CN220324496U - 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，电池单体包括壳体、电极组件和支撑件。壳体形成有容纳腔；电极组件设置于容纳腔内，电极组件包括沿第一方向按预设顺序排布的第一极片和第二极片，第一极片包括与第二极片重合的第一部分和超出第二极片的第二部分，支撑件包括镂空区和围绕镂空区的支撑部，支撑件与第二极片同层设置，第二极片位于支撑件的镂空区内，支撑部沿第一方向的投影与第二部分沿第一方向的投影至少部分重叠。

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。

电池在充放电的使用过程中，电极组件会发生鼓胀，特别是为了提高电池的能量密度，采用高膨胀材料作为负极活性材料，使得负极活性材料充放电循环时的膨胀问题更为凸出，影响电池的性能。

实用新型内容

本申请旨在至少解决在一些情形下存在的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提出一种电池单体、电池及用电装置，以改善电极膨胀对电池性能的影响。

本申请第一方面的实施例提供一种电池单体。电池单体包括壳体、电极组件和支撑件。壳体形成有容纳腔；电极组件设置于容纳腔内，电极组件包括沿第一方向按预设顺序排布的第一极片和第二极片，第一极片包括与第二极片重合的第一部分和超出第二极片的第二部分，支撑件包括镂空区和围绕镂空区的支撑部，支撑件与第二极片同层设置，第二极片位于支撑件的镂空区内，支撑部沿第一方向的投影与第二部分沿第一方向的投影至少部分重叠。

本申请实施例的技术方案中，通过设置与第二极片同层的支撑件，可以对第一极片的第二部分提供支撑力，缓解第一极片的第二部分的弯折变形甚至是断裂的风险，提高电池单体结构的可靠性。

在一些实施例中，第一极片包括沿第一方向相对设置的第一表面和第二表面，以及连接第一表面和第二表面的第一外端面，第一外端面沿第一方向的投影落入支撑部沿第一方向的投影的范围内。第一外端面沿第一方向的投影落入支撑部沿第一方向的投影的范围内使得支撑件可以对第二部分的自由端提供支撑，减少第二部分的变形或弯折程度。

在一些实施例中，支撑件包括沿第一方向相对设置的第一支撑面和第二支撑面，以及连接第一支撑面和第二支撑面的第二外端面，沿与第一方向垂直的第二方向，第二外端面与第一外端面的最小间距大于或等于0且小于或等于第一阈值；第一阈值大于或等于第一极片沿第二方向的最大变形尺寸。通过第二外端面与第一外端面的最小间距的取值范围可以在一定程度上保证支撑效果的同时，尽量减少电池单体的容量损失，有利于提高电池单体的能量密度。

在一些实施例中，支撑件包括沿第一方向相对设置的第一支撑面和第二支撑面，以及连接第一支撑面和第二支撑面的内端面，内端面限定出镂空区；第二极片包括与内端面相对的第三外端面；其中，沿与第一方向垂直的第二方向，内端面与第三外端面的最小间距大于0。将支撑件的内端与第三外端面的最小间距设为大于0可以为第二极片提供足够的变形空间，在一定程度上避免支撑件与第二极片之间发生挤压，进而导致电池性能的劣化。

在一些实施例中，沿第二方向，内端面与第三外端面的最小间距小于或等于第二阈值，其中，第二阈值大于或等于第二极片沿第二方向的最大变形尺寸。通过将内端面与第三外端面的最小间距限定在合适的范围内能够兼顾第二极片的变形和对第一极片的第二部分的支撑效果，提高电池单体的性能的可靠性。

在一些实施例中，沿第一方向，支撑部的厚度与第二极片的厚度的差大于或等于0且小于或等于0.1mm。通过合理选取支撑部的厚度与第二极片的厚度关系，可以使得支撑件与第二部分之间形成良好的接触关系，从而为第一极片的第二部分提供更优的支撑效果。

在一些实施例中，电极组件还包括与第二极片连接的第一极耳，支撑部包括相连接的第一支撑部和第二支撑部，第一支撑部和第二支撑部合围形成容纳第二极片的镂空区；其中，第一支撑部与第一极耳位于第二极片的同一端，且第一极耳穿设于第一支撑部。第一极耳穿设于第一支撑部可以在一定程度上保证支撑作用的同时有利于极耳的布置和连接，在一定程度上避免支撑件对第一极耳的布置的不利影响。

在一些实施例中，第一支撑部包括沿第一方向设置的第一子支撑部和第二子支撑部，第一极耳夹设于第一子支撑部和第二子支撑部之间。通过设置第一子支撑部和第二子支撑夹持第一极耳可以提高支撑的可靠性，还可以对第一极提供一个夹持保护的作用。

在一些实施例中，第一子支撑部与第二子支撑部沿第一方向的厚度相等。第一子支撑部和第二子支撑部的厚度相同有利于加工制造，同时也有利于分别位于第一极耳上下两侧的第一子支撑部和第二子支撑受力和变形均匀。

在一些实施例中，第一支撑部与第二支撑部之间为可拆卸连接。通过可拆卸的连接方式可以更简便地实现支撑件的加工制造以及安装布置，降低制造成本，提高装配效率。

在一些实施例中，第二支撑部包括分别沿不同方向延伸的第一支撑块、第二支撑块和第三支撑块，第一支撑部、第一支撑块、第二支撑块以及第三支撑块依次首尾可拆卸连接。通过四个不同的部分可拆卸连接可以降低支撑件加工的难度和制造成本，并且可拆卸连接有利于安装和更换，提高电池单体的可维护性。

在一些实施例中，支撑件的材质为弹性绝缘材料。支撑件由弹性绝缘材料制成可以在支撑第一极片的第二部分的同时，提供一定程度的弹性变形以在一定程度上避免刚度太大导致壳体撕裂，同时支撑件的绝缘特性能够在一定程度上避免第一极片在膨胀和挤压变形的过程中发生短路，提高电池单体的可靠性。

在一些实施例中，支撑件的材质为硅胶。采用硅胶制成的支撑件能够兼顾良好的支撑效果和使用寿命，提高电池单体性能的可靠性。

在一些实施例中，支撑件的弹性模量大于或等于0.002MPa且小于或等于0.1MPa。合理选取支撑件的弹性模量的范围能够兼顾支撑件的支撑作用和电池单体内的整体结构性能。

在一些实施例中，电池单体的能量密度大于或等于360Wh/kg且小于或等于520Wh/kg。通过进一步限定电池单体的能量密度，可以在一定程度上控制电极组件的膨胀变形程度，使得支撑件、电极组件以及壳体之间能够更好的适配，提高电池单体的可靠性。

在一些实施例中，电池单体的能量密度大于或等于400Wh/kg且小于或等于500Wh/kg。通过进一步限定电池单体的能量密度，使得电池单体的壳体和支撑件能够更好的适应电极组件的膨胀变形，提高电池单体的可靠性。

在一些实施例中，第一极片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％。通过优选负极极片中的硅基材料的占比，可以有效地提升电池单体的能量密度，提高电池单体的性能。

在一些实施例中，第一极片的活性物质中硅基材料的质量百分数大于或等于30％且小于或等于70％。通过进一步优选负极极片的活性物质中硅基材料的占比，可以使得电极组件的膨胀尺寸与支撑件的设计尺寸之间更好的适配，在一定程度上保证电池单体的能量密度的同时提高电池单体的稳定性和可靠性。

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，其包括上述实施例中的电池，所述电池用于提供电能。

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车辆的结构示意图；

图2为本申请一些实施例的电池的分解结构示意图；

图3为本申请一些实施例的电池单体的分解结构示意图；

图4为本申请一些实施例提供的支撑件的结构示意图；

图5为本申请一些实施例提供的支撑件与电极组件的位置示意图；

图6为本申请一些实施例提供的支撑件与第二极片的位置示意图；

图7为图6中沿A-A方向的剖视图。

附图标记说明：

车辆1000；

电池100，控制器200，马达300；

箱体10，第一箱体11，第二箱体12；

电池单体20，壳体21，电极组件22，支撑件23；

底壁211，侧壁212，圆角213，第一极片221，第二极片222，隔离膜223；第一部分2211，第二部分2212，支撑部231，镂空区232，第一表面221A，第二表面221B，第一外端面221C，第一支撑面231A，第二支撑面231B，第二外端面231C，内端面231D，第三外端面222A，第一支撑部2311，第一子支撑部2311A，第二子支撑部2311B，第二支撑部2312，第一支撑块2312A，第二支撑块2312B，第三支撑块2312C，第一极耳2221；

第一方向X，第二方向Y。

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，电极组件体系副反应堆积厚度及石墨片层剥离等导致电极组件会发生鼓胀，即正极极片和负极极片向外膨胀。极片膨胀对电池的性能及使用寿命有不利影响。特别是为了增大电池的能量密度，采用硅基材料作为负极活性材料，硅基负极活性材料充放电循环时的膨胀问题更为凸出，例如，电池极片在充放电过程中会存在较大的膨胀和延展，层叠体/卷绕体会不断顶壳，即电极组件不断与壳体发生挤压碰撞，这会使得负极极片超出正极极片的部分受壳体作用下压，形成严重的折痕甚至是发生断裂，影响电池的性能。

本申请实施例中，通过在电极组件内第二极片的外围设置支撑件，通过支撑件对相邻的第一极片超出第二极片的第二部分提供支撑作用，可以缓解电极组件膨胀时壳体对第一极片的第二部分的挤压作用，降低第一极片的第二部分折损或环切的概率，提高电池单体结构的稳定性。

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导致的性能恶化，提升电池性能的稳定性和电池寿命。

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。

以下实施例为了方便说明，以本申请一实施例的一种用电装置为车辆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100的分解结构示意图。电池100包括箱体10和电池单体20，电池单体20容纳于箱体10内。其中，箱体10用于为电池单体20提供容纳空间，箱体10可以采用多种结构。在一些实施例中，箱体10可以包括第一箱体11和第二箱体12，第一箱体11与第二箱体12相互盖合，第一箱体11和第二箱体12共同限定出用于容纳电池单体20的容纳空间。第二箱体12可以为一端开口的空心结构，第一箱体11可以为板状结构，第一箱体11盖合于第二箱体12的开口侧，以使第一箱体11与第二箱体12共同限定出容纳空间；第一箱体11和第二箱体12也可以是均为一侧开口的空心结构，第一箱体11的开口侧盖合于第二箱体12的开口侧。当然，第一箱体11和第二箱体12形成的箱体10可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。

在电池100中，电池单体20可以是多个，多个电池单体20之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体20中既有串联又有并联。多个电池单体20之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体20构成的整体容纳于箱体10内；当然，电池100也可以是多个电池单体20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10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20之间的电连接。

其中，每个电池单体20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。电池单体20可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。

请参照图3-图5，图3为本申请一些实施例提供的电池单体20的分解结构示意图，图4为本申请一些实施例提供的支撑件23的结构示意图，图5为本申请一些实施例提供的支撑件23与电极组件的位置示意图。电池单体20是指组成电池的最小单元。

在一些实施例中，电池单体20包括有壳体21、电极组件22以及其他的功能性部件。

壳体21形成有容纳腔；电极组件22设置于容纳腔内，电极组件22包括沿第一方向X按预设顺序排布的第一极片221和第二极片222，第一极片221包括与第二极片222重合的第一部分2211和超出第二极片的第二部分2212。

支撑件23包括镂空区232和围绕镂空区232的支撑部231，支撑件23与第二极片222同层设置，第二极片222位于支撑件23的镂空区232内，支撑部231沿第一方向X的投影与第二部分2212沿第一方向X的投影至少部分重叠。

壳体21是用于形成电池单体20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22、电解液以及其他部件。壳体21包括侧壁212和与侧壁相连的底壁211，侧壁212和底壁211一起合围形成凹陷的容纳腔。侧壁212和底壁211之间可以通过圆角过渡连接。在一个示例中，壳体21的容纳腔可以是铝塑膜材质冲压成型的。

电极组件22是电池单体20中发生电化学反应的部件。壳体21内可以包含一个或更多个电极组件22。电极组件22主要由第一极片221和第二极片222卷绕或层叠放置形成，并且通常在第一极片221与第二极片222之间设有隔离膜223。第一极片221可以是负极极片，第二极片222可以是正极极片。

第一极片221与第二极片222具有活性物质的部分构成电极组件22的电极主体，第一极片221与第二极片222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电极主体的一端或是分别位于电极主体的两端。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。

沿第一方向X，第一极片221和第二极片222依次交替叠放，第一极片221和第二极片222之间设置有隔离膜223。在一个示例中，电极组件22为第一极片221和第二极片222卷绕形成的卷绕电芯。在另一个示例中，电极组件22可以是第一极片221和第二极片222层叠放置形成的叠片电芯。

第一极片221包括相连的第一部分2211和第二部分2212，第一部分2211与第二极片222重合，“重合”指的是第一部分2211沿第一方向X的投影与第二极片222沿第一方向X的投影重合，可以理解的是，第一部分2211沿第一方向X的投影可以与第二极片222沿第一方向X的投影完全重合，也可以与第二极片222沿第一方向X的投影的一部分重合。

第二部分2212是第一极片221超出第二极片222的部分，沿第一方向X第二部分2212的投影与第二极片222沿相同方向的投影是非重叠连续的。换句话说，第二部分2212实际上是超出第二极片222的悬垂部分，这样第一极片221能够完全覆盖第二极片222以降低析锂发生的概率。

在充放电循环过程中电极组件22会发生膨胀和收缩，而电极组件22膨胀后与壳体21就会发生挤压，第一极片221的第二部分2212由于处于悬垂状态，当其与壳体21挤压时就会因为缺乏支撑而弯折。在一个示例中，电极组件22在充电状态下会沿第一方向X发生膨胀变形，此时第一极片221的第二部分2212会首先与壳体21的圆角213接触并随着膨胀变形程度的加剧而受压弯折。极片的弯折对于电极组件22的性能有着不利的影响，并且电极组件22的循环膨胀和收缩会导致第二部分2212的往复弯折，甚至可能导致第一极片221的第二部分2212发生环切断裂。

支撑件23为中部镂空的框型结构，支撑件23与第二极片222的数量相等并且一一对应地同层设置，由于电极组件22是由层叠设置的第一极片221和第二极片222以及隔离膜223堆叠形成的，同层设置指的是支撑件23与第二极片222位于电极组件22中沿第一方向X的同一层，二者一起位于相邻的两层第一极片221之间，可以理解的是，当第一极片221和第二极片222之间设有隔离膜223时，支撑件23与第二极片222一起位于相邻的两层隔离膜223之间。具体地，第二极片222位于支撑件23的镂空区232中，围绕镂空区232的支撑部231则位于相邻的两个第一极片221之间，并且支撑部231沿第一方向X的投影与第二部分2212沿第一方向X的投影至少部分重叠。

本申请实施例的技术方案中，通过设置与第二极片222同层的支撑件23，可以对第一极片221的第二部分2212提供支撑力，这样即使电极组件22在充放电循环过程中发生膨胀变形，使得第二部分2212与壳体21发生接触甚至是挤压，第二部分2212也可以在支撑件23的支撑作用下发生幅度较小的变形，从而缓解第一极片221的第二部分2212的弯折变形甚至是断裂的风险，提高电池单体20结构的可靠性。

在一些实施例中，如图5所示，第一极片221包括沿第一方向X相对设置的第一表面221A和第二表面221B，以及连接第一表面221A和第二表面221B的第一外端面221C，第一外端面221C沿第一方向X的投影落入支撑部231沿第一方向X的投影的范围内。

第一外端面221C是第一极片221沿厚度方向延伸的端面，在一个示例中，第一外端面221C可以与第一方向X平行。由于第一外端面221C是第一极片221的自由端面，第一极片221的第二部分2212如果发生弯折，第一外端面221C处的位移最大。第一外端面221C沿第一方向X的投影落入支撑部231沿第一方向X的投影的范围内意味着支撑件23的支撑部231能够支撑第一极片221的第一外端面221C。

第一外端面221C沿第一方向X的投影落入支撑部231沿第一方向X的投影的范围内使得支撑件23可以对第二部分2212的自由端提供支撑，减少第二部分2212的变形或弯折程度。

在一些实施例中，如图5所示，支撑件23包括沿第一方向X相对设置的第一支撑面231A和第二支撑面231B，以及连接第一支撑面231A和第二支撑面231B的第二外端面231C，沿与第一方向X垂直的第二方向Y，第二外端面231C与第一外端面221C的最小间距L1大于或等于0且小于或等于第一阈值；其中，第一阈值大于或等于第一极片221沿第二方向Y的最大变形尺寸。

第二方向Y可以是与第一方向X垂直的任意方向。第一极片221在充放电循环中会发生膨胀和收缩，因此，第一极片221沿第二方向Y的尺寸是不断变化的，这就会导致支撑件23的第二外端面231C与第一极片221的第一外端面221C之间沿第二方向的间距也是变化的。第一极片221在充电状态下沿第二方向Y的最大长度与第一极片221在放电状态下沿第二方向Y的最小长度之间的差值即为第一极片221沿第二方向Y的最大变形尺寸。

第一极片221沿第二方向Y的最大变形尺寸实际上与第一极片221的活性物质中高膨胀材料的占比有关。在一些示例中，第一极片221的活性物质中可以采用硅基材料，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，而硅基材料的占比越高，第一极片221沿第二方向Y的最大变形尺寸就越大。因此有必要依据第一极片221的最大变形尺寸来设定第一阈值的取值。

可以理解的是，由于第二外端面231C和第一外端面221C均包括围绕外周一圈的多个面，沿任意的第二方向Y，第二外端面231C和第一外端面221C的间距可能存在多个值。第二外端面231C和第一外端面221C的最小间距指的是自电极组件22的中心沿第二方向Y指向壳体21的方向第二外端面231C和第一外端面221C之间的最小距离。

在一个示例中，第二外端面231C与第一外端面221C的最小间距L1为0，意味着支撑件23的第二外端面231C与第一极片221的第一外端面221C的平齐的。在另一个示例中，第二外端面231C与第一外端面221C的最小间距L1为最大的第一阈值时，由于第一阈值取大于第一极片221的最大变形尺寸，这就意味着第一极片221即使发生膨胀也仍然能够在支撑件23的支撑范围内，从而确保支撑件23的支撑效果。另一方面，第一阈值的取值还可以根据壳体21内的空间情况进行选取，从而尽可能减少支撑件23造成的容量损失。在一个示例中，第一阈值的取值为2毫米(mm)。

通过限定第二外端面231C与第一外端面221C的最小间距L1的取值范围可以在一定程度上保证支撑效果的同时，尽量减少电池单体20的容量损失，有利于提高电池单体20的能量密度。

请参阅图6，图6为本申请一些实施例提供的支撑件23与第二极片222的位置示意图。

在一些实施例中，支撑件23还包括连接第一支撑面231A和第二支撑面231B的内端面231D，内端面231D限定出镂空区232；第二极片222包括与内端面231D相对的第三外端面222A；其中，沿与第一方向X垂直的第二方向Y，内端面231D与第三外端面222A的最小间距L2大于0。

内端面231D是位于支撑件23的中部并限定出镂空区232的端面，在一个示例中，内端面231D与第二外端面231C形状相似，这样沿任意的第二方向Y，支撑部231的宽度尺寸都是相同的。

由于第二极片222在充放电循环中也是会有一定程度的变形的，因此其在第二方向Y的尺寸也是变化的。内端面231D与第三外端面222A的最小间距L2大于0意味着二者之间是间隔开的，即支撑件23的镂空区232能够完全容纳膨胀变形后的第二极片222。

将支撑件23的内端面231D与第三外端面222A的最小间距L2设为大于0可以为第二极片提供足够的变形空间，在一定程度上避免支撑件23与第二极片222之间发生挤压，进而导致电池性能的劣化。

在一些实施例中，沿第二方向Y，内端面231D与第三外端面222A的最小间距L2小于或等于第二阈值，其中，第二阈值大于或等于第二极片222沿第二方向Y的最大变形尺寸。

可以理解的是，由于内端面231D和第三外端面222A包括围绕外周一圈的多个面，沿任意的第二方向Y，内端面231D和第三外端面222A的间距可能存在多个值。内端面231D与第三外端面222A的最小间距L2指的是自电极组件22的中心沿第二方向Y指向壳体21的方向内端面231D和第三外端面222A之间的最小距离。

第二极片222沿第二方向Y的最大变形尺寸指的是第二极片222在充放电循环中沿第二方向Y的最大长度与最小长度之间的差值。第二阈值大于或等于最大变形尺寸才能够确保支撑件23的镂空区能为第二极片222提供足够的容纳空间。

内端面231D与第三外端面222A的最小间距L2并非越大越好，因为在第二外端面231C的尺寸一定的情况下，内端面231D与第三外端面222A的最小间距L2越大意味着支撑部231沿第二方向的宽度也就越小，这样支撑部231与第二部分2212之间的接触面积也就越小，这样实际上对于支撑件23的支撑效果是不利的。

通过将内端面231D与第三外端面222A的最小间距L2限定在合适的范围内能够兼顾第二极片222的变形和对第一极片221的第二部分2212的支撑效果，提高电池单体20的性能的可靠性。

在一些实施例中，沿第一方向X，支撑部231的厚度与第二极片222的厚度的差大于或等于0且小于或等于0.1mm。

本实施例中，支撑部231的厚度指的是支撑部231的标称厚度，在不考虑制造或加工导致的合理误差的情形下，支撑部231不同位置的厚度都是相等的。同样第二极片222的厚度也指的是标称厚度。

支撑部231的厚度不能小于第二极片222的厚度，否则支撑件23与第二部分2212之间就会存在空间间隙，进而影响支撑件23对第二部分2212的支撑效果，特别是第一极片221的数量较多时，这些间隙会存在累加进而导致最外层的第二部分2212出现较大程度的弯折。支撑部231的厚度相较于第二极片222的厚度太大也是不合适的，这样会导致第二部分2212向外侧弯折。

通过合理选取支撑部231的厚度与第二极片222的厚度关系，可以使得支撑件23与第二部分2212之间形成良好的接触关系，从而为第一极片221的第二部分2212提供更优的支撑效果。

图7为图6中沿A-A方向的剖视图。在一些实施例中，如图6-图7所示，电极组件22还包括与第二极片222连接的第一极耳2221，支撑部231包括相连接的第一支撑部2311和第二支撑部2312，第一支撑部2311和第二支撑部2312合围形成容纳第二极片222的镂空区232；第一支撑部2311与第一极耳2221位于第二极片222的同一端，且第一极耳2221穿设于第一支撑部2311。

第一极耳2221可以是第二极片222中的集流体未涂敷活性物质的箔材，第一极耳2221需要延伸出去以便与电极端子电连接。第一支撑部2311可以形成有允许第一极耳2221穿过的通孔或通槽。在一个示例中，第一支撑部2311为长条形，第二支撑部2312为U字形，二者合围形成矩形框状的支撑件23，第一支撑部2311的中部形成有沿第二方向Y延伸的通孔，第一极耳2221从通孔中穿过。

第一极耳2221穿设于第一支撑部2311可以在一定程度上保证支撑作用的同时有利于极耳的布置和连接，在一定程度上避免支撑件23对第一极耳2221的布置的不利影响。

在一些实施例中，第一支撑部2311包括沿第一方向X设置的第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B，第一极耳2221夹设于第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B之间。

第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B可以是相互完全独立的两个构件，二者沿第一方向X叠放，使得第一极耳2221可以从二者之间穿过并被第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B夹持。

通过设置第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B夹持第一极耳2221，可以使得第一支撑部2311与第一极耳2221之间紧密接触，这样可以消除第一极耳2221与第一子支撑部2311A、第二子支撑部2311B之间的间隙，在一定程度上避免因为间隙而影响到第一支撑部2311对第一极片221的支撑的可靠性，另一方面，第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B夹持第一极耳2221还可以对第一极耳2221提供一个夹持保护的作用。

在一些实施例中，第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B沿第一方向X的厚度相等。

第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B可以是厚度均匀的构件。由于极片的集流体两侧的活性物质的厚度通常是相等的，本实施例中，第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B沿第一方向X的厚度相等，从第二极片222的集流体延伸出来形成的第一极耳2221正好可以直接穿过第一支撑部2311而无需发生弯折。

第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B的厚度相同有利于加工制造，同时也有利于分别位于第一极耳2221上下两侧的第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B的受力和变形均匀。

在一些实施例中，第一支撑部2311与第二支撑部2312之间可拆卸连接。

第一支撑部2311可以通过卡扣连接等方式与第二支撑部2312可拆卸连接。在一个示例中，第一支撑部2311可以设置有凸起的卡块，第二支撑部2312可以设置与卡块对应的卡槽，通过卡块和卡槽的配合实现第一支撑部2311与第二支撑部2312之间的可拆卸连接。

通过可拆卸的连接方式可以更简便地实现支撑件23的加工制造以及安装布置，降低制造成本，提高装配效率。

在一些实施例中，第二支撑部2312包括分别沿不同方向延伸的第一支撑块2312A、第二支撑块2312B和第三支撑块2312C，第一支撑部2311、第一支撑块2312A、第二支撑块2312B以及第三支撑块2312C依次首尾可拆卸连接。

第二支撑部2312可以由三个分别沿不同方向延伸的子构建组成，在一个示例中，支撑件23为矩形框，其中第一支撑部2311、第一支撑块2312A、第二支撑块2312B以及第三支撑块2312C分别为沿四个不同方向延伸，并且四者依次首尾以可拆卸方式连接形成完整的支撑件23。

通过四个不同的部分可拆卸连接可以降低支撑件23加工的难度和制造成本，并且可拆卸连接有利于安装和更换，提高电池单体20的可维护性。

在一些实施例中，支撑件23的材质为弹性绝缘材料。

弹性绝缘材料可以是橡胶、聚酰亚胺、聚乙烯等。弹性材料受压可变形的特点可以缓解膨胀时产生的挤压变形，支撑件23布置在相邻的两个第一极片221之间，随着电极组件在充放电过程中的膨胀变形，支撑件23也会受到极片膨胀和壳体21施加的挤压力。支撑件23的刚度太大会导致其与壳体21挤压时在支撑件23边缘出现应力集中。

支撑件23由弹性绝缘材料制成可以在支撑第一极片221的第二部分2212的同时，提供一定程度的弹性变形以在一定程度上避免刚度太大导致壳体21撕裂，同时支撑件23的绝缘特性能够在一定程度上避免第一极片221在膨胀和挤压变形的过程中发生短路，提高电池单体20的可靠性。

在一些实施例中，支撑件23的材质为硅胶。

硅胶具有良好的绝缘性能、热稳定性能以及耐腐蚀性，采用硅胶制成的支撑件23能够兼顾良好的支撑效果和使用寿命，提高电池单体20性能的可靠性。

在一些实施例中，支撑件23的弹性模量大于或等于0.002MPa且小于或等于0.1MPa。

弹性模量是描述物质弹性的一个物理量，弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。

支撑件23的弹性模量越小，其抵抗变形的能力越弱，可能无法满足支撑要求，而弹性模量越大，支撑件23的刚度也就越大，在电极组件22膨胀变形时可能会造成壳体21撕裂。

合理选取支撑件23的弹性模量的范围能够兼顾支撑件23的支撑作用和电池单体20内的整体结构性能。

在一些实施例中，电池单体20的能量密度大于或等于360Wh/kg(瓦时/千克)且小于或等于520Wh/kg(瓦时/千克)。

能量密度指的是单位质量或单位体积的电池所放出的能量，即体积比能量或质量比能量。本实施例中，电池单体20的能量密度指的是质量比能量。

在一些实施例中，电池单体20的能量密度越大，其极片的活性物质中包含的高膨胀材料越多，这就使得电极组件22的膨胀程度越大，对于电极组件22与壳体21之间的碰撞和挤压的问题也就越凸出。

电池单体20的能量密度对于电极组件22在充放电循环中的膨胀程度有直接影响，通过进一步限定电池单体20的能量密度，可以在一定程度上控制电极组件22的膨胀变形程度，使得支撑件23、电极组件22以及壳体21之间能够更好的适配，提高电池单体20的可靠性。

在一些实施例中，电池单体20的能量密度大于或等于400Wh/kg且小于或等于500Wh/kg。

通过进一步限定电池单体20的能量密度，使得电池单体20的壳体21和支撑件23能够更好的适应电极组件22的膨胀变形，提高电池单体20的可靠性。

在一些实施例中，第一极片221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％。

第一极片221为负极极片，第一极片221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。硅基负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。

在一些示例中，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。

采用硅基材料作为电池单体的负极材料可以提升电池单体的能量密度，提高电池的性能。通过优选负极极片中的硅基材料的占比，可以有效地提升电池单体的能量密度，提高电池单体的性能。

在一些实施例中，第一极片221的活性物质中硅基材料的质量百分数大于或等于30％且小于或等于70％。

通过进一步优选第一极片221的活性物质中硅基材料的占比，可以使得电极组件22的膨胀尺寸与支撑件23的设计尺寸之间更好的适配，在一定程度上保证电池单体20的能量密度的同时提高电池单体20的稳定性和可靠性。

本申请第二方面的实施例提供一种电池100，其包括上述实施例中的电池单体20。

本申请第三方面的实施例提供一种用电装置，其包括上述实施例中的电池100或电池单体20，电池100或电池单体20用于提供电能。

下面结合一具体实施例对本申请的电池单体20作进一步的描述。

电池单体20包括有壳体21、电极组件22以及其他的功能性部件。

壳体21形成有容纳腔；电极组件22设置于容纳腔内，电极组件22包括沿第一方向X按预设顺序排布的第一极片221和第二极片222，以及位于第一极片221和第二极片222之间的隔离膜223，第一极片221包括与第二极片222重合的第一部分2211和超出第二极片的第二部分2212。

电池单体20还包括支撑件23，支撑件23为框形结构，具体包括镂空区232和围绕镂空区232的支撑部231，支撑件23与第二极片222同层设置，第二极片222位于支撑件23的镂空区232内。

支撑件23包括沿第一方向X相对设置的第一支撑面231A和第二支撑面231B，以连接第一支撑面231A和第二支撑面231B的第二外端面231C，以及连接第一支撑面231A和第二支撑面231B并限定出镂空区232和内端面231D。

第一极片221包括第一外端面221C，第二极片222包括与内端面231D相对的第三外端面222A；沿与第一方向X垂直的第二方向Y，第二外端面231C与第一外端面221C的最小间距L1大于或等于0且小于或等于第一阈值，内端面231D与第三外端面222A的最小间距L2大于0且小于或等于第二阈值，其中，第一阈值大于或等于第一极片221沿第二方向Y的最大变形尺寸，第二阈值大于或等于第二极片222沿第二方向Y的最大变形尺寸。

沿第一方向X，支撑部231的厚度与第二极片222的厚度的差大于或等于0且小于或等于0.1mm。

电极组件22还包括与第二极片222连接的第一极耳2221，支撑部231包括依次首尾可拆卸连接的第一支撑部2311、第一支撑块2312A、第二支撑块2312B和第三支撑块2312C。第一支撑部2311包括沿第一方向X设置且厚度相等的第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B，第一极耳2221夹设于第一子支撑部2311A和第二子支撑部2311B之间。

支撑件23的材质为弹性绝缘材料，例如硅胶。支撑件23的弹性模量大于或等于0.002MPa且小于或等于0.1MPa。

电池单体20的能量密度大于或等于400Wh/kg且小于或等于500Wh/kg，第一极片221的活性物质中硅基材料的质量百分数大于或等于30％且小于或等于70％。

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 (18)

1.一种电池单体，其特征在于，包括：

壳体，形成有容纳腔；

电极组件，设置于所述容纳腔内，所述电极组件包括沿第一方向按预设顺序排布的第一极片和第二极片，所述第一极片包括与所述第二极片重合的第一部分和超出所述第二极片的第二部分，以及

支撑件，所述支撑件包括镂空区和围绕所述镂空区的支撑部，

其中，所述支撑件与所述第二极片同层设置，所述第二极片位于所述支撑件的镂空区内，所述支撑部沿所述第一方向的投影与所述第二部分沿所述第一方向的投影至少部分重叠。

2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述第一极片包括沿所述第一方向相对设置的第一表面和第二表面，以及连接所述第一表面和所述第二表面的第一外端面，所述第一外端面沿所述第一方向的投影落入所述支撑部沿所述第一方向的投影的范围内。

3.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，所述支撑件包括沿所述第一方向相对设置的第一支撑面和第二支撑面，以及连接第一支撑面和所述第二支撑面的第二外端面，沿与所述第一方向垂直的第二方向，所述第二外端面与所述第一外端面的最小间距大于或等于0且小于或等于第一阈值；

所述第一阈值大于或等于所述第一极片沿所述第二方向的最大变形尺寸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单体，其特征在于，所述支撑件包括沿所述第一方向相对设置的第一支撑面和第二支撑面，以及连接所述第一支撑面和所述第二支撑面的内端面，所述内端面限定出所述镂空区；

所述第二极片包括与所述内端面相对的第三外端面；

其中，沿与所述第一方向垂直的第二方向，所述内端面与所述第三外端面的最小间距大于0。

5.根据权利要求4所述的电池单体，其特征在于，沿所述第二方向，所述内端面与所述第三外端面的最小间距小于或等于第二阈值，

其中，所述第二阈值大于或等于所述第二极片沿所述第二方向的最大变形尺寸。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单体，其特征在于，沿所述第一方向，所述支撑部的厚度与所述第二极片的厚度的差大于或等于0且小于或等于0.1mm。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单体，其特征在于，所述电极组件还包括与所述第二极片连接的第一极耳，

所述支撑部包括相连接的第一支撑部和第二支撑部，所述第一支撑部和所述第二支撑部合围形成容纳所述第二极片的所述镂空区；

其中，所述第一支撑部与所述第一极耳位于所述第二极片的同一端，且所述第一极耳穿设于所述第一支撑部。

8.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述第一支撑部包括沿所述第一方向设置的第一子支撑部和第二子支撑部，所述第一极耳夹设于所述第一子支撑部和所述第二子支撑部之间。

9.根据权利要求8所述的电池单体，其特征在于，所述第一子支撑部与所述第二子支撑部沿所述第一方向的厚度相等。

10.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述第一支撑部与所述第二支撑部之间为可拆卸连接。

11.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述第二支撑部包括分别沿不同方向延伸的第一支撑块、第二支撑块和第三支撑块，所述第一支撑部、所述第一支撑块、所述第二支撑块以及所述第三支撑块依次首尾可拆卸连接。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单体，其特征在于，所述支撑件的材质为弹性绝缘材料。

13.根据权利要求12所述的电池单体，其特征在于，所述支撑件的材质为硅胶。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单体，其特征在于，所述支撑件的弹性模量大于或等于0.002MPa且小于或等于0.1MPa。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体的能量密度大于或等于360Wh/kg且小于或等于520Wh/kg。

16.根据权利要求15所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体的能量密度大于或等于400Wh/kg且小于或等于500Wh/kg。

17.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1至16中任一项所述的电池单体。

18.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括如权利要求1至16中任一项所述的电池单体或如权利要求17所述的电池，所述电池单体或所述电池用于提供电能。