CN218677233U - 电池单体、电池和用电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电池单体、电池和用电装置;所述电池单体包括外壳组件、电极组件和缓冲组件;电极组件设置于外壳组件中,电极组件和外壳组件之间具有空隙;以及缓冲组件设置于电极组件面向外壳组件的一侧,缓冲组件包括变形区,变形区包括沿其自身厚度方向层叠设置的变形层和支撑层,变形层设置于支撑层和电极组件之间且用于连接支撑层和电极组件,变形层能够发生体积膨胀以使缓冲组件填充于空隙,并用于在电极组件膨胀时缓冲电极组件的作用力。本申请实施例的电池单体能够提高电池单体的结构稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域,特别是涉及一种电池单体、电池和用电装置。
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,除了提高电池单体的性能外,其结构稳定性问题也是一个不可忽视的问题。如果电池单体的结构稳定性不能保证,那该电池单体的使用可靠性较差。因此,如何增强电池单体的结构稳定性,是电池技术中一个亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本申请提供一种电池单体、电池和用电装置,能够提高电池单体的结构稳定性。
第一方面,本申请实施例提出了一种电池单体,所述电池单体包括外壳组件、电极组件和缓冲组件;电极组件设置于外壳组件中,电极组件和外壳组件之间具有空隙;以及缓冲组件设置于电极组件面向外壳组件的一侧,缓冲组件包括变形区,变形区包括沿其自身厚度方向层叠设置的变形层和支撑层,变形层设置于支撑层和电极组件之间且用于连接支撑层和电极组件,变形层能够发生体积膨胀以使缓冲组件填充于空隙,并用于在电极组件膨胀时缓冲电极组件的作用力。
由此,本申请实施例的外壳组件和电极组件之间具有空隙,该空隙能够为电极组件的膨胀提供缓冲空间,降低膨胀后的电极组件损坏外壳组件的风险,提高电池单体的结构稳定性。缓冲组件包括变形区,变形区包括支撑层和变形层,在外壳组件和电极组件装配为成品电池单体的过程中,变形层能够发生体积膨胀,使得缓冲组件的整体结构填充于空隙内,使得外壳组件和电极组件之间不会发生晃动;并且在电池单体充放电过程中,膨胀后的电极组件由于和缓冲组件连接,将给予作用力于缓冲组件,缓冲组件可以将作用力缓冲掉,以降低膨胀后的电极组件损坏外壳组件的风险,进一步提高电池单体的结构稳定性。
在一些实施方式中,缓冲组件夹设于外壳组件和电极组件之间,缓冲组件用于在电极组件膨胀时发生收缩变形。
由此,本申请实施例由于缓冲组件夹设于外壳组件和电极组件之间,外壳组件和电极组件之间的接触更为紧密,电极组件不易发生位置偏移,电池单体的结构稳定性更高;在电极组件发生膨胀时,膨胀后的电极组件将给予缓冲组件以作用力,缓冲组件通过自身的收缩变形,将作用力缓冲掉,从而降低作用力对外壳组件造成损坏的风险,进一步提高二次电池的结构稳定性。
在一些实施方式中,缓冲组件还包括与变形区相邻接的镂空区,镂空区沿厚度方向贯穿缓冲组件。
由此,本申请实施例由于缓冲组件的变形区在电池单体装配成型的过程中会发生膨胀,一方面膨胀可以朝向外壳组件的方向进行,另一方面膨胀可以朝向镂空区的方向进行,从而降低变形区挤压自身形成褶皱等的风险,从而能够保证变形区和电极组件的连接可靠性。
在一些实施方式中,变形区环绕设置于镂空区外。
由此,本申请实施例的变形区可以朝向镂空区的方向膨胀,基本不会对缓冲组件外的空间进行侵占,有利于对缓冲组件整体的设置区域进行设计。
在一些实施方式中,变形区连续环绕于镂空区外;或变形区包括多个变形部,多个变形部间隔环绕于镂空区外。如此可以根据电极组件的结构形式灵活设置变形区的分布形式。
在一些实施方式中,镂空区设置为多个,多个镂空区间隔分布,各镂空区外均环绕设置有变形区。变形区均可以为朝向其相邻的镂空区的方向进行膨胀。
在一些实施方式中,镂空区设置为多个,变形区设置为多个,多个镂空区和多个变形区交替设置。变形区可以朝向与其相邻的镂空区进行膨胀,一些变形区可能具有两个相邻的镂空区,其可以朝向两个镂空区分别膨胀。
在一些实施方式中,镂空区为连续结构,变形区离散分布于镂空区中。该种结构形式的变形区的形式更为灵活,可以按照工艺需求灵活设置变形区。
在一些实施方式中,电极组件为圆柱体结构,缓冲组件环绕设置于电极组件的至少部分外。
由此,本申请实施例将缓冲组件设置于电极组件外周,从而能够更均匀地将电极组件上的作用力进行缓冲。
在一些实施方式中,电极组件为长方体结构,长方体结构包括彼此相对的两个第一面和连接两个第一面的第二面,第一面的面积大于第二面的面积;缓冲组件至少设置于第一面外。
由此,本申请实施例将缓冲组件至少设置于第一面外,可以显著将电极组件所产生的膨胀作用力进行缓冲,从而显著降低膨胀后的电极组件损坏外壳组件的风险,保证电池单体的结构稳定性。
在一些实施方式中,变形层包括沿厚度方向层叠设置的多层子层;由此提高变形层的变性能力。
在一些实施方式中,多层子层包括热变形层和吸液层,热变形层位于支撑层和吸液层之间,吸液层连接于电极组件。热变形层能够吸收热量发生膨胀,吸液层能够吸收液体发生膨胀,且热变形层和吸液层中在无外力作用的情况下,发生膨胀后,能够保证膨胀后的形状,不易发生收缩变形,从而能够保证电极组件和外壳组件之间的紧密性。
在一些实施方式中,缓冲组件的厚度为Dμm,1mm≤D≤4mm。缓冲组件的膨胀倍率较高,最终膨胀后的厚度数值范围较大,更适用于低群裕度的电池单体。且缓冲组件能够在电池单体长期循环存储过程中受力收缩,缓冲膨胀应力,降低外壳组件胀破的风险。
附图说明
下面将参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。
图1是本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图;
图2是本申请一些实施例提供的电池的分解示意图;
图3是图2所示的电池模块的结构示意图;
图4是本申请一些实施例提供的电池单体的分解示意图;
图5是本申请一些实施例提供的电池单体的变形区结构示意图;
图6是本申请另一些实施例提供的电池单体的分解示意图;
图7是本申请另一些实施例提供的电池单体的分解示意图;
图8是本申请另一些实施例提供的电池单体的分解示意图;
图9是本申请另一些实施例提供的电池单体的分解示意图;
图10是本申请另一些实施例提供的电池单体的变形区结构示意图;
附图未必按照实际的比例绘制。
图中各附图标记:
X、厚度方向;
1、车辆;2、电池;3、控制器;4、马达;5、箱体;501、第一箱体部;502、第二箱体部;503、容纳空间;6、电池模块;7、电池单体;
10、电极组件;
20、外壳组件;21、壳体;211、第一面;212、第二面;22、端盖组件;23、端盖;24、电极端子;
30、缓冲组件;31、变形区;311、变形层;3111、热变形层;3112、吸液层;312、支撑层;
32、镂空区。
具体实施方式
为了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,电池单体可以包括锂离子二次电池单体、锂离子一次电池单体、锂硫电池单体、锂钠离子电池单体、钠离子电池单体或镁离子电池单体等,本申请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质,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凸出于正极集流部的正极极耳,正极集流部涂覆有正极活性物质层,正极极耳的至少部分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凸出于负极集流部的负极极耳,负极集流部涂覆有负极活性物质层,负极极耳的至少部分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。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。隔离件的材质可以为PP(polypropylene,聚丙烯)或PE(polyethylene,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。
电池单体还可以包括外壳组件,外壳组件内部具有容纳腔,该容纳腔是外壳组件为电极组件和电解质提供的密闭空间。
发明人发现,随着电池单体的发展,对电池单体性能的要求逐步提高,例如要求电池单体的能量密度提高,但是随着能量密度的提高,电池单体在长期存储循环过程中会因为充放电使得负极极片膨胀,严重情况下可能会顶破外壳组件,造成安全事故;因此在设计电池单体时,一般在外壳组件和电极组件之间留有空隙,但是该空隙可能会使得电极组件在外壳组件内发生晃动,导致电池单体的结构不稳定,影响使用寿命。
鉴于此,发明人对电池单体的结构进行了改进,提出了一种电池单体,所述电池单体在外壳组件和电极组件之间设置缓冲组件,缓冲组件可连接于电极组件上,缓冲组件用于在电池单体装配成品的过程中发生膨胀,以填充外壳组件和电极组件之间的间隙,提高电池单体整体的结构稳定性;且在电池单体正常循环充放电过程中,膨胀的电极组件给予缓冲组件以作用力,缓冲组件能够发生收缩变形,起到缓冲作用,进一步提高电池单体的结构稳定性。
本申请实施例描述的技术方案适用于包含电池单体的电池以及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是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是本申请一些实施例提供的电池的分解示意图。如图2所示,电池2包括箱体5和电池单体(图2未示出),电池单体容纳于箱体5内。
箱体5用于容纳电池单体,箱体5可以是多种结构。在一些实施方式中,箱体5可以包括第一箱体部501和第二箱体部502,第一箱体部501与第二箱体部502相互盖合,第一箱体部501和第二箱体部502共同限定出用于容纳电池单体的容纳空间503。第二箱体部502可以是一端开口的空心结构,第一箱体部501为板状结构,第一箱体部501盖合于第二箱体部502的开口侧,以形成具有容纳空间503的箱体5;第一箱体部501和第二箱体部502也均可以是一侧开口的空心结构,第一箱体部501的开口侧盖合于第二箱体部502的开口侧,以形成具有容纳空间503的箱体5。当然,第一箱体部501和第二箱体部502可以是多种形状,比如,圆柱体、长方体等。
为提高第一箱体部501与第二箱体部502连接后的密封性,第一箱体部501与第二箱体部502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501盖合于第二箱体部502的顶部,第一箱体部501亦可称之为上箱盖,第二箱体部502亦可称之为下箱体。
在电池2中,电池单体可以是一个,也可以是多个。若电池单体为多个,多个电池单体之间可串联或并联或混联,混联是指多个电池单体中既有串联又有并联。多个电池单体之间可直接串联或并联或混联在一起,再将多个电池单体构成的整体容纳于箱体5内;当然,也可以是多个电池单体先串联或并联或混联组成电池模块6,多个电池模块6再串联或并联或混联形成一个整体,并容纳于箱体5内。
图3是图2所示的电池模块的结构示意图。如图3所示,在一些实施方式中,电池单体为多个,多个电池单体先串联或并联或混联组成电池模块6。多个电池模块6再串联或并联或混联形成一个整体,并容纳于箱体内。
电池模块6中的多个电池单体之间可通过汇流部件实现电连接,以实现电池模块6中的多个电池单体的并联或串联或混联。
图4是本申请一些实施例提供的电池单体的分解示意图。
如图4所示,本申请实施例提供的电池单体7包括电极组件10和外壳组件20,电极组件10容纳于外壳组件20内。
在一些实施方式中,外壳组件20还可用于容纳电解质,例如电解液。外壳组件20可以是多种结构形式。
在一些实施方式中,外壳组件20可以包括壳体21和端盖组件22,壳体21为一侧开口的空心结构,端盖组件22盖合于壳体21的开口处并形成密封连接,以形成用于容纳电极组件10和电解质的容纳腔。
壳体21可以是多种形状,比如,圆柱体、长方体等。壳体21的形状可根据电极组件10的具体形状来确定。比如,若电极组件10为圆柱体结构,则可选用为圆柱体壳体;若电极组件10为长方体结构,则可选用长方体壳体。
在一些实施方式中,端盖组件22包括端盖23,端盖23盖合于壳体21的开口处。端盖23可以是多种结构,比如,端盖23为板状结构、一端开口的空心结构等。示例性的,在图4中,壳体21为长方体结构,端盖23为板状结构,端盖23盖合于壳体21顶部的开口处。
端盖23可以由绝缘材料(例如塑胶)制成,也可以由导电材料(例如金属)制成。当端盖23由金属材料制成时,端盖组件22还可包括绝缘件,绝缘件位于端盖23面向电极组件10的一侧,以将端盖23和电极组件10绝缘隔开。
在一些实施方式中,端盖组件22还可以包括电极端子24,电极端子24安装于端盖23上。电极端子24为两个,两个电极端子24分别定义为正极电极端子和负极电极端子,正极电极端子和负极电极端子均用于与电极组件10电连接,以输出电极组件10所产生的电能。
在另一些实施方式中,外壳组件20也可以是其他结构,比如,外壳组件20包括壳体21和两个端盖组件22,壳体21为相对的两侧开口的空心结构,一个端盖组件22对应盖合于壳体21的一个开口处并形成密封连接,以形成用于容纳电极组件10和电解质的容纳腔。在这种结构中,可以一个端盖组件22上设有两个电极端子24,而另一个端盖组件22上未设置电极端子24,也可以两个端盖组件22各设置一个电极端子24。
在电池单体7中,容纳于外壳组件20内的电极组件10可以是一个,也可以是多个。示例性的,在图4中,电极组件10为四个。
电极组件10包括正极极片、负极极片和隔离件。电极组件10可以是卷绕式电极组件、叠片式电极组件或其它形式的电极组件。
如图4和图5所示,在一些实施方式中,电池单体7包括外壳组件20、电极组件10和缓冲组件30;电极组件10设置于外壳组件20中,电极组件10和外壳组件20之间具有空隙;缓冲组件30设置于电极组件10面向外壳组件20的一侧,缓冲组件30包括变形区31,变形区31包括沿其自身厚度方向X层叠设置的变形层311和支撑层312,变形层311设置于支撑层312和电极组件10之间且用于连接支撑层312和电极组件10,变形层311能够发生体积膨胀以填充空隙,并用于在电极组件10膨胀时缓冲电极组件10的作用力。
鉴于在电池单体7循环过程中,电极组件10可能会发生体积膨胀;例如负极极片中的负极活性物质伴随着体积变化,如此将会导致电极组件10的整体结构发生体积变化。膨胀后的电极组件10将可能挤压外壳组件20造成外壳组件20的损坏。为了保证电池单体7整体的结构稳定性,外壳组件20和电极组件10之间留有一定的空隙,以为电极组件10的体积膨胀提供空间。为了进一步保证电池单体7的结构稳定性,在该空隙中设置有缓冲组件30。具体地,该空隙可以是电极组件10和外壳组件20的壳体21之间的空间,即壳体21和电极组件10之间具有空隙。
外壳组件20和电极组件10装配为成品电池单体7的过程包括多个工序,例如高温烘干工序和注入电解液工序等。
高温烘干工序可以理解为将外壳组件20内的水分蒸发,以保证外壳组件20内满足注液标准;在此工序中由于温度较高,缓冲组件30可能伴随着温度的升高发生热膨胀,以初步填充外壳组件20和电极组件10之间的空隙。电解液是保证金属离子例如锂离子在正极极片和负极极片之间顺利迁移的重要组成,因此,注入电解液工序的也是必不可少的,电解液注入后,缓冲组件30可能发生吸液由此产生体积膨胀,以进一步填充外壳组件20和电极组件10之间的空隙。当然,上述仅为示例性说明;缓冲组件30也可以仅发生热膨胀,或者仅发生吸液膨胀;当然也可以发生其他膨胀进一步填充空隙。膨胀后的缓冲组件30将空隙基本填充完全,使得电极组件10和外壳组件20之间的结构更为紧密,电极组件10不易发生晃动等现象,从而能够保证电池单体7的结构稳定性。当然,膨胀后的缓冲组件30也可以仅填充大部分空隙,在缓冲组件30和外壳组件20之间仍留有微小的间隙,在此情况下,电极组件10和外壳组件20之间的相对稳定性也得到了显著提高,并且间隙可以为后续的电极组件10膨胀留有膨胀空间。
在电池单体7发生循环充放电过程中,可能伴随着电极组件10的体积膨胀,电极组件10由于和缓冲组件30连接,膨胀后的电极组件10将给予缓冲组件30以一定的作用力。当膨胀后的缓冲组件30(注液后的缓冲组件30)将空隙基本填充完全时,即,缓冲组件30夹设于外壳组件20和电极组件10之间,此时缓冲组件30可以利用自身的变形性能发生收缩,以缓冲电极组件10的作用力,降低电极组件10的作用力对外壳组件20的影响,保证外壳组件20发生损坏的风险,提高电池单体7的结构稳定性。当膨胀后的缓冲组件30(注液后的缓冲组件30)仅填充大部分空隙,缓冲组件30和外壳组件20之间仍具有微小间隙时,此时缓冲组件30可以在电极组件10的作用力下朝向外壳组件20的方向移动,但是由于间隙的存在,作用力不会直接作用于外壳组件20,在缓冲组件30移动的过程中也可以缓冲掉大部分作用力,缓冲组件30最终可以与外壳组件20抵接,当然也可以与外壳组件20之间保持有更微小的间隙。
缓冲组件30包括变形区31,变形区31即为缓冲组件30发生体积膨胀或收缩变形的核心部件,通过变形区31的变形,可以保证电池单体7的结构稳定性,提高电池单体7的安全性能。变形区31为层叠结构,其具体包括支撑层312和变形层311,变形层311与电极组件10连接,其为实现变形的主要部件;支撑层312与变形层311连接,支撑层312主要为变形层311提供安装基础或者成型基础。在本申请中,变形可为受热变形、吸液变形、或者在外力作用下的变形等等。
根据本申请实施例的电池单体7,外壳组件20和电极组件10之间具有空隙,该空隙能够为电极组件10的膨胀提供缓冲空间,降低膨胀后的电极组件10损坏外壳组件20的风险,提高电池单体7的结构稳定性。缓冲组件30包括变形区31,变形区31包括支撑层312和变形层311,在外壳组件20和电极组件10装配为成品电池单体7的过程中,变形层311能够发生体积膨胀,使得缓冲组件30的整体结构填充于空隙内,使得外壳组件20和电极组件10之间不会发生晃动;并且在电池单体7充放电过程中,膨胀后的电极组件10由于和缓冲组件30连接,将给予作用力于缓冲组件30,缓冲组件30可以将作用力缓冲掉,以降低膨胀后的电极组件10损坏外壳组件20的风险,进一步提高电池单体7的结构稳定性。
请继续参阅图4和图5,在一些实施方式中,缓冲组件30夹设于外壳组件20和电极组件10之间,缓冲组件30用于在电极组件10膨胀时发生收缩变形。具体地,支撑层312设置于外壳组件20上,变形层311连接于电极组件10。即,支撑层312设置于外壳组件20的壳体21上变形层311连接于电极组件10。
由于缓冲组件30夹设于外壳组件20和电极组件10之间,外壳组件20和电极组件10之间的接触更为紧密,电极组件10不易发生位置偏移,电池单体7的结构稳定性更高;在电池单体7的运输或使用过程中,能够保证电池单体7的使用可靠性。在电极组件10发生膨胀时,膨胀后的电极组件10将给予缓冲组件30以作用力,缓冲组件30通过自身的收缩变形,将作用力缓冲掉,从而降低作用力对外壳组件20造成损坏的风险,进一步提高二次电池的结构稳定性。
在一些实施方式中,缓冲组件30也可以仅包括变形区31,并不包括镂空区32,如此设置可以使得缓冲组件30能够充分的在电极组件10和外壳组件20之间膨胀填充空隙,保证电极组件10的结构稳定性;并且在电极组件10发生膨胀时,能够从多个方向充分的缓冲电极组件10的作用力,以更进一步降低电极组件10对外壳组件20造成损伤的风险。
图6是本申请另一些实施例提供的电池单体的分解示意图。
如图6所示,在另一些实施方式中,缓冲组件30还包括与变形区31相邻接的镂空区32,镂空区32沿厚度方向贯穿缓冲组件30。镂空区32可以理解为在缓冲组件30上开设的通孔,由于通孔处未包含变形材料,其可以不具备变形功能。由于缓冲组件30的变形区31在电池单体7装配成型的过程中会发生膨胀,一方面膨胀可以朝向外壳组件20的方向进行,另一方面膨胀可以朝向镂空区32的方向进行,从而降低变形区31挤压自身形成褶皱等的风险,从而能够保证变形区31和电极组件10的连接可靠性。
在本申请中,由于缓冲组件30和电极组件10的相对面积,与缓冲组件30的膨胀率、缓冲组件30的吸液量等具有相关关系,为了满足生产要求,可以灵活设置缓冲组件30的结构形式,通过变形区31和镂空区32相互配合实现生产要求,二者的布置方式具有多种类型,接下来对其进行说明。
请继续参阅图6,作为一些示例,变形区31环绕设置于镂空区32外。此种结构形式意味着镂空区32分布于缓冲组件30的中心区域,变形区31分布于缓冲组件30的外周区域,外周区域环绕中心区域设置。在变形区31发生膨胀时,变形区31可以朝向镂空区32的方向膨胀,从整体上来看,膨胀过程为膨胀组件朝向其中心区域膨胀,如此可以保证缓冲组件30整体外部轮廓占据的面积不会发生较大的改变,基本不会对缓冲组件30外的空间进行侵占,有利于对缓冲组件30整体的设置区域进行设计。
作为变形区31的示例性说明,变形区31可以为连续结构,其连续环绕于镂空区32外;该种结构形式有利于变形区31快速装配至电极组件10上。或者变形区31也可以为离散分布的形式,即变形区31可以包括多个变形部,多个变形部可以间隔环绕于镂空区32外,如此设置有利于变形区31的灵活设置,可以根据电极组件10的结构形式灵活设置变形区31的分布形式。
作为镂空区32的示例性说明,镂空区32可以为连续结构,在此情况下,镂空区32的数量也可看作是一个,变形区31环绕设置于镂空区32外。
图7是本申请另一些实施例提供的电池单体的分解示意图。
如图7所示,镂空区32也可以设置为多个,多个镂空区32间隔分布,且各镂空区32外均环绕设置有变形区31;变形区31均可以为朝向其相邻的镂空区32的方向进行膨胀。
图8是本申请另一些实施例提供的电池单体的分解示意图。
如图8所示,作为另一些示例,镂空区32设置为多个,变形区31设置为多个,多个镂空区32和多个变形区31交替设置;该种交替设置的结构形式可以理解为沿同一方向上,缓冲组件30包括依次设置的变形区31、镂空区32、变形区31、镂空区32、变形区31等。变形区31可以朝向与其相邻的镂空区32的方向上进行膨胀,一些变形区31可能具有两个相邻的镂空区32,其可以朝向两个镂空区32的方向上分别膨胀。
图9是本申请另一些实施例提供的电池单体的分解示意图。
如图9所示,作为再一些示例,镂空区32为连续结构,变形区31为离散结构,变形区31离散分布于镂空区32中;该种结构形式的变形区31的形式更为灵活,可以按照工艺需求灵活设置变形区31。
在本申请中,电极组件10具有多种结构形式,例如圆柱体结构形式或长方体结构形式等,根据电极组件10的结构形式的不同可以设置不同结构的缓冲组件30,接下来进行详细说明。
在一些实施方式中,电极组件10为长方体结构,长方体结构包括彼此相对的两个第一面211和连接两个第一面211的第二面212,第一面211的面积大于第二面212的面积;缓冲组件30至少设置于第一面211外。
由于第一面211的面积相对较大,第一面211和外壳组件20相对的面积较多,如此通过第一面211向外壳组件20传递的膨胀作用力较多,对外壳组件20造成损坏的风险较大;故,本申请将缓冲组件30至少设置于第一面211外,可以显著将电极组件10所产生的膨胀作用力进行缓冲,从而显著降低膨胀后的电极组件10损坏外壳组件20的风险,保证电池单体7的结构稳定性。
进一步地,缓冲组件30还可以设置于第二面212外,可以进一步将电极组件10通过第二面212传递的膨胀作用力进行缓冲,进一步降低损坏外壳组件20的风险,提高电池单体7的结构稳定性。
在一些实施方式中,电极组件10为圆柱体结构,缓冲组件30环绕设置于电极组件10的至少部分外。在缓冲组件30的变形层311为连续结构时,变形层311可以环绕设置于电极组件10的整个外周,即可以认为缓冲组件30环绕设置于电极组件10的全部结构外侧;在缓冲组件30的变形层311为连续结构时,变形层311也可以仅环绕设置于电极组件10的部分外周,即可以认为缓冲组件30环绕设置于电极组件10的部分外。在缓冲组件30的变形层311为离散结构时,变形层311环绕设置于电极组件10外,可以认为是环绕电极组件10的部分外周。
由于圆柱体结构形式的电极组件10在发生膨胀时,其在电极组件10的不同径向上产生的作用力基本相同,故电极组件10的外周的作用力基本相同,故可以将缓冲组件30设置于电极组件10外周,从而能够更均匀地将电极组件10上的作用力进行缓冲。
在一些实施方式中,缓冲组件30的厚度为Dμm,1mm≤D≤4mm。
缓冲组件30的厚度一方面与所选取的材质有关系,另一方面与缓冲组件30的结构形式有关系。在缓冲组件30初始装配至外壳组件20中时,缓冲组件30的初始厚度较小,在经过高温烘干工序和注入电解液工序后,缓冲组件30膨胀倍率可以得到5~10倍,膨胀后的厚度为1mm~4mm,甚至在2mm~4mm之间,更进一步地在3mm~4mm之间,其膨胀倍率较高,最终膨胀后的厚度数值范围较大,更适用于低群裕度的电池单体7。且缓冲组件30能够在电池单体7长期循环存储过程中受力收缩,缓冲膨胀应力,降低外壳组件20胀破的风险。在本申请中,群裕度是指电芯组件整体体积占电芯壳体体积的百分比。(电极组件10沿垂直于外壳组件20的高度方向的截面积,与外壳组件20沿垂直于高度反向的截面积的比值)。
在本申请中,缓冲组件30的材质和结构形式对变形能力具有重要影响,接下来对其进行具体说明。
作为支撑层312的示例,支撑层312可以为聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate,PET)、聚酰亚胺、聚丙烯。
作为变形层311的示例,变形层311具有变形能力,其可以为单层结构形式,也可以为多层结构形式。变形层311可以为单层结构形式,其可以采用材质聚丙烯酸酯、发泡微球、聚氨酯、定向聚苯乙烯薄膜等。
或者,变形层311可以包括沿厚度方向层叠设置的多层子层,多层子层中的至少两层的材质相异,分别可以在不同条件下进行膨胀;当然,多层子层的材质也可以相同。
图10是本申请另一些实施例提供的电池单体的变形区结构示意图。如图10所示,具体地,多层子层包括热变形层3111和吸液层3112,热变形层3111位于支撑层312和吸液层3112之间,吸液层3112连接于电极组件。
热变形层3111包括聚丙烯酸酯、聚氨酯、发泡微球等材质;热变形层3111通过涂布的方式复合在支撑层312上,具体包括:将聚丙烯酸酯、聚氨酯、发泡微球等材质溶解于甲苯、乙酸乙酯等溶剂中,然后喷涂于支撑层312上面,通过烘箱将溶剂烘干,最后在涂布机尾收卷、分切成所需样品。
吸液层3112包括丁苯橡胶、聚丙烯酸、苯乙烯一异戊二烯一苯乙烯嵌段共聚物,吸液层3112通过涂布的方式复合在热变形层3111上,(涂布方式如上),最后将膨胀胶带裁切成一定形状贴合在电芯的表面。
热变形层3111能够吸收热量发生膨胀,尤其是在高温烘干工序过程中吸热膨胀。吸液层3112能够吸收液体发生膨胀,尤其是在注入电解液工序过程中吸液层3112能够吸收电解液发生膨胀,且膨胀后的吸液层3112也具有良好的粘接力,用于与电极组件粘接。且热变形层3111和吸液层3112中在无外力作用的情况下,发生膨胀后,能够保证膨胀后的形状,不易发生收缩变形,从而能够保证电极组件和外壳组件之间的紧密性。但是在受到外力作用下,也可以发生一定的收缩,例如膨胀后的电极组件10给予作用力,热变形层3111和吸液层3112中的至少一者能够发生收缩变形,以缓冲作用力。
如图4和图10所示,作为本申请一具体实施例,电池单体7包括外壳组件20、电极组件10和缓冲组件30;电极组件10设置于外壳组件20中,电极组件10和外壳组件20之间具有空隙;以及缓冲组件30设置于电极组件10面向外壳组件20的一侧,缓冲组件30包括变形区31,变形区31包括沿其自身厚度方向层叠设置的变形层311和支撑层312,变形层311设置于支撑层312和电极组件10之间且用于连接支撑层312和电极组件10,变形层311能够发生体积膨胀以使缓冲组件30填充于空隙,并用于在电极组件10膨胀时缓冲电极组件10的作用力。变形层311包括沿厚度方向层叠设置的多层子层,多层子层包括热变形层3111和吸液层3112,热变形层3111位于支撑层312和吸液层3112之间,吸液层3112连接于电极组件10。
外壳组件20和电极组件10之间具有空隙,该空隙能够为电极组件10的膨胀提供缓冲空间,降低膨胀后的电极组件10损坏外壳组件20的风险,提高电池单体7的结构稳定性。在外壳组件20和电极组件10装配为成品电池单体7的过程中,变形层311中的热变形层3111和吸液层3112能够发生体积膨胀,使得缓冲组件30的整体结构填充于空隙内,使得外壳组件20和电极组件10之间不会发生晃动;并且在电池单体7充放电过程中,膨胀后的电极组件10由于和缓冲组件30连接,将给予作用力于缓冲组件30,缓冲组件30可以将作用力缓冲掉,以降低膨胀后的电极组件10损坏外壳组件20的风险,进一步提高电池单体7的结构稳定性。
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:
外壳组件;
电极组件,其设置于所述外壳组件中,所述电极组件和所述外壳组件之间具有空隙;以及
缓冲组件,其设置于所述电极组件面向所述外壳组件的一侧,所述缓冲组件包括变形区,所述变形区包括沿其自身厚度方向层叠设置的变形层和支撑层,所述变形层设置于所述支撑层和所述电极组件之间且用于连接所述支撑层和所述电极组件,所述变形层能够发生体积膨胀以使所述缓冲组件填充于所述空隙,并用于在所述电极组件膨胀时缓冲所述电极组件的作用力。
2.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述缓冲组件夹设于所述外壳组件和所述电极组件之间,所述缓冲组件用于在所述电极组件膨胀时发生收缩变形。
3.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述缓冲组件还包括与所述变形区相邻接的镂空区,所述镂空区沿所述厚度方向贯穿所述缓冲组件。
4.根据权利要求3所述的电池单体,其特征在于,所述变形区环绕设置于所述镂空区外。
5.根据权利要求4所述的电池单体,其特征在于,
所述变形区连续环绕于所述镂空区外;或
所述变形区包括多个变形部,多个所述变形部间隔环绕于所述镂空区外。
6.根据权利要求4所述的电池单体,其特征在于,所述镂空区设置为多个,多个所述镂空区间隔分布,各所述镂空区外均环绕设置有所述变形区。
7.根据权利要求3所述的电池单体,其特征在于,
所述镂空区设置为多个,所述变形区设置为多个,多个所述镂空区和多个所述变形区交替设置。
8.根据权利要求3所述的电池单体,其特征在于,
所述镂空区为连续结构,所述变形区离散分布于所述镂空区中。
9.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述电极组件为圆柱体结构,所述缓冲组件环绕设置于所述电极组件的至少部分外。
10.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述电极组件为长方体结构,所述长方体结构包括彼此相对的两个第一面和连接两个所述第一面的第二面,所述第一面的面积大于所述第二面的面积;
所述缓冲组件至少设置于所述第一面外。
11.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述变形层包括沿所述厚度方向层叠设置的多层子层。
12.根据权利要求11所述的电池单体,其特征在于,所述多层子层包括热变形层和吸液层,所述热变形层位于所述支撑层和所述吸液层之间,所述吸液层连接于所述电极组件。
13.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述缓冲组件的厚度为Dμm,1mm≤D≤4mm。
14.一种电池,其特征在于,包括如权利要求1至13中任一项所述的电池单体。
15.一种用电装置,其特征在于,包括如权利要求14所述的电池,所述电池用于提供电能。
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