CN219998350U - 外壳、电池单体、电池及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种外壳、电池单体、电池及用电设备，属于电池技术领域。外壳呈长方体，外壳在其高度方向上具有第一壁，第一壁设有至少一个注液孔，至少一个注液孔的总面积为S1，第一壁沿高度方向的投影面积为S2，满足：2.1％≤S1/S2≤5.1％。通过将外壳第一壁上的注液孔的总面积S1与第一壁沿高度方向的投影面积S2的比值S1/S2设置为2.1％～5.1％，可以提高电池单体在化成过程中的排气能力，减少化成后电池单体内部的气体残留量，改善电芯界面黑斑与容量偏低的问题，从而有利于提高电池单体的质量。

Description

外壳、电池单体、电池及用电设备

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种外壳、电池单体、电池及用电设备。

背景技术

节能减排是汽车产业可持续发展的关键。在这种情况下，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。而对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。

锂离子电池在制备完成后，需要进行化成处理，让电池内的活性物质激活。由于化成过程中会产生气体，容易有气体残留造成电芯界面黑斑，进而造成析锂，导致电芯容量偏低，影响电池的质量。

如何提高电池在化成时的排气能力，进而提高锂离子电池的质量，是一个亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请实施例提供一种外壳、电池单体、电池及用电设备，能够有效提高电池单体的质量。

第一方面，本申请实施例提供一种外壳，所述外壳呈长方体，所述外壳在其高度方向上具有第一壁，所述第一壁设有至少一个注液孔，所述至少一个注液孔的总面积为S1，所述第一壁沿所述高度方向的投影面积为S2，满足：2.1％≤S1/S2≤5.1％。

在上述技术方案中，通过将外壳第一壁上的注液孔的总面积S1与第一壁沿高度方向的投影面积S2的比值S1/S2设置为2.1％～5.1％，可以提高电池单体在化成过程中的排气能力，减少化成后电池单体内部的气体残留量，改善电芯界面黑斑与容量偏低的问题，从而有利于提高电池单体的质量。若S1/S2小于2.1％，则化成时排气困难，容易造成电芯界面黑斑。若S1/S2大于5.1％，则注液孔加工困难，加工成本高，整体可靠性也会变差。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，2.6％≤S1/S2≤3.8％。

在上述技术方案中，将S1/S2的比值设置为2.6％～3.8％，可以使得电池单体的化成排气能力与加工制造更加平衡，即在满足电池单体化成排气需求的同时，又具有良好的加工制造能力。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，所述外壳的长度为a，所述外壳的高度为h，满足：0.5≤a/h≤0.8。

在上述技术方案中，电池单体的外壳长度越大，能够容纳的电芯越长，电芯容量也越大，化成时产气量也就越大。电池单体的外壳高度越大，能够容纳的电芯越高，电芯容量相应越大，这样电芯底部产生的气体运动到注液孔的路径越长，相当于排气路径越长，排气的效果也越差，化成后电池内部越容易有气体残留。通过将外壳的长度与高度的比值a/h设置在0.5～0.8，使得气体排出的总路径和较小，化成后电池单体内部的气体残留量较少，电芯界面也无黑斑，化成后电池容量也正常。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，0.65≤a/h≤0.75。

在上述技术方案中，将a/h的比值设置为0.65～0.75，可以对电池单体的化成排气能力进一步优化，从而进一步减少化成后电池单体内部的气体残留量。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，所述注液孔的数量为n，满足：n≥a/85mm。

在上述技术方案中，注液孔的数量越多，有利于化成时排气。当电池单体的外壳过长时仅有一个注液孔，也会造成排气困难，因此注液孔的数量与电池单体的外壳长度具有一定的关系。经过气体双相流仿真与电化学仿真，结合实验界面拆解，当电池单体化成后内部的气体残留量≤5.4％时，可满足化成时间与化成界面，基于此要求每85mm有一个排气口，以更快地排出化成产气。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，所述注液孔的数量有多个时，多个所述注液孔沿所述外壳的长度方向间隔设置。

在上述技术方案中，当注液孔有多个时，多个注液孔沿外壳的长度方向间隔设置，这样设置有利于整个电芯长度方向的产气的排出，使得电池单体内部各处产生的气体排出路径合理，排气速率快，化成后气体残留量少，有利于改善电芯界面与低容的问题。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，所述注液孔的直径为d，满足：4mm≤d≤16mm。

在上述技术方案中，注液孔越大，排气速率越快，化成后气体残留量越小。当注液孔的直径小于4mm时，既不利于注液操作，又影响化成时排气。当注液孔的直径大于16mm时，不利于后期在注液孔上焊接密封钉。通过将注液孔的直径设置为4mm～16mm，既满足注液操作以及化成排气，同时兼顾了加工的稳定性与优率，以及外壳的机械强度。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，10mm≤d≤14mm。

在上述技术方案中，将注液孔的直径设置为10mm～14mm，能够进一步优化注液能力以及化成排气能力，同时提升焊接加工的稳定性与优率，以及改善外壳的机械强度。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，所述外壳包括壳体和端盖，所述壳体包括底壁和侧壁，所述侧壁围设于所述底壁的周围，所述侧壁的一端与所述底壁连接，另一端围成开口，所述端盖用于封闭所述开口，所述第一壁为所述端盖或所述底壁。

在上述技术方案中，由于第一壁可以为电池单体外壳的端盖或者是底壁，也即是注液孔可以设置在电池单体的端盖或者底壁上皆可。

第二方面，本申请实施例提供一种电池单体，包括第一方面所述的外壳和电极组件，所述电极组件容纳于所述外壳内。

第三方面，本申请实施例提供一种电池，包括第二方面所述的电池单体。

第四方面，本申请实施例提供一种用电设备，包括第二方面所述的电池单体，所述电池单体用于为所述用电设备提供电能。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图；

图2为本申请一些实施例提供的电池的爆炸图；

图3为本申请一些实施例提供的电池单体的爆炸图；

图4为本申请一些实施例提供的外壳的结构示意图；

图5为图4外壳上的注液孔俯视方向的放大示意图；

图6为本申请另一些实施例提供的外壳的结构示意图；

图7为本申请又一些实施例提供的外壳的结构示意图；

图8为本申请再一些实施例提供的外壳的结构示意图；

图9为本申请图8中提供的壳体的结构示意图。

图标：1-外壳；11-壳体；111-侧壁；1111-第一侧面；1112-第二侧面；112-底壁；12-端盖；121-注液孔，2-电极组件；3-电极端子；10-电池单体；20-箱体；201-第一子箱体；202-第二子箱体；100-电池；200-控制器；300-马达；1000-车辆；X-长度方向；Y-宽度方向；Z-高度方向。

具体实施方式

为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、完整地描述，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做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，不是旨在于限定本申请；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。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

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。

本申请中出现的“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)，除非另有明确具体的限定。

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。箱体可以一定程度上降低液体或其他异物影响电池单体的充电或放电的可能性。

本申请实施例中，电池单体可以为锂离子电池、钠锂离子电池、锂金属电池或锂硫电池等，本申请实施例对此并不限定。

电池单体包括电极组件和电解液，电极组件由正极片、负极片和隔离膜组成。电池单体主要依靠金属离子在正极片和负极片之间移动来工作。正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，正极耳的数量为多个且层叠在一起，负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，本申请实施例并不限于此。

电池单体还可以包括外壳。外壳用于封装电极组件及电解液。外壳可以为钢壳、铝壳、塑料壳(如聚丙烯)或复合金属壳(如铜铝复合外壳)等，本申请实施例对此并不限定。

电池技术的发展要同时考虑多方面的设计因素，例如，能量密度、循环寿命、放电容量、充放电倍率等性能参数。对于电池单体来说，在制造完成后，其容量是否达到设计容量，是一个重要考量指标，若电池容量偏低，则可以认为电池质量不达标。

锂离子电池在制备完成后，需要进行化成处理，让电池内的活性物质激活，同时在电极材料表面生成一种致密的固体电解质界面膜(简称SEI膜)。电池化成时会产生气体，产生的气体通常是由注液孔排出。常规电池体系在化成时的产气量大约为10ml(以容量为100Ah的电池为例)，目前的外壳设计能够很好的满足化成排气需求。

在大产气的化学体系中，电池单体化成时产气较多。通常化成时最大产气速率＞10ml/min，总产气量＞1L。例如，正极补锂剂体系，主材为钴酸锂(LCO)或5V镍锰尖晶石(LNMS)体系中尤为严重。其中，补锂剂可以为选自下述通式(I)所表示的物质中的至少一种。

mLi_x1O·n(Ni_y1Mn_y2Co_y3Cu_y4Fe_y5)O(I)

通式(I)中，1≤x1≤2；0≤y1≤1；0≤y2≤1；0≤y3≤1；0≤y4≤2；0≤y5≤1；0.5≤y1+y2+y3+y4+y5≤1；1≤m≤3；0≤n/m≤1。

补锂剂或者是选择Li₂C₂O₄，Li₂C₃O₅，Li₂C₄O₆等碳基补锂剂。

大产气化学体系的电池在化成时其产气量通常可以达到5-6L，采用常规电池体系的外壳设计就会存在排气能力不足的情况。在化成后电池单体内部的气体残留量较多，容易造成电芯界面黑斑，进而造成析锂，导致电芯容量偏低，从而影响电池的质量。

基于以上考虑，为解决大产气电池在化成时排气能力不足问题，发明人经过深入研究，设计了一种外壳，外壳呈长方体，外壳在其高度方向上具有第一壁，第一壁设有至少一个注液孔，至少一个注液孔的总面积为S1，第一壁沿高度方向的投影面积为S2，满足：2.1％≤S1/S2≤5.1％。

通过将该外壳第一壁上的注液孔的总面积S1与第一壁沿高度方向的投影面积S2的比值设置为2.1％～5.1％，可以提高电池单体在化成过程中的排气能力，减少化成后电池单体内部的气体残留量，从而有利于提高电池单体的质量。

本申请实施例描述的技术方案适用于电池以及使用电池的用电设备。

用电设备包括但不限于车辆、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。车辆包括但不限于燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车包括但不限于纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括但不限于飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具包括但不限于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；电动工具包括但不限于金属切削电动工具、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。

以下实施例为了方便说明，以用电设备为车辆1000为例进行说明。

请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图。车辆1000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1000的内部设置有电池100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源，用于车辆1000的电路系统，例如用于车辆1000的启动、导航和运行时的工作用电需求。

车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300供电，例如，用于车辆1000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100不仅可以作为车辆1000的操作电源，还可以作为车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。

请参照图2，图2为本申请一些实施例提供的电池的爆炸图。电池100包括电池单体10和箱体20，电池单体10容纳于箱体20内。其中，箱体20用于为电池单体10提供容纳空间，箱体20可以采用多种结构。在一些实施例中，箱体20可以包括第一子箱体201和第二子箱体202，第一子箱体201与第二子箱体202相互盖合，第一子箱体201和第二子箱体202共同限定出用于容纳电池单体10的容纳空间。第二子箱体202可以为一端开口的空心结构，第一子箱体201可以为板状结构，第一子箱体201盖合于第二子箱体202的开口侧，以使第一子箱体201与第二子箱体202共同限定出容纳空间；第一子箱体201和第二子箱体202也可以是均为一侧开口的空心结构，第一子箱体201的开口侧盖合于第二子箱体202的开口侧。

在电池100中，电池单体10可以是多个，多个电池单体10之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体10中既有串联又有并联。多个电池单体10之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体10构成的整体容纳于箱体20内；当然，电池100也可以是多个电池单体10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20内。电池100还可以包括其他结构，例如，该电池100还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体10之间的电连接。

其中，电池单体10可以为二次电池或一次电池；电池单体10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。

请参照图3，图3为本申请一些实施例提供的电池单体的爆炸图。如图3所示，电池单体10包括外壳1、电极组件2及电极端子3。外壳1用于容纳电极组件2，外壳1可以包括壳体11和端盖12，壳体11具有开口，端盖12封闭开口，端盖12与壳体11共同限定出密闭空间，以将电池单体10的内部环境与外部环境隔绝。

壳体11是用于配合端盖12以形成电池单体10的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电极组件、电解液以及其他部件。壳体11和端盖12可以是独立的部件。壳体11可以是多种尺寸的。壳体11的材质包括但不限于铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等。

端盖12是指盖合于壳体11的开口处以将电池单体10的内部环境隔绝于外部环境的部件。端盖12可以通过焊接或卷封的方式连接于壳体11，以封闭壳体11的开口。不限地，端盖12的形状可以与壳体11的形状相适应以配合壳体。比如，壳体11为长方体结构，端盖12为与外壳1相适配的矩形板状结构。可选地，端盖12可以由具有一定硬度和强度的材质(如铝合金)制成，这样，端盖12在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体10能够具备更高的结构强度，可靠性也可以有所提高。端盖12上可以设置有如电极端子3等的功能性部件。电极端子3可以用于与电极组件2电连接，以用于输出或输入电池单体的电能。端盖12的材质包括但不限于铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等。在一些实施例中，在端盖12的内侧还可以设置有绝缘结构，绝缘结构可以用于隔离壳体内的电连接部件与端盖，以降低短路的风险。示例性的，绝缘结构可以是塑料、橡胶等。

电极组件2是电池单体10中发生电化学反应的部件。外壳1内可以包含一个或更多个电极组件2。电极组件2主要由正极极片和负极极片卷绕或层叠放置形成，并且通常在正极极片与负极极片之间设有隔离膜，隔离膜用于分隔正极极片和负极极片，以一定程度上降低正极极片和负极极片内接短路的可能性。正极极片和负极极片具有活性物质的部分构成电极组件的主体部，正极极片和负极极片不具有活性物质的部分各自构成极耳。正极极耳和负极极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳连接电极端子以形成电流回路。

电极端子3可以设置于端盖12上，电极端子3用于与电极组件2的极耳电连接，以输出电池单体的电能。电极端子3与极耳可以直接连接，比如，电极端子与极耳直接焊接。电极端子与极耳也可以间接连接，比如，电极端子与极耳通过集流构件间接连接。集流构件可以是金属导体，比如，铜、铁、铝、钢、铝合金等。

请参照图4、图5、图6和图7，图4为本申请一些实施例提供的外壳的结构示意图，图5为图4外壳上的注液孔俯视方向的放大示意图，图6为本申请另一些实施例提供的外壳的结构示意图，图7为本申请又一些实施例提供的外壳的结构示意图。

本申请实施例提供一种外壳，外壳1呈长方体，外壳1在其高度方向上具有第一壁，第一壁设有至少一个注液孔121，至少一个注液孔121的总面积为S1，第一壁沿高度方向的投影面积为S2，满足：2.1％≤S1/S2≤5.1％。示例性的，S1/S2可以为2.1％、2.6％、3.3％、3.8％、4.5％、5.1％等。

外壳1是具有容纳电池单体10的电极组件2的壳结构。外壳1也可以包括壳体11和端盖12。在实际的生产过程中，壳体11和端盖12是分别提供的，并在后续过程中将壳体11和端盖12组装在一起。

外壳1在其高度方向Z上具有第一壁，注液孔121设置于第一壁上，注液孔121连通外壳1的内部腔室，用于向外壳1中注入电解液，在电池化成时注液孔121用作电池化成过程中产生气体的排出通道。

第一壁上的注液孔121可以为一个，也可以为多个。至少一个注液孔121的总面积即为所有注液孔121的总面积。若注液孔121为一个，至少一个注液孔121的总面积即为该一个注液孔121的面积。若注液孔121为多个，至少一个注液孔121的总面积即为多个注液孔121的面积之和。

需要说明的是，通常注液孔121的形状为阶梯孔结构，注液孔121的面积可以理解为注液孔121的最小通径处的面积。若注液孔121的数量为n，注液孔121的直径为d，则第一壁上注液孔121的总面积S1可以表示为n*π*(d/2)²。

若外壳1在长度方向X上的尺寸为a，外壳1在宽度方向Y上的尺寸为b，外壳1在高度方向Z上的尺寸为h，则第一壁沿高度方向Z的投影面积S2可以表示为a*b。

在外壳1设计时，需要考虑使化成产生的气体排出的总路径和较小。若气体排出的总路径和越小，化成后气体残留量也越小，电芯界面越好。外壳1第一壁上的注液孔121的总面积S1与第一壁沿高度方向的投影面积S2的比值S1/S2逐渐增大时，电池单体10化成后内部的气体残留量会呈减小的趋势。

通过将S1/S2的比值设置为2.1％～5.1％，可以提高电池单体10在化成过程中的排气能力，减少化成后电池单体10内部的气体残留量，改善电芯界面黑斑与容量偏低的问题，从而有利于提高电池单体10的质量。若S1/S2小于2.1％，则化成时排气困难，容易造成电芯界面黑斑。若S1/S2大于5.1％，则加工较困难，注液孔121尺寸较大时，化成后注液孔121的密封钉难以焊接，容易产生毛刺；注液孔121较多时加工成本高，整体可靠性变差。

需要说明的是，经过气体双相流仿真与电化学仿真，结合实验界面拆解，当化成后电池单体10内部的气体残留量≤5.4％时，通常可满足化成时间与化成界面，同时电芯容量达到设计值。气体残留量是指化成后电池单体10内部留存的气体占外壳1总体积的比值。以长方体外壳为例，外壳1总体积可以表示为a*b*h。实际测试时，可以通过对化成后电池单体10进行超声扫描得出气体分布图，根据气体分布图进行积分计算得到气体量，再用气体量除以外壳1总体积得到气体残留量。

在一些实施例中，2.6％≤S1/S2≤3.8％。通过将S1/S2的比值可以选为2.6％～3.8％，可以使得电池单体10的化成排气能力与加工制造更加平衡，即在满足电池单体10化成排气需求的同时，又具有良好的加工制造能力。

在一些实施例中，外壳1的长度为a，外壳1的高度为h，满足：0.5≤a/h≤0.8。示例性的，a/h可以为0.5、0.6、0.7、0.8等。

外壳1的长度即为外壳1在长度方向X上的尺寸，外壳1的厚度即为外壳1在宽度方向Y上的尺寸，外壳1的高度即为外壳1在高度方向Z上的尺寸。

通常电池单体的外壳厚度一般在10cm之内。在不考虑电芯厚度影响的情况下，电池单体10的外壳1长度越大，能够容纳的电芯越长，电芯容量也越大，化成时产气量也就越大。电池单体10的外壳1高度很小的时候，能够容纳的电芯越矮，相应的电池容量低，机械件比重高，能量密度不足。

电池单体10的外壳1高度越大，能够容纳的电芯越高，电芯容量相应越大，但是电芯底部产生的气体运动到注液孔121的路径越长，相当于排气路径越长，排气的效果也越差，化成后电池内部越容易有气体残留。通过将外壳1的长度与高度的比值a/h设置在0.5～0.8，可以使得气体排出的总路径和较小，化成后电池单体10内部的气体残留量较少，电芯界面也无黑斑，化成后电池容量也正常。当a/h小于0.5时，电池高度较大，气体排出路径较长，排气效果较差。当a/h大于0.8时，电池高度较小，电池的设计容量低，机械件比重高，能量密度不足。

在一些实施例中，0.65≤a/h≤0.75。通过将a/h的比值可以选为0.65～0.75，可以对电池单体10的化成排气能力进一步优化，从而进一步减少化成后电池单体10内部的气体残留量。

在一些实施例中，注液孔121的数量为n，满足：n≥a/85mm。注液孔121的数量越多，有利于化成时排气。当电池单体10的外壳1过长时仅有一个注液孔121，也会造成排气困难，因此注液孔121的数量与电池单体10的外壳1长度具有一定的关系。经过气体双相流仿真与电化学仿真，结合实验界面拆解，当电池单体10化成后内部的气体残留量≤5.4％时，可满足化成时间与化成界面，基于此要求每85mm有一个排气口，以更快地排出化成产气。

在一些实施例中，注液孔121的数量有多个时，多个注液孔121沿外壳1的长度方向X间隔设置。通过将多个注液孔121沿外壳1的长度方向间隔设置，这样设置有利于整个电芯长度方向的产气的排出，使得电池单体10内部各处产生的气体排出路径合理。

在一些实施例中，相邻的两个注液孔121间距为c，满足：80mm≤c≤120mm。示例性的，两个注液孔121的间距c可以为80mm、90mm、100mm、110mm、120mm等。

化成时产生的气体在向上的运动中更倾向于向外壳1长度方向两侧的方向聚集，通过将多个注液孔121的间距在80mm～120mm，排气速率更快，化成后电芯残留的气泡尺寸更小，更加有利于改善电芯界面的问题。若注液孔121间距太小，气体总的排气路径会边长，这样也不利于排气。

在一些实施例中，注液孔121的直径为d，满足：4mm≤d≤16mm。示例性的，注液孔121直径d可以为4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm等。

注液孔121的大小不仅影响注液，还会影响化成时排气，同时还会影响加工的稳定性与优率，以及顶盖的机械强度。注液孔121越大，排气速率越快，化成后气体残留量越小。当注液孔121的直径小于4mm时，既不利于注液操作，又影响化成时排气速度。当注液孔121的直径大于16mm时，不利于后期在注液孔121上焊接密封钉。通过将注液孔121的直径设置为4mm～16mm，既满足注液操作以及化成排气，同时兼顾了加工的稳定性与优率，以及外壳1的机械强度。

在一些实施例中，10mm≤d≤14mm。通过将注液孔121的直径可以选为10mm～14mm，能够进一步优化注液能力以及化成排气能力，同时提升焊接加工的稳定性与优率，以及改善外壳1的机械强度。

请参照图8和图9，图8为本申请再一些实施例提供的外壳的结构示意图。图9为本申请图8中提供的壳体的结构示意图。在一些实施例中，外壳1包括壳体11和端盖12，壳体11包括底壁112和侧壁111，侧壁111围设于底壁112的周围，侧壁111的一端与底壁112连接，另一端围成开口，端盖12用于封闭开口，第一壁可以为端盖12或底壁112。

侧壁111是与电池单体10的高度方向相平行的壁部。底壁112是与电池单体10的高度方向相垂直的壁部。底壁112一般位于电池单体10的底部。一般来说，底壁112是主要对电池单体10的电极组件2起到支撑作用的壁部。以外壳1为中空的长方体结构为例，其侧壁111具有沿长度方向X相对设置的两个第一侧面1111，以及沿宽度方向Y相对设置的两个第二侧面1112，侧壁111与底壁112连接，且围设于底壁112的周围，以与底壁112共同围合形成壳体11开口。

由于第一壁可以为外壳1的端盖12或者是底壁112，也即是注液孔121可以设置在外壳1的端盖12或者底壁112上皆可。

本申请实施例还提供了一种电池单体10，包括上述的外壳1和电极组件2，电极组件2容纳于外壳1内。

本申请实施例还提供了一种电池100，包括上述的电池单体10。

本申请实施例还提供了一种用电设备，包括上述的电池单体10，电池单体10用于为用电设备提供电能。

接下来参照下面的示例更详细地描述一个或多个实施例。当然，这些示例并不限制一个或多个实施例的范围。

实施例1

电池单体的外壳的长度a为0.15m，宽度b为0.02m，高度h为0.215m，注液孔的直径d为0.009m，注液孔的数量n为1个。化成后测试电池单体内部气体残留量的占比和电池容量情况。

电池容量测试时，在常温(25℃)下以0.33C倍率恒流充电至充电终止电压，再恒压充电至0.05C；测得充电容量Ec0，使用Ec0除以电池正极活性物质质量，即可得到充电容量。

取上述已完成充电的电池，以0.33C倍率恒流放电至放电终止电压，测得放电容量为Ed0。使用Ed0除以电池正极活性物质质量，即可得到放电容量。

上述充电容量和放电容量的测试各重复5次，取平均值即可得到测试的电池容量。将实际的电池容量与电池容量设计值相比较，假如电池容量设计值是100％，评估实际的电池容量能够做到多少。需要说明的是，以下表格中的容量值是以设计容量最小值为100％。

气体残留量是指化成后电池单体10内部留存的气体占外壳1总体积的比值。以长方体外壳为例，外壳1总体积可以表示为a*b*h。实际测试时，可以通过对化成后电池单体10进行超声扫描得出气体分布图，根据气体分布图进行积分计算得到气体量，再用气体量除以外壳1总体积得到气体残留量。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，注液孔的直径d为0.01m。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，注液孔的直径d为0.012m。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于，注液孔的直径d为0.014m。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，注液孔的直径d为0.003m。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于，注液孔的直径d为0.005m。

对比例3

对比例3与实施例1的区别在于，注液孔的直径d为0.008m。

其中，实施例1至实施例4以及对比例1至对比例3中所涉及实验参数及测试结果请参见表1。

表1

需要说明的是，表格中的设计值100％是指电池单体容量设计值为100％，电池容量最小值为电池单体容量实际值，在电池单体制造完成出厂时，电池单体容量实际值是要求大于100％。

由表1可知，在其他实验参数相同的情况下，通过改变注液孔的直径来调整S1/S2的比值。实施例1至实施例4中随着S1/S2逐渐增大时，即注液孔的直径增大，排气能力增强，电池单体10化成后内部的气体残留量呈减小的趋势。当S1/S2的比值为2.1％～5.1％，可以使化成后电池单体10内部的气体残留量满足要求，同时电池容量满足设计要求，可以改善电芯界面黑斑与容量偏低的问题，从而有利于提高电池单体10的质量。对比例1至对比例3中S1/S2小于2.1％，则化成时排气困难，气体残留量超标，容易造成电芯界面黑斑，同时电池容量偏低。若S1/S2大于5.1％，则加工较困难，此时注液孔121尺寸较大，化成后注液孔121的密封钉难以焊接，容易产生毛刺。

实施例5

电池单体的外壳的长度a为0.15m，宽度b为0.02m，高度h为0.298m，注液孔的直径d为0.01m，注液孔的数量n为1个。化成后测试电池单体内部气体残留量的占比和电池容量情况。

实施例6

实施例6与实施例5的区别在于，外壳的高度h为0.215m。

实施例7

实施例7与实施例5的区别在于，外壳的高度h为0.187m。

对比例4

对比例4与实施例5的区别在于，外壳的高度h为0.375m。

其中，实施例5至实施例7以及对比例4中所涉及实验参数及测试结果请参见表2。

表2

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由表2可知，在其他实验参数相同的情况下，将外壳1的长度与高度的比值a/h设置在0.5～0.8，可以使得气体排出的总路径和较小，化成后电池单体10内部的气体残留量较少，化成后电池容量也正常。当a/h小于0.5时，电池高度大，气体排出路径较长，排气效果较差。当a/h大于0.8时，电池高度小，排气路径短，气体残留量少，但是电池的设计容量低，机械件比重高，能量密度不足。

实施例8

电池单体的外壳的长度a为0.3m，宽度b为0.02m，高度h为0.19m，注液孔的直径d为0.01m，注液孔的数量n为3个。化成后测试电池单体内部气体残留量的占比和电池容量情况。

实施例9

实施例9与实施例8的区别在于，注液孔的数量n为2个。

对比例5

对比例5与实施例8的区别在于，注液孔的数量n为1个。

其中，实施例8和实施例9以及对比例5中所涉及实验参数及测试结果请参见表3。

表3

由表3可知，在其他实验参数相同的情况下，注液孔121的数量越多，有利于化成时排气。化成后电池单体10内部的气体残留量较少，化成后电池容量也正常。但是在注液孔121的数量较多时，加工成本高，整体可靠性也会变差。

综合以上可知，在大产气电池的外壳设计时，通过优化S1/S2的比值、a/h的比值、注液孔的直径d及注液孔的数量n等参数，可以改善电池单体10在化成过程中的排气能力，减少化成后电池单体10内部的气体残留量，改善电芯界面黑斑与容量偏低的问题，有利于提高电池单体10的质量。

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 (12)

1.一种外壳，用于电池单体，其特征在于，所述外壳呈长方体，所述外壳在其高度方向上具有第一壁，所述第一壁设有至少一个注液孔，所述至少一个注液孔的总面积为S1，所述第一壁沿所述高度方向的投影面积为S2，满足：2.1％≤S1/S2≤5.1％。

2.根据权利要求1所述的外壳，其特征在于，2.6％≤S1/S2≤3.8％。

3.根据权利要求1或2所述的外壳，其特征在于，所述外壳的长度为a，所述外壳的高度为h，满足：0.5≤a/h≤0.8。

4.根据权利要求3所述的外壳，其特征在于，0.65≤a/h≤0.75。

5.根据权利要求3所述的外壳，其特征在于，所述注液孔的数量为n，满足：n≥a/85mm。

6.根据权利要求1或2所述的外壳，其特征在于，所述注液孔的数量有多个时，多个所述注液孔沿所述外壳的长度方向间隔设置。

7.根据权利要求1或2所述的外壳，其特征在于，所述注液孔的直径为d，满足：4mm≤d≤16mm。

8.根据权利要求7所述的外壳，其特征在于，10mm≤d≤14mm。

9.根据权利要求1或2所述的外壳，其特征在于，所述外壳包括壳体和端盖，所述壳体包括底壁和侧壁，所述侧壁围设于所述底壁的周围，所述侧壁的一端与所述底壁连接，另一端围成开口，所述端盖用于封闭所述开口，所述第一壁为所述端盖或所述底壁。

10.一种电池单体，其特征在于，包括：

如权利要求1-9任一项所述的外壳；

电极组件，容纳于所述外壳内。

11.一种电池，其特征在于，包括如权利要求10所述的电池单体。

12.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求10所述的电池单体，所述电池单体用于为所述用电设备提供电能。