CN218414714U - 电池单体、电池以及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电池单体、电池以及用电装置。电池单体包括外壳以及电极单元，电极单元容纳于外壳内，电极单元包括层叠设置的第一电极组件和第二电极组件，第一电极组件具有卷绕结构，第二电极组件具有叠片结构。本申请实施例提供的电池单体、电池以及用电装置旨在降低极片在循环过程中断裂的风险。

Description

电池单体、电池以及用电装置

技术领域

本申请涉及电池领域，特别是涉及一种电池单体、电池以及用电装置。

背景技术

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等。电池单体可以包括镉镍电池单体、氢镍电池单体、锂离子电池单体和二次碱性锌锰电池单体等。

在电池技术的发展中，如何提高电池单体的安全性，是电池技术中的一个研究方向。

实用新型内容

本申请提供一种电池单体、电池以及用电装置，其能提高安全性。

第一方面，本申请提出了一种电池单体，该电池单体包括外壳以及电极单元，电极单元容纳于外壳内，电极单元包括层叠设置的第一电极组件和第二电极组件，第一电极组件具有卷绕结构，第二电极组件具有叠片结构；在第一电极组件和第二电极组件的层叠方向上，第一电极组件的尺寸为D1，电极单元的总尺寸为D2，则有D1/D2为0.05-0.5。

根据本申请实施例的电池单体，由于第一电极组件和第二电极组件层叠设置，且第一电极组件具有卷绕结构，第二电极组件具有叠片结构，如此形成至少包括一个卷绕电芯和一个叠片电芯的多电芯结构，以减少呈卷绕结构的第一电极组件在层叠方向上的厚度。如此，通过对第一电极组件进行薄型化处理，使其在多次使用循环后，卷绕结构内各层极片的厚度增加量降低，进而使得第一电极组件拐角处的内外圈受力延展的量相近，降低了因拐角内外圈受到延展力差过大而造成的极片断裂风险；同时，由于第一电极组件在层叠方向上的尺寸D1与电极单元在层叠方向上的总尺寸D2的比值为0.05-0.5，即在电池单体的电极单元中，呈卷绕结构的第一电极组件在层叠方向上的尺寸最多占电极单元在层叠方向上总尺寸的50%，如此限制第一电极组件在层叠方向上的尺寸，使得第一电极组件内外圈的极片在拐角处因循环膨胀受到的延展力相近，进而降低了因拐角内外圈受到延展力差过大而造成的极片断裂风险。

根据本申请第一方面的一个实施例，在垂直于第一电极组件和第二电极组件的层叠方向的平面上，第一电极组件的投影位于第二电极组件的投影内。

根据本申请实施例的电池单体，由于在第一电极组件和第二电极组件的层叠方向上，第一电极组件的投影位于第二电极组件的投影内，如此一来，针对呈卷绕结构的第一电极组件，第二电极组件能够充分利用第一电极组件拐角处的空间，进而能够有效提升电池单体的能量密度。

根据本申请第一方面的一个实施例，第一电极组件具有弯折区域和平直区域；在第一电极组件和第二电极组件的层叠方向上，第二电极组件与平直区域重叠。

根据本申请实施例的电池单体，通过设置第二电极组件与平直区域重叠，使得第二电极组件与平直区域相互支撑，具有更佳的结构稳定性；同时，也可以通过对极片层叠顺序的调整，使得电子可在第二电极组件与平直区域之间移动，实现充放电，使得电极单元的整体性与可靠性更高。

根据本申请第一方面的一个实施例，在第一电极组件和第二电极组件的层叠方向上，第二电极组件与弯折区域之间设有间隙。

根据本申请实施例的电池单体，通过设置第二电极组件与弯折区域之间设有间隙，即弯折区域沿层叠方向的投影落在第二电极组件上，如此，可以利用第二电极组件填补弯折区域的拐角部分，使得电极单元具有更高的能量密度；同时，由于电极单元采用第一电极组件与第二电极组件层叠设置的方式，使得卷绕结构的第一电极组件得以薄型化设置，可以有效减少间隙所占空间，进一步增加了电池单体的能量密度。

根据本申请第一方面的一个实施例，电极单元包括多个第二电极组件；至少相邻的两个第二电极组件之间设有第一电极组件。

根据本申请实施例的电池单体，通过设置第一电极组件与第二电极组件的数量为多个，可以进一步降低每一第一电极组件沿层叠方向的尺寸，以进一步降低第一电极组件在循环膨胀后，拐角处内外圈所受到的延展力差，进一步降低了每一电极组件断裂的风险，可靠性更佳。

根据本申请第一方面的一个实施例，在第一电极组件和第二电极组件的层叠方向上，电极单元的两端分别布置为第二电极组件。

根据本申请实施例的电池单体，通过将电极单元沿层叠方向的两端设置为第二电极组件，即在层叠方向上，第一电极组件不会与外壳的内壁接触；同时，由于呈叠片结构的第二电极组件在后续循环膨胀后的厚度变化大于第一电极组件，使得第一电极组件在循环膨胀后也难以与外壳接触，提升了第一电极组件的结构合理性，降低第一电极组件的拐角处在膨胀后与外壳接触损坏的风险。

根据本申请第一方面的一个实施例，第一电极组件包括第一正极极片和第一负极极片，第一正极极片和第一负极极片卷绕；第二电极组件包括多个第二正极极片和多个第二负极极片，多个第二正极极片和多个第二负极极片沿第一电极组件和第二电极组件的层叠方向交替层叠。

根据本申请实施例的电池单体，通过设置多个第一正极极片和第一负极极片卷绕，多个第二正极极片和多个第二负极极片沿第一电极组件和第二电极组件的层叠方向交替层叠，即通过对正极极片与负极极片进行不同的排布方式，使得第一电极组件与第二电极组件形成不同的结构，以降低卷绕结构在第一电极组件与第二电极组件的层叠方向上的厚度，进而降低卷绕结构因拐角内外圈受到延展力差过大而造成的极片断裂风险。

根据本申请第一方面的一个实施例，第一负极极片的负极活性物质层的压实密度等于第二负极极片的负极活性物质层的压实密度，和/或，第一负极极片的负极活性物质层的厚度等于第二负极极片的负极活性物质层的厚度。

根据本申请实施例的电池单体，通过设置第一负极极片的负极活性物质层的压实密度等于第二负极极片的负极活性物质层的压实密度，使得第一负极极片与第二负极极片在循环使用过程中，具有一致的膨胀比例，进一步增加了电极单元的结构稳定性；同时，在压实密度一致的基础上，通过设置第一负极极片的负极活性物质层的厚度等于第二负极极片的负极活性物质层的厚度，使得第一负极极片与第二负极极片在循环使用过程中，各位置因循环膨胀导致的厚度增量保持一致，进一步增加了电极单元的结构稳定性。

根据本申请第一方面的一个实施例，在第一电极组件和第二电极组件的层叠方向上，第一正极极片的极耳与第二正极极片的极耳相对设置，第一负极极片的极耳与第二负极极片的极耳相对设置。

根据本申请实施例的电池单体，通过设置第一正极极片的极耳与第二正极极片的极耳相对设置，第一负极极片的极耳与第二负极极片的极耳相对设置，这样一来，方便了第一正极极片的极耳与第二正极极片的极耳的收束与焊接、以及第一负极极片的极耳与第二负极极片的极耳的收束与焊接。

根据本申请第一方面的一个实施例，在第一电极组件与第二电极组件相互靠近的位置，位于第一电极组件最外层极片的极性与位于第二电极组件最外层极片的极性相反。

根据本申请实施例的电池单体，如此一来，可以通过在第一电极组件与第二电极组件之间设置隔离件的方式，使得电子可在第一电极组件与第二电极组件之间移动，实现充放电，进一步增加了电极单元的整体性。

根据本申请第一方面的一个实施例，外壳包括沿第一电极组件和第二电极组件的层叠方向相对设置的第一壁和第二壁；电极单元面向第一壁的一端设置为第二电极组件。

根据本申请实施例的电池单体，电极单元面向第一壁的一端设置为第二电极组件，即在层叠方向上，第一电极组件不会与第一壁的内壁接触。进而使得第一电极组件在循环膨胀后也难以与第一壁接触，提升了第一电极组件的结构合理性，降低第一电极组件的拐角处在膨胀后与第一壁接触损坏的风险。

根据本申请第一方面的一个实施例，第二电极组件包括多个第二正极极片和多个第二负极极片，多个第二正极极片和多个第二负极极片沿第一电极组件和第二电极组件的层叠方向交替层叠；第二电极组件的最靠近第一壁的极片为第二负极极片。

根据本申请实施例的电池单体，通过设置第二电极组件的最靠近第一壁的极片为第二负极极片，由于第二电极组件最靠近第一壁的极片仅有远离第一壁的一侧能够实现电子流动，将其设置呈造价较低的负极极片，具有更佳的经济性。

根据本申请第一方面的一个实施例，最靠近第一壁的第二负极极片在面向第一壁的一侧未涂覆第二负极活性物质层。

根据本申请实施例的电池单体，由于第二负极极片在面向第一壁的一侧同样不存在电子移动，即此处无需涂覆第二负极活性物质层，这样的设置能够节约活性物质层的用量，具有更佳的经济性。

第二方面，本申请提出了一种电池，包括多个本申请第一方面任一实施例提供的电池单体。

第三方面，本申请提出了一种用电装置，包括本申请第一方面任一实施例的电池单体或第二方面任一实施例的电池，电池单体用于提供电能。

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是本申请一实施例的车辆的局部结构示意图；

图2是本申请一实施例的电池的分解结构示意图；

图3是本申请一实施例的电池单体的立体结构示意图；

图4是本申请一实施例的电池单体中电极单元的立体结构示意图；

图5是图4所示的电极单元沿A-A线的剖视图；

图6是本申请一实施例的电池单体中电极单元的一个角度的结构示意图；

图7是图6所示的电池单体的B部分放大图；

图8是本申请一实施例的电池单体中电极组件的立体结构示意图；

图9是本申请一实施例的电池单体中电极组件的立体结构示意图。

在附图中，附图未必按照实际的比例绘制。

其中，图中各附图标记：1、车辆；1a、马达；1b、控制器；1000、电池；200、箱体；201、底壳；202、顶壳；

100、电池单体；

10、外壳；11、第一壁；12、第二壁；

20、电极单元；21、第一电极组件；211、弯折区域；212、平直区域；213、第一正极极片；214、第一负极极片；22、第二电极组件；221、第二正极极片；222、第二负极极片；

X、层叠方向；101、间隙。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请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”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。

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，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。本申请实施例的电池单体主要针对采用柱形封装的电池单体，该电池单体可以为圆柱体、矩形柱体，等等。

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。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。

电池单体包括具有密闭容纳空间的外壳、电极组件以及电解介质。电极组件与电解介质均容纳于容纳空间内。通常来说，根据电池型号的不同，电极组件的设置方式也存在多种，示例性地，电极组件可以为卷绕结构的卷绕电芯，或者，电极组件也可以为层叠式的叠片电芯，或者，电极组件也可以为由卷绕电芯与叠片电芯组合形成的复合式电芯。

需要说明的是，在电极组件的前述设置方式中，电极组件均包括多个正极极片、多个负极极片及多个隔离件。其中，多个正极极片与多个负极极片依次交替叠设，并将隔离件设置在相邻的正极极片与负极极片之间，以形成前述叠片电芯；而区别于前述叠片电芯，卷绕电芯的多个正极极片与多个负极极片具有更长的长度，且在多个正极极片与多个负极极片依次交替叠设，将电极组件沿长度方向卷绕以形成前述卷绕电芯。

发明人发现，在相关技术中采用复合式电芯的电池单体中，由于卷绕电芯的卷绕层数较多，导致拐角位置的正负极片间隙波动较大，且在卷绕电芯受压时，会导致拐角处外圈的正负极片间间隙增大，进而造成拐角处析锂。

同时，发明人还发现，卷绕电芯的层数越多，使用过程中因循环导致的膨胀量越大，使得拐角处外圈受力延展量较内圈更大，进而容易导致卷绕电芯在拐角处发生极片断裂，存在安全隐患。

基于发明人发现的上述问题，发明人对电池单体的结构进行了改进，本申请实施例描述的技术方案适用于电池单体、电池以及用电装置。

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设备不做特殊限制。

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是本申请一实施例的车辆的局部结构示意图。

如图1所示，车辆1的内部设置有电池1000。电池1000可以设置在车辆1的底部或头部或尾部。电池1000可以用于车辆1的供电，例如，电池1000可以作为车辆1的操作电源。

车辆1还可以包括控制器1b和马达1a。控制器1b用来控制电池1000为马达1a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1000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是本申请一实施例的电池的分解结构示意图。

如图2所示，电池1000包括电池单体100。电池1000还可以包括用于容纳电池单体100的箱体200。

箱体200用于容纳电池单体100，箱体200可以是多种结构形式。

在一些实施例中，箱体200可以包括底壳201和顶壳202。底壳201与顶壳202相互盖合。底壳201和顶壳202共同限定出用于容纳电池单体100的容纳空间。底壳201和顶壳202可以是均为一侧开口的空心结构。底壳201的开口侧盖合于顶壳202的开口侧，则形成具有容纳空间的箱体200。

底壳201与顶壳202中的一者可以包括两端开口的主体部、以及覆盖该主体部的一端开口的端壳，底壳201与顶壳202中的另外一者覆盖该主体部的另一端开口，以形成具有容纳空间的箱体200。

底壳201与顶壳202之间还可以设置密封件，以实现底壳201与顶壳202的密封连接。

底壳201和顶壳202可以是多种形状，例如，圆柱体、长方体等。在图2中，示例性地，底壳201与顶壳202均为长方体结构。

在电池1000中，电池单体100可以是一个，也可以是多个。若电池单体100为多个，多个电池单体100之间可串联或并联或混联。混联是指多个电池单体100中既有串联又有并联。多个电池单体100之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体100构成的整体容纳于箱体200内，也可以是多个电池单体100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200内。

图3是本申请一实施例的电池单体的立体结构示意图；图4是本申请一实施例的电池单体中电极单元的立体结构示意图；图5是图4所示的电极单元沿A-A线的剖视图。

如图3至图5所示，本申请实施例提出了一种电池单体100，该电池单体100包括外壳10以及电极单元20，电极单元20容纳于外壳10内，电极单元20包括层叠设置的第一电极组件21和第二电极组件22，第一电极组件21具有卷绕结构，第二电极组件22具有叠片结构。

外壳10用于为电极单元20以及电解介质提供密封的空间。通常情况下，外壳10的材质可以选用钢，以提升电池单体100的结构强度，使收容电极单元20以及电解介质的空间更为稳定。

电极单元20容纳于外壳10内，且浸没于电解介质，以使电子能够通过电解介质在电极单元20内移动，进而实现电池单体100的充放电。

电极单元20包括第一电极组件21和第二电极组件22，指的是电池单体100的电极组件为前述复合式电芯，其至少包括一个前述卷绕电芯以及一个前述叠片电芯。

在本申请的这些实施例中，第一电极组件21具有卷绕结构，指的是第一电极组件21的设置方式为卷绕电芯的设置方式；第二电极组件具有叠片结构，指的是第二电极组件22的设置方式为叠片电芯的设置方式。

第一电极组件21与第二电极组件22层叠设置，指的是第一电极组件21设置于第二电极组件22中多个极片层叠方向X的至少一侧。这样一来，复合式电芯的设置方式使得呈卷绕结构的第一电极组件21的卷绕层数减少，进而使得第一电极组件21沿层叠方向X的尺寸得以减少，即对第一电极组件21进行薄型化处理，以减少第一电极组件21在拐角处外圈处正负极极片之间的间隙，减少析锂；同时，薄型化的第一电极组件21在后续充放电循环过程中，拐角处的内外圈受力延展的量相近，降低了因拐角内外圈受到延展力差过大而造成的极片断裂风险。

如图3至图5所示，根据本申请第一方面的一个实施例，在第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X上，第一电极组件21的尺寸为D1，电极单元20的总尺寸为D2，则有D1/D2为0.05-0.5。

第一电极组件21沿层叠方向X上的尺寸为D1，指的是所有第一电极组件21在层叠方向X上的尺寸之和为D1。

D1/D2为0.05-0.5，指的是第一电极组件21在电极单元20中沿层叠方向X上的中占比小于等于50%，如此，通过减少第一电极组件21在层叠方向X上的尺寸占比的方式，使得第一电极组件21薄型化设置，进而使其在多次循环后，拐角处内外圈受力延展的量相近，以进一步降低因拐角内外圈受到延展力差过大而造成的极片断裂风险。

需要说明的是，沿层叠方向X，第一电极组件21的尺寸可以与第二电极组件22的尺寸不同，且通常来说，第二电极组件22沿层叠方向X的尺寸大于第一电极组件21沿层叠方向X的尺寸。

示例性地，在一些实施例中，D1/D2的值可以为0.2，此时，第一电极组件21与第二电极组件22的数量均为一个，第一电极组件21沿层叠方向X的尺寸为20mm，第二电极组件22沿层叠方向的尺寸为80mm。

在一些实施例中，D1/D2的值可以为0.4，此时，第一电极组件21与第二电极组件22的数量均为两个，第一电极组件21沿层叠方向X的尺寸为20mm，第二电极组件22沿层叠方向X的尺寸为30mm。

根据本申请实施例的电池单体100，由于第一电极组件21和第二电极组件22层叠设置，且第一电极组件21具有卷绕结构，第二电极组件22具有叠片结构，如此形成至少包括一个卷绕电芯和一个叠片电芯的多电芯结构，可以减少呈卷绕结构的第一电极组件21在层叠方向X上的厚度。如此，通过对第一电极组件21进行薄型化处理，使其在多次使用循环后，卷绕结构内各层极片的厚度增加量降低，进而使得第一电极组件21拐角处的内外圈受力延展的量相近，降低了因拐角内外圈受到延展力差过大而造成的极片断裂风险；同时，由于第一电极组件21在层叠方向X上的尺寸D1与电极单元20在层叠方向上的总尺寸D2的比值为0.05-0.5，即在电池单体100的电极单元20中，呈卷绕结构的第一电极组件21在层叠方向X上的尺寸最多占电极单元20在层叠方向上总尺寸的50%，如此限制第一电极组件21在层叠方向X上的尺寸，使得第一电极组件21内外圈的极片在拐角处因循环膨胀受到的延展力相近，进而降低了因拐角内外圈受到延展力差过大而造成的极片断裂风险。

根据本申请第一方面的一个实施例，在垂直于第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X的平面上，第一电极组件21的投影位于第二电极组件22的投影内。

在垂直于第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X的平面上，第一电极组件21的投影位于第二电极组件22的投影内，可能的实施方式是，第一电极组件21沿层叠方向X的截面面积小于第二电极组件22沿层叠方向X的截面面积，且第一电极组件21上任意一点沿层叠方向X的投影，均落在第二电极组件22上，如此，使得第二电极组件22能够充分利用第一电极组件22的拐角处的空间，以增加电池单体100的能量密度。

示例性地，在一些实施例中，可以设置第一电极组件21沿层叠方向X的截面形状与第二电极组件22沿层叠方向X的截面形状相同，以第一电极组件21与第二电极组件22沿层叠方向X的横截面形状均为矩形为例，此时，第一电极组件21的长度等于第二电极组件22的长度，并等于外壳10内容纳空间的长度；第一电极组件21的高度等于第二电极组件22的高度，并等于外壳10内容纳空间的高度；第一电极组件21与第二电极组件22沿层叠方向X的厚度之和等于外壳10内容纳空间沿层叠方向X的尺寸。此时，第一电极组件21与第二电极组件22充分利用了外壳10的容纳空间，优化了容纳空间的利用率，使得电池单体100具有更佳的能量密度。

根据本申请实施例的电池单体100，由于在第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X上，第一电极组件21的投影位于第二电极组件22的投影内，如此一来，针对呈卷绕结构的第一电极组件21，第二电极组件22能够充分利用第一电极组件21拐角处的空间，进而能够有效提升电池单体100的能量密度。

图6是本申请一实施例的电池单体中电极单元的一个角度的结构示意图；图7是图6所示的电池单体的B部分放大图。

如图3至图7所示，根据本申请第一方面的一个实施例，第一电极组件21具有弯折区域211和平直区域212；在第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X上，第二电极组件22与平直区域212重叠。

第一电极组件21具有弯折区域211和平直区域212，可能的实施方式是，在第一电极组件21的生产过程中，在电极组件（依次交替叠设的正极极片与负极极片以及隔离件）沿长度方向卷绕后，再经历一道压平工序，即沿卷绕方向的某一切面挤压卷绕后的电极组件，以使电极组件的中间部分形成该平直区域212，两端部分形成该弯折区域211。

第二电极组件22与平直区域212重叠，指的是第二电极组件22的至少部分与平直区域212重叠，以对平直区域212形成支撑，以减少第一电极组件21在放入外壳10后发生松动的可能性；同时，该平直区域212也能够在外壳10内为第二电极组件22提供支撑，使得电极单元20获得更佳的整体性。

在一些实施例中，也可以通过对第一电极组件21以及第二电极组件22的极片层叠顺序进行调整，使得该平直区域212最外层的极片与第二电极组件22最靠近平直区域212的极片的极性相反，如此，可以通过在二者之间放置隔离件的方式，使得电子也能够在第二电极组件22与该平直区域212之间移动，以实现电池单体100的充放电，使得电池单体100的整体性与可靠性更高。

根据本申请实施例的电池单体100，通过设置第二电极组件22与平直区域212重叠，使得第二电极组件22与平直区域212相互支撑，具有更佳的结构稳定性；同时，也可以通过对极片层叠顺序的调整，使得电子可在第二电极组件22与平直区域212之间移动，实现充放电，使得电极单元20的整体性与可靠性更高。

根据本申请第一方面的一个实施例，在第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X上，第二电极组件22与弯折区域211之间设有间隙101。

间隙101，指的是弯折区域211与第二电极组件22沿层叠方向X相对设置，且弯折区域211与第二电极组件22之间存在缝隙，在电池单体100中，间隙101通常浸没于电解介质之中。

在本申请的这些实施例中，通过设置弯折区域211与第二电极组件22沿层叠方向X相对设置，以充分利用间隙101的空间，进而提升电池单体100的能量密度。

同时，在本申请的这些实施例中，通过将第一电极组件21薄型化设置，可以减小第一电极组件21最外层极片的转角半径，进而减小间隙101的大小，起到缓解弯折区域211析锂的作用。

根据本申请实施例的电池单体100，通过设置第二电极组件22与弯折区域211之间设有间隙101，即弯折区域211沿层叠方向X的投影落在第二电极组件22上，如此，可以利用第二电极组件22填补弯折区域211的拐角部分，使得电极单元20具有更高的能量密度；同时，由于电极单元20采用第一电极组件21与第二电极组件22层叠设置的方式，使得卷绕结构的第一电极组件21得以薄型化设置，可以有效减少间隙101所占空间，进一步增加了电池单体100的能量密度。

图8是本申请一实施例的电池单体中电极组件的立体结构示意图；图9是本申请一实施例的电池单体中电极组件的立体结构示意图。

如图3至9所示，根据本申请第一方面的一个实施例，电极单元20包括多个第二电极组件22；至少相邻的两个第二电极组件22之间设有第一电极组件21。

至少相邻的两个第二电极组件22之间设有第一电极组件21，可能的实施方式是，沿第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X，相邻两个第二电极组件22之间设置有一个第一电极组件21。通过这样设置电极单元20，使得第一电极组件21沿层叠方向X的尺寸占比减少，即对具有卷绕结构的第一电极组件21进行薄型化设置，使其在多次使用循环后，卷绕结构内各层极片的厚度增加量降低，进而使得第一电极组件21拐角处的内外圈受力延展的量相近，降低了因拐角内外圈受到延展力差过大而造成的极片断裂风险。

在本申请的这些实施例中，可以设置第一电极组件21最外层的极片为正极极片与负极极片中的一者，两第二电极组件22靠近该第一电极组件21的极片为正极极片与负极极片中的另一者，并在该第一电极组件21与两第二电极组件22之间设置隔离件，以使该第一电极组件21与两个第二电极组件22电性连接。

在一些实施例中，相邻的两个第二电极组件22之间还可以设置两个第一电极组件21，此时，可以设置两个第一电极组件21之间绝缘，且在一第一电极组件21与一第二电极组件22之间设置隔离件，以使一第一电极组件21与一第二电极组件22电性连接；当然，在两个第一电极组件21的最外层电极的极性相反的情况下，也可以通过在两个第一电极组件21之间设置隔离件的方式使两个第一电极组件21电性连接，可以根据实际情况进行选择。

第一电极组件21与第二电极组件22沿第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X的层叠顺序可以根据实际需求进行选择，本申请对此并不做限定。

根据本申请实施例的电池单体100，通过设置第一电极组件21与第二电极组件22的数量为多个，可以进一步降低每一第一电极组件21沿层叠方向X的尺寸，以进一步降低第一电极组件21在循环膨胀后，拐角处内外圈所受到的延展力差，进一步降低了每一电极组件21断裂的风险，可靠性更佳。

根据本申请第一方面的一个实施例，在第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X上，电极单元20的两端分别布置为第二电极组件22 。

电极单元20沿第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X的两端布置为第二电极组件22，即第一电极组件21与外壳10的内壁之间始终存在第二电极组件22。这样的设置方式，在第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X上，始终存在第二电极组件22为第一电极组件21提供支撑，且因为第二电极组件22具有叠片结构，使得第二电极组件22能够在层叠方向X上被压缩，进而为第一电极组件21的循环膨胀提供了空间，降低了第一电极组件21拐角处因循环膨胀发生损坏的风险。

根据本申请实施例的电池单体100，通过将电极单元20沿层叠方向X的两端布置为第二电极组件22，即在层叠方向X上，第一电极组件21不会与外壳10的内壁接触；同时，由于呈叠片结构的第二电极组件22在后续循环膨胀后的厚度变化大于第一电极组件21，使得第一电极组件21在循环膨胀后也难以与外壳接触，提升了第一电极组件21的结构合理性，降低第一电极组件21的拐角处在膨胀后与外壳10接触损坏的风险。

根据本申请第一方面的一个实施例，第一电极组件21包括第一正极极片213和第一负极极片214，第一正极极片213和第一负极极片214卷绕；第二电极组件22包括多个第二正极极片221和多个第二负极极片222，多个第二正极极片221和多个第二负极极片222沿第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X交替层叠。

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，未涂覆正极活性物质层的正极集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的正极集流体，未涂覆正极活性物质层的正极集流体作为正极极耳，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负极集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的负极集流体，未涂敷负极活性物质层的负极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。

根据本申请实施例的电池单体100，通过设置多个第一正极极片213和第一负极极片214卷绕，多个第二正极极片221和多个第二负极极片222沿第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X交替层叠，即通过对正极极片与负极极片进行不同的排布方式，使得第一电极组件21与第二电极组件22形成不同的结构，以降低卷绕结构在第一电极组件21与第二电极组件22的层叠方向上的厚度，进而降低卷绕结构因拐角内外圈受到延展力差过大而造成的极片断裂风险。根据本申请第一方面的一个实施例，第一负极极片214的负极活性物质层的压实密度等于第二负极极片222的负极活性物质层的压实密度，和/或，第一负极极片214的负极活性物质层的厚度等于第二负极极片222的负极活性物质层的厚度。

第一负极极片214的负极活性物质层的压实密度等于第二负极极片222的负极活性物质层的压实密度，可能的实施方式是，可以控制第一负极极片214与第二负极极片222的负极活性物质种类，使两者使用相同的负极活性物质，以获得相同的材料真密度，和/或，可以控制第一负极极片214与第二负极极片222的集流体成型工艺，使二者采用先相同的成型工艺，以获得相同的面密度，和/或，可以使用相同种类的黏结剂与导电剂，并控制黏结剂与导电剂的用量比例。

在本申请的一些实施例中，也可以设置第一正极极片213的正极活性物质层的压实密度等于第二正极极片221的正极活性物质层的压实密度。

第一负极极片214的负极活性物质层的厚度等于第二负极极片222的负极活性物质层的厚度，可以使呈卷绕结构的第一电极组件21与呈叠片结构的第二电极组件22在后续循环时，各个位置的膨胀比例保持一致，降低了因为某一处膨胀比例不一致，而导致的第一电极组件21与第二电极组件22相互挤压干扰的现象的发生概率，进一步提升了电池单体100的可靠性与安全性。

根据本申请实施例的电池单体100，通过设置第一负极极片214的负极活性物质层的压实密度等于第二负极极片222的负极活性物质层的压实密度，使得第一负极极片214与第二负极极片222在循环使用过程中，具有一致的膨胀比例，进一步增加了电极单元20的结构稳定性；同时，在压实密度一致的基础上，通过设置第一负极极片214的负极活性物质层的厚度等于第二负极极片222的负极活性物质层的厚度，使得第一负极极片214与第二负极极片222在循环使用过程中，各位置因循环膨胀导致的厚度增量保持一致，进一步增加了电极单元20的结构稳定性。

根据本申请第一方面的一个实施例，在第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X上，第一正极极片213的极耳与第二正极极片221的极耳相对设置，第一负极极片214的极耳与第二负极极片222的极耳相对设置。

极片相对设置，指的是多个极片之间，在第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X上至少存在部分结构重叠，以方便极耳的收束与焊接。

在一些实施例中，可以设置在第一电极组件21中，第一正极极片213的极耳与第一负极极片214的极耳均收束至靠近第二电极组件22的一侧。

极耳收束至靠近第二电极组件22的一侧，指的是极耳形成的位置沿层叠方向X更靠近第二电极组件22。

在一个第一电极组件21沿层叠方向X的两侧均设置有第二电极组件22的实施例中，可以设置第一电极组件21的极耳，以中界面为界限，向两侧收束以分别连接两侧的第二电极组件22。前述中界面与层叠方向X垂直且经过第一电极组件21的几何中心。以提升第一电极组件21的极耳与第二电极组件22的极耳之间的焊接效率，进而提升电池单体100的生产效率。

根据本申请实施例的电池单体100，通过设置第一正极极片213的极耳与第二正极极片221的极耳相对设置，第一负极极片214的极耳与第二负极极片222的极耳相对设置，这样一来，方便了第一正极极片213的极耳与第二正极极片221的极耳的收束与焊接、以及第一负极极片214的极耳与第二负极极片222的极耳的收束与焊接。

根据本申请第一方面的一个实施例，在第一电极组件21与第二电极组件22相互靠近的位置，位于第一电极组件21最外层极片的极性与位于第二电极组件22最外层极片的极性相反。

第一电极组件21与第二电极组件22相互靠近的位置，在一第一电极组件21沿层叠方向X的两侧均设置有第二电极组件22的实施例中，可以指第一电极组件21与每一第二电极组件22相互靠近的位置。

根据本申请实施例的电池单体100，如此一来，可以通过在第一电极组件21与第二电极组件22之间设置隔离件的方式，使得电子可在第一电极组件21与第二电极组件22之间移动，实现充放电，进一步增加了电极单元20的整体性。

根据本申请第一方面的一个实施例，外壳10包括沿第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X相对设置的第一壁11和第二壁12；电极单元20面向第一壁11的一端设置为第二电极组件22。

根据本申请实施例的电池单体100，电极单元20面向第一壁11的一端设置为第二电极组件22，即在层叠方向X上，第一电极组件21不会与第一壁11的内壁接触。进而使得第一电极组件21在循环膨胀后也难以与第一壁11接触，提升了第一电极组件21的结构合理性，降低第一电极组件21的拐角处在膨胀后与第一壁11接触损坏的风险。

根据本申请第一方面的一个实施例，第二电极组件22包括多个第二正极极片221和多个第二负极极片222，多个第二正极极片221和多个第二负极极片222沿第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X交替层叠；第二电极组件22的最靠近第一壁11的极片为第二负极极片222。

第二电极组件22的最靠近第一壁11的极片，其作用在于与其背离第一壁11的一侧的极片间隔设置，以使电解介质能够流至二者之间，进而使得电子能够在两块极片之间往复移动实现充放电。

该极片与第一壁11抵接，因此，在本实施例中，通过设置该极片为造价成本较低的负极极片，能够降低电池单体100的生产成本，具有更佳的经济性。

根据本申请实施例的电池单体100，通过设置第二电极组件22的最靠近第一壁11的极片为第二负极极片222，由于第二电极组件22最靠近第一壁11的极片仅有远离第一壁11的一侧能够实现电子流动，将其设置呈造价较低的负极极片，具有更佳的经济性。

根据本申请第一方面的一个实施例，最靠近第一壁11的第二负极极片222在面向第一壁11的一侧未涂覆第二负极活性物质层。

根据本申请实施例的电池单体100，由于第二负极极片222在面向第一壁11的一侧同样不存在电子移动，即此处无需涂覆第二负极活性物质层，这样的设置能够节约活性物质层的用量，具有更佳的经济性。

本申请还提出了一种电池1000，包括多个本申请第一方面任一实施例提供的电池单体100。

本申请还提出了一种用电装置，包括本申请第一方面任一实施例的电池单体100或第二方面任一实施例的电池1000，电池单体100用于提供电能。

根据本申请的一个具体的实施例，如图3至9所示，本申请实施例提出了一种电池单体100，该电池单体100包括外壳10以及电极单元20，电极单元20容纳于外壳10内，电极单元20包括层叠设置的第一电极组件21和第二电极组件22，其中，第一电极组件21具有卷绕结构，第二电极组件22具有叠片结构。

在第一电极组件21和第二电极组件22的层叠方向X上，第一电极组件21的尺寸为D1，电极单元20的总尺寸为D2，则有D1/D2为0.05-0.5。

同时，在第一电极组件21和第二电极组件22的层得方向X上，第一电极组件21的投影位于第二电极组件22的投影内。

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 (15)

1.一种电池单体，其特征在于，包括：

外壳；

电极单元，容纳于所述外壳内，所述电极单元包括层叠设置的第一电极组件和第二电极组件，所述第一电极组件具有卷绕结构，所述第二电极组件具有叠片结构；

在所述第一电极组件和所述第二电极组件的层叠方向上，所述第一电极组件的尺寸为D1，所述电极单元的总尺寸为D2，则有D1/D2为0.05-0.5。

2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，在垂直于所述第一电极组件和所述第二电极组件的层叠方向的平面上，所述第一电极组件的投影位于所述第二电极组件的投影内。

3.根据权利要求1或2所述的电池单体，其特征在于，所述第一电极组件具有弯折区域和平直区域；

在所述第一电极组件和所述第二电极组件的层叠方向上，所述第二电极组件与所述平直区域重叠。

4.根据权利要求3所述的电池单体，其特征在于，在所述第一电极组件和所述第二电极组件的层叠方向上，所述第二电极组件与所述弯折区域之间设有间隙。

5.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述电极单元包括多个所述第二电极组件；至少相邻的两个所述第二电极组件之间设有所述第一电极组件。

6.根据权利要求5所述的电池单体，其特征在于，在所述第一电极组件和所述第二电极组件的层叠方向上，所述电极单元的两端分别布置为所述第二电极组件。

7.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述第一电极组件包括第一正极极片和第一负极极片，所述第一正极极片和所述第一负极极片卷绕；

所述第二电极组件包括多个第二正极极片和多个第二负极极片，所述多个第二正极极片和所述多个第二负极极片沿所述第一电极组件和所述第二电极组件的层叠方向交替层叠。

8.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述第一负极极片的负极活性物质层的压实密度等于所述第二负极极片的负极活性物质层的压实密度；和/或，

所述第一负极极片的负极活性物质层的厚度等于所述第二负极极片的负极活性物质层的厚度。

9.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，在所述第一电极组件和所述第二电极组件的层叠方向上，所述第一正极极片的极耳与所述第二正极极片的极耳相对设置，所述第一负极极片的极耳与所述第二负极极片的极耳相对设置。

10.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，在所述第一电极组件与所述第二电极组件相互靠近的位置，位于所述第一电极组件最外层极片的极性与位于所述第二电极组件最外层极片的极性相反。

11.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述外壳包括沿所述第一电极组件和所述第二电极组件的层叠方向相对设置的第一壁和第二壁；所述电极单元面向所述第一壁的一端设置为所述第二电极组件。

12.根据权利要求11所述的电池单体，其特征在于，所述第二电极组件包括多个第二正极极片和多个第二负极极片，所述多个第二正极极片和所述多个第二负极极片沿所述第一电极组件和所述第二电极组件的层叠方向交替层叠；

所述第二电极组件的最靠近所述第一壁的极片为所述第二负极极片。

13.根据权利要求12所述的电池单体，其特征在于，最靠近所述第一壁的第二负极极片在面向所述第一壁的一侧未涂覆第二负极活性物质层。

14.一种电池，其特征在于，包括多个根据权利要求1至13任意一项所述的电池单体。

15.一种用电装置，其特征在于，包括根据权利要求1至13任意一项所述的电池单体或根据权利要求14所述的电池，所述电池单体用于提供电能。

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