CN118104032A - 电池单体、电池及用电设备 - Google Patents
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Abstract
一种电池单体、电池及用电设备。电池单体(10)包括：端盖组件(20)，包括盖板(21)和设置在所述盖板(21)上的第二隔离件(22)；电极组件(30)，包括主体部(31)；和第一隔离件(40)，位于所述端盖组件(20)与所述主体部(31)之间，被配置为对所述主体部(31)进行限位，其中，所述第二隔离件(22)被配置为对所述第一隔离件(40)进行限位。
Description
本公开涉及电池技术领域，特别涉及一种电池单体、电池及用电设备。
二次电池尤其是锂离子电池具有电压高、比能量大、循环寿命长、绿色无污染、工作温度范围宽及自放电小等优点，在便携式电子设备及大型新能源电动汽车的动力设备方面得到广泛应用，对解决人类环境污染和能源危机有着重大意义。随着锂离子电池的广泛应用，电池的使用可靠性成为使用者密切关注的问题。
发明内容
在本公开的一个方面，提供一种电池单体，包括：
端盖组件，包括盖板和设置在所述盖板上的第二隔离件；
电极组件，包括主体部；和
第一隔离件，位于所述端盖组件与所述主体部之间，被配置为对所述主体部进行限位，
其中，所述第二隔离件被配置为对所述第一隔离件进行限位。
位于端盖组件和电极组件的主体部之间的第一隔离件能够分隔开主体部和端盖组件，以防止主体部与端盖组件之间发生碰撞而导致电极组件的损伤，第一隔离件通过对主体部的限位作用限制主体部相对于第一隔离件的相对位置，配合盖板上设置的第二隔离件对第一隔离件的限位作用，可以有效地限制电极组件与端盖组件之间的相对位置，降低电极组件在电池单体使用状态下因振动等原因发生窜动，从而导致电极组件的损伤甚至发生短路的风险。
在一些实施例中，所述第二隔离件被配置为在第一方向和第二方向的至少一个上对所述第一隔离件进行限位，并在所述第一方向和所述第二方向的至少一个上与所述第一隔离件间隙配合，所述第一方向和所述第二方向相互垂直，并均与所述盖板的厚度方向垂直。
第二隔离件对于第一隔离件的限位方向可以为第一方向，也可以为第二方向，也可以既包括第一方向，也包括第二方向。第一方向和第二方向分别是与盖板的厚度方 向均垂直的相互正交的两个方向。第二隔离件通过在第一方向或第二方向，或者同时在第一方向和第二方向上对第一隔离件进行限位，可以在对应的限位方向上限制第二隔离件和第一隔离件之间的相对位置，防止两者之间发生不需要的相对位移。而上述限位方向可根据电池单体的放置方式、使用环境等因素进行选择，从而更有针对性地满足电极组件在电池单体使用过程中存在的例如电极组件损伤或发生短路的风险，进一步提高电池单体的使用可靠性。
第二隔离件对第一隔离件在第一方向和所述第二方向中的至少一个上的限位作用通过间隙配合实现，可以有效地降低装配时第二隔离件与第一隔离件发生干涉的可能性，降低装配难度，避免因部件的制造误差或装配工具操作时的误差造成装配困难或无法成功装配的问题。
在一些实施例中，在所述第一方向上，所述第一隔离件与所述第二隔离件的间距g1为0.1～1mm，和/或，在所述第二方向上，所述第一隔离件与所述第二隔离件的间距g2为0.1～1mm。
对于间隙配合来说，过大的配合间隙不能有效地限制第二隔离件和第一隔离件之间的相对位置，而过小的配合间隙则会增加装配难度，因此为了有效地降低装配难度，可使得第二隔离件与第一隔离件在第一方向和/或第二方向上设置0.1～1mm的间隙，这样可以兼顾可靠的限位作用和装配难度的降低。
在一些实施例中，所述主体部呈扁平状，所述第一方向为所述主体部的厚度方向。
对于具有扁平状主体部的电极组件来说，第一方向和第二方向可以分别是主体部的厚度方向和宽度方向。相应地，通过第二隔离件对第一隔离件的限位作用，配合着第一隔离件对主体部的限位作用，可以有效地放置主体部在其厚度方向或宽度方向上相对于端盖组件发生不需要的位移，从而降低主体部在移动时发生损伤的风险。
在一些实施例中，所述第二隔离件被配置为在所述盖板的厚度方向上对所述第一隔离件进行限位，并在所述盖板的厚度方向上与所述第一隔离件间隙配合。
第一隔离件在盖板的厚度方向上对第二隔离件进行限位，这样就使得主体部在盖板的厚度方向上也能够被限制相对于端盖组件的位移，防止电极组件在盖板的厚度方向上窜动，从而进一步地提高电池单体的使用可靠性。
第二隔离件对第一隔离件在盖板的厚度方向上的限位作用通过间隙配合实现，可以有效地降低装配时第二隔离件与第一隔离件发生干涉的可能性，降低装配难度，避免因部件的制造误差或装配工具操作时的误差造成装配困难或无法成功装配的问题。
在一些实施例中，在所述盖板的厚度方向上，所述第一隔离件与所述第二隔离件的间距g3为0.1～1mm。
对于间隙配合来说，过大的配合间隙不能有效地限制第二隔离件和第一隔离件之间的相对位置，而过小的配合间隙则会增加装配难度，因此为了有效地降低装配难度，可使得第二隔离件与第一隔离件在盖板的厚度方向上设置0.1～1mm的间隙，这样可以兼顾可靠的限位作用和装配难度的降低。
在一些实施例中，所述第一隔离件抵接在所述盖板邻近所述主体部的表面，并与所述盖板围出空腔，所述第二隔离件至少部分地位于所述空腔内。
本实施例通过第一隔离件与盖板邻近主体部的表面抵接，可实现第一隔离件对盖板与主体部的支撑作用，限制盖板与主体部之间在盖板的厚度方向上的相对位置。而且，第二隔离件通常可用于设置盖板上的极柱等元件，第二隔离件可以与其他元件容纳在第一隔离件与盖板所围出的空腔中，由第一隔离件进行保护和限位。
在一些实施例中，所述端盖组件还包括设置在所述盖板上的极柱，所述电极组件还包括位于所述主体部邻近所述端盖组件一端的极耳，所述极耳穿过所述第一隔离件的通道与所述极柱电连接，所述极柱的至少部分和所述极耳均位于所述空腔内。
主体部上的极耳穿过第一隔离件与盖板上的极柱通过连接件或直接电连接，而盖板与第一隔离件所形成的空腔容纳了极柱的至少部分和极耳，给极耳折弯后与极柱电连接的充分空间，从而确保电连接的可靠性，提高电池单体的使用稳定性。而且第一隔离件还通过对穿过的极耳的保持作用和对主体部和盖板的支撑作用，有效地限制了主体部相对于端盖组件在盖板的厚度方向上的窜动，防止极耳因受拉扯而撕裂，造成断路或短路的风险。
在一些实施例中，所述极耳在邻近所述盖板的一侧折弯，所述极耳的折弯部分与所述极柱邻近所述主体部的端部固定连接，在所述盖板的厚度方向上，所述通道到所述极柱邻近所述主体部的端部的最小距离D满足：
2*t≤D≤6*t；
其中，t为所述极耳的厚度。
为了增加极耳与极柱的电连接面积，可将极耳折弯，并使折弯部分与极柱的端部面接触并固定连接，从而实现可靠的电连接。而通道到极柱的端部的最小距离体现了用于容纳折弯的极耳的空间的尺寸，如果该尺寸过大，则会较多地占用主体部的空间，减少电池单体的电量，而如果该尺寸过小，则极耳折弯的容纳空间不足，容易导致极 耳与极柱连接后容易被主体部相对于端盖组件窜动时拉扯极耳，导致极耳撕裂等问题。
在盖板的厚度方向上，通过使距离D不小于2倍的极耳厚度，且不大于6倍的极耳厚度，可既确保极耳能够充分折弯后与极柱实现可靠的电连接，且不容易撕裂，又可以采用更大尺寸的主体部，从而尽量实现更大的电池单体的电量。
在一些实施例中，所述空腔的内壁面包括台阶面，所述台阶面在所述盖板的厚度方向上与所述第二隔离件间隙配合，所述第二隔离件被配置为在所述盖板的厚度方向上对所述台阶面进行限位。
在第一隔离件与盖板围出的空腔的内壁面设置台阶面，通过台阶面与第二隔离件在厚度方向上的端面的间隙配合，能够方便地实现第二隔离件在盖板的厚度方向上对第一隔离件的限位作用及间隙配合关系。
在一些实施例中，所述空腔的内壁面还包括沿所述盖板的厚度方向通过所述台阶面划分的第一内侧壁段和第二内侧壁段，所述第一内侧壁段位于所述第二内侧壁段远离所述盖板的一侧，所述第二内侧壁段在第一方向和第二方向的至少一个上与所述第二隔离件间隙配合，所述第二隔离件被配置为在所述第一方向和所述第二方向的至少一个上对所述第二内侧壁段进行限位，所述第一方向和所述第二方向相互垂直，并均与所述盖板的厚度方向垂直。
在第一隔离件与端盖组件所围出的空腔中，通过由台阶面划分的第一内侧壁段和第二内侧壁段分别围出的空间来实现不同的作用，其中第二隔离件能够在第一方向和第二方向的至少一个上对第二内侧壁段实现限位作用和间隙配合，第一内侧壁段则能够容纳折弯后与极柱连接的极耳。
在一些实施例中，在所述第一方向上，所述第一内侧壁段对应的空间宽度w1小于所述第二内侧壁段对应的空间宽度w2；和/或，在所述第二方向上，所述第一内侧壁段对应的空间宽度w1小于所述第二内侧壁段对应的空间宽度w2。
第二内侧壁段采用较大的空间宽度w2，可允许采用更大尺寸的第二隔离件，从而方便盖板上其他元件在盖板和第二隔离件上的布置；第一内侧壁段采用较小的空间宽度w1来容纳极耳，允许在该第一内侧壁段采用更厚的结构，以提升第一隔离件的强度和刚度，提高其在端盖组件和主体部之间支撑的稳定性。
在一些实施例中，在所述第一方向上，所述第一隔离件对应于所述第一内侧壁段的部分的厚度t1大于所述第一隔离件对应于所述第二内侧壁段的部分的厚度t2；和/ 或，在所述第二方向上，所述第一隔离件对应于所述第一内侧壁段的部分的厚度t1大于所述第一隔离件对应于所述第二内侧壁段的部分的厚度t2。
本实施例通过使第一隔离件对应于第二内侧壁段的厚度t2比对应于第一内侧壁段的厚度t1更小，可以增加第二内部段所围的空间的尺寸，允许采用更大尺寸的第二隔离件，从而方便盖板上其他元件在盖板和第二隔离件上的布置；而由于第一内侧壁段通常只需要容纳极耳，对空间要求不大，相应地使第一隔离件对应于第一内侧壁段的厚度更大，可以有效地提升第一隔离件的强度和刚度，从而提高第一隔离件在端盖组件和主体部之间支撑的稳定性。
在一些实施例中，所述第一隔离件具有沿所述盖板的厚度方向邻近所述主体部、且与所述极耳的一部分接触的外表面，所述外表面开设有供所述极耳穿过并与所述空腔连通的通道；在所述盖板的厚度方向上，所述外表面远离所述通道的一端到所述盖板的距离H1大于所述外表面邻近所述通道的一端到所述盖板的距离H2。
第一隔离件采用倾斜的外表面与极耳进行接触，并向极耳提供通道，以便极耳经该通道进入空腔。通过使倾斜的外表面远离通道的一端到盖板的距离H1大于外表面邻近通道的一端到盖板的距离H2，可实现能够配合主体部一端的多个极耳层收拢后的形状，实现极耳与第一隔离件之间更稳定可靠的限位作用，相应地也限制了主体部在第一方向上的相对位置。
在一些实施例中，所述第一隔离件包括可拆分的至少两个支架，所述至少两个支架组合后与所述盖板围出所述空腔和与所述空腔连通的所述通道。
对于分体式结构的第一隔离件来说，在组合至少两个支架时，可先将极耳从主体部的一端延伸出来，这样在组合成第一隔离件后，就可以通过第一隔离件上的间隙对穿过该间隙的极耳进行保持。这种结构可以有效地降低电极组件与第一隔离件之间的装配难度，提高装配效率。
在一些实施例中，所述端盖组件包括盖板，在所述盖板的厚度方向上，所述第一隔离件在所述盖板的表面的投影位于所述主体部在所述盖板的表面的投影内。
为了使第一隔离件和主体部更容易安装到电池单体的壳体内，可使得第一隔离件沿所述盖板的厚度方向在所述盖板的表面的投影位于所述主体部沿所述盖板的厚度方向在所述盖板的表面的投影内，这相当于第一隔离件相对于主体部的表面下凹，从而不会对安装过程造成干涉，降低电池单体的装配难度，提高电池单体的装配效率。
在本公开的一个方面，提供一种电池，包括前述的电池单体。采用前述电池单体 的电池可有效地提升使用可靠性。
在本公开的一个方面，提供一种用电设备，包括前述的电池。采用前述电池的用电设备可有效地提升使用可靠性。
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对本公开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公开的一些实施例，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。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1是根据本公开用电设备的一些实施例的结构示意图；
图2是根据本公开电池的一些实施例的分解示意图；
图3是根据本公开电池单体的一些实施例的分解示意图；
图4是图3中圆圈A对应区域的放大示意图；
图5是根据本公开电池单体的一些实施例中的端盖组件、电极组件和第一隔离件的安装结构在第一方向x的视角下的局部示意图；
图6是图5的右视图；
图7是图5中AA截面的结构示意图；
图8是图7中一些结构尺寸的示意图；
图9是图7中盖板、第二隔离件和第一隔离件的安装结构中一些结构尺寸的示意图；
图10是图9中去掉第二隔离件后的安装结构中一些结构尺寸的示意图；
图11是图6中BB截面的结构示意图；
图12是图11中圆圈C所围区域的放大示意图。
应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
附图标记说明：
10：电池单体；11：壳体；12：端部开口；
20：端盖组件；21：盖板；22：第二隔离件；23：极柱；24：密封件；25：端子板；26：注液机构；
30：电极组件；31：主体部；32：极耳；
40：第一隔离件；40a、40b：支架；41：第一内侧壁段；42：第二内侧壁段；43：台阶结构；44：热熔柱；45：安装凸台；46：通道；47：外表面；
50：电池；51：箱体；
60：车辆；61：控制器；62：马达。
下面结合附图和实施例对本公开的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本公开的原理，但不能用来限制本公开的范围，即本公开不限于所描述的实施例。
在本公开的描述中，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公开和简化描述，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公开的限制。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，并不是对本公开的具体结构进行限定。在本公开的描述中，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公开中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。
在一些相关技术的电池单体中，电极组件在电池单体使用状态下可能基于电池的运动状态变化或承受外力等原因而在壳体内发生窜动。电极组件在壳体内的窜动可能造成极耳与极柱之间连接的拉扯，造成电连接松动或者极耳被撕裂的风险，从而导致电极组件损伤甚至发生短路的风险。
有鉴于此，本公开实施例提供一种电池单体、电池及用电设备，能够改善电池的使用可靠性。
本公开实施例的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，本公开实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本公开实施例对此并不限定。
本公开实施例的电池单体可适用于各类电池。电池可用于车辆等用电设备的供电，例如给车辆提供操控用的电源或者驱动行驶用的电源。电池可包括壳体和电池模组，壳体用于为电池模组提供容纳空间，电池模组安装在壳体内。壳体可采用金属材质。电池模组可包括串联、并联或混联的多个电池单体。电池单体为组成电池的最小单元。电池单体包括能够发生电化学反应的电极组件。
本公开实施例的电池可适用于各类使用电池的用电设备。用电设备可以是手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等，例如，航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等，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。本公开实施例对上述用电设备不做特别限制。
图1是根据本公开用电设备的一些实施例的结构示意图。为了方便，以用电装置为车辆为例进行说明。车辆60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或混合动力汽车等。在车辆60的底部或车头或车尾可以设置电池50。
电池50可以用于车辆60的供电，例如，电池50可以作为车辆60的操作电源，用于车辆60的电路系统，例如用于车辆60的启动、导航和运行时的工作用电需求。电池50不仅仅可以作为车辆60的操作电源，还可以作为车辆60的驱动电源，替代或部分替代燃油或天然气为车辆60提供驱动力。
车辆60的内部还可以设置车桥、车轮、马达62以及控制器61，控制器61用来控制电池50为马达62的供电，例如，用于车辆60以电池50作为驱动电源时，控制器61可以为马达62提供匀速、加速的所需要的动力。马达62用于驱动车桥转动，以带动车轮转动。
图2是根据本公开电池的一些实施例的结构示意图。图3是根据本公开电池单体的一些实施例的分解示意图。图4是图3中圆圈A对应区域的放大示意图。
参考图2，在一些实施例中，电池50包括箱体51以及设置于箱体51中的一个或 者多个电池单体10。箱体51可给电池单体10提供冷却、密封及防撞击等功能，还能够避免液体或其他异物对电池单体的充放电或安全的不利影响。
参考图2，各个电池单体10之间电连接，比如串联、并联或者混联，以实现所需要的电池50的电性能参数。多个电池单体10成排设置，根据需要可以在箱体内设置一排或者多排电池单体10。
在一些实施例中，电池50的各电池单体10可以沿着箱体的长度方向和宽度方向中的至少一个排列。根据实际需要可设置至少一行或一列电池单体50。根据需要，还可以在电池50的高度方向，也可设置一层或者多层电池单体10。
在一些实施例中，多个电池单体10可先串联或并联或混联组成电池模块，然后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51内。在另一些实施例中，所有电池单体10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内。
参考图3，在本公开实施例中，电池单体10包括：端盖组件20、电极组件30和第一隔离件40。电池单体10还可以包括壳体11以及其他结构(图中未示出)，例如套在电极组件30之外，用于隔开电极组件30和壳体11的绝缘膜等。
壳体11可具有空腔和与所述空腔连通的端部开口12。壳体11的空腔可用于容纳电极组件30，并可容纳电解液。端部开口12用于电池单体安装时使电极组件30经该端部开口12进入空腔。壳体11的形状可根据空腔中容纳的一个或多个电极组件30的形状而定，例如壳体11的形状为中空长方体或中空正方体或中空圆柱体。壳体11可由具有一定硬度和强度的金属(例如铝、铝合金等)或非金属材料(塑料)制成。
端盖组件20可设置在壳体11至少一侧的端部开口12上，用于封闭端部开口12，并与壳体11形成容纳电极组件30的密闭腔体。在一些实施例中，壳体11的一端设有端部开口12，相应地，在该端部开口12设置端盖组件20，用于封闭该侧的端部开口12。在另一些实施例中，壳体11的两端均设有端部开口12，相应地，电池单体10包括两个端盖组件20，分别设置在壳体两侧的端部开口12。
电极组件30包括主体部31。电极组件30还可包括位于主体部31的至少一端并朝远离主体部的方向延伸的极耳32。极耳32可以通过可导电的连接件或直接与盖板21上的极柱23电连接。极耳32可包括多个极耳层，多个极耳层可收拢重叠在一起并折弯后与极柱连接。
主体部31可包括正极极片、负极极片和位于正极极片和负极极片之间的隔膜。 电池单体的工作是通过内部的金属离子在正极极片和负极极片之间移动实现的。
正极极片包括正极集流体和正极活性物质层。正极极耳是指从正极极片引出来的金属导体，其连接或形成在正极集流体上，用于串联连接或并联连接电池单体的其它部分。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、三元锂或锰酸锂等可以提供锂离子的锂化物质。对于采用粘结物质粘接正极集流体和正极活性物质层的情况，该粘结物质可以是PVDF(Polyvinylidene Fluoride，聚偏氟乙烯)等。
负极极片包括负极集流体和负极活性物质层。负极极耳是指从负极极片引出来的金属导体，其连接或形成在负极集流体上，用于串联连接或并联连接电池单体的其它部分。以锂离子电池为例，负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为石墨、硅、钛酸锂等可以储存锂离子的物质。对于采用粘结物质粘接负极集流体和负极活性物质层的情况，该粘结物质可以是羧甲基纤维素、环氧树脂、丁苯橡胶等。
隔膜的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。电解液包括电解质及溶剂，电解质为有机金属盐、无机盐等，可以提供在正极极片和负极极片之间穿梭的金属离子。为了保证具有足够的过电流能力，正极极耳的数量可以为多个且层叠在一起，负极极耳的数量可以为多个且层叠在一起。此外，电极组件可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本公开实施例并不限于此。
第一隔离件40位于所述端盖组件20与所述主体部31之间，被配置为对所述主体部31进行限位。这里的限位可以用于限制主体部31和第一隔离件40之间无相对运动，也可用于限制主体部31和第一隔离件40之间只允许有限的相对位移。限位的方向可以为单一方向，也可以包括多个相互正交的方向。
第一隔离件40可以采用塑胶等绝缘材料制成。第一隔离件40可采用整体式结构，也可以采用可分拆组合的分体式结构。电极组件30的极耳32可以穿过第一隔离件40与极柱23电连接。第一隔离件40可以与电池单体10内的部件进行固定连接，例如与固定设置在主体部侧边的侧托板通过热熔方式进行固定，相应地，可在第一隔离件40上设置热熔柱44。
位于端盖组件20和电极组件30的主体部31之间的第一隔离件40能够分隔开主体部31和端盖组件20，以防止主体部31与端盖组件20之间发生碰撞而导致电极组件30的损伤，而第一隔离件40还通过对主体部31的限位作用限制主体部31相对于第一隔离件40的相对位置，以避免主体部31在电池单体使用状态下因振动等原因发 生窜动，从而导致电极组件30的损伤甚至发生短路的风险。
参考图3，端盖组件20包括盖板21和设置在所述盖板21上的第二隔离件22。端盖组件20的盖板21可由具有一定硬度和强度的金属(例如铝、铝合金等)或非金属材料(塑料)制成。盖板21与壳体11可通过焊接、粘接或通过连接件连接等方式实现固定连接。盖板21上可设置一些功能部件，例如用于与电极组件30电连接的极柱、密封结构、注液机构、泄压机构等。
第二隔离件22可以固定连接在盖板21邻近电极组件30的表面上。盖板21上的极柱23可以穿设在第二隔离件22所围的区域内，并与电极组件30电连接。第二隔离件22可采用绝缘材料制成，例如采用塑胶件作为第二隔离件22。
在图3和图4中，第三方向z为盖板21的厚度方向，第一方向x和第二方向y均与第三方向z垂直，且第一方向x和第二方向y垂直。参考图3和图4，对于主体部31呈扁平状的电池单体实施例来说，第一方向x可以为主体部31的厚度方向，相应地，第二方向y为主体部31的宽度方向，而第三方向z也为主体部31的长度方向。
图5是根据本公开电池单体的一些实施例中的端盖组件、电极组件和第一隔离件的安装结构在第一方向x的视角下的局部示意图。图6是图5的右视图。图7是图5中AA截面的结构示意图。图8是图7中一些结构尺寸的示意图。图9是图7中盖板、第二隔离件和第一隔离件的安装结构中一些结构尺寸的示意图。图10是图9中去掉第二隔离件后的安装结构中一些结构尺寸的示意图。图11是图6中BB截面的结构示意图。图12是图11中圆圈C所围区域的放大示意图。
参考图5-图12，第二隔离件22被配置为对所述第一隔离件40进行限位。盖板21上设置的第二隔离件22对第一隔离件40的限位作用，配合第一隔离件40对主体部31的限位作用，可以有效地限制电极组件30与端盖组件20之间的相对位置，降低电极组件30在电池单体使用状态下因振动等原因发生窜动，从而导致电极组件30的损伤甚至发生短路的风险。并且，第二隔离件22还能够通过限位第一隔离件40来辅助第一隔离件40更有效地保持对主体部的支撑和限位。
参考图3-图7，在一些实施例中，所述第二隔离件22被配置为在第一方向x和第二方向y中的至少一个对所述第一隔离件40进行限位，并在所述第一方向x和所述第二方向y的至少一个上与所述第一隔离件40间隙配合，这里的第一方向x和第二方向y相互垂直，并均与所述盖板21的厚度方向垂直。
第二隔离件22对于第一隔离件40的限位方向可以为第一方向x，也可以为第二 方向y，可以既包括第一方向x，也包括第二方向y。而第一方向x和第二方向y分别是与盖板21的厚度方向均垂直的相互正交的两个方向。
第二隔离件22通过在第一方向x或第二方向y，或者同时在第一方向x和第二方向y上对第一隔离件40进行限位，可以在对应的限位方向上限制第二隔离件22和第一隔离件40之间的相对位置，防止两者之间发生不需要的相对位移。
上述限位方向可根据电池单体10的放置方式、使用环境等因素进行选择，从而更有针对性地满足电极组件30在电池单体10使用过程中存在的例如电极组件30损伤或发生短路的风险，进一步提高电池单体10的使用可靠性。
第二隔离件22对第一隔离件40在第一方向x和所述第二方向y中的至少一个上的限位作用通过间隙配合实现，可以有效地降低装配时第二隔离件22与第一隔离件40发生干涉的可能性，降低装配难度，避免因部件的制造误差或装配工具操作时的误差造成装配困难或无法成功装配的问题。
对于间隙配合来说，过大的配合间隙不能有效地限制第二隔离件22和第一隔离件40之间的相对位置，而过小的配合间隙则会增加装配难度，因此为了有效地降低装配难度。参考图9，在所述第一方向x上，所述第一隔离件与所述第二隔离件的间距g1为0.1～1mm，例如0.3mm，0.5mm，0.8mm等。参考图10，在所述第二方向上，所述第一隔离件与所述第二隔离件的间距g2为0.1～1mm，例如0.3mm，0.5mm，0.8mm等。通过使第二隔离件22与第一隔离件40在第一方向x和/或第二方向y上设置0.1～1mm的间隙，这样可以兼顾可靠的限位作用和装配难度的降低。
参考图3和图4，在一些实施例中，所述主体部31呈扁平状，所述第一方向x或所述第二方向y为所述主体部31的厚度方向。对于具有扁平状主体部31的电极组件30来说，第一方向x和第二方向y可以分别是主体部31的厚度方向和宽度方向。相应地，通过第二隔离件22对第一隔离件40的限位作用，配合着第一隔离件40对主体部31的限位作用，可以有效地放置主体部31在其厚度方向或宽度方向上相对于端盖组件20发生不需要的位移，从而降低主体部31在移动时发生损伤的风险。
第二隔离件22除了可以在与盖板21的厚度方向垂直的方向上限制第一隔离件40的相对位置，还可以在盖板21的厚度方向上对第一隔离件40进行限位。在一些实施例中，所述第二隔离件22还被配置为在所述盖板21的厚度方向上对所述第一隔离件40进行限位，并在所述盖板21的厚度方向上与所述第一隔离件40间隙配合。这样就使得主体部31在盖板21的厚度方向上与端盖组件20之间的相对位置受到限制，从 而防止电极组件30在盖板21的厚度方向上窜动，进一步地提高电池单体10的使用可靠性。
第二隔离件22对第一隔离件40在盖板31的厚度方向上的限位作用通过间隙配合实现，可以有效地降低装配时第二隔离件22与第一隔离件40发生干涉的可能性，降低装配难度，避免因部件的制造误差或装配工具操作时的误差造成装配困难或无法成功装配的问题。
对于间隙配合来说，过大的配合间隙不能有效地限制第二隔离件22和第一隔离件40之间的相对位置，而过小的配合间隙则会增加装配难度。为了有效地降低装配难度，参考图9，在所述盖板31的厚度方向上，所述第一隔离件40与所述第二隔离件22的间距g3为0.1～1mm，例如0.3mm，0.5mm，0.8mm等。这样可以兼顾可靠的限位作用和装配难度的降低。
参考图5，在一些实施例中，所述第一隔离件40抵接在所述盖板21邻近所述主体部31的表面，并与所述盖板21围出空腔S。所述第二隔离件22至少部分地位于所述空腔S内。本实施例通过第一隔离件40与盖板21邻近主体部31的表面抵接，可实现第一隔离件40对盖板21与主体部31的支撑作用，限制盖板21与主体部31之间在盖板21的厚度方向上的相对位置。
第二隔离件22通常可用于设置盖板21上的极柱23等元件，第二隔离件22可以与其他元件容纳在第一隔离件40与盖板21所围出的空腔中，由第一隔离件40进行保护和限位。另外，通过使所述第二隔离件22至少部分地位于所述空腔S内，可以使第一隔离件40和第二隔离件22共用一部分空间尺寸，减少第一隔离件40和第二隔离件22在电池单体中占用的空间尺寸，有利于增加电极组件的尺寸，来获得更多电量。
在图4、图5和图11中，所述端盖组件20还可包括设置在所述盖板21上的极柱23。极柱23可通过设置在盖板21上的密封件24进行密封，实现极柱23在盖板21上的密封连接。在盖板21远离主体部31一侧还可以设置端子板25，端子板25与极柱23固定连接，且可选用金属导电材质，比如铝等。端盖组件20可以包括设置在盖板21上的注液机构26，用于向壳体内注入电解液。
电极组件30还可包括位于所述主体部31邻近所述端盖组件20一端的极耳32，所述极耳32穿过所述第一隔离件40的通道46与所述极柱23电连接，所述极柱23的至少部分和所述极耳32均位于所述空腔S内。
主体部31上的极耳32穿过第一隔离件40与盖板21上的极柱23通过连接件或直接电连接，而盖板21与第一隔离件40所形成的空腔容纳了极柱23的至少部分和极耳32，给极耳32折弯后与极柱23电连接的充分空间，从而确保电连接的可靠性，提高电池单体10的使用稳定性。
而且，第一隔离件40还通过对穿过的极耳32的保持作用和对主体部31和盖板21的支撑作用，有效地限制了主体部31相对于端盖组件20在盖板21的厚度方向上的窜动，防止极耳32因受拉扯而撕裂，造成断路或短路的风险。
为了增加极耳32与极柱23的电连接面积，可将极耳32折弯，并使折弯部分与极柱23的端部面接触并固定连接，从而实现可靠的电连接。在图7和图8中，极耳32可包括多个极耳层，多个极耳层可收拢到主体部21的中线位置后穿过第一隔离件40，并在折弯后与极柱23连接。
参考图8，在一些实施例中，所述极耳32在邻近所述盖板21的一侧折弯，所述极耳32的折弯部分与所述极柱23邻近所述主体部31的端部固定连接，在所述盖板21的厚度方向上，所述通道46到所述极柱23邻近所述主体部31的端部的最小距离D满足：2*t≤D≤6*t，例如D可以等于2*t、3.5*t、4.8*t、5.6*t等，其中，t为所述极耳32的厚度。对于多个极耳层收拢的极耳结构，极耳32的厚度为多个极耳层厚度之和。
D体现了用于容纳折弯的极耳32的空间的尺寸，如果该尺寸过大，则会较多地占用主体部31的空间，减少电池单体10的电量，而如果该尺寸过小，则极耳32折弯的容纳空间不足，容易导致极耳32与极柱23连接后容易被主体部31相对于端盖组件20窜动时拉扯极耳32，导致极耳32撕裂等问题。
在盖板21的厚度方向上，通过使D不小于2倍的极耳32厚度，且不大于6倍的极耳32厚度，可既确保极耳32能够充分折弯后与极柱23实现可靠的电连接，且不容易撕裂，又可以采用更大尺寸的主体部31，从而尽量实现更大的电池单体10的电量。
参考图7-图10，在一些实施例中，所述空腔S的内壁面包括台阶面43。台阶面43可以在空腔S的周向上连续设置或分段设置。台阶面43可以在所述盖板21的厚度方向上与所述第二隔离件22间隙配合。第二隔离件22被配置为在所述盖板21的厚度方向上对所述台阶面43进行限位，这样就方便地实现第二隔离件22对第一隔离件40在盖板21的厚度方向上的限位作用及间隙配合关系。
台阶面43可以将空腔S的内壁面划分程第一内侧壁段41和第二内侧壁段42。对于通过所述台阶面43划分的第一内侧壁段41和第二内侧壁段42来说，所述第一内侧壁段41位于所述第二内侧壁段42远离所述盖板21的一侧，可用于容纳折弯后与极柱23连接的极耳32。
所述第二内侧壁段42在第一方向x和第二方向y的至少一个上与所述第二隔离件22间隙配合。第二隔离件22被配置为在所述第一方向x和所述第二方向y的至少一个上对所述第二内侧壁段42进行限位。
参考图10，在一些实施例中，在所述第一方向x上，所述第一内侧壁段41对应的空间宽度w1小于所述第二内侧壁段42对应的空间宽度w2；和/或，在所述第二方向y上，所述第一内侧壁段41对应的空间宽度w1小于所述第二内侧壁段42对应的空间宽度w2。图10中示出了第一方向x上第一内侧壁段41和第二内侧壁段42分别对应的空间宽度w1和w2，且可看出w1小于w2。而在第二方向y上，第一内侧壁段41对应的空间宽度也可以小于第二内侧壁段42对应的空间宽度。
第二内侧壁段42采用较大的空间宽度w2，可允许采用更大尺寸的第二隔离件22，从而方便盖板21上其他元件在盖板和第二隔离件上的布置。第一内侧壁段41采用较小的空间宽度来容纳极耳32，允许在该第一内侧壁段41采用更厚的结构，以提升第一隔离件40的强度和刚度，提高其在端盖组件20和主体部31之间支撑的稳定性。
参考图10，在一些实施例中，在所述第一方向x上，所述第一隔离件40对应于所述第一内侧壁段41的部分的厚度t1大于所述第一隔离件40对应于所述第二内侧壁段42的部分的厚度t2；和/或，在所述第二方向y上，所述第一隔离件40对应于所述第一内侧壁段41的部分的厚度t1大于所述第一隔离件40对应于所述第二内侧壁段42的部分的厚度t2。图10中示出了在第一方向x上，厚度t1大于厚度t2。第一隔离件40在第二方向y上的厚度t1也可以大于厚度t2。
本实施例通过使第一隔离件40对应于第二内侧壁段42的厚度t2比对应于第一内侧壁段42的厚度t1更小，可以增加第二内部段所谓的空间的尺寸，允许采用更大尺寸的第二隔离件22，从而方便盖板21上其他元件在盖板21和第二隔离件22上的布置。
由于第一内侧壁段41通常只需要容纳极耳32，对空间要求不大，相应地使第一隔离件对应于第一内侧壁段41的厚度更大，可以有效地提升第一隔离件40的强度和刚度，从而提高第一隔离件40在端盖组件20和主体部31之间支撑的稳定性。
参考图9，在一些实施例中，所述第一隔离件40具有沿所述盖板21的厚度方向邻近所述主体部31、且与所述极耳32的一部分接触的外表面47，所述外表面47开设有供所述极耳32穿过并与所述空腔S连通的通道46；在所述盖板21的厚度方向上，所述外表面47远离所述通道46的一端到所述盖板21的距离H1大于所述外表面47邻近所述通道46的一端到所述盖板21的距离H2。
在图8和图9中，第一隔离件40采用倾斜的外表面47与多个极耳层收拢形成的极耳32进行接触，并向极耳32提供通道46，以便极耳32经该通道46进入空腔S。通过使倾斜的外表面47远离通道46的一端到盖板21的距离H1大于外表面47邻近通道46的一端到盖板21的距离H2，可实现能够配合主体部31一端的多个极耳层收拢后的形状，实现极耳32与第一隔离件40之间更稳定可靠的限位作用，相应地也限制了主体部31在第一方向x上的相对位置。
为了使第一隔离件40和主体部31更容易安装到电池单体10的壳体内，参考图5，在一些实施例中，在所述盖板21的厚度方向上，所述第一隔离件40在所述盖板21的表面的投影位于所述主体部31在所述盖板21的表面的投影内。这相当于第一隔离件40相对于主体部31的表面下凹，在图8中，可以看到第一隔离件40的表面相对于主体部31的表面下凹一定的尺寸r，从而不会对安装过程造成干涉，降低电池单体10的装配难度，提高电池单体10的装配效率。
参考图4、图9和图10，在前述电池单体的实施例中，所述第一隔离件40可以包括可拆分的至少两个支架40a、40b。至少两个支架40a、40b组合后与所述盖板围出所述空腔S和与所述空腔S连通的所述通道46。
对于分体式结构的第一隔离件40来说，例如可拆分的至少两个支架40a、40b，在组合至少两个支架40a、40b时，可先将极耳32从主体部31的一端延伸出来，然后通过支架40b上邻近支架40a的端面设有安装凸台45，能够与支架40a邻近支架40b的端面上设置的安装孔进行卡扣配合，从而组合成第一隔离件40。
在组合成第一隔离件40后，就可以通过第一隔离件40上的通道46对穿过该通道45的极耳32进行保持。这种结构可以有效地降低电极组件30与第一隔离件40之间的装配难度，提高装配效率。
基于本公开的前述电池单体的各个实施例，本公开还提供了采用前述电池单体实施例的电池的实施例。该电池包括前述任一种实施例的电池单体。采用前述电池单体实施例的电池可获得更优的使用可靠性。
在本公开的一个方面，提供一种用电设备，包括前述的电池。采用前述电池的用电设备可获得更优的使用可靠性。
虽然已经参考优选实施例对本公开进行了描述，但在不脱离本公开的范围的情况下，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。本公开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 (18)
- 一种电池单体(10)，包括：端盖组件(20)，包括盖板(21)和设置在所述盖板(21)上的第二隔离件(22)；电极组件(30)，包括主体部(31)；和第一隔离件(40)，位于所述端盖组件(20)与所述主体部(31)之间，被配置为对所述主体部(31)进行限位，其中，所述第二隔离件(22)被配置为对所述第一隔离件(40)进行限位。
- 根据权利要求1所述的电池单体(10)，其中，所述第二隔离件(22)被配置为在第一方向(x)和第二方向(y)的至少一个上对所述第一隔离件(40)进行限位，并在所述第一方向(x)和所述第二方向(y)的至少一个上与所述第一隔离件(40)间隙配合，所述第一方向(x)和所述第二方向(y)相互垂直，并均与所述盖板(21)的厚度方向垂直。
- 根据权利要求2所述的电池单体(10)，其中，在所述第一方向(x)上，所述第一隔离件(40)与所述第二隔离件(22)的间距g1为0.1～1mm，和/或，在所述第二方向(y)上，所述第一隔离件(40)与所述第二隔离件(22)的间距g2为0.1～1mm。
- 根据权利要求2或3所述的电池单体(10)，其中，所述主体部(31)呈扁平状，所述第一方向(x)为所述主体部(31)的厚度方向。
- 根据权利要求1～4任一所述的电池单体(10)，其中，所述第二隔离件(22)被配置为在所述盖板(21)的厚度方向上对所述第一隔离件(40)进行限位，并在所述盖板(21)的厚度方向上与所述第一隔离件(40)间隙配合。
- 根据权利要求5所述的电池单体(10)，其中，在所述盖板(21)的厚度方向上，所述第一隔离件(40)与所述第二隔离件(22)的间距g3为0.1～1mm。
- 根据权利要求1～6任一所述的电池单体(10)，其中，所述第一隔离件(40)抵接在所述盖板(21)邻近所述主体部(31)的表面，并与所述盖板(21)围出空腔(S)，所述第二隔离件(22)至少部分地位于所述空腔(S)内。
- 根据权利要求7所述的电池单体(10)，其中，所述端盖组件(20)还包括设置在所述盖板(21)上的极柱(23)，所述电极组件(30)还包括位于所述主体部(31)邻近所述端盖组件(20)一端的极耳(32)，所述极耳(32)穿过所述第一隔离件(40)的通道(46)与所述极柱(23)电连接，所述极柱(23)的至少部分和所述极耳(32) 均位于所述空腔(S)内。
- 根据权利要求8所述的电池单体(10)，其中，所述极耳(32)在邻近所述盖板(21)的一侧折弯，所述极耳(32)的折弯部分与所述极柱(23)邻近所述主体部(31)的端部固定连接，在所述盖板(21)的厚度方向上，所述通道(46)到所述极柱(23)邻近所述主体部(31)的端部的最小距离D满足：2*t≤D≤6*t；其中，t为所述极耳(32)的厚度。
- 根据权利要求7～9任一所述的电池单体(10)，其中，所述空腔(S)的内壁面包括台阶面(43)，所述台阶面(43)在所述盖板(21)的厚度方向上与所述第二隔离件(22)间隙配合，所述第二隔离件(22)被配置为在所述盖板(21)的厚度方向上对所述台阶面(43)进行限位。
- 根据权利要求10所述的电池单体(10)，其中，所述空腔(S)的内壁面还包括沿所述盖板(21)的厚度方向通过所述台阶面(43)划分的第一内侧壁段(41)和第二内侧壁段(42)，所述第一内侧壁段(41)位于所述第二内侧壁段(42)远离所述盖板(21)的一侧，所述第二内侧壁段(42)在第一方向(x)和第二方向(y)的至少一个上与所述第二隔离件(22)间隙配合，所述第二隔离件(22)被配置为在所述第一方向(x)和所述第二方向(y)的至少一个上对所述第二内侧壁段(42)进行限位，所述第一方向(x)和所述第二方向(y)相互垂直，并均与所述盖板(21)的厚度方向垂直。
- 根据权利要求11所述的电池单体(10)，其中，在所述第一方向(x)上，所述第一内侧壁段(41)对应的空间宽度w1小于所述第二内侧壁段(42)对应的空间宽度w2；和/或，在所述第二方向(y)上，所述第一内侧壁段(41)对应的空间宽度w1小于所述第二内侧壁段(42)对应的空间宽度w2。
- 根据权利要求11所述的电池单体(10)，其中，在所述第一方向(x)上，所述第一隔离件(40)对应于所述第一内侧壁段(41)的部分的厚度t1大于所述第一隔离件(40)对应于所述第二内侧壁段(42)的部分的厚度t2；和/或，在所述第二方向(y)上，所述第一隔离件(40)对应于所述第一内侧壁段(41)的部分的厚度t1大于所述第一隔离件(40)对应于所述第二内侧壁段(42)的部分的厚度t2。
- 根据权利要求8或9所述的电池单体(10)，其中，所述第一隔离件(40)具有沿所述盖板(21)的厚度方向邻近所述主体部(31)、且与所述极耳(32)的一 部分接触的外表面(47)，所述外表面(47)开设有供所述极耳(32)穿过并与所述空腔(S)连通的通道(46)；在所述盖板(21)的厚度方向上，所述外表面(47)远离所述通道(46)的一端到所述盖板(21)的距离H1大于所述外表面(47)邻近所述通道(46)的一端到所述盖板(21)的距离H2。
- 根据权利要求14所述的电池单体(10)，其中，所述第一隔离件(40)包括可拆分的至少两个支架(40a，40b)，所述至少两个支架(40a，40b)组合后与所述盖板(21)围出所述空腔(S)和与所述空腔(S)连通的所述通道(46)。
- 根据权利要求1～15任一所述的电池单体(10)，其中，所述端盖组件(20)包括盖板(21)，在所述盖板(21)的厚度方向上，所述第一隔离件(40)在所述盖板(21)的表面的投影位于所述主体部(31)在所述盖板(21)的表面的投影内。
- 一种电池(50)，包括：权利要求1～16任一所述的电池单体(10)。
- 一种用电设备，包括：权利要求17所述的电池(50)。
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