CN219759673U - 电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电池单体、电池及用电装置，属于电池技术领域，其中，电池单体包括外壳和电极组件，外壳具有容置腔体，电极组件包括阳极极片，阳极极片位于容置腔体中，容置腔体的深度H1大于电极组件的厚度H2。电极组件包括阳极极片，阳极极片位于容置腔体中，容置腔体的深度H1和电极组件的厚度H2之间的差值ΔH与阳极极片的膨胀系数K满足关系式：ΔH=（1+α）×K，其中，膨胀系数K为阳极极片沿电池单体的厚度方向Z的膨胀率，α为阳极极片中高膨胀材料的质量占比。本申请实施例提高的电池单体可以降低电极组件膨胀后撕裂外壳封装的风险，提高电池单体的可靠性。

Description

电池单体、电池及用电装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池单体、电池及用电装置。

背景技术

节能减排是汽车产业可持续发展的关键，电动车辆由于其节能环保的优势成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。

电池单体包括外壳和位于外壳容置腔体中的电极组件，电池单体在使用的过程中，电极组件会膨胀，膨胀后的电池单体会与外壳挤压，容易撕裂外壳的封装，造成电池单体封装破损，影响电池的可靠性。

实用新型内容

本申请旨在至少解决背景技术中存在的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提供一种电池单体、电池及用电装置，以改善电极组件膨胀撕裂外壳封装的问题。

本申请第一方面的实施例提供一种电池单体，电池单体包括外壳和电极组件，外壳具有容置腔体，电极组件，至少部分位于容置腔体中，其中，容置腔体的深度H1大于电极组件的厚度H2，电极组件包括阳极极片，阳极极片位于容置腔体中，容置腔体的深度H1和电极组件的厚度H2之间的差值ΔH与阳极极片的膨胀系数K满足关系式：ΔH=（1+α）×K，其中，膨胀系数K为阳极极片沿电池单体的厚度方向Z的膨胀率，α为阳极极片中高膨胀材料的质量占比。

本申请实施例的技术方案中，电极组件位于外壳的容置腔体中，容置腔体的深度H1大于电极组件的厚度H2，为电极组件的膨胀预留一定的膨胀空间，从而降低电池单体在充电、放电的过程中撕裂封装的风险，提高电池单体的可靠性。同时，根据不同膨胀系数K和不同阳极极片中高膨胀材料的质量占比α，设置不同的差值ΔH，使得差值ΔH与膨胀系数K和不同阳极极片中高膨胀材料的质量占比α适配，进而提高不同膨胀系数K、不同质量占比α下的电极组件与外壳的适配度，使得当电池单体的材料配比和尺寸不同的情况下，都可以降低阳极极片膨胀后撕裂封装的风险，提高电池单体的可靠性。

在一些实施例中，容置腔体的深度H1与电极组件的厚度H2之间的差值ΔH大于或等于0.4毫米，且小于或等于2.4毫米。通过对容置腔体的深度H1与电极组件的厚度H2之间的差值ΔH的范围进行限定，降低充电、放电过程中电极组件膨胀造成撕裂的风险，提高了电池单体的可靠性，同时可以在一定程度上提高容置腔体的利用率，提高电池单体的能量密度。

在一些实施例中，容置腔体的深度H1与电极组件的厚度H2之间的差值ΔH大于或等于0.6毫米，且小于或等于2.1毫米。对容置腔体的深度H1与电极组件的厚度H2之间的差值ΔH进行进一步限定，进一步地降低充电、放电过程中电极组件膨胀造成撕裂的风险，提高电池单体的可靠性，同时进一步地提高容置腔体的利用率，提高电池单体的能量密度。

在一些实施例中，阳极极片的膨胀系数K大于等于0.5，且小于等于2.4。通过对膨胀系数K的范围限定，从而限制阳极极片的膨胀量，降低阳极极片撕裂封装的风险，提高电池单体的可靠性，同时提高电池单体的能量密度。

在一些实施例中，阳极极片的膨胀系数K与电池单体的健康状态SOH满足关系式：K=a×（1-SOH）+b；其中，a、b为常数，a大于等于1.1，且小于等于2.5，b大于等于0.5，且小于等于1.4。根据不同电池单体的健康状态SOH，来确定阳极极片的膨胀系数K不同，使得在不同的电池单体的健康状态SOH情况下，都可以实现降低电极组件膨胀造成撕裂封装的风险，提高电池单体的可靠性。

在一些实施例中，电池单体的健康状态SOH大于或等于60%，且小于或等于100%。通过对电池单体的健康状态SOH的范围限定，从而限制阳极极片的膨胀系数K，进而降低阳极极片撕裂封装的风险，提高电池单体的可靠性。

在一些实施例中，外壳还包括围绕容置腔体的封边，提高容置腔体的密封性，可以在一定程度上避免电解液的泄漏，提高电池单体的可靠性。

在一些实施例中，外壳还包括围绕容置腔体的环形缓冲边，环形缓冲边位于封边和容置腔体之间。通过设置环形缓冲边降低电极组件膨胀对封边的拉扯，提高电池单体的可靠性。

在一些实施例中，环形缓冲边的宽度W1大于等于0.75毫米，小于等于3.4毫米，通过对环形缓冲边的宽度W1的范围进行限定，提高材料的利用率，同时兼顾降低阳极极片撕裂封装的风险，提高电池单体的可靠性。

在一些实施例中，环形缓冲边的宽度W1大于等于0.85毫米，小于等于3.2毫米。对环形缓冲边的宽度W1进一步进行优化，进一步地提高环形缓冲边的利用率，兼顾电池单体的可靠性和能量密度。

在一些实施例中，封边的宽度W2大于等于4毫米，且小于等于10毫米。通过对封边的宽度W2的范围进行限定，提高电池单体的能量密度，提高材料的利用率，同时兼顾外壳的封装强度，降低阳极极片撕裂封装的风险，提高电池单体的可靠性。

本申请第二方面的实施例提供一种电池，其包括上述实施例中的电池单体。

本申请第三方面的实施例提供一种用电装置，用电装置包括上述电池，电池用于提供电能，或者，用电装置包括上述任一项的电池单体，电池单体用于提供电能。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。

图1为本申请一些实施例的电池单体的结构示意图；

图2为本申请一些实施例的电池单体的剖视图；

图3为图2中A处的放大图；

附图标记说明：

100、电池单体；

10、外壳；11、容置腔体；12、环形缓冲边；13、封边；

20、电极组件；21、阳极极片；22、隔膜；23、阴极极片；24、极耳。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文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；本文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。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“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。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，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，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上（包括两个），同理，“多组”指的是两组以上（包括两组），“多片”指的是两片以上（包括两片）。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为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实施例和简化描述，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实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。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实施例中的具体含义。

目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。

随着电池单体的充放电循环中正极活性物质和负极活性物质嵌入或脱出离子，电极组件发生鼓胀，即极片向外膨胀。电极组件膨胀对电池单体的性能及使用寿命有不利影响，例如，电极组件膨胀后会与外壳挤压，电极组件受力挤压可能导致极片孔隙率降低影响电解液对极片的浸润，引起离子传输路径发生改变，带来析锂问题；极片在长期承受较大挤压力时，还可能断裂引发电池内短路风险等等。

本申请的实施例，通过设置电极组件和外壳的尺寸之间的尺寸关系，为电极组件的膨胀预留足够的膨胀量，减小电极组件在膨胀后与外壳之间的挤压，从而降低由于挤压引发的可靠性的风险，进而提高电池单体的可靠性。

本申请实施例公开的电池单体可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。可以使用具备本申请公开的电池单体、电池等组成该用电装置的电源系统，这样，有利于缓解电极组件膨胀造成的电极组件与外壳之间的挤压，进而提升电池性能的可靠性。

示例性地，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。车辆的内部设置有电池，电池可以设置在车辆的底部或头部或尾部。电池可以用于车辆的供电，例如，电池可以作为车辆的操作电源。车辆还可以包括控制器和马达，控制器用来控制电池为马达供电，例如，用于车辆的启动、导航和行驶时的工作用电需求。

在本申请一些实施例中，电池不仅可以作为车辆的操作电源，还可以作为车辆的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆提供驱动动力。电池包括箱体和电池单体，电池单体容纳于箱体内。其中，箱体用于为电池单体提供容纳空间，箱体可以采用多种结构。

电池单体是指组成电池的最小单元，在电池中，电池单体可以是多个，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内；当然，电池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形式，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体内。电池还可以包括其他结构，例如，该电池还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体之间的电连接。其中，每个电池单体可以为二次电池或一次电池；还可以是锂硫电池、钠离子电池或镁离子电池，但不局限于此。

本申请的实施例提供了一种电池单体，图1为本申请一些实施例的电池单体的结构示意图。参见图1，电池单体100包括外壳10和电极组件20。

图2为本申请一些实施例提供的电池单体的剖视图。参见图2，外壳10具有容置腔体11。

图3为图2中A处的局部图。结合图2和图3，电极组件20至少部分位于容置腔体11中，其中，容置腔体11的深度H1大于电极组件20的厚度H2。

电极组件20是电池单体100中发生电化学反应的部件，外壳10内可以包含一个或更多个电极组件20。参见图2和图3，电极组件20包括阳极极片21、阴极极片23和隔膜22，阳极极片21和阴极极片23沿电池单体100的厚度方向Z卷绕或层叠放置（图2仅示出了层叠），并且隔膜22位于阳极极片21和阴极极片23之间，隔膜22将阳极极片21和阴极极片23隔开。电极组件20的阳极极片21、阴极极片23和隔膜22均位于容置腔体11中，阳极极片21和阴极极片23具有活性物质的部分构成电极组件20的主体部，阳极极片21和阴极极片23不具有活性物质的部分各自构成极耳24，电极组件20的极耳24位于容置腔体11外用于连接电极端子以形成电流回路。

在本申请的实施例中，外壳10可以包括相互盖合的两个部分，两个部分共同限定出用于容纳电极组件20的容置腔体11，外壳10可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。

外壳10中相互盖合的两个部分是通过封边封装在一起的，当电极组件20膨胀后，容置腔体11不能完全容纳电极组件20，就会对两个部分的封装造成撕扯，使得封装被撕裂或者撕开。

图2所示的电池单体100中，组成外壳10的两个部分是相同的，两个部分中均具有凹槽，将两个部分的凹槽的开口相对并进行封装后，形成容置腔体11。

在其他实现方式中，组成外壳10的两个部分可以是不同的，其中一个部分具有凹槽，另一部分没有凹槽，另一部分直接盖合在凹槽的开口处，形成容置腔体11。

在本申请的一些实施例中，外壳10的材质可以是金属，以提高外壳10的强度。

示例性地，外壳10的材质可以是不锈钢或者铝。当外壳10的材质为铝时，外壳10可以称为铝塑壳。

在本申请的实施例中，容置腔体11的深度H1和电极组件20的厚度H2的测试条件和方法如下：

1、容置腔体11的深度H1：电池单体100以C/3的放电倍率放电至荷电状态（SOC）小于或等于5%时，测量电池单体100的厚度H3，并测量外壳10模材的厚度H4，H1= H3-2×H4。

2、电极组件20的厚度H2：电池单体100以C/3的放电倍率放电至SOC小于或等于5%时，拆解外壳10，取出电极组件20，测取电极组件20沿厚度方向Z的尺寸，即为H2。

示例性地，尺寸可以通过千分尺或者万分尺测量，测试时的温度大于或等于20℃且小于或等于30℃，测试时的环境湿度≤2%。

在本申请的实施例中，电极组件20位于外壳10的容置腔体11中，容置腔体11的深度H1大于电极组件20的厚度H2，为电极组件20的膨胀预留一定的膨胀量，从而降低电池单体100在充电、放电的过程中撕裂封装的风险，提高电池单体100的可靠性。

在本申请的实施例中，容置腔体11的深度H1和电极组件20的厚度H2之间的差值ΔH与阳极极片21的膨胀系数K满足关系式：ΔH=（1+α）×K，其中，膨胀系数K为阳极极片21沿电池单体的厚度方向Z的膨胀率，α为阳极极片21中高膨胀材料的质量占比。

在本申请的实施例中，阳极极片21的膨胀系数K和高膨胀材料的质量占比α的测试条件和方法如下：

1、高膨胀材料的质量占比α：通过测ICP（Inductively Coupled Plasma，电感耦合等离子体）测试得到阳极极片21中高膨胀材料（例如，高膨胀材料为硅元素）的质量占比α，测试时的温度大于或等于20℃且小于或等于30℃。

2、阳极极片21的膨胀系数K：电池单体以C/3的放电倍率放电至SOC小于或等于5%时，拆解外壳10，取出电极组件20，测取电极组件20沿厚度方向Z的尺寸，即为H2，电池单体以C/3的充电倍率充电至SOC大于或等于95%后，拆解外壳10，取出电极组件20，测取电极组件20膨胀后沿厚度方向Z的尺寸h2，K=（h2-H2）/H2。示例性地，尺寸可以通过千分尺或者万分尺测量，测试时的温度大于或等于20℃且小于或等于30℃，测试时的环境湿度≤2%。

在本申请的实施例中，根据不同膨胀系数K和不同阳极极片21中高膨胀材料的质量占比α，设置不同的差值ΔH，使得差值ΔH与膨胀系数K和不同阳极极片21中高膨胀材料的质量占比α适配，进而提高不同膨胀系数K、不同质量占比α下的电极组件20与外壳10的适配度，使得当电池单体100的材料配比和尺寸不同的情况下，都可以降低阳极极片21膨胀后撕裂封装的风险，提高电池单体100的可靠性。

根据本申请的一些实施例，容置腔体11的深度H1与电极组件20的厚度H2之间的差值ΔH大于或等于0.4毫米，且小于或等于2.4毫米。

在电池充电、放电的过程中，电极组件20的厚度H2发生变化，例如，在电池或电池单体100在电量充满的情况下，电极组件20膨胀，造成电极组件20的厚度H2增大，电极组件20位于外壳10的容置腔体11中，电极组件20的厚度H2增大后容易导致撕裂封装。如果容置腔体11的深度H1与电极组件20的厚度H2之间的差值ΔH过小，在电极组件20膨胀时，不能很好地起到降低撕裂封装的风险。容置腔体11的深度H1与电极组件20的厚度H2之间的差值ΔH过大时，容易造成容置腔体11和电极组件20之间间隙较大，容置腔体11的利用率较低，造成空间浪费。

通过对容置腔体11的深度H1与电极组件20的厚度H2之间的差值ΔH的范围进行限定，降低充电、放电过程中电极组件20膨胀造成撕裂的风险，提高了电池单体的可靠性，同时可以在一定程度上提高容置腔体11的利用率，提高电池单体100的能量密度。

根据本申请的一些实施例，容置腔体11的深度H1与电极组件20的厚度H2之间的差值ΔH大于或等于0.6毫米，且小于或等于2.1毫米。

对容置腔体11的深度H1与电极组件20的厚度H2之间的差值ΔH进行进一步限定，进一步地降低充电、放电过程中电极组件20膨胀造成撕裂的风险，提高电池单体100的可靠性，同时进一步地提高容置腔体11的利用率，提高电池单体100的能量密度。

根据本申请的一些实施例，阳极极片21的活性物质中硅基材料的质量百分数大于或等于20%，且小于或等于100%。

在本申请的实施例中，阳极极片21的活性物质可以包括高膨胀材料，在一些实施例中，高膨胀材料可以是硅基材料。硅基阳极材料具有较高的理论比容量、低的脱锂电位、环境友好、储量丰富、成本较低等优势。硅在充放电时，由于硅晶体是正四面体结构（石墨是层状结构），所以更容易膨胀。本申请一些实施例中外壳10和电极组件20的尺寸优化设计能够满足电极组件20的膨胀变形要求，能够更好的适应硅基材料作为阳极材料的电极组件20，提升电池单体100的能量密度。

通过限定阳极极片21中的硅基材料的占比，可以有效地提升电池单体100的能量密度，提高电池单体100的性能。

根据本申请的一些实施例，阳极极片21的活性物质中硅基材料的质量百分数大于或等于25%且小于或等于50%。

通过进一步限定阳极极片21的活性物质中硅基材料的占比，可以使得电极组件20的膨胀尺寸与外壳10的设计尺寸之间更好的适配，在一定程度上保证电池单体100的能量密度的同时提高电池单体100的稳定性和可靠性。

根据本申请的一些实施例，硅基材料选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。

在一些实施例中，硅基材料选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。单质硅可以是纯硅，例如尺寸为纳米级别的硅纳米颗粒、硅纳米线以及硅纳米管。硅氧化合物可以是将硅和二氧化硅复合成的氧化亚硅（SiOx）。硅碳复合物可以是将碳包覆在硅表面形成的硅碳复合体（Si/C）。硅氮复合物可以是氧化亚硅和氮掺杂碳的复合物，也可以是硅-氮化碳复合，还可以是纳米硅氮包覆碳的复合材料。可以理解的是，本实施例中列举硅基材料仅为示例性说明，并不作为对本实施例中硅基材料的限定。

采用硅基材料作为电池单体100的阳极材料可以提升电池单体100的能量密度，提高电池的性能。

根据本申请的一些实施例，阳极极片21的膨胀系数K大于等于0.5，且小于等于2.4。

在电池单体100充电过程中，阳极极片21沿电池单体的厚度方向Z进行膨胀，阳极极片21的膨胀系数K影响阳极极片21沿电池单体的厚度方向Z的膨胀变化量。对阳极极片21的膨胀系数K的范围进行限制，从而控制在电池单体100充电过程中阳极极片21的膨胀量。当膨胀系数K小于0.5，说明高膨胀材料的质量占比α过少，电池单体的能量密度过低，膨胀系数K较大时，增大撕裂封装的风险。

通过对膨胀系数K的范围限定，从而限制阳极极片21的膨胀量，降低阳极极片21撕裂封装的风险，提高电池单体100的可靠性，同时提高电池单体100的能量密度。

根据本申请的一些实施例，阳极极片21的膨胀系数K与电池单体100的健康状态SOH满足关系式：K=a×（1-SOH）+b；其中，a、b为常数。 a大于等于1.1，且小于等于2.5，且b大于等于0.5，且小于等于1.4。

在不同的电池单体的健康状态SOH的情况下，阳极极片21在充电情况下厚度方向Z的膨胀量不同。示例性地，电池单体100的健康状态SOH越小，阳极极片21的膨胀系数K越大。

应该注意的是，电池单体100的健康状态SOH表征的是，当前的电池单体100相对于出厂时电池单体100存储电能的能力，以百分比的形式表示，以定量描述当前电池单体100的性能状态。电池单体100在多次循环充电、放电后电池单体100的健康状态下降，电池单体100运行的温度、充放电倍率、放电深度、循环区间和充电、放电截止电压等都会对电池单体的健康状态产生影响。随着电池单体100的使用，电池单体100的健康状态SOH会下降。

电池单体的健康状态SOH影响阳极极片21的膨胀系数K，进而阳极极片21的膨胀变化量。

在本申请的实施例中，电池单体的健康状态SOH的测试条件和方法如下：

电池单体以C/3的充电倍率充电至SOC大于或等于95%后，再将电池单体以C/3的放电倍率放电至SOC小于或等于5%，测量电池单体的容量C1，SOH=（C1/ C0）×100%，其中，电池单体出厂时的额定容量为C0，在电池单体出厂时会直接给出。测试时的温度大于或等于20℃且小于或等于30℃。

在上述的关系式中，a的数值不同时，电池单体100充电或放电过程中，阳极极片21沿电池单体100的厚度方向Z的膨胀量不同，对a的范围进行限定，从而控制阳极极片21的膨胀变化量。应该注意的是，在高膨胀材料不同质量占比α时，a的取值存在差异，但a的范围仍为上述的数值范围。

在上述的关系式中，b的数值不同时，电池单体100充电或放电过程中，阳极极片21沿电池单体100的厚度方向Z的膨胀量不同，对b的范围进行限定，从而控制阳极极片21的膨胀变化量。

根据不同电池单体的健康状态SOH，来确定阳极极片21的膨胀系数K不同，使得在不同的电池单体100的健康状态SOH情况下，都可以实现降低电极组件20膨胀造成撕裂封装的风险，提高电池单体100的可靠性。

根据本申请的一些实施例，电池单体的健康状态SOH大于或等于60%，且小于或等于100%。

电池单体在多次的循环充电、放电后，电池单体的健康状态SOH存在差异，而在不同的电池单体的健康状态SOH情况下，阳极极片21的膨胀率K存在不同，通过对电池单体的健康状态SOH进行限制，间接地限制阳极极片21的膨胀率K。

通过对电池单体100的健康状态SOH的范围限定，从而限制阳极极片21的膨胀系数K，进而降低阳极极片21撕裂封装的风险，提高电池单体100的可靠性。

如图2所示，根据本申请的一些实施例，外壳10还包括围绕容置腔体11的封边13。

外壳10包括封边13，封边13围绕容置腔体11设置，电极组件20位于容置腔体11中，并且，容置腔体11的深度H1大于电极组件20的厚度H2，提高容置腔体11的密封性。

在电池单体100的外壳10的材质一般是铝塑膜，先将铝塑膜冲击形成电极组件20所需要尺寸的凹坑，将电极组件20放置在凹坑内，在预设的温度、压力、时间下，通过真空抽气让铝塑膜内层热封层面对面粘接在一起，也即封装，形成封边13，通过封边13对容置腔体11进行密封。

通过围绕容置腔体11的封边13，提高容置腔体11的密封性，可以在一定程度上避免电解液的泄漏，提高电池单体100的可靠性。

根据本申请的一些实施例，外壳10还包括围绕容置腔体11的环形缓冲边12，环形缓冲边12位于封边13和容置腔体11之间。

在本申请的实施例中，环形缓冲边12位于封边13和容置腔体11之间，环形缓冲边12围绕容置腔体11设置。在电极组件20充电、放电过程中，电极组件20的厚度发生变化，尤其在在电极组件20充满电量时，电极组件20的厚度增加至最大，通过围绕容置腔体11的环形缓冲边12，在电极组件20膨胀时，会先撕扯环形缓冲边12，待环形缓冲边12撕扯到一定程度后才会对封边13造成拉扯，甚至不会对封边13造成拉扯，也即环形缓冲边12可以降低电极组件20膨胀对封边13的拉扯，从而增强电池单体100的可靠性。

在本申请的实施例中，环形缓冲边12所对应的铝塑膜内层热封层可以粘接在一起，也可以不粘接在一起，本申请的实施例对此不作限制。

本申请的实施例，通过设置环形缓冲边12降低电极组件20膨胀对封边13的拉扯，从而提高电池单体100的可靠性。

根据本申请的一些实施例，环形缓冲边12的宽度W1大于等于0.75毫米，小于等于3.4毫米。

环形缓冲边12的宽度W1的尺寸过大容易造成材料的浪费，降低材料的利用率，同时造成电池单体100的结构尺寸增大，降低了电池单体100的能量密度。环形缓冲边12的宽度W1的尺寸过小，则不利于缓解封边13的拉扯，容易导致阳极极片21撕裂封装。

通过对环形缓冲边12的宽度W1的范围进行限定，提高电池单体100的能量密度，提高材料的利用率，同时兼顾降低阳极极片21撕裂封装的风险，提高电池单体100的可靠性。

根据本申请的一些实施例，环形缓冲边12的宽度W1大于等于0.85毫米，小于等于3.2毫米。

为了进一步地兼顾环形缓冲边12的利用率和电池单体100的能量密度，对环形缓冲边12的宽度W1进行优化，对环形缓冲边12进行数值优化，例如，环形缓冲边12的宽度W1等于2毫米。

对环形缓冲边12的宽度W1进一步进行优化，进一步地提高环形缓冲边12的利用率，提高电池单体100的可靠性和提高电池单体100的能量密度。

根据本申请的一些实施例，封边13的宽度W2大于等于4毫米，且小于等于10毫米。

示例性地，例如，封边13的宽度W2等于6毫米。

封边13的宽度W2的尺寸过大容易造成材料的浪费，降低材料的利用率，同时造成电池单体100的结构尺寸增大，降低了电池单体100的能量密度。封边13的宽度W2的尺寸过小，则不利于外壳10的封装强度。对封边13的宽度W2的进行合适设置，兼顾材料的利用率和电池单体100的能量密度和外壳10的封装强度。

通过对封边13的宽度W2的范围进行限定，提高电池单体100的能量密度，提高材料的利用率，同时兼顾外壳10的封装强度，降低阳极极片21撕裂封装的风险，提高电池单体100的可靠性。

本申请实施例提供了一种电池，电池包括上述任意一项的电池单体100。

本申请实施例提供的电池，可以提高电池的可靠性。

本申请实施例提供了一种用电装置，用电装置包括上述的电池，电池用于提供电能，或者，用电装置包括上述任意一项的电池单体100，电池单体100用于提供电能。

本申请实施例可以提高用电装置的可靠性。

本申请实施例提供一种使用电池作为电源的用电装置，用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以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，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。

为了更好的说明本申请实施例的电池单体100，下面以锂离子电池为例进行具体说明。

在电池单体中，阴极极片23包含阴极膜片和铝（Al）集流体，其中，阴极活性物质包括LiNi_xCo_yMn_z，x为0.92~0.99，y为0~0.08，Z为0~0.08，阳极极片21包含阳极膜片和Cu集流体，阳极极片21的活性物质包括石墨+硅碳/硅氧材料，硅材料作为活性物质在总活性物质中的占比为α，α的取值为30%~100%（硅氧）或者20%~100%（硅碳）。

本申请的实施例提供了一种电池单体，电池单体包括外壳10和电极组件20，外壳10具有容置腔体11。电极组件20包括阳极极片21，阳极极片21位于容置腔体11中，其中，容置腔体11的深度H1大于电极组件20的厚度H2。容置腔体11的深度H1和电极组件20的厚度H2之间的差值ΔH与阳极极片21的膨胀系数K满足关系式：ΔH=（1+α）×K，其中，膨胀系数K为阳极极片21沿电池单体的厚度方向Z的膨胀率，α为阳极极片21中高膨胀材料的质量占比。

阳极极片21的膨胀系数K与电池单体的健康状态SOH满足关系式：K=a×（1-SOH）+b；其中，a、b为常数。a的范围为1.0~2.5，b的范围为0.5~1.4，SOH取值为100%~60%。

应该注意的是，随着电极组件20的寿命衰减，电极组件20的副反应增加，电极组件20的厚度不断增长，ΔH随着硅含量增加，电极组件20的厚度增加而变化，通过本申请实施例的电池单体100的改进设计，降低电池单体100在不同的健康状态SOH下撕拉封装的风险，降低电池单体100漏液、封装破损风险。

在本申请的实施例中，电池单体100具有较高的比能量，单位面积容量达到19.3~35.7mWh/cm²，电池单体100的能量密度360~500Wh/kg，同时，电极组件20具有较好的可靠性和循环性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。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 (13)

1.一种电池单体，所述电池单体包括：

外壳（10），具有容置腔体（11）；

电极组件（20），至少部分位于所述容置腔体（11）中；

其中，所述容置腔体（11）的深度H1大于所述电极组件（20）的厚度H2，

其特征在于，

所述电极组件（20）包括阳极极片（21），所述阳极极片（21）位于所述容置腔体（11）中，所述容置腔体（11）的深度H1和所述电极组件（20）的厚度H2之间的差值ΔH与所述阳极极片（21）的膨胀系数K满足关系式：ΔH=（1+α）×K，其中，所述膨胀系数K为所述阳极极片（21）沿所述电池单体的厚度方向Z的膨胀率，α为所述阳极极片（21）中高膨胀材料的质量占比。

2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述容置腔体（11）的深度H1与所述电极组件（20）的厚度H2之间的差值ΔH大于或等于0.4毫米，且小于或等于2.4毫米。

3.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，所述容置腔体（11）的深度H1与所述电极组件（20）的厚度H2之间的差值ΔH大于或等于0.6毫米，且小于或等于2.1毫米。

4.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述阳极极片（21）的膨胀系数K大于等于0.5，且小于等于2.4。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池单体，其特征在于，所述阳极极片（21）的膨胀系数K与所述电池单体的健康状态SOH满足关系式：

K=a×（1-SOH）+b；其中，a、b为常数，a大于等于1.1，且小于等于2.5，b大于等于0.5，且小于等于1.4。

6.根据权利要求5所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体的健康状态SOH大于或等于60%，且小于或等于100%。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的电池单体，其特征在于，所述外壳（10）还包括围绕所述容置腔体（11）的封边（13）。

8.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述外壳（10）还包括围绕所述容置腔体（11）的环形缓冲边（12），所述环形缓冲边（12）位于所述封边（13）和所述容置腔体（11）之间。

9.根据权利要求8所述的电池单体，其特征在于，所述环形缓冲边（12）的宽度W1大于等于0.75毫米，且小于等于3.4毫米。

10.根据权利要求9所述的电池单体，其特征在于，所述环形缓冲边（12）的宽度W1大于等于0.85毫米，且小于等于3.2毫米。

11.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述封边（13）的宽度W2大于等于4毫米，且小于等于10毫米。

12.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求1-11中任一项所述的电池单体。

13.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括如权利要求12所述的电池，所述电池用于提供电能；或者，

所述用电装置包括如权利要求1-11中任一项所述的电池单体，所述电池单体用于提供电能。