CN221041256U - 电池单体、电池及用电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，提供一种电池单体、电池及用电设备，该电池单体包括若干个电极组件和阻隔结构。电极组件包括层叠设置的极片；阻隔结构设于同一电极组件的所述极片之间；和/或，阻隔结构设于相邻两个电极组件之间，阻隔结构用于减缓热失控在极片之间和/或电极组件之间的热量传递。本申请提供的电池单体，在极片和极片之间设置阻隔结构；或者，在电极组件和电极组件之间设置阻隔结构；或者，在在极片和极片之间和在电极组件和电极组件之间均设置阻隔结构，减缓极片间的热失控传递速率，以及电极组件间的热失控传递速率，提升热失控所产生的气体从泄压结构处定向泄压，降低对电池单体的壳体的冲击。

Description

电池单体、电池及用电设备

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其提供一种电池单体、电池及用电设备。

背景技术

目前，电池单体包括壳体以及设于壳体内的电极组件。电极组件在机械外力等原因发生内部短路或外部短路所导致的热失控时，壳体内部瞬间产生大量气体，随后气体充满壳体而由泄压结构处进行泄压。

然而，随着电池单体能量密度不断提高，电极组件热失控速率不断增大，产气的速率和产气量显著提高，如此，导致壳体内部产生憋压，会对壳体的其他部位进行冲击，而发生非定向泄压。

实用新型内容

本申请实施例的目的提供一种电池单体、电池及用电设备，旨在解决现有电池单体在发生热失控时发生非定向泄压的问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案是：

第一方面，本申请还提供一种电池单体，包括：

若干个电极组件，所述电极组件包括层叠设置的极片；

阻隔结构，所述阻隔结构设于同一所述电极组件的所述极片之间；和/或，所述阻隔结构设于相邻两个所述电极组件之间，所述阻隔结构用于减缓热失控在所述极片之间和/或所述电极组件之间的热量传递。

本申请实施例的有益效果：本申请提供的电池单体，在极片和极片之间设置阻隔结构；或者，在电极组件和电极组件之间设置阻隔结构；或者，在在极片和极片之间和在电极组件和电极组件之间均设置阻隔结构，利用阻隔结构减缓热失控的热量在极片之间传递，或者，在电极组件之间传递等，如此，减缓极片间的热失控传递速率，以及电极组件间的热失控传递速率，提升热失控所产生的气体从泄压结构处定向泄压，降低对电池单体的壳体的冲击。

在一些实施例中，所述极片包括正极片和负极片，所述电极组件还包括用于分隔所述正极片和所述负极片的隔膜，所述阻隔结构位于所述正极片和所述隔膜之间；和/或，所述阻隔结构位于所述负极片和所述隔膜之间。

在一些实施例中，所述极片呈卷绕设置，所述极片具有弯折段，所述阻隔结构设于所述弯折段处。

在一些实施例中，所述极片呈卷绕设置，所述阻隔结构设于所述极片的各卷绕层任意一层或几层中。

在一些实施例中，所述阻隔结构设于所述电极组件的周侧表面。

在一些实施例中，所述电极组件包括相设置的两个第一侧表面以及连接于两个所述第一侧表面的两个第二侧表面，所述阻隔结构位于任意一个或两个所述第一侧表面；和/或，位于任意一个或两个所述第二侧表面。

在一些实施例中，所述阻隔结构至少包括隔热层、相变层和热膨胀层中的一者。

在一些实施例中，所述阻隔结构包括依次层叠设置隔热层、相变层以及热膨胀层，所述热膨胀层朝向于所述电极组件。

在一些实施例中，所述热膨胀层为分体设置，各所述热膨胀层相间隔设置且位于所述相变层的同一侧面。

在一些实施例中，所述阻隔结构的厚度d与所述电池单体的能量密度E的比值范围为：0.004≤d/E≤0.03。

在一些实施例中，所述阻隔结构的厚度d与所述电池单体的能量密度E的比值范围为：0.01≤d/E≤0.025。

在一些实施例中，所述阻隔结构的厚度d与卷绕后的所述电池单体的厚度D的比值范围为：0.04≤d/D≤0.25。

在一些实施例中，所述阻隔结构的厚度d与卷绕后的所述电池单体的厚度D的比值范围为：0.1≤d/D≤0.18。

第二方面，本申请实施例还提供一种电池，包括上述所述的电池单体。

第三方面，本申请实施例还提供一种用电设备，包括上述所述的电池。

可以理解地是，上述第二方面和第三方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的用电设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的电池的爆炸图；

图3为本实用新型实施例提供的电池单体的爆炸图；

图4为本实用新型实施例提供的电极单体的局部剖面图；

图5为本实用新型实施例提供的两个电极单体相并排设置的结构示意图；

图6为本实用新型实施例一提供的阻隔结构的爆炸图；

图7为本实用新型实施例二提供的阻隔结构的爆炸图；

图8为本实用新型实施例三提供的阻隔结构的爆炸图。

其中，图中各附图标记：

10000、用电设备；1000、控制器；2000、马达；

3000、电池；100、电池单体；3001、电池箱体；30011、第一部分；30012、第二部分；101、壳体；102、顶盖；

10、电极组件；11、极片；12、隔膜；10a、第一侧表面；10b、第二侧表面；

20、阻隔结构；21、隔热层；22、相变层；23、热膨胀层。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，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。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。

目前，动力电池普遍采用的是方形硬壳结构，动力电池的外壳包括壳体和顶盖组件，外壳提供一个密闭的空间容纳电极组件及电解液，电极组件的电能通过顶盖组件的极柱从密闭空间内引出到密闭空间外。电极组件内部的卷芯和壳体除极柱所在侧外，几乎紧密贴合。电极组件在机械外力等原因发生短路会导致其发生热失控时，壳体内部瞬间产生大量气体，产生的气体在壳体内部迅速聚集，并在壳体内部气压达到泄压机构的泄压临界值时，由泄压机构处泄压。

然而，随着电极组件的能量密度不断提升，其发生热失控的速率也不断增大，具体表现为壳体内部的产气速率和产气量显著提升。那么，一旦发生热失控，壳体内部的气压则出现骤增，对壳体与顶盖组件的焊接连接处造成冲击，最终导致动力电池发生非定向泄压。

有鉴于此，本申请提供一种电池单体，在同一电极组件的极片之间设置阻隔结构；或者，在相邻的电极组件之间设置阻隔结构；或者，以上两个设置均存在。如此，利用阻隔结构来减缓热失控在极片之间或电极组件之间进行热量传递，即，减缓热失控在极片间或电极组件间的传递速率，热失控产生气体在电池单体内所形成的气压在阻隔作用前或多个阻隔作用后已达到泄压机构的泄压临界值，满足从泄压机构处泄压的要求。

电池单体包括电极组件和电解液，电极组件由正极片、负极片和隔离膜组成。电池单体主要依靠金属离子在正极片和负极片之间移动来工作。正极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面，未涂覆正极活性物质层的集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的集流体，未涂覆正极活性物质层的集流体层叠后作为正极极耳。为描述方便，以下以极耳指代正极极耳和/或负极极耳。

本申请中，电池单体包括但不限于是锂离子二次电池单体、锂离子一次电池单体、锂硫电池单体、钠锂离子电池单体、钠离子电池单体或镁离子电池单体等。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。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。

本申请实施例提供一种使用上述电池单体100作为电源可以应用于车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动工具等用电设备10000。其中，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；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、电动飞机玩具等；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。

本申请实施例描述的电池单体100不仅仅局限适用于上述所描述的用电设备10000，还可以适用于所有使用电池单体100的装置，但为描述简洁，下述实施例均以电动汽车为例进行说明。

例如，请参照图1，图为本申请实施例的一种车辆的结构示意图，车辆可以为燃油汽车、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。车辆的内部可以设置电池3000、控制器1000以及马达2000，控制器1000用来控制电池3000为马达2000的供电。例如，在车辆的底部或车头或车尾可以设置电池3000。电池3000可以用于车辆的供电，例如，电池3000可以作为车辆的操作电源，用于车辆的电路系统，例如，用于车辆的启动、导航和运行时的工作用电需求。在本申请的另一实施例中，电池3000不仅仅可以作为车辆的操作电源，还可以作为车辆的驱动电源，替代或部分地替代燃油或天然气为车辆提供驱动动力。

本申请的实施例所提到的电池3000是指包括一个或多个电池单体100以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。请参照图2，电池3000可以包括多个电池单体100。电池单体100的数量及电池单体100间的连接情况可以根据需求设置，以满足不同的电力需求。具体的，多个电池单体100之间可以串联或并联或混联，混联是指串联和并联的混合，以使电池3000拥有较大的容量或功率。可选地，多个电池单体100可以先串联或并联或混联组成电池3000模块，多个电池3000模块再串联或并联或混联组成电池3000。也就是说，多个电池单体可以直接组成电池3000，也可以先组成电池模块，电池模块再组成电池3000。

电池3000还包括电池箱体3002，电池箱体3002内部具有容纳空间，多个电池单体容纳于容纳空间内。如图所示，电池箱体3002可以包括两部分，这里分别称为第一部分30021和第二部分30022，请参照图和图，图中即为一种电池箱体3002的第一部分30021。第一部分30021和第二部分30022可通过扣合、粘接等方式连接，以形成容纳空间。多个电池单体相互并联或串联或混联组合后置于第一部分30021和第二部分30022连接后形成的箱体内。其中，第一部分30021和第二部分30022的形状可以根据多个电池单体组合而成的形状确定。

其中，电池箱体3002用于对至少一个电池单体进行保护，从而降低电池3000外部的液体或其他异物对至少一个电池单体的充电或放电的影响。其中，电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此不作限定。电池单体的封装方式包括但不限于柱形电池单体、方体方形电池单体和软包电池单体等，本申请实施例对此也不作具体限定。

此外，电池3000还可以包括其他结构，在此不再一一赘述。例如，该电池3000还可以包括汇流部件。汇流部件用于实现多个电池单体之间的电连接，例如实现多个电池单体间的并联或串联或混联。具体地，汇流部件可通过连接电池单体的电极端子实现电池单体之间的电连接。进一步地，汇流部件可通过焊接的方式与电池单体的电极端子固定连接。可选的，汇流部件可以包括导电机构，多个电池单体所产生的电能可以进一步通过导电机构穿过电池箱体3002而引出。

每个电池单体100可以为锂离子电池单体、锂硫电池单体、钠离子电池单体或镁离子电池单体，但不局限于此。电池单体100可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。

请参照图3，图3为本申请一些实施例提供的电池单体100的分解结构示意图。电池单体100是指组成电池3000的最小单元。如图3，电池单体100包括壳体101、顶盖102、电极组件10、电极端子以及其他的功能性部件。

顶盖102是指盖合于壳体101的开口处以将电池单体100的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，顶盖102的形状可以与壳体101的形状相适应以配合壳体101。可选地，顶盖102可以由具有一定硬度和强度的材质(如铝合金)制成，这样，顶盖102在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体100能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。顶盖102上可以设置有如电极端子等的功能性部件。电极端子可以用于与电极组件10连接，以用于输出或输入电池单体的电能。在一些实施例中，顶盖102上还可以设置有用于在电池单体100的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。顶盖102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，在顶盖102的内侧还可以设置有绝缘构件，绝缘构件可以用于隔离壳体101内的电连接部件与顶盖102，以降低短路的风险。示例性的，绝缘构件可以是塑料、橡胶等。

壳体101是用于配合顶盖102以形成电池单体100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10、电解液以及其他部件。壳体101和顶盖102可以是独立的部件，可以于壳体101上设置开口，通过在开口处使顶盖102盖合开口以形成电池单体的内部环境。不限地，也可以使顶盖102和壳体101一体化，具体地，顶盖102和壳体101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101的内部时，再使顶盖102盖合壳体101。壳体101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101的形状可以根据电极组件的具体形状和尺寸大小来确定。壳体101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10是电池单体100中发生电化学反应的部件。壳体101内可以包含一个或更多个电极组件10。电极组件10主要由正极极片和负极极片卷绕形成，并且通常在正极极片与负极极片之间设有隔离膜。正极极片和负极极片具有活性物质的部分构成电极组件的主体，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。正极极耳和负极极耳可以共同位于主体的一端或是分别位于主体的两端。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。

结合参考图4和图5，图4为本申请实施例提供的电池组件的局部剖面图；图5为本申请实施例提供的电池组件并排设置的结构示意图。

本申请的电池单体100，包括若干个电极组件10和阻隔结构20。

电极组件10包括层叠设置的极片11；

阻隔结构20设于同一电极组件10的极片11之间；和/或，阻隔结构20设于相邻两个电极组件10之间，阻隔结构20用于减缓热失控在极片11之间和/或电极组件10之间的热量传递。

这里，电极组件10的数量可以是一个或多个，例如，电池单体100为柱形电池单体100时，其包括一个电极组件10；而电池单体100为方体方形电池单体100时，其则包括多个电极组件10。

阻隔结构20的形状结构包括但不限于是层状结构、片状结构、条状结构等，其作用是阻隔或隔离热失控的热量从一个极片11传递至另一极片11上，或者，从一个电极组件10传递至相邻的电极组件10上。这里，阻隔结构20可通过隔热、吸热以及空间间隔的方式起到阻隔或隔离的作用。例如，阻隔结构20可由绝缘和隔热性能的材质制得，如，云母、玻璃纤维或陶瓷等，通过阻隔方式减缓极片11间或电极组件10间的热失控的热量传递；或者，阻隔结构20还可由相变特性的材质制得，如，熔融盐类、有机类、合金类等，通过吸热的方式减缓极片11间或电极组件10间的热失控的热量传递；或者，阻隔结构20可热膨胀特性的材质制得，如石墨，石墨在受热后发生膨胀，以增加极片11间或电极组件10间的物理距离，即通过阻隔的方式减缓热失控在极片11间或电极组件10间传递。

阻隔结构20的设置位置可进行选择，可在同一电极组件10的两个极片11之间，或者，在相邻的两个电极组件10之间；或者，在以上两种设置位置同时存在。

需要说明地是，设置在极片11之间的阻隔结构20可根据需要将两个极片11相对朝向面进行全部覆盖设置，或者，进行局部覆盖设置，例如，对于通过卷绕形成的电极组件10来说，阻隔结构20可选择设置在卷绕电极组件10的弯折段，或者，设置在卷绕电极组件10的平直段，或者，在弯折段和平直段均设置阻隔结构20。以及，设置在相邻电极组件10之间，可以是直接与电极组件10相接触，也可以是与电极组件10相间隔。

电极组件10发生热失控的过程是指热失控的热量由点至面，由面至面的传递过程。具体地，在卷绕或层叠设置的极片11中，热失控传递速度较快的方向是垂直于极片11的大面方向(是对于方体方形电池单体100而言的，极片11的大面是指极片11在截面状态下面积最大的截面)，或者，热失控传动速度较快的方向是沿极片11的径向方向(是对于柱形电池单体100而言的)，如此，在极片11间之间阻隔结构20能够减缓热失控由电极组件10的内圈至外圈的传递速率，或者，由外圈至内圈的传递速率，以及，减缓热失控在相邻两个电极组件10的传递速率，那么，能够延长电池单体100内绝大部分电极组件10或所有电极组件10均发生热失控的时间，如此，电池单体100内的部分电极组件10或极片11的局部发生热失控时，有阻隔结构20的电池单体100内的气压相对无阻隔结构20的电池单体100的气压升高速率相对更慢，其内部气压在接近泄压机构的临界值时，则大概率地从泄压机构处泄出，大幅提升电池单体100定向泄压的几率。

本申请提供的电池单体100，在极片11和极片11之间设置阻隔结构20；或者，在电极组件10和电极组件10之间设置阻隔结构20；或者，在在极片11和极片11之间和在电极组件10和电极组件10之间均设置阻隔结构20，利用阻隔结构20减缓热失控的热量在极片11之间传递，或者，在电极组件10之间传递等，如此，减缓极片11间的热失控传递速率，以及电极组件10间的热失控传递速率，提升热失控所产生的气体从泄压结构处定向泄压，降低对电池单体100的壳体的冲击。

请参考图4，在一些实施例中，极片11包括正极片和负极片，电极组件10还包括用于分隔正极片和负极片的隔膜12，阻隔结构20位于正极片和隔膜12之间；和/或，阻隔结构20位于负极片和隔膜12之间。

可以理解地，在制造过程中，电极组件10是通过将正极片、隔膜12以及负极片层叠后卷绕而成型的，阻隔结构20的设置位置可为在正极片与隔膜12之间；或者，可为在负极片与隔膜12之间；或者，在正极片和隔膜12之间，以及，在负极片和隔膜12之间均进行设置。

将阻隔结构20设置在极片11与隔膜12之间，是通过二者之间的夹持作用力对阻隔结构20进行固定，如此，阻隔结构20的设置稳定性更高，同时，可省去了阻隔结构20设置于极片11背离隔膜12一侧所需的连接层结构，例如，通过粘接连接方式，阻隔结构20的整体厚度更薄，也更有利于提升电池单体100的能量密度。

在布设角度上，阻隔结构20可对正极片或负极片的表面进行全部覆盖布设，也可以对正极片或负极的表面进行部分覆盖布设。

示例性地，阻隔结构20为呈卷绕形式的片状结构，阻隔结构20的宽度与极片11的宽度相同，在电极组件10的制造过程中，阻隔结构20连同正极片、隔膜12以及负极片一起层叠形成电极组件10，如此，阻隔结构20则对正极片或负极片的表面进行全部覆盖布设。

示例性地，阻隔结构20为层状结构，阻隔结构20的宽度与极片11的宽度可以相同，那么，阻隔结构20相间隔地沿极片11的长度方向布设，从而仅对正极片、负极片的局部区域进行覆盖。

在一些实施例中，极片11呈卷绕设置，极片11具有弯折段，阻隔结构20设于弯折段处。

可以理解地，电极组件10的使用状态是呈卷绕设置的，那么，极片11也呈卷绕设置，即，其结构形态是内至外一圈一圈绕制的，极片11则存在相应的弯折段，对于方体方形电池单体100而言，其极片11在每一圈中均具有相对的两个弯折段；而对于柱状电池而言，其极片11是呈弧形的，因而，可以理解为弧形处即使弯折段处。

如此设置，阻隔结构20设于极片11的弯折段处，对电极组件10的整体厚度影响较小，特别是对于方体方形电池单体100来说，将阻隔结构20设置在极片11的弯折处，对其整体厚度大小影响较小，那么，电极组件10在具有一定能量密度的基础上，也进一步地减缓了热失控的蔓延速率。

可选地，卷绕后的极片11呈多层状态，可以在任意一层或几层的极片11的弯折段处设置阻隔结构20。

在一些实施例中，极片11呈卷绕设置，阻隔结构20设于极片11的各卷绕层任意一层或几层中。

可以理解地，电极组件10的使用状态是呈卷绕设置的，那么，极片11也呈卷绕设置，即，其结构形态是内至外一圈一圈绕制的，以及，当其中某一卷绕层发生热失控时，易造成相邻卷绕层发生热失控。因此，为了减缓层与层之间热失控的传递速率，那么，在任意两个或几个卷绕层之间设置阻隔结构20。

可选地，在电极组件10的厚度方向上，可选择在其厚度的三分之一处，三分之二处以及最外层卷绕层处，如此，可以有效减缓电极组件10的各卷绕层由内至外或由外至内的热失控传递速率。

在一些实施例中，阻隔结构20设于电极组件10的周侧表面。

可以理解地，极片11在卷绕后会形成立体的电极组件10时，电极组件10的周向面为周侧表面，电极组件10的端面是供极耳伸出的表面，以及，周侧表面也是各独立电极组件10在发生热失控最先接触的表面，即，相邻的电极组件10在发生热失控时，是由一个电极组件10的周侧表面传递至另一个电极组件10的周侧表面。

如此，将阻隔结构20设置在电极组件10的周侧表面上能够有效地减缓相邻两个电极组件10之间热失控的传递速率。

示例地，对方体方形的电池单体100而言，其内的各电极组件10为相对扁平的块状结构，因此，该电极组件10的周侧表面则是四个依次首尾连接的子侧面，其中，各子侧面两两相对，为了方便说明，与电极组件10的大面截面相平行或近似平行的子侧面为第一子侧面，该第一子侧面的数量为两个，同时，连接两个第一子侧面的且相对设置的两个子侧面为第二子侧面，根据电极组件10的排列方式，阻隔结构20可设置在四个子侧面的任意一者上，例如，各电极组件10的第一子侧面相抵接而并排设置时，阻隔结构20则设置在相邻两个电极组件10的第一子侧面上，同时，依据热失控的防护需要以及对电池单体100的能量密度的考虑，可以在其中一个或两个电极组件10相对的第一子侧面上设置阻隔结构20。或者，各电极组件10的第二侧面相抵接而并列设置时，阻隔结构20则设置在相邻两个电极组件10的第二子侧面上，同理地，可以在其中一个或两个电极组件10相对的第二子侧面上设置阻隔结构20。

示例地，对圆柱形的电池单体100而言，其内的电极组件10为圆柱状结构，因此，该电极组件10的周侧表面则是圆弧形侧面，那么，在需要对电极组件10进行热失控防护时，阻隔结构20可设置在圆弧形侧面上的任意位置。例如，阻隔结构20可将圆弧形侧面进行完全包覆；或者，阻隔结构20可沿电极组件10的轴向方向进行直线布设，而实现局部覆盖；或者，阻隔结构20可沿电极组件10的周向方向进行环绕布设，并且，同样进行局部覆盖。

请参考图5，在一具体的实施例中，电极组件10包括相设置的两个第一侧表面10a以及连接于两个第一侧表面10a的两个第二侧表面10b，阻隔结构20位于任意一个或两个第一侧表面10a；和/或，位于任意一个或两个第二侧表面10b。

可以理解地，本实施例中的电极组件10是用于设置在方体方形的电池单体100内的，因此，该电极组件10的形状为方体的块状结构，那么，该电极组件10的周侧表面有四个，并且，各周侧表面两两相对设置，即为两个第一侧表面10a和两个第二侧表面10b，如此，根据实际的热失控防护需求，阻隔结构20可设在其中一个或两个第一侧表面10a上；或者，阻隔结构20设置在其中一个或两个第二侧表面10b上；或者，阻隔结构20设置在其中一个或两个第一侧表面10a上和一个第二侧表面10b上；或者，阻隔结构20设置在其中一个或两个第一侧表面10a上和两个第二侧表面10b上。

示例地，第一侧表面10a为与电极组件10的大面相平行或近似平行的表面，第二侧表面10b为弧形过渡表面。例如，各电极组件10沿垂直于大面方向并排设置时，各电极组件10的第一侧表面10a相抵接，因此，阻隔结构20则设置对应的电极组件10的第一侧表面10a上，同时，依据热失控的防护需要以及对电池单体100的能量密度的考虑，还可在两个相邻的电极组件10相对的第一侧表面10a上均设置阻隔结构20。再例如，在电池单体100内存在至少两排沿垂直于大面方向并排设置的电极组件10时，阻隔结构20还可设置在相并列设置的两个电极组件10的第二侧表面10b上，并且，还可选择在两个并列设置的两个电极组件10的第二侧表面10b上均设置阻隔结构20。

请参考图6至图8，在一些实施例中，阻隔结构20至少包括隔热层21、相变层22和热膨胀层23中的一者。

可以理解地，阻隔结构20可以是单层结构、双层结构或者是多层结构。例如，阻隔结构20可为呈单层设置的隔热层21、相变层22或热膨胀层23；或者，阻隔结构20可为隔热层21和相变层22、隔热层21和热膨胀层23、相变层22和热膨胀层23两两层叠设置的双层结构；或者，阻隔结构20还可为由隔热层21、相变层22和热膨胀层23相层叠设置的三层结构，其中，隔热层21、相变层22和热膨胀层23在层叠设置中顺序可进行调整。同时，在多层结构中，各层的数量和设置位置也可进行适应性的调整，例如，四层的阻隔结构20中，该阻隔结构20可包括层叠设置的隔热层21、相变层22、热膨胀层23以及另一个隔热层21或相变层22。

隔热层21主要用于起隔热作用，通过阻隔热失控的热量在极片11间或电极组件10间传递，来减缓热失控在极片11间或电极组件10间的传递速率，隔热层21可由耐高温材质制的，例如，云母、玻璃纤维或陶瓷等。

相变层22则是在相变过程中临时吸引热失控所产生的热量，以延缓热量在极片11间或电极组件10间的传递速率。相变层22可由熔融盐、金属合金等材质制的。同时，还有一个先决条件，相变层22在发生相变反应的产物应不与电解液发生进一步的反应。

热膨胀层23是在受热后体积迅速膨胀，通过增加极片11之间的间距或电极组件10之间的间距来实现热失控的热量延缓传递的。热膨胀层23可由石墨、金属钨等材质制的。

如此设置，阻隔结构20通过物理和/或化学方式对热失控时产生的热量进行阻隔，以减缓极片11间或电极组件10间的热失控传递速率。

在一些实施例中，阻隔结构20包括依次层叠设置隔热层21、相变层22以及热膨胀层23，热膨胀层23朝向于电极组件10；或者，热膨胀层23朝向于极片11。

可以理解地，该阻隔结构20为三层结构，并且，阻隔结构20的热膨胀层23是朝向于当前的电极组件10或当前的极片11，即，在处理热失控情况时，需对当前的电极组件10或极片11配置一阻隔结构20，那么，以远离电极组件10或极片11的方向来看，该阻隔结构20的各层依次是热膨胀层23、相变层22和隔热层21，其中，热膨胀层23在最内层，隔热层21在最外层。

在电池单体100发生热失控时，热膨胀层23与热源最先接触，在热力的作用下，热膨胀层23对相邻极片11或电极组件10进行分隔，以增加极片11之间或电极组件10之间间距，此为第一次减缓热失控热量传递速率；其次，相变层22在相变反应过程中是吸热的，临时性存储一定量的热能，热失控热量在传递至相变层22后有所衰减，此为第二次减缓热失控热量传递速率，最后，隔热层21直接对热失控热量进行阻隔，此为第三次减缓热失控热量传递速率。那么，在增设阻隔结构20后，极片11间或电极组件10间的热量传递速率有所减低，延缓了极片11间或电极组件10间的热失控传递速率，减低了电池单体100内部的气压迅速升高的概率，进而提升电池单体100定向泄压的概率，即，从泄压机构处泄压的概率。

请参考图6至图8，在一些实施例中，热膨胀层23为分体设置，各热膨胀层23相间隔设置且位于相变层22的同一侧面。

可以理解地，极片11间或电极组件10间的热失控的发生过程是由点至面的过程，因此，为了能够对极片11间或电极组件10间的热失控进行全面防护，相变层22和隔热层21应是极片11或电极组件10进行全面覆盖，以减小热源从相变层22或隔热层21的缝隙处传递至相邻的极片11或电极组件10。而热膨胀层23的阻隔机制与相变层22和隔热层21的阻隔机制不同，热膨胀层23是利用其自身的热膨胀特性，将相邻的极片11或电极组件10隔开，如此，热膨胀层23不采取对极片11或电极组件10进行整面设置，而是可采用分体设置，或者，为局部设置。

示例地，热膨胀层23呈条状分体设置，各热膨胀层23沿一定方向在相变层22上相间隔设置，例如，可沿相变层22的长度方向或宽度方向，以及，与相变层22的长度方向呈夹角的方向等，同时，各热膨胀层23的间隔间距可以是等间距也可以是渐变的间距。

示例地，热膨胀层23呈块状分体设置，各热热膨胀层23呈阵列分布在相变层22上。

在一些实施例中，阻隔结构20的厚度d与电池单体100的能量密度E的比值范围为：0.004≤d/E≤0.03。

这里，阻隔结构20的厚度d是指各层在层叠方向上的总和，若阻隔结构20为单层结构，那么，其厚度d是该单层结构的厚度。

电池单体100的能量密度E＝C*U/W，其中，C为电池单体100的额定容量，单位为mAh或Ah，U为电池单体100的额定电压，单位为V，其中，电池单体100的额定容量和额定电压可通过电池单体100上的铭牌获得，W为电极组件10上活性物质层的总重量，单位为kg。

当d/E≥0.004时，是指阻隔结构20需要具备一定厚度之后才能够满足对极片11间或电极组件10间的热失控有一定延缓作用，以提升电池单体100定向泄压的概率。

而d/E≤0.03时，是指在保证电池单体100能量密度不受影响的前提下，阻隔结构20满足延缓极片11间或电极组件10间的热失控的最大厚度。

以具体示例为例，取电池单体100的壳体尺寸为：44*220*100mm(宽*长*高)，电极组件10的厚度为20mm，制作厚度不同的阻隔结构20，其中，阻隔结构20的长和宽分别为210mm*90mm，电池单体100通过调节集流体的单位面积上涂敷活性物质的重量，来调节电池单体100的能量密度；其中，阻隔结构20中的热膨胀层23为条状分体设置，然后通过内置加热膜触发电极组件10发生热失控，观测电池单体100热失控速率和定向泄压情况。泄压机构开阀压力为1.0MPa，壳体的顶盖焊缝强度为1.5MPa。表1为不同厚度的阻隔结构20在不同能量密度的电池单体100中的热失控阻隔表现。

d(mm)	E(Wh/kg)	d/E	拼接热失控时间(s)	测试结果
					0.5	150	0.0033	20	焊缝失效
0.6	150	0.004	21	防爆阀正常开启且壳体完整
					0.7	150	0.005	22	焊缝失效
0.7	200	0.0035	18	焊缝失效
					0.8	200	0.004	20	防爆阀正常开启且壳体完整
0.8	250	0.0032	15	焊缝失效
					0.9	250	0.0036	17	焊缝失效
1	250	0.004	19	防爆阀正常开启且壳体完整
					1	300	0.0033	13	焊缝失效
1.2	300	0.004	16	防爆阀正常开启且壳体完整
					1.2	350	0.0034	12	焊缝失效
1.3	350	0.0037	13	焊缝失效
					1.4	350	0.004	15	防爆阀正常开启且壳体完整
1.5	400	0.0038	11	焊缝失效
					1.6	400	0.004	14	防爆阀正常开启且壳体完整
1.6	450	0.0033	8	焊缝失效
					1.7	450	0.0037	10	焊缝失效
1.8	450	0.004	12	防爆阀正常开启且壳体完整

从表中可知，在电池单体100的能量密度一定时，阻隔结构20的厚度越大月能够起到延缓极片11间或电极组件10间的热失控蔓延速率，这里，可以拼接热失控时间可知，其随阻隔结构20的厚度的增加而增加，说明起到了一定的阻隔和延缓的作用，同时，在测试结果的表征中，在阻隔结构20的厚度不够而发生热失控的实例中，电池单体100内的气压会迅速增加而导致壳体的顶盖处的焊缝失效，即，此时，电池单体100无法实现定向泄压，直至阻隔结构20的厚度增加，才由泄压机构处进行泄压。

这里，d/E的取值可为0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.012、0.015、0.017、0.02、0.022、0.025、0.027、0.03等。

在一些实施例中，阻隔结构20的厚度d与电池单体100的能量密度E的比值范围为：0.01≤d/E≤0.025。

可以理解地，d/E在该取值范围能够适配绝大多数的电池单体100的极片11和电极组件10，同时，也能够有效地降低热失控在极片11间和电池组件间的传递速率，且电池单体100的能量密度损失较小。

这里，d/E的取值可为0.01、0.011、0.012、0.013、0.014、0.015、0.016、0.017、0.018、0.019、0.02、0.021、0.022、0.023、0.024、0.025等。

在一些实施例中，阻隔结构20的厚度d与卷绕后的电池单体100的厚度D的比值范围为：0.04≤d/D≤0.25。

同理地，这里，阻隔结构20的厚度d是指各层在层叠方向上的总和，若阻隔结构20为单层结构，那么，其厚度d是该单层结构的厚度。

电池单体100的厚度D是指电池单体100的壳体厚度，然而需要说明地是，该壳体的厚度应是与电极组件10的层叠方向相一致的，并且，当各电极组件10需沿垂直于大面方向进行层叠时，才可作为电池单体100的厚度D的参数。这里，电极组件10的大面是指电极组件10的截面面积最大的截面。当电池单体100为圆柱状结构时，电池单体100的壳体的外径则是当前电池单体100的厚度D。

以具体示例为例，取电池单体100的壳体尺寸为：44*220*100mm(宽*长*高)，电池组件的厚度D为20mm，制作厚度不同的阻隔结构20，其中，阻隔结构20的长和宽分别为210mm*90mm，电池单体100通过调节集流体上单位面积的活性物质涂敷重量，维持其能量密度250Wh/kg(总量不变)；其中，阻隔结构20的热膨胀层23为条状分体设置，然后通过内置加热膜触发电极组件10热失控，观测电池组件热失控速率和定向泄压情况。泄压机构开阀压力为1.0MPa，壳体的顶盖焊缝强度为1.5MPa。表2为不同厚度的阻隔结构20在不同厚度的电池单体100中的热失控阻隔表现。

从表中可知，在电池单体100的厚度一定时，阻隔结构20的厚度越大月能够起到延缓极片11间或电极组件10间的热失控蔓延速率，这里，可以拼接热失控时间可知，其随阻隔结构20的厚度的增加而增加，说明起到了一定的阻隔和延缓的作用，同时，在测试结果的表征中，在阻隔结构20的厚度不够而发生热失控的实例中，电池单体100内的气压会迅速增加而导致壳体的顶盖处的焊缝失效，即，此时，电池单体100无法实现定向泄压，直至阻隔结构20的厚度增加，才由泄压机构处进行泄压。

这里，这里，d/D的取值可为0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25等。

在一些实施例中，阻隔结构20的厚度d与卷绕后的电池单体100的厚度D的比值范围为：0.1≤d/D≤0.18。

可以理解地，d/D在该取值范围能够适配绝大多数的电池单体100的极片11和电极组件10，同时，也能够有效地降低热失控在极片11间和电池组件间的传递速率，且电池单体100的能量密度损失较小。

这里，d/D的取值可为0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18等。

在一些实施例中，可通过对阻隔结构20的厚度d与电池单体100的能量密度E以及电池单体100的厚度D进行双重限定，以获得阻隔结构20的厚度的合理取值范围。

这里，通过阻隔结构20的厚度d与电池单体100的能量密度E的下限比值来确定阻隔结构20的厚度下限值，其次，比较阻隔结构20的厚度d与电池单体100的能量密度E的上限比值和阻隔结构20的厚度d与电池单体100的厚度D的上限比值，来确定阻隔结构20的厚度上限值，如此，选择合适厚度的阻隔结构20，不仅能够提升电池单体100在发生热失控时定向泄压的概率，而且可减少电池单体100的能量密度过多的损失。

第二方面，本申请实施例一种电池3000，包括上述的电池单体100。

第三方面，本申请实施例提供一种用电设备10000，包括上述的电池3000。

可以理解地是，上述第二方面和第三方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

请参考图4至图8，在一个具体的实施例中，电池单体100包括若干个电极组件10和阻隔结构20。

电极组件10包括层叠设置的正极片、隔膜12和负极片；阻隔结构20设于同一电极组件10的正极片和隔膜12之间，以及，同一电极组件10的负极片和隔膜12之间；同时，阻隔结构20还设于相邻两个电极组件10之间。

具体地，极片11呈卷绕设置，极片11具有弯折段，阻隔结构20设于弯折段处。

具体地，极片11呈卷绕设置，阻隔结构20设于极片11的各卷绕层任意一层或几层中。

具体地，电极组件10包括相设置的两个第一侧表面10a以及连接于两个第一侧表面10a的两个第二侧表面10b，阻隔结构20位于任意一个或两个第一侧表面10a；和/或，位于任意一个或两个第二侧表面10b。

阻隔结构20包括依次层叠设置隔热层21、相变层22以及热膨胀层23，热膨胀层23朝向于电极组件10；或者，热膨胀层23朝向于极片11。

并且，热膨胀层23为分体设置，各热膨胀层23相间隔设置且位于相变层22的同一侧面。

阻隔结构20的厚度d与电池单体100的能量密度E的比值范围为：0.01≤d/E≤0.025。

阻隔结构20的厚度d与卷绕后的电池单体100的厚度D的比值范围为：0.1≤d/D≤0.18。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种电池单体，其特征在于，包括：

若干个电极组件，所述电极组件包括层叠设置的极片；

阻隔结构，所述阻隔结构设于同一所述电极组件的所述极片之间；和/或，所述阻隔结构设于相邻两个所述电极组件之间，所述阻隔结构用于减缓热失控在所述极片之间和/或所述电极组件之间的热量传递。

2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于：所述极片包括正极片和负极片，所述电极组件还包括用于分隔所述正极片和所述负极片的隔膜，所述阻隔结构设于所述正极片和所述隔膜之间；和/或，所述阻隔结构设于所述负极片和所述隔膜之间。

3.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于：所述极片呈卷绕设置，所述极片具有弯折段，所述阻隔结构设于所述弯折段处。

4.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于：所述极片呈卷绕设置，所述阻隔结构设于所述极片的各卷绕层任意一层或几层中。

5.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于：所述阻隔结构设于所述电极组件的周侧表面。

6.根据权利要求5所述的电池单体，其特征在于：所述电极组件包括相设置的两个第一侧表面以及连接于两个所述第一侧表面的两个第二侧表面，所述阻隔结构位于任意一个或两个所述第一侧表面；和/或，位于任意一个或两个所述第二侧表面。

7.根据权利要求1至6任一项所述的电池单体，其特征在于：所述阻隔结构至少包括隔热层、相变层和热膨胀层中的一者。

8.根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于：所述阻隔结构包括依次层叠设置隔热层、相变层以及热膨胀层，所述热膨胀层朝向于所述电极组件；或者，所述热膨胀层朝向于所述极片。

9.根据权利要求8所述的电池单体，其特征在于：所述热膨胀层为分体设置，各所述热膨胀层相间隔设置且位于所述相变层的同一侧面。

10.根据权利要求1至6任一项所述的电池单体，其特征在于，所述阻隔结构的厚度d与所述电池单体的能量密度E的比值范围为：0.004≤d/E≤0.03。

11.根据权利要求10所述的电池单体，其特征在于，所述阻隔结构的厚度d与所述电池单体的能量密度E的比值范围为：0.01≤d/E≤0.025。

12.根据权利要求1至6任一项所述的电池单体，其特征在于，所述阻隔结构的厚度d与卷绕后的所述电池单体的厚度D的比值范围为：0.04≤d/D≤0.25。

13.根据权利要求12所述的电池单体，其特征在于，所述阻隔结构的厚度d与卷绕后的所述电池单体的厚度D的比值范围为：0.1≤d/D≤0.18。

14.一种电池，其特征在于：包括如权利要求1至13任一项所述的电池单体。

15.一种用电设备，其特征在于：包括如权利要求14所述的电池。