CN118104042A - 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：壳体(20)，具有围成壳体(20)的端部开口(21)的多个侧板；电极组件(30)，设置在壳体(20)内；和端盖(40)，设置在端部开口(21)，端盖(40)具有与端部开口(21)的端面固定连接，且与多个侧板分别对应的多个边沿部，其中，多个侧板包括厚度不同的第一侧板(231)和第二侧板(232)，多个边沿部包括对应第一侧板(231)的第一边沿部(411)和对应第二侧板(232)的第二边沿部(412)；在第一侧板(231)的厚度方向上，第一侧板(231)的外壁(231a)与第一边沿部(411)的外侧面(411a)基本平齐，在第二侧板(232)的厚度方向上，第二侧板(232)的外壁与第二边沿部(412)的外侧面基本平齐。
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。
可再充电电池单体，可以称为二次电池单体，是指在电池单体放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池单体。可再充电电池单体广泛用于电子设备，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。电池单体的使用安全性对于使用者来说非常重要。
发明内容
在本公开的一个方面，提供一种电池单体，包括：壳体，具有围成所述壳体的端部开口的多个侧板；电极组件，设置在所述壳体内；和端盖，设置在所述端部开口，所述端盖具有与所述端部开口的端面固定连接，且与所述多个侧板分别对应的多个边沿部，其中，所述多个侧板包括厚度不同的第一侧板和第二侧板，所述多个边沿部包括对应所述第一侧板的第一边沿部和对应所述第二侧板的第二边沿部；在所述第一侧板的厚度方向上，所述第一侧板的外壁与所述第一边沿部的外侧面基本平齐，在所述第二侧板的厚度方向上，所述第二侧板的外壁与所述第二边沿部的外侧面基本平齐。
电池单体的壳体通过不同厚度的侧板满足电池单体的特定需求，例如通过更厚的侧板来满足抗振或抗冲击的需求，以使电池单体的对应表面不容易发生变形或破损，从而提升壳体内电极组件的可靠性。对于厚度不同的第一侧板和第二侧板，通过在对应的厚度方向上，使侧板的外壁与对应的边沿部的外侧面基本平齐，能够满足侧板的外壁和边沿部的外侧面焊接时的质量要求，确保壳体与端盖之间的连接可靠，提高电池单体的使用安全性，避免侧板的外壁与边沿部的外侧面间距较大而导致无法焊接或焊接质量不能满足要求的问题。
在一些实施例中，所述第一侧板的外壁与所述第一边沿部的外侧面的间距小于0.8mm，和/或，所述第二侧板的外壁与所述第二边沿部的外侧面的间距小于0.8mm。
通过使不同厚度的侧板的外壁与对应的边沿部的外侧面的间距小于0.8mm，能够 在焊接上确保焊接质量，实现壳体与端盖之间的可靠连接。
在一些实施例中，所述第一侧板的外壁与所述第一边沿部的外侧面共面，和/或，所述第二侧板的外壁与所述第二边沿部的外侧面共面。
通过使不同厚度的侧板的外壁与对应的边沿部的外侧面共面，这样实现侧板外壁与边沿部的外侧面之间的完全平齐，从而可实现更优的焊接质量，提高壳体与端盖之间的连接可靠性。
在一些实施例中，所述端盖具有本体部，所述多个边沿部位于所述本体部的外周，所述本体部具有相对所述多个边沿部凸出，并位于所述端部开口内侧的凸出部分。
对于这种通过焊接方式形成的壳体与端盖之间的连接结构，通常可通过在电池单体外侧通过激光对端部开口的端面与对应侧的边沿部对接的缝隙进行焊接而形成。相比于沿端盖的厚度方向的穿透焊方式，当激光焊穿焊缝时，本体部的凸出部分能够遮挡激光，以消除激光烧伤电极组件的风险，而且在焊接时可使电池单体相对于激光焊枪转动来形成整个焊缝，从而获得更高的焊接效率。
在一些实施例中，在所述第一侧板的厚度方向上，所述第一边沿部相对于所述凸出部分的凸出距离为L1，在所述第二侧板的厚度方向上，所述第二边沿部相对于所述凸出部分的凸出距离为L2，L1和L2满足：L1≠L2。
位于主体部外周的各个边沿部能够与本体部的凸出部分形成台阶结构。这种台阶结构中第一边沿部相对于凸出部分的凸出距离L1与第二边沿部相对于凸出部分的凸出距离L2不相等，这样可以使壳体与端盖在进行装配时，能够更方便地设计出侧板的不同厚度匹配的不同凸出距离，以满足例如实现不同厚度的侧板的外壁与所述边沿部的外侧面基本平齐的效果的需求。
在一些实施例中，所述第一侧板的厚度D1小于所述第二侧板的厚度D2，L1和L2满足：L1<L2。
边沿部相对于凸出部分的凸出距离相当于台阶结构的台阶面宽度。对于厚度更高的侧板，采用更大的凸出距离可使得该侧的侧板的端面与边沿部实现更大的搭接尺寸，并且能够使得该侧侧板的外壁与对应的边沿部的外侧面更加平齐，从而满足侧板的外壁和边沿部的外侧面焊接时的质量要求，确保壳体与端盖之间的连接可靠，提高电池单体的使用安全性。
在一些实施例中，所述第一侧板和所述第二侧板相互邻接，所述第一侧板的厚度D1小于所述第二侧板的厚度D2，所述第一侧板和所述第二侧板的邻接部位形成弧形 过渡部，所述弧形过渡部的内圆角半径r1大于等于所述第一侧板的厚度D1，所述弧形过渡部的外圆角半径R1大于等于所述第一侧板的厚度D1。
对于厚度不同且相互邻接的第一侧板和第二侧板来说，在采用挤出成型工艺时，通过使相邻侧板之间弧形过渡部的内圆角半径和外圆角半径均大于等于较薄的第一侧板的厚度，可以改善挤出型材过程中材料流动性和壳体强度。
在一些实施例中，所述第一侧板的厚度D1满足：D1≥0.3mm。
通过使较薄的第一侧板的厚度大于等于0.3mm，满足第一侧板在挤出成型工艺中的可制造性。
在一些实施例中，所述第一侧板的厚度D1满足：0.3mm≤D1≤2mm。
通过进一步限定第一侧板的厚度满足大于等于0.3mm且小于等于2mm，可以在满足第一侧板在挤出成型工艺中的可制造性的同时，材料使用量更少并且更轻。
在一些实施例中，所述第一侧板的厚度D1和所述第二侧板的厚度D2满足：D1<D2≤4*D1。
如果较厚的第二侧板的厚度与较薄的第一侧板的厚度的差距过大，则可能使第一侧板和第二侧板在挤出成型工艺中，存在材料流动不均匀或流速差异过大而导致的界面撕裂问题。因此，使第二侧板的厚度大于第一侧板的厚度，并不大于第一侧板的厚度的4倍，可以在满足侧板的厚度关系的同事，改善挤出成型的效果。
在一些实施例中，所述内圆角半径r1满足：0.4mm≤r1≤2.5mm。
通过使内圆角半径r1满足0.4mm≤r1≤2.5mm，可以改善挤出成型工艺中的材料流动性，并有利于电极组件的安装。
在一些实施例中，所述内圆角半径r1和所述外圆角半径R1满足：r1+D1≤R1≤r1+D2。
通过使内圆角半径r1和所述外圆角半径R1满足：r1+D1≤R1≤r1+D2，可以改善壳体的弧形过渡部的强度。
在一些实施例中，所述壳体通过挤出成型工艺形成。
在获得壳体时，挤出成型工艺的成本更低，效率和良率更高。
在一些实施例中，所述壳体为方形管，所述多个侧板还包括：第三侧板和第四侧板，所述第一侧板与所述第三侧板相对，所述第二侧板与所述第四侧板相对，所述第一侧板和所述第三侧板均连接在所述第二侧板和所述第四侧板之间，所述第二侧板用于安装在电池的箱体的底壁，所述第二侧板的厚度大于所述第一侧板的厚度，并大于 所述第三侧板的厚度，所述第二侧板的厚度大于等于所述第四侧板的厚度。
第二侧板和第四侧板分别相当于壳体的底板和顶板，而第一侧板和第三侧板则相当于位于底板和顶板之间的两个相对的立板。通过使底板更厚可以降低底板在受振动和冲击时发生变形或破损的风险，提高电池单体内电极组件的可靠性和电池单体的使用寿命。
对于底板与顶板厚度相同的实施例来说，通过使相对的顶板和底板厚度相同，可在材料流动时保持上下两侧的均匀性，有利于消除因流速不一致而导致的厚度不均或裂纹问题。对于底板比顶板更厚的实施例来说，通过使底板厚度大于顶板厚度，可以使底板降低底板在受振动和冲击时发生变形或破损的风险的同时，并相应地减少壳体的重量和材料使用量，提高壳体内部空间体积，从而有助于提高电池单体的能量密度。
在一些实施例中，所述第一侧板的厚度与所述第三侧板的厚度相等。
对于挤出成型工艺来说，通过使相对的两个立板厚度相同，可在材料流动时保持左右两侧的均匀性，有利于消除因流速不一致而导致的厚度不均或裂纹问题。
在一些实施例中，所述第四侧板的厚度大于所述第一侧板的厚度，并大于所述第三侧板的厚度。
通过使顶板厚度大于立板厚度，可以尽量避免顶板在电池的异常情况例如电池内部压力过大时发生变形和破坏。
在一些实施例中，所述电池单体还包括：泄压机构，设置在所述底板上。
泄压机构可以在壳体内部的气体压力达到阈值时致动以泄放压力，保证电池单体的安全性能。而更厚的底板能够增加泄压机构与底板之间的连接面积，以加强对泄压机构的支撑，避免因连接强度不足等原因导致泄压阀损害，从而提高电池单体的安全性能。
在一些实施例中，所述端部开口的端面与所述多个边沿部焊接并形成焊缝熔池，所述焊缝熔池的中心面与所述端部开口的端面平行。
对于这种通过焊接方式形成的壳体与端盖之间的连接结构，通常可通过在电池单体外侧通过激光对端部开口的端面与对应侧的边沿部对接的缝隙进行焊接而形成。通过使焊缝熔池的中心面与所述端部开口的端面平行，如果激光能够沿该端面焊穿焊缝，则可通过本体部的凸出部分遮挡激光，以消除激光烧伤电极组件的风险。
在一些实施例中，所述焊缝熔池包括以所述端部开口的端面所在平面划分的第一段和第二段，所述第一段位于所述端部开口的端面远离所述电极组件的一侧，所述第 二段位于所述端部开口的端面邻近所述电极组件的一侧，所述第一段的体积大于或等于所述第二段的体积。
在采用焊接方式连接壳体和端盖时，在保证连接强度的情况下，可使得焊缝熔池更靠近端盖的一侧，这样使得以端部开口的端面以上的焊缝熔池的第一段的体积更大，从而减少焊接时热量对壳体侧板的影响，从而提高壳体的结构可靠性。
在本公开的一个方面，提供一种电池，包括：箱体；和多个电池单体，设置在所述箱体内，其中，所述多个电池单体中至少一个电池单体为前述的电池单体。
采用前述电池单体的电池可获得更优的安全性能。
在本公开的一个方面，提供一种用电设备，包括：前述的电池。
采用前述电池单体的用电设备可获得更优的安全性能。
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结构示意图；
图4是根据本公开电池单体的一些实施例的分解示意图；
图5是图4中的壳体的结构示意图；
图6是图5中的AA截面的示意图；
图7是图6中椭圆C对应部位的放大示意图；
图8是根据本公开电池单体的一些实施例的局部结构示意图；
图9是图8中的BB截面的示意图；
图10-图12分别是图9中圆圈D对应部位的几种实例的放大图；
图13是根据本公开电池单体的一些实施例中端盖的结构示意图；
图14是图13所示的端盖的尺寸示意图；
图15是根据本公开电池单体的一些实施例中壳体的结构示意图。
附图标记说明：
10：电池单体；11：焊缝熔池；12：泄压机构；
20：壳体；21：端部开口；231：第一侧板；231a：外壁；232：第二侧板；233：第三侧板；234：第四侧板；235：弧形过渡部；
30：电极组件；
40：端盖；411：第一边沿部；411a：外侧面；412：第二边沿部；42：本体部；421：凸出部分；
50：电池；51：箱体；52：底壁；
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。
在一些相关技术中，电池单体的壳体的侧壁厚度不同，较厚的侧壁相比于较薄的侧壁具有相对较高的强度和刚度，能够承受更差的受力工况，或者较厚的侧壁能够满 足特定的工况需求。对于这种壳体来说，当将其与端盖进行焊接时，厚薄不同的侧壁分别与端盖的不同部位的焊接效果存在一定差异，有可能影响焊接质量，从而影响壳体与端盖之间的连接可靠性，进而降低电池单体的安全性。
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，能够提升电池的使用安全性。
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。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。在电池单体的常规放置状态下，电池单体的极柱位于上方、侧方或下方，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。电池可包括箱体和多个电池单体。串联、并联或混联的多个电池单体可形成电池模组。箱体可以为电池单体或电池模组提供容纳空间。
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。参考图1，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为马达供电，例如，在车辆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分解示意图。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可采用金属材质，其可以容纳电池单体10，并向电池单体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。
在图2中，各个电池单体10之间可采用例如串联、并联或者混联等方式的电连接，以实现所需要的电池50的电性能参数。多个电池单体50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51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51内。
图3是根据本公开电池单体的一些实施例的结构示意图。图4是根据本公开电池单体的一些实施例的分解示意图。图5是图4中的壳体的结构示意图。图6是图5中的AA截面的示意图。图7是图6中椭圆C对应部位的放大示意图。图8是根据本公开电池单体的一些实施例的局部结构示意图。图9是图8中的BB截面的示意图。图10-图12分别是图9中圆圈D对应部位的几种实例的放大图。
参考图3-图12，在一些实施例中，电池单体10包括：壳体20、电极组件30和端盖40。壳体20具有围成所述壳体20的端部开口21的多个侧板。电极组件30设置在所述壳体20内。端盖40设置在所述端部开口21。端盖40具有与所述端部开口21的端面固定连接，且与多个侧板分别对应的的多个边沿部。所述多个侧板包括厚度不同的第一侧板231和第二侧板232。
所述多个边沿部包括对应所述第一侧板231的第一边沿部411和对应所述第二侧板232的第二边沿部412；在所述第一侧板231的厚度方向上，所述第一侧板231的外壁231a与所述第一边沿部411的外侧面411a基本平齐，在所述第二侧板232的厚 度方向上，所述第二侧板232的外壁与所述第二边沿部412的外侧面基本平齐。
在本实施例中，电池单体10的壳体20通过不同厚度的侧板满足电池单体10的特定需求，例如通过更厚的侧板来满足抗振或抗冲击的需求，以使电池单体10的对应表面不容易发生变形或破损，从而提升壳体20内电极组件30的可靠性。而其他侧面的侧板可以依据需求减薄，实现壳体20的减重，并提升壳体20内可利用的空间，从而允许使用尺寸更大的电极组件，进而提高电池单体的容量。
对于厚度不同的第一侧板和第二侧板，通过在对应的厚度方向上，使侧板的外壁与对应的边沿部的外侧面基本平齐，能够满足侧板的外壁和边沿部的外侧面焊接时的质量要求，确保壳体与端盖之间连接可靠，提高电池单体的使用安全性，避免侧板的外壁与边沿部的外侧面间距较大而导致无法焊接或焊接质量不能满足要求的问题。
在本实施例中，第一侧板231的外壁231a与第一边沿部411的外侧面411a基本平齐，以及第二侧板232的外壁与第二边沿部412的外侧面基本平齐包括共面而无间距的情形，也包括位于不同平面，但侧板外壁与对应的边沿部的外侧面的间距g较小的情形。
壳体20的多个侧板围出壳体20的内部腔室，该内部腔室能够容纳电极组件30。端部开口21可以设置在壳体20的至少一端，并与壳体20的内部腔室连通。壳体20的形状可根据一个或多个电极组件30的形状而定，壳体20可以为中空长方体或中空正方体或中空圆柱体等。壳体20可以由导电金属的材料或塑料制成，可选地，壳体20由铝或铝合金制成。
端盖40设置在所述端部开口21，用于与壳体20形成容纳电极组件30的密闭腔体。端盖40上可设置至少一个极柱43，极柱43通过密封件44固定设置在端盖40上，并与电极组件30上对应极性的极耳电连接。
电极组件30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。正极极耳连接或形成在正极集流体上。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。负极极耳连接活性成在负极集流体 上。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。
在图7中示出了不同厚度的两个侧板各自的厚度方向d1和d2，该厚度方向可以为侧板外壁或内壁的法线方向。根据壳体的形状和不同厚度的侧板的分布位置，厚度方向d1和d2可以相互平行或呈一定夹角，例如60°、90°等。
参考图11，在一些实施例中，所述第一侧板231的外壁231a与所述第一边沿部411的外侧面411a的间距小于0.8mm，和/或，所述第二侧板232的外壁与所述第二边沿部412的外侧面的间距小于0.8mm。通过使不同侧板的外壁与对应的边沿部的外侧面的间距小于0.8mm，能够在焊接上确保焊接质量，实现壳体20与端盖40之间的可靠连接。
参考图10，在一些实施例中，所述第一侧板231的外壁231a与所述第一边沿部411的外侧面411a共面，和/或，所述第二侧板232的外壁与所述第二边沿部412的外侧面共面。通过使不同厚度的侧板的外壁与对应的边沿部的外侧面共面，这样实现侧板外壁与边沿部的外侧面之间的完全平齐(相当于间距为0mm)，从而可实现更优的焊接质量，提高壳体与端盖之间的连接可靠性。
图13是根据本公开电池单体的一些实施例中端盖的结构示意图。图14是图13所示的端盖的尺寸示意图。参考图9、图13和图14，在一些实施例中，所述端盖40具有本体部42，所述多个边沿部位于所述本体部42的外周，所述本体部42具有相对所述多个边沿部凸出，并位于所述端部开口21内侧的凸出部分421。
本体部42的凸出部分421可以与各个边沿部形成台阶结构，当凸出部分421嵌入端部开口21内时，可以实现端盖40在端部开口21的定位。而端部开口21的端面与各个边沿部搭接，本体部42可以配合多个边沿部实现端盖40与多个侧板之间的固定连接。
对于这种通过焊接方式形成的壳体与端盖之间的连接结构，通常可通过在电池单 体外侧通过激光对端部开口的端面与对应侧的边沿部对接的缝隙进行焊接而形成。相比于沿端盖的厚度方向的穿透焊方式，当激光焊穿焊缝时，本体部的凸出部分能够遮挡激光，以消除激光烧伤电极组件的风险，而且在焊接时可使电池单体相对于激光焊枪转动来形成整个焊缝，从而获得更高的焊接效率。
参考图12，在一些实施例中，所述端部开口21的端面与所述多个边沿部焊接并形成焊缝熔池11，所述焊缝熔池11的中心面S2与所述端部开口21的端面平行。
对于这种通过焊接方式形成的壳体与端盖之间的连接结构来说，可以通过位于电池单体10外侧的激光焊枪发射出激光，通过激光对端部开口21的端面与对应侧的边沿部对接的缝隙进行焊接而形成。相比于沿端盖40的厚度方向(即图12中的竖直方向)的穿透焊方式，通过使焊缝熔池的中心面S1与所述端部开口21的端面平行，如果激光沿该端面焊穿焊缝，则可通过本体部的凸出部分遮挡激光，以消除激光烧伤电极组件的风险。而且，在焊接时可使电池单体10相对于激光焊枪转动来形成整个焊缝，从而获得更高的焊接效率。
所述焊缝熔池11包括以所述端部开口21的端面所在平面S2划分的第一段和第二段，所述第一段位于所述端部开口21的端面远离所述电极组件30的一侧，所述第二段位于所述端部开口21的端面邻近所述电极组件30的一侧，所述第一段的体积大于或等于所述第二段的体积。
在采用焊接方式连接壳体和端盖时，在保证连接强度的情况下，可使得焊缝熔池更靠近端盖的一侧，这样使得以端部开口的端面以上的焊缝熔池的第一段的体积更大，从而减少焊接时热量对壳体侧板的影响，从而提高壳体的结构可靠性。
参考图14，在一些实施例中，在所述第一侧板231的厚度方向上，所述第一边沿部411相对于所述凸出部分421的凸出距离为L1，在所述第二侧板232的厚度方向上，所述第二边沿部412相对于所述凸出部分421的凸出距离为L2。L1和L2满足：L1≠L2。
在边沿部与本体部的凸出部分形成的台阶结构中，第一边沿部相对于凸出部分的凸出距离L1与第二边沿部相对于凸出部分的凸出距离L2不相等，这样可以使壳体与端盖在进行装配时，能够更方便地设计出侧板的不同厚度匹配的不同凸出距离，以满足例如实现不同厚度的侧板的外壁与所述边沿部的外侧面基本平齐的效果的需求。
在图14中，所述第一侧板231的厚度D1小于所述第二侧板232的厚度D2，对应于较厚的第二侧板232的L1小于对应于较薄的第一侧板231的L2。边沿部相对于 凸出部分的凸出距离相当于台阶结构的台阶面宽度。对于厚度更高的侧板，采用更大的凸出距离可使得该侧的侧板的端面与边沿部实现更大的搭接尺寸，并且能够使得该侧侧板的外壁与对应的边沿部的外侧面更加平齐，从而满足侧板的外壁和边沿部的外侧面焊接时的质量要求，确保壳体与端盖之间的连接可靠，提高电池单体的使用安全性。
在另一些实施例中，在各个侧板各自的厚度方向上，所述凸出部分到所述边沿部的外侧面的距离也可以均相同，只要侧板的外壁在厚度方向上与对应的边沿部的外侧面的间距g小于预设尺寸，而满足两者基本平齐的效果即可。
参考图7，在一些实施例中，第一侧板231和第二侧板232相互邻接。所述第一侧板231的厚度D1小于所述第二侧板232的厚度D2，所述第一侧板231和所述第二侧板232的邻接部位形成弧形过渡部233。这种弧形过渡部233与第一侧板231和第二侧板232可以通过挤出成型工艺一起挤出获得。在所述弧形过渡部233的内圆角半径r1可大于等于所述第一侧板231的厚度D1，所述弧形过渡部233的外圆角半径R1可大于等于所述第一侧板231的厚度D1。
对于厚度不同且相互邻接的侧板来说，在采用挤出成型工艺时，通过使相邻侧板之间弧形过渡部233的内圆角半径和外圆角半径均大于等于较薄的第一侧板231的厚度，可以改善挤出型材过程中材料流动性和壳体20强度。
在一些实施例中，所述第一侧板231的厚度D1满足：D1≥0.3mm。如果侧板厚度过小，则在挤出成型工艺中材料流动速度不均匀，导致形成均匀厚度的侧板型材的难度较大。因此，通过使较薄的第一侧板231的厚度大于等于0.3mm，满足第一侧板231在挤出成型工艺中的可制造性。
可选地，所述第一侧板231的厚度D1满足：0.3mm≤D1≤2mm。如果侧板厚度过大，则导致壳体20需要使用更多材料制成，更重、占用电池单体的厚度尺寸更大，从而影响电极组件30的尺寸，进而影响电池单体的电量。因此，通过进一步限定第一侧板231的厚度满足大于等于0.3mm且小于等于2mm，可以在满足第一侧板231在挤出成型工艺中的可制造性的同时，材料使用量更少且更轻，并能够实现电池单体的更多电量。
参考图7，在一些实施例中，所述第一侧板231的厚度D1和所述第二侧板232的厚度D2满足：D1<D2≤4*D1。如果较厚的第二侧板的厚度与较薄的第一侧板的厚度的差距过大，则可能使第一侧板231和第二侧板232在挤出成型工艺中，存在材料 流动不均匀或流速差异过大而导致的界面撕裂问题。因此，使第二侧板232的厚度大于第一侧板231的厚度，并不大于第一侧板231的厚度的4倍，可以在满足侧板的厚度关系的同事，改善挤出成型的效果。
对于第一侧板231和第二侧板232的弧形过渡部233来说，过小的内圆角半径将导致曲率过大，影响挤出成型工艺中材料的流动性，容易因材料未及时流动而造成材料厚度不均匀，从而导致波浪纹的出现，甚至发生破裂而产生裂纹。而过大的内圆角半径r1会使弧形过渡部233占用在壳体20内的较大空间，对电极组件30的安装形成干涉。因此，在一些实施例中，所述内圆角半径r1满足：0.4mm≤r1≤2.5mm。通过使内圆角半径r1满足0.4mm≤r1≤2.5mm，可以改善挤出成型工艺中的材料流动性，并有利于电极组件30的安装。
对于第一侧板231和第二侧板232的弧形过渡部233来说，过大的外圆角半径将导致外圆角过平，从而更接近于内圆角，这使得弧形过渡部233比较薄，影响该部位的强度。而过小的外圆角会导致弧形过渡部过厚或过于尖锐，在挤出成型时材料流速不容易控制，流动不均匀，容易导致出现鱼鳞纹或裂纹等不良。因此，在一些实施例中，所述内圆角半径r1和所述外圆角半径R1满足：r1+D1≤R1≤r1+D2。通过使内圆角半径r1和所述外圆角半径R1满足：r1+D1≤R1≤r1+D2，可以改善壳体20的弧形过渡部233的强度。
在上述各实施例中，所述壳体20可以通过挤出成型工艺形成。在获得壳体20时，挤出成型工艺的成本更低，效率和良率更高。在另一些实施例中，壳体20也可以采用其他工艺获得，例如将金属板折弯焊接成壳体的方式。
图15是根据本公开电池单体的一些实施例中壳体的结构示意图。参考图2、图4-图6和图15，在一些实施例中，所述壳体20为方形管，所述多个侧板还包括：第三侧板233和第四侧板234，所述第一侧板231与所述第三侧板233相对，所述第二侧板232与所述第四侧板234相对。所述第一侧板231和所述第三侧板233均连接在所述第二侧板232和所述第四侧板234之间。所述第二侧板232用于安装在电池50的箱体51的底壁52。所述第二侧板232的厚度大于所述第一侧板231的厚度，并大于所述第三侧板233的厚度，所述第二侧板232的厚度大于等于所述第四侧板234的厚度。
第二侧板232和第四侧板234分别相当于壳体20的底板和顶板，而第一侧板231和第三侧板233则相当于位于底板和顶板之间的两个相对的立板。对于安装在电池箱 体51的底壁的方形电池单体10来说，其底板在使用时可能会承受一定的振动和冲击，通过使底板更厚可以降低底板在受振动和冲击时发生变形或破损的风险，提高电池单体10内电极组件30的可靠性和电池单体10的使用寿命。
对于底板与顶板厚度相同的实施例来说，通过使相对的顶板23a和底板23b厚度相同，可在材料流动时保持上下两侧的均匀性，有利于消除因流速不一致而导致的厚度不均或裂纹问题。对于底板比顶板更厚的实施例来说，通过使底板23b厚度大于顶板23a厚度，可以使底板23b降低底板23b在受振动和冲击时发生变形或破损的风险的同时，并相应地减少壳体20的重量和材料使用量，提高壳体20内部空间体积，从而有助于提高电池单体10的能量密度。
在一些实施例中，所述第一侧板231的厚度与所述第三侧板233的厚度相等。对于挤出成型工艺来说，通过使相对的两个立板厚度相同，可在材料流动时保持左右两侧的均匀性，有利于消除因流速不一致而导致的厚度不均或裂纹问题。
在一些实施例中，所述第四侧板234的厚度大于所述第一侧板231的厚度，并大于所述第三侧板233的厚度。通过使所述顶板的厚度大于所述两个立板中每个立板的厚度，可尽量避免顶板在电池的异常情况例如电池内部压力过大时发生变形和破坏。
在图15中，电池单体10还包括：设置在所述第二侧板232上的泄压机构12，例如防爆阀等。泄压机构12可以在壳体20内部的气体压力达到阈值时致动以泄放压力，保证电池单体10的安全性能。而更厚的第二侧板232能够增加泄压机构12与第二侧板232之间的连接面积，以加强对泄压机构12的支撑，避免因连接强度不足等原因导致泄压阀损害，从而提高电池单体10的安全性能。
基于本公开上述电池单体的各个实施例，参考图2，本公开实施例还提供了电池，包括箱体51和设置在所述箱体51内的多个电池单体10。所述多个电池单体10中至少一个电池单体10为前述实施例的电池单体10。采用前述电池单体10的电池可获得更优的使用安全性。
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安全性。
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 (21)
- 一种电池单体(10)，包括：壳体(20)，具有围成所述壳体(20)的端部开口(21)的多个侧板；电极组件(30)，设置在所述壳体(20)内；和端盖(40)，设置在所述端部开口(21)，所述端盖(40)具有与所述端部开口(21)的端面固定连接，且与所述多个侧板分别对应的多个边沿部，其中，所述多个侧板包括厚度不同的第一侧板(231)和第二侧板(232)，所述多个边沿部包括对应所述第一侧板(231)的第一边沿部(411)和对应所述第二侧板(232)的第二边沿部(412)；在所述第一侧板(231)的厚度方向上，所述第一侧板(231)的外壁(231a)与所述第一边沿部(411)的外侧面(411a)基本平齐，在所述第二侧板(232)的厚度方向上，所述第二侧板(232)的外壁与所述第二边沿部(412)的外侧面基本平齐。
- 根据权利要求1所述的电池单体(10)，其中，所述第一侧板(231)的外壁(231a)与所述第一边沿部(411)的外侧面(411a)的间距小于0.8mm，和/或，所述第二侧板(232)的外壁与所述第二边沿部(412)的外侧面的间距小于0.8mm。
- 根据权利要求2所述的电池单体(10)，其中，所述第一侧板(231)的外壁(231a)与所述第一边沿部(411)的外侧面(411a)共面，和/或，所述第二侧板(232)的外壁与所述第二边沿部(412)的外侧面共面。
- 根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述端盖(40)具有本体部(42)，所述多个边沿部位于所述本体部(42)的外周，所述本体部(42)具有相对所述多个边沿部凸出，并位于所述端部开口(21)内侧的凸出部分(421)。
- 根据权利要求4所述的电池单体，其中，在所述第一侧板(231)的厚度方向上，所述第一边沿部(411)相对于所述凸出部分(421)的凸出距离为L1，在所述第二侧板(232)的厚度方向上，所述第二边沿部(412)相对于所述凸出部分(421)的凸出距离为L2，L1和L2满足：L1≠L2。
- 根据权利要求5所述的电池单体，其中，所述第一侧板(231)的厚度D1小于所述第二侧板(232)的厚度D2，L1和L2满足：L1<L2。
- 根据权利要求1所述的电池单体(10)，其中，所述第一侧板(231)和所述 第二侧板(232)相互邻接，所述第一侧板(231)的厚度D1小于所述第二侧板(232)的厚度D2，所述第一侧板(231)和所述第二侧板(232)的邻接部位形成弧形过渡部(235)，所述弧形过渡部(235)的内圆角半径r1大于等于所述第一侧板(231)的厚度D1，所述弧形过渡部(235)的外圆角半径R1大于等于所述第一侧板(231)的厚度D1。
- 根据权利要求7所述的电池单体(10)，其中，所述第一侧板(231)的厚度D1满足：D1≥0.3mm。
- 根据权利要求8所述的电池单体(10)，其中，所述第一侧板(231)的厚度D1满足：0.3mm≤D1≤2mm。
- 根据权利要求7所述的电池单体(10)，其中，所述第一侧板(231)的厚度D1和所述第二侧板(232)的厚度D2满足：D1<D2≤4*D1。
- 根据权利要求7所述的电池单体(10)，其中，所述内圆角半径r1满足：0.4mm≤r1≤2.5mm。
- 根据权利要求7所述的电池单体(10)，其中，所述内圆角半径r1和所述外圆角半径R1满足：r1+D1≤R1≤r1+D2。
- 根据权利要求7～12任一所述的电池单体(10)，其中，所述壳体(20)通过挤出成型工艺形成。
- 根据权利要求1所述的电池单体(10)，其中，所述壳体(20)为方形管，所述多个侧板还包括：第三侧板(233)和第四侧板(234)，所述第一侧板(231)与所述第三侧板(233)相对，所述第二侧板(232)与所述第四侧板(234)相对，所述第一侧板(231)和所述第三侧板(233)均连接在所述第二侧板(232)和所述第四侧板(234)之间，所述第二侧板(232)用于安装在电池(50)的箱体(51)的底壁(52)，所述第二侧板(232)的厚度大于所述第一侧板(231)的厚度，并大于所述第三侧板(233)的厚度，所述第二侧板(232)的厚度大于等于所述第四侧板(234)的厚度。
- 根据权利要求14所述的电池单体(10)，其中，所述第一侧板(231)的厚度与所述第三侧板(233)的厚度相等。
- 根据权利要求14所述的电池单体(10)，其中，所述第四侧板(234)的厚度大于所述第一侧板(231)的厚度，并大于所述第三侧板(233)的厚度。
- 根据权利要求14所述的电池单体(10)，还包括：泄压机构(12)，设置在所述第二侧板(232)上。
- 根据权利要求4所述的电池单体(10)，其中，所述端部开口(21)的端面与所述多个边沿部焊接并形成焊缝熔池(11)，所述焊缝熔池(11)的中心面(S1)与所述端部开口(21)的端面平行。
- 根据权利要求18所述的电池单体(10)，其中，所述焊缝熔池(11)包括以所述端部开口(21)的端面所在平面(S2)划分的第一段和第二段，所述第一段位于所述端部开口(21)的端面远离所述电极组件(30)的一侧，所述第二段位于所述端部开口(21)的端面邻近所述电极组件(30)的一侧，所述第一段的体积大于或等于所述第二段的体积。
- 一种电池(50)，包括：箱体(51)；和多个电池单体(10)，设置在所述箱体(51)内，其中，所述多个电池单体(10)中至少一个电池单体(10)为权利要求1～19任一所述的电池单体(10)。
- 一种用电设备，包括：权利要求20所述的电池(50)。
Applications Claiming Priority (1)
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