CN220209101U - 电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电池单体、电池及用电装置，该电池单体，包括：外壳，外壳包括第一壁；泄压机构，设置于第一壁；其中，泄压机构的爆破压力为P1，外壳的爆破压力为P2，满足，P2≥1.7MPa，P2＞P1。本申请技术方案中，将外壳的爆破压力P2设计在1.7MPa及以上，可大幅度提高外壳的抗压强度，这样的设计可在有效提高电池单体从泄压机构处定向泄压的稳定性的同时，降低外壳随泄压机构泄压而爆破的风险，从而有效提高电池单体的结构稳定性和安全性。

Description

电池单体、电池及用电装置
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2022年09月22日提交的名称为“电池单体、电池及用电装置”、申请号为PCT/CN2022/120618的国际申请的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体而言，特别是涉及一种电池单体、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。
在电池技术的发展中，如何提高电池的结构稳定性和安全性，是电池技术一个亟需解决的技术问题。
实用新型内容
本申请提供一种电池单体、电池及用电装置，该电池单体能够有效提高其结构稳定性和安全性。
第一方面，本申请提供了一种电池单体，包括：外壳，外壳包括第一壁；泄压机构，设置于第一壁；其中，泄压机构的爆破压力为P1，外壳的爆破压力为P2，满足，P2≥1.7MPa，P2＞P1。
本申请技术方案中，电池单体的外壳上设置有泄压机构，当电池单体发生热失控时，热失控释放的能量及失控排放物可以经泄压机构排出。然而，随着电池系统能量密度的提升，电池单体发生热失控时的失控功率显著增加，热失控释放的能量及失控排放物会在极短的时间内释放，如果电池单体的外壳的耐气压强度不足，则失控排放物会从非泄压机构区域排放，从而造成外壳破损严重、排放物无规律排放等问题，影响电池的结构稳定性和使用安全性。并且，电池单体从非泄压机构区域泄压，容易导致电池系统层级防护失效，从而造成更大的安全隐患。而本申请的技术方案中，电池单体的外壳的爆破压力P2大于泄压机构的爆破压力P1，同时，将外壳的爆破压力P2设计在1.7MPa及以上，可大幅度提高外壳的抗压强度，这样的设计可在有效提高电池单体从泄压机构处定向泄压的稳定性的同时，降低外壳随泄压机构泄压而爆破的风险，从而有效提高电池单体的结构稳定性和安全性。
根据本申请的一些实施例，P2/P1≥1.35。
上述技术方案中，外壳的爆破压力P2与泄压机构的爆破压力P1的比值大于等于1.35。如果P2与P1的比值过小(即P1趋于P2)，则电池单体热失控时，泄压机构动作后，外壳容易紧随泄压机构爆破，从而使电池失效。而将P2与P1的比值设计在1.35及以上，可使得泄压机构压力与外壳耐压值之间存在一定的安全裕度，以提高泄压机构先于外壳爆破的稳定性，并进一步降低外壳跟随泄压机构爆破失效的风险，有效提高电池单体的结构稳定性和安全性。
根据本申请的一些实施例，P2-P1≥0.4MPa。
上述技术方案中，外壳的爆破压力P2与泄压机构的爆破压力P1的差值大于等于0.4MPa。如果P2与P1的差值过小(即P1趋于P2)，则电池单体热失控时，泄压机构动作后，外壳容易紧随泄压机构爆破从而使电池失效。而将P2与P1的差值设计在0.4MPa及以上，可进一步保证泄压机构压力与外壳耐压值之间的安全裕度，提高泄压机构先于外壳爆破的稳定性，并进一步降低外壳跟随泄压机构爆破失效的风险，有效提高电池单体的结构稳定性和安全性。
根据本申请的一些实施例，0.5MPa≤P1≤1.3MPa。
上述技术方案中，泄压机构的爆破压力P1设计在0.5MPa至1.3MPa之间。如果P1设计过小，容易造成正常使用中的电池单体的泄压机构提前动作，影响电池单体的使用寿命；如果P1设计过大，则会对外壳的抗压强度要求过高，同时不满足电池单体的泄压需求。而将P1设计在0.5MPa至1.3MPa之间，可有效满足电池单体的泄压需求。
根据本申请的一些实施例，外壳包括壳体和端盖，壳体具有开口，端盖封闭开口。
上述技术方案中，外壳包括壳体和端盖，外壳的分体结构设计便于电池单体的成组。将外壳的非泄压机构区域(包括端盖本身、壳体本身以及壳体与端盖的连接处)的爆破压力值设计在1.7MPa以上，可有效保证电池单体发生热失控时壳体与端盖的连接处的连接稳定性以及整体外壳的耐压稳定性。
根据本申请的一些实施例，端盖为长方形板，端盖的宽度为W，满足，W≤40mm。
上述技术方案中，端盖的宽度越宽，则在电池单体发生热失控致使端盖受力时，端盖的抗变形性能越差，端盖越容易发生受力变形，端盖变形会直接影响端盖与壳体的连接稳定性，从而降低端盖与壳体的连接处的耐压强度。将端盖的宽度设计为40mm及以下，可有效保证端盖的抗变形性能，从而有效提高壳体与端盖连接处的耐压强度。
根据本申请的一些实施例，端盖为长方形板，端盖的长度为L，满足，L≤1200mm。
上述技术方案中，端盖的长度越长，则在电池单体发生热失控致使端盖受力时，端盖的抗变形性能越差，端盖越容易发生受力变形，端盖变形会直接影响端盖与壳体的连接稳定性，从而降低端盖与壳体的连接处的耐压强度。将端盖的长度设计为1200mm及以下，可有效保证端盖的抗变形性能，从而有效提高壳体与端盖连接处的耐压强度。
根据本申请的一些实施例，端盖的厚度为H1，满足，1mm≤H1≤5mm。
上述技术方案中，端盖的最小厚度大于等于1mm，可有效提高端盖本身的抗变形性能，从而有效提高端盖与壳体连接处的耐压强度。端盖的最大厚度小于等于5mm，可在保证端盖本身抗变形性能的同时降低端盖的空间占用率，有利于提高电池单体的能量密度并降低电池单体的整体重量。
根据本申请的一些实施例，端盖为外壳的厚度最大的壁。
上述技术方案中，端盖为外壳的厚度最大的壁，在电池单体成组过程中，端盖通常需要与壳体通过焊接、压接、卷封等方式连接，同时，常会在端盖上安装极柱等组件，端盖的厚度增加，可有效保证端盖的结构强度，从而降低端盖受力变形的风险。
根据本申请的一些实施例，壳体的壁厚为H2，满足，0.2mm＜H2≤3mm。
上述技术方案中，壳体的各个壁部的最小厚度大于0.2mm，可有效提高壳体的抗变形性能，从而有效提高端盖与壳体连接处的耐压强度和壳体整体的耐压强度。壳体的厚度小于等于3mm，可在保证壳体抗变形性能的同时降低壳体的空间占用率，有利于提高电池单体的能量密度并降低电池单体的整体重量。
根据本申请的一些实施例，第一壁为端盖。
上述技术方案中，泄压机构可以设置在端盖上，便于电池单体的生产组装。电池单体热失控时，外壳内的气体朝向泄压机构流动，端盖以及端盖和壳体的连接处承受较大压力，将整体外壳的爆破压力值设计在1.7MPa及以上，可有效保证端盖和壳体连接处的抗压强度，从而有效提高外壳的结构稳定性和安全性。
根据本申请的一些实施例，端盖与壳体焊接，端盖与壳体焊接处的有效熔深为D，满足，D≥200μm。
上述技术方案中，端盖与壳体焊接，可有效保证端盖与壳体的连接稳定性，从而有效提高端盖与壳体连接处的耐压强度；端盖的有效熔深大于等于200μm，可进一步提高端盖与壳体连接处的耐压强度，从而提高外壳的耐压强度。
根据本申请的一些实施例，D≤2000μm。
上述技术方案中，将端盖和壳体的焊接处的有效熔深设计为2000μm以下，可避免因熔深需求过大而增加端盖厚度的问题，从而避免因端盖过厚而影响电池单体能量密度。
根据本申请的一些实施例，所述电池单体还包括极柱，所述外壳包括第二壁，所述极柱设置于所述第二壁。
上述技术方案中，泄压机构设置于外壳的第一壁，极柱设置于外壳的第二壁，泄压机构和极柱异面设置，可减小经泄压机构排出的高温排放物影响极柱结构稳定性的可能性，从而进一步提高电池单体的可靠性。
根据本申请的一些实施例，所述外壳包括壳体和端盖，所述壳体具有开口，所述端盖封闭所述开口，所述第二壁为所述端盖，所述壳体包括所述第一壁。
上述技术方案中，泄压机构设置于壳体，极柱设置于端盖。
根据本申请的一些实施例，电池单体的体积能量密度为T1，满足，T1≥600Wh/L。
上述技术方案中，将外壳的爆破压力P2设计为大于等于1.7MPa，可应用于体积能量密度大于等于600Wh/L的高能量密度的电池单体，外壳的爆破压力P2大于等于1.7MPa，可有效降低因高能量密度电池单体热失控时释放能量大造成的高温高压气体冲破外壳的非泄压机构区域的风险。
根据本申请的一些实施例，T1≤1200Wh/L。
上述技术方案中，将爆破压力大于等于1.7MPa的外壳应用于体积能量密度小于等于1200Wh/L的电池单体，可进一步有效提高电池单体的结构稳定性。
根据本申请的一些实施例，电池的重量能量密度为T2，满足，T2≥220Wh/Kg。
上述技术方案中，将外壳的爆破压力P2设计为大于等于1.7MPa，可应用于重量能量密度大于等于220Wh/Kg的高能量密度的电池单体，外壳的爆破压力P2大于等于1.7MPa，可有效降低因高能量密度电池单体热失控时释放能量大造成的高温高压气体冲破外壳的非泄压机构区域的风险。
根据本申请的一些实施例，T2≤500Wh/Kg。
上述技术方案中，将爆破压力大于等于1.7MPa的外壳应用于体积能量密度小于等于500Wh/Kg的电池单体，可进一步有效提高电池单体的结构稳定性。
根据本申请的一些实施例，外壳为金属件。
上述技术方案中，外壳为金属件，金属材质的外壳相较于塑料或其他材质的外壳的结构刚度强、抗变形性能突出且耐高温性能好，可进一步提高电池单体的结构稳定性。
第二方面，本申请提供了一种电池，包括箱体和如上述任一方案的电池单体，电池单体容置于箱体内。
由于本申请第一方面提供的电池单体具备较高的结构稳定性和安全性，本申请第二方面提供的电池也具备较高的结构稳定性和安全性。
第三方面，本申请提供一种用电装置，包括上述任一方案的电池单体，电池单体用于提供电能。
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为本申请又一些实施例提供的电池单体的爆炸透视图；
图5为本申请一些实施例提供的端盖的结构示意图；
图6为本申请一些实施例提供的壳体的结构示意图；
图7为图6所示的A部分的局部放大图；
图8为端盖与壳体焊接的局部剖面图。
图标：1000-车辆；100-电池；10-电池单体；11-外壳；111-壳体；112-端盖；12-泄压机构；13-电极组件；14-极柱；20-箱体；21-第一部分；22-第二部分；200-控制器；300-马达；X-第一方向；Y-第二方向；Z-第三方向。
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。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。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。
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“多个”指的是两个以上(包括两个)。
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“设置”“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；可以是机械连接，也可以是电连接、信号连接；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。
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，电池单体可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。电池单体呈圆柱形状。
本申请的实施例所提到的电池是指包括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为电池模块、电池包或储能装置(储能装置例如可以为家储、电柜、储能集装箱等)等。其中，多个电池单体之间可以串联、并联或者混联直接组成电池，混联指的是，多个电池单体中既有串联又有并联。多个电池单体也可以先串联、并联或者混联组成电池单体组，多个电池单体组再串联、并联或者混联组成电池。电池可以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。
电池单体包括外壳、电极组件及电解液。电极组件和电解液设置于电池的外壳内，外壳为电极组件、电解液提供容置空间。
电池单体还包括泄压机构，泄压机构是泄放电池单体内部压力或温度的元件或部件，泄压机构可以采用诸如防爆阀、气阀、泄压阀、安全阀、在外壳上设置的刻痕等形式。
提升电池的结构稳定性和安全性是目前电池产业发展的一个重要方向，发明人注意到，在电池单体发生热失控时，电池的结构及组件容易遭到大面积破坏，进而极易引发安全事故。
发明人分析其原因发现，随着电池系统能量密度的提升，电池单体发生热失控时的失控能量显著增加，热失控释放的能量及失控排放物会在极短的时间内释放，失控排放物容易造成外壳在例如外壳厚度较薄的位置、外壳的各壁的连接处等强度较弱的位置发生破损，失控排放物会从非泄压机构区域排放。而造成外壳破损的原因主要包括：(1)发生热失控时，高压失控排放物容易冲破外壳而造成外壳破损；(2)发生热失控后，外壳容易被高温失控排放物熔破。而外壳破损容易引发电池失效和安全隐患：(1)外壳内的电极组件等组成物容易从外壳的破口无规律飞出，致使电池系统失效；(2)外壳结构的破坏会引起电池系统的汇流部件等组件发生位置改变，从而引发高压电连接短路，同时，部分失控排放物会直接喷向电池的部分易损零部件，导致电池系统失效，严重影响电池的结构稳定性和使用安全性。
基于以上原因，为了解决电池单体热失控时，外壳的非泄压机构区域容易被高压失控排放物冲破而造成外壳破损，进而影响电池结构稳定性和安全性的问题，本申请发明人经过深入研究和试验，设计了一种电池单体，电池单体包括外壳和设置在外壳上的泄压机构，泄压机构的爆破压力为P1，外壳的爆破压力为P2，P2≥1.7MPa且P2＞P1。
本申请技术方案中，将外壳的爆破压力P2设计在1.7MPa及以上，可大幅度提高外壳的抗压强度，这样的设计可在有效提高电池单体从泄压机构处定向泄压的稳定性的同时，降低外壳随泄压机构泄压而爆破的风险，从而有效提高电池单体的结构稳定性和安全性。
本申请实施例公开的电池可以但不限用于车辆、船舶、电网或飞行器等用电设备中，可以使用本申请公开的电池形成该用电设备的电源系统。
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。
本申请的实施例描述的电池不仅仅局限适用于上述所描述的用电装置，还可以适用于所有使用电池的用电装置，但为描述简洁，以下实施例以本申请一实施例的一种用电装置为车辆为例进行说明。
请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆1000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。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。
在其他一些实施例中，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。
如图2所示，图2示出的是本申请一些实施例提供的电池100的爆炸图，电池100包括多个电池单体10和箱体20，多个电池单体10排列于箱体20内。箱体20包括第一部分21和第二部分22，第一部分21和第二部分22相互盖合后形成容纳腔，多个电池单体10放置于电池腔内。其中，第一部分21和第二部分22的形状可以根据多个电池模块组合的形状而定，第一部分21和第二部分22可以均具有一个开口。例如，第一部分21和第二部分22均可以为中空长方体且各自只有一个面为开口面，第一部分21和第二部分22的开口相对设置，并且第一部分21和第二部分22相互扣合形成具有封闭的容纳腔的箱体20，或者，第二部分22可以为中空长方体且只有一个面为开口面，第一部分21呈板状，第一部分21扣合于第二部分22的开口面形成具有封闭腔室的箱体20，多个电池单体10相互并联或串联或混联组合后置于第一部分21和第二部分22扣合后形成的箱体20内。
根据本申请的一些实施例，请参照图3，图3为本申请一些实施例提供的电池单体10的爆炸图；本申请一些实施例提供了一种电池单体10，电池单体10包括外壳11和泄压机构12，外壳11包括第一壁，泄压机构12设置于第一壁。其中，泄压机构12的爆破压力为P1，外壳11的爆破压力为P2，满足，P2≥1.7MPa，P2＞P1。
外壳11用于收纳电极组件13，外壳11可以是多种形状，例如，圆柱体、长方体等。外壳11的材质可以为铝壳、钢壳、镁合金壳等等。泄压机构12设置于外壳11的第一壁，第一壁可以是外壳11的任一壁部。
示例性的，如图3所示，外壳11可以为六面体结构，外壳11可以包括与第一壁相邻的第二壁，第二壁为外壳11的面积最大的壁，同时，第一壁的面积可以小于第二壁的面积。也就是说，泄压机构12可以设置在该外壳11的面积较小的壁部。
如前所述，泄压机构12是泄放电池单体10内部压力或温度的元件或部件，泄压机构12可以采用诸如防爆阀、气阀、泄压阀、安全阀、在外壳11上设置的刻痕等形式。以泄压机构12有薄弱部为例，当电池单体10的内部压力达到阈值时，泄压机构12中设有的薄弱部被破坏，从而形成可供电池单体10内部压力或温度泄放的开口或通道，以释放电池单体10的内部压力。
泄压机构12的爆破压力P1是指泄压机构12的薄弱部爆破时所承受的外壳11内部的最大压力值。
外壳11的爆破压力P2是指外壳11的非泄压机构12区域爆破时所承受的外壳11内部的最大压力值。
可以理解的是，P2可以为1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2.0MPa、2.5MPa、3MPa等任意大于等于1.7MPa的数值。
电池单体10的P1和P2可以采用以下测试方法获得：
(1)采用夹具等结构约束电池单体10，使其受力状态与电池单体10在电池系统内的状态尽量等效；
(2)使用钻机等工具在电池单体10的外壳11的表面形成一个开孔(当外壳11包括壳体111和端盖112时，开孔可以开在端盖112上)，将气管穿过开孔插入电池单体10内部，使用结构胶或其他密封材料将气管与外壳11密封，确保气管与外壳11之间密封良好，不会发生漏气；
(3)通过气管向外壳11内加压，调节流量阀控制加压速度，使气体缓慢充入外壳11内部，直至外壳11或泄压机构12的薄弱部破坏，记录此时的压力值，如果爆破的位置是外壳11的非泄压机构区域，则该压力值为外壳11的爆破压力值P2，如果爆破的是泄压机构12的薄弱部，则该压力值为泄压机构12的爆破压力值P1；
(4)如果首先爆破的区域为泄压机构12的薄弱部，则采用金属片或结构胶等材料将泄压机构12重新密封或封堵(比如，采用金属片焊接于外壳11，金属片完全覆盖泄压机构12并封堵泄压机构12)；
(5)通过气管向外壳11内继续加压，调节流量阀控制加压速度，使气体继续充入外壳11内部，直至外壳11爆破，记录此时的压力值，该压力值即为外壳11的爆破压力值P2。
为了测试P2对电池单体10发生热失控时的结构稳定性的影响，进行了如下测试：
测试条件：取安装有P1为1.1MPa的泄压机构12的多个电池单体10，多个电池单体10的外壳11的爆破压力值P2从1.1至2.3等差取值，结果如下表所示。
表1 P2对电池单体10发生热失控时的结构稳定性的影响测试结果
P1(MPa) P2(MPa) 发生热失控时仅泄压机构的薄弱部爆破
1.1 1.1 否
1.1 1.2 否
1.1 1.3 否
1.1 1.4 否
1.1 1.5 否
1.1 1.6 否
1.1 1.7 是
1.1 1.8 是
1.1 1.9 是
1.1 2.0 是
由上述的测试结果可知，电池单体10的外壳11的爆破压力值P2大于等于1.7MPa时，电池单体10的泄压机构12爆破后，外壳11能够处于比较稳定的状态，当电池单体10的外壳11的爆破压力值P2小于1.7MPa时，电池单体10的外壳11容易紧随泄压机构12发生爆破，电池单体10的结构稳定性和定向泄压的稳定性差。
本申请将外壳11的爆破压力P2设计在1.7MPa及以上，可大幅度提高外壳11的抗压强度，这样的设计可在有效提高电池单体10从泄压机构12处定向泄压的稳定性的同时，降低外壳11随泄压机构12泄压而爆破的风险，从而有效提高电池单体10的结构稳定性和安全性。
根据本申请的一些实施例，P2/P1≥1.35。
具体而言，P2与P1的比值可以是1.35、1.36、1.38、1.4、1.5、1.8、2等任意大于等于1.35的数值。
在一些实施例中，P2与P1的比值可以大于1.4。示例性的，P2与P1的比值可以等于1.5。
如果P2与P1的比值过小(即P1趋于P2)，则当电池单体10热失控时，泄压机构12动作后，外壳11容易紧随泄压机构12爆破，从而使电池失效。而将P2与P1的比值设计在1.35及以上，可使得泄压机构12压力与外壳11耐压值之间存在一定的安全裕度，以提高泄压机构12先于外壳11爆破的稳定性，并进一步降低外壳11跟随泄压机构12爆破失效的风险，有效提高电池单体10的结构稳定性和安全性。
根据本申请的一些实施例，P2-P1≥0.4MPa。
具体而言，P2与P1的差值可以是0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.8MPa、1MPa、2MPa等任意大于等于0.4MPa的数值。示例性的，P2与P1的差值可以等于1.2MPa。
如果P2与P1的差值过小(即P1趋于P2)，则当电池单体10热失控时，泄压机构12动作后，外壳11容易紧随泄压机构12爆破，从而使电池失效。而将P2与P1的差值设计在0.4MPa及以上，可进一步保证泄压机构12压力与外壳11耐压值之间的安全裕度，提高泄压机构12先于外壳11爆破的稳定性，并进一步降低外壳11跟随泄压机构12爆破失效的风险，有效提高电池单体10的结构稳定性和安全性。
在一些实施例中，0.5MPa≤P1≤1.3MPa。
具体而言，P1可以为0.5MPa至1.3MPa之间的任一数值，比如，P1可以为0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa等。
在一些实施例中，P1可以为0.7MPa至1.1MPa之间的任一数值，比如，P1可以为0.72MPa、0.75MPa、0.85MPa、0.92MPa、1.08MPa等。示例性的，P1为1.1MPa。
如果P1设计过小，容易造成电池单体10的泄压机构12提前动作，影响电池单体10使用寿命；如果P1设计过大，则会对外壳11的抗压强度要求过高，同时不满足电池单体10的泄压需求。而将P1设计在0.5MPa至1.3MPa之间，可有效满足电池单体10的泄压需求。
根据本申请的一些实施例，请继续参照图3，外壳11包括壳体111和端盖112，壳体111具有开口。
壳体111可以是一端形成开口的空心结构，壳体111也可以是相对的两端形成开口的空心结构。壳体111的材质可以是多种，例如，铜、铁、铝、钢、铝合金等。端盖112是封闭壳体111的开口以将电池单体10的内部环境与外部环境隔绝的部件。端盖112与壳体111共同限定出用于容纳电极组件、电解液以及其他部件的密封空间。端盖112可以通过焊接或卷封的方式连接于壳体111，以封闭壳体111的开口。端盖112的形状可以与外壳11的形状相适配，例如，壳体111为长方体结构，端盖112为与外壳11相适配的矩形板状结构，再如，壳体111为圆柱体，端盖112为与壳体111相适配的圆形板状结构。端盖112的材质也可以是多种，例如，铜、铁、铝、钢、铝合金等。
在电池单体10中，端盖112可以是一个，也可以是两个。在壳体111为两端形成开口的空心结构的实施例中，端盖112可以对应设置两个，两个端盖112分别封闭壳体111的两个开口，两个端盖112与壳体111共同限定出密封空间。在壳体111为一端开口的空心结构的实施例中，端盖112可以对应设置一个，端盖112封闭壳体111一端的开口，一个端盖112与壳体111共同限定出密封空间。
在一些实施例中，如图3所示，第一壁为端益112，泄压机构12设置在端盖112上。
在又一些实施例中，第一壁是壳体111的任一壁部。如图4所示，图4为本申请又一些实施例提供的电池单体的爆炸透视图，泄压机构12可以设置在壳体111的底部，第一壁为壳体111的底壁，第一壁与端盖112相对设置。
上述技术方案中，泄压机构设置在壳体111的底壁。电池单体热失控时，能够防止电池单体热失控的排放物直接朝向乘客舱喷出，提高用户使用安全性。
在一些实施例中，如图3所示，电池单体10还包括极柱14，极柱14的一端与容置在外壳11内的电极组件13电连接，极柱14用于引出电池单体10的电能。极柱14通常设有两个，分别为正极极柱和负极极柱，正极极柱和负极极柱可以设置于电池单体10的同一侧，也可以设置于电池单体10的相对两侧。
在一些实施例中，极柱14可以安装在端盖112上，当然，极柱14也可以安装在壳体111上。
在一些实施例中，外壳11包括第二壁，极柱14设置于第二壁。可以理解的是，第二壁可以是外壳的任一一个与第一壁相区别的壁部。泄压机构12设置于第一壁，极柱14设置于第二壁，泄压机构和极柱异面设置，可减小经泄压机构12排出的高温排放物影响极柱结构稳定性的可能性，从而进一步提高电池单体的可靠性。
基于“外壳11包括壳体111和端盖112，壳体111具有开口，端盖112封闭该开口”的实施形式，其中，第二壁可以为端盖112，壳体111包括第一壁。也就是说，极柱14可以设置于端盖112，泄压机构12可以设置于壳体111。
当然，在其他一些实施例中，端盖112可以为第一壁，壳体111包括第二壁，即泄压机构12可以设置于端盖112，极柱14可以设置于壳体111。
端盖112可以通过焊接或卷封等方式连接于壳体111。
可以理解的是，外壳11包括壳体111和与壳体111连接的端盖112，则P2是指端盖112本身、壳体111本身以及端盖112与壳体111连接处的爆破压力值。
将外壳11的非泄压机构区域的爆破压力值设计在1.7MPa以上，可有效保证电池单体10发生热失控时壳体111与端盖112的连接处的连接稳定性以及整体外壳11的耐压稳定性。
根据本申请的一些实施例，请继续参照图3，并进一步参照图5和图6，图5为本申请一些实施例提供的端盖的结构示意图，图6为本申请一些实施例提供的壳体的结构示意图。端盖112为长方形板，端盖112的宽度为W，满足，W≤40mm。具体而言，端盖112的宽度W可以是小于等于40mm且大于0的任一数值，比如，W可以为40mm、38mm、30mm、25mm、10mm、5mm等。
在一些实施例中，端盖112的宽度W可以大于等于5mm且小于等于40mm。
在一些实施例中，如图5和图6所示，电池单体10的厚度H3(电池单体10的厚度方向沿第一方向X延伸)可以是小于等于40mm且大于0的任一数值，比如，H3可以为40mm、38mm、30mm、25mm、10mm、5mm等。
为了测试端盖112的宽度W对P2的影响，进行了如下测试：
测试条件：取安装有P1为1.1MPa的泄压机构12的多个电池单体10，多个电池单体10的外壳11的壳体111和端盖112的厚度均为定值。结果如下表所示。
表2端盖112的宽度W对P2的影响的测试结果
由上述的测试结果可知，P2随端盖112的宽度W的增加而降低，当端盖112的宽度W大于40mm时，外壳11的结构稳定性不满足需求。端盖112的宽度越宽，则在电池单体10发生热失控致使端盖112受力时，端盖112的抗变形性能越差，端盖112越容易发生受力变形，端盖112变形会直接影响端盖112与壳体111的连接稳定性，从而降低端盖112与壳体111的连接处的耐压强度。将端盖112的宽度设计为40mm及以下，可有效保证端盖112的抗变形性能，从而有效提高壳体111与端盖112连接处的耐压强度。
同时，为了保证电池单体10的能量密度和制造可行性，端盖112的宽度W可以大于等于5mm。
在一些实施例中，根据本申请的一些实施例，端盖112为长方形板，端盖112的长度为L，满足，L≤1200mm。
具体而言，端盖112的长度L可以是小于等于1200mm且大于W的任一数值，比如，L可以为1200mm、1000mm、800mm、300mm、80mm、50mm等。
在一些实施例中，端盖112的长度L可以大于等于100mm且小于等于1200mm。
端盖112的长度越长，则在电池单体10发生热失控致使端盖112受力时，端盖112的抗变形性能越差，端盖112越容易发生受力变形，端盖112变形会直接影响端盖112与壳体111的连接稳定性，从而降低端盖112与壳体111的连接处的耐压强度。将端盖112的长度设计为1200mm及以下，可有效保证端盖112的抗变形性能，从而有效提高壳体111与端盖112连接处的耐压强度。同时，为了保证电池单体10的能量密度和制造可行性，端盖112的长度L可以大于等于100mm。
根据本申请的一些实施例，端盖112的厚度为H1，满足，1mm≤H1≤5mm。
具体而言，端盖112的厚度H1可以是大于等于1mm且小于等于5mm的任一数值。比如，H1可以为1m、2mm、3mm、4mm、4.5mm等。
需要说明的是，端盖112可以是等厚设计也可以是不等厚设计，当端盖112为等厚结构时，H1指端盖112的壁厚，即端盖112的壁厚可以为大于等于1mm且小于等于5mm的任一数值，比如，端盖112的壁厚可以是1mm、2mm、3mm、4mm、4.5mm等。当端盖112为不等厚结构时，是指端盖112的最小厚度可以大于等于1mm，端盖112的最大厚度可以小于等于5mm。
特别需要说明的是，此处端盖112的厚度不包括可能设置在端盖112上的各功能区(比如注液孔设置处、极柱安装处、泄压机构12安装处等)的厚度，即H1指端盖112的除功能区以外的厚度。
为了测试端盖112的厚度对P2的影响，进行了如下测试：
测试条件：取安装有P1为1.1MPa的泄压机构12的多个电池单体10，多个电池单体10的外壳11的壳体111的厚度以及端盖112的宽度均为定值。结果如下表所示。
表3端盖112的厚度对P2的影响的测试结果
由上述的测试结果可知，端盖112的厚度小于1mm时，外壳的结构稳定性不满足需求。端盖112的厚度大于5mm时，电池单体10的能量密度降低。端盖112的最小厚度大于等于1mm，可有效提高端盖112本身的抗变形性能，从而有效提高端盖112与壳体111连接处的耐压强度。端盖112的最大厚度小于等于5mm，可在保证端盖112本身抗变形性能的同时降低端盖112的空间占用率，有利于提高电池单体10的能量密度并降低电池单体10的整体重量。
根据本申请的一些实施例，端盖112为外壳11的厚度最大的壁。
具体而言，端盖112的最小厚度大于壳体111的各个壁厚。
在电池单体10成组过程中，端盖112需要与壳体111通过焊接等方式连接，同时，常会在端盖112上安装极柱等组件，端盖112的厚度增加，可有效保证端盖112的结构强度，从而降低端盖112受力变形的风险。
根据本申请的一些实施例，请继续参照图6，并进一步参照图7，图7为图6所示的A部分的局部放大图。壳体111的壁厚为H2，满足，0.2mm＜H2≤3mm。
具体而言，壳体111的任一壁部的厚度H2可以是大于0.2mm且小于等于3mm的任一数值，比如，H2可以为0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm、2mm、3mm等。
需要说明的是，壳体111的各个壁部可以是等厚设计也可以是不等厚设计，当壳体111的各个壁部为等厚结构时，壳体111的厚度最小的壁部的厚度大于0.2mm，同时，壳体111的厚度最大的壁部的厚度应小于等于3mm。
当壳体111的各个壁部为不等厚结构时，壳体111的所有壁部中厚度最小处的厚度可以大于0.2mm，壳体111的所有壁部中厚度最大处的厚度可以小于等于3mm。
特别需要说明的是，此处壳体111的各个壁部的厚度不包括可能设置在壳体111上的各功能区(比如注液孔设置处、极柱安装处、泄压机构12安装处、壳体开口处容纳端盖的台阶、壳体拐角等)的厚度，即H1指壳体111的除功能区以外的厚度。
同时，可以理解的是，壳体111的各个壁部的厚度可以相同也可以不同。
为了测试壳体111的厚度对P2的影响，进行了如下测试：
测试条件：取安装有P1为1.1MPa的泄压机构12的多个电池单体10，多个电池单体10的外壳11的端盖112的厚度以及端盖112的宽度均为定值。结果如下表所示：
表4壳体111的厚度对P2的影响的测试结果
由上述的测试结果可知，壳体111的最小厚度小于0.2mm时，外壳的结构稳定性不满足需求。壳体111的厚度大于3mm时，电池单体10的能量密度降低。壳体111的各个壁部的最小厚度大于0.2mm，可有效提高壳体111的抗变形性能，从而有效提高端盖112与壳体111连接处的耐压强度和壳体111整体的耐压强度。壳体111的厚度小于等于3mm，可在保证壳体111抗变形性能的同时降低壳体111的空间占用率，有利于提高电池单体10的能量密度并降低电池单体10的整体重量。
根据本申请的一些实施例，第一壁为端盖112。
泄压机构12可以设置在端盖112上，便于电池单体10的生产组装。电池单体10热失控时，外壳11内的气体朝向泄压机构12流动，端盖112以及端盖112和壳体111的连接处承受较大压力，将整体外壳11的爆破压力值设计在1.7MPa及以上，可有效保证端盖112和壳体111连接处的抗压强度，从而有效提高外壳11的结构稳定性和安全性。
根据本申请的一些实施例，请再次参照图3并进一步参照图8，图8为端盖与壳体焊接的局部剖面图。端盖112与壳体111焊接，端盖112与壳体111焊接处的有效熔深为D，满足，D≥200μm。
熔深是指母材熔化部的最深位与母材表面之间的距离，母材焊缝熔化的深度。在本实施例中，有效熔深指端盖112的上表面与端盖112和壳体111的焊接熔化部的最深处之间的距离。
D可以为200μm、300μm、400μm、500μm等大于等于200μm的数值。
端盖112与壳体111焊接，可有效保证端盖112与壳体111的连接稳定性，从而有效提高端盖112与壳体111连接处的耐压强度；端盖112和壳体111连接处的有效熔深大于等于200μm，可进一步提高端盖112与壳体111连接处的耐压强度。
根据本申请的一些实施例，D≤2000μm。
具体而言，D可以是大于等于200μm且小于等于2000μm的任意数值，比如，D可以为200μm、500μm、800μm、1000μm、1500μm、2000μm等。
将端盖112的有效熔深设计为2000μm以下，可避免因有效熔深需求过大而增加端盖112厚度的问题，从而避免因端盖112过厚而影响电池单体10的能量密度。
根据本申请的一些实施例，电池单体10的体积能量密度为T1，满足，T1≥600Wh/L。
体积能量密度是指在一定体积物质中储存能量的大小。T1可以是600Wh/L、610Wh/L、620Wh/L、630Wh/L、640Wh/L等。
将外壳11的爆破压力P2设计为大于等于1.7MPa，可应用于体积能量密度大于等于600Wh/L的高能量密度的电池单体10，外壳11的爆破压力P2大于等于1.7MPa，可有效降低因高能量密度电池单体10热失控时释放能量大造成的高温高压气体冲破外壳11的非泄压机构12区域的风险。
根据本申请的一些实施例，T1≤1200Wh/L。
将爆破压力大于等于1.7MPa的外壳11应用于体积能量密度小于等于1200Wh/L的电池单体10，可进一步有效提高电池单体10的结构稳定性。
根据本申请的一些实施例，电池的重量能量密度为T2，满足，T2≥220Wh/Kg。
重量能量密度是指在一定的质量物质中储存能量的大小。T2可以为220Wh/Kg、230Wh/Kg、240Wh/Kg、250Wh/Kg等。
将外壳11的爆破压力P2设计为大于等于1.7MPa，可应用于重量能量密度大于等于220Wh/Kg的高能量密度的电池单体10，外壳11的爆破压力P2大于等于1.7MPa，可有效降低因高能量密度电池单体10热失控时释放能量大造成的高温高压气体冲破外壳11的非泄压机构12区域的风险。
根据本申请的一些实施例，T2≤500Wh/Kg。
将爆破压力大于等于1.7MPa的外壳11应用于体积能量密度小于等于500Wh/Kg的电池单体10，可进一步有效提高电池单体10的结构稳定性。
根据本申请的一些实施例，外壳11为金属件。
如前所述，外壳11可以采用铝、铝合金、钢等金属材质制成。
外壳11为金属件，金属材质的外壳11相较于塑料或其他材质的外壳11的结构刚度强、抗变形性能突出且耐高温性能好，可进一步提高电池单体10的结构稳定性。
本申请一些实施例提供了一种电池，包括箱体和上述任一方案的电池单体10，电池单体10容置于箱体内。
本申请一些实施例提供了一种用电装置，包括上述任一方案的电池单体10，电池单体10用于提供电能。
其中，用电装置可以是前述任一应用电池的设备或系统。
请参照图3至图8，本申请一些实施例提供了一种电池单体10，该电池单体10包括外壳11和泄压机构12，外壳11为金属件，外壳11包括壳体111和端盖112，壳体111具有开口，端盖112封闭开口，壳体111和端盖112焊接。泄压机构12设置于端盖112；其中，泄压机构12的爆破压力为P1，壳体111与端盖112连接处的爆破压力为P2，满足，P2＞P1，P2≥1.7MPa，P2-P1≥0.4MPa，5mm≤W≤40mm，100mm≤L≤1200mm，1mm≤H1≤5mm，0.2mm＜H2≤3mm，200μm≤D≤2000μm，T1≥600Wh/L，T2≥220Wh/Kg。
其中，W为端盖112的宽度，L为端盖112的长度，H1为端盖112的厚度，H2为壳体111的壁厚，在本实施例中，外壳11为六面体结构，壳体111包括沿第一方向X相对设置的两个第一侧壁1111、沿第二方向Y相对设置的两个第二侧壁1112和沿第三方向Z与端盖相对设置的底壁1113，第一方向X、第二方向Y和第三方向Z两两垂直，其中，两个第一侧壁1111为外壳的面积最大的壁部。第一侧壁1111、第二侧壁1112和底壁1113均为等厚设计，且第一侧壁1111、第二侧壁1112和底壁1113的厚度不同，D为端盖112与壳体111焊接处的熔深，T1为电池单体10的体积能量密度，T2为电池单体10的重量能量密度。
表5该实施例的不同尺寸的电池单体10的P2测试结果
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种电池单体，包括：
外壳，所述外壳包括第一壁；
泄压机构，设置于所述第一壁；
其中，所述泄压机构的爆破压力为P1，所述外壳的爆破压力为P2，满足，P2≥1.7MPa，P2＞P1。
2.根据权利要求1所述的电池单体，其中，P2/P1≥1.35。
3.根据权利要求1所述的电池单体，其中，P2-P1≥0.4MPa。
4.根据权利要求1所述的电池单体，其中，0.5MPa≤P1≤1.3MPa。
5.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述外壳包括壳体和端盖，所述壳体具有开口，所述端盖封闭所述开口。
6.根据权利要求5所述的电池单体，其中，所述端盖为长方形板，所述端盖的宽度为W，满足，W≤40mm。
7.根据权利要求5所述的电池单体，其中，所述端盖为长方形板，所述端盖的长度为L，满足，L≤1200mm。
8.根据权利要求5所述的电池单体，其中，所述端盖的厚度为H1，满足，1mm≤H1≤5mm。
9.根据权利要求5所述的电池单体，其中，所述端盖为所述外壳的厚度最大的壁。
10.根据权利要求9所述的电池单体，其中，所述壳体的壁厚的为H2，满足，0.2mm＜H2≤3mm。
11.根据权利要求5所述的电池单体，其中，所述第一壁为所述端盖。
12.根据权利要求5所述的电池单体，其中，所述端盖与所述壳体焊接，所述端盖与所述壳体焊接处的有效熔深为D，满足，D≥200μm。
13.根据权利要求12所述的电池单体，其中，D≤2000μm。
14.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述电池单体还包括极柱，所述外壳包括第二壁，所述极柱设置于所述第二壁。
15.根据权利要求14所述的电池单体，其中，所述外壳包括壳体和端盖，所述壳体具有开口，所述端盖封闭所述开口，所述第二壁为所述端盖，所述壳体包括所述第一壁。
16.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述电池单体的体积能量密度为T1，满足，T1≥600Wh/L。
17.根据权利要求16所述的电池单体，其中，T1≤1200Wh/L。
18.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述电池的重量能量密度为T2，满足，T2≥220Wh/Kg。
19.根据权利要求18所述的电池单体，其中，T2≤500Wh/Kg。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的电池单体，其中，所述外壳为金属件。
21.一种电池，包括箱体和如权利要求1-20中任一项所述的电池单体，所述电池单体容置于所述箱体内。
22.一种用电装置，包括如权利要求1-21中任一项所述的电池单体，所述电池单体用于提供电能。
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