均匀释放，从而减少电极组件的极化累积。同时，由于缓冲件设置在电池单体的内部，当电池的内部空间一定时，可以将原本设置于电池中的电池单体之间的缓冲件的空间让渡给电池单体的内部空间，从而可以提高电池单体的空间利用率。缓冲件包括第一闭孔，第一闭孔的体积V1与缓冲件的体积V满足：V1/V＞10％。第一闭孔不与电池单体中的电解液接触，因此可以减少缓冲件对电解液的吸收；同时，第一闭孔的设置还有利于降低缓冲件的质量，提升电池的质量能量密度。这样，一方面，可以在一定程度上避免电池单体内部的游离电解液的不足而导致的负极的局部区域嵌锂不足、析锂等现象；另一方面，可以在一定程度上避免因游离电解液不足而需额外添加电解液导致的电池单体的重量的增加，既可以保证电池的能量密度，又可以省下空间以容纳电池单体使用过程中产生的气体；再一方面，第一闭孔不与电解液接触，因此可以减小缓冲件与电解液的反应面积，从而可以减少副反应的发生，在一定程度上避免缓冲件发生破损，保证了缓冲件的缓冲效果。因此，本申请实施例的技术方案可以提升电池的性能。
本申请实施例描述的技术方案均适用于各种使用电池的装置，例如，手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动玩具、电动工具、电动车辆、船舶和航天器等，例如，航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等。
应理解，本申请实施例描述的技术方案不仅仅局限适用于上述所描述的设备，还可以适用于所有使用电池的设备，但为描述简洁，下述实施例均以电动车辆为例进行说明。
例如，如图1所示，为本申请一个实施例的一种车辆1的结构示意图，车辆1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1的内部可以设置马达40，控制器30以及电池10，控制器30用来控制电池10为马达40的供电。例如，在车辆1的底部或车头或车尾可以设置电池10。电池10可以用于车辆1的供电，例如，电池10可以作为车辆1的操作电源，用于车辆1的电路系统，例如，用于车辆1的启动、导航和运行时的工作用电需求。在本申请的另一实施例中，电池10不仅仅可以作为车辆1的操作电源，还可以作为车辆1的驱动电源，替代或部分地替代燃油或天然气为车辆1提供驱动动力。
为了满足不同的使用电力需求，电池10可以包括多个电池单体。例如，如图2所示，为本申请一个实施例的一种电池10的结构示意图，电池10可以包括多个电池单体20。电池10还可以包括箱体11，箱体11内部为中空结构，多个电池单体20容纳于箱体11内。例如，多个电池单体20相互并联或串联或混联组合后置于箱体11内。
可选地，电池10还可以包括其他结构，在此不再一一赘述。例如，该电池10还可以包括汇流部件，汇流部件用于实现多个电池单体20之间的电连接，例如并联或串联或混联。具体地，汇流部件可通过连接电池单体20的电极端子实现电池单体20之间的电连接。进一步地，汇流部件可通过焊接固定于电池单体20的电极端子。多个电池单体20的电能可进一步通过导电机构穿过箱体而引出。可选地，导电机构也可属于汇流部件。
根据不同的电力需求，电池单体20的数量可以设置为任意数值。多个电池单体20可通过串联、并联或混联的方式连接以实现较大的容量或功率。由于每个电池10中包括的电池单体20的数量可能较多，为了便于安装，可以将电池单体20分组设置，每组电池单体20组成电池模块。电池模块中包括的电池单体20的数量不限，可以根据需求设置。电池可以包括多个电池模块，这些电池模块可通过串联、并联或混联的方式进行连接。
如图3所示，为本申请一个实施例的一种电池单体20的结构示意图，电池单体20包括一个或多个电极组件22、壳体211和端盖212。壳体211和端盖212形成外壳或电池盒21。壳体211的壁以及端盖212均称为电池单体20的壁，其中对于长方体型电池单体20，壳体211的壁包括底壁和四个侧壁。壳体211根据一个或多个电极组件22组合后的形状而定，例如，壳体211可以为中空的长方体或正方体或圆柱体，且壳体211的其中一个面具有开口以便一个或多个电极组件22可以放置于壳体211内。例如，当壳体211为中空的长方体或正方体时，壳体211的其中一个平面为开口面，即该平面不具有壁体而使得壳体211内外相通。当壳体211可以为中空的圆柱体时，壳体211的端面为开口面，即该端面不具有壁体而使得壳体211内外相通。端盖212覆盖开口并且与壳体211连接，以形成放置电极组件22的封闭的腔体。壳体211内填充有电解质，例如电解液。
该电池单体20还可以包括两个电极端子214，两个电极端子214可以设置在端盖212上。端盖212通常是平板形状，两个电极端子214固定在端盖212的平板面上，两个电极端子214分别为正电极端子214a和负电极端子214b。每个电极端子214各对应设置一个连接构件23，或者也可以称为集流构件23，其位于端盖212与电极组件22之间，用于将电极组件22和电极端子214实现电连接。
如图3所示，每个电极组件22具有第一极耳221a和第二极耳222a。第一极耳221a和第二极耳222a的极性相反。例如，当第一极耳221a为正极极耳时，第二极耳222a为负极极耳。一个或多个电极组件22的第一极耳221a通过一个连接构件23与一个电极端子连接，一个或多个电极组件22的第二极耳222a通过另一个连接构件23与另一个电极端子连接。例如，正电极端子214a通过一个连接构件23与正极极耳连接，负电极端子214b通过另一个连接构件23与负极极耳连接。
在该电池单体20中，根据实际使用需求，电极组件22可设置为单个，或多个，如图3所示，电池单体20内设置有4个独立的电极组件22。
图4为本申请一实施例的电池单体的示意图，图5为本申请一实施例的缓冲件的示意图。结合图4和图5所示，电池单体20包括外壳21，电极组件22和缓冲件25；其中，电极组件22容纳于外壳21内；缓冲件25容纳于外壳21并与电极组件22连接，缓冲件25用于缓冲电极组件22的膨胀；缓冲件25包括第一闭孔251，第一闭孔251的体积V1与缓冲件25的体积V满足：V1/V＞10％。
外壳21用于容纳电极组件22和电解液，通过外壳21可以将电极组件22和电解液封闭于电池单体20的内部。
缓冲件25容纳于外壳21内并与电极组件22连接，其中，缓冲件25可以直接与电极组件22连接，也可以间接与电极组件22连接。由于缓冲件25设置于电池单体20的内部，当电池10的内部空间一定时，可以将原本设置于电池10中的电池单体20之间的缓冲件的空间让渡给电池单体20的内部空间，从而可以提高电池单体20的空间利用率。
缓冲件25用于缓冲电极组件22的膨胀。电极组件22在膨胀时会向缓冲件25施加压力，缓冲件25在压缩后会向电极组件22施加一个反向的压力。由于缓冲件25的作用，电极组件22的与缓冲件25接触的表面整体上受力均匀；随着电极组件22膨胀的进行，该表面的受力均匀变化或增加，从而可以实现电极组件22的膨胀力的均匀释放，进而减小甚至避免了电极组件22的极化累积。因此，避免了极化累积导致的析锂等现象的发生，从而保证了电池的安全性能，长期充放电性能，容量等。
缓冲件25包括第一闭孔251，第一闭孔251的体积V1与缓冲件25的体积V满足：V1/V＞10％。缓冲件25的体积为缓冲件25的表观体积。例如，当缓冲件25为方形缓冲件时，缓冲件25的体积V＝a*b*h，a为缓冲件25的长度，b为缓冲件25的宽度，h为缓冲件25的厚度。缓冲件25的体积还可以满足：V＝V1+V2+V5，V1为第一闭孔的体积，V2为缓冲件25的材料的体积，V5为缓冲件25中的开孔的体积。
缓冲件25的材料可以为泡棉，硅橡胶，硅橡胶复合的聚氨酯，聚丙烯，三聚氰胺等，本申请实施例对此不作具体限制。
开孔可以为与外界，例如，与电解液连通的空腔和孔道，开孔的表面积可以通过气体吸附法进行分析，开孔的体积V5可以采用GB/T21650-2008气体法测定。开孔可以吸收电池单体20内的电解液，开孔的体积V5与缓冲件25的体积V的比值越大，缓冲件25吸收电解液的重量和速度越大。
第一闭孔251与缓冲件25的外表面不连通，并且电池单体20中的电解液无法进入第一闭孔251，因此，第一闭孔251的设置可以减少缓冲件25对电解液的吸收；此外，第一闭孔251的设置还可以降低缓冲件25的重量。第一闭孔251的体积V2可以由缓冲件25的体积V，开孔的体积V5及缓冲件25的材料的体积V2计算得到。
相比于不具有第一闭孔251或者第一闭孔251体积占比不大于10％的缓冲件，本申请的缓冲件25第一闭孔251的体积占比大于10％，缓冲件25吸收电解液的速度和吸收的电解液的重量都会变小，因此可以保证电池单体20中游离电解液的含量。这样，一方面，可以避免在化成或满充过程中出现负极局部区域的嵌锂不足、析锂等现象，从而可以保证电池10的安全性能；另一方面，不需要额外添加电解液，可以避免因电解液的增多导致的电池单体20的重量的增加，既可以保证电池10的能量密度，又可以省下空间以容纳电池单体20使用过程中产生的气体；再一方面，第一闭孔251不与电解液接触，因此可以减小缓冲件25与电解液的反应面积，从而可以减少副反应的发生，避免缓冲件25发生破损，保证了缓冲件25的缓冲效果。
可选地，在本申请一实施例中，第一闭孔251的体积V1与缓冲件25的体积V还满足：V1/V≥30％。这样，可以进一步减少缓冲件25对电解液的吸收，同时还可以降低缓冲件25的重量进而提升电池10的能量密度。
可选地，在本申请一实施例中，第一闭孔251的体积V1与缓冲件25的体积V还满足：(V1+V2)/V≥50％，其中，V2为缓冲件25的材料的体积。缓冲件25的材料的体积V2＝m/ρ，m为缓冲件25的重量，ρ为该材料本身的密度。这样，缓冲件25中的开孔的体积V5与缓冲件25的体积V的比值小于50％，可以进一步减少开孔对电解液的吸收。
可选地，在本申请一实施例中，如图5所示，缓冲件25包括第一层261和第二层262，第一层261相对于第二层262靠近电极组件22，第一层261的第一密度ρ1大于第二层262的第二密度ρ2。
第一密度ρ1＝m4/v4，第二密度ρ2＝m5/v5，m4和v4分别为第一层261的重量和体积，m5和v5分别为第二层262的重量和体积。第一层261的体积可以为第一层261的表观体积，即，第一层261的长度、宽度和高度的乘积。类似的，第二层262的体积可以为第二层261的表观体积。
第一层261的第一密度ρ1大于第二层262的第二密度ρ2，第一层261吸收的电解液少于第二层262吸收的电解液，第二层262的单位体积的重量小于第一层261的单位体积的重量，这样，可以保证缓冲件25的吸收电解液的量和缓冲件25的重量均在合理范围内，既能避免游离的电解液的损失也能提升电池的能量密度。
第一层261相对于第二层262靠近电极组件22，第二层262相对于第一层261后被压缩，这样，在电极组件22的膨胀后期，第二层262中的电解液被挤出第二层从而变为游离电解液，进一步满足了电极组件22对电解液的需求。
通过设置具有差异化密度的缓冲件25，可以兼顾缓冲件25对重量的要求和电极组件22对电解液的需求。
可选地，在本申请一实施例中，第一密度ρ1与第二密度ρ2满足：ρ1/ρ2≥1.05。这样，第一密度ρ1与第二密度ρ2的比值在一个合理的范围内，缓冲件的第一层与第二层之间具有较明显的密度差异，可以更好地兼顾对缓冲件的重量要求以及电极组件对电解液的需求。
可选地，在本申请一实施例中，第一层261中的第一闭孔251与第一层261的体积比，大于第二层262中的第一闭孔251与第二层262的体积比。这样，第二层262可以比第一层261吸收更多的电解液，在第二层262被压缩后，第二层262可以释放更多的电解液以进一步满足电极组件22对电解液的需求。
可选地，在本申请一实施例中，第二层262设置于两层第一层261之间。这样，缓冲件25整体的受力更加均匀，有利于电解液的均匀释放。
图6为本申请一实施例的设置有保护层的缓冲件的示意图。可选地，在本申请一实施例中，如图6所示，缓冲件25的表面设置有保护层200。这样，可以防止缓冲件25的外表面的破损，缓冲件25的外表面为缓冲件25接触电解液的表面。
可选地，在本申请一实施例中，如图6所示，保护层200设置于缓冲件25的第一表面201和第二表面202，第一表面201和第二表面202为沿缓冲件25的厚度方向相对设置的表面。缓冲件25的厚度方向可以为图中的x方向，第一表面201和第二表面202沿x方向相对设置。第一表面201和第二表面202为缓冲件25的表面积最大的表面，在第一表面201和第二表面202上设置保护层，工艺简单，便于操作。在其它实施例中，还可以只在第一表面201和第二表面202中的一个上设置保护层200，具体设置可以根据实际需求设置，本申请实施例对此不作具体限制。
图7为本申请一实施例的设置有保护层的缓冲件的示意图。可选地，在本申请一实施例中，如图7所示，保护层200设置于缓冲件25的第三表面203和第四表面204，第三表面203和第四表面204为沿垂直于缓冲件25的厚度方向相对设置的表面，第三表面203和第四表面204均与第一表面201和第二表面202连接。第三表面203和第四表面204可以为沿z方向相对设置的表面。这样，缓冲件25的第一表面201，第二表面202，第三表面203和第四表面204均设置有保护层，可以对缓冲件25进行更全面的防护。
可选地，在本申请一实施例中，保护层200的厚度为1μm～5000μm。当保护层200的厚度小于1μm时，生产保护层200需要较高的控制精度，从而导致较高的生产成本；当保护层200的厚度大于5000μm时，会占据较多的电池单体20的内部空间，不利于电池单体20的空间利用率的提升。通过设置保护层200的厚度为1μm～5000μm，可以兼顾生产成本和电池单体20的内部空间利用率。
可选地，在本申请一实施例中，保护层200的厚度d1与缓冲件25的厚度d2满足：d1/(d1+d2)≤50％。这样，可以避免保护层200厚度过大导致的缓冲件25的缓冲效果的减弱。
可选地，在本申请一实施例中，保护层200为涂覆于缓冲件25表面的涂覆层。涂覆层可以阻止缓冲件25内部的气体溢出，同时还可以隔绝电解液对缓冲件25的腐蚀。
可选地，在本申请一实施例中，缓冲件25的未设置涂覆层的表面与电解液的湿润力r1，以及涂覆层与电解液的湿润力r2满足：r1/r2≥1.02，其中，r2＝L2/2，r1＝L1/2，L1为预设时间内电解液在缓冲件25的未设置涂覆层的表面上的扩散距离，L2为预设时间内电解液在涂覆层上的扩散距离。
涂覆层与电解液之间的湿润力差，这样可以降低缓冲件25吸收电解液的能力，避免由于电解液的不足导致的负极局部区域的嵌锂不足、析锂等现象。
湿润力的测试方法如下所述：用毛细管取固定体积的电解液，将毛细管垂直于待测物体的表面，毛细管底部与待测物体的垂直距离为H，释放毛细管内部电解液，电解液浸润预设时间，用软尺读取预设时间内电解液在待测物体表面的扩散距离。
可选地，保护层200的材料可以包括惰性材料和粘接剂，其中，惰性材料可以为氧化铝、氧化锆、氧化硅等，粘接剂可以为丁苯橡胶(styrene butadiene rubber，SBR)，聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)，树脂等。该惰性材料可以和粘接剂混合后涂覆在缓冲件25的表面，也可以通过其他方式形成在缓冲件25的表面，本申请实施例对此不作具体限制。
可选地，保护层200的材料可以包括惰性材料，其中，惰性材料可以为胺化的酚聚合物、阳离子或阴离子聚合物、壳聚糖衍生物、聚酯或丙烯酸多元醇和异氰酸酯的反应物、双酚A、双酚F型环氧树脂、聚乙烯醇等中的一种或多种。
图8为本申请一实施例的设置有保护壳的缓冲件的示意图。可选地，在本申请一实施例中，如图8所示，保护层200为包围缓冲件25的保护壳300。保护壳300可以包括铝塑膜，聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)膜等。
可选地，在本申请一实施例中，如图8所示，保护壳300的厚度d3与缓冲件25的厚度d1满足：d3/d1≤50％。这样，可以避免保护壳300过厚而导致的缓冲件25的缓冲效果的降低以及电池单体20的内部空间利用率的降低。
可选地，在本申请一实施例中，保护壳300包括第二闭孔，第二闭孔的体积V3与保护壳300的体积V4满足：V3/V4≥90％。这样，有利于在保护壳300内部形成封闭空间，进一步减小甚至避免缓冲件25对电解液的吸收。在一些实施例中，保护壳300内部可以形成100％的闭孔率空间，实现缓冲件25对电解液的零吸收。
图9至图11为本申请一实施例的电池单体的示意图。可选地，在本申请一实施例中，如图9至图11所示，缓冲件25设置于电极组件22与外壳21之间，和/或，缓冲件25设置于相邻的电极组件22之间。
如图9和图10所示，缓冲件25设置于电极组件22与外壳21之间，缓冲件25可以如图9非对称放置，也可以如图10对称放置。如图11所示，缓冲件25设置于相邻的电极组件22之间。图12为本申请一实施例的电池单体的示意图，如图12所示，相邻的电极组件22之间的缓冲件25的表面还设置有保护壳300。缓冲件25的具体位置和缓冲件25的表面的保护层可以根据实际需要具体设置，本申请实施例对此不作限制。
采用本申请实施例中的缓冲件25进行了实验，数据如表1所示。
外置缓冲件为放置在电池单体外部的缓冲件，内置缓冲件为本申请实施例中放置在电池单体20内部的缓冲件。由对比例1和实施例1，以及对比例2和实施例7可知，将缓冲件放置在电池单体内部，可以显著提升电池单体的容量保持率，以及降低膨胀力。由实施例1，实施例2和实施例3可知，提高缓冲件的厚度，有利于提升电池单体的容量保持率以及降低膨胀力。由实施例1，实施例5和实施例6可知，r1/r2越大，越有利于提升电池单体的容量保持率以及降低膨胀力。
应理解，本申请各实施例中相关的部分可以相互参考，为了简洁不再赘述。
本申请一个实施例还提供了一种电池10，该电池10可以包括前述实施例中的电池单体20和箱体11，箱体11用于容纳电池单体20。
本申请一个实施例还提供了一种用电设备，该用电设备可以包括前述实施例中的电池10，电池10用于为用电设备供电。可选地，该用电设备可以为车辆1、船舶或航天器等，但本申请实施例对此并不限定。
上文描述了本申请实施例的电池10和用电设备，下面将描述本申请实施例的制备电池的方法和设备，其中未详细描述的部分可参见前述各实施例。
表1缓冲件对电池单体的影响
本申请一个实施例还提供了一种制备电池单体20的方法，包括：提供外壳21；提供电极组件22，电极组件22容纳于外壳21；提供缓冲件25，缓冲件25容纳于外壳21并与电极组件22连接，缓冲件25用于缓冲电极组件22的膨胀；其中，缓冲件22包括第一闭孔251，第一闭孔251的体积V1与缓冲件25的体积V满足：V1/V＞10％。
本申请一个实施例还提供了一种制备电池10的设备，包括：第一提供模块，用于提供外壳21；第二提供模块，用于提供电极组件22，电极组件22容纳于外壳21；第三提供模块，用于提供缓冲件25，缓冲件25容纳于外壳21并与电极组件22连接，缓冲件25用于缓冲电极组件22的膨胀；其中，缓冲件22包括第一闭孔251，第一闭孔251的体积V1与缓冲件25的体积V满足：V1/V＞10％。
虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。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(20)，其特征在于，包括：
外壳(21)；
电极组件(22)，所述电极组件(22)容纳于所述外壳(21)；
缓冲件(25)，所述缓冲件(25)容纳于所述外壳(21)并与所述电极组件(22)连接，所述缓冲件(25)用于缓冲所述电极组件(22)的膨胀；
其中，所述缓冲件(25)包括第一闭孔(251)，所述第一闭孔(251)的体积V1与所述缓冲件(25)的体积V满足：V1/V＞10％。
2.根据权利要求1所述的电池单体(20)，其特征在于，所述第一闭孔(251)的体积V1与所述缓冲件(25)的体积V还满足：V1/V≥30％。
3.根据权利要求1或2所述的电池单体(20)，其特征在于，所述第一闭孔(251)的体积V1与所述缓冲件(25)的体积V还满足：(V1+V2)/V≥50％，其中，V2为所述缓冲件(25)的材料的体积。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述缓冲件(25)包括第一层(261)和第二层(262)，所述第一层(261)相对于所述第二层(262)靠近所述电极组件(22)，所述第一层(261)的第一密度大于所述第二层(262)的第二密度。
5.根据权利要求4所述的电池单体(20)，其特征在于，所述第一密度ρ1与所述第二密度ρ2满足：ρ1/ρ2≥1.05。
6.根据权利要求4或5所述的电池单体(20)，其特征在于，所述第一层(261)中的第一闭孔(251)与所述第一层(261)的体积比，大于所述第二层(262)中的第一闭孔(251)与所述第二层(262)的体积比。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述第二层(262)设置于两层所述第一层(261)之间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述缓冲件(25)的表面设置有保护层(200)。
9.根据权利要求8所述的电池单体(20)，其特征在于，所述保护层(200)设置于所述缓冲件(25)的第一表面(201)和第二表面(202)，所述第一表面(201)和所述第二表面(202)为沿所述缓冲件(25)的厚度方向相对设置的表面。
10.根据权利要求9所述的电池单体(20)，其特征在于，所述保护层(200)设置于所述缓冲件(25)的第三表面(203)和第四表面(204)，所述第三表面(203)和所述第四表面(204)为沿垂直于所述缓冲件(25)的厚度方向相对设置的表面，所述第三表面(203)和所述第四表面(204)均与所述第一表面(201)和第二表面(202)连接。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述保护层(200)的厚度为1μm～5000μm。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述保护层(200)的厚度d1与所述缓冲件(25)的厚度d2满足：d1/(d1+d2)≤50％。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述保护层(200)为涂覆于所述缓冲件(25)表面的涂覆层。
14.根据权利要求13所述的电池单体(20)，其特征在于，所述缓冲件(25)的未设置所述涂覆层的表面与电解液的湿润力r1，以及所述涂覆层与电解液的湿润力r2满足：r1/r2≥1.02，其中，r2＝L2/2，r1＝L1/2，L1为预设时间内电解液在所述缓冲件(25)的未设置所述涂覆层的表面上的扩散距离，L2为所述预设时间内电解液在所述涂覆层上的扩散距离。
15.根据权利要求8所述的电池单体(20)，其特征在于，所述保护层(200)为包围所述缓冲件(25)的保护壳(300)。
16.根据权利要求15所述的电池单体(20)，其特征在于，所述保护壳(300)的厚度d3与所述缓冲件(25)的厚度d1满足：d3/d1≤50％。
17.根据权利要求15或16所述的电池单体(20)，其特征在于，所述保护壳(300)包括第二闭孔，所述第二闭孔的体积V3与所述保护壳(300)的体积V4满足：V3/V4≥90％。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述缓冲件(25)设置于所述电极组件(22)与所述外壳(21)之间，和/或，所述缓冲件(25)设置于相邻的所述电极组件(22)之间。
19.一种电池，其特征在于，包括：
根据权利要求1至18中任一项所述电池单体(20)；
箱体，所述箱体用于容纳所述电池单体(20)。
20.一种用电设备，其特征在于，包括：根据权利要求19所述的电池，所述电池用于提供电能。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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