CN220253339U - 电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电池单体，包括外壳及电芯组件，电芯组件包括多个呈三棱柱形的极卷。多个极卷围绕外壳的中心轴的周向分布，故每个极卷的膨胀量并不会在一个方向上叠加。而且，由于多个极卷相抵接，故彼此间的膨胀还能够部分抵消。可见，电芯组件整体的膨胀量可显著减小。进一步的，电芯组件与外壳的形状相匹配，电芯组件的各侧面能够与外壳的各内壁较好的贴合，故外壳的内壁对电芯组件的限制效果较好。而且，棱柱形的电芯组件能够很好地释放膨胀力，且各方向上膨胀的力度较为一致。因此，电芯组件在经过多次充放电后也不易变形，上述电池单体的可靠性较高。此外，本实用新型还提供一种电池及用电装置。

Description

电池单体、电池及用电装置

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，特别涉及一种电池单体、电池及用电装置。

背景技术

锂电池通常包括壳体及电芯组件，电芯组件收容于壳体内。目前，市面上大多数锂电池的电芯组件包括多个极卷。每个极卷均呈扁平状，且多个极卷依次层叠。在锂电池充放电的过程中，极卷中的极片容易发生膨胀。由于多个极卷依次层叠，故每个极卷的膨胀量会在电芯组件的厚度方向叠加，从而导致在电芯组件的厚度方向形成鼓包，进而可能造成电池失效。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种具有较高可靠性的电池单体。

一种电池单体，包括：

外壳，呈中空的棱柱形；及

电芯组件，包括多个呈三棱柱形的极卷，多个所述极卷围绕所述外壳的中心轴的周向分布，且相邻两个所述极卷的侧面相贴合，以使所述电芯组件呈与所述外壳相匹配的棱柱形；

其中，所述电芯组件收容于所述外壳内。

在其中一个实施例中，所述外壳呈正棱柱形。

在其中一个实施例中，每个所述极卷呈正三棱柱形，六个所述极卷构成的所述电芯组件呈正六棱柱形。

在其中一个实施例中，每个所述极卷包括极性相反的第一极片及第二极片，所述第一极片的一侧边缘形成有第一极耳，所述第二极片的另一侧的边缘形成有第二极耳，所述极卷由所述第一极片及所述第二极片卷绕成型。

在其中一个实施例中，所述第一极片包括多个沿所述第一极片的延伸方向依次排列的功能区域，所述功能区域对应于所述极卷的侧面，所述第一极耳设置于所述功能区域的边缘。

在其中一个实施例中，所述第一极片具有靠近所述极卷的中心的起始端及远离所述极卷的中心的末端，在由所述起始端到所述末端的方向上，所述第一极耳的高度逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述第一极耳设置于相互间隔的所述功能区域的边缘。

在其中一个实施例中，所述第一极片具有靠近所述极卷的中心的起始端及远离所述极卷的中心的末端，所述第一极耳设于所述第一极片靠近所述起始端的预设区域之外。

上述电池单体，多个极卷围绕外壳的中心轴的周向分布，故每个极卷的膨胀量并不会在一个方向上叠加。而且，由于多个极卷相抵接，故彼此间的膨胀还能够部分抵消。可见，电芯组件整体的膨胀量可显著减小。进一步的，电芯组件与外壳的形状相匹配，电芯组件的各侧面能够与外壳的各内壁较好的贴合，故外壳的内壁对电芯组件的限制效果较好。而且，棱柱形的电芯组件能够很好地释放膨胀力，且各方向上膨胀的力度较为一致。因此，电芯组件在经过多次充放电后也不易变形，上述电池单体的可靠性较高。

此外，本实用新型还提供一种电池及用电装置。

一种电池，包括多个如上述优选实施例中任一项所述的电池单体。

一种用电装置，包括如上述优选实施例中任一项所述的电池单体或如上述优选实施例所述的电池。

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获得其他的附图。

图1为本实用新型较佳实施例中电池单体的结构示意图；

图2为图1所示电池单体的爆炸图；

图3为图1所示电池单体中电芯组件的结构示意图；

图4为图3所示电芯组件中极卷的结构示意图；

图5为图4所示极卷的横向截面示意图；

图6为图4所示极卷中第一极片的展开示意图；

图7为另一个实施例中第一极片的展开示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，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；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，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本实用新型公开了一种用电装置、电池及电池单体，上述用电装置包括上述电池或上述电池单体，并能够由上述电池或上述电池单体提供电能。其中，上述用电装置可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具、电动工具、储能设备、游乐设备、电梯和升降设备等等。车辆可以是燃油汽车、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；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、电动汽车玩具、电动轮船玩具或电动飞机玩具等等；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等等；储能设备可以是储能墙、基站储能、集装箱储能等等；游乐设备可以是旋转木马、跳楼机等等。本申请对上述用电装置不做特殊限制。

对于新能源汽车而言，上述电池可以作为驱动电源，从而替代化石燃料提供驱动动力。

上述电池可以是电池包或电池模组。当上述电池为电池包时，电池包具体包括电池管理系统(BMS)及多个上述电池单体。多个电池单体之间可通过串联、并联或者串联与并联混合的方式电连接，并与电池管理系统进行通讯连接，以组成电池包，上述电池管理系统对各个电池单体的工作状态进行控制和监测。此外，多个电池单体也可先进行串联和/或并联，并与模组管理系统组成电池模组，再由多个电池模组通过串联、并联或者串联与并联混合的方式电连接，并与电池管理系统共同构成电池包。

其中，上述电池包或电池模组中的多个电池单体可安装于箱体、框架、支架等支撑结构上，各个电池单体之间、电池单体与电池管理系统之间可通过汇流部件进行电连接。上述电池单体可以是锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池，但均不局限于此。

请参阅图1及图2，本实用新型较佳实施例中的电池单体100包括外壳110及电芯组件120。其中，电芯组件120收容于外壳110内。

外壳110呈中空的棱柱形，故使得电池单体100的外部轮廓亦呈棱柱形。呈棱柱形的电池单体100具有为平面的侧面，故在将多个电池单体100组装成上述电池时能够使得相邻的电池单体100之间贴合更紧密、减小间隙，从而提升上述电池的空间利用率。

在本实施例中，外壳110呈正棱柱形，故电池单体100的外部轮廓亦呈正棱柱形。正棱柱形的电池单体100的底面各边长的长度相等，成组更方便。

更具体的，本实施例中的外壳110呈正六棱柱形，故电池单体100的外部轮廓亦呈正六棱柱形。在将多个电池单体100组装成上述电池时，可组成蜂窝状结构，空间利用率进一步提升。

需要指出的是，在其他实施例中，外壳110还可以呈三棱柱形、四棱柱形、五棱柱形等形状。

外壳110一般采用不锈钢成型，本实施例中的外壳110包括壳体111及盖板112，壳体111呈一端开口的棱柱形，盖板112用于密封壳体111的开口。此外，壳体111背向开口的底壁上设置有极柱113，极柱113与壳体111之间绝缘设置。显然，在其他实施例中，极柱113也可设置于盖板112上。

请一并参阅图3及图4，电芯组件120包括极卷121，每个极卷121呈三棱柱形。多个极卷121围绕外壳110的中心轴的周向分布，且相邻两个极卷121的侧面相贴合，以使电芯组件120呈与外壳110相匹配的棱柱形。而且，极卷121两两之间相互抵接，能够沿电芯组件120形成限位，从而使得多个极卷121保持位置固定。

具体的，在本实施例中，每个极卷121呈正三棱柱形，六个极卷121构成的电芯组件120呈正六棱柱形。由于三棱柱形的极卷121的底面各边长相等，故在组合成电芯组件120时不用区分极卷121的方向，故加工效率更高。而且，正六棱柱形的电芯组件120能够与正六棱柱形的外壳110相匹配，组成正六棱柱形的电池单体100。

由于多个极卷121相抵接，故在极卷121多次充放电后发生膨胀时，彼此间的膨胀能够部分抵消，从而能够使电芯组件120整体的膨胀量显著减小。此外，电芯组件120与外壳110的形状相匹配，电芯组件120的各侧面能够与外壳110的各内壁较好的贴合，故外壳110的内壁对电芯组件120的限制效果较好。而且，棱柱形的电芯组件120能够很好地释放膨胀力，且各方向上膨胀的力度较为一致。结合外壳110的限制，电芯组件120在经过多次充放电后也不易发生明显的变形。

请一并参阅图5及图6，在本实施例中，每个极卷121包括第一极片1211及第二极片1212，第一极片1211的一侧边缘形成有第一极耳12111，第二极片1212的另一侧的边缘形成有第二极耳(图未示)，极卷121由第一极片1211及第二极片1212卷绕成型。

第一极片1211及第二极片1212的极性相反，其中一个为正极片，另一个负极片，两者之间一般还设置有隔膜(图未示)以形成绝缘。第一极片1211及第二极片1212卷绕成极卷121后，第一极耳12111及第二极耳分别位于极卷121长度方向的两端，即相对的两个底面上。

第一极片1211及第二极片1212可采用三角卷绕的方式卷绕成极卷121，故能够减少极卷121中的圆弧部分，并增加第一极片1211与第二极片1212的平面接触，有利于优化循环。相比于扁平卷绕，三角卷绕的卷针较小，可使极卷121的中心内部紧实、内外张力一致，从而改善极片褶皱及极片间的间隙，进而改善电芯组件120的循环跳水现象。

请再次参阅图2，在本实施例中，电池单体100还包括第一集流盘130及第二集流盘140，第一集流盘140与多个极卷121的第一极耳12111焊接，第二集流盘140与多个极卷121的第二极耳焊接。

在组装电池单体100时，先将第一集流盘130及第二集流盘140分别焊接于电芯组件120的两端，再将电芯组件120、第一集流盘130及第二集流盘140装入外壳110，最后通过穿透焊等方式将第一集流盘130及第二集流盘140分别焊接于极柱113及壳体111的内壁即可。第一集流盘130及第二集流盘140能够对多个极卷121进行汇流，并方便将多个极卷121的正负极引出。

第二极片1212可与第一极片1211的结构完全相同，故在此仅对第一极片1211的结构进行展开描述。其中，第一极耳12111可以采用全极耳的形式，也可采用多极耳的形式。对于采用多极耳形式的第一极耳12111，其形状可以是三角形、梯形等其他形状或其组合。具体的，本实施例中的第一极耳12111采用多极耳的方式。

请再次参阅图6，在本实施例中，第一极片1211包括多个沿第一极片1211的延伸方向依次排列的功能区域1211a，功能区域1211a对应于极卷121的侧面，第一极耳12111设置于功能区域1211a的边缘。

功能区域1211a涂布有活性物质，在卷绕过程不发生弯折，故对应于卷绕成型的极卷121的侧面。相邻两个功能区域1211a之间的区域对应于极卷121的侧棱，即卷绕过程中的折弯处。折弯处可涂布活性物质，也可不涂布活性物质。将第一极耳12111设置于功能区域1211a的边缘，可避免第一极耳12111在卷绕过程中产生折叠，从而保持第一极耳12111的形状一致，方便后续对第一极耳12111进行压平、焊接等操作。

进一步的，在本实施例中，第一极片1211具有靠近极卷121的中心的起始端及远离极卷121的中心的末端，在由起始端到末端的方向上，第一极耳12111的高度逐渐增大。

以图6所示为例，左端为第一极片1211的起始端，右端为末端，故从左往右第一极耳12111的高度逐渐增大。第一极耳12111的高度指的是其伸出于第一极片1211边缘的尺寸，即图6所示竖直方向的尺寸。卷绕成极卷121后，多个第一极耳12111呈螺旋状分布。而且，越靠近极卷121中心的第一极耳12111越短，而越靠近极卷121外侧的第一极耳12111越长。如此，多个第一极耳12111在极卷121的底面呈内短外长的规律分布，从而能够在一定程度上避免多个第一极耳12111之间产生搭接或缠绕，方便后续对第一极耳12111进行压平、焊接等操作。

此外，在本实施例中，第一极耳12111设于第一极片1211靠近起始端的预设区域之外。以图6所示为例，上述预设区域指的是第一极片1211左侧的一段区域，即图中所示区域L。可见，在上述区域内并未设置第一极耳12111，故在卷绕成极卷121后，靠近极卷121中心的部分区域将无第一极耳12111引出。如此，第一极耳12111便能够将极卷121的中心区域空出，不会对中心孔造成遮挡，从而有助于极卷121散热。

请参阅图7，在另一个实施例中，第一极耳12111设置于相互间隔的功能区域1211a的边缘。也就是说，并不是每个功能区域1211a的边缘均设置有第一极耳12111，可以每间隔一个、两个或多个功能区域1211a设置一个第一极耳12111。如此，可减少第一极耳12111的数量、增大第一极耳12111之间的间距，避免因第一极耳12111的密度过大而在极卷121的底面造成堆叠、搭接甚至缠绕，从而方便后续对第一极耳12111的压平及焊接等操作。

上述电池单体100，多个极卷121围绕外壳110的中心轴的周向分布，故每个极卷121的膨胀量并不会在一个方向上叠加。而且，由于多个极卷121相抵接，故彼此间的膨胀还能够部分抵消。可见，电芯组件120整体的膨胀量可显著减小。进一步的，电芯组件120与外壳110的形状相匹配，电芯组件120的各侧面能够与外壳110的各内壁较好的贴合，故外壳110的内壁对电芯组件120的限制效果较好。而且，棱柱形的电芯组件120能够很好地释放膨胀力，且各方向上膨胀的力度较为一致。因此，电芯组件120在经过多次充放电后也不易变形，上述电池单体100的可靠性较高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池单体，其特征在于，包括：

外壳，呈中空的棱柱形；及

电芯组件，包括多个呈三棱柱形的极卷，多个所述极卷围绕所述外壳的中心轴的周向分布，且相邻两个所述极卷的侧面相贴合，以使所述电芯组件呈与所述外壳相匹配的棱柱形；

其中，所述电芯组件收容于所述外壳内。

2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述外壳呈正棱柱形。

3.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，每个所述极卷呈正三棱柱形，六个所述极卷构成的所述电芯组件呈正六棱柱形。

4.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，每个所述极卷包括极性相反的第一极片及第二极片，所述第一极片的一侧边缘形成有第一极耳，所述第二极片的另一侧的边缘形成有第二极耳，所述极卷由所述第一极片及所述第二极片卷绕成型。

5.根据权利要求4所述的电池单体，其特征在于，所述第一极片包括多个沿所述第一极片的延伸方向依次排列的功能区域，所述功能区域对应于所述极卷的侧面，所述第一极耳设置于所述功能区域的边缘。

6.根据权利要求5所述的电池单体，其特征在于，所述第一极片具有靠近所述极卷的中心的起始端及远离所述极卷的中心的末端，在由所述起始端到所述末端的方向上，所述第一极耳的高度逐渐增大。

7.根据权利要求5所述的电池单体，其特征在于，所述第一极耳设置于相互间隔的所述功能区域的边缘。

8.根据权利要求4至7任一项所述的电池单体，其特征在于，所述第一极片具有靠近所述极卷的中心的起始端及远离所述极卷的中心的末端，所述第一极耳设于所述第一极片靠近所述起始端的预设区域之外。

9.一种电池，其特征在于，包括多个如上述权利要求1至8任一项所述的电池单体。

10.一种用电装置，其特征在于，包括如上述权利要求1至8任一项所述的电池单体或如上述权利要求9所述的电池。