CN219476941U - 电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

电池单体、电池及用电装置 Download PDF

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CN219476941U CN202321022269.0U CN202321022269U CN219476941U CN 219476941 U CN219476941 U CN 219476941U CN 202321022269 U CN202321022269 U CN 202321022269U CN 219476941 U CN219476941 U CN 219476941U
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battery
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吴凯
全超
蒲玉杰
李耀
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Abstract

本申请公开一种电池单体、电池及用电装置,其中,电池单体包括外壳、泄压机构、电极组件以及绝缘结构;外壳具有内腔,外壳具有第一壁,泄压机构,设置于所述第一壁;电极组件设于所述内腔;绝缘结构设于所述第一壁与所述电极组件之间,所述电池单体与所述绝缘结构满足第一关系和第二关系中的至少一个,所述第一关系为所述绝缘结构的熔点的二次方与所述电池单体的能量密度的比值不小于45;所述第二关系为所述绝缘结构的压缩强度的二次方与所述电池单体的厚度的比值不小于40。本申请示例通过使绝缘结构与电池单体满足第一关系和第二关系中的至少一个,降低因热失控导致电池单体发生非正常泄压甚至爆炸的可能性,提升电池单体的可靠性。

Description

电池单体、电池及用电装置
技术领域
本申请涉及电池领域,特别涉及一种电池单体、电池及用电装置。
背景技术
电池单体包括外壳以及设置在外壳内部的电极组件。为了使电池单体能够正常释压,在一些情形下,会在电池单体上设置泄压机构。由于电池单体运行时会产生热量,当电池单体热失控时,容易导致电池单体的局部结构产生变形,影响电池单体的正常释压,进而降低了电池单体的可靠性。
实用新型内容
本申请的主要目的是提出一种电池单体,旨在改善电池单体产生热失控时局部变形而导致的电池单体的可靠性降低的问题。
为实现上述目的,本申请提出的电池单体包括:
外壳,外壳具有内腔,外壳具有第一壁;
泄压机构,设置于第一壁;
电极组件,设于内腔;
绝缘结构,设于第一壁与电极组件之间,电池单体与绝缘结构满足第一关系和第二关系中的至少一个:
第一关系为绝缘结构的熔点的二次方与电池单体的能量密度的比值不小于45;
第二关系为绝缘结构的压缩强度的二次方与电池单体的厚度的比值不小于40。
本示例中通过绝缘结构设置在电极组件和外壳的第一壁之间,可以起到隔离电极组件和第一壁的效果,进而降低电极组件接触第一壁而导致短路的可能性;通过使绝缘结构与电池单体满足第一关系和第二关系中的至少一个,针对不同能量密度和厚度的电池单体,降低电池单体热失控后对电池单体造成损害的程度,进而提升电池单体的可靠性。
在一些示例中,电池单体与绝缘结构满足第一关系,且绝缘结构的熔点的二次方与电池单体的能量密度的比值不小于64.8。
本示例中通过限定绝缘结构的熔点和电池单体的能量密度的关系,使得绝缘结构的熔点与电池单体的能量密度相适配,降低电池单体中的绝缘结构失效的可能性。
在一些示例中,绝缘结构的熔点不小于150℃。
在一些示例中,电池单体的能量密度不小于500Wh/L;
在一些示例中,电池单体的能量密度不超过1000Wh/L。
在一些示例中,电池单体与绝缘结构满足第二关系,且绝缘结构的压缩强度的二次方与电池单体的厚度的比值不小于49。
本示例中通过限定绝缘结构的压缩强度和电池单体的厚度的关系,使得绝缘结构的压缩强度与电池单体的厚度相适配,降低电池单体中的绝缘结构失效的可能性。
在一些示例中,绝缘结构的压缩强度不小于20MPa。
在一些示例中,电池单体的厚度不小于10mm。
在一些示例中,电池单体的厚度不超过100mm。
在一些示例中,绝缘结构包括聚丙烯、聚氨酯中的一种材料。
在一些示例中,绝缘结构包括:
板本体,设于所述第一壁和所述电极组件之间,所述板本体包括沿第一壁的厚度方向设置的第一表面;
支撑块,设于所述第一表面,所述支撑块的周围形成流体通道;
所述流体通道连通至所述绝缘结构在第一方向上的边缘,所述第一方向与所述第一壁的厚度方向相交。
本示例中将绝缘结构安装在电极组件与外壳的第一壁之间,一方面,通过支撑块周围的流体通道作为供气流流动的通路,可以减少设于第一壁与电极组件之间的绝缘结构对气流的阻挡,以使气流能够通过流体通道向预设位置流动;另一方面,通过支撑块与板本体相配合,增大绝缘结构的整体厚度,以使绝缘结构隔离在第一壁和电极组件之间,降低电极组件接触第一壁的可能性,以提高电池单体的可靠性。本示例中的第一方向与第一壁的厚度方向相交,通过将流体通道连通绝缘结构在第一方向上的边缘,使得绝缘结构在第一方向上的边缘外侧的气流能够进入流体通道以向预设位置流动。
在一些示例中,支撑块与板本体的边缘具有预设距离。
本示例中的支撑块和板本体的边缘之间具有预设距离,使得支撑块不完全阻挡板本体的长度方向上的边缘位置,支撑块的外周面能够形成供气流流动的空间,以提升气流的流通性能。
在一些示例中,外壳包括第二壁,电极组件的外周面与第二壁之间形成有第一间隙,流体通道连通第一间隙。
本示例中的流体通道连通电极组件的外周面与第二壁之间所形成的第一间隙,使得流体通道能够作为第一间隙与预设位置相连通的通道,以使第一间隙的气流能够向预设位置流动,进而增加电极组件的外周面处与电池单体内部的不同位置之间的气流流动,一方面,可以提高电池单体的可靠性,另一方面,可以使电极组件的外周面处的热量向电池单体内部预设位置进行导流和分散,减少电极组件的外周面处局部过热的问题。
在一些示例中,绝缘结构的外周面与外壳的第二壁之间形成有第二间隙,流体通道连通第二间隙。
本示例中的流体通道连通绝缘结构的外周面与第二壁之间的第二间隙,使得流体通道能够作为第二间隙与预设位置相连通的通道,以使第二间隙的气流能够向预设位置流动,以增加绝缘结构的外周面处与电池单体内部的不同位置之间的气流流动。
在一些示例中,外壳包括第二壁,电极组件的外周面与第二壁之间形成有第一间隙,流体通道连通第一间隙,并且绝缘结构的外周面与外壳的第二壁之间形成有第二间隙,流体通道连通第二间隙。
本示例中的流体通道连通第一间隙和第二间隙,一方面可以便于将电极组件的外周面处的气流向电池单体的预设位置进行导流,另一方面可以将绝缘结构的外周面处的气流向电池单体的预设位置进行导流,以提升电池单体内部气流的流动性,减少电池单体内部的局部过热问题。
在一些示例中,第一表面设置有多个支撑块,多个支撑块之间形成流体通道,多个支撑块满足以下至少一个条件:
多个支撑块阵列排布;
多个支撑块沿板本体的宽度方向排列;
多个支撑块沿板本体的长度方向排列;
至少一个支撑块为矩形块或圆柱。
本示例中当多个支撑块呈阵列排布时,能够有助于简化多个支撑块的成型模具,并且方便绝缘结构的整体成型。
本示例中当多个支撑块沿板本体的宽度方向或长度方向排列时,可以方便沿着板本体的长度方向或宽度方向安装或成型支撑块,当支撑块与板本体分体设置时,可以简化支撑块和板本体的成型设备,同时可以使支撑块和板本体连接固定时,控制相应设备呈相对固定的路径移动,进而可以简化支撑块和板本体的加工设备的控制;当支撑块和板本体呈一体设置时,可以简化成型设备,以提升绝缘结构的生产效率。
本示例中当支撑块为矩形或圆柱形时,能够方便支撑块的成型,并且可以增大支撑块与外部结构的接触面积,提升绝缘结构的稳定性。
在一些示例中,板本体设置有过孔,过孔至少部分与支撑块交错布置,过孔沿第一壁的厚度方向贯穿板本体,过孔与流体通道连通。
本示例中通过将过孔沿板本体厚度方向贯通设置,使得过孔能够用于供板本体的厚度方向上的两个表面的气流流动,进而可以将更多的气流向流体通道导引,以提升气流的流动性能。本示例中通过使过孔至少部分与支撑块交错设置,以使支撑块与外部结构相接触时,过孔不会受到外部结构的遮挡,进而可以使过孔保持较好的贯通状态。
在一些示例中,第一表面朝向第一壁。
本示例中的第一表面设置有支撑块,并且第一表面朝向第一壁设置,一方面,可以减少支撑块对电极组件产生的作用力,降低电极组件由于应力集中而导致损伤的可能性;另一方面,在板本体与第一壁之间设置流体通道可以更快地将气流引导至第一壁上的预设位置。
在一些示例中,支撑块与板本体一体设置。
本示例中通过将支撑块与板本体一体设置,可以方便将板本体和支撑块的成型,提升绝缘结构的加工性能。
在一些示例中,第一表面朝向第一壁,支撑块在第一壁上的投影与泄压机构不重叠。
本示例中通过使支撑块设置在板本体朝向第一壁的一侧,以使支撑块能够作用于第一壁上,板本体用于支撑电极组件,进而减少电极组件由于应力集中而导致的损伤;一方面,通过支撑块周围形成流体通道,可以使气流能够沿着流体通道向泄压机构方向流动;另一方面,通过使支撑块在第一壁上的投影与泄压机构不重叠,以使支撑块与泄压机构至少部分相互错开,进而降低泄压机构受支撑块挤压变形的可能性。
在一些示例中,第一表面上与泄压机构相对的位置设置有加强筋,第一壁的厚度方向上,加强筋的尺寸小于支撑块的尺寸。
本示例中通过在板本体上设置加强筋,一方面,能够有助于提升板本体对应泄压机构的部位的结构强度;另一方面,通过使加强筋与泄压机构的位置相对应,并将加强筋朝向第一壁设置,以使加强筋能够阻挡在板本体和泄压机构之间,降低板本体挤压泄压机构的可能性。本示例中的加强筋能的尺寸小于支撑块的尺寸,以在提升板本体上与泄压机构对应的位置的结构强度的同时,减少加强筋对支撑块的干涉,以使支撑块能够在板本体和第一壁之间起到支撑和限位作用,进而可以提升绝缘结构的整体抗变形性能。
在一些示例中,外壳包括第二壁,第二壁包括第二子壁,第二子壁设置有电极端子。
本示例中通过设置电极端子,可以便于对电池单体进行充放电操作;通过将电极端子设置在第二子壁上,可以使电极端子与第一壁相互错开,进而减少电极端子与第一壁上的泄压机构的相互干扰。
在一些示例中,第二子壁与第一壁相对。
本示例中通过将第二子壁与第一壁相对,以使电极端子能够与泄压机构分别位于外壳的两个相对的壁面上,进而降低电极端子和泄压机构之间的干扰的可能性。
在一些示例中,第二子壁连接于第一壁。
本示例中的第二子壁与第一壁相连接,以使第二子壁能够与第一壁相互错开,进而使电极端子和泄压机构朝向电池单体的不同方向,以降低电极端子和泄压机构之间干扰的可能性。
在一些示例中,电极组件包括极耳,极耳朝向第二子壁。
本示例中的极耳用于连接电极端子,通过将极耳朝向第二子壁,可以方便极耳与电极端子的电连接。
在一些示例中,第二子壁为端盖。
本示例中的第二子壁作为端盖,可以方便用于安装电极端子。
本申请还提出一种电池的示例,包括如上述任一示例中所述的电池单体。
本示例中的电池包括上述示例中的电池单体,通过电池单体内的绝缘结构来提升电池单体内的气体流通性能,能够有助于提升电池单体的可靠性。
本申请还提出一种用电装置的示例,包括上述任一示例中所述的电池单体,或,如上述任一示例中所述的电池。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中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,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本申请用电装置一示例的结构示意图;
图2为本申请电池一示例的结构示意图;
图3为本申请电池单体一示例的结构示意图;
图4为本申请绝缘结构在电池单体内安装状态一示例的局部剖视图;
图5为图4中4A部位的局部放大图;
图6为本申请电池单体另一示例的结构示意图;
图7为本申请第二表面设置有支撑块的绝缘结构一示例的结构示意图;
图8为本申请第一表面设置有支撑块的绝缘结构一示例的结构示意图;
图9为本申请第二表面和第一表面均设置有支撑块的绝缘结构一示例的结构示意图;
图10为本申请第一表面设置有支撑块的绝缘结构另一示例的结构示意图;
图11为本申请支撑块沿底托板长度方向分布时一示例的结构示意图;
图12为本申请支撑块沿底托板宽度方向分布时另一示例的结构示意图;
图13为本申请支撑块沿底托板长度方向分布时又一示例的结构示意图;
图14为本申请加强筋一示例的结构示意图;
图15为本申请加强筋另一示例的结构示意图。
附图标号说明:
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例,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。
需要说明,若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……),则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本申请要求的保护范围之内。
本申请所述的多个是指至少两个(包括两个)。
本申请中,电池单体可以包括离子二次电池、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,本申请的示例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等,本申请的示例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种:柱形电池单体、方形电池单体和软包电池单体,本申请的示例对此也不限定。
本申请的示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,本申请的示例中所提到的电池可以包括电池模组或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体或多个电池模组的箱体。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。
电池单体包括外壳、电极组件和电解液,外壳用于容纳电极组件和电解液。电极组件由正极极片、负极极片和隔离膜组成。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,未涂敷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,未涂敷正极活性物质层的正极集流体作为正极极耳。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。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,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。隔离膜的材质可以为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,本申请的示例并不限于此。
近些年,新能源汽车有了飞跃式的发展,在电动汽车领域,动力电池作为电动汽车的动力源,起着不可替代的重要作用。电池由箱体和容纳于箱体内的多个电池单体组成。其中,电池作为新能源汽车核心零部件不论在可靠性方面,还是循环使用寿命上均有着较高的要求。
相关设计中,为了提高电池单体的可靠性,通常会在电池单体的外壳上设置泄压机构,在泄压机构和电极组件设置有绝缘结构,通过绝缘结构增大电极组件与泄压机构之间的距离,通过绝缘结构增大电极组件与泄压机构之间的空间,以减少电极组件阻挡泄压机构的可能性。当电池单体出现热失控时,可以通过泄压机构进行泄压。当绝缘结构堵塞电极组件与外壳上设置有泄压机构的壁面之间的气流通路,使电池单体内部的气流不能及时流通至泄压机构,导致电池单体的泄压机构不能及时开启,严重影响到电池单体的使用性能和使用寿命,降低了电池单体的可靠性。
针对上述问题,本申请的示例提出一种电池单体,电池单体包括外壳、泄压机构、电极组件以及绝缘结构,外壳具有内腔,外壳具有第一壁,泄压机构设于第一壁,电极组件和绝缘结构均设于内腔,绝缘结构设于第一壁和电极组件之间;电池单体与绝缘结构满足第一关系和第二关系中的至少一个,其中,第一关系为绝缘结构的熔点与电池单体的能量密度的关系,第二关系为绝缘结构的压缩强度与电池单体的厚度的关系;本示例中,绝缘结构的熔点的二次方与电池单体的能量密度的比值不小于45,绝缘结构的压缩强度的二次方与电池单体的厚度的比值不小于40。
通过采用上述电池单体,可以降低电池单体受热时绝缘结构失效的风险,进而使电池单体保持较好的泄压性能,进而减少电池单体的热失控,降低对电池单体所造成的损害程度。
本申请所述的绝缘结构可以用于用电装置,所述用电装置包括但不限于:手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动车辆、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、电动车辆玩具、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。用电装置包括但不限于:手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动车辆、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、电动车辆玩具、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。
请参阅图1,为方便描述,本示例中的以车辆作为用电装置1000为例,车辆可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车,新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。车辆的内部可以设置驱动机构300、控制机构200以及电池100,所述驱动机构300可以为马达等,控制机构200用来控制电池100为驱动机构300供电。例如,在车辆的底部或车头或车尾可以设置电池100。电池100可以用于车辆的其他设备供电,例如,电池100可以作为车辆的操作电源,用于车辆的电路系统,例如,用于车辆的启动、导航和运行时的工作用电需求。在本申请的另一示例中,电池100不仅仅可以作为车辆的操作电源,还可以作为车辆的驱动电源,替代或部分地替代燃油或天然气为车辆提供驱动动力。
请参阅图2,在本申请的示例中,本申请的示例中的电池100包括箱体180以及设置在箱体180内的电池单体110。通过使绝缘结构160和电池单体110满足上述第一关系和第二关系中的至少一个,以使电池单体110能够保持预设的泄压效果,进而防止电池单体110产生热失控,降低对电池100的损害程度。
请参阅图3和图4,本申请的示例提出一种电池单体110的示例,电池单体110包括外壳120、泄压机构140、电极组件130以及绝缘结构160,外壳120具有内腔,外壳120具有第一壁121,泄压机构设于第一壁121,电极组件130和绝缘结构160均设于内腔,绝缘结构160设于第一壁121和电极组件130之间;电极组件130和用于承托电极组件130的绝缘结构160;电池单体110与绝缘结构160满足第一关系和第二关系中的至少一个,第一关系为绝缘结构160的熔点的二次方与电池单体110的能量密度的比值不小于45;第二关系为绝缘结构160的压缩强度的二次方与电池单体110的厚度的比值不小于40。
外壳120内部至少部分中空,以形成内腔。第一壁121为外壳120的其中一个板,第一壁121可以为外壳120的底板,也可以为外壳120的侧板。外壳120开设有开口123,开口123连通内腔。
泄压机构140能够在预设条件下开启,以使外壳120内的气体经由泄压机构140向外排出。本示例中的泄压机构140可以为泄压阀或其他能够在满足预设条件时起到泄压效果的装置。
请参阅图4和图5,电极组件130设于外壳120的内腔,以通过外壳120对电极组件130起到保护作用。绝缘结构160设置在第一壁121与电极组件130之间,以使绝缘结构160能够用于阻挡在泄压机构140与电极组件130之间,电极组件130不直接作用于外壳120的第一壁121上。电极组件130可以为卷绕式结构,也可以为叠片式结构。电极组件130可以通过外壳120上的开口123放入外壳120的内腔。
通过设置绝缘结构160,将电极组件130架空在泄压机构140的外侧,阻挡电极组件130向泄压机构140方向流动,进而使电极组件130不会直接接触第一壁121,也不会阻挡泄压机构140,进而使电池单体110能够保持预设的泄压功能,以降低电池单体110产生热失控的可能性,提升电池单体110的可靠性。
请结合参阅图3和图6,本示例中的外壳120的第一壁121可以为外壳120的其中任意一个壁面。外壳120可以同时具有两个或两个以上第一壁121,当外壳120具有多个第一壁121时,在每一第一壁121朝向电极组件130的一侧可以分别设置一个绝缘结构160。
绝缘结构160的熔点,是指在一定压力下,绝缘结构160的固态和液态呈平衡时的温度。
电池单体110的能量密度,是指电池单体在一定体积或质量下储存的电磁能。电池单体110的能量密度也就是电池单体110平均单位体积或质量所释放出的电能。电池的能量密度一般分为重量能量密度和体积能量密度两个维度。其中,电池重量能量密度=电池容量×放电平台/重量,基本单位为Wh/kg(瓦时/千克),电池体积能量密度=电池容量×放电平台/体积,基本单位为Wh/L(瓦时/升)。
绝缘结构160的压缩强度,是指在压缩试验中,绝缘结构160直至破裂(脆性材料)或产生屈服(非脆性材料)时所承受的最大压缩应力。
电池单体110的厚度是指电池单体110整体结构的总厚度,如图3所示,电池单体110的厚度方向为3A-3A方向。
在一些示例中,电池单体110与绝缘结构160满足第一关系,绝缘结构160的熔点的二次方与电池单体110的能量密度的比值不小于45。随着电池单体110的能量密度的提高,电池单体110运行时所产生的热量也越高,本示例中,绝缘结构160的耐热性能相对更高,随着电池单体110的能量密度的提升,绝缘结构160的熔点也相对升高,以使电池单体110内部温度升高时,绝缘结构160不会熔化,通过使绝缘结构160保持预设形状,能够减少绝缘结构160失效而导致的变形,降低绝缘结构160堵塞电池单体110的泄压机构140的可能性。由于绝缘结构160与电池单体110的能量密度相适配,使得绝缘结构160能够在电池单体110内保持预设形状和预设位置,进而减少绝缘结构160失效而导致的电极组件130覆盖到电池单体110的泄压机构140的问题,使得电池单体110的泄压机构140能够保持较好的泄压性能。
当绝缘结构160的熔点与电池单体110的能量密度满足上述第一关系时,电池单体110能够保持较好的泄压状态,如下表1所示为绝缘结构160的熔点与电池单体110的能量密度的对应关系。其中,绝缘结构160的熔点为T(T单位为℃),电池单体110的能量密度为E(E单位为Wh/L)。
表1
如表1所示,当绝缘结构160的熔点T的二次方与电池单体110的能量密度的比值小于45时,电池单体110会由于热失控而产生损坏,进而影响电池单体110的安全运行。由于电池单体110的能量密度通常情况下具有最小值,当电池单体110的能量密度E处于极小值,电池单体110热失控时内部温度相对较低,此时绝缘结构160材料的熔点T存在极小值。随着电池单体110的能量密度E的增大,电池单体110热失控时内部温度随之增大,则要求的绝缘结构160材料最小熔点也随之增大,以保证绝缘结构160不会在热失控初期就发生熔融,导致电极组件130与泄压机构140间隙很快消失,进而导致内部气体无法顺利到达泄压机构的位置,电池发生非正常泄压或爆炸。
在一些示例中,电池单体110与绝缘结构160满足第二关系,绝缘结构160的压缩强度的二次方与电池单体110的厚度的比值不小于40。随着电池单体110的厚度的增加,电池单体110内部温度升高时,电池单体110的外壳120产生变形的可能性提升。本示例中通过绝缘结构160的压缩强度与电池单体110的厚度相适配,随着电池单体110的厚度的增加,绝缘结构160的压缩强度也提高,使得绝缘结构160产生损坏的可能性降低,进而可以降低绝缘结构160失效的可能性,以提升电池单体110的可靠性。由于绝缘结构160用于承托电极组件130,当绝缘结构160保持预设的使用状态、绝缘结构160不产生破裂或屈服时,绝缘结构160能够在电池单体110内产生升温的前提下保持预设的形态,降低由于绝缘结构160失效而导致的电极组件130靠近电池单体110的泄压机构140的可能性,进而使泄压机构140保持预设的泄压性能,以提升电池单体110的可靠性。
当绝缘结构160的压缩强度与电池单体110的厚度满足上述第二关系时,电池单体110能够保持较好的泄压状态,如下表二所示为绝缘结构160的压缩强度与电池单体110的厚度的对应关系。其中,绝缘结构160的压缩强度为P(P单位为MPa),电池单体110的厚度为W(W单位为mm)。
表2
如表2所示,当绝缘结构160的压缩强度P的二次方与电池单体110的厚度W的比值小于40时,电池单体110会由于热失控而产生损坏,进而影响电池单体110的安全运行。由于电池单体110的厚度一般具有最小值,当电池单体110的厚度W处于极小值,电池单体110随内部气压上升过程中,外壳120的变形量相对较小,绝缘结构160受到外壳120以及电极组件130的挤压力相对较小,此时绝缘结构160材料的压缩强度P存在极小值。随着电池单体110厚度W的增大,电池单体110随内部气压上升过程中外壳120越容易变形,此时绝缘结构160受到的外壳120与电极组件130的挤压力随之增大,则要求的绝缘结构160材料的最小压缩强度也随之增大,以保证绝缘结构160不会在外壳120变形时因受到挤压力而发生破坏,导致电池单体110的电极组件130与外壳120底部间隙减小,进而导致无法正常泄压的情况出现。
在一些示例中,电池单体110与绝缘结构160同时满足上述第一关系和第二关系,以使绝缘结构160的耐高温性能和抗变形性能与电池单体110相适配,进而使电池单体110的泄压机构140保持良好的泄压性能。
通过对绝缘结构160材料的熔点和压缩强度进行限定,以使不同能量密度和厚度的电池单体110均不容易因热失控导致电池单体110发生非正常泄压甚至爆炸,进而提高电池单体的可靠性。
在一些示例中,电池单体110与绝缘结构160满足第一关系,且绝缘结构160的熔点的二次方与电池单体110的能量密度的比值不小于64.8。请结合参阅上表1,当电池单体110的能量密度为500Wh/L,大于等于常见的电池单体110的能量密度,对应地,绝缘结构160的熔点不低于180℃,电池能够保持良好的泄压状态,不容易产生热失控而导致的爆炸的问题。
在一些示例中,绝缘结构160的熔点不小于150℃。由于常见的电池单体110的能量密度一般不低于500Wh/L,本示例中限定绝缘结构160的熔点不小于150℃,使得绝缘结构160与电池单体110能够满足上述第一关系,防止电池单体110内部温度升高时,绝缘结构160熔融而导致的热失控的问题。
在一些示例中,电池单体110的能量密度不小于500Wh/L。本示例中的电池单体110的能量密度不小于500Wh/L,以使电池单体110能够满足常见的用电装置的使用需求。
在一些示例中,电池单体110的能量密度不超过1000Wh/L。通过限定电池单体110的能量密度不超过1000Wh/L,以使电池单体110能够满足使用需求的前提下,电池单体110不容易出现能量密度过高而导致的热失控,进而可以提升电池单体110的可靠性。
在一些示例中,绝缘结构160包括聚丙烯或聚氨酯中的至少一种材料。
聚丙烯(polypropylene,简称PP)是丙烯通过加聚反应而成的聚合物,蜡状材料,外观透明而轻,熔点189℃。
聚氨酯(polyurethane,简称PU)是一种高分子化合物,具有耐油、耐磨、耐低温、耐老化、硬度高、有弹性等特点,熔点约为170℃~190℃。
本示例中的绝缘结构160可以为上述任一材料中的一种制成,也可以为上述两种材料组合而成。
在一些示例中,电池单体110与绝缘结构160满足第二关系,且绝缘结构160的压缩强度的二次方与电池单体110的厚度的比值不小于49。请结合参阅上表2,当电池单体110的厚度为100mm时,电池单体110的厚度小于等于常见的电池单体110的厚度,对应地,绝缘结构160的压缩强度不小于70,此时电池能够保持良好的泄压状态,不容易产生热失控而导致的爆炸的问题。
在一些示例中,绝缘结构160的压缩强度不小于20MPa。本示例中通过限定绝缘结构160的压缩强度不小于20MPa,能够选择作为绝缘结构160的材料的可选范围相对更大,在满足上述第二关系的前提下,可以扩大绝缘结构160的材料选择范围,以降低电池单体110的加工成本。
在一些示例中,电池单体110的厚度不小于10mm。本示例中通过限定电池单体110的厚度不小10mm,以方便电池单体110的加工和成型,减少电池单体110的厚度过小时,电池单体110加工不便的问题。
在一些示例中,电池单体110的厚度不超过100mm。本示例中随着电池单体110的厚度增大,电池单体110的外壳120的可变性空间越大,本示例中通过限定电池单体110的厚度不超过100mm,以减少电池单体110的体积过大而导致电池单体110的外壳120容易变形的问题。
在一些示例中,绝缘结构160包括板本体161以及支撑块163,板本体161设于第一壁121和电极组件130之间,板本体161包括沿第一壁121的厚度方向设置的第一表面161b;支撑块163设于第一表面161b,支撑块163的周围形成流体通道164。
板本体161作为排气结构160的主体结构,安装于第一壁121和电极组件130之间。第一表面161b为板本体161的厚度方向上的一个表面。
支撑块163设于第一表面161b,支撑块163可以与板本体161固定连接,支撑块163也可以不与板本体161相互固定。支撑块163用于在板本体161的第一表面161b一侧形成流体通道164,以供气流沿着流体通道164向预设位置流动。当支撑块163与板本体161相连接时,支撑块163可以与板本体161热熔连接,支撑块163也可以通过卡扣、螺栓等中间连接件与板本体161相连接固定。
本示例中,由于排气结构160设置在第一壁121和电极组件130之间,设置在第一表面161b的支撑块163可以用于增大排气结构160的整体厚度,以增大电极组件130与第一壁121之间的距离,进而增大电极组件130与第一壁121之间的流体通道164的空间。
本示例中的支撑块163的周围形成流体通道164,支撑块163的形状可以根据具体情况进行选择,支撑块163可以为长方体、圆柱体、环状体或多种形状的组合,支撑块163的外表面与第一表面161b之间形成供气流流动的流动通道。
本示例中的第一表面161b可以朝向第一壁121设置,流体通道164设于板本体161朝向第一壁121的一侧,以供板本体161朝向第一壁121一侧的气流向预设位置流动。本示例中的第一表面161b也可以朝向电极组件130设置,以供板本体161朝向电极组件130的一侧的气流向预设位置流动。
本示例中的排气结构160能够用于阻隔电极组件130和外壳120的第一壁121,以使电极组件130不会接触到第一壁121,进而可以降低电极组件130短路的可能性,有助于提升电池单体110的可靠性。
本示例中的流体通道164可以使气流流向预设位置。第一壁121可以用于安装泄压机构140,一方面可以通过排气结构160将第一壁121与电极组件130相互隔离,以降低电极组件130阻挡泄压机构140的可能性;另一方面,由于排气结构160上的流体通道164的设置,可以形成供气流向泄压机构流动的通道,进而可以使气流更容易向泄压机构140流动,以提升泄压机构140的使用性能。
请结合参阅图6,本示例中的第一壁121可以为外壳120的任意一个壁面,也可以为外壳120的多个壁面。当第一壁121为外壳120的多个壁面时,可以在每一个第一壁121与电极组件130之间均设置排气结构160,一方面,由于排气结构160能够阻挡在电极组件130和第一壁121之间,可以降低电极组件130与外壳120接触的可能性,增大电极组件130与外壳120之间的气流空间,进而提升电池单体110的可靠性;另一方面,通过排气结构160上的流体通道164,可以提升电池单体110内部的不同位置的气流流通性能,以使电池单体110内的不同位置的气流可以沿着流体通道164向预设位置流动,进而可以通过泄压机构140对气流进行泄压控制,以在电池单体110产生热失控风险时,提升泄压机构140的泄压效果。
本示例中的流体通道164的数量可以为一个,流体通道164的数量也可以为多个。当排气结构160具有多个流体通道164时,多个流体通道164可以相互独立设置,多个流体通道164也可以相互连通。
在一些示例中,本示例中的排气结构160的长度不大于第一壁121的长度,排气结构160的宽度不大于第一壁121的宽度,以使排气结构160阻挡在第一壁121和电极组件130之间。
请结合参阅图5,在一些示例中,板本体161的厚度为A0,沿板本体161的厚度方向,流体通道164的深度为H0,其中,A0不小于0.05mm,且不超过1.0mm。本示例中,当A0的厚度过小时,板本体161的结构强度会随之变小,进而使得板本体161容易产生变形或断裂;当板本体161的厚度A0过大时,由于排气结构160占用电池单体110内部空间过大,电极组件130的体积会相应减小,进而容易导致电池单体110的能量密度降低。可选地,A0可以选择0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm,A0也可以选择上述区间内的其他任意值。进一步可选地,在一些示例中,A0不小于0.2mm,且不超过0.4mm。
在一些示例中,流体通道164的深度H0不小于0.1mm,且不超过5mm;当流体通道164的深度H0过小时,流体通道164的有效通气面积较小,使得流体通道164的通气性能降低;当立体通道的深度H0过大时,导致板本体161的结构降低,为了保证板本体161的结构强度,需要随之增大板本体161的厚度,进而有可能导致排气结构160占用空间增大、降低电池单体110的能量密度。本示例中的H0可以选择0.1mm、0.2mm、0.5mm、0.8mm、1.0mm,或者上述区间内的其他任意值。进一步可选地,在一些示例中,H0的深度不小于0.2mm,且不超过0.8mm。
流体通道164连通至排气结构160在第一方向4B上边缘,第一方向4B与第一壁121的厚度方向相交。
请参阅图4和图5,本示例中的第一壁121的厚度方向可以为如图4中的4C方向。本示例中所述的第一方向4B与第一壁121的厚度方向相交,是指第一方向4B与第一壁121的厚度方向不平行,可选地,第一方向4B可以与第一壁121的厚度方向相垂直。
排气结构160在第一方向4B上的边缘,可以为排气结构160在第一方向4B上的任意边缘。在一些示例中,排气结构160具有长度方向和宽度方向,排气结构160在第一方向4B上的边缘是指排气结构160在长度方向或宽度方向上的至少一个边缘。
流体通道164连通至排气结构160在第一方向4B上的边缘,是指流体通道164至少具有两个开口,流体通道164的至少一个开口连通至排气结构160在第一方向4B上的边缘,流体通道164的至少一个开口与排气结构160在第一方向4B上的边缘相互错开。
本示例中通过将流体通道164连通至排气结构160在第一方向4B上的边缘,可以便于排气结构160在第一方向4B上的边缘外侧的气流沿着流体通道164流动,以使排气结构160在第一方向4B上的边缘外侧的气流能够沿着流体通道164流向预设位置。由于本示例中可以将排气结构160在第一方向4B上的边缘位置的气流沿着流体通道164向预设位置导流,可以减少排气结构160在第一方向4B上的边缘位置由于气流被阻挡而导致的局部升温的问题。
在一些示例中,支撑块163的边缘与板本体161的边缘具有预设距离。
本示例中的支撑块163与板本体161的边缘具有预设距离,是指支撑块163和板本体161在平行于板本体161的第一表面161b的平面中投影,支撑块163的边缘位置与板本体161对应的边缘位置之间具有间隙,以使支撑块163的边缘与板本体161的边缘具有预设距离。
本示例中通过在支撑块163的边缘与板本体161的边缘之间形成预设距离,可以通过支撑块163的边缘和板本体161的边缘之间的间隙形成流体通道164,以供气流流动,进而可以提升排气结构160的边缘位置的气体流通性能。
本示例中的支撑块163的边缘与板本体161的边缘之间的预设距离的具体宽度,可以根据板本体161和支撑块163的具体尺寸、形状以及相对位置来确定。当板本体161上设置有多排多列支撑块163时,支撑块163和板本体161在平行于第一表面161b的平面中投影,支撑块163的边缘与板本体161的边缘之间的间隙是指支撑块163与邻近的板本体161的边缘位置之间形成的间隙,所述板本体161的边缘可以为板本体161的宽度方向上的边缘,也可以为板本体161的长度方向上的边缘。
请结合参阅图4和图5,在一些示例中,外壳120包括第二壁122,电极组件130的外周面与第二壁122之间形成有第一间隙132,流体通道164连通第一间隙132。
本示例中的第二壁122可以为外壳120上除第一壁121以外的任意壁面。以第一壁121为外壳120的底壁为例,第二壁122可以为外壳120的侧壁或顶壁。
本示例中的电极组件130的外周面是指电极组件130朝向第二壁122的表面。电极组件130的外周面与第二壁122之间形成有第一间隙132,以使电极组件130不接触第二壁122。
流体通道164连通第一间隙132,是指流体通道164的至少一个开口与第一间隙132相连通,第一间隙132内的气流可以沿着流体通道164向预设位置流动。
本示例中,通过形成第一间隙132,一方面,可以在电极组件130的外周面处形成供气流流动的空间,在气流流动过程中,流动的气流可以将电极组件130的外周面部位产生的热量带向流体通道164,进而可以提升电极组件130的外周面处的降温性能,降低电极组件130的外周面位置出现局部升温的可能性;另一方面,随着气流自第一间隙132向流体通道164流动,可以通过气流的流动来降低靠近电极组件130的外周面的位置的第二壁122的温度。
本示例中,可以通过一个流体通道164连通第一间隙132;在一些示例中,排气结构160上的多个流体通道164与第一间隙132相连通。
请结合参阅图4和图5,在一些示例中,外壳120包括第二壁122,排气结构160的外周面与外壳120的第二壁122之间形成有第二间隙161c,流体通道164连通第二间隙161c。
本示例中的第二壁122可以与上一示例中所述的第二壁122相同,本示例中的第二壁122也可以与上一示例中的壁面处于不同位置。
本示例中的排气结构160的外周面是指排气结构160朝向第二壁122的表面。排气结构160的外周面可以为上述任一示例中所述的第一方向4B上的外周面。排气结构160的外周面与比之间形成第二间隙161c,以使排气结构160朝向对应第二壁122的表面上的至少部分位置与第二壁122不接触。
本示例中的流体通道164连通第二间隙161c,是指流体通道164的至少一个开口与第二间隙161c相连通,第二间隙161c内的气流可以沿着流体通道164向预设位置流动,进而可以提升电池单体110内的气流流通性能。
本示例中,通过形成第二间隙161c,可以使气流沿着第二间隙161c向流体通道164流动,进而通过气流的流动来降低靠近排气结构160处的外周面处的第二壁122的温度,进而降低靠近排气结构160的外周面处的第二壁122产生变形的可能性。
请结合参阅图4和图5,在一些示例中,外壳120包括第二壁122,电极组件130的外周面与第二壁122之间形成有第一间隙132,流体通道164连通第一间隙132,并且排气结构160的外周面与外壳120的第二壁122之间形成有第二间隙161c,流体通道164连通第二间隙161c。
本示例中,可以通过同一流体通道164同时连通第二间隙161c和第一间隙132,本示例中也可以通过不同的流体通道164分别连通第二间隙161c和第一间隙132。
由于排气结构160设置在电极组件130和第一壁121之间,一方面,通过设置第一间隙132和第二间隙161c,可以使电极组件130的外周面处的气流沿着流体通道164向第一壁121方向流动,进而便于将电极组件130外周面处的气流向预设位置流动,以提升电池单体110内部气流的流通性能;另一方面,本示例中的排气结构160能够用于提升电池单体110的流通性能的同时,可以对电极组件130和第一壁121产生阻挡,并且可以通过第二间隙161c连通第一间隙132,以使排气结构160不阻挡电极组件130和第一壁121之间的气流流动,进而进一步提升电池单体110内的气流流通性能。
请参阅图9至图15,在一些示例中,第一表面161b设置有多个支撑块163,多个支撑块163之间形成流体通道164。
本示例中通过设置多个支撑块163,可以在第一表面161b上形成多个支撑位,以分散板本体161受到的作用力,进而减少板本体161由于应力集中而产生的变形。
本示例中的多个支撑块163中,其中至少两个支撑块163之间具有间隙,以形成流体通道164。可选地,多个支撑块163在第一表面161b相互间隔设置,以使第一表面161b上能够形成多个流体通道164,以提升排气结构160的排气性能。
本示例中的多个支撑块163可以通过规则排布的方式设于第一表面161b上,所述规则排布是指多个支撑块163沿着预设方向呈规则分布,进而可以在第一表面161b上形成较为规则的流体通道164。本示例中的多个支撑块163也可以采用不规则分布的方式,以使第一表面161b上形成不规则的流体通道164。本示例中的多个支撑块163也可以采用不规则分布的方式,以使第一表面161b上形成不规则的流体通道164。本示例中的多个支撑块163的尺寸和形状可以相同,也可以不相同,所述支撑块163的尺寸相同包括长度、宽度以及厚度中的至少一项相同。可选地,本示例中的多个支撑块163的厚度相等,以提升排气结构160的稳定性。
请参阅图9,在一些示例中,板本体161具有与第一表面161b相对设置的第二表面161a,第一表面161b和第二表面161a均设有支撑块163,第二表面161a的支撑块163的外围形成流体通道164。通过同时在第一表面161a和第二表面161b均设置支撑块163,可以增大排气结构160的整体厚度,一方面,可以提升排气结构160的结构强度;另一方面,通过形成于第二表面161a的流体通道164提升板本体161的第二表面161a一侧的排气性能。第一表面161b的流体通道164的设置形式和第二表面161a的流体通道164的设置形式可以相同,也可以不同。
在一些示例中,多个支撑块163阵列排布;本示例中的多个支撑块163可以呈矩阵分布,多个支撑块163也可以呈环形阵列,多个支撑块163也可以按照预设轨迹呈线性阵列。
通过采用阵列排布的方式,一方面,可以方便多个支撑块163在板本体161上按照预设规律安装或成型,通过形成具有规律的分布方式,可以简化支撑块163的成型设备,以提升支撑块163的成型效率,另一方面,由于多个支撑块163呈阵列排布,使得板本体161上的受力分布相对更加均匀,有助于提升排气结构160的强度,降低板本体161产生变形的可能性。
在一些示例中,多个支撑块163沿板本体161的宽度方向排列;本示例中多个支撑块163可以沿着板本体161的长度方向分布形成多列,多个支撑块163可以为沿板本体161长度方向延伸设置的多排,以使板本体161长度方向上的受力分布相对更加均匀,进而可以减少板本体161在长度方向上的变形。
在一些示例中,多个支撑块163沿板本体161的长度方向排列;本示例中的多个支撑块163可以沿着板本体161的宽度方向分布形成多列,多个支撑块163可以为沿板本体161宽度方向延伸设置的多排,以使板本体161宽度方向上的受力分布相对更加均匀,进而可以减少板本体161在宽度方向上的变形。
在一些示例中,至少一个支撑块163为矩形块或圆柱。本示例中的多个支撑块163的形状可以相同,也可以不相同。本示例中的支撑块163为矩形块时,支撑块163的长度方向可以与板本体161的长度方向相平行;本示例中的支撑块163为圆柱形时,支撑块163的轴向的一端与第一表面161b连接,支撑块163轴向的另一端远离第一表面161b设置。通过使支撑块163呈矩形块或圆柱形块,可以通过采用规则的形状,方便支撑块163的成型,进而可以便于简化支撑块163的成型设备,提升排气结构160的生产效率。
在一些示例中,板本体161设置有过孔162,过孔162至少部分与支撑块163交错布置,过孔162沿板本体161的厚度贯穿板本体161,过孔162与流体通道164连通。
过孔162为贯穿板本体161的通孔,以用于连通板本体161的厚度方向上的两个表面。
本示例中的过孔162用于连通流体通道164,以使气流可以沿着板本体161的厚度方向向流体通道164流动,进而可以增加电池单体110内的气流流通路径,以提升电池单体110内的气流流通性能。
本示例中以流体通道164设置在板本体161的第一表面161b为例,沿板本体161的厚度方向上,板本体161具有与第一表面161b相对设置的第二表面161a,过孔162的一端连通流体通道164,过孔162的另一端贯通至第二表面161a,以使第二表面161a处的气流可以向第一表面161b一侧流动,使得第二表面161a一侧的气流可以依次经过过孔162和流体通道164向预设位置流动。
本示例中的过孔162连通至流体通道164,以使过孔162能够形成供气流向流体通道164的通路,通过将过孔162至少部分与支撑块163相互交错布置,以使支撑块163不能完全遮挡过孔162,进而可以使过孔162保持较好的贯通状态,以提升气流的流通性能。可选地,在一些示例中,过孔162与支撑块163完全错开设置,以使支撑块163不对过孔162产生遮挡,进而可以增大气流的流动空间。
本示例中的过孔162的数量可以为一个,过孔162的数量也可以为多个。当板本体161上设置有多个过孔162时,多个过孔162可以间隔分布,以用于在板本体161的多个部位形成供气流沿板本体161厚度方向流动的通路。当设置有多个过孔162时,多个过孔162可以连通同一流体通道164,多个过孔162也可以用于连通不同的流体通道164。
本示例中的过孔162可以为圆孔、椭圆孔或多边形孔结构;当板本体161上设置有多个过孔162时,多个过孔162的形状和/或尺寸可以相同,也可以使板本体161不同位置处的过孔162的形状和/或尺寸不同。
请结合参阅图5,在一些示例中,过孔162的孔径为P;P不小于0.5mm,且不超过10mm,当过孔162的孔径大于10mm时,随着过孔162的孔径的增大,板本体161的结构强度会降低,同时,电极组件130一侧的粉末状材料容易经由过孔162向第一壁121方向运动;当过孔162的孔径小于0.5mm时,过孔162的排气效果会降低;本示例中的过孔162的内径可以为0.5mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm,可以选择上述孔径范围内的其他任意值。可选地,本示例中,过孔162的内径不小于2mm,且不超过4mm。
在一些示例中,支撑块163具有多列,每列支撑块163的数量包括多个,过孔162设置有多列,每列过孔162的数量包括多个,相邻的两列支撑块163之间设置有一列过孔163。
本示例中的支撑块163可以为沿板本体161的长度方向排布的多列,也可以为沿板本体161宽度方向上排布的多列。相邻两列支撑块163之间形成流体通道164,过孔162可以用于连通流体通道164,以提升电池单体110内的气流流通性能。
本示例中的相邻两列支撑块163之间可以设置一个或多个过孔162,过孔162的数量可以根据相邻两列支撑块163之间的距离、过孔162的形状、过孔162的尺寸等因素来确定。
一些示例中,参照图10-13,过孔162可以设置多列,每列过孔设置一个或多个过孔162。
本示例中的相邻两列支撑块163之间的流体通道164可以相互连通,相邻两列支撑块163之间的流体通道164也可以不连通。
本示例中通过采用多列支撑块163,可以减少板本体161因为应力集中而导致的变形,通过在相邻两列支撑块163之间设置过孔162,可以提升板本体161厚度方向上两侧的气流流通性能,进而通过气流流动来改善板本体161厚度方向上两侧的温度不均,以减少板本体161由于受热不均而导致的变形的问题。
请结合参阅图4,在一些示例中,第一表面161b朝向第一壁121。本示例中的支撑块163设置在第一表面161b,第一表面161b背向电极组件130设置,以使支撑块163的外围所形成的流体通道164可以用于使气流向第一壁121一侧引导气流,当电池单体110内出现热失控时,可以使气流更快速地沿着第一壁121一侧向预设位置流动。
本示例中的支撑块163还可以用于将板本体161架空在第一壁121外侧,板本体161可以用于支撑电极组件130,以减少电极组件130由于应力集中而导致的损伤。
在一些示例中,支撑块163与板本体161一体设置。
本示例中所述的一体设置可以包括支撑块163和板本体161一体成型,也可以包括支撑块163和板本体161采用中间连接件相互连接固定。当本示例中采用支撑块163和板本体161一体成型时,可以通过同一模具加工形成支撑块163和板本体161,以减少排气结构160的加工流程,进而提升排气结构160的加工效率。当本示例中支撑块163和板本体161采用中间连接件相互固定形成一体结构时,本示例中的支撑块163与板本体161一体设置,能够使支撑块163和板本体161相互支撑和限位,以提升两者的结构强度。
请结合参阅图3,在一些示例中,电池单体110还包括泄压机构140,泄压机构140设于第一壁121,流体通道164用于供内腔的气流向泄压机构140流动。
本示例中的泄压机构140用于供电池单体110内部的气压达到预设值时向外泄压,泄压机构140可以为防爆阀。泄压机构140安装于第一壁121上,以使电池单体110可以通过第一壁121的一侧进行泄压。
本示例中的排气结构160设置在第一壁121与电极组件130之间,排气结构160上设置有流体通道164,通过流体通道164形成供气体流动的空间,以使气体能够沿着流体通道164向泄压机构140流动,进而可以在需要时,使电池单体110内能够进行及时泄压。
本示例中的排气结构160设置在第一壁121与电极组件130之间,排气结构160上设置有流体通道164,通过流体通道164形成供气体流动的空间,以使气体能够沿着流体通道164向泄压机构140流动,进而可以在需要时,使电池单体110内能够进行及时泄压。
请结合参阅图4,在一些示例中,第一表面朝向第一壁121的一侧,支撑块163在第一壁121上的投影与泄压机构140不重叠。
本示例中的板本体161作为排气结构160的主体结构,板本体161阻挡在第一壁121和电极组件130之间;板本体161具有朝向第一壁121的第一表面161b和朝向电极组件130的第二表面161a,板本体161的第一表面161b一侧设置有支撑块163。支撑块163可以与板本体161呈一体设置,支撑块163也可以与板本体161呈分体设置,当支撑块163与板本体161分体设置时,支撑块163可以与板本体161相互连接固定,也可以不与板本体161相互连接固定。
支撑块163在第一壁121上的投影与泄压机构140不重叠,是指支撑块163在第一壁121上的投影至少部分与泄压机构140相互错开,以减少支撑块163对泄压机构140的挤压。
支撑块163将板本体161架空在第一壁121朝向电极组件130一侧,支撑块163的周围形成流体通道164,以供气体在板本体161和第一壁121之间流动。由于第一壁121上设置有泄压机构140,当电池单体110内部气压达到预设值时,气流可以通过流体通道164向泄压机构方向流动,进而可以对电池单体110进行及时泄压,以提升电池单体110的可靠性。
请结合参阅图4、图14和图15,在一些示例中,第一表面与泄压机构140相对的位置设置有加强筋170。
板本体161与泄压机构140相对的位置有加强筋170,是指板本体161在第一壁121上投影,加强筋170与泄压机构140至少部分重合。本示例中加强筋170可以为凸设于板本体161的第一表面161b和第二表面161a中的至少一者的凸筋,加强筋170的形状可以大体呈十字形,也可以呈其他形状。本示例中通过设置加强筋170,可以通过加强筋170提升板本体161与泄压机构140对应的位置的结构强度,进而提升板本体161的抗变形性能。
本示例中,加强筋170设于板本体161的第一表面161b。板本体161的第二表面161a朝向电极组件130,加强筋170用于对板本体161起到加强效果,同时,加强筋170避开电极组件130设置,以使加强筋170不对电极组件130产生作用力,以减少加强筋170对电极组件130产生挤压而导致电极组件130产生损伤。
在一些示例中,加强筋170包括多条,至少两条加强筋170相交设置。
本示例中的加强筋170的数量为至少两条,以提升板本体161的结构强度。至少两条加强筋170相交设置,是指其中至少两条加强筋170相互连接,以使至少两条加强筋170形成整体结构。
本示例中以加强筋170的数量为两个为例,两个加强筋170可以呈相互垂直设置,并且两个加强筋170相互连接,以使两个加强筋170能够同时作用于板本体161,以提升板本体161的结构强度。
请参阅图4,在一些示例中,第一壁的厚度方向上,加强筋170的尺寸小于支撑块163的尺寸。
本示例中的加强筋170的尺寸小于支撑块的尺寸,是指沿板本体的厚度方向,加强筋的厚度小于支撑块163的厚度。本示例中,排气结构160在常规状态下,加强筋170不接触第一壁121。由于加强筋170对应泄压机构140设置,支撑块163可以抵接在第一壁121上,当加强筋170的高度小于支撑块163的高度,加强筋170不对泄压机构140产生挤压,以减少加强筋170对泄压机构140产生作用力而导致的泄压机构140脱落。
在一些示例中,加强筋170与板本体161一体设置,以使加强筋170可以与板本体161一体成型,进而提升排气结构160的加工性能。通过采用一体设置的方式,可以提升加强筋170与板本体161的连接部位的连接强度,同时可以提升排气结构160的结构强度。
在一些示例中,加强筋170与板本体161分体设置并相互连接。本示例中,可以单独成型加强筋170和板本体161,并将加强筋170和板本体161相互连接固定。加强筋170和板本体161可以采用焊接、卡接的方式进行连接,也可以采用中间连接件将加强筋170和板本体161相互连接固定,所述中间连接件包括螺栓、插销等,也可以采用其他能够将加强筋170和板本体161相互连接固定的结构作为中间连接件。
在一些示例中,外壳120包括第二壁122,第二壁122包括第二子壁122a,第二子壁122a设置有电极端子122b。
本示例中的第二壁122为与外壳120上除第一壁121以外的壁面。第二子壁122a为第二壁122中的部分壁面,第二子壁122a可以为与第一壁121相对设置的壁面,第二子壁122a也可以为与第一壁121相邻设置的壁面。以第一壁121为外壳120的底壁163a为例,第二壁122可以为外壳120的侧壁,也可以为外壳120的顶壁。
本示例中的电极端子122b用于连接电极组件130,可以用于对电池单体110进行充放电操作。通过将电极端子122b设置在第二子壁122a上,可以方便将电极端子122b与泄压机构140相互错开,进而减少电极端子122b与泄压机构140的相互干扰。
在一些示例中,第二子壁122a与第一壁121相对,电极端子122b与泄压机构140分别位于外壳120上相对的两个壁面上,以使电极端子122b与泄压机构140完全错开,以减少两者之间的相互干扰。本示例中的第二子壁122a和第一壁121可以分别为外壳120上下两个壁面,第二子壁122a和第一壁121也可以分别为外壳120的其他壁面。
在一些示例中,第二子壁122a连接于第一壁121,第二子壁122a与第一壁121相邻设置,设置在第二子壁122a上的电极端子122b与设置在第一壁121上的泄压机构140分别朝向电池单体110的不同方向,以减少电极端子122b和泄压机构140之间的相互干扰。
在一些示例中,电极组件130包括极耳131,极耳131朝向第二子壁122a。本示例中的极耳131用于与电极端子122b相连接,以用于对电池单体110进行充放电操作。
由于第二子壁122a与第一壁121相互错开设置,可以减少极耳131与泄压机构140的相互干扰,同时可以方便将极耳131就近与电极端子122b相连接。
在一些示例中,第二子壁122a为端盖。本示例中将第二子壁122a作为端盖,可以方便状电极端子122b。所述端盖可以为电池单体110的顶壁或侧壁。
本示例中的电池100可以包括箱体180,电池单体110安装于箱体180内。电池100可以包括一个上述电池单体110,电池100也可以包括多个电池单体110,当电池100中设置有多个上述电池单体110时,多个电池单体110可以按照预设规律进行排布。多个电池单体110可以采用一行多列或多行多列的方式进行排列。多个电池单体110之间可以相互串联、并联或串并混联。
可以理解的是,本示例中仅是对包括上述电池单体110的电池100进行阐述,电池100还可以包括其他功能部件,不再赘述。
本申请中的电池100的示例是基于上述电池单体110的示例,电池100的示例包含上述电池单体110的示例的全部技术效果,不再赘述。
在一些示例中,公开了一种用电装置1000的示例,用电装置1000包括上述任一示例中所述的电池单体110,或者上述任一示例中所述的电池100。
本示例中的用电装置1000包括但不限于:手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动车辆、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等,用电装置1000中可以单独安装上述任一示例中所述的电池单体110,用电装置1000中也可以安装上述电池100。
本申请中的用电装置1000的示例是基于上述电池单体110或电池100的示例,用电装置1000的示例包含上述电池单体110或电池100的示例的全部技术效果,不再赘述。
请参阅图1至图11,在本申请的一个示例中,公开了一种用于电池单体110的绝缘结构160,绝缘结构160用于承托电极组件130。绝缘结构160与电池单体110满足第一关系和第二关系中的至少一个,其中第一关系为绝缘结构160的熔点的二次方与电池单体110的能量密度的比值不小于45,第二关系为绝缘结构160的压缩强度的二次方与电池单体110的能量密度的比值不小于40。通过限定绝缘结构160的熔点和压缩强度与电池单体110的对应关系,使得不同能量密度和厚度的电池单体110均不容易因热失控导致电池单体110发生非正常泄压甚至爆炸,进而提高电池100可靠性。电池单体110具有外壳120以及设置在外壳120内的电极组件130和绝缘结构160,外壳120具有第一壁121,第一壁121上设置有泄压机构140。绝缘结构160安装于第一壁121和电极组件130之间,以将电极组件130与第一壁121相互隔离开。以第一壁121为外壳120的底板为例,绝缘结构160将电极组件130架空在第一壁121的上方,以使电极组件130不能接触到第一壁121。电池单体110运行过程中,电池单体110内部会产生热量,造成外壳120产生一定程度的变形。本示例中的绝缘结构160将电极组件130阻挡在第一壁121的上方,使得外壳120变形时,电极组件130不能接触到第一壁121,进而使得电极组件130不能堵塞泄压机构140,以降低泄压机构140失效的可能性。进一步地,本示例中的绝缘结构160上开设有过孔165,通过过孔165形成气路,以使气流能够沿着过孔165向泄压机构140方向流动,降低绝缘结构160将泄压机构140堵塞的可能性,进而提升电池单体110的泄压性能。进一步可选地,排气结构160包括板本体161和支撑块163,其中,板本体161设于电极组件130和第一壁121之间,支撑块163可以设置在板本体161朝向第一壁121的一侧,流体通道164可以形成于支撑块163的外周,以使板本体161的朝向第一壁121的一侧能够形成供气体流动的空间。
以上所述仅为本申请的可选示例,并非因此限制本申请的专利范围,凡是在本申请的发明构思下,利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (25)

1.一种电池单体,其特征在于,包括:
外壳,所述外壳具有内腔,所述外壳具有第一壁;
泄压机构,设置于所述第一壁;
电极组件,设于所述内腔;以及
绝缘结构,设于所述第一壁与所述电极组件之间,所述电池单体与所述绝缘结构满足第一关系和第二关系中的至少一个:
所述第一关系为所述绝缘结构的熔点的二次方与所述电池单体的能量密度的比值不小于45;
所述第二关系为所述绝缘结构的压缩强度的二次方与所述电池单体的厚度的比值不小于40。
2.如权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述电池单体与所述绝缘结构满足所述第一关系,且所述绝缘结构的熔点的二次方与所述电池单体的能量密度的比值不小于64.8。
3.如权利要求2所述的电池单体,其特征在于,所述绝缘结构的熔点不小于150℃。
4.如权利要求2所述的电池单体,其特征在于,所述电池单体的能量密度不小于500Wh/L。
5.如权利要求2所述的电池单体,其特征在于,所述电池单体的能量密度不超过1000Wh/L。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的电池单体,其特征在于,所述电池单体与所述绝缘结构满足所述第二关系,且所述绝缘结构的压缩强度的二次方与所述电池单体的厚度的比值不小于49。
7.如权利要求6所述的电池单体,其特征在于,所述绝缘结构的压缩强度不小于20MPa。
8.如权利要求6所述的电池单体,其特征在于,所述电池单体的厚度不小于10mm。
9.如权利要求6所述的电池单体,其特征在于,所述电池单体的厚度不超过100mm。
10.如权利要求1至5中的任一项所述的电池单体,其特征在于,所述绝缘结构包括聚丙烯、聚氨酯中的一种材料。
11.如权利要求1至5中的任一项所述的电池单体,其特征在于,所述绝缘结构包括:
板本体,设于所述第一壁和所述电极组件之间,所述板本体包括沿第一壁的厚度方向设置的第一表面;以及
支撑块,设于所述第一表面,所述支撑块的周围形成流体通道;
所述流体通道连通至所述绝缘结构在第一方向上的边缘,所述第一方向与所述第一壁的厚度方向相交。
12.如权利要求11所述的电池单体,其特征在于,所述支撑块与所述板本体的边缘具有预设距离。
13.如权利要求12所述的电池单体,其特征在于,所述外壳包括第二壁,所述电极组件的外周面与所述第二壁之间形成有第一间隙,所述流体通道连通所述第一间隙;和/或,所述绝缘结构的外周面与所述外壳的第二壁之间形成有第二间隙,所述流体通道连通所述第二间隙。
14.如权利要求11所述的电池单体,其特征在于,所述第一表面设置有多个支撑块,多个所述支撑块之间形成所述流体通道,多个所述支撑块满足以下至少一个条件:
多个所述支撑块阵列排布;
多个所述支撑块沿所述板本体的宽度方向排列;
多个所述支撑块沿所述板本体的长度方向排列;
至少一个所述支撑块为矩形块或圆柱。
15.如权利要求11所述的电池单体,其特征在于,所述板本体设置有过孔,所述过孔至少部分与所述支撑块交错布置,所述过孔沿所述第一壁的厚度方向贯穿所述板本体,所述过孔与所述流体通道连通。
16.如权利要求11所述的电池单体,其特征在于,所述第一表面朝向所述第一壁。
17.如权利要求11所述的电池单体,其特征在于,所述支撑块与所述板本体一体设置。
18.如权利要求16所述的电池单体,其特征在于,所述支撑块在所述第一壁上的投影与所述泄压机构不重叠。
19.如权利要求16所述的电池单体,其特征在于,所述第一表面上与所述泄压机构相对的位置设置有加强筋,所述第一壁的厚度方向上,所述加强筋的尺寸小于所述支撑块的尺寸。
20.如权利要求1至5中的任一项所述的电池单体,其特征在于,所述外壳包括第二壁,所述第二壁包括第二子壁,所述第二子壁设置有电极端子。
21.如权利要求20所述的电池单体,其特征在于,所述第二子壁与所述第一壁相对,或,所述第二子壁连接于所述第一壁。
22.如权利要求20所述的电池单体,其特征在于,所述电极组件包括极耳,所述极耳朝向所述第二子壁。
23.如权利要求20所述的电池单体,其特征在于,所述第二子壁为端盖。
24.一种电池,其特征在于,包括如权利要求1-23任一项所述的电池单体。
25.一种用电装置,其特征在于,包括如权利要求1-23任一项所述的电池单体,或,权利要求24所述的电池。
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