WO2022042744A1 - 电池单体、电池、用电设备和电池单体的制造方法 - Google Patents

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范玉磊
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Definitions

  • a protective piece which is installed on the inner wall of the casing and divides the inner space of the casing into a first chamber and a second chamber;
  • the second vent member includes a second one-way vent valve.
  • the second ventilation part is exposed on the outer surface of the casing, and the second ventilation part adopts a ventilation valve, which has a high structural strength and can effectively improve the service life of the second ventilation part.
  • the present application provides a square battery cell, the battery cell includes a housing 1 , a terminal 2 , a second ventilation part 3 , a guard 4 , a battery cell
  • the core 5 the elastic member 6 , the first ventilation member 7 , the tab 8 and the baffle 9 .

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Abstract

提供一种电池单体（20）、电池（100）、用电设备和电池单体（20）的制造方法，其中电池单体（20）包括壳体（1）、防护件（4）、电芯（5）、弹性件（6）、第一透气部件（7）和第二透气部件（3），防护件（4）安装在壳体（1）的内壁并将壳体（1）的内部空间分隔为第一腔室和第二腔室，电芯（5）设置于第一腔室内，弹性件（6）设置于第二腔室内并位于壳体（1）和防护件（4）之间，防护件（4）被配置为使弹性件（6）随电芯（5）的膨胀而被压缩以及随电芯（5）的收缩而伸展，第一透气部件（7）安装在防护件（4）上，并用于单向连通第一腔室和第二腔室，以使第一腔室内的气体能够通过第一透气部件（7）进入第二腔室，第二透气部件（3）安装在壳体（1）上，并用于单向连通第二腔室和壳体（1）的外部空间，以使第二腔室内的气体能够通过第二透气部件（3）排出壳体（1）。

Description

电池单体、电池、用电设备和电池单体的制造方法 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方法。
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，电芯会发生膨胀而影响电池安全性能。
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方法，可以缓解电芯发生膨胀而影响电池安全性能的问题。
第一方面，本申请提供一种电池单体，包括：
壳体；
防护件，安装在壳体的内壁并将壳体的内部空间分隔为第一腔室和第二腔室；
电芯，设置于第一腔室内；
弹性件，设置于第二腔室内并位于壳体和防护件之间，防护件被配置为使弹性件随电芯的膨胀而被压缩以及随电芯的收缩而伸展；
第一透气部件，安装在防护件上，用于单向连通第一腔室和第二腔 室，以使第一腔室内的气体能够通过第一透气部件进入第二腔室；和
第二透气部件，安装在壳体上，用于单向连通第二腔室和壳体的外部空间，以使第二腔室内的气体能够通过第二透气部件排出壳体。
在本申请实施例的技术方案中，电池单体包括壳体、防护件、电芯、弹性件、第一透气部件和第二透气部件，防护件安装在壳体的内壁上，可以将壳体的内部空间分隔为第一腔室和第二腔室，电芯设置于第一腔室内，弹性件设置于第二腔室内，通过防护件，可以隔离电芯和弹性件，这样既可以保护电芯，防止弹性件与电芯直接接触而对电芯造成损伤；又可以保护弹性件，防止电芯内的电解液对弹性件造成腐蚀。
防护件被配置为使弹性件随电芯的膨胀而被压缩以及随电芯的收缩而伸展，在电芯发生膨胀时，弹性件被压缩，吸收电芯膨胀所造成的压力，避免壳体整体体积增大，避免电池性能的恶化；在电芯收缩时，弹性件可以伸展恢复，以保持电芯内部极片之间的紧密界面接触，同时弹性件还可以对电芯进行支撑，防止壳体与电芯之间产生间隙而影响电芯的稳定性。
通过第一透气部件可以将电芯在工作过程中产生的气体及时从第一腔室排放至第二腔室，通过第二透气部件则可以使气体从第二腔室排放至壳体之外，防止气体在壳体内停留而影响极片的界面，影响电解液对极片的浸润，影响电池的性能。
本申请实施例同时设有弹性件和透气部件，不仅可以满足缓解电池单体体积变化的需求，当电池单体充电膨胀时吸收电池单体的膨胀应力，当电池放电时维持正极片和负极片之间的紧密界面接触性，从而构建呼吸式的电池工作模式；同时，第一透气部件和第二透气部件的存在还可以在电池单体产气时实时地将产生的气体排泄到电池单体的外部，进而保证电池单体的性能稳定性。
在一些实施例中，防护件包括柔性部，柔性部能够随弹性件的伸缩而变形。通过柔性部的变形，可以使得防护件随弹性件的伸缩而变形，进而允许弹性件随着电芯的膨胀而被压缩或随着电芯的收缩而恢复原形。
在一些实施例中，柔性部的材料包括丁腈橡胶、硅橡胶、氟类树脂和聚丙烯中至少一种。这些材料可以使柔性部的材质较软，容易发生变形，实现随弹性件的伸缩而变形的目的。
在一些实施例中，电池单体还包括设置于第二腔室内的挡板，挡板设置于柔性部的内侧，弹性件设置于挡板与壳体之间。
通过设置挡板，并且弹性件设置于挡板和壳体之间，可以避免弹性件对电芯内的极片产生较大挤压力，对极片造成损伤。通过设置挡板还可以避免弹性件与柔性部直接接触，防止弹性件的端部比较尖锐而刺破柔性部，可以有效保护柔性部，提高防护件的使用寿命。
在一些实施例中，挡板的材料包括涤纶树脂。这种材料能够满足硬度需求，而且成本较低。
在一些实施例中，防护件包括第一防护部和连接于第一防护部与壳体之间的可伸缩部，弹性件设置于第一防护部和壳体之间，可伸缩部在弹性件的作用下伸长或缩短。
通过可伸缩部的伸长或缩短，可以实现防护件随弹性件的伸缩而变形的目的，使得弹性件可以随电芯的膨胀或收缩而变形。
在一些实施例中，可伸缩部包括可伸缩的波纹状连接部。波纹状连接部具有可以伸长或缩短的能力，可以随着弹性件的伸缩而伸缩，使弹性件随电芯的膨胀或收缩而变形。
在一些实施例中，弹性件包括弹簧，弹簧的长度为2mm～10mm。弹簧的长度过长，会增大壳体的长度，增大电池单体的占地面积。弹簧的长度过短，可能会影响弹簧的伸缩能力，降低对电芯膨胀的缓解能力。
在一些实施例中，电池单体包括多个弹性件，多个弹性件分多排均匀布置在第二腔室内。
通过设置多个弹性件，可以提高对电芯的支撑能力，多个弹性件均匀分布，可以对电芯提供均匀的支撑，防止电芯局部受到挤压而受到损伤。
在一些实施例中，第一透气部件包括第一单向透气阀或者单向透气膜。
单向透气阀的结构强度较高，使用寿命较长。单向透气膜的布置比较方便，而且不会占用太大的空间。单向透气膜可以允许气体通过，同时可以隔离液体，防止第一腔室内的电解液进入第二腔室中。
在一些实施例中，第二透气部件包括第二单向透气阀。第二透气部件外露于壳体的外表面，第二透气部件采用透气阀，其结构强度较高，可以有效提高第二透气部件的使用寿命。
在一些实施例中，电池单体还包括设置在壳体上的防爆阀，第一透气部件包括第一单向透气阀，第一单向透气阀的开启压力和第二单向透气阀的开启压力均小于防爆阀的开启压力。这样设置可以使第一单向透气阀和第二单向透气阀在防爆阀开启之前开启，防止在开启第一单向透气阀和第二单向透气阀之前先引爆防爆阀，引发壳体提前泄压。
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。
第四方面，本申请提供一种电池单体的制造方法，包括：
提供壳体；
在壳体的内壁安装防护件，防护件将壳体的内部空间分隔为第一腔室和第二腔室；
将电芯设置于第一腔室内；
在第二腔室内设置弹性件，弹性件位于壳体和防护件之间，防护件被配置为使弹性件随电芯的膨胀而被压缩以及随电芯的收缩而伸展；
在防护件上安装第一透气部件，第一透气部件用于单向连通第一腔室和第二腔室，以使第一腔室内的气体能够进入第二腔室；和
在壳体上安装第二透气部件，第二透气部件用于单向连通第二腔室和壳体的外部空间，以使第二腔室内的气体能够排出壳体。
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是本申请一些实施例公开的用电设备的结构示意图；
图2是本申请一些实施例公开的电池的结构示意图；
图3是本申请一些实施例公开的电池单体的结构示意图；
图4是图3中沿A-A截面的剖视图；
图5是本申请一些实施例公开的电池单体中防护件和壳体组成的结构件的主视图；
图6是图5中沿B-B截面的剖视图；
图7是本申请一些实施例公开的电池单体中防护件和壳体组成的结构件的侧视图；
图8是图7中沿C-C截面的剖视图。
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、壳体；2、端子；3、第二透气部件；4、防护件；5、电芯；6、弹性件；7、第一透气部件；8、极耳；9、挡板。
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，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，电芯体系副反应堆积厚度及石墨片层剥离等导致电芯会发生鼓胀，即正极片和负极片向外膨胀。极片膨胀对电池的性能及使用寿命有不利影响，例如，受力挤压可能导致极片孔隙率降低影 响电解液对极片的浸润，引起离子传输路径发生改变，带来析锂问题；极片在长期承受较大挤压力时，还可能断裂引发电池内短路风险等等。
为了缓解电池内部的膨胀力的问题，申请人研究发现，可以在电池内部设置压力缓冲装置，构成具有呼吸功能的电芯。通过压力缓冲装置，可以吸收电芯的膨胀应力，在负极膨胀时，压力缓冲装置的体积收缩；在负极收缩时，压力缓冲装置的体积恢复，避免电芯的整体体积发生突变，进而保证电池性能的稳定性。
申请人进一步研究后发现，虽然压力缓冲装置对压力可以起到缓冲作用，以适应极片因收缩膨胀带来的体积变化的效果，但是对于锂金属电池来说，如果采用三维金属泡沫材料作为负极，并采用双三氟甲基磺酸亚胺锂等产气较严重的电解液时，除了需要解决充放电带来的体积变化外，还需要面临如何将化成过程中及电池使用过程中产生的气体及时排出的问题，否则这些气体可能会影响极片的界面，进而恶化电池性能。
基于以上考虑，为了同时解决电芯在工作过程中体积会发生变化和电池内部会产生气体无法及时排出的问题，发明人经过深入研究，设计了一种电池单体，该电池单体既设置有弹性件，还设有透气部件，在电芯体积发生变化时，通过弹性件可以吸收电芯的膨胀应力，防止电芯体积发生太大突变，影响电池的性能稳定；而在电池内部产生气体时，可以通过透气部件及时将气体排出至电池的外部，避免气体影响极片的界面，进而恶化电池性能。
通过设置弹性件，在电芯体积发生膨胀时，弹性件被压缩；在电芯的体积收缩时，弹性件的形变恢复，因此通过弹性件可以保持电池整体体积的稳定性，避免电池整体体积发生太大变化，影响电池内部其他部件的连接以及电池性能的稳定性。
在化成过程中及电池使用过程中，电池内部产生的气体使电池内部气体压力大于电池外部压力时，可以通过透气部件及时地将气体排出至电池的外部，防止这些气体影响极片的界面，进而恶化电池性能。
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为图3中沿A-A截面的剖视图。电池单体20是指组成电池的最小单元。如图3所示，电池单体20包括有壳体1，壳体1的顶部设有两个端子2。如图4所示，电池单体20还包括电极组件以及其他的功能性部件。
壳体1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1包括具有开口的容纳本体和用于封闭开口的端盖。容纳本体和端盖可以是独立的部件，容纳本体上设置有开口，通过在开口处使端盖盖合开口以形成电池单体20的内部环境。不限地，也可以使端盖和容纳本体一体化，具体地，端盖和容纳本体可以在其他部件入壳 前先形成一个共同的连接面，当需要封装容纳本体的内部时，再使端盖盖合容纳本体。容纳本体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，容纳本体的形状可以根据电极组件的具体形状和尺寸大小来确定。容纳本体的材质可以是多种，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。
容纳本体是用于配合端盖以形成电池单体20的内部环境的组件，端盖是盖合于容纳本体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，端盖的形状可以与容纳本体的形状相适应以配合容纳本体。可选地，端盖可以由具有一定硬度和强度的材质制成，这样，端盖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2以及其他部件可以设置于端盖上。端子2可以用于与电极组件电连接，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，在端盖的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离容纳本体内的电连接部件与端盖，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。
电极组件是电池单体20中发生电化学反应的部件。壳体1内可以包含一个或更多个电极组件。电极组件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。电极组件包括电芯5和自电芯5延伸出的两个极耳8，正极片和负极片具有活性物质的部分构成电极组件的电芯5，正极片和负极片不具有活性物质的部分各自构成电极组件的两个极耳8。正极极耳和负极极耳可以共同位于电芯5的一端或是分别位于电芯5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8连接端子2以形成电流回路。电极可以是卷绕式结构，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3，并请进一步参照图4，图4为图3中沿A-A截面的剖视图。本申请提供了一种电池单体20。电池单体 20包括壳体1、防护件4、电芯5、弹性件6、第一透气部件7和第二透气部件3。
防护件4安装在壳体1的内壁并将壳体1的内部空间分隔为第一腔室和第二腔室，电芯5设置于第一腔室内，弹性件6设置于第二腔室内并位于壳体1和防护件4之间，防护件4被配置为使弹性件6随电芯5的膨胀而被压缩以及随电芯5的收缩而伸展。
其中，壳体1是基本封闭的，壳体1的内部具有存储空间，防护件4、电芯5以及其他部件设置于壳体1的内部。壳体1可以为长方体或者圆柱体等形状。
防护件4安装在壳体1的内壁上，通过防护件4可以将壳体1的内部空间分隔为两个腔室，以便分隔电芯5和弹性件6。电芯5位于第一腔室中，弹性件6位于第二腔室中，并且位于壳体1和防护件4之间。
通过设置防护件4，可以有效隔离电芯5和弹性件6，这样既可以保护电芯5，防止由于弹性件6与电芯5之间的挤压而对电芯5造成伤害，又可以有效保护弹性件6，避免电芯5内的电解液对弹性件6造成腐蚀。
防护件4被配置为使弹性件6随电芯5的膨胀而被压缩以及随电芯5的收缩而伸展，防护件4可以随弹性件6的伸缩而变形。当电芯5的体积膨胀时，弹性件6被压缩；当电芯5的体积收缩时，弹性件6伸展，恢复至自然状态。在弹性件6变形过程中，防护件4也随弹性件6的伸缩而变形，以使得弹性件6能够被压缩或伸展。
通过设置弹性件6，可以吸收电芯5的膨胀应力，防止由于电芯5的膨胀而使电池单体20的整体体积发生突变；也可以避免极片受力挤压可能导致的极片孔隙率降低，影响电解液对极片的浸润；还可以避免极片因长期承受较大挤压力而发生断裂，引发电池内短路风险等等。
第一透气部件7安装在防护件4上，第一透气部件7用于单向连通第一腔室和第二腔室，以使第一腔室内的气体能够通过第一透气部件7进入第二腔室。第二透气部件3安装在壳体1上，第二透气部件3用于单向连通第二腔室和壳体1的外部空间，以使第二腔室内的气体能够通过第二 透气部件3排出壳体1。
在电池单体20使用过程中，电芯5会产生气体，使第一腔室的压力逐渐增大，此时通过第一透气部件7，可以及时排出第一腔室内的气体，防止这些气体对电芯5内部电解液对极片的浸润，降低电池的性能。气体通过第一透气部件7进入第二腔室，当第二腔室内的压力大于壳体1外部的气体压力时，第二腔室内的气体会通过第二透气部件3排至壳体1之外，防止气体在壳体1内部停留。
第一透气部件7和第二透气部件3均为单向导通的部件，气体可以通过第一透气部件7从第一腔室进入第二腔室，但是不能通过第一透气部件7从第二腔室进入第一腔室，因此可以避免第二腔室气体压力较大时反向向第一腔室输送气体，影响电芯5的性能。同样地，气体可以通过第二透气部件3从第二腔室排出至壳体1之外，但是壳体1外部的气体无法通过第二透气部件3从壳体1的外部空间进入第二腔室，防止外部气体通过第二透气部件3进入第二腔室，影响壳体1内的压力。
本申请提供的电池单体实施例，不仅可以满足缓解电池单体体积变化的需求，当电池单体充电膨胀时吸收电池单体的膨胀应力，当电池放电时维持正极片和负极片之间的紧密界面接触性，从而构建呼吸式的电池工作模式；同时，第一透气部件和第二透气部件的存在还可以在电池单体产气时实时地将产生的气体排泄到电池单体的外部，进而保证电池单体的性能稳定性。
而且，在本申请实施例中，弹性件6以及第一透气部件7和第二透气部件3的设置并不是相互独立的，而是相互关联的。发明人研究发现，在相关技术中，有些弹性件设置于电芯的内部，这样会增大电芯的制造难度，还会造成电芯的质量不稳定。为了克服这些问题，发明人对弹性件6的设置位置进行了改进，在本申请实施例中，电芯5设置于第一腔室内，弹性件6设置于第二腔室内，因此弹性件6位于电芯5的外部，弹性件6的设置并不会影响电芯5的制造，电芯5可以按照预设的方式进行单独制造，弹性件6可以设置于各种类型的电芯5的外部。基于弹性件6的设置位置，发明人进一步研究发现，至少还有两个问题需要解决：一是，在相 关技术中，透气部件通常设置在壳体1的端盖上，但端盖上还设有端子2和防爆阀等其他部件，因此端盖上的剩余空间有限，在端盖上再布置透气部件会受到空间的限制，还需要考虑与端子2和防爆阀等其他部件之间的干涉问题；二是，在本申请实施例中，防护件4将壳体1的内部空间分隔为两个相对独立的腔室，电芯5在工作过程中产生的气体会增大第一腔室的内部压力，而随着弹性件6的伸缩，第二腔室的内部压力也会发生变化，因此不止第一腔室内的气体需要及时排出，第二腔室内的压力也需要进行调节，因此基于这些考虑，发明人设计了两个透气部件，在防护件4上设置第一透气部件7，单向导通第一腔室和第二腔室，在壳体1上设置第二透气部件3，单向导通第二腔室和壳体1的外部空间。这样既可以及时排出第一腔室内的气体，也可以调节第二腔室的压力。相比于将两个透气部件均设置在壳体上的技术方案来说，本申请实施例的技术方案可以减少壳体1上的开孔数量，同时还可以单向连通第一腔室、第二腔室和壳体1的外部空间，使得气体随着电芯5的膨胀和弹性件6的伸缩逐步排出，形成吸收电芯膨胀应力和排出气体一体化、彼此相互配合的结构。
在本申请的一些实施例中，防护件4连接于壳体1的侧壁上，这样可以沿着电芯5的膨胀方向将弹性件6设置于电芯5的一侧，便于使弹性件6随着电芯5的膨胀和收缩而发生变形。这样设置还有一个好处是，可以将第二透气部件3设置于壳体1的侧面，而非壳体1顶部的端盖上，这样第二透气部件3就不需要与端盖上的端子2和防爆阀等其他部件分空间，便于第二透气部件3的布置；而且，将第二透气部件3设置于壳体1的侧面，气体排出时不会受到端子2和防爆阀等其他部件的阻挡，有利于使气体更加顺畅地排出。
在本申请的一些实施例中，防护件4呈U形形状，这样便于与壳体1的内壁一起围成封闭的第二腔室，而壳体1的内部空间中除了第二腔室之外的腔室构成第一腔室。
根据本申请的一些实施例，第一透气部件7包括第一单向透气阀或者单向透气膜。单向透气阀的结构强度较高，使用寿命较长。单向透气膜的布置比较方便，而且不会占用太大的空间。单向透气膜可以允许气体通 过，同时可以隔离液体，防止第一腔室内的电解液进入第二腔室中。
单向透气膜可以选择现有的成品，比如VAP单向透气膜，该透气膜包括多层材料，可以允许气体通过，但是不允许液体通过，可以隔绝电解液，防止电解液通过该透气膜泄漏，减少电解液的浪费。
根据本申请的一些实施例，第二透气部件3包括第二单向透气阀。第二透气部件外露于壳体1的外表面，第二透气部件采用透气阀，其结构强度较高，可以有效提高第二透气部件的使用寿命。
根据本申请的一些实施例，电池单体还包括设置在壳体1上的防爆阀，第一透气部件7包括第一单向透气阀，第一单向透气阀的开启压力和第二单向透气阀的开启压力均小于防爆阀的开启压力。这样设置可以使第一单向透气阀和第二单向透气阀在防爆阀开启之前开启，防止在开启第一单向透气阀和第二单向透气阀之前先引爆防爆阀，引起壳体1提前泄压。
根据本申请的一些实施例，参照图5和图6所示，图5为本申请一些实施例中电池单体的防护件和壳体组成的结构件的主视图，图6为图5中沿B-B截面的剖视图。防护件4包括柔性部，柔性部能够随弹性件6的伸缩而变形。
柔性部是相对于其他部位来说比较柔软、容易发生变形的部分。
通过柔性部的变形，可以使得防护件4随弹性件6的伸缩而变形，进而允许弹性件6随着电芯5的膨胀而被压缩或随着电芯5的收缩而恢复原形。
柔性部的材料可以包括丁腈橡胶、硅橡胶、氟类树脂和聚丙烯中至少一种。柔性部的材质较软，容易发生变形，实现随弹性件6的伸缩而变形的目的。同时，柔性部具有隔离作用，既可以有效保护电芯5不与弹性件6直接接触，防止电芯5由于弹性件6的挤压而受到损伤；又可以有效保护弹性件6，防止弹性件6被电解液腐蚀。
柔性部可以为防护件4的一部分，即防护件4的一部分是柔性的，而另一部分为硬性的，这样可以提高防护件4的整体硬度。柔性部也可以为防护件4的全部，即防护件4的整体均是柔性的，变形能力更好。
如图6所示，根据本申请的一些实施例，电池单体还包括设置于 第二腔室内的挡板9，挡板9设置于柔性部的内侧，弹性件6设置于挡板9与壳体1之间。
通过设置挡板9，并且弹性件6设置于挡板9和壳体1之间，可以避免弹性件6对电芯5内的极片产生较大挤压力，对极片造成损伤。通过设置挡板9还可以避免弹性件6与柔性部直接接触，防止弹性件6的端部比较尖锐而刺破柔性部，可以有效保护柔性部，提高防护件4的使用寿命。
挡板9可以为平板式结构，也可以为主体等其他结构形状。
根据本申请的一些实施例，挡板9的材料包括涤纶树脂。这种材料能够满足硬度需求，而且成本较低。
根据本申请的另一些实施例，防护件4包括防护部和连接于防护部与壳体1之间的可伸缩部，弹性件6设置于防护部和壳体1之间，可伸缩部在弹性件6的作用下伸长或缩短。
可伸缩部是可伸长且可缩短的部分。通过可伸缩部的伸长或缩短，可以实现防护件4随弹性件6的伸缩而变形的目的，使得弹性件6可以随电芯5的膨胀或收缩而变形。
弹性件6设置于防护部和壳体1之间，可以避免弹性件6与可伸缩部接触，防止弹性件6影响可伸缩部的伸缩，对可伸缩部的伸缩造成干涉。
根据本申请的一些实施例，可伸缩部包括可伸缩的波纹状连接部。波纹状连接部具有可以伸长或缩短的能力，比如波纹管，当多个管段叠加在一起时，波纹管的长度缩短；当多个管段相对展开时，波纹管的长度伸长。波纹状连接部包括多个可叠加的连接段，多个连接段叠加在一起时，波纹状连接部的总体长度缩短；当多个连接段相对展开时，波纹状连接部的总体长度伸长。
根据本申请的一些实施例，弹性件6包括弹簧，弹簧的长度为2mm～10mm。弹簧的长度过长，会增大壳体1的长度，增大电池单体的占地面积。弹簧的长度过短，可能会影响弹簧的伸缩能力，降低对电芯膨胀的缓解能力。
除了弹簧之外，弹性件6可以采用橡胶等弹性物。
根据本申请的一些实施例，参照图7和图8所示，图7为本申请一些实施例公开的电池单体中防护件和壳体组成的结构件的侧视图，图8为图7中沿C-C截面的剖视图。电池单体包括多个弹性件6，多个弹性件6分多排均匀布置在第二腔室内。
通过设置多个弹性件6，可以提高对电芯5的支撑能力，多个弹性件6均匀分布，可以对电芯5提供均匀的支撑，防止电芯5局部受到挤压而受到损伤。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电池，包括以上任一方案所述的电池单体。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种用电设备，包括以上任一方案所述的电池，并且电池用于为用电设备提供电能。
用电设备可以是前述任一应用电池的设备或系统。
本申请还提供了一种电池单体的制造方法，该方法包括：
提供壳体1；
在壳体1的内壁安装防护件4，防护件4将壳体1的内部空间分隔为第一腔室和第二腔室；
将电芯5设置于第一腔室内；
在第二腔室内设置弹性件6，弹性件6位于壳体1和防护件4之间，防护件4被配置为使弹性件6随电芯5的膨胀而被压缩以及随电芯5的收缩而伸展；
在防护件4上安装第一透气部件7，第一透气部件7用于单向连通第一腔室和第二腔室，以使第一腔室内的气体能够进入第二腔室；和
在壳体1上安装第二透气部件3，第二透气部件3用于单向连通第二腔室和壳体1的外部空间，以使第二腔室内的气体能够排出壳体1。
本申请电池单体各个实施例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方法，这里不再详述。
根据本申请的一些实施例，参见图3至图8，本申请提供了一种方形的电池单体，该电池单体包括壳体1、端子2、第二透气部件3、防护 件4、电芯5、弹性件6、第一透气部件7、极耳8和挡板9。
壳体1包括顶部具有开口的容纳本体和用于封闭容纳本体的开口的端盖，两个端子2设置于壳体1的顶部端盖上。电芯5包括连接负极耳的负极片、连接正极耳的正极片、隔开正极片和负极片的隔离膜以及用于传导锂离子的电解液。以图4的图示方向为例，防护件4安装于壳体1的右侧内壁上，以将壳体1的内部空间分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室位于第二腔室的左边。电芯5、极耳8和其他部件设置于第一腔室中，弹性件6设置于第二腔室中。防护件4的位于第二腔室内的壁面上安装有挡板9，弹性件6的一端抵接于挡板9上，另一端抵接于壳体1的内壁上。挡板9可以采用厚度为1mm的硬质塑料平板，宽度为46mm，长度为80mm。防护件4的整体采用柔性材料制成，比如丁腈橡胶、硅橡胶、氟类树脂或者聚丙烯等。第二腔室内设有两排弹性件6，每排包括5个，每排弹性件6中相邻两个之间的间隔大小相等。第一透气部件7安装在防护件4的顶部，用于单向导通第一腔室和第二腔室。第二透气部件3设置在壳体1的右侧面的中心位置，用于单向导通第二腔室和壳体1的外部空间。两个极耳8分别自电芯5的顶部延伸出，两个极耳8分别与两个端子2电连接。
当电芯5发生膨胀时，电芯5会挤压弹性件6，使弹性件6压缩，弹性件6吸收电芯5膨胀带来的体积变化，防止电池单体的整体体积发生突变；当电芯5收缩时，弹性件6的变形恢复，可以维持电芯5在壳体1内的稳定性。同时，在膨胀过程或者工作过程的其他时段内，若电芯5内部产生了气体，气体可以随时通过第一透气部件7从第一腔室进入第二腔室，并通过第二透气部件3从第二腔室排放到壳体1的外部，以避免此部分气体影响电芯5内极片的界面，影响电解液对极片的浸润，降低电池的性能。
在本申请的一些实施例中，弹性件6包括可压缩的弹簧，压缩弹簧的形变范围为弹簧在自然状态下总长度的5％～60％，该形变范围较宽，可以满足电池单体整个生命周期中的膨胀应力变化。压缩弹簧的强度为0.2Mpa～2.6Mpa，压缩弹簧的最大强度小于电池内部的膨胀应力，从而使 得弹簧能够吸收电池的膨胀应力，用于构建呼吸式的电池工作模式，维持电池内部的界面接触性。而且，压缩弹簧的强度总是小于壳体1的破裂强度3Mpa，如下表1所示，为压缩弹簧的形变与强度的对应关系。
表1.压缩弹簧的形变与强度的对应关系：
Figure PCTCN2021115701-appb-000001
另外，第一透气部件7可以采用第一单向透气阀，第二透气部件3可以采用第二单向透气阀，第一单向透气阀和第二单向透气阀的开启条件为电池单体内部的气压达到0.03～0.05Mpa，第一单向透气阀和第二单向透气阀的开启压力总是小于设置于壳体1的顶部端盖上的防爆阀的开阀压力0.9±0.2Mpa。
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 (15)

  1. 一种电池单体，包括：
    壳体(10)；
    防护件(40)，安装在所述壳体(10)的内壁并将所述壳体(10)的内部空间分隔为第一腔室和第二腔室；
    电芯(50)，设置于所述第一腔室内；
    弹性件(60)，设置于所述第二腔室内并位于所述壳体(10)和所述防护件(40)之间，所述防护件(40)被配置为使所述弹性件(60)随所述电芯(50)的膨胀而被压缩以及随所述电芯(50)的收缩而伸展；
    第一透气部件(70)，安装在所述防护件(40)上，用于单向连通所述第一腔室和所述第二腔室，以使所述第一腔室内的气体能够通过所述第一透气部件(70)进入所述第二腔室；和
    第二透气部件(30)，安装在所述壳体(10)上，用于单向连通所述第二腔室和所述壳体(10)的外部空间，以使所述第二腔室内的气体能够通过所述第二透气部件(30)排出所述壳体(10)。
  2. 根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述防护件(40)包括柔性部，所述柔性部能够随所述弹性件(60)的伸缩而变形。
  3. 根据权利要求2所述的电池单体，其中，所述柔性部的材料包括丁腈橡胶、硅橡胶、氟类树脂和聚丙烯中至少一种。
  4. 根据权利要求2所述的电池单体，其中，还包括设置于所述第二腔室内的挡板(90)，所述挡板(90)设置于所述柔性部的内侧，所述弹性件(60)设置于所述挡板(90)与所述壳体(10)之间。
  5. 根据权利要求4所述的电池单体，其中，所述挡板(90)的材料包括涤纶树脂。
  6. 根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述防护件(40)包括第一防护部和连接于所述第一防护部与所述壳体(10)之间的可伸缩部，所述弹性件(60)设置于所述第一防护部和所述壳体(10)之间，所述可伸缩部在所述弹性件(60)的作用下伸长或缩短。
  7. 根据权利要求6所述的电池单体，其中，所述可伸缩部包括可伸缩的波纹状连接部。
  8. 根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述弹性件(60)包括弹簧，所述弹簧的长度为2mm～10mm。
  9. 根据权利要求1所述的电池单体，所述电池单体包括多个所述弹性件(60)，多个所述弹性件(60)分多排均匀布置在所述第二腔室内。
  10. 根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述第一透气部件(70)包括第一单向透气阀或者单向透气膜。
  11. 根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述第二透气部件(30)包括第二单向透气阀。
  12. 根据权利要求11所述的电池单体，还包括设置在所述壳体(10)上的防爆阀，所述第一透气部件(70)包括第一单向透气阀，所述第一单向透气阀的开启压力和所述第二单向透气阀的开启压力均小于所述防爆阀的开启压力。
  13. 一种电池，包括如权利要求1～12任一项所述的电池单体。
  14. 一种用电设备，包括如权利要求13所述的电池，所述电池用于向所述用电设备供应电能。
  15. 一种电池单体的制造方法，包括：
    提供壳体(10)；
    在所述壳体(10)的内壁安装防护件(40)，所述防护件(40)将所述壳体(10)的内部空间分隔为第一腔室和第二腔室；
    将电芯(50)设置于所述第一腔室内；
    在所述第二腔室内设置弹性件(60)，所述弹性件(60)位于所述壳体(10)和所述防护件(40)之间，所述防护件(40)被配置为使所述弹性件(60)随所述电芯(50)的膨胀而被压缩以及随所述电芯(50)的收缩而伸展；
    在所述防护件(40)上安装第一透气部件(70)，所述第一透气部件(70)用于单向连通所述第一腔室和所述第二腔室，以使所述第一腔室内的气体能够进入所述第二腔室；和
    在所述壳体(10)上安装第二透气部件(30)，所述第二透气部件(30)用于单向连通所述第二腔室和所述壳体(10)的外部空间，以使所述第二腔室内的气体能够排出所述壳体(10)。
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