CN220774477U

CN220774477U - 电池单体、电池和用电装置

Info

Publication number: CN220774477U
Application number: CN202420132219.6U
Authority: CN
Inventors: 王晴林; 薛龙飞; 蒙万秋; 张小细
Original assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Current assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date: 2024-01-19
Filing date: 2024-01-19
Publication date: 2024-04-12
Anticipated expiration: 2034-01-19

Abstract

本申请公开了一种电池单体、电池和用电装置，该电池单体包括外壳、电极组件和吸附组件；电极组件容纳于外壳内，且电极组件包括正极极片和负极极片，正极极片包括正极活性材料，正极活性材料包括钠离子正极材料；吸附组件容纳于外壳内，吸附组件包括吸附件和封装件，封装件包覆吸附件，且封装件具有多孔结构，吸附件包括氢气吸附材料。通过上述方式，本申请能够吸附电池工作过程中产生的氢气，降低电池内压，减少电芯鼓胀的问题。

Description

电池单体、电池和用电装置

技术领域

本申请涉及新能源技术领域，特别是涉及一种电池单体、电池和用电装置。

背景技术

电池是新能源技术的关键设备之一，广泛应用于电子设备供电、电动汽车动力源以及可再生新能源的储能调节等领域。

电池在充放电的使用过程中，由于电池内部气体的产生，会导致电池内压升高，影响电池的工作寿命。上述的陈述仅用于提供与本申请有关的背景技术信息，而不必然地构成现有技术。

实用新型内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种电池单体、电池及用电装置，能够吸附电池单体内产生的氢气，将电池内压长期维持在正常水平，延长电池的工作寿命。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种电池单体，包括外壳、电极组件和吸附组件；电极组件容纳于外壳内，电极组件包括正极极片和负极极片，正极极片包括正极活性材料，正极活性材料包括钠离子正极材料；吸附组件容纳于外壳内，吸附组件包括吸附件和封装件，封装件包覆吸附件，封装件具有多孔结构，吸附件包括氢气吸附材料。通过在电池单体中设置吸附组件，能够吸附并储存电池工作过程中产生的气体，降低电池内压，减少电芯鼓胀和电解液泄漏的问题，减少界面阻抗的增加，有利于延长电池的工作寿命；通过设置封装件，可以减少电解液溶剂分子与吸附件结合而导致的吸附能力下降，降低对吸附件与待吸附气体分子相结合的影响。

进一步地，吸附件包括氢气吸附材料，能够对电池产生的氢气进行吸附和储存，降低电池发生燃爆的可能。

在一实施方式中，电极组件包括主体部和极耳部，主体部设置有正极极片和负极极片的活性材料，吸附组件设置于主体部上。通过将吸附组件设置于主体部上，有利于主体部产生的气体及时被吸附组件捕获，提高吸附组件的吸附效率。

在一实施方式中，电极组件由正极极片和负极极片卷绕形成，主体部包括平直区和弧形区，相邻两个电极组件的弧形区围设形成容纳区，吸附组件设置于容纳区。通过上述设置，有利于提高电池内部的空间利用率，提高气体吸附效率和气体吸附量。

在一实施方式中，吸附组件呈弧形设置。通过这种设置，更容易适应容纳区的形状，提高容纳区的空间利用率。

在一实施方式中，电池单体包括固定件，固定件包覆电极组件和吸附组件，将吸附组件与电极组件固定，吸附组件位于电极组件与固定件之间。通过固定件包覆电极组件和吸附组件，有利于电极组件和吸附组件的稳定连接，简化电池单体的组装过程。

在一实施方式中，固定件为绝缘膜，能够在固定吸附组件的基础上，保护电极组件与其他器件绝缘。

在一实施方式中，外壳包括壳体和端盖，壳体内部形成具有开口的容纳腔，容纳腔用于容纳电极组件；端盖封闭开口；吸附组件设置于外壳内靠近端盖的一端。将吸附组件设置于靠近端盖的一端，能够提高吸附组件的吸附效率，加快吸附速度。

在一实施方式中，电池单体包括绝缘件，绝缘件位于端盖朝向壳体内部的一侧，吸附组件设置于绝缘件远离端盖的一侧。提高吸附组件安装位置的灵活性，提高电池单体内部的空间利用率。

在一实施方式中，吸附组件包括第一吸附组件和第二吸附组件，第一吸附组件包括第一吸附件和第一封装件，第一封装件包覆第一吸附件，第一封装件具有多孔结构，第一吸附件包括氢气吸附材料；第二吸附组件包括第二吸附件和第二封装件，第二封装件包覆第二吸附件，第二封装件具有多孔结构，第二吸附件包括二氧化碳吸附材料。通过上述设置，能够增加吸附组件吸附气体的种类，扩大吸附组件的应用范围，提高吸附组件吸附气体的吸附量。

在一实施方式中，多孔结构的孔径为1-6埃米，可选为2-3埃米。通过上述设置，能够实现透气，使吸附件与氢气分子结合，较大程度地降低封装件对氢气吸附的影响，并能够保护吸附件，减少电解液对吸附件的侵蚀，延长吸附组件的工作寿命。

在一实施方式中，氢气吸附材料包括储氢合金；可选地，储氢合金包括稀土系储氢合金、镁系储氢合金和钛系储氢合金中的一种或多种。储氢合金能够在电池单体内部工作环境下进行氢气的吸附和存储，具有较强的储氢能力，有利于提高储氢容量和储氢稳定性，延长吸附组件的工作寿命。

在一实施方式中，封装件包括聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、全氟乙烯丙烯共聚物薄膜、聚四氟乙烯薄膜、碳纤维薄膜中的一种或多种。通过上述设置，使得封装件能够在满足透气的基础上，还能够耐受电解液，降低电解液对封装件的侵蚀。进一步地，在封装件选择碳纤维薄膜时，使得封装件也有一定的吸附作用，可以与氢气吸附材料协同作用，增加吸附组件的吸氢效率和储氢量。

在一实施方式中，封装件中混合有干燥剂颗粒。封装件中混合的干燥剂颗粒可以吸附电池内部残留或产生的微量水分子，以从源头上减少氢气的产气量。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种电池，电池包括上述任一项的电池单体。通过上述设置，有利于维持电池内压处于正常水平，延长电池的工作寿命。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种用电装置，包括上述任一项的电池单体或包括上述电池。用电装置至少具有与电池相同的优势。

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

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图。

图1为根据一个或多个实施例的电池的分解结构示意图；

图2为根据一个或多个实施例的电池单体的分解结构示意图；

图3为根据一个或多个实施例的包括吸附组件的电池单体的分解结构示意图；

图4为根据一个或多个实施例的电池单体的剖面结构示意图；

图5为根据一个或多个实施例的吸附组件的剖面结构示意图；

图6为根据一个或多个实施例的电极组件的结构示意图；

图7为根据一个或多个实施例的车辆的结构示意图。

附图中：

1000、车辆；300、马达；200、控制器；100、电池；10、箱体；11、第一部分；12、第二部分；20、电池单体；21、端盖；21a、电极端子；21b、绝缘件；21c、转接片；22、壳体；23、电极组件；23a、主体部；23b、极耳部；231、平直区；232、弧形区；233、容纳区；24、吸附组件；24a、吸附件；24b、封装件；25、固定件。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下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，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），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，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。

电池是新能源技术的关键设备之一，广泛应用于电子设备供电、电动汽车动力源以及可再生新能源的储能调节等领域。在电池的使用过程中，电池的内压会影响电芯稳定性和界面阻抗，影响电池的工作寿命。因此，将电池内压长期维持在正常水平，能够减少电池内压过高引起的鼓胀和界面阻抗增加，进而延长电池的使用寿命。

电池内压的升高主要是因为电池内部气体的产生。电池在使用过程中产生的气体主要有以下几个来源：一是电解液的氧化还原分解，伴随着正负极片电压的变化，电解液倾向于在正极/负极表面被氧化/还原，导致气体产生；二是正极材料中的残留杂质在电池的循环使用过程中会发生分解反应产生气体；三是干燥不足导致的残留水与副反应生成的水，这些水遇电流发生电解，生成氢气和氧气；四是电池过充过放时,化学材料的分解会产生乙炔、一氧化碳等气体。这些气体的积聚会导致电池内部压力升高，不仅会导致电池涨压、电解液外溢，严重的还可能引发爆炸事故。

按照电池中的活性材料分类，电池可以分为锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池、锂硫电池等不同类型，不同类型电池产生的气体种类及各种气体的占比存在不同。在锂离子电池中，化成阶段电解液中的溶剂及添加剂发生还原分解，产生CO、CO₂、C₂H₄等气体，以及非正常使用过程中发生过充时，液态电解质在正极表面发生氧化分解产生以CO₂和H₂为主的气体；而在钠离子电池中，相比于金属锂，金属钠具有更高的化学活性，导致钠离子电池中电解液溶剂及微量水杂质在金属钠负极表面剧烈且持续分解，析出大量H₂。

为了缓解钠离子电池易产生大量氢气，导致电池内压升高的问题，可以在设计上为电池增加吸附组件。具体为利用吸附组件吸附并储存电池内部产生的气体，从而改善电池内压。

请参阅图1，图1为根据一个或多个实施例的电池的分解结构示意图。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可以包括第一部分11和第二部分12，第一部分11与第二部分12相互盖合，第一部分11和第二部分12共同限定出用于容纳电池单体20的容纳空间。第二部分12可以为一端开口的空心结构，第一部分11可以为板状结构，第一部分11盖合于第二部分12的开口侧，以使第一部分11与第二部分12共同限定出容纳空间；第一部分11和第二部分12也可以是均为一侧开口的空心结构，第一部分11的开口侧盖合于第二部分12的开口侧。当然，第一部分11和第二部分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。

请参阅图2，图2为根据一个或多个实施例的电池单体的分解结构示意图。电池单体20是指组成电池的最小单元。如图2，电池单体20包括有端盖21、壳体22、电极组件23以及其他的功能性部件。

端盖21是指盖合于壳体22的开口处以将电池单体20的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，端盖21的形状可以与壳体22的形状相适应以配合壳体22。可选地，端盖21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21在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体20能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。端盖21上可以设置有如电极端子21a等的功能性部件。电极端子21a可以用于与电极组件23电连接，以用于输出或输入电池单体20的电能。在一些实施例中，端盖21上还可以设置有用于在电池单体20的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。端盖21的材质也可以是多种的，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。在一些实施例中，在端盖21的内侧还可以设置有绝缘件21b，绝缘件21b可以用于隔离壳体22内的电连接部件与端盖21，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件21b可以是塑料、橡胶等。

壳体22是用于配合端盖21以形成电池单体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23、电解液以及其他部件。壳体22和端盖21可以是独立的部件，可以于壳体22上设置开口，通过在开口处使端盖21盖合开口以形成电池单体20的内部环境。不限地，也可以使端盖21和壳体22一体化，具体地，端盖21和壳体22可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体22的内部时，再使端盖21盖合壳体22。壳体22可以是多种形状和多种尺寸的，例如长方体形、圆柱体形、六棱柱形等。具体地，壳体22的形状可以根据电极组件23的具体形状和尺寸大小来确定。壳体22的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。

电极组件23是电池100中发生电化学反应的部件。壳体22内可以包含一个或更多个电极组件23。电极组件23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膜。电极组件23由正极极片和负极极片卷绕形成，电极组件23包括主体部23a和极耳部23b，正极极片和负极极片具有活性物质的部分构成电极组件23的主体部23a，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部23b。正极极耳和负极极耳可以共同位于主体部23a的一端或是分别位于主体部23a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，极耳部23b通过转接片21c连接电极端子21a以形成电流回路。

为了解决电池使用过程中产生氢气使得电池内压升高的问题，本申请提供了一种电池单体，请参阅图3至图5，图3为根据一个或多个实施例的包括吸附组件的电池单体的分解结构示意图，图4为根据一个或多个实施例的电池单体的剖面结构示意图，图5为根据一个或多个实施例的吸附组件的剖面结构示意图。在本申请中，提供一种电池单体20，该电池单体20包括外壳和电极组件23，电极组件23容纳于外壳内，电极组件23包括正极极片和负极极片。电池单体20还包括吸附组件24，吸附组件24容纳于外壳内，吸附组件24包括吸附件24a和封装件24b，封装件24b包覆吸附件24a，封装件24b具有多孔结构，吸附件24a包括氢气吸附材料。

其中，吸附组件24为电池内部吸附并储存气体的组件。请继续参阅图4，吸附组件24包括吸附件24a和封装件24b，封装件24b包覆吸附件24a。吸附件24a具有吸附并储存气体的能力，具体地，吸附件24a包括吸附材料，可以根据需要吸附的气体选用对应的吸附材料。封装件24b是将吸附件24a与电池内部其他组件分隔开的组件；同时封装件24b允许待吸附气体分子通过。通过设置封装件，可以减少电解液溶剂分子与吸附件结合而导致的吸附能力下降，降低对吸附件与待吸附气体分子相结合的影响。

在一实施方式中，封装件多孔结构的孔径为1-6埃米（Å），可选为2-3埃米（Å）。通过上述设置，能够实现透气，使吸附件与氢气分子结合，较大程度地降低封装件对氢气吸附的影响，并能够保护吸附件，减少电解液对吸附件的侵蚀，延长吸附组件的工作寿命。

该实施方式中，通过在电池单体中设置吸附组件，能够吸附并储存电池工作过程中产生的气体，降低电池内压，减少电芯鼓胀和电解液泄漏的问题，减少气体引起的离子传输受到阻碍的问题，从而减少界面阻抗的增加，有利于维护电池的使用性能，延长电池的工作寿命。

在一实施方式中，吸附组件可以设置在电池单体的外壳内的任意区域，吸附组件的个数可以是一个或多个；即可以在外壳内的多个区域同时设置多个吸附组件。

请继续参阅图3和图4，在一实施方式中，电极组件23包括主体部23a和极耳部23b，主体部23a设置有正极极片和负极极片的活性材料，吸附组件24设置于主体部23a上。通过将吸附组件设置于主体部上，有利于主体部产生的气体被吸附组件及时捕获，提高吸附组件的吸附效率。

在一实施方式中，请参阅图6，图6为根据一个或多个实施例的电极组件的结构示意图。电极组件23由正极极片和负极极片卷绕形成，主体部23a包括平直区231和弧形区232，相邻两个电极组件23的弧形区232围设形成容纳区233，吸附组件24设置于容纳区233。

容纳区是电池单体内部多个电极组件堆叠形成的冗余的空间，该空间的存在不仅降低了电池单体外壳内的空间利用率，且空间狭小，不通透，容易积聚气体。将吸附组件设置于容纳区，充分利用了电池内部的现有空间，降低对电池内部其他部件的结构和功能的影响，提高了电池内部的空间利用率，进而利于提高电池的能量密度；此外，容纳区也容易聚集电池内部产生的气体，将吸附组件设置于此处能够提高气体吸附效率。

在一实施方式中，请参阅图6，吸附组件24呈弧形设置，即吸附组件24的形状与容纳区233的形状相匹配。因此能够将空间利用率进一步提高，同时增加可放置的气体吸附材料的体积，因此有利于气体吸附量的提高。在其他实施方式中，吸附组件还可以是其他形状，当吸附组件为多个时，多个吸附组件也可以是分别呈不同的形状。

在一实施方式中，请参阅图3和图4，电池单体20包括固定件25，固定件25包覆电极组件23和吸附组件24，将吸附组件24与电极组件23固定，吸附组件24位于电极组件23与固定件25之间。通过固定件包覆电极组件和吸附组件，有利于电极组件和吸附组件的稳定连接，简化电池单体的组装过程。

在一实施方式中，固定件25为绝缘膜。固定件绝缘膜可直接选择电池卷芯用绝缘膜，材质可以为高分子材料，例如聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等。能够在固定吸附组件的基础上，保护电极组件与其他器件绝缘。

在一实施方式中，请继续参阅图3和图4，电池单体20的外壳包括壳体22和端盖21，壳体22内部形成具有开口的容纳腔，容纳腔用于容纳电极组件23；端盖21封闭开口；吸附组件24设置于外壳内靠近端盖21的一端。

其中，由于大部分气体的密度相对较小，例如氢气、一氧化碳和甲烷等气体，因此它们倾向于向电池空间内的上部移动，汇聚于电池的端盖附近。因此将吸附组件设置于靠近端盖的一端，能够提高吸附组件的吸附效率，加快吸附速度。该实施方式中，是以电池单体正向放置，即以端盖朝向上方的方式放置为例进行说明的，在其他实施方式中，若电池单体呈其他方式放置，吸附组件优选设置于放置状态的上端。当然，也取决于气体的类型，例如当气体大多是二氧化碳时，其密度相对大，更容易下沉，那么吸附组件的设置位置则可以相应地下调。

在一些实施例中，电池单体20包括绝缘件21b，绝缘件21b位于端盖21朝向壳体22内部的一侧，吸附组件24设置于绝缘件21b远离端盖21的一侧。

在一些实施例中，请参阅图2至图4，端盖21包括端盖本体、以及安装在端盖本体上的电极端子21a、绝缘件21b和转接片21c。电池单体中的绝缘件21b可以是下塑胶。在电极组件23的极耳部23b与转接片21c进行焊接时，将电池端盖21的底面朝上放置，且需要将极耳部23b与转接片21c压紧。绝缘件21b与电极组件23之间存在可用空间，用于设置吸附组件24，同时需要避让开转接片21c。

通过上述设置，可以根据不同的应用环境调整吸附组件的位置，有利于提高吸附组件安装位置的灵活性，利用电池内的原有空间，不影响电池性能，提高电池单体内部的空间利用率。

另外，吸附组件可以通过粘接的方式与电池单体进行组装，使用胶纸或胶带将吸附组件粘接在电池单体外壳内靠近端盖的一端。

在一实施方式中，吸附组件包括第一吸附组件和第二吸附组件，第一吸附组件包括第一吸附件和第一封装件，第一封装件包覆第一吸附件，第一封装件具有多孔结构，第一吸附件包括氢气吸附材料；第二吸附组件包括第二吸附件和第二封装件，第二封装件包覆第二吸附件，第二封装件具有多孔结构，第二吸附件包括二氧化碳吸附材料。

在一实施方式中，第一吸附组件和第二吸附组件可以是相邻设置，也可以根据不同气体汇聚的不同位置分开设置。以电池单体正向放置，即以端盖朝向上方的方式放置为例进行说明，由于氢气的密度相对较小，因此它们倾向于向电池空间内的上部移动，汇聚于电池的端盖附近，因此将第一吸附组件设置于靠近端盖的一端。当第二吸附组件吸附气体为甲烷时，由于甲烷的密度也相对较小，因此可以与第一吸附组件相邻设置。而当第二吸附组件吸附气体为二氧化碳时，由于二氧化碳的密度相对较大，更容易下沉，那么第二吸附组件的设置位置则可以相应地下调，与第一吸附组件分开设置。

在一实施方式中，在第二吸附组件中，不同的气体吸附材料可以根据材料之间是否互相干扰气体吸附效果而选择混合设置还是分隔设置。

通过上述设置，能够增加吸附组件吸附气体的种类，扩大吸附组件的应用范围，提高吸附组件吸附气体的吸附量。

当电池单体为钠电池，其内较容易产气氢气，氢气含量大约会占全部产气量的95%以上，且氢气较容易引起燃爆，因此，本申请一实施方式中，在电池单体内设置了可以吸附氢气的吸附组件。具体地，吸附组件的吸附件中包括氢气吸附材料。

在一实施方式中，钠电池的正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一侧的正极活性层，正极活性层包括正极活性材料。

在一个实施例中，正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料（铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等）形成在高分子材料基材（如聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）等的基材）上而形成。

正极活性材料包括钠离子正极材料，可以是聚阴离子类正极材料、磷酸盐类正极材料、硫酸盐类正极材料、硅酸盐类正极材料、硼酸盐类正极材料中的一种或多种。例如，钠金属电池的正极活性材料中，聚阴离子型化合物中研究较多的是基于磷酸和氟磷酸的化合物。基于磷酸的化合物中，Na_x1Fe_y1P_m1O_n1因具有较高的容量、电压平台而受到了广泛关注。例如，具有较高容量的磷酸铁钠能够为钠金属电池提供较高的能量密度；具有较高电压平台的焦磷酸铁钠能够为钠金属电池提供较高的倍率性能等。聚阴离子型化合物包括三氟磷酸钒钠Na₃V₂(PO₄)₂F₃、氟磷酸钒钠NaVPO₄F、磷酸钒钠Na₃V₂(PO₄)₃、Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇、NaFePO₄、Na₃V₂(PO₄)₃中一种或几种。普鲁士蓝类化合物为NaxMM(CN)₆，其中，M、M为Fe、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Cr、Ti、V、Zr、Ce中一种或几种，其中，0＜x≤2。

在一个实施例中，正极膜层还可以包括粘结剂。作为示例，粘结剂可以包括聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物及含氟丙烯酸酯树脂中的至少一种。

在一个实施例中，正极膜层包括导电剂。作为示例，导电剂可以包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。

负极极片通常包括负极集流体，或包括负极集流体和设置在负极集流体至少一个表面上的负极膜层，负极膜层包括负极活性材料。

作为示例，负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极膜层可以设置在负极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。

在一个实施例中，负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用铜箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基材至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料（铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等）形成在高分子材料基材（如聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）等的基材）上而得到。

在钠金属电池中，电池的负极极片为负极集流体，即负极集流体直接作为负极极片。该类型的电池也可以称为“无负极电池”。在充电过程中，依靠从正极活性材料中脱出的钠离子沉积至负极集流体上形成钠金属（即负极活性材料为钠金属）。在另一些实施方式中，为了负极极片的正常使用，或便于钠金属在负极集流体上沉积，负极集流体上可以沉积一层导电的膜层。

在一个实施例中，负极活性材料可以采用本领域公知的用于钠电池的负极活性材料。作为示例，负极活性材料可以包括以下材料中的至少一种：碳基材料、合金材料、钛基材料、钠金属、沉积有钠金属的碳基材料、含有钠金属的复合材料、含有钠金属的合金材料等。上述碳基材料包括但不限于石墨、软碳、硬碳、碳微球、碳纤维、碳纳米管、导电碳。上述合金材料包括但不限于钠锡合金、钠锗合金、钠锑合金。上述钛基材料包括但不限于二氧化钛、钛酸盐、钛磷酸盐。本申请还可以使用其他可被用作钠电池负极活性材料的其他材料。这些负极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种或两种以上的材料组合使用。负极材料还可以为锂金属、锂合金、钾金属或钾合金。

电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。本申请对电解质的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。例如，电解质可以是液态的、凝胶态的或全固态的。

在一些实施方式中，电解质采用电解液。电解液包括电解质盐和溶剂。

在一个实施例中，电解质盐包括六氟磷酸钠（NaPF₆）、双氟磺酰亚胺钠（NaFSI）、三氟甲基磺酸钠、硫化钠（Na₂S）等。锂盐包括高氯酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂中的至少一种。

在一个实施例中，溶剂包括链状醚类、乙二醇二甲醚及其衍生物、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、环状醚类中的一种或多种溶剂。具体包括二甲醚（DME）、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、四乙二醇二甲醚、2,2,2,2-三氟乙醚、乙二醇二乙醚、三乙二醇二甲醚、甲基三氟乙基碳酸酯（FEMC）、二氧戊环（DOL）、乙腈（AN）、氟苯、磷酸三乙酯（TEP）、环丁砜、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃、二甲基亚砜，N,N二甲基乙酰胺等。

在一个实施例中，电解液还可以包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。

在一个实施例中，隔离膜可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。

在一个实施例中，隔离膜的材质可选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜，没有特别限制。在隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同或不同，没有特别限制。

吸附组件的吸附件中包括氢气吸附材料。氢气吸附材料是指能够吸收氢气的材料，包括以下几类：无机氢气吸附材料：例如金属钯（Pd）、碳酸氢钾（KHCO₃）或碳酸氢钠（NaHCO₃）、氮化锂（Li₃N）、储氢合金等；有机氢气吸附材料：例如苯和甲苯等；纳米氢气吸附材料：通常是将氢气吸附材料纳米化，利用纳米材料极大的比表面积和特殊的化学性质达到氢气吸附的目的；碳质材料：例如高比表面积活性炭（AC）、石墨纳米纤维（GNF）、碳纳米管（CNT）等；配位氢化物：利用碱金属（Li、Na、K等）或碱土金属（Mg、Ca等）与第三主族元素可与氢形成配位氢化物达到吸附氢气的目的。

在一实施方式中，氢气吸附材料包括储氢合金；可选地，储氢合金包括稀土系储氢合金、镁系储氢合金和钛系储氢合金中的一种或多种。

储氢合金是一种新型合金，在一定条件下可以通过形成氢化物达到吸收并储存氢气的目的，同时在一定条件下能够能放出氢气。从储氢机理上看，可以将储氢合金分为两类，一类储氢过程依靠氢化固溶体来实现：氢原子逐步进入合金间隙位置而形成固溶体，并保持晶体结构不变，如钛系储氢合金和稀土系储氢合金；另一类储氢过程依靠金属氢化物来实现：合金母相分解，然后逐步析出氢化物，如镁系储氢合金。

能与氢化合生成氢化物的金属元素通常可分为两类：一类是A侧金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、稀土元素等，这类金属元素容易与氢反应，形成稳定氢化物，并放出大量的热，称为放热型金属；另一类是B侧金属，如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al等，这类金属元素与氢的亲和力小，不容易形成氢化物，氢在其间溶解时为吸热反应，因此这类金属称为吸热型金属。目前正在研究与开发应用的储氢合金基本上都是将A类金属与B类金属组合在一起，制备出在适宜温度下具有可逆吸放氢能力的储氢合金。这些储氢合金主要可分为以下几大类：AB₅型（稀土系），AB₂型（锆系与钛系），AB型（铁钛系），A₂B型（镁系）储氢合金等。

其中，镁系储氢合金常温常压吸氢效果佳，适合在电池体系中使用；稀土系储氢合金是储氢合金中应用性能较好的一类，以LaNi₅为例， LaNi₅室温下与几个大气压的氢反应，即可被氢化，生成LaNi₅H₆，储氢容量约为1.4wt%，吸放氢速率快，很适合于室温环境下使用；钛系AB₂型储氢合金主要有TiMn基和TiCr基两大类，TiMn基储氢合金储氢容量可达到1.8wt%。

将储氢合金作为吸氢材料应用与电池环境中时，可以根据具体电池的产气量对储氢合金的用量进行计算，实现储氢合金的按需量化。此外，可通过增加储氢合金的量、使用小颗粒合金粉末或混入适量催化剂(如钛、铁、钴、镍、铜等金属纳米颗粒)来增加吸氢速率。

通过上述设置，有利于储氢合金在电池单体内部常温常压的工作环境下进行氢气的吸附和存储，有利于提高储氢速率，有利于提高储氢容量和储氢稳定性，延长吸附组件的工作寿命。

在一实施方式中，封装件包括聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、全氟乙烯丙烯共聚物薄膜、聚四氟乙烯薄膜、碳纤维薄膜中的一种或多种。

其中，聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、全氟乙烯丙烯共聚物薄膜、聚四氟乙烯薄膜属于聚合物薄膜；碳纤维薄膜，包括碳纤维布和碳纤维纸，属于碳基薄膜。碳纤维在具有能够让小分子气体例如氢气透过的同时，还能够与氢气发生相互作用，因此在常温常压下也具有吸氢储氢的功能。通过上述设置，使得封装件能够在满足透气的基础上，还能够耐受电解液，降低电解液对封装件的侵蚀。进一步地，在封装件选择碳纤维薄膜时，使得封装件也有一定的吸附作用，可以与氢气吸附材料协同作用，增加吸附组件的吸氢效率和储氢量。

在一实施方式中，封装件中混合有干燥剂颗粒。干燥剂颗粒可以是但不限于硅胶、分子筛、活性炭、矿物干燥剂等，外观为颗粒状。此外，可以对封装件材料进行亲水改性或使用具有亲水性的聚合物薄膜，例如亲水聚四氟乙烯复合膜、聚酰亚胺膜等，使得封装件也具有吸水能力。封装件中混合的干燥剂颗粒可以吸附电池内部残留或产生的微量水分子，以从源头上减少氢气的产气量。

为了使本申请实施例所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚，以下将结合实施例和附图进行进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。

实施例1

一种可吸收H₂的吸附结构，外层为多孔材料，内层封装有具有常温常压吸氢能力的储氢合金；如图3和图4，将该结构粘贴或夹装在电池端盖下方或电极组件侧面边缘空余位置，可以吸收钠离子电池在使用过程中产生的H₂，改善电池内压，减轻电池膨胀和界面阻抗增长，改善电芯存储、循环寿命及安全性能。

储氢合金可以选用稀土系储氢合金、镁系储氢合金和钛系储氢合金，其中优选常温常压吸氢效果佳的镁系合金；储氢合金的含量根据储氢合金常温吸氢能力和电池产气量、电极组件顶部和侧面可用空间的大小进行灵活设计（以MgH₂为例，常温储氢质量分数可达6.8%），也可通过增加储氢合金的量、使用小颗粒合金粉末或混入适量催化剂(如钛、铁、钴、镍、铜等金属纳米颗粒)来增加吸氢速率。

多孔材料选用利于小分子气体透过的聚丙烯、聚乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯等塑料膜；多孔塑料膜的孔径可设置在1-6埃米，优选2-3埃米，保证H₂可透过多孔塑料膜，同时避免电解液溶剂分子透过薄膜进入吸附结构影响储氢合金的吸氢能力。

实施例2

多孔材料选用碳纤维布、碳纤维纸等碳基薄膜材料，碳纤维表面的孔隙可保证小分子气体透过，同时碳纤维也具有常温常压下吸氢储氢的功能，可增加该吸附结构的吸氢效率和储氢量。

本申请所提供的电池单体可用于组装电池，请参阅图1，本申请提供一种电池，该电池包括上述实施例任一项的电池单体。

本申请实施例公开的电池可以用于使用电池作为电源的用电装置或者使用电池作为储能元件的各种储能系统。即本申请提供一种用电装置，用电装置包括上述实施例的电池。在一些实施例中，本申请的用电装置可用于，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、轮船、航天器、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。

用电装置可以根据其使用需求来选择电池单体、电池模块或电池包。

请参照图7，图7为根据一个或多个实施例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。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。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种电池单体，其特征在于，包括：

外壳；

电极组件，容纳于所述外壳内，所述电极组件包括主体部和极耳部，所述电极组件包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极活性材料，所述正极活性材料包括钠离子正极材料；

吸附组件，容纳于所述外壳内，所述吸附组件包括吸附件和封装件，所述封装件包覆所述吸附件，所述封装件具有多孔结构，所述吸附件包括氢气吸附材料。

2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述主体部设置有所述正极极片和负极极片的活性材料，所述吸附组件设置于所述主体部上。

3.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述电极组件由所述正极极片和负极极片卷绕形成，所述主体部包括平直区和弧形区，相邻两个所述电极组件的所述弧形区围设形成容纳区，所述吸附组件设置于所述容纳区。

4.根据权利要求3所述的电池单体，其特征在于，所述吸附组件呈弧形设置。

5.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，

所述电池单体包括固定件，所述固定件包覆所述电极组件和所述吸附组件，将所述吸附组件与所述电极组件固定，所述吸附组件位于所述电极组件与所述固定件之间。

6.根据权利要求5所述的电池单体，其特征在于，所述固定件为绝缘膜。

7.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述外壳包括：

壳体，内部形成具有开口的容纳腔，所述容纳腔用于容纳所述电极组件；

端盖，封闭所述开口；

所述吸附组件设置于所述外壳内靠近所述端盖的一端。

8.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述电池单体包括绝缘件，所述绝缘件位于所述端盖朝向所述壳体内部的一侧，所述吸附组件设置于所述绝缘件远离所述端盖的一侧。

9.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，

所述吸附组件包括第一吸附组件和第二吸附组件，所述第一吸附组件包括第一吸附件和第一封装件，所述第一封装件包覆所述第一吸附件，所述第一封装件具有多孔结构，所述第一吸附件包括氢气吸附材料；所述第二吸附组件包括第二吸附件和第二封装件，所述第二封装件包覆所述第二吸附件，所述第二封装件具有多孔结构，所述第二吸附件包括二氧化碳吸附材料。

10.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述多孔结构的孔径为1-6埃米。

11.根据权利要求10所述的电池单体，其特征在于，所述多孔结构的孔径为2-3埃米。

12.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述氢气吸附材料包括储氢合金。

13.根据权利要求12所述的电池单体，其特征在于，所述储氢合金包括稀土系储氢合金、镁系储氢合金和钛系储氢合金的其中一种。

14.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述封装件包括聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、全氟乙烯丙烯共聚物薄膜、聚四氟乙烯薄膜、碳纤维薄膜的其中一种。

15.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述封装件中混合有干燥剂颗粒。

16.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1至15任一项所述的电池单体。

17.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求1至15任一项所述的电池单体，或包括如权利要求16所述的电池，所述电池单体和所述电池用于提供电能。