CN220963563U - 电池单体、电池、用电设备和电池单体的制造装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种电池单体、电池、用电设备和电池单体的制造装置，其中电池单体包括电极组件(1)和缓冲垫(2)，电极组件(1)包括主体部(11)和自主体部(11)延伸出的极耳(12)，主体部(11)包括第一主体区域(111)和第二主体区域(112)，第一主体区域(111)沿第一方向(T)的厚度小于第二主体区域(112)沿第一方向(T)的厚度，缓冲垫(2)包括可压缩的第一侧壁(21)，第一侧壁(21)包括第一缓冲部(211)和第二缓冲部(212)，第一缓冲部(211)沿第一方向(T)的厚度大于第二缓冲部(212)沿第一方向(T)的厚度，缓冲垫设置在主体部的侧面，并使第一缓冲部对应第一主体区域设置，第二缓冲部对应第二主体区域设置。

Description

电池单体、电池、用电设备和电池单体的制造装置
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池单体、电池、用电设备和电池单体的制造装置。
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，电芯会发生膨胀而增大壳体所承受的外力，影响电池的使用寿命。
发明内容
本申请提供一种电池单体、电池、用电设备和电池单体的制造装置，可以缓解电芯发生膨胀而使壳体所承受的外力增大，并影响电池使用寿命的问题。
第一方面，本申请提供一种电池单体，包括：
电极组件，包括主体部和自主体部延伸出的极耳，主体部包括第一主体区域和第二主体区域，第一主体区域沿第一方向的厚度小于第二主体区域沿第一方向的厚度；和
缓冲垫，包括可压缩的第一侧壁，第一侧壁包括第一缓冲部和第二缓冲部，第一缓冲部沿第一方向的厚度大于第二缓冲部沿第一方向的厚度，缓冲垫设置在主体部的侧面，并使第一缓冲部对应第一主体区域设置，第二缓冲部对应第二主体区域设置。
在本申请提供的实施例中，通过设置厚度不同的第一缓冲部和第二缓冲部，可以利用厚度较大的第一缓冲部弥补第一主体区域的较小厚度，使主体部和缓冲垫组成的整体的厚度基本是均匀的，从而改善第一主体区域的界面打皱问题。
在一些实施例中，电池单体还包括壳体，壳体采用硬质材料制成，壳体的内部设有容纳空腔，主体部和缓冲垫均设置于容纳空腔中；或者，壳体采用软质材料制成，壳体的内部设有容纳空腔，主体部设置于容纳空腔中，缓冲垫设置于壳体的外部。
在壳体采用硬质材料制成时，将缓冲垫和主体部均设置于壳体的内部，可以使缓冲垫更加直接地保护主体部，同时缓冲垫与主体部的贴合效果也更好，可以更加有效地改善主体部的厚度较小的第一主体区域的打皱问题。将缓冲垫内置于壳体的内部，还可以避免缓冲垫受到较硬的壳体的棱角影响，可以更好地发挥厚度梯度设计的效果，使第一缓冲部可以与主体部的削薄区紧密贴合，提升打皱效果，起到更好的保护缓冲效果。在壳体采用软质材料制成时，将缓冲垫设置于壳体的外部仍可以通过壳体的变形而弥补主体部的厚度较小的第一主体区域，改善第一主体区域的打皱问题。
在一些实施例中，第一侧壁包括由绝缘材料制成的绝缘部分和由可压缩材料制成的缓冲部分；或者，第一侧壁由可压缩的绝缘材料制成。
通过将第一侧壁带有绝缘属性，可以省略专门的绝缘垫，节省额壳体内部空间，提高空间利用率；省略专门的绝缘垫，还可以提高装配效率。
在一些实施例中，第一侧壁由多孔泡棉或气凝胶制成。多孔可压缩泡棉的高孔隙率可以更好地浸润电解液，提高注液速率及电芯使用过程的保液能力。
在一些实施例中，第一缓冲部相对于第二缓冲部增厚的部分具有在第二方向上变化的厚度，第二方向与第一方向相互垂直；和/或，第二缓冲部具有在第二方向上恒定的厚度，第二方向与第一方向相互垂直。
在一些实施例中，第一缓冲部相对于第二缓冲部增厚的部分包括平板部、楔形部、台阶部、梯形部或圆弧部中的至少一个。
在一些实施例中，第一缓冲部和第二缓冲部一体成型。这样可以有效提高装配效率。
在一些实施例中，第一缓冲部相对于第二缓冲部增加的厚度不小于第一主体区域相对于第二主体区域减小的厚度这种过盈设计可以使第一主体区域所形成的凹部可以通过第一缓冲部被充分地填充起来，使第一主体区域可以与第一缓冲部充分贴合，确保充电界面平整不打皱。
在一些实施例中，第一缓冲部沿第二方向的宽度不大于第一主体区域沿第二方向的宽度，第二方向与第一方向垂直。这种设置可以在第三方向W上使第一缓冲部的宽度小于第一主体区域的宽度，从而使主体部和缓冲垫组成的整体可以顺利地放入壳体的内部，提高装配的方便性。
在一些实施例中，第二主体区域的厚度为0.5mm～50mm。在该取值范围内，可以使第二主体区域具备足够的可压缩量，缓解壳体受到的膨胀应力，提高电池单体的使用寿命。
在一些实施例中，在承受相同大小的压缩应力时，第一缓冲部和第二缓冲部的压缩率相同或不同。这样设置可以使第一缓冲部和第二缓冲部具有相同的或不同的缓冲性能，以缓解电芯充电膨胀变形产生的应力，便于根据电芯的膨胀情况适应性地设置第一缓冲部和第二缓冲部的压缩性能。
在一些实施例中，缓冲垫包括两个彼此相对的第一侧壁，两个第一侧壁分别贴靠在主体部的两个相对的侧面上；或者，两个第一侧壁分别贴靠在两个相邻布置的主体部的彼此远离的侧面上。缓冲垫可以分别包裹每个主体部，也可以包裹多个主体部组成的整体。
在一些实施例中，电池单体还包括端盖，缓冲垫还包括与端盖连接的连接部。通过将缓冲垫与端盖连接，可以提高缓冲垫的稳定性，防止因缓冲垫相对于主体部移位而失效。
在一些实施例中，缓冲垫还包括底壁和两个第二侧壁，底壁、两个第二侧壁和两个第一侧壁连接形成箱型且顶部具有开口的缓冲垫。
在一些实施例中，第二侧壁和/或底壁采用绝缘材料制成。这样可以使缓冲垫整体具备绝缘性，从而省略专门的绝缘垫，提高空间利用率。
在一些实施例中，第二侧壁和/或底壁的绝缘层厚度不大于0.2mm。这样设置可以在保证绝缘效果的同时避免第二侧壁和底壁过厚。
第二方面，本申请提供一种电池，包括上述实施例中的电池单体。
第三方面，本申请提供一种用电设备，包括上述实施例中的电池，电池用于向用电设备供应电能。
第四方面，本申请提供一种电池单体的制造装置，包括：
第一提供装置，被配置为提供电极组件，电极组件包括主体部和自主体部延伸出的极耳，主体部包括第一主体区域和第二主体区域，第一主体区域沿第一方向的厚度小于第二主体区域沿第一方向的厚度；和
第二提供装置，被配置为提供缓冲垫，缓冲垫包括可压缩的第一侧壁，第一侧壁包括第一缓冲部和第二缓冲部，第一缓冲部沿第一方向的厚度大于第二缓冲部沿第一方向的厚度，缓冲垫贴靠在主体部的侧面，并使第一缓冲部对应第一主体区域，第二缓冲部对应第二主体区域。
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的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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，还可以根据附图获得其他的附图。
图1是本申请公开的用电设备一些实施例的结构示意图；
图2是本申请公开的电池一些实施例的结构示意图；
图3是本申请公开的电池单体一些实施例的结构示意图；
图4是本申请公开的电池单体一些实施例的爆炸图；
图5是本申请公开的电池单体一些实施例中主体部和缓冲垫配合的结构示意图；
图6是本申请公开的电池单体第一实施例中缓冲垫的结构示意图；
图7是本申请公开的电池单体一些实施例中主体部和缓冲垫配合的剖视图；
图8是本申请公开的电池单体另一些实施例中主体部和缓冲垫配合的剖视图；
图9是本申请公开的电池单体第二实施例中缓冲垫的结构示意图；
图10是本申请公开的电池单体第三实施例中缓冲垫的结构示意图；
图11是本申请公开的电池单体第四实施例中缓冲垫的结构示意图；
图12是本申请公开的电池单体实施例中三种缓冲垫的压缩应力曲线变化图。
在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。
标记说明：
1000、车辆；100、电池；200、控制器；300、马达；10、箱体；101、第一盖体；102、第二盖体；20、电池单体；1、电极组件；11、主体部；111、第一主体区域；112、第二主体区域；12、极耳；2、缓冲垫；21、第一侧壁；211、第一缓冲部；212、第二缓冲部；22、底壁；23、第二侧壁；3、壳体；31、第一壳体壁；32、第二壳体壁；4、端盖组件；41、端盖；42、端子。
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。此外，术语“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。
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，除非另有明确具体的限定。同理，“多组”指的是两组以上，“多片”指的是两片以上，除非另有明确具体的限定。
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，或一体地连接；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。
本申请的发明人注意到，二次电池在首次活化充电时，阳极极片嵌锂后会膨胀反弹，体积较大，特别是新一代的高能量密度的硅阳极体系，纯硅嵌锂体积膨胀率大于300％，体积膨胀后会导致阴、阳极极片的界面打皱严重。打皱较严重时会使阴、阳极极片之间锂离子的传输间距增大，使用时易在阳极表面引发析锂、膨胀力增大等问题，随着使用寿命周期的进行，析锂累积极易出现锂枝晶生长，刺穿隔膜，并最终导致电芯失效。
发明人进一步研究发现，首次充电时在电池的两个大面戴上平面夹具，并施加一定的预紧力，可以使内部电芯充电膨胀时提前顶壳，减少自由膨胀空间，阴、阳极之间紧密接触并均匀膨胀增厚，这样可以有效改善界面打皱的问题。但由于生产工艺影响，为了防止辊压压实活性物质时边缘出现鼓边、爆边问题，阴、阳极极片在涂布时，靠近极耳侧的边缘区域的活性物质的涂层厚度会小于中间区域的涂层厚度，即采用削薄设计。这种削薄设计会使得常规平面夹具的预紧力全施加在大面中心区域，无法使极片的极耳侧的削薄区有效贴合，充电膨胀时削薄区依然易产生波浪式褶皱。
而且，具有恒定间距的夹具具有弊端，间距过大，受力效果不佳，界面改善效果差；间距过小，对电芯压力过大，使电芯在高度和宽度方向上的延展变大，带来其它安全风险。
基于以上考虑，发明人认为，解决上述平面夹具问题的最佳方式是恒压可压缩的夹具充电方式，在夹具与电芯之间加入可根据膨胀力压缩的缓冲垫，可有效改善平面夹具问题。
但是，经过再进一步的研究，发明人发现，如果将压缩缓冲垫集成在生产线夹具上，压缩缓冲垫有疲劳性，长期使用后需要定期更换；而且，每个电芯的生产一致性无法保证，因此压缩缓冲垫的厚度无法适应所有电芯。另外，电池模组在装配时需要一定的预紧力，但在使用过程中，电池会不断膨胀，使电池模组承受的膨胀力越来越大，影响电池模组的使用寿命，具有较大的安全风险。
为此，发明人想到，可以在装配电池模组时为电芯配备合适的缓冲垫，比如将缓冲垫内置于电池模组内，既可以降低电池模组承受的膨胀力，还可以解决将缓冲垫集成在夹具上所存在的疲劳和一致性问题。
发明人还发现，内置缓冲垫未针对极片削薄区作特殊形状设计，无法改善削薄区打皱问题；而设置缓冲垫之后，还需要另外设置不能缺少的绝缘垫，同时缓冲垫和绝缘垫会增大电池的体积，空间利用率未达极致。
基于以上所有研究，发明人对缓冲垫进行了结构改造。在本申请提供的电池单体的实施例中，缓冲垫贴靠于主体部的侧面，即缓冲垫直接包裹裸电芯，而且缓冲垫的第一侧壁包括厚度较大的第一缓冲部和厚度较小的第二缓冲部，厚度较大的第一缓冲部对应厚度较小的第一主体区域设置，比如第一缓冲部填充于第一主体区域相对于第二主体区域形成中的凹部，厚度较小的第二缓冲部对应厚度较大的第二主体区域设置。这样设置后，即使主体部具有削薄区，也可以通过缓冲垫的第一缓冲部相对于第二缓冲部的增厚部分弥补主体部的削薄区，使主体部和缓冲垫配合后形成的整体为平整、厚度均匀的结构，从而在使用具有恒定间距的平面夹具时，可以使主体部整体受到大小均匀的预紧力，有效改善在电池使用过程中阴、阳极界面的打皱情况；缓冲垫还可以在冲击、挤压等极端条件下减免裸电芯的磕碰破损，缓解电池使用过程的膨胀应力，提升全生命周期的安全性。
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设备中。可以使用具备本申请公开的电池单体、电池等组成该用电设备的电源系统，这样，有利于缓解并自动调节电芯膨胀力恶化，补充电解液消耗，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设备，电池被配置为对用电设备提供电能。用电设备可以为但不限于手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等，例如，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、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，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。
以下实施例为了方便说明，以本申请一实施例的一种用电设备为车辆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，电池100用于为马达300以及车辆中其它部件的工作提供电能，控制器200用来控制马达300工作，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的爆炸图。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可以包括第一盖体101和第二盖体102，第一盖体101与第二盖体102相互盖合，第一盖体101和第二盖体102共同限定出用于容纳电池单体20的容纳空间。第二盖体102可以为一端开口的空心结构，第一盖体101可以为板状结构，第一盖体101盖合于第二盖体102的开口侧，以使第一盖体101与第二盖体102共同限定出容纳空间；第一盖体101和第二盖体102也可以均为一侧开口的空心结构，第一盖体101的开口侧盖合于第二盖体102的开口侧。当然，第一盖体101和第二盖体102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，电池单体20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，本公开实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本公开实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种：柱形电池单体、方体方形电池单体和软包电池单体，本公开实施例对此也不限定。
请参照图3和图4，图3为本申请一些实施例提供的电池单体20的结构示意图，图4为电池单体20的爆炸图。电池单体20是指组成电池的最小单元。如图4所示，在本申请提供的电池单体20的一些实施例中，电池单体20包括电极组件1、缓冲垫2、壳体3和端盖组件4。
壳体3是用于提供容纳空间以将电极组件、电解液以及其他部件容纳于其内的部件。壳体3的内部设有具有开口的容纳腔室，端盖组件4包括用于封闭开口的端盖41和设置于端盖41上的端子42。壳体3和端盖41可以是独立的部件，壳体3上设置有开口，通过在开口处使端盖41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41和壳体3一体化，具体地，端盖41和壳体3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3的内部时，再使端盖41盖合壳体3。壳体3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3的形状可以根据电极组件1的具体形状和尺寸大小来确定。壳体3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。
壳体3是用于配合端盖41以形成电池单体20的内部环境的组件，端盖41是盖合于壳体3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41的形状可以与壳体3的形状相适应以配合壳体3。可选地，端盖41可以由具有一定硬度和强度的材质制成，这样，端盖41在受挤压膨胀时就不易发生形变，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。端子42以及其他部件可以设置于端盖41上。端子42可以用于与电极组件1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41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41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41的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体3内的电连接部件与端盖41，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。
电极组件1是电池单体20中发生电化学反应的部件。壳体3内可以包含一个或更多个电极组件1。电极组件1主要由正极片和负极片卷绕或层叠放置形成，并且通常在正极片与负极片之间设有隔膜。电极组件1包括电芯和自电芯延伸出的两个极耳12，正极片和负极片的表面涂有活性物质层，具有活性物质的部分构成电极组件1的主体部11，正极片和负极片不具有活性物质的部分各自延伸构成电极组件1的两个极耳12。正极极耳和负极极耳可以共同位于主体部11的一端或是分别位于主体部11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12连接端子42以形成电流回路。电极极片可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本公开实施例并不限于此。
根据本申请的一些实施例，参照图5至图7所示，本申请提供了一种电池单体20。电池单体20包括电极组件1和缓冲垫2，电极组件1包括主体部11和自主体部11延伸出的极耳12，主体部11包括第一主体区域111和第二主体区域112，第一主体区域111沿第一方向T的厚度d1小于第二主体区域112沿第一方向T的厚度d2，缓冲垫2包括可压缩的第一侧壁21，第一侧壁21包括第一缓冲部211和第二缓冲部212，第一缓冲部211沿第一方向T的厚度大d3于第二缓冲部212沿第一方向T的厚度d4，缓冲垫2设置在主体部11的侧面，并使第一缓冲部211对应第一主体区域111设置，第二缓冲部212对应第二主体区域112设置。
在本申请提供的实施例中，通过设置厚度不同的第一缓冲部211和第二缓冲部212，可以利用厚度较大的第一缓冲部211弥补第一主体区域111的较小厚度，使主体部11和缓冲垫2组成的整体的厚度基本是均匀的，从而改善第一主体区域111的界面打皱问题。
而且，缓冲垫2的第一侧壁21的整体是可压缩的，可用于缓解电池在使用过程的膨胀力增长，降低对位于主体部11外侧的部件的影响，提高电池单体20的使用寿命，也有利于提高电池单体20的使用安全性。
在本申请的一些实施例中，第一主体区域111的厚度小于第二主体区域112的厚度，具体可以表现为，第一主体区域111的极片涂层厚度小于第二主体区域112的涂层厚度。通过采用削薄设计，将第一主体区域111的极片涂层厚度设置为小于第二主体区域112的涂层厚度，可以防止辊压压实活性物质时边缘出现鼓边、爆边问题。
第一缓冲部211和第二缓冲部212设置位置可以根据主体部11的形状来确定。比如，在如图5至图7所示的实施例中，主体部11的上部和下部分别设有厚度较小的第一主体区域111，第二主体区域112的厚度比第一主体区域111的厚度大，且第二主体区域112的厚度恒定，因此相应地，第一侧壁21设有两个第一缓冲部211，分别对应两个第一主体区域111设置，而第二缓冲部212的厚度比第一缓冲部211的厚度小，而且第二缓冲部212可以采用等厚设计，即厚度是恒定不变的。而在如图8至11所示的实施例中，主体部11的上部设有第一主体区域111，第一主体区域111之下为具有均匀厚度的第二主体区域112，因此第一侧壁21设有一个第一缓冲部211，第二缓冲部212的厚度也可以设置为恒定的。
在本申请提供的实施例中，电池单体还包括用于容纳电极组件1的壳体3，壳体3可以采用硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。壳体3也可以采用软包，例如袋式软包，软包的材质可以是塑料，如聚丙烯PP、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚丁二酸丁二醇酯PBS等中的一种或几种。
在一些实施例中，壳体3采用软质材料制成，壳体3的内部设有容纳空腔，主体部11设置于容纳空腔中，缓冲垫2设置于壳体3的外部。由于壳体3采用软质材料制成，因此将缓冲垫2设置于壳体3的外部也可以弥补主体部11的厚度较小的第一主体区域111，改善第一主体区域111的打皱问题。
当然，在一些实施例中，即使壳体3采用软质材料制成，缓冲垫2也可以设置于壳体3的内部。
如图5至图7所示，壳体3采用软质材料制成，壳体3包括第一壳体壁31和第二壳体壁32，第一壳体壁31和第二壳体壁32连接形成袋式软包结构。主体部11和缓冲垫2均设置与壳体3的内部。
在另一些实施例中，壳体3采用硬质材料制成，壳体3的内部设有容纳空腔，主体部11和缓冲垫2均设置于容纳空腔中。
如图8所示，壳体3采用硬质材料制成，可以提高壳体3的刚度，避免壳体3发生变形。在壳体3采用硬质材料制成时，将缓冲垫2和主体部11均设置于壳体3的内部，可以使缓冲垫2更加直接地保护主体部11，同时缓冲垫2与主体部11的贴合效果也更好，可以更加有效地改善主体部11的厚度较小的第一主体区域111的打皱问题。将缓冲垫2内置于壳体3的内部，还可以避免缓冲垫2受到较硬的壳体3的棱角影响，可以更好地发挥厚度梯度设计的效果，使第一缓冲部211可以与主体部11的削薄区紧密贴合，提升打皱效果，起到更好的保护缓冲效果。
在一些实施例中，第一侧壁21包括由绝缘材料制成的绝缘部分和由可压缩材料制成的缓冲部分；或者，第一侧壁21由可压缩的绝缘材料制成。
通过将第一侧壁21带有绝缘属性，可以省略专门的绝缘垫，节省额壳体3内部空间，提高空间利用率；省略专门的绝缘垫，还可以提高装配效率。
在一些实施例中，第一侧壁21的表面贴有绝缘层。
在一些实施例中，第一缓冲部211包括基体部和增厚部，基体部与第二缓冲部212的厚度相同，增厚部使得第一缓冲部211的总厚度大于第二缓冲部212的厚度。
在一些实施例中，基体部与第二缓冲部212一体成型，或者基体部与增厚部一体成型。
在第一侧壁21带有绝缘属性的实施例中，可以将基体部设置为采用绝缘材料制成，也可以将增厚部设置为采用绝缘材料制成，还可以在基体部或者增厚部的表面粘贴绝缘层。
缓冲垫2的材质类型可以根据主体部11的膨胀力及需压缩厚度来选择。
在一些实施例中，第一侧壁21由多孔泡棉或气凝胶制成。多孔可压缩泡棉的高孔隙率可以更好地浸润电解液，提高注液速率及电芯使用过程的保液能力。
在一些实施例中，第一缓冲部211相对于第二缓冲部212增厚的部分具有在第二方向H上变化的厚度，第二方向H与第一方向T相互垂直。增厚部分在第一方向T上的厚度沿第二方向H是变化的。
在一些实施例中，第二缓冲部212具有在第二方向H上恒定的厚度，第二方向H与第一方向T相互垂直。第二缓冲部212在第一方向T上的厚度沿第二方向H是恒定的。
在一些实施例中，第一缓冲部211相对于第二缓冲部212增厚的部分包括平板部、楔形部、台阶部、梯形部或圆弧部中的至少一个。
如图5至图7所示，第一缓冲部相对于第二缓冲部212增厚的部分呈平板形状。如图8和图9所示，第一缓冲部相对于第二缓冲部212增厚的部分呈楔形形状。如图10所示，第一缓冲部相对于第二缓冲部212增厚的部分呈台阶形状。如图11所示，第一缓冲部相对于第二缓冲部212增厚的部分呈梯形形状。虽然图中未展示，但在其他实施例中，第一缓冲部相对于第二缓冲部212增厚的部分呈圆弧形状或其他形状，还可以是平板形状、楔形形状、台阶形状、梯形形状和圆弧形状中的一个或多个的任意组合。
在一些实施例中，第一缓冲部211和第二缓冲部212一体成型。这样可以有效提高装配效率。
在一些实施例中，第一缓冲部211相对于第二缓冲部212增加的厚度不小于第一主体区域111相对于第二主体区域112减小的厚度。这种过盈设计可以使第一主体区域111所形成的凹部可以通过第一缓冲部211被充分地填充起来，使第一主体区域111可以与第一缓冲部211充分贴合，确保充电界面平整不打皱。
在一些实施例中，第一缓冲部211沿第三方向W的宽度不大于第一主体区域111沿第三方向W的宽度，第三方向W与第一方向T垂直。这种设置可以在第三方向W上使第一缓冲部211的宽度小于第一主体区域111的宽度，从而使主体部11和缓冲垫2组成的整体可以顺利地放入壳体3的内部，提高装配的方便性。
在一些实施例中，第二主体区域112的厚度为0.5mm至50mm。
第二主体区域112的厚度可以采用等厚设计，具体可以根据主体部11的初始厚度、壳体3内部容纳空腔的厚度、主体部11在使用时的最大反弹厚度和装配公差等设计条件来决定。比如，缓冲垫2的第二主体区域112的初始厚度＝壳体3内部容纳空腔的厚度-主体部11的初始厚度-装配公差，以使阴阳极极片在初始状态时就紧密贴合。
在一些实施例中，缓冲垫2的可压缩厚度不小于主体部11的最大反弹厚度，以此来缓解使用过程的膨胀力增长。
在一些实施例中，在承受相同大小的压缩应力时，第一缓冲部211和第二缓冲部212的压缩率相同或不同。这样设置可以使第一缓冲部211和第二缓冲部212具有相同的或不同的缓冲性能，以缓解电芯充电膨胀变形产生的应力，便于根据电芯的膨胀情况适应性地设置第一缓冲部211和第二缓冲部212的压缩性能。
不同的缓冲垫2的压缩应力曲线不同，如图12所示，展示了三种不同的缓冲垫2的压缩应力曲线。
在一些实施例中，缓冲垫2的压缩应力曲线应满足，在相应膨胀力下，缓冲垫2的最大可压缩比率*缓冲垫2的初始厚度≥需压缩厚度≥主体部11的最大反弹量。
在一些实施例中，电池单体20包括一个电极组件1，电极组件1包括主体部11，主体部11的一侧设有削薄区，缓冲垫2包括一个第一侧壁21，第一侧壁21设置于主体部11的设有削薄区的一侧。
在一些实施例中，缓冲垫2包括两个彼此相对的第一侧壁21，两个第一侧壁21分别贴靠在主体部11的两个相对的侧面上。
如图5至图7所示，电池单体20包括一个电极组件1，电极组件1包括主体部11，主体部11的两侧分别设有削薄区，缓冲垫2包括两个第一侧壁21，两个第一侧壁21分别设置于主体部11的两侧。
在另一些实施例中，缓冲垫2包括两个彼此相对的第一侧壁21，两个第一侧壁21分别贴靠在两个相邻布置的电池单体的彼此远离的侧面上。
如图8所示，电池单体20包括两个电极组件1，每个电极组件1分别包括一主体部11，两个主体部11均是在其中一侧设有削薄区，此时可将两个主体部11的未设置削薄区的一侧相邻布置，而设有削薄区的一侧彼此远离，缓冲垫2包括两个第一侧壁21，两个第一侧壁21分别贴靠在两个主体部11的彼此远离的侧面上。这样可以节省空间，提高空间利用率。
在如图8所示的实施例中，两个电极组件1分别对应设置一个第一侧壁21，相当于共用了一个箱型的缓冲垫2。
在如图8所示的实施例中，两个主体部11相邻布置，两个主体部11之间未设置缓冲垫2，此时在两个主体部11之间可以设置隔热垫用于安全防护。
在一些实施例中，电池单体20包括多个电极组件1，每个电极组件1的主体部11分别对应独立的缓冲垫2，缓冲垫2的结构可以根据主体部11的结构而选择设置一个第一侧壁21或者两个第一侧壁21等。
在一些实施例中，电池单体还包括端盖41，缓冲垫2还包括与端盖41连接的连接部。通过将缓冲垫2与端盖41连接，可以防止缓冲垫2与主体部11发生相对运动，提高缓冲垫2的稳定性，避免缓冲垫2因错位而失效。
电池单体20包括端盖组件4，端盖组件4包括端盖41和连接件，连接件连接于端盖41的下方，缓冲垫2与连接件连接。连接件可以为塑胶或者其他材质。缓冲垫2的连接部沿第一方向W的厚度可以与第一缓冲部211的厚度相同，也可以与第一缓冲部211的厚度不同，比如可以与第二缓冲部212的厚度相同。
在一些实施例中，缓冲垫2还包括底壁22和两个第二侧壁23，底壁22、两个第二侧壁23和两个第一侧壁21连接形成箱型且顶部具有开口的缓冲垫2。这样可以使缓冲垫2构成一个完整的整体，便于将主体部11包裹于缓冲垫2的内部。
在一些实施例中，底壁22和两个第二侧壁23为相对独立的部件。在另一个实施例中，底壁22和两个第二侧壁23构造为一体。
在一些实施例中，底壁22、两个第二侧壁23和两个第一侧壁21分别为相对独立的部件。底壁22、两个第二侧壁23和两个第一侧壁21可以通过贴胶粘接连接。
在另一个实施例中，底壁22、两个第二侧壁23和两个第一侧壁21构造为一体，比如拼焊或拼接热熔为一体，这样可以有效提升装配效率。
在一些实施例中，底壁22和第二侧壁23的尺寸被构造为使底壁22、两个第二侧壁23和两个第一侧壁21构成的缓冲垫2整体的沿第一方向TT的厚度、沿第二方向H的宽度和沿第三方向H的高度分别与主体部11沿第一方向TT的厚度、沿第二方向H的宽度和沿第三方向H的高度相同，或者使底壁22、两个第二侧壁23和两个第一侧壁21构成的缓冲垫2整体的沿第一方向TT的厚度、沿第二方向H的宽度和沿第三方向H的高度分别比主体部11沿第一方向TT的厚度、沿第二方向H的宽度和沿第三方向H的高度略大。
在一些实施例中，第二侧壁23和/或底壁22采用绝缘材料制成。比如，第二侧壁23和/或底壁22可以采用轻薄的迈拉膜片(mylar)制成。
在一些实施例中，第二侧壁23和/或底壁22的表面贴有绝缘层，绝缘层的厚度不大于0.2mm。
在一些实施例中，第二侧壁23和/或底壁22设有通孔，以促进电解液流入缓冲垫2的内部浸润主体部11。
本申请还提供了一种电池，包括上述的电池单体。
本申请还提供了一种用电设备，包括上述的电池，电池用于向用电设备供应电能。
本申请还提供了一种电池单体的制造装置，包括：
第一提供装置，被配置为提供电极组件1，电极组件1包括主体部11和自主体部11延伸出的极耳12，主体部11包括第一主体区域111和第二主体区域112，第一主体区域111沿第一方向T的厚度小于第二主体区域112沿第一方向T的厚度；和
第二提供装置，被配置为提供缓冲垫2，缓冲垫2包括可压缩的第一侧壁21，第一侧壁21包括第一缓冲部211和第二缓冲部212，第一缓冲部211沿第一方向T的厚度大于第二缓冲部212沿第一方向T的厚度，缓冲垫2贴靠在主体部11的侧面，并使第一缓冲部211对应第一主体区域111，第二缓冲部212对应第二主体区域112。
本申请提供的电池单体所具备的积极效果同样适用于电池、用电设备和电池单体的制造装置，这里不再详述。
下面结合附图1至12，对本申请提供的电池单体实施例进行介绍。
如图1所示，用电装置为车辆1000，包括电池100、控制器200和马达300，电池100用于为马达300以及车辆中其它部件的工作提供电能，控制器200用来控制马达300工作。
如图2所示，电池100包括箱体10和设置于箱体10内的多个电池单体20。箱体10包括第一盖体101和第二盖体102，第一盖体101和第二盖体102形成封闭的容纳空间。
如图3和图4所示，电池单体20包括电极组件1、缓冲垫2、壳体3和端盖组件4。电极组件1包括主体部11和自主体部11延伸出的极耳12。端盖组件4包括端盖41和设置于端盖41上的端子42，端子42与极耳12电连接。电极组件1可以包括一个或多个主体部11，缓冲垫2可以包裹每个主体部11或者包裹多个主体部11组成的整体。
如图5至7所示，壳体3采用软质材料制成，壳体3通过第一壳体壁31和第二壳体壁32连接形成袋式软包结构。电极组件1包括主体部11和分别从主体部11的两端延伸出的两个极耳12。
主体部11的两侧分别设有两个第一主体区域111和位于两个第一主体区域111之间的第二主体区域112。缓冲垫2包括两个第一侧壁21，每个第一侧壁21分别设有两个与第一主体区域111对应设置的第一缓冲部211和与第二主体区域112对应设置的第二缓冲部212。两个第一侧壁21分别在主体部11的两侧。主体部11和缓冲垫2均设置于壳体3的内部。第一缓冲部211相对于第二缓冲部212的增厚部分呈平板形状。
如图8和图9所示，壳体3采用硬质材料制成，壳体3包括第一壳体壁31、第二壳体壁32和底壁，壳体3的顶部具有开口，端盖组件4封闭于所述开口上。壳体3内部设有两个主体部11，两个主体部11相邻布置，两个主体部11的远离彼此的侧面上分别设有第一主体区域111和第二主体区域112，缓冲垫2包括底壁22、两个第一侧壁21和两个第二侧壁23，底壁22、两个第一侧壁21和两个第二侧壁23连接形成顶部具有开口的四方体形状，缓冲垫2包裹在两个主体部11的外部，两个第一侧壁21分别贴靠在两个主体部11的远离彼此的侧面上。第一缓冲部211相对于第二缓冲部212的增厚部分呈楔形形状。
如图10所示，缓冲垫2的结构基本与如图9所示的实施例相同，只是第一缓冲部211相对于第二缓冲部212的增厚部分呈台阶形状。
如图11所示，缓冲垫2的结构基本与如图9所示的实施例相同，只是第一缓冲部211相对于第二缓冲部212的增厚部分呈等腰梯形形状。
如图12所示，为三种不同的缓冲垫2的压缩应力曲线图，其缓冲性能各有不同，可以根据需要选择合适的缓冲垫。
在本申请提供的一些实施例中，缓冲垫2内置直接包裹裸电芯，使阴阳极极片大面和削薄区分别与缓冲垫2的不同缓冲部紧密贴合，使极片受力均匀膨胀反弹，可有效改善电芯满充状态的界面打皱情况。随着极片的膨胀反弹，电芯膨胀力增大，缓冲垫2不断被压缩，腾出膨胀空间，缓解膨胀应力对电芯间及电池模组端板的冲击影响。
本申请提供了内置缓冲垫的电池单体，通过内置缓冲垫，缓冲垫可以直接与主体部接触，提高了电芯的保液性能，降低电芯注液难度，提升电芯长期性能。两个电池单体之间无需设置缓冲垫，将原本用于在电池单体之间设置缓冲垫的空间，全部让渡给电池内部空间，提高了电池空间利用率与成组效率。缓冲垫的对应极片削薄去的位置增厚，缓冲垫包裹裸电芯，可使电芯极片削薄区层间更好地紧密贴合，有效改善电芯满充状态的界面打皱情况。通过设置缓冲垫，在电芯使用过程中，根据不同膨胀力压缩不同厚度，提供膨胀空间，缓解膨胀力的增幅，减少不同电芯间或对模组和端板的应力冲击。缓冲垫兼顾绝缘属性，可不用另外设置裸电芯与铝壳或钢壳间的绝缘层，提升空间利用率。
虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。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 (17)

1.一种电池单体，包括：
电极组件(1)，包括主体部(11)和自所述主体部(11)延伸出的极耳(12)，所述主体部(11)包括第一主体区域(111)和第二主体区域(112)，所述第一主体区域(111)沿第一方向(T)的厚度小于所述第二主体区域(112)沿所述第一方向(T)的厚度；
端盖(41)；和
缓冲垫(2)，包括可压缩的第一侧壁(21)和与所述端盖(41)连接的连接部，所述第一侧壁(21)包括第一缓冲部(211)和第二缓冲部(212)，所述第一缓冲部(211)沿所述第一方向(T)的厚度大于所述第二缓冲部(212)沿所述第一方向(T)的厚度，所述缓冲垫(2)设置在所述主体部(11)的侧面，并使所述第一缓冲部(211)对应所述第一主体区域(111)设置，所述第二缓冲部(212)对应所述第二主体区域(112)设置。
2.根据权利要求1所述的电池单体，还包括壳体(3)，所述壳体(3)采用硬质材料制成，所述壳体(3)的内部设有容纳空腔，所述主体部(11)和所述缓冲垫(2)均设置于所述容纳空腔中；或者，所述壳体(3)采用软质材料制成，所述壳体(3)的内部设有容纳空腔，所述主体部(11)设置于所述容纳空腔中，所述缓冲垫(2)设置于所述壳体(3)的外部。
3.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述第一侧壁(21)包括由绝缘材料制成的绝缘部分和由可压缩材料制成的缓冲部分；或者，所述第一侧壁(21)由可压缩的绝缘材料制成。
4.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述第一侧壁(21)由多孔泡棉或气凝胶制成。
5.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述第一缓冲部(211)相对于所述第二缓冲部(212)增厚的部分具有在第二方向(H)上变化的厚度，所述第二方向(H)与所述第一方向(T)相互垂直；和/或，所述第二缓冲部(212)具有在第二方向(H)上恒定的厚度，所述第二方向(H)与所述第一方向(T)相互垂直。
6.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述第一缓冲部(211)相对于所述第二缓冲部(212)增厚的部分包括平板部、楔形部、台阶部、梯形部或圆弧部中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述第一缓冲部(211)和所述第二缓冲部(212)一体成型。
8.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述第一缓冲部(211)相对于所述第二缓冲部(212)增加的厚度不小于所述第一主体区域(111)相对于所述第二主体区域(112)减小的厚度；和/或，所述第一缓冲部(211)沿第三方向(W)的宽度不大于所述第一主体区域(111)沿所述第三方向(W)的宽度，所述第三方向(W)与所述第一方向(T)垂直。
9.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述第二主体区域(112)的厚度为0.5mm～50mm。
10.根据权利要求1所述的电池单体，其中，在承受相同大小的压缩应力时，所述第一缓冲部(211)和第二缓冲部(212)的压缩率相同或不同。
11.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述缓冲垫(2)包括两个彼此相对的所述第一侧壁(21)，两个所述第一侧壁(21)分别贴靠在所述主体部(11)的两个相对的侧面上；或者，两个所述第一侧壁(21)分别贴靠在两个相邻布置的所述主体部(11)的彼此远离的侧面上。
12.根据权利要求1至11任一项所述的电池单体，其中，所述缓冲垫(2)还包括底壁(22)和两个第二侧壁(23)，所述底壁(22)、两个所述第二侧壁(23)和两个所述第一侧壁(21)连接形成箱型且顶部具有开口的所述缓冲垫(2)。
13.根据权利要求12所述的电池单体，其中，所述第二侧壁(23)和/或所述底壁(22)采用绝缘材料制成。
14.根据权利要求12所述的电池单体，其中，所述第二侧壁(23)和/或所述底壁(22)的绝缘层厚度不大于0.2mm。
15.一种电池，包括如权利要求1至14任一项所述的电池单体。
16.一种用电设备，包括如权利要求15所述的电池，所述电池用于向所述用电设备供应电能。
17.一种电池单体的制造装置，包括：
第一提供装置，被配置为提供电极组件(1)，所述电极组件(1)包括主体部(11)和自所述主体部(11)延伸出的极耳(12)，所述主体部(11)包括第一主体区域(111)和第二主体区域(112)，所述第一主体区域(111)沿第一方向(T)的厚度小于所述第二主体区域(112)沿所述第一方向(T)的厚度；和
第二提供装置，被配置为提供缓冲垫(2)，所述缓冲垫(2)包括可压缩的第一侧壁(21)，所述第一侧壁(21)包括第一缓冲部(211)和第二缓冲部(212)，所述第一缓冲部(211)沿所述第一方向(T)的厚度大于所述第二缓冲部(212)沿所述第一方向(T)的厚度，所述缓冲垫(2)贴靠在所述主体部(11)的侧面，并使所述第一缓冲部(211)对应所述第一主体区域(111)，所述第二缓冲部(212)对应所述第二主体区域(112)。
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