CN220527151U - 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及电池，电池单体包括壳体及极卷，极卷包括极性相反的第一极片及第二极片。第一极片及第二极片可采用三角卷绕的方式卷绕成三棱柱形的极卷，三棱柱形的结构能够减少极卷中的圆弧部分，从而减小第一极片及第二极片的内圈与外圈的圆周曲率的差异。而且，随着第一极片及第二极片圆弧部分的减少，还能够增加第一极片与第二极片的平面接触。而相比于扁平卷绕，三角卷绕的卷针较小，故可使极卷的中心内部紧实、内外张力一致。由此可见，第一极片及第二极片的褶皱及相互之间的间隙可得到显著改善，从而改善循环跳水现象，进而提升上述电池单体及电池的稳定性。此外，本实用新型还提供一种用电装置。

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

锂电池包括壳体及收容于壳体内的电芯，电芯为锂电池的核心组件，可由极片通过叠片或卷绕的方式成型。由于卷绕相较于叠片会大大降低极片产生毛刺的概率，从而减少电芯内部的短路风险，且生产效率更高，故目前大多数厂家均采用卷绕的方式制备电芯，即极卷。

卷绕的方式又包括圆柱卷绕及扁平卷绕。圆柱卷绕的方式会导致极片的内圈与外圈的圆周曲率存在较大差异，影响内外圈的N/P比。而且，曲形的接触面会导致极卷的循环性能差。扁平卷绕的方式增加了卷绕的扁平面，但由于卷绕所需的卷针较大，故卷针抽出后会导致卷心处的极片与外侧极片受到的张力不同，从而出现褶皱、间隙等。而褶皱或间隙处的极片接触不良会导致析锂，并最终导致循环跳水，从而使得锂电池的稳定性受影响。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种具有较高稳定性的电池单体及电池。

一种电池单体，包括壳体及极卷，所述壳体呈三棱柱形；所述极卷包括极性相反的第一极片及第二极片，所述第一极片及所述第二极片相互层叠并卷绕呈三棱柱形，所述第一极片的一侧边缘形成有第一极耳，所述第一极耳可弯折至部分覆盖所述极卷的端面，所述第二极片的另一侧边缘形成有第二极耳，所述第二极耳可弯折至部分覆盖所述极卷另一端的端面；所述极卷收容于所述壳体内。

在其中一个实施例中，所述壳体及所述极卷均呈正三棱柱形。

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，所述第一极耳形成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，所述第一极耳的宽度及高度逐渐增大。

在其中一个实施例中，多个所述第一极耳分别形成于多个连续的所述功能区域的边缘；

或者，多个所述第一极耳分别形成于相互间隔的多个所述功能区域的边缘。

在其中一个实施例中，在由所述功能区域的边缘到所述第一极耳顶部方向上，所述第一极耳的宽度逐渐减小。

在其中一个实施例中，所述第一极耳呈三角形或梯形。

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，所述第一极片在靠近所述起始端的预设范围内形成留白区域，所述第一极耳设于所述留白区域之外。

一种电池，包括多个如优选实施例中任一项所述的电池单体，且相邻两个所述电池单体的侧面相抵接。

上述电池单体及电池，第一极片及第二极片可采用三角卷绕的方式卷绕成三棱柱形的极卷，三棱柱形的结构能够减少极卷中的圆弧部分，从而减小第一极片及第二极片的内圈与外圈的圆周曲率的差异。而且，随着第一极片及第二极片圆弧部分的减少，还能够增加第一极片与第二极片的平面接触。而相比于扁平卷绕，三角卷绕的卷针较小，故可使极卷的中心内部紧实、内外张力一致。由此可见，第一极片及第二极片的褶皱及相互之间的间隙可得到显著改善，从而改善循环跳水现象，进而提升上述电池单体及电池的稳定性。

此外，本实用新型还提供一种用电装置。

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为本实用新型一个实施例中电池的结构示意图；

图2为本实用新型另一个实施例中电池的结构示意图；

图3为本实用新型较佳实施例中电池单体的结构示意图；

图4为图2所示电池单体的爆炸图；

图5为图3所示电池单体中极卷的结构示意图；

图6为图5所示极卷的横向截面示意图；

图7为图5所示极卷的部分展开示意图；

图8为图5所示极卷中第一极片的展开示意图；

图9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。

请参阅图1及图2，本实用新型公开了一种用电装置(图未示)、电池10及电池单体100，上述用电装置包括上述电池10或上述电池单体100，并能够由上述电池10或上述电池单体100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10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10可以是电池包或电池模组。当上述电池10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100。多个电池单体100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100的工作状态进行控制和监测。此外，多个电池单体100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100可安装于箱体、框架、支架等支撑结构上，各个电池单体100之间、电池单体100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100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。具体在本实施例中，上述电池单体100为锂离子电池。

请参阅图3及图4，本实用新型较佳实施例中的电池单体100包括壳体110及极卷120。其中，极卷120收容于壳体110内。

壳体110呈中空的三棱柱形，故使得电池单体100的外部轮廓亦呈三棱柱形。三棱柱形的电池单体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10时，相邻两个电池单体100的侧面相抵接。如此，能够使得电池单体100之间贴合更紧密，从而减小电池内部所形成的间隙，进而提升上述电池10的空间利用率。

多个电池单体100在组装成上述电池10时，多个电池单体100可以横放(如图2)，也可竖放(如图1)。

具体在本实施例中，壳体110呈正三棱柱形，故电池单体100的外部轮廓亦呈正三棱柱形。正三棱柱形的电池单体100的底面各边长的长度相等。如此，在组装成上述电池10时无需对单个电池单体100的角度进行区分，成组更方便。

壳体110一般采用不锈钢成型，本实施例中的壳体110包括上壳111及底板112，上壳111呈一端开口的三棱柱形，底板112用于密封上壳111的开口。

请一并参阅图5及图6，极卷120呈三棱柱形，并收容于壳体110内。其中，极卷120包括第一极片121及第二极片122。第一极片121与第二极片122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123以形成绝缘。

第一极片121及第二极片122相互层叠并卷绕呈三棱柱形。具体的，第一极片121及第二极片122层叠后，可采用三角卷绕的方式卷绕成三棱柱形的极卷120。三棱柱形的结构能够减少极卷120中的圆弧部分，从而减小第一极片121及第二极片122的内圈与外圈的圆周曲率的差异。而且，随着第一极片121及第二极片122圆弧部分的减少，还能够增加第一极片121与第二极片122的平面接触，从而改善第一极片121及第二极片122的褶皱，并减小第一极片121及第二极片122之间的间隙。而相比于扁平卷绕，三角卷绕的卷针较小，故可使极卷120的中心内部紧实、内外张力一致，从而进一步改善第一极片及第二极片的褶皱及相互之间的间隙。

对应的，具体在本实施例中，极卷120也呈正三棱柱形。如此，可使得极卷120各方向上的受力更均衡，从而进一步改善第一极片及第二极片的褶皱及相互之间的间隙。

请一并参阅图7，第一极片121的一侧边缘形成有第一极耳1211，第一极耳1211可弯折至部分覆盖极卷120的端面，第二极片122的另一侧边缘形成有第二极耳1221，第二极耳1221可弯折至部分覆盖极卷120另一端的端面。

第一极片121及第二极片122卷绕成极卷120后，第一极耳1211及第二极耳1221分别位于极卷120长度方向的两端，并能够分别朝极卷120相对的两个端面弯折。由于第一极耳1211及第二极耳1221均只部分覆盖极卷120的端面，故有利于电解液向极卷120的中心浸润和渗透。

请再次参阅图4，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与极卷120的第一极耳1211焊接，第二集流盘140与极卷120的第二极耳1221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分别焊接于极卷120的两端，再将极卷120、第一集流盘130及第二集流盘140装入壳体110。第一集流盘130及第二集流盘140能够对极卷120进行汇流，并方便将极卷120的正负极引出。

第二极片122一般与第一极片121的结构完全相同，故在此仅对第一极片121的结构进行展开描述。其中，第一极耳1211可以采用全极耳的形式，也可采用多极耳的形式。具体的，本实施例中的第一极耳1211采用多极耳的方式。

请一并参阅图8，在本实施例中，第一极片121包括多个沿第一极片121的延伸方向依次排列的功能区域121a，功能区域121a对应于极卷120的侧面，第一极耳1211形成于功能区域121a的边缘。

功能区域121a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120的侧面。相邻两个功能区域121a之间的区域对应于极卷120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1211设置于功能区域121a的边缘，可避免第一极耳1211在卷绕过程中产生折叠，从而保持第一极耳1211的形状一致，方便后续对第一极耳1211进行压平、焊接等操作。

进一步的，在本实施例中，第一极片121具有靠近极卷120的中心的起始端及远离极卷120的中心的末端，在由起始端到末端的方向上，第一极耳1211的宽度及高度逐渐增大。

以图8所示为例，左端为第一极片121的起始端，右端为末端，故从左往右第一极耳1211的高度及宽度逐渐增大。第一极耳1211的高度指的是其伸出于第一极片121边缘的尺寸，即图中所示竖直方向的尺寸；第一极耳1211的宽度指的是其在第一极片121延伸方向上的尺寸，即图中所示左右方向的尺寸。

第一极片121及第二极片122卷绕成极卷121后，多个第一极耳1211呈螺旋状分布。而且，越靠近极卷121中心的第一极耳1211越短越窄，而越靠近极卷121外侧的第一极耳1211越长越高。如此，多个第一极耳1211在极卷121的底面呈内短外长的规律分布，位于外侧的第一极耳1211能够完全覆盖内侧的第一极耳1211，从而能够在一定程度上避免多个第一极耳1211之间产生搭接或缠绕，方便后续对第一极耳1211进行压平、焊接等操作。

在本实施例中，第一极片121在靠近起始端的预设范围内形成留白区域，第一极耳1211设于留白区域之外。依然以图8所示为例，上述留白区域指的是第一极片121左侧的一段区域，即图中所示区域L。由于在留白区域内并未设置第一极耳1211，故在极卷120成型后，其靠近极卷120中心的部分区域将无第一极耳1211引出。如此，第一极耳1211便能够将极卷120的中心区域空出，不会对中心孔造成遮挡，从而有利于极卷120散热及电解液的渗透。

在第一极片121的延伸方向上，形成有多个相互间隔的第一极耳1211。通常，多个第一极耳1211分别形成于多个连续的功能区域121a的边缘。如图9所示，在另一个实施例中，多个第一极耳1211分别形成于相互间隔的多个功能区域121a的边缘。

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

再次参阅图5及图8，在由功能区域121a的边缘到第一极耳1211顶部方向上，第一极耳1211的宽度逐渐减小。

由功能区域121a的边缘到第一极耳1211顶部方向，即第一极耳1211的高度方向，也即图5所示从下往上的方向。可见，第一极耳1211呈上窄下宽的结构，具体可呈三角形或梯形。如此，在将第一极耳1211朝极卷120的端面弯折时，可避免从极卷120相邻两个侧面引出的第一极耳1211相互干扰。而且，弯折完成后，相邻两个侧面引出的第一极耳1211之间会形成间隙，从而有助于加速电解液的浸润和渗透。

上述电池单体100及电池，第一极片121及第二极片122可采用三角卷绕的方式卷绕成三棱柱形的极卷120，三棱柱形的结构能够减少极卷120中的圆弧部分，从而减小第一极片121及第二极片122的内圈与外圈的圆周曲率的差异。而且，随着第一极片121及第二极片122圆弧部分的减少，还能够增加第一极片121与第二极片122的平面接触。而相比于扁平卷绕，三角卷绕的卷针较小，故可使极卷120的中心内部紧实、内外张力一致。由此可见，第一极片121及第二极片122的褶皱及相互之间的间隙可得到显著改善，从而改善循环跳水现象，进而提升上述电池单体100及电池的稳定性。

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，包括壳体及极卷，所述壳体呈三棱柱形；所述极卷包括极性相反的第一极片及第二极片，所述第一极片及所述第二极片相互层叠并卷绕呈三棱柱形，所述第一极片的一侧边缘形成有第一极耳，所述第一极耳可弯折至部分覆盖所述极卷的端面，所述第二极片的另一侧边缘形成有第二极耳，所述第二极耳可弯折至部分覆盖所述极卷另一端的端面；所述极卷收容于所述壳体内。

2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述壳体及所述极卷均呈正三棱柱形。

3.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，所述第一极耳形成于所述功能区域的边缘。

4.根据权利要求3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，所述第一极耳的宽度及高度逐渐增大。

5.根据权利要求4所述的电池单体，其特征在于，多个所述第一极耳分别形成于多个连续的所述功能区域的边缘；

或者，多个所述第一极耳分别形成于相互间隔的多个所述功能区域的边缘。

6.根据权利要求3所述的电池单体，其特征在于，在由所述功能区域的边缘到所述第一极耳顶部方向上，所述第一极耳的宽度逐渐减小。

7.根据权利要求6所述的电池单体，其特征在于，所述第一极耳呈三角形或梯形。

8.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，所述第一极片在靠近所述起始端的预设范围内形成留白区域，所述第一极耳设于所述留白区域之外。

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，且相邻两个所述电池单体的侧面相抵接。

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。