CN219303836U

CN219303836U - 二次电池、电池模组及电池包

Info

Publication number: CN219303836U
Application number: CN202320180196.1U
Authority: CN
Inventors: 曹辉; 刘微; 喻先锋; 侯敏; 刘婵
Original assignee: Rept Battero Energy Co Ltd
Current assignee: Rept Battero Energy Co Ltd
Priority date: 2023-01-18
Filing date: 2023-01-18
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2033-01-18

Abstract

本实用新型涉及一种二次电池、电池模组及电池包，该二次电池包括具有中空腔室的壳体和容置于中空腔室内的极芯组，极芯组包括至少一个极芯，壳体包括沿长度方向的壳体长度L1以及沿厚度方向的壳体厚度L2，壳体长度L1与壳体厚度L2满足关系式：3≤L1/L2≤10。本申请的技术方案可以实现极芯的灵活排布，提高壳体空间利用率；可以在一定体积下使二次电池的长薄化更加合理并且使壳体兼具足够的结构力学强度，利于二次电池在电池模组以及电池包内的灵活排布，提升电池包的体积能量密度，二次电池具有足够大的散热面积，内部热量能及时地传导至外部，防止热量在壳体内聚集，本申请可以提升二次电池整体的安全性。

Description

二次电池、电池模组及电池包

技术领域

本实用新型主要涉及电池技术领域，具体地涉及一种二次电池、电池模组及电池包。

背景技术

在可再生清洁能源的开发过程中，二次电池中最具代表性的锂离子电池由于其能量密度高以及周期寿命长等优点被广泛应用于电动汽车、便捷式电子产品以及绿色电网储能等领域。然而二次电池不可避免地需要使用易挥发和易燃成分，含有二次电池如锂离子电池的设备可能会发生燃烧爆炸等危险事故。例如电动汽车起火以及爆炸事故频发引起了人们对二次电池安全性的担忧，锂离子电池及其他二次电池如钠离子电池等的安全问题越来越受到重视。

目前在锂离子电池等二次电池的安全性研究上，通常采用包括外部保护和内部保护等方式来预防二次电池的安全隐患问题。外部保护设计例如设置安全通风口，以减少二次电池内部产生的气体压力，但该方法只能在一定程度上提高安全性，原因在于在非常短的时间内，二次电池内部的温度和压力可能突然增加，因此不容易被外部安全设备检测到。内部保护设计例如在电解质和电解液中加入功能性添加剂，包括热稳定材料和过充氧化还原保护剂等，以及增加热敏开关保护和提升隔膜热稳定性等措施。加入的功能性添加剂越多，对二次电池的极芯电化学性能影响不确定性就越大。

目前二次电池使用化学材料的比能量越来越高，极芯越做越大，内部空间设计更加极限，现有的内部和外部保护策略对二次电池安全性改善不到位，二次电池存在安全性能不佳的问题。

实用新型内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种二次电池、电池模组及电池包，可以提升二次电池的安全性能，二次电池安全可靠性高。

本申请为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种二次电池，包括具有中空腔室的壳体和容置于中空腔室内的极芯组，极芯组包括至少一个极芯，壳体包括沿长度方向的壳体长度L1以及沿厚度方向的壳体厚度L2，壳体长度L1与壳体厚度L2满足关系式：3≤L1/L2≤10。

在本申请的一实施例中，壳体还包括沿宽度方向的壳体宽度L3，壳体长度L1与壳体宽度L3满足关系式：1.7≤L1/L3≤3.2。

在本申请的一实施例中，壳体长度L1满足关系式：100mm≤L1≤400mm，壳体厚度L2满足关系式：10mm≤L2≤90mm，壳体宽度L3满足关系式：50mm≤L3≤240mm。

在本申请的一实施例中，壳体长度L1与壳体的体积V满足关系式：L1/V≤0.0005。

在本申请的一实施例中，壳体包括至少一个开口，壳体的外表面积S与二次电池的能量E满足关系式：0.001Wh/mm²≤E/S≤0.01Wh/mm²。

在本申请的一实施例中，二次电池的体积能量密度VED满足关系式：300Wh/L≤VED≤1000Wh/L。

在本申请的一实施例中，二次电池的体积能量密度VED满足关系式：400Wh/L≤VED≤800Wh/L。

在本申请的一实施例中，二次电池的重量能量密度WED满足关系式：100Wh/kg≤WED≤500Wh/kg。

在本申请的一实施例中，二次电池的重量能量密度WED满足关系式：200Wh/kg≤WED≤350Wh/kg。

在本申请的一实施例中，极芯包括沿长度方向的极芯长度L4以及沿厚度方向的极芯厚度L5，极芯长度L4与壳体长度L1满足关系式：L4<L1≤10*L4，极芯厚度L5与壳体厚度L2满足关系式：L5<L2<15*L5。

在本申请的一实施例中，极芯长度L4与壳体长度L1满足关系式：2*L4≤L1≤5*L4，极芯厚度L5与壳体厚度L2满足关系式：2*L5<L2<9*L5。

在本申请的一实施例中，极芯包括卷绕式极芯或者叠片式极芯，极芯沿长度方向的两端分别包括第一极耳和第二极耳，极芯组包括多个串联的极芯和/或多个并联的极芯。

在本申请的一实施例中，壳体包括至少一个开口，壳体还包括用于密封开口的至少一个盖板，每个盖板与每个开口一一固定连接。

在本申请的一实施例中，壳体沿长度方向的两端分别包括第一开口和第二开口，壳体还包括用于密封第一开口的第一盖板和用于密封第二开口的第二盖板，第一盖板与第一开口固定连接，第二盖板与第二开口固定连接。

本申请为解决上述技术问题还提出一种电池模组，包括至少一个如上所述的二次电池。

本申请为解决上述技术问题还提出一种电池包，包括至少一个如上所述的二次电池，或者包括至少一个如上所述的电池模组。

本申请的技术方案通过将包括至少一个极芯的极芯组容置于具有中空腔室的壳体内，可以实现二次电池的极芯灵活排布，提高壳体空间利用率；本申请通过设计壳体长度L1以及壳体厚度L2的比值，一方面可以在一定体积下使二次电池的长薄化更加合理并且使壳体兼具足够的结构力学强度，利于二次电池在电池模组以及电池包内的灵活排布，从而可以提高电池模组和电池包的空间利用率，提升电池包的体积能量密度，进而增强用电装置的续航能力；另一方面能够保证二次电池具有足够大的底部散热面积(例如壳体长度L1以及壳体厚度L2围成的区域面积)，在用电装置实际冷却过程中，极芯能够及时地将内部热量传导至外部，防止热量在壳体内聚集，不会发生热失控。本申请可以提升二次电池整体的安全性，二次电池安全可靠性高。

附图说明

为让本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本申请的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是本申请一实施例的二次电池的示例性爆炸图；

图2是本申请一实施例的二次电池的壳体的立体图；

图3是本申请一实施例中设置有盖板的壳体的主视图；

图4是本申请一实施例中设置有盖板的壳体的俯视图；

图5是本申请一实施例的二次电池的极芯的立体图；

图6是本申请一实施例的二次电池的极芯的主视图；

图7是本申请一实施例中包括三个并联极芯的极芯组的结构示意图；

图8是本申请一实施例中包括三个串联极芯的极芯组的结构示意图。

具体实施方式的附图标记说明：

100.壳体；1001.中空腔室；101.第一开口；102.第二开口；1011.第一盖板；1021.第二盖板；200.极芯组；201.极芯；2001.第一极芯；2002.第二极芯；2003.第三极芯；2011.第一极耳；2012.第二极耳；L.长度方向；T.厚度方向；W.宽度方向；L1.壳体长度；L2.壳体厚度；L3.壳体宽度；L4.极芯长度；L5.极芯厚度。

具体实施方式

为让本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本申请的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

以下，基于附图对本申请的实施例加以说明。但是，以下所示的实施例是用于将本申请的技术思想具体化的二次电池、电池模组及电池包的例示，本申请的二次电池、电池模组及电池包并不特定为以下的内容。进而，本说明书是为了容易理解权利要求的范围，将对应于实施例所示的构件的编号赋予“权利要求书”及“申请内容”栏中所示的构件。但是，绝非将权利要求中所示的构件特定为实施例的构件。特别是记载于实施例的构成构件的尺寸、材质、形状、及其相对的配置等，如无特定的记载，则其意图并不是将本申请的范围只限定于此，只不过为说明例。

然而，各附图所示的构件的尺寸或位置关系等有时为了明确说明而有夸张。进而，在以下的说明中，对于相同的名称、符号，表示相同或同质的构件，适宜省略其详细说明。进而，构成本申请的各要素可以是以相同的构件构成多个要素从而以一个构件兼用多个要素的形态，相反地也可以是由多个构件分担一个构件的功能来实现。另外，在一部分实施例、实施方式中说明的内容也可利用于其它的实施例、实施方式等。另外，在本说明书中，“上”并不限于与上表面接触而形成的情况，也包含分隔地形成于上方的情况，还以也包含层与层之间存在有介在层的含义而使用。

本申请提出一种二次电池、电池模组及电池包，该二次电池可以应用于电动汽车、便捷式电子产品以及绿色电网储能等领域。

图1是本申请一实施例的二次电池的示例性爆炸图，图2是本申请一实施例的二次电池的壳体的立体图。参考图1和图2所示，该实施例的二次电池包括具有中空腔室1001的壳体100和容置于中空腔室1001内的极芯组200，极芯组200包括至少一个极芯201，壳体100包括沿长度方向L的壳体长度L1以及沿厚度方向T的壳体厚度L2，壳体长度L1与壳体厚度L2满足关系式：3≤L1/L2≤10。

示例性地，壳体长度L1与壳体厚度L2的比值L1/L2可取值为3～10，优选取值为4～9，例如L1/L2取值为4、5、6、7、8、9中的任一个。本申请对L1/L2取值不做限制，可在满足关系式的情况下自由选择。参考图1所示，该实施例中极芯组200包括两个极芯201，分别是第一极芯2001和第二极芯2002，本申请对极芯201的数量不做限制。

本申请的技术方案通过将包括至少一个极芯201的极芯组200容置于具有中空腔室1001的壳体100内，可以实现二次电池的极芯201灵活排布，提高壳体100空间利用率；本申请通过设计壳体长度L1以及壳体厚度L2的比值，一方面可以在一定体积下使二次电池的长薄化更加合理并且使壳体100兼具足够的结构力学强度，利于二次电池在电池模组以及电池包内的灵活排布，从而可以提高电池模组和电池包的空间利用率，提升电池包的体积能量密度，进而增强用电装置的续航能力；另一方面能够保证二次电池具有足够大的底部散热面积(例如壳体长度L1以及壳体厚度L2围成的区域面积)，在用电装置实际冷却过程中，极芯201能够及时地将内部热量传导至外部，防止热量在壳体100内聚集，不会发生热失控。本申请可以提升二次电池整体的安全性，二次电池安全可靠性高。

在一些实施例中，参考图1和图2所示，壳体100还包括沿宽度方向W的壳体宽度L3，壳体长度L1与壳体宽度L3满足关系式：1.7≤L1/L3≤3.2。示例性地，壳体长度L1与壳体宽度L3的比值L1/L3可取值为1.7～3.2，优选取值为2.0～3.2，例如L1/L3取值为2.0、2.5、3.0中的任一个。本申请对L1/L3取值不做限制，可在满足关系式的情况下自由选择。本申请设置壳体长度L1大于壳体宽度L3可以优化单体二次电池在电池模组和电池包内的排布，并提高单体二次电池的散热能力。

在一些实施例中，参考图1和图2所示，壳体长度L1满足关系式：100mm≤L1≤400mm，壳体厚度L2满足关系式：10mm≤L2≤90mm，壳体宽度L3满足关系式：50mm≤L3≤240mm。需要说明的是，本申请的壳体长度L1、壳体厚度L2以及壳体宽度L3的单位均为毫米(mm)。示例性地，壳体长度L1例如可取值为100mm、200mm、300mm、400mm中的任一个。本申请对壳体长度L1、壳体厚度L2以及壳体宽度L3的取值不做限制，可在满足关系式的情况下自由选择。本申请设置壳体长度L1大于壳体宽度L3，以及壳体宽度L3大于壳体厚度L2，可以优化单体二次电池在电池模组和电池包内的排布，并提高单体二次电池的散热能力。

在一些实施例中，参考图2所示，壳体长度L1与壳体的体积V满足关系式：L1/V≤0.0005。示例性地，本申请壳体的体积V为壳体长度L1、壳体厚度L2以及壳体宽度L3的乘积，壳体的体积V的单位为立方毫米(mm³)。本申请对壳体长度L1与壳体的体积V之间的比值L1/V，取值不做限制，可在满足关系式的情况下自由选择。本申请通过设计壳体长度L1与壳体的体积V之间的比例，从而优化了单体二次电池的空间尺寸比例，更利于大倍率充放电过程中单体二次电池的散热和二次电池在电池模组和电池包内的布置，进而在对电池包整体体积能量密度提升的同时提升安全性。

在一些实施例中，参考图1和图2所示，壳体100包括至少一个开口，壳体的外表面积S与二次电池的能量E满足关系式：0.001Wh/mm²≤E/S≤0.01Wh/mm²。需要说明的是，本申请壳体的外表面积S的单位为平方毫米(mm²)，二次电池的能量E的单位为瓦时(Wh)。示例性地，本申请的壳体100构造为外表面平滑的长方体形，壳体的外表面积S为每一侧面的表面积之和。当壳体100只设置一个开口时，该开口包括第一开口101，二次电池的正极和负极均设置在与第一开口101朝向相同的一侧，壳体的外表面积S为长方体形的壳体100的五个侧面的表面积之和。当壳体100设置两个开口时，开口包括第一开口101和第二开口102，壳体的外表面积S为长方体形的壳体100的四个侧面的表面积之和。本申请对壳体100的开口数量不做限制。

示例性地，本申请壳体的外表面积S与二次电池的能量E的比值E/S可以进一步满足关系式0.003Wh/mm²≤E/S≤0.01Wh/mm²，优选满足关系式0.005Wh/mm²≤E/S≤0.01Wh/mm²。本申请对E/S取值不做限制，可在满足关系式的情况下自由选择。本申请这样设置可以保证单体二次电池的表面散热充分，例如当二次电池采用硅碳负极材料、锂金属负极材料、高镍三元正极材料以及富锂锰基正极材料等化学体系时，二次电池大倍率充放电过程中内部积聚的热量能够及时向外传导，可以提升二次电池的冷却效果以及二次电池的安全性。

图3是本申请一实施例中设置有盖板的壳体的主视图，图4是本申请一实施例中设置有盖板的壳体的俯视图。在一些实施例中，参考图1至图4所示，壳体100包括至少一个开口，壳体100还包括用于密封开口的至少一个盖板，每个盖板与每个开口一一固定连接。示例性地，当壳体100只设置一个开口时，该开口包括第一开口101，用于密封第一开口101的第一盖板1011通过激光焊接的方式与第一开口101固定连接。

在一些实施例中，参考图1至图4所示，壳体100沿长度方向L的两端分别包括第一开口101和第二开口102，壳体100还包括用于密封第一开口101的第一盖板1011和用于密封第二开口102的第二盖板1021，第一盖板1011与第一开口101固定连接，第二盖板1021与第二开口102固定连接。示例性地，盖板与开口之间固定连接的方式优选采用激光焊接的方式，本申请对盖板与开口固定连接的方式不做限制。

在一些实施例中，二次电池的体积能量密度(Volumetric Energy Density，VED)满足关系式：300Wh/L≤VED≤1000Wh/L。示例性地，本申请二次电池的体积能量密度VED可以设置为300Wh/L、400Wh/L、500Wh/L、600Wh/L、700Wh/L、800Wh/L、900Wh/L、1000Wh/L中的任一个。在另一些实施例中，进一步地，二次电池的体积能量密度VED满足关系式：400Wh/L≤VED≤800Wh/L。本申请对VED的取值不做限制，可在满足关系式的情况下自由选择。

本申请通过优化壳体100的几何尺寸，并使二次电池的体积能量密度VED在一合理的取值范围内，二次电池可以搭配不同的化学体系材料，例如硅碳负极、锂金属负极、磷酸铁锂正极、高镍三元正极以及富锂锰基正极等，二次电池可以达到较高的体积能量密度，以提升装备有该二次电池的用电装置的续航能力。

在一些实施例中，二次电池的重量能量密度(Weight Energy Density，WED)满足关系式：100Wh/kg≤WED≤500Wh/kg。示例性地，本申请二次电池的重量能量密度WED可以设置为100Wh/kg、150Wh/kg、200Wh/kg、250Wh/kg、300Wh/kg、350Wh/kg、400Wh/kg、450Wh/kg、500Wh/kg中的任一个。在另一些实施例中，进一步地，二次电池的重量能量密度WED满足关系式：200Wh/kg≤WED≤350Wh/kg。本申请对WED的取值不做限制，可在满足关系式的情况下自由选择。

本申请通过优化壳体100的几何尺寸，并使二次电池的重量能量密度WED在一合理的取值范围内，二次电池可以搭配不同的化学体系材料，例如硅碳负极、锂金属负极、磷酸铁锂正极、高镍三元正极以及富锂锰基正极等，二次电池可以达到较高的重量能量密度，以提升装备有该二次电池的用电装置的续航能力。

图5是本申请一实施例的二次电池的极芯的立体图，图6是本申请一实施例的二次电池的极芯的主视图，图7是本申请一实施例中包括三个并联极芯的极芯组的结构示意图，图8是本申请一实施例中包括三个串联极芯的极芯组的结构示意图。在一些实施例中，参考图5至图8所示，极芯201包括卷绕式极芯或者叠片式极芯，极芯201沿长度方向L的两端分别包括第一极耳2011和第二极耳2012，极芯组200包括多个串联的极芯201和/或多个并联的极芯201。

示例性地，极耳是从极芯201中将电流引出来的金属导电体。参考图7所示，该实施例的极芯组200包括三个并联的极芯201，分别为第一极芯2001、第二极芯2002以及第三极芯2003。参考图8所示，该实施例的极芯组200包括三个串联的极芯201，分别为第一极芯2001、第二极芯2002以及第三极芯2003，极芯201之间通过将相邻的极耳采用激光焊接的方式固定连接，例如第一极芯2001的第二极耳2012与第二极芯2002的第一极耳2011固定连接。本申请的极芯组200可以包括多个串联的极芯201和多个并联的极芯201，本申请对极芯组200的组成方式不做限制。

在一些实施例中，参考图1所示，极芯201包括沿长度方向L的极芯长度L4以及沿厚度方向T的极芯厚度L5，极芯长度L4与壳体长度L1满足关系式：L4<L1≤10*L4，极芯厚度L5与壳体厚度L2满足关系式：L5<L2<15*L5。示例性地，当极芯组200包括一个极芯201时，极芯长度L4小于壳体长度L1，极芯厚度L5小于壳体厚度L2。当极芯组200包括多个极芯201时，可以设置壳体长度L1满足最多可以串联十个极芯201，即壳体长度L1小于等于10倍极芯长度L4，以及壳体厚度L2满足最多可以并联十四个极芯201，即壳体厚度L2小于15倍极芯厚度L5。特别说明的是，本申请中极芯长度L4包括极耳长度。示例性地，当多个极芯201采用激光焊接的方式串联时，相邻极芯201之间的极耳会有焊接重叠部分。

在一些实施例中，参考图1所示，极芯长度L4与壳体长度L1满足关系式：2*L4≤L1≤5*L4，极芯厚度L5与壳体厚度L2满足关系式：2*L5<L2<9*L5。示例性地，当极芯组200包括多个极芯201时，根据需要设置壳体长度L1满足可以串联2～5个极芯201，即壳体长度L1大于等于2倍极芯长度L4，且小于等于5倍极芯长度L4，以及壳体厚度L2满足可以并联2～8个极芯201，即壳体厚度L2大于2倍极芯厚度L5，且小于9倍极芯厚度L5。

示例性地，本申请二次电池的极芯组200内的极芯201的串联数量可以根据壳体长度L1进行适应性选择，例如当壳体长度L1满足关系式：300mm≤L1≤400mm时，极芯201的串联个数可以为三个或四个；当壳体长度L1满足关系式：200mm≤L1<300mm时，极芯201的串联个数可以为两个或三个；当壳体长度L1满足关系式：100mm≤L1<200mm时，极芯201的串联个数可以为一个或两个。本申请二次电池的极芯组200内的极芯201的并联数量也可以根据实际情况进行设置，本申请对极芯组200内的极芯201数量不做限制。本申请二次电池内部的极芯组200由多个极芯201构成，可以进一步提升电池大倍率充放电的动力学，有利于内部热量传导及扩散，避免出现局部过热的现象，以提升二次电池的安全性。

本申请的二次电池构造为外表面平滑的长方体形，并具有一定结构强度，将由卷绕或叠片构成的极芯201封装在铝制壳体100内，用盖板密封二次电池壳体100的开口部分。本申请相比外包装为铝塑膜的单体二次电池，导热性更好，结构强度更佳，而相比圆柱形二次电池，空间利用率更高，生产组装工艺更简单。

本申请的实施方式还公开了一种电池模组，包括至少一个如前文所述的二次电池。示例性地，本申请的电池模组可以由多个如前文所述的二次电池排列堆叠组成，本申请对二次电池的数量不做限制。

本申请的实施方式还公开了一种电池包，包括至少一个如前文所述的二次电池，或者包括至少一个如前文所述的电池模组。示例性地，本申请的电池包可以由多个如前文所述的二次电池或者电池模组排列堆叠组成，本申请对二次电池以及电池模组的数量不做限制。本申请的电池模组以及电池包包括前文所述的二次电池，可以提高电池空间利用率，并增强电池系统的结构力学强度，热交换能力好，安全可靠性高。

本申请还设计了多个实施例和对比例进行了对照实验，具体的配置参数将在后文介绍。下面先介绍本申请的二次电池的电池参数及性能测试相关内容。

在二次电池的电池参数的测量方法中：(1)单体电池的尺寸：对实施例和对比例中制备的单体二次电池，用游标卡尺分别测量出壳体沿长度方向的壳体长度L1(mm)，沿厚度方向的壳体厚度L2(mm)，沿宽度方向的壳体宽度L3(mm)。(2)单体电池的重量：对实施例和对比例中制备的单体二次电池，用分析天平称量单体电池的重量W(kg)。(3)单体电池的容量和能量：对实施例和对比例中制备的单体二次电池，以1/3C(即三分之一C，C表示二次电池的标称容量)满充1/3C满放测试容量Cap.(Ah)，并计算得到单体电池的能量E(Wh)。

在二次电池的性能测试方法中：(1)结构力学强度测试：按照标准GB38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》中挤压测试要求，在25℃下，将实施例和对比例中制备的二次电池单体以1/3C满充。用GB38031-2020中规定的挤压板(半径75mm的半圆柱体，半圆柱体的长度L大于被挤压电池单体的尺寸)垂直于单体电池极板方向施压。挤压方向：壳体大面(壳体长度L1与壳体宽度L3围成的区域)，壳体侧面(壳体厚度L2与壳体宽度L3围成的区域)，壳体底面(壳体长度L1与壳体厚度L2围成的区域)。挤压速度：≤2mm/s。当电池单体电压达到0V或变形量达到15％或挤压力达到100KN或1000倍实验对象重量后停止挤压，保持10min。挤压完成后在试验环境下观察1h，二次电池是否有起火，冒烟，爆炸等现象。

(2)散热能力测试：在25℃下，将实施例和对比例中制备的二次电池单体以4C满充，以1C满放重复10次。在充电和放电过程中，电池单体的壳体底面(壳体长度L1与壳体厚度L2围成的区域)施加恒定冷却条件：6.3W/单体电芯，记录电池单体的壳体大面(壳体长度L1与壳体宽度L3围成的区域)中心点温度T1(℃)，正极柱中心点温度T2(℃)，负极柱中心点温度T3(℃)。

(3)热扩散测试：按照标准GB38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》中热扩散测试要求，在25℃下，将实施例和对比例中制备的二次电池单体以1/3C满充，将3个满充的单体电芯组成串联系统(3个单体电芯需同时属于实施例或对比例，不能交叉组合)，在中部电池的壳体大面(壳体长度L1与壳体宽度L3围成的区域)一侧放置加热平板，持续加热直至中部电池发生热失控，观察5min内相邻的两颗电池是否有热失控，以判断串联系统是否发生热扩散行为。在加热板加热过程中电池单体的壳体底面(壳体长度L1与壳体厚度L2围成的区域)施加恒定冷却条件：6.3W/单体电芯。

下面介绍本申请设计的各实施例、对比例的测试结果，通过实施例1～10与对比例1～6对本申请进行进一步的说明。根据本申请设计的实施例1～10的二次电池单体，通过对单体电池的尺寸参数等进行设计，二次电池在结构力学强度，散热效果及安全性方面显著提升。

后文介绍的实施例和对比例中的单体电池负极和正极分别为相同体系及配比的硅碳材料和三元材料。后文的表1是本申请设计的实施例1～10和对比例1～6的配置参数对比表，表2是本申请设计的实施例1～10和对比例1～6的性能测试结果对比表。本申请设计的各实施例和对比例的二次电池配置参数和性能测试结果分别呈现在表1和表2中。

表1实施例1～10和对比例1～6的配置参数对比

表2实施例1～10和对比例1～6的性能测试结果对比

参考表1和表2所示，由表2中的数据可以看出，本申请提供的实施例1～10的单体二次电池结构力学强度好，挤压测试中无失效。4C快充循环测试过程中，电芯大面温升和正极柱、负极柱温升在合理范围内。热失控实验中，均无热扩散发生，满足国标要求，具有较高安全性。而从对比例1～2看出，L1、L2、L3虽在本申请所述的取值范围内，但L1/L2、L1/L3并不在本申请所述的取值范围内，电芯的结构强度和散热能力都有一定下降。从对比例3～5看出，当L1、L2、L3的取值范围和L1/L2、L1/L3均不在本申请所述的取值范围内时，电芯的结构强度和散热能力均大幅下降，挤压测试中不仅出现了漏液，还有电芯直接起火发生，结构强度已不满足国标安全性要求。4C快充循环测试过程中，大面温升已远超电芯安全极限温度80℃，正极柱、负极柱温度也显著升高，安全性下降。热失控实验中，也由于电芯散热能力的显著下降，均出现了快速热扩散情况。

继续参考表1和表2所示，在此对对比例6的情况特别说明，在该对比例中L1、L2、L3的取值范围均不在本申请所述的取值范围内时，即L1小于下限，L2、L3均大于上限的时候，L1/L2、L1/L3也均不在本申请所述的取值范围内。从实验测试结果来看，虽然在本例中电芯的结构强度无太大下降，但电芯的散热能力还是出现了显著下降，4C快充下电芯大面温升接近临界温度，也会发生热扩散，导致不符合国标安全性要求。电芯结构强度仍达标的主要原因是本例中L1、L2、L3并未大幅偏离边界值，所得到的电芯结构仍能维持较好力学特性，但可预见的是，当L1大幅偏离下限值100mm，L2和L3也分别大幅偏离上限值90mm和240mm时，将出现与对比例3～5一样的情况，电芯几何尺寸比例失衡，结构力学强度大幅下降，且散热性能恶化。

因此，通过实施例1～10和对比例1～6的各项参数及性能测试结果，说明本申请二次电池单体的几何尺寸L1/L2、L1/L3比值在前文所述范围内，且L1、L2、L3取值同时在前文所述范围内时电芯的综合性能最优。

尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的实用新型实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实用新型实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims

1.一种二次电池，其特征在于，包括具有中空腔室的壳体和容置于所述中空腔室内的极芯组，所述极芯组包括至少一个极芯，所述壳体包括沿长度方向的壳体长度L1、沿厚度方向的壳体厚度L2以及沿宽度方向的壳体宽度L3，所述壳体长度L1与所述壳体厚度L2满足关系式：3≤L1/L2≤10，所述壳体长度L1与所述壳体宽度L3满足关系式：1.7≤L1/L3≤3.2。

2.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述壳体长度L1满足关系式：100mm≤L1≤400mm，所述壳体厚度L2满足关系式：10mm≤L2≤90mm，所述壳体宽度L3满足关系式：50mm≤L3≤240mm。

3.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述壳体长度L1与所述壳体的体积V满足关系式：L1/V≤0.0005。

4.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述壳体包括至少一个开口，所述壳体的外表面积S与所述二次电池的能量E满足关系式：0.001Wh/mm²≤E/S≤0.01Wh/mm²。

5.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池的体积能量密度VED满足关系式：300Wh/L≤VED≤1000Wh/L。

6.如权利要求5所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池的体积能量密度VED满足关系式：400Wh/L≤VED≤800Wh/L。

7.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池的重量能量密度WED满足关系式：100Wh/kg≤WED≤500Wh/kg。

8.如权利要求7所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池的重量能量密度WED满足关系式：200Wh/kg≤WED≤350Wh/kg。

9.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述极芯包括沿所述长度方向的极芯长度L4以及沿所述厚度方向的极芯厚度L5，所述极芯长度L4与所述壳体长度L1满足关系式：L4<L1≤10*L4，所述极芯厚度L5与所述壳体厚度L2满足关系式：L5<L2<15*L5。

10.如权利要求9所述的二次电池，其特征在于，所述极芯长度L4与所述壳体长度L1满足关系式：2*L4≤L1≤5*L4，所述极芯厚度L5与所述壳体厚度L2满足关系式：2*L5<L2<9*L5。

11.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述极芯包括卷绕式极芯或者叠片式极芯，所述极芯沿所述长度方向的两端分别包括第一极耳和第二极耳，所述极芯组包括多个串联的极芯和/或多个并联的极芯。

12.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述壳体包括至少一个开口，所述壳体还包括用于密封所述开口的至少一个盖板，每个所述盖板与每个所述开口一一固定连接。

13.如权利要求12所述的二次电池，其特征在于，所述壳体沿所述长度方向的两端分别包括第一开口和第二开口，所述壳体还包括用于密封所述第一开口的第一盖板和用于密封所述第二开口的第二盖板，所述第一盖板与所述第一开口固定连接，所述第二盖板与所述第二开口固定连接。

14.一种电池模组，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-13任一项所述的二次电池。

15.一种电池包，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-13任一项所述的二次电池，或者包括至少一个如权利要求14所述的电池模组。