CN117941152A - 电池和用电装置 - Google Patents

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CN117941152A CN202280061535.2A CN202280061535A CN117941152A CN 117941152 A CN117941152 A CN 117941152A CN 202280061535 A CN202280061535 A CN 202280061535A CN 117941152 A CN117941152 A CN 117941152A
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柯剑煌
陈小波
李耀
陈世龙
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Contemporary Amperex Technology Co Ltd
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Abstract

本申请实施例提供一种电池和用电装置。电池包括箱体、电池单元和防护构件。箱体包括第一壁。电池单元容纳于箱体内，电池单元设有泄压机构，泄压机构用于形成泄压孔，以泄放电池单元内部的物质。防护构件容纳于箱体内，防护构件的至少部分位于第一壁和泄压机构之间并用于在泄压孔的轴向上覆盖泄压孔。防护构件在轴向上覆盖泄压孔的部分沿轴向的最小尺寸为D，电池单元经由泄压孔泄放的气体的流量为G，D和G满足：2×10‑3mm·s/L≤D/G≤3.3×10‑1mm·s/L。本申请实施例可以在兼顾热防护要求的前提下减少防护构件尺寸设计的冗余，减小电池的能量密度的损失，提高电池的安全性。

Description

电池和用电装置 技术领域
本申请涉及电池技术领域，并且更具体地，涉及一种电池和用电装置。
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。
如何提高电池的安全性，是电池技术中的一个研究方向。
发明内容
本申请提供了一种电池和用电装置，其能提高安全性。
第一方面，本申请实施例提供了一种电池，包括箱体、电池单元和防护构件。箱体包括第一壁。电池单元容纳于箱体内，电池单元设有泄压机构，泄压机构用于形成泄压孔，以泄放电池单元内部的物质。防护构件容纳于箱体内，防护构件的至少部分位于第一壁和泄压机构之间并用于在泄压孔的轴向上覆盖泄压孔。防护构件在轴向上覆盖泄压孔的部分沿轴向的最小尺寸为D，电池单元经由泄压孔泄放的气体的流量为G，D和G满足：2×10 -3mm·s/L≤D/G≤3.3×10 -1mm·s/L。
电池单元在热失控时产气的流量G越高，防护构件受到气体的热冲击也大，防护构件对D的需求也越大；反之，电池单元在热失控时产气的流量G越低，防护构件受到气体的热冲击也小，防护构件对D的需求也越小。在流量G确定时，需要保证D的最小值，以降低防护构件被冲穿的风险，并减少传递至第一壁的热量。当然，D的值越大，防护构件的体积和重量也越大；在流量G确定时，可以限定D的最大值，以减少防护构件尺寸设计的冗余。上述技术方案将D/G的值限定在2×10 -3mm·s/L-3.3×10 -1mm·s/L，以在兼顾热防护要求的前提下减少防护构件尺寸设计的冗余，减小电池的能量密度的损失，提高电池的安全性。
在一些实施方式中，D和G满足：2×10 -3mm·s/L≤D/G≤2×10 -1mm·s/L。
在一些实施方式中，D的值为0.5mm-5mm，以在兼顾热防护要求的前提下减少防护构件尺寸设计的冗余，减小电池的能量密度的损失，降低防护构件的成型难度，提高电池的安全性。
在一些实施方式中，在垂直于轴向的任意方向上，防护构件的尺寸均大于泄压孔的尺寸。防护构件相较于泄压孔具有较大的尺寸，其可有效地阻挡气体，降低气体直接冲击第一壁的风险，提高安全性。
在一些实施方式中，电池单元的体积能量密度为E，D和E满足：1×10 -3mm· L/Wh≤D/E≤1×10 -2mm·L/Wh。
电池单元的体积能量密度E在原则上与流量G正相关；相较于流量G，电池单元的体积能量密度E更容易确定。上述技术方案以体积能量密度E来间接地表征流量G，并通过体积能量密度E来限定D的值，以在兼顾热防护要求的前提下减少防护构件尺寸设计的冗余，减小电池的能量密度的损失，降低防护构件设计的难度。
在一些实施方式中，D和E满足：1×10 -3mm·L/Wh≤D/E≤6×10 -3mm·L/Wh。
在一些实施方式中，在泄压孔的垂直于轴向的最大尺寸方向上，泄压孔的尺寸为k；防护构件沿最大尺寸方向的尺寸为K；k、K以及G满足：K＞k，(K/k)/G≥3×10 -3s/L。
电池单元在热失控时产气的流量G越高，意味着电池单元泄放的气体对防护构件的热冲击越剧烈，气体以及其它所携带的物质溅射到第一壁的未被防护构件遮挡的部分的风险越高，第一壁的未被防护构件遮挡的部分的温度也越高。上述技术方案根据电池单元在热失控时产气的流量G，限定了防护构件与泄压孔在最大尺寸方向上的尺寸关系，以使第一壁的未被防护构件遮挡的部分的温度处于一定的范围内，以降低第一壁破损的风险。
在一些实施方式中，k、K以及G满足：(K/k)/G≥8×10 -3s/L。
在一些实施方式中，k、K以及G满足：(K/k)/G≤20s/L。该技术方案可以减小防护构件尺寸设计的冗余，降低电池的能量密度的损失。
在一些实施方式中，防护构件与泄压孔在轴向上的最小距离为h，h和D满足：0.2≤h/D≤250。将h/D的值限定在0.2-250，以在兼顾热防护要求的前提下减少防护构件尺寸设计的冗余，减小电池的能量密度的损失，提高电池的安全性。
在一些实施方式中，防护构件为平板结构，防护构件的厚度方向平行于轴向。平板结构易于成型。
在一些实施方式中，在泄压孔的垂直于轴向的最大尺寸方向上，防护构件的厚度从中间向两侧逐渐减小，防护构件的厚度方向平行于轴向。
防护构件的厚度最大的部分在轴向上覆盖泄压孔的至少部分。防护构件的厚度最大的部分与泄压孔相对，其能够承受较大的热冲击，以减小防护构件被冲穿的风险。防护构件的两端受到的热冲击较小，可以具有较小的厚度，以减小防护构件的重量和体积，提高电池的能量密度。
在一些实施方式中，防护构件包括基体区和连接于基体区的加强区，加强区沿轴向的尺寸大于基体区沿轴向的尺寸。在轴向上，加强区覆盖泄压孔的至少部分。加强区与泄压孔相对，其能够承受较大的热冲击，以减小防护构件被冲穿的风险。
在一些实施方式中，在轴向上，加强区完全覆盖泄压孔。加强区能够承受较大的热冲击，以减小防护构件被冲穿的风险。基体区在轴向上不与泄压孔相对，其可以具有较小的厚度，以减小防护构件的重量和体积，提高电池的能量密度。
在一些实施方式中，在泄压孔的垂直于轴向的最大尺寸方向上，防护构件的尺寸为K，加强区的尺寸为K 1。K、K 1以及G满足：K＞K 1，(K/K 1)/G≤2×10 -1s/L。
电池单元在热失控时产气的流量G越高，意味着电池单元泄放的气体对防护构 件的热冲击越剧烈，防护构件对加强区的尺寸要求也越高。发明人将(K/K 1)/G的值限定为小于或等于2×10 -1s/L，以使加强区和基体区可以阻隔高温高速物质，以减少传递到第一壁的热量，降低第一壁的温度。
在一些实施方式中，加强区和基体区均为平板结构，加强区的厚度方向和基体区的厚度方向均平行于轴向。
在一些实施方式中，加强区沿轴向的尺寸为D，基体区沿轴向的尺寸为d。在泄压孔的垂直于轴向的最大尺寸方向上，泄压孔的尺寸为k，加强区的尺寸为K 1。D、d、k以及K 1满足：0.04≤(K 1/k)/(D/d)≤300。
随着K 1/k数值上升，加强区在电池单元热失控时承受的热冲击的占比加大，基体区需承担的热失控防护要求下降，对应地，D/d的比值上可以上升，即基体区的厚度要求下降。随着K 1/k数值下降，基体区所需承担的热失控防护要求增大，对应地，D/d的比值上可以下降，即基体区的厚度要求增大。当K 1/k足够小，基体区所需承担的热失控防护要求较大，D/d存在最小值，即d存在最大值，以满足基体区热失控防护要求；当K 1/k足够大，基体区所需承担的热失控防护要求较小，D/d存在最大值，即d存在最小值。将(K 1/k)/(D/d)的值限定在0.04-300，以在兼顾热防护要求的前提下减少防护构件尺寸设计的冗余，减小电池的能量密度的损失，提高电池的安全性。
在一些实施方式中，防护构件包括沿轴向层叠设置的第一防护板和第二防护板，第一防护板与第二防护板在轴向上重叠的部分以及第二防护板构成加强区，第一防护板与第二防护板在轴向上不重叠的部分构成基体区。第一防护板和第二防护板层叠在一起，以形成具有厚度差异的防护构件，从而简化防护构件的成型工艺。
在一些实施方式中，第二防护板设置于第一防护板的面向泄压机构的一侧。该技术方案可以提高防护构件背离泄压机构一侧的平整性，便于防护构件与其它部件固定。
在一些实施方式中，第二防护板为多个，多个第二防护板间隔设置。
在一些实施方式中，在泄压孔的垂直于轴向的最大尺寸方向上，多个第二防护板间隔设置。
在一些实施方式中，第一防护板和第二防护板均为平板结构，第一防护板的厚度方向和第二防护板的厚度方向均平行于轴向。
在一些实施方式中，第一防护板为平板结构，第一防护板的厚度方向平行于轴向。在泄压孔的垂直于轴向的最大尺寸方向上，第二防护板沿轴向的尺寸从中间向两端逐渐减小。
第二防护板沿轴向的尺寸最大的部分可以与泄压孔相对，以承受较大的热冲击，减小防护构件被冲穿的风险。第二防护板的两端受到的热冲击较小，可以具有较小的厚度，以减小第二防护板的重量和体积，提高电池的能量密度。
在一些实施方式中，第二防护板的材质和第一防护板的材质不同。第一防护板和第二防护板采用不同的材质，这样可以结合不同材质的特性，复合出抗热冲击性能更好的防护构件。相较于由同种材质制备出的第一防护板和第二防护板，由不同材质制备出的第一防护板和第二防护板可以使防护构件的结构更为多变。
在一些实施方式中，第一壁位于电池单元的上侧或下侧。
在一些实施方式中，防护构件的熔点大于1000℃。防护构件具有较高的熔点，其在受到热冲击时不易熔化，从而使防护构件具有较好的抗热冲击性能，降低防护构件被冲穿的风险。
在一些实施方式中，防护构件的熔点大于第一壁的熔点。防护构件相对于第一壁具有更好的抗热冲击性能，从而起到热防护功能，降低第一壁破损的风险。
在一些实施方式中，防护构件固定于第一壁。第一壁可以固定防护构件，以降低防护构件在高温高速气体的冲击下窜动的风险，减小防护构件出现撞击破损的概率，降低防护构件防护失效的风险。
在一些实施方式中，防护构件通过粘接、焊接、紧固件连接或卡接固定于第一壁。
第二方面，本申请实施例提供了一种用电装置，包括第一方面任一实施方式的电池，电池用于提供电能。
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示意图；
图3为本申请一些实施例提供的电池的一结构示意图；
图4为图3所示的电池的另一结构示意图，其中，电池的电池单元的泄压机构处于致动状态；
图5为图4所示的电池在圆框A处的放大示意图；
图6为本申请一些实施例提供的电池的电池单元的结构示意图；
图7为本申请一些实施例提供的电池的一结构示意图；
图8为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图；
图9为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图；
图10为图9在方框B处的放大示意图；
图11为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图；
图12为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图；
图13为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图；
图14为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图；
图15为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图。
在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
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。
在本申请的描述中，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”、“附接”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，可以是两个元件内部的连通。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)。
本申请中术语“平行”不仅包括绝对平行的情况，也包括了工程上常规认知的大致平行的情况；同时，“垂直”也不仅包括绝对垂直的情况，还包括工程上常规认知的大致垂直的情况。
本申请中，电池单元可以包括锂离子电池单元、锂硫电池单元、钠锂离子电池单元、钠离子电池单元或镁离子电池单元等，本申请实施例对此并不限定。电池单元可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。
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元以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。电池一般包括用于封装一个或多个电池单元的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单元的充电或放电。
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，还需要考虑电池的安全性。
电池单元上的泄压机构对电池单元的安全性有着重要影响。例如，当发生短路、过充等现象时，可能会导致电池单元内部发生热失控从而压力骤升。这种情况下通过泄压机构致动可以将内部压力向外释放，以防止电池单元爆炸、起火。
泄压机构可以是在电池单元达到一定条件时致动的元件或部件。示例性地，泄压机构可以是在电池单元的内部压力或内部温度达到预定阈值时致动以泄放内部压力和/或内部物质的元件或部件。该阈值设计根据设计需求不同而不同。该阈值可能取决于电池单元中的正极极片、负极极片、电解液和隔离件中一种或几种的材料。
泄压机构可以采用诸如防爆阀、气阀、泄压阀或安全阀等的形式，并可以具体采用压敏元件或构造，即，当电池单元的内部压力达到预定阈值时，泄压机构执行动作或者泄压机构中设有的薄弱区破裂，从而形成可供内部压力泄放的泄压孔。可替代地，泄压机构也可采用温敏元件或构造，即当电池单元的内部温度达到预定阈值时，泄压机构执行动作，从而形成可供内部压力泄放的泄压孔。可替代地，泄压机构也可为能够主动致动的部件，示例性地，泄压机构可以在接收到电池的控制信号时致动。
泄压机构还可以采用其它形式。示例性地，泄压机构可为电池单元的外壳上的强度较低的结构，当电池单元热失控时，强度较低的结构开裂或变形，以形成供内部压力泄放的泄压孔。例如，泄压机构可为电池单元的外壳上的焊印。
本申请中所提到的“致动”是指泄压机构产生动作或被激活至一定的状态，从而使得电池单元的内部压力和/或内部物质得以被泄放。泄压机构产生的动作可以包括但不限于：泄压机构中的至少一部分破裂、破碎、被撕裂或者打开，等等。泄压机构在致动时，电池单元的内部的高温高速物质作为排放物会从致动的部位向外排出。以此方式能够在可控压力的情况下使电池单元发生泄压，从而避免潜在的更严重的事故发生。
本申请中所提到的来自电池单元的排放物包括但不限于：电解液、被溶解或分裂的正负极极片、隔离件的碎片、反应产生的高温高速气体、火焰，等等。
当电池单元热失控时，电池单元将排放物泄放到箱体内。箱体也设有泄压机构，箱体的泄压机构致动，以在箱体的设定位置将排放物排放到箱体外。
发明人注意到，电池单元泄放出的排放物处于高温高速状态，如果排放物冲击箱体，可能会造成箱体破损，导致排放物不从箱体的泄压机构处泄压，而从箱体的破损点泄压，从而造成电池外部起火的风险，引发安全隐患。
在发现上述问题后，发明人尝试在与电池单元的泄压机构相对的位置设置防护构件，防护构件可以阻挡电池单元泄放的高温高速物质，以减小箱体受到的热冲击，降低箱体破损的风险，提高安全性。
发明人经过研究发现，在电池单元热失控时，如果电池单元产气过于剧烈，那么厚度较小的防护构件可能会被电池单元释放的高温高速气体冲穿，造成防护构件上形成穿孔、高温高速气体经由穿孔冲击箱体，引发箱体破损的风险。为了降低防护构件被气体冲穿的风险，发明人尝试增大防护构件的尺寸，然而，增大防护构件的尺寸 会减小电池的能量密度，如果防护构件的尺寸过设计，则会造成能量密度的浪费。
鉴于此，发明人提供了一种技术方案，其根据电池单元泄放的气体的流量来设定防护构件的尺寸，以降低防护构件被熔穿的风险，并减少电池的能量密度的浪费。
本申请实施例描述的技术方案适用于使用电池的用电装置。
用电装置可以是车辆、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装置不做特殊限制。
以下实施例为了方便说明，以用电装置为车辆为例进行说明。
图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图。
如图1所示，车辆1的内部设置有电池2，电池2可以设置在车辆1的底部或头部或尾部。电池2可以用于车辆1的供电，例如，电池2可以作为车辆1的操作电源。
车辆1还可以包括控制器3和马达4，控制器3用来控制电池2为马达4供电，例如，用于车辆1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2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，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1提供驱动动力。
图2为本申请一些实施例提供的电池的爆炸示意图。
如图2所示，电池2包括箱体20和电池单元10，电池单元10容纳于箱体20内。
箱体20用于容纳电池单元10，箱体20可以是多种结构。在一些实施例中，箱体20可以包括第一箱体部21和第二箱体部22，第一箱体部21与第二箱体部22相互盖合，第一箱体部21和第二箱体部22共同限定出用于容纳电池单元10的容纳空间。
在一些实施例中，第二箱体部22可以是一端开口的空心结构，第一箱体部21为板状结构，第一箱体部21盖合于第二箱体部22的开口侧，以形成具有容纳空间的箱体20。在另一些实施例中，第一箱体部21和第二箱体部22也均可以是一侧开口的空心结构，第一箱体部21的开口侧盖合于第二箱体部22的开口侧，以形成具有容纳空间的箱体20。
第一箱体部21和第二箱体部22可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。
为提高第一箱体部21与第二箱体部22连接后的密封性，第一箱体部21与第二箱体部22之间也可以设置密封件，比如，密封胶、密封圈等。
假设第一箱体部21盖合于第二箱体部22的顶部，第一箱体部21亦可称之为上箱盖，第二箱体部22亦可称之为下箱体20。
在电池2中，电池单元10可以是一个，也可以是多个。若电池单元10为多个， 多个电池单元10之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单元10中既有串联又有并联。多个电池单元10之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单元10构成的整体容纳于箱体20内；当然，也可以是多个电池单元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。
图3为本申请一些实施例提供的电池的一结构示意图；图4为图3所示的电池的另一结构示意图，其中，电池的电池单元的泄压机构处于致动状态；图5为图4所示的电池在圆框A处的放大示意图；图6为本申请一些实施例提供的电池的电池单元的结构示意图；图7为本申请一些实施例提供的电池的一结构示意图。
如图3至图7所示，本申请实施例的电池2包括箱体20、电池单元10和防护构件30。箱体20包括第一壁21a。电池单元10容纳于箱体20内，电池单元10设有泄压机构11，泄压机构11用于形成泄压孔111，以泄放电池单元10内部的物质。防护构件30容纳于箱体20内，防护构件30的至少部分位于第一壁21a和泄压机构11之间并用于在泄压孔111的轴向Z上覆盖泄压孔111。防护构件30在轴向Z上覆盖泄压孔111的部分沿轴向Z的最小尺寸为D，电池单元10经由泄压孔111泄放的气体的流量为G，D和G满足：2×10 -3mm·s/L≤D/G≤3.3×10 -1mm·s/L。
箱体20可为电池2的外包络，电池单元10位于外包络的内部。箱体20可以避免液体或其他异物影响电池单元10的充电或放电。
箱体20的第一壁21a为箱体20的在轴向Z上与泄压机构11相对的壁。第一壁21a可以是箱体20的位于电池单元10上侧的顶壁，可以是箱体20的位于电池单元10下侧的底壁，也可以是箱体20的位于电池单元10一侧的侧壁；当然，第一壁21a也可以是箱体20的位于其它位置的壁。示例性地，第一壁21a可以是第一箱体部的一部分，也可以是第二箱体部的一部分。
本实施例对第一壁21a的形状不作限制。示例性地，第一壁21a可以呈平板状、曲板状或其它形状。
电池单元10可以为一个，也可以为多个。示例性地，电池单元10为多个。可选地，多个电池单元10的泄压机构11均朝向第一壁21a。
电池单元10包括一个或多个电池单体。电池单体是组成电池的最小单元，其独自能够实现充放电的功能。电池单体可以为圆柱电池单体、方壳电池单体、软包电池单体或其它电池单体。
电池单体包括电池单体外壳、电极组件13、电解液以及其它功能性部件，电极组件13和电解液容纳于电池单体外壳内。
示例性地，电极组件包括正极极片、负极极片和隔离件。电池单体主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。正极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；正极集流体包括正极集流部和正极极耳，正极集流部涂覆有正极活性物质层，正极极耳未涂覆正极活性物质层。以锂离子电池单体为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质层包括正极活性物质，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；负极集流体包括负 极集流部和负极极耳，负极集流部涂覆有负极活性物质层，负极极耳未涂覆负极活性物质层。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质可以为碳或硅等。隔离件的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。电池单体外壳可为硬质外壳，比如电池单体外壳可由铝合金制成；电池单体外壳也可为软质外壳，比如电池单体外壳可由铝塑膜制成。
在一些示例中，电池单元10可为一个电池单体，电池单元10的外壳12即为电池单体外壳，泄压机构11可设置于外壳12。在另一些示例中，电池单元10包括外壳12和容纳于外壳12内的多个电池单体，泄压机构11可设置于外壳12。
示例性地，电池单元10的外壳12包括面向第一壁21a的第二壁12a，泄压机构11安装于第二壁12a，第二壁12a位于电极组件13的面向第一壁21a的一侧。泄压机构11可以通过焊接、粘接或其它方式固定于第二壁12a，可替代地，泄压机构11与第二壁12a可一体形成。
在电池单元10处于正常状态时，泄压机构11未形成泄压孔111。泄压机构11将电池单元10的电极组件13和电解液封闭在电池单元10的内部，以降低电解液泄漏的风险。当电池单元10内部发生热失控时，泄压机构11致动，以形成泄压孔111；电池单元10内部的物质可以经由泄压孔111泄放到电池单元10的外部。
示例性地，经由泄压孔111泄放的物质包括高温高速气体。泄压孔111会限定气体的流向，使部分气体大体沿泄压孔111的轴向Z喷出。
防护构件30可以整体位于第一壁21a和泄压机构11之间，也可仅部分位于第一壁21a和泄压机构11之间。示例性地，第一壁21a和泄压机构11沿轴向Z设置，在轴向Z上，防护构件30的至少部分位于第一壁21a和泄压机构11之间。
在泄压机构11致动并形成泄压孔111时，防护构件30能够在轴向Z上覆盖泄压孔111。在本实施例中，“防护构件30在泄压孔111的轴向Z上覆盖泄压孔111”指的是：泄压孔111沿轴向Z的投影位于防护构件30沿轴向Z的投影内。防护构件30沿轴向Z的投影的面积可以大于或等于泄压孔111沿轴向Z的投影的面积。
防护构件30可以为板状结构、框体结构或其它结构。示例性地，防护构件30可以是厚度均匀的平板，也可以是厚度不均匀的板。
防护构件30可以是一体式结构，也可以是由多个子部件组装而成的结构。
防护构件30可以固定于第一壁21a，也可以固定于电池单元10，还可以固定于箱体20内的其它部件，本申请实施例对此不作限制。
防护构件30的抗热冲击性能优于第一壁21a的抗热冲击性能。抗热冲击性能指的是材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力。换言之，在受到相同的高温高速物质的冲击时，防护构件30相较于第一壁21a更不容易破损。
防护构件30在轴向Z上覆盖泄压孔111的部分可简称为防护部，防护部沿轴向Z的投影与泄压孔111沿轴向Z的投影完全重叠。相较于防护构件30的其它部分，防护部更容易受到高温高速物质的冲击。
流量G的单位为升/秒(L/s)。在本申请实施例中，流量G可以是电池单元10经由泄压孔111泄放的气体的平均流量。
电池单元10经由泄压孔111泄放的气体的流量G＝V/t。V为电池单元10热失控所产生的在常温常压(25℃，1atm)下的气体量(单位L)，t为电池单元10热失控的时间。
示例性地，电池单元10的流量G可按照下述方法测得。
测试样品：处于满充状态下的电池单元10。
测试环境：一个密闭罐体(在电池单元10热失控的过程中不发生明显的体积变化和气体泄露)，罐体内的空间为V 0，罐体内为常温常压状态(25℃，1atm)。
测试流程：将电池单元10放在密闭罐体内并触发电池单元10的热失控，电池单元10的泄压机构11致动并形成泄压孔111，电池单元10泄放的物质会造成罐体内发生温度和压力的变化；电池单元10热失控15min之后，罐体内的温度均衡，此时，检测罐体内的气压为P 1，罐体中心点的温度为T 0；根据理想状态方程，可以获常温常压(25℃，1atm)下，电池单元10热失控所产生的气体量为：
在上述测试流程中，R为气体常数，R＝8.314J/(mol·K)，24.5为常温常压下的气体摩尔体积。触发电池单元10的热失控的方法可参照GB 38031-2020 C.5.3.4。罐体中心点可以是罐体的内腔的几何中心。
电池单元10热失控的时间t为：从电池单元10热失控开始，到密闭罐体内的气压达到最大值时的时间间隔。
电池单元10在热失控时泄放的气体作用在防护构件30上，防护构件30能够减小第一壁21a受到的热冲击，并减少传递至第一壁21a的热量，降低第一壁21a被熔穿的风险，提高电池2的安全性。D的值越大，防护构件30被气体冲穿的风险越低，传递至第一壁21a的热量也越少。
电池单元10在热失控时产气的流量G越高，防护构件30受到气体的热冲击也大，防护构件30对D的需求也越大；反之，电池单元10在热失控时产气的流量G越低，防护构件30受到气体的热冲击也小，防护构件30对D的需求也越小。在流量G确定时，需要保证D的最小值，以降低防护构件30被冲穿的风险，并减少传递至第一壁21a的热量。当然，D的值越大，防护构件30的体积和重量也越大；在流量G确定时，可以限定D的最大值，以在兼顾热防护要求的前提下减少防护构件30尺寸设计的冗余，减小电池2的能量密度的损失。
发明人经过研究，将D/G的值限定在2×10 -3mm·s/L-3.3×10 -1mm·s/L，以在兼顾热防护要求的前提下减少防护构件30尺寸设计的冗余，减小电池2的能量密度的损失，提高电池2的安全性。
在一些实施例中，D/G的值为2×10 -3mm·s/L、5×10 -3mm·s/L、1×10 -2mm·s/L、5×10 -2mm·s/L、1×10 -1mm·s/L、2×10 -1mm·s/L、3×10 -1mm·s/L或3.3×10 -1mm·s/L。
在一些实施例中，防护构件30可以起到隔热作用，以减少传递至第一壁21a的热量。在电池单元10热失控时，由于防护构件30的存在，传导至第一壁21a的热量较少，因此，本申请实施例可以降低对箱体20的材质的要求。
示例性地，箱体20可以采用一些不耐高温的材质，例如聚酯材料。当然，箱 体20也可采用一些相对耐高温的材质，例如铝、钢或其它金属。当箱体20采用相对耐高温的材质时，D/G的值可以适应性地减小，以减小防护构件30占用的空间和重量，提高电池2的能量密度。
在一些实施例中，D和G满足：2×10 -3mm·s/L≤D/G≤2×10 -1mm·s/L。
在一些实施例中，D的值为0.5mm-5mm。可选地，D的值为0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。
D的值越小，防护构件30被气体冲穿的风险越高；D的值越大，防护构件30被气体冲穿的风险越低，但防护构件30在电池2中占用的空间和重量也越大。发明人将D的值限定在0.5mm-5mm，以在兼顾热防护要求的前提下减少防护构件30尺寸设计的冗余，减小电池2的能量密度的损失，降低防护构件30的成型难度，提高电池2的安全性。
在一些实施例中，防护构件30具有热绝缘性，其导热率小于第一壁21a的导热率。防护构件30能够起到隔热的作用，以在电池单元10热失控时减少传导至第一壁21a的热量。在另一些替代地实施例中，防护构件30也可具有较好的导热性，防护构件30能够将热量快速地向周围传导，减少热量的聚集，降低第一壁21a的温度。
在一些实施例中，防护构件30的材料包括无机盐、无机陶瓷、金属单质、单质碳和有机胶体中的至少一种。
在一些示例中，无机盐包括硅酸盐。
在一些示例中，无机陶瓷包括氧化铝、氧化硅、碳化硼、氮化硼、碳化硅、氮化硅和氧化锆中的至少一种。
在一些示例中，金属单质类材料包括铜、铁、铝、钨和钛中的至少一种。
在一些示例中，单质碳包括无定形碳和石墨中的至少一种。
在一些示例中，有机胶体包括环氧树脂结构胶、丙烯酸酯结构胶、聚酰亚胺结构胶、马来酰亚胺结构胶、聚氨酯结构胶和亚克力结构胶中的至少一种。
在一些实施例中，防护构件30的材料包括无机盐、无机陶瓷、金属单质、单质碳和有机胶体中的至少两种。
多种材料形成的复合结构，能够改善防护构件30抗热冲击性能和热绝缘性能。
在一些实施例中，防护构件30包括由碳纤维布和有机胶体形成的碳纤维板。
在一些实施例中，防护构件30包括由无机陶瓷粉和有机胶体形成的树脂片。
在一些实施例中，防护构件30包括层叠设置的石墨层和金属层。
在一些实施例中，防护构件30包括由碳纤维及陶瓷纤维组成的复合纤维片。
在一些实施例中，防护构件30包括陶瓷层和连接于陶瓷层的金属网。
在一些实施例中，防护构件30的熔点大于1000℃。防护构件30具有较高的熔点，其在受到热冲击时不易熔化，从而使防护构件30具有较好的抗热冲击性能，降低防护构件30被冲穿的风险。
在一些实施例中，防护构件30的熔点大于1500℃。
在一些实施例中，防护构件30的熔点大于第一壁21a的熔点。防护构件30相对于第一壁21a具有更好的抗热冲击性能，从而起到热防护功能，降低第一壁21a破损 的风险。
在一些实施例中，防护构件30固定于第一壁21a。第一壁21a可以固定防护构件30，以降低防护构件30在高温高速气体的冲击下窜动的风险，减小防护构件30出现撞击破损的概率，降低防护构件30防护失效的风险。
在一些实施例中，防护构件30通过粘接、焊接、紧固件连接或卡接固定于第一壁21a。当然，防护构件30也可以通过其它方式固定于第一壁21a。
在一些实施例中，防护构件30设置于第一壁21a的内表面。
在一些实施例中，第一壁21a位于电池单元10的上侧或下侧。示例性地，如图3所示，第一壁21a位于电池单元10的上侧。
在一些实施例中，电池单元10的体积能量密度为E，D和E满足：1×10 -3mm·L/Wh≤D/E≤1×10 -2mm·L/Wh。
体积能量密度E的单位为Wh/L。E＝C/V 1，C为电池单元10的容量，V 1为电池单元10的体积。
示例性地，以电池单元10的外壳12的体积作为电池单元10的体积，不考虑电池单元10的凸出于外壳12的极柱14的体积。例如，方形电池单元10的外壳12的长宽高分别为l 1、l 2和l 3，V 1＝l 1×l 2×l 3。
在一般情况下，当电池单元10出现热失控时，E的值越高，电池单元10内部发生的链式反应越剧烈，电池单元10释放的气体的温度越高、流量G越大。
电池单元10的体积能量密度E越高，防护构件30受到气体的热冲击也大，防护构件30对D的需求也越大；反之，电池单元10的体积能量密度E越低，防护构件30受到气体的热冲击也小，防护构件30对D的需求也越小。在体积能量密度E确定时，需要保证D的最小值，以降低防护构件30被冲穿的风险，并减少传递至第一壁21a的热量。当然，D的值越大，防护构件30的体积和重量也越大；在体积能量密度E确定时，可以限定D的最大值，以在兼顾热防护要求的前提下减少防护构件30尺寸设计的冗余，减小电池2的能量密度的损失。
电池单元10的体积能量密度E与流量G正相关；相较于流量G，电池单元10的体积能量密度E更容易确定。发明人通过试验和计算，尝试以体积能量密度E来间接地表征流量G，并通过体积能量密度E来限定D的值，降低防护构件30设计的难度。
可选地，D/E的值为1×10 -3mm·L/Wh、2×10 -3mm·L/Wh、4×10 -3mm·L/Wh、6×10 -3mm·L/Wh、8×10 -3mm·L/Wh或1×10 -2mm·L/Wh。
在一些实施例中，D和E满足：1×10 -3mm·L/Wh≤D/E≤6×10 -3mm·L/Wh。
在一些实施例中，在垂直于轴向Z的任意方向上，防护构件30的尺寸均大于泄压孔111的尺寸。
经由泄压孔111泄放出的气体，主要沿泄压孔111的轴向Z流动，当然，部分的气体以及气体所携带的颗粒等物质在穿过泄压孔111后，也可能向周围发散。在本实施例中，防护构件30相较于泄压孔111具有较大的尺寸，其可有效地阻挡气体，降低气体直接冲击第一壁21a的风险，提高安全性。
在一些实施例中，在泄压孔111的垂直于轴向Z的最大尺寸方向X上，泄压孔 111的尺寸为k；防护构件30沿最大尺寸方向X的尺寸为K。k、K以及G满足：K＞k，(K/k)/G≥3×10 -3s/L。
在垂直于轴向Z的多个方向中，泄压孔111沿其中一个方向的尺寸大于或等于泄压孔111沿其它方向的尺寸，这一个方向称之为泄压孔111的最大尺寸方向X。防护构件30的尺寸K为防护构件30沿泄压孔111的最大尺寸方向X的尺寸。
电池单元10在热失控时产气的流量G越高，意味着电池单元10泄放的气体对防护构件30的热冲击越剧烈，气体以及其它所携带的物质溅射到第一壁21a的未被防护构件30遮挡的部分的风险越高，第一壁21a的未被防护构件30遮挡的部分的温度也越高。
发明人根据电池单元10在热失控时产气的流量G，限定了防护构件30与泄压孔111在最大尺寸方向X上的尺寸关系，以使第一壁21a的未被防护构件30遮挡的部分的温度处于一定的范围内，以降低第一壁21a破损的风险。
当电池单元10在热失控时产气的流量G较小时，防护构件30可以具有较小的尺寸，这样可以减小防护构件30占用的电池2的空间和重量，提高能量密度。当电池单元10在热失控时产气的流量G较大时，防护构件30可以具有较大的尺寸，这样可以增大第一壁21a的被防护构件30遮挡的范围，以减小第一壁21a的温度。
在一些实施例中，k、K以及G满足：(K/k)/G≥8×10 -3s/L。
在一些实施例中，k、K以及G满足：(K/k)/G≤20s/L。本实施例可以减小防护构件30尺寸设计的冗余，降低电池2的能量密度的损失。
在一些实施例中，(K/k)/G的值为3×10 -3s/L、5×10 -3s/L、8×10 -3s/L、1×10 -2s/L、5×10 -2s/L、1×10 -1s/L、5×10 -1s/L、1s/L、5s/L、10s/L、15s/L、20s/L。
在一些实施例中，防护构件30与泄压孔111在轴向Z上的最小距离为h，h和D满足：0.2≤h/D≤250。
当h足够低，作用于防护构件30上的气体的温度和速度基本没有下降，防护构件30受到的热冲击较大，对应地，D存在一个最小值以确保防护效果。当h足够高时，作用于防护构件30上的气体的温度和速度显著下降，防护构件30受到的热冲击较小，对应地，D存在一个最大值，以在兼容热失控防护要求的同时具有经济性，减少设计冗余。发明人经过试验和计算，将h/D的值限定在0.2-250，以在兼顾热防护要求的前提下减少防护构件30尺寸设计的冗余，减小电池2的能量密度的损失，提高电池2的安全性。
在一些实施例中，箱体20内设有多个电池单元10，防护构件30用于在轴向Z上覆盖多个电池单元10的泄压孔111。无论哪个电池单元10出现热失控，防护构件30均能够起到阻隔高温高速物质的作用，降低第一壁21a破损的风险。
在一些实施例中，防护构件30为平板结构，防护构件30的厚度方向平行于轴向Z。示例性地，防护构件30的厚度为D。
在一些实施例中，电池包括多个依次排布的电池单元10；示例性地，多个电池单元10的排布方向Y垂直于轴向Z和最大尺寸方向X。
图8为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图。
如图8所示，在一些实施例中，在泄压孔111的垂直于轴向Z的最大尺寸方向X上，防护构件30的厚度从中间向两侧逐渐减小，防护构件30的厚度方向平行于轴向Z。防护构件30的厚度最大的部分在轴向Z上覆盖泄压孔111的至少部分。
防护构件30的厚度最大的部分与泄压孔111相对，其能够承受较大的热冲击，以减小防护构件30被冲穿的风险。防护构件30的两端受到的热冲击较小，可以具有较小的厚度，以减小防护构件30的重量和体积，提高电池2的能量密度。
在一些实施例中，防护构件30在面向泄压孔111的一侧形成斜面，斜面可以引导气体流动，减小防护构件30受到的热冲击，
图9为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图；图10为图9在方框B处的放大示意图。
如图9和图10所示，在一些实施例中，防护构件30包括基体区30a和连接于基体区30a的加强区30b，加强区30b沿轴向Z的尺寸大于基体区30a沿轴向Z的尺寸。在轴向Z上，加强区30b覆盖泄压孔111的至少部分。
加强区30b与泄压孔111相对，其能够承受较大的热冲击，以减小防护构件30被冲穿的风险。
在一些实施例中，在轴向Z上，加强区30b完全覆盖泄压孔111。加强区30b能够承受较大的热冲击，以减小防护构件30被冲穿的风险。基体区30a在轴向Z上不与泄压孔111相对，其可以具有较小的厚度，以减小防护构件30的重量和体积，提高电池2的能量密度。
在一些实施例中，在泄压孔111的垂直于轴向Z的最大尺寸方向X上，防护构件30的尺寸为K，加强区30b的尺寸为K 1。K、K 1以及G满足：K＞K 1，(K/K 1)/G≤2×10 -1s/L。
电池单元10在热失控时产气的流量G越高，意味着电池单元10泄放的气体对防护构件30的热冲击越剧烈，防护构件30对加强区30b的尺寸要求也越高。发明人将(K/K 1)/G的值限定为小于或等于2×10 -1s/L，以使加强区30b和基体区30a可以阻隔高温高速物质，以减少传递到第一壁21a的热量，降低第一壁21a的温度。
在一些实施例中，基体区30a为两个，两个基体区30a分别位于加强区30b沿最大尺寸方向X的两侧。
在一些实施例中，两个基体区30a关于垂直于最大尺寸方向X的一虚拟平面对称。
在一些实施例中，加强区30b和基体区30a均为平板结构，加强区30b的厚度方向和基体区30a的厚度方向均平行于轴向Z。
示例性地，加强区30b的厚度为D。
在一些实施例中，加强区30b沿轴向Z的尺寸为D，基体区30a沿轴向Z的尺寸为d。在泄压孔111的垂直于轴向Z的最大尺寸方向X上，泄压孔111的尺寸为k，加强区30b的尺寸为K 1。D、d、k以及K 1满足：0.04≤(K 1/k)/(D/d)≤300。
随着K 1/k数值上升，加强区30b在电池单元10热失控时承受的热冲击的占比 加大，基体区30a需承担的热失控防护要求下降，对应地，D/d的比值上可以上升，即基体区30a的厚度要求下降。随着K 1/k数值下降，基体区30a所需承担的热失控防护要求增大，对应地，D/d的比值上可以下降，即基体区30a的厚度要求增大。当K 1/k足够小，基体区30a所需承担的热失控防护要求较大，D/d存在最小值，即d存在最大值，以满足基体区30a热失控防护要求；当K 1/k足够大，基体区30a所需承担的热失控防护要求较小，D/d存在最大值，即d存在最小值，以兼容热失控防护要求的同时具有经济性，减少设计冗余。
发明人将(K 1/k)/(D/d)的值限定在0.04-300，以在兼顾热防护要求的前提下减少防护构件30尺寸设计的冗余，减小电池2的能量密度的损失，提高电池2的安全性。
图11为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图。
如图11所示，在一些实施例中，防护构件30包括沿轴向Z层叠设置的第一防护板31和第二防护板32，第一防护板31与第二防护板32在轴向Z上重叠的部分以及第二防护板32构成加强区30b，第一防护板31与第二防护板32在轴向Z上不重叠的部分构成基体区30a。
第一防护板31的材质与第二防护板32的材质可以相同，也可以不同。
第二防护板32可以设置在第一防护板31的面向泄压机构11的一侧，也可以设置在第一防护板31的背向泄压机构11的一侧。
第二防护板32的数量可以为一个，也可以为多个，本申请实施例对此不作限制。
第二防护板32可以是厚度均匀的平板，也可以是厚度不均匀的板。
第一防护板31和第二防护板32层叠在一起，以形成具有厚度差异的防护构件30。本实施例可以简化防护构件30的成型工艺。
在一些实施例中，第二防护板32设置于第一防护板31的面向泄压机构11的一侧。
本实施例可以提高防护构件30背离泄压机构11一侧的平整性，便于防护构件30与其它部件固定。
在一些实施例中，第一防护板31和第二防护板32均为平板结构，第一防护板31的厚度方向和第二防护板32的厚度方向均平行于轴向Z。
在一些实施例中，第二防护板32的材质和第一防护板31的材质不同。第一防护板31和第二防护板32采用不同的材质，这样可以结合不同材质的特性，复合出抗热冲击性能更好的防护构件30。相较于由同种材质制备出的第一防护板31和第二防护板32，由不同材质制备出的第一防护板31和第二防护板32可以使防护构件30的结构更为多变。
在一些实施例中，第二防护板32的抗热冲击性能优于第一防护板31。
在一些实施例中，第二防护板32的熔点大于第一防护板31的熔点。示例性地，第二防护板32的熔点大于1000℃。本申请实施例对第一防护板31的熔点不作限制，第一防护板31的熔点可大于、等于或小于1000℃。
在一些实施例中，第二防护板32粘接于第一防护板31。
图12为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图。
如图12所示，在一些实施例中，第一防护板31为平板结构，第一防护板31的厚度方向平行于轴向Z。在泄压孔111的垂直于轴向Z的最大尺寸方向X上，第二防护板32沿轴向Z的尺寸从中间向两端逐渐减小。
第二防护板32沿轴向Z的尺寸最大的部分可以与泄压孔111相对，以承受较大的热冲击，减小防护构件30被冲穿的风险。第二防护板32的两端受到的热冲击较小，可以具有较小的厚度，以减小第二防护板32的重量和体积，提高电池2的能量密度。
在一些实施例中，第二防护板32在面向泄压孔111的一侧形成斜面，斜面可以引导气体流动，减小第二防护板32受到的热冲击。
图13为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图。
如图13所述，在一些实施例中，第二防护板32为多个，多个第二防护板32间隔设置。
在一些实施例中，第二防护板32的数量和加强区30b的数量相同。
在一些实施例中，第二防护板32为平板结构。
在一些实施例中，在泄压孔111的垂直于轴向Z的最大尺寸方向X上，多个第二防护板32间隔设置。
图14为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图。
如图14所示，在一些实施例中，第二防护板32为多个，多个第二防护板32间隔设置或连续设置。
在一些实施例中，第一防护板31为平板结构，第一防护板31的厚度方向平行于轴向Z。在泄压孔111的垂直于轴向Z的最大尺寸方向X上，各第二防护板32沿轴向Z的尺寸从中间向两端逐渐减小。
图15为本申请另一些实施例提供的电池的一结构示意图。
如图15所示，在一些实施例中，第一壁21a可设置于电池单元10的下侧。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种用电装置，包括以上任一实施例的电池，电池用于为用电装置提供电能。用电装置可以是前述任一应用电池的设备或系统。
根据本申请的一些实施例，参照图3至图7，本申请提供了一种电池2，其包括箱体20、电池单元10和防护构件30。电池单元10容纳于箱体20内。箱体20包括位于电池单元10的上侧的第一壁21a。电池单元10设有泄压机构11，泄压机构11用于形成泄压孔111，以泄放电池单元10内部的物质。
防护构件30容纳于箱体20内并固定于第一壁21a。防护构件30的至少部分位于第一壁21a和泄压机构11之间并用于在泄压孔111的轴向Z上覆盖泄压孔111。在垂直于轴向Z的任意方向上，防护构件30的尺寸均大于泄压孔111的尺寸。
防护构件30在轴向Z上覆盖泄压孔111的部分沿轴向Z的最小尺寸为D，电池单元10经由泄压孔111泄放的气体的流量为G，D和G满足：2×10 -3mm·s/L≤D/G≤3.3×10 -1mm·s/L。
以下结合实施例进一步说明本申请。
为了使本申请的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例进一步详细描述本申请。但是，应当理解的是，本申请的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限制本申请，且本申请的实施例并不局限于说明书中给出的实施例。实施例中未注明具体实验条件或操作条件的按常规条件制作，或按材料供应商推荐的条件制作。
实施例1：
(i)制备两个相同的方形的电池单元，各电池单元的长度l 1为220mm，宽度l 2为44mm，高度l 3为100mm。
(ii)测试一个电池单元经由泄压孔泄放的气体的流量G，G为500L/s。
(iii)将另一个电池单元放置到密闭的箱体内，并在箱体的位于电池单元上方的壁(以下称之为第一壁)上贴附防护构件，防护构件与电池单元的泄压机构相对并用于覆盖泄压孔。防护构件为平板，其厚度D为1mm，其材质为氮化硼和碳纤维构成的复合板。在泄压孔的轴向上，防护构件与泄压孔的间距h为15mm。
(iv)触发箱体内的电池单元的热失控，使电池单元形成泄压孔并向外泄放物质。在电池单元热失控的过程中,在防护构件背离电池单元的表面的多个位点检测温度，并记录防护构件背离电池单元的表面的最高温度T 1。
(v)在电池单元热失控结束后，打开箱体，观察防护构件是否被冲穿。
实施例2-9：实施例2-9的测试方法参照实施例1，实施例2-9与实施例1的区别如表1。示例性地，可通过改变电池单元的化学体系，来改变电池单元的流量G。
对比例1-4：对比例1-4的测试方法参照实施例1，对比例1-4与实施例1的区别如表1。
表1
G(L/s) D(mm) D/G(mm·s/L) T 1(℃) 是否冲穿
实施例1 500 1 2×10 -3 821 否
实施例2 500 3 6×10 -3 749 否
实施例3 500 6 12×10 -3 667 否
实施例4 500 9 18×10 -3 497 否
实施例5 200 4 20×10 -3 486 否
实施例6 200 6 30×10 -3 454 否
实施例7 15 1.5 100×10 -3 432 否
实施例8 15 3 200×10 -3 387 否
实施例9 15 5 333×10 -3 351 否
对比例1 500 0.5 1×10 -3 1388 是
对比例2 500 0.9 1.8×10 -3 1088 是
对比例3 15 6 400×10 -3 329 否
对比例4 15 7.5 500×10 -3 307 否
参照实施例1-9和对比例1-2，本申请实施例将D/G的值限定为大于或等于2×10 -3mm·s/L，可以降低防护构件被冲穿的风险，以满足电池的热防护要求。
参照实施例1-9和对比例3-4，防护构件能够阻隔热量的传导，减少传递至箱体的热量，降低箱体的温度。当D/G大到一定程度时，即可使箱体的温度满足需求。本实施例将D/G的值限定为小于或等于3.3×10 -1mm·s/L，以减少防护构件尺寸设计的冗余，减小电池的能量密度的损失，提高电池的安全性。
实施例10：
(i)制备方形的电池单元，电池单元的长度l 1为220mm，宽度l 2为44mm，高度l 3为100mm。电池单元的体积能量密度E为500Wh/L。
(ii)将电池单元放置到密闭的箱体内，并在箱体的位于电池单元上方的第一壁上贴附防护构件，防护构件与电池单元的泄压机构相对并用于覆盖泄压孔。防护构件为平板，其厚度D为5mm，其材质为氮化硼和碳纤维构成的复合板。在泄压孔的轴向上，防护构件与泄压孔的间距h为15mm。
(iii)触发箱体内的电池单元的热失控，使电池单元形成泄压孔并向外泄放物质。在电池单元热失控的过程中,在防护构件背离电池单元的表面的多个位点检测温度，并记录防护构件背离电池单元的表面的最高温度T 1。
(iv)在电池单元热失控结束后，打开箱体，观察防护构件是否被冲穿。
实施例11-15：实施例11-15的测试方法参照实施例10，实施例11-15与实施例10的区别如表2。示例性地，可通过改变电池单元的化学体系，来改变电池单元的体积能量密度E。
对比例5-8：对比例5-8的测试方法参照实施例10，对比例5-8与实施例10的区别如表2。
表2
参照实施例10-15和对比例5-6，本申请实施例将D/E的值限定为大于或等于1×10 -3mm·L/Wh，可以降低防护构件被冲穿的风险，以满足电池的热防护要求。
参照实施例10-15和对比例7-8，防护构件能够阻隔热量的传导，减少传递至箱体的热量，降低箱体的温度。当D/E大到一定程度时，即可使箱体的温度满足需求。本实施例将D/E的值限定为小于或等于10×10 -3mm·L/Wh，以减少防护构件尺寸设计的冗余，减小电池的能量密度的损失，提高电池的安全性。
实施例16：
(i)制备两个相同的方形的电池单元，各电池单元的长度l 1为220mm，宽度l 2为44mm，高度l 3为100mm。
(ii)测试一个电池单元经由泄压孔泄放的气体的流量G，G为200L/s。在泄压孔的垂直于轴向的最大尺寸方向上，泄压孔的尺寸k为60mm。
(iii)将另一个电池单元放置到密闭的箱体内，并在箱体的位于电池单元上方的第一壁上贴附防护构件，防护构件与电池单元的泄压机构相对并用于覆盖泄压孔。防护构件为平板，其厚度D为2mm，其材质为氮化硼和碳纤维构成的复合板。在泄压孔的轴向上，防护构件与泄压孔的间距h为15mm。在泄压孔的最大尺寸方向上，防护构件的尺寸K为180mm。
(iv)触发箱体内的电池单元的热失控，使电池单元形成泄压孔并向外泄放物质。在电池单元热失控的过程中,检测第一壁的靠近防护构件的沿最大尺寸方向的边缘且未被防护构件覆盖的区域的温度，并记录最高温度T 2。
(v)在电池单元热失控结束后，打开箱体，观察防护构件是否被冲穿。
实施例17-22：实施例17-22的测试方法参照实施例16，实施例17-22与实施例16的区别如表3。示例性地，可通过改变电池单元的化学体系，来改变电池单元的流量G。
对比例9-11：对比例9-11的测试方法参照实施例16，对比例9-11与实施例16的区别如表3。
表3
参照实施例16-22和对比例9,当K＝k时，经由泄压孔泄放出的部分气体可能发散并作用在第一壁的未被防护构件覆盖的区域，造成第一壁的温度较高。本申请实施例优选使K大于k，以增大防护构件的防护范围，降低气体直接冲击第一壁的风险，减小第一壁的温度，提高安全性。
参照实施例16-22和对比例10-11,本申请实施例将(K/k)/G的值限定为大于或等于3×10 -3s/L，以使第一壁的未被防护构件遮挡的部分的温度处于一定的范围内，以降低第一壁破损的风险。
实施例23：
(i)制备两个相同的方形的电池单元，各电池单元的长度l 1为220mm，宽度l 2为44mm，高度l 3为100mm。
(ii)测试一个电池单元经由泄压孔泄放的气体的流量G，G为15L/s。在泄压孔的垂直于轴向的最大尺寸方向上，泄压孔的尺寸k为50mm。
(iii)将另一个电池单元放置到密闭的箱体内，并在箱体的位于电池单元上方的第一壁上贴附防护构件，防护构件与电池单元的泄压机构相对并用于覆盖泄压孔。防护构件为中部加厚的结构，即防护构件包括中部的加强区和两侧的基体区，加强区的厚度D为2mm，基体区的厚度为1mm。防护构件的材质为氮化硼和碳纤维构成的复合板。在泄压孔的轴向上，加强区与泄压孔正对，且加强区与泄压孔的间距h为15mm。在泄压孔的最大尺寸方向上，防护构件的尺寸K为180mm，加强区的尺寸K 1为60mm，各基体区的尺寸为60mm。
(iv)触发箱体内的电池单元的热失控，使电池单元形成泄压孔并向外泄放物质。在电池单元热失控的过程中,在基体区背离电池单元的表面的多个位点检测温度，并记录基体区背离电池单元的表面的最高温度T 3。
(v)在电池单元热失控结束后，打开箱体，观察防护构件是否被冲穿。
实施例24-25：实施例24-25的测试方法参照实施例23，实施例24-25与实施例23的区别如表4。
对比例12-13：对比例12-13的测试方法参照实施例23，对比例12-13与实施例23的区别如表4。
表4
参照实施例24-25和对比例12-13,本申请实施例将(K/K 1)/G的值限定为小于或等于2×10 -1s/L，以使加强区和基体区可以阻隔高温高速物质，以减少传递到第一壁的热量，降低第一壁的温度。
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。
最后应说明的是：以上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，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，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精神和范围。

Claims (30)

  1. 一种电池，包括：
    箱体，包括第一壁；
    电池单元，容纳于所述箱体内，所述电池单元设有泄压机构，所述泄压机构用于形成泄压孔，以泄放所述电池单元内部的物质；以及
    防护构件，容纳于所述箱体内，所述防护构件的至少部分位于所述第一壁和所述泄压机构之间并用于在所述泄压孔的轴向上覆盖所述泄压孔，
    其中，所述防护构件在所述轴向上覆盖所述泄压孔的部分沿所述轴向的最小尺寸为D，所述电池单元经由所述泄压孔泄放的气体的流量为G，D和G满足：
    2×10 -3mm·s/L≤D/G≤3.3×10 -1mm·s/L。
  2. 根据权利要求1所述的电池，其中，D和G满足：
    2×10 -3mm·s/L≤D/G≤2×10 -1mm·s/L。
  3. 根据权利要求1或2所述的电池，其中，D的值为0.5mm-5mm。
  4. 根据权利要求1-3任一项所述的电池，其中，在垂直于所述轴向的任意方向上，所述防护构件的尺寸均大于所述泄压孔的尺寸。
  5. 根据权利要求1-4任一项所述的电池，其中，所述电池单元的体积能量密度为E，D和E满足：
    1×10 -3mm·L/Wh≤D/E≤1×10 -2mm·L/Wh。
  6. 根据权利要求5所述的电池，其中，D和E满足：
    1×10 -3mm·L/Wh≤D/E≤6×10 -3mm·L/Wh。
  7. 根据权利要求1-6任一项所述的电池，其中，在所述泄压孔的垂直于所述轴向的最大尺寸方向上，所述泄压孔的尺寸为k；所述防护构件沿所述最大尺寸方向的尺寸为K；k、K以及G满足：
    K＞k，(K/k)/G≥3×10 -3s/L。
  8. 根据权利要求7所述的电池，其中，k、K以及G满足：
    (K/k)/G≥8×10 -3s/L。
  9. 根据权利要求7或8所述的电池，其中，k、K以及G满足：
    (K/k)/G≤20s/L。
  10. 根据权利要求1-9任一项所述的电池，其中，所述防护构件与所述泄压孔在所述轴向上的最小距离为h，h和D满足：
    0.2≤h/D≤250。
  11. 根据权利要求1-10任一项所述的电池，其中，所述防护构件为平板结构，所述防护构件的厚度方向平行于所述轴向。
  12. 根据权利要求1-10任一项所述的电池，其中，在所述泄压孔的垂直于所述轴向的最大尺寸方向上，所述防护构件的厚度从中间向两侧逐渐减小，所述防护构件的厚度方向平行于所述轴向；
    所述防护构件的厚度最大的部分在所述轴向上覆盖所述泄压孔的至少部分。
  13. 根据权利要求1-10任一项所述的电池，其中，所述防护构件包括基体区和连接于所述基体区的加强区，所述加强区沿所述轴向的尺寸大于所述基体区沿所述轴向的尺寸；
    在所述轴向上，所述加强区覆盖所述泄压孔的至少部分。
  14. 根据权利要求13所述的电池，其中，在所述轴向上，所述加强区完全覆盖所述泄压孔。
  15. 根据权利要求14所述的电池，其中，
    在所述泄压孔的垂直于所述轴向的最大尺寸方向上，所述防护构件的尺寸为K，所述加强区的尺寸为K 1；
    K、K 1以及G满足：
    K＞K 1，(K/K 1)/G≤2×10 -1s/L。
  16. 根据权利要求14或15所述的电池，其中，所述加强区和所述基体区均为平板结构，所述加强区的厚度方向和所述基体区的厚度方向均平行于所述轴向。
  17. 根据权利要求16所述的电池，其中，所述加强区沿所述轴向的尺寸为D，所述基体区沿所述轴向的尺寸为d；
    在所述泄压孔的垂直于所述轴向的最大尺寸方向上，所述泄压孔的尺寸为k，所述加强区的尺寸为K 1；
    D、d、k以及K 1满足：0.04≤(K 1/k)/(D/d)≤300。
  18. 根据权利要求13-17任一项所述的电池，其中，所述防护构件包括沿所述轴向层叠设置的第一防护板和第二防护板，所述第一防护板与所述第二防护板在所述轴向上重叠的部分以及所述第二防护板构成所述加强区，所述第一防护板与所述第二防护板在所述轴向上不重叠的部分构成所述基体区。
  19. 根据权利要求18所述的电池，其中，所述第二防护板设置于所述第一防护板的面向泄压机构的一侧。
  20. 根据权利要求18或19所述的电池，其中，所述第二防护板为多个，所述多个第二防护板间隔设置。
  21. 根据权利要求20所述的电池，其中，在所述泄压孔的垂直于所述轴向的最大尺寸方向上，多个所述第二防护板间隔设置。
  22. 根据权利要求18-21任一项所述的电池，其中，所述第一防护板和所述第二防护板均为平板结构，所述第一防护板的厚度方向和所述第二防护板的厚度方向均平行于所述轴向。
  23. 根据权利要求18-21任一项所述的电池，其中，所述第一防护板为平板结构，所述第一防护板的厚度方向平行于所述轴向；
    在所述泄压孔的垂直于所述轴向的最大尺寸方向上，所述第二防护板沿所述轴向的尺寸从中间向两端逐渐减小。
  24. 根据权利要求18-23任一项所述的电池，其中，所述第二防护板的材质和所述第一防护板的材质不同。
  25. 根据权利要求1-24任一项所述的电池，其中，所述第一壁位于所述电池单元的上侧或下侧。
  26. 根据权利要求1-25任一项所述的电池，其中，所述防护构件的熔点大于1000℃。
  27. 根据权利要求1-26任一项所述的电池，其中，所述防护构件的熔点大于所述第一壁的熔点。
  28. 根据权利要求1-27任一项所述的电池，其中，所述防护构件固定于所述第一壁。
  29. 根据权利要求28所述的电池，其中，所述防护构件通过粘接、焊接、紧固件连接或卡接固定于所述第一壁。
  30. 一种用电装置，包括根据权利要求1-29任一项所述的电池，所述电池用于提供电能。
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