WO2024036612A1 - 电池单体、电池和用电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种电池单体，电池和用电设备。电池单体包括：电极组件，包括本体部和从本体部延伸出的极耳；壳体，用于容纳电极组件并具有第一开口；第一端盖，用于盖合第一开口；极耳支架，位于第一端盖和本体部之间并用于支撑极耳；第一端盖设置有第一卡接结构，极耳支架设置有第二卡接结构，第一卡接结构和第二卡接结构被配置为，二者在第一方向上的相对距离属于预设范围时能够相互卡接，以限制第一端盖和极耳支架的相对移动，第一方向平行于第一端盖。本申请的技术方案可以在提高电池的性能的同时，提升电池单体的装配的成功率。
Description
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池单体、电池和用电设备。
随着随着环境污染的日益加剧，新能源产业越来越受到人们的关注。在新能源产业中，电池技术是关乎其发展的一项重要因素。
电池技术的发展需要考虑多方面的设计因素，例如，能量密度、循环寿命、安全性能等。电池单体的结构对于电池的性能至关重要，此外，不同的电池单体的结构对于装配的要求也不同。因此，如何提供一种电池单体以在提高电池的性能的同时提升装配的成功率是一项亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种电池单体、电池和用电设备，可以在提高电池的性能的同时，提升电池单体的装配的成功率。
第一方面，本申请提供了一种电池单体，包括：电极组件，包括本体部和从所述本体部延伸出的极耳；壳体，用于容纳所述电极组件，所述壳体具有第一开口；第一端盖，用于盖合所述第一开口；极耳支架，位于所述第一端盖和所述本体部之间，所述极耳支架用于支撑所述极耳；所述第一端盖设置有第一卡接结构，所述极耳支架设置有第二卡接结构，所述第一卡接结构和所述第二卡接结构被配置为，二者在第一方向上的相对距离属于预设范围时能够卡接，以限制所述第一端盖和所述极耳支架的相对移动，所述第一方向平行于所述第一端盖。
在本申请实施例中，电池单体包括电极组件，壳体，第一端盖和极耳支架。在该电池单体中，电极组件包括本体部和从本体部延伸出的极耳，壳体具有第一开口并用于容纳电极组件，第一端盖用于盖合第一开口，极耳支架位于第一端盖和本体部 之间并用于支撑极耳。这样，可以避免由于极耳过长导致的极耳倒插进入电极组件引起的短路等问题，有利于提高电池的安全性能。第一端盖设置有第一卡接结构，极耳支架设置有第二卡接结构，第一卡接结构与第二卡接结构卡接可以实现第一端盖与极耳支架的连接。第一卡接结构和第二卡接结构被配置为，二者在第一方向上的相对距离属于预设范围时卡接，以限制第一端盖和极耳支架的相对移动，其中，第一方向平行于第一端盖。这样，当第一卡接结构与第二卡接结构未完全对齐时，也可以实现第一卡接结构与第二卡接结构的卡接，便于第一端盖与极耳支架的连接，有利于减小第一端盖与极耳支架的组装难度，便于电池单体的组装。
在一种可能的实现方式中，第一卡接结构为沿第二方向朝向所述电极组件凸出的凸出部，所述第二卡接结构为与所述凸出部对应的开口结构，所述第二方向为所述第一端盖的厚度方向。这样，通过在第一端盖上设置朝向电极组件凸出的凸出部，在极耳支架上设置与凸出部对应的开口结构，通过凸出部与开口结构的配合，实现了第一端盖与极耳支架的连接。
在一种可能的实现方式中，所述开口结构包括导向部，沿第二方向并指向所述电极组件，所述导向部的径向尺寸逐渐减小，所述导向部用于引导所述凸出部卡入所述开口结构，其中，所述第二方向为所述第一端盖的厚度方向。这样，在极耳支架沿第一方向偏离第一端盖的情况下，导向部可以引导凸出部卡入开口结构。
在一种可能的实现方式中，所述凸出部、所述导向部、所述壳体及所述极耳支架满足：D0-d4≥f(W0-W1)；其中，D0为沿所述第一方向，所述导向部的第一端处的径向尺寸，所述导向部的第一端为所述导向部沿所述第二方向远离所述电极组件的一端；d4为沿所述第一方向，所述凸出部的第一端的径向尺寸，所述凸出部的第一端为所述凸出部沿所述第二方向靠近所述电极组件的一端；W0为沿所述第一方向，所述壳体的内表面之间的距离；W1为沿所述第一方向，所述极耳支架的尺寸；f(W0-W1)为W0-W1的正相关函数。
在该实现方式中，通过合理配置D0-d4与W0-W1之间的关系，可以确保导向部沿第一方向的尺寸足够大，有利于在极耳支架与第一端盖在第一方向发生相对偏移时，实现凸出部与开口结构的卡接。
在一种可能的实现方式中，f(W0-W1)＝a×(W0-W1)，a为0.4～1。在 实际生产及使用过程中，极耳支架与壳体沿第一方向的间隙小于第一方向上的壳体的内表面之间的距离与极耳支架的尺寸之差。通过设置a为0.4～1，便于根据具体需要灵活设置凸出部与开口结构的尺寸。
在一种可能的实现方式中，所述开口结构包括卡槽部，沿所述第二方向，所述卡槽部与所述导向部靠近所述电极组件的一端相连，所述凸出部与所述卡槽部卡接。这样，凸出部卡入卡槽部后，可以实现在第二方向上的限位，实现第一端盖与极耳支架在第二方向上的固定。
在一种可能的实现方式中，所述卡槽部包括限位部和容纳部，所述容纳部相对于所述限位部靠近所述电极组件，所述限位部的径向尺寸小于所述容纳部的径向尺寸，所述限位部与所述容纳部形成台阶结构。这样，在凸出部进入卡槽部后，凸出部可以部分容纳于容纳部中，并且限位部可以限制凸出部沿第二方向移动，以防止凸出部从容纳部脱出。
在一种可能的实现方式中，所述凸出部包括主体部和卡扣，所述卡扣相对于所述主体部靠近所述电极组件，所述卡扣包括卡接部和连接部，所述卡接部通过所述连接部与所述主体部连接，其中所述凸出部的第一端为所述凸出部沿所述第二方向靠近所述电极组件的一端；所述卡接部的径向尺寸大于所述连接部的径向尺寸，所述卡接部与所述卡槽部卡接。这样，实现了对卡接部在第二方向上的限位与固定。
在一种可能的实现方式中，所述卡扣设置有变形槽，所述变形槽从所述卡扣靠近所述电极组件的一端沿所述第二方向朝向所述第一端盖延伸，所述变形槽被配置为能够在所述卡接部进入所述卡槽部时变形，以使所述卡接部卡入所述卡槽部。这样，当卡扣经过限位部时，卡扣在第一方向的尺寸可以变小，从而卡扣可以进入容纳部，实现卡扣与卡槽部的卡接。
在一种可能的实现方式中，所述导向部，所述卡扣与所述变形槽满足：d3＞D3＞d3-s0；其中，d3为所述卡接部的第一端的沿所述第一方向的径向尺寸，所述卡接部的第一端为沿所述第二方向所述卡接部的远离所述电极组件的一端；D3为所述导向部的第二端沿所述第一方向的径向尺寸，所述导向部的第二端为沿所述第二方向所述导向部靠近所述电极组件的一端；s0为所述变形槽的相对的两个槽壁面之间的距离。这样，既可以保证卡扣可以卡入卡槽部，又可以防止卡扣从卡槽部脱出。
在一种可能的实现方式中，所述卡扣与所述导向部满足：d3-D3＞0.5mm。这样，卡扣不易从卡槽部脱出。
在一种可能的实现方式中，所述导向部，所述卡扣与所述变形槽满足：D3-d3+s0＞0.2mm。这样，有利于卡扣嵌入卡槽部。
在一种可能的实现方式中，所述导向部与所述第二方向之间的夹角小于45°。这样，便于导向部引导凸出部卡入开口结构。
在一种可能的实现方式中，所述主体部设置有第一固定部和过渡部，所述第一固定部的径向尺寸大于所述过渡部的径向尺寸，所述第一固定部通过所述过渡部与所述卡扣连接；所述开口结构包括第二固定部，所述第二固定部与所述导向部连通并相对于所述导向部远离所述电极组件，所述第一固定部与所述第二固定部抵接。这样，通过第一固定部与第二固定部的配合，可以实现第一端盖和极耳支架在第一方向上的限位和固定。
在一种可能的实现方式中，所述第一固定部和/或所述第二固定部沿所述第二方向的尺寸大于0.8mm。这样，便于增强第一固定部与第二固定部之间的连接强度
在一种可能的实现方式中，沿第二方向，所述第一卡接结构的尺寸小于所述第二卡接结构的尺寸，所述第二方向为所述第一端盖的厚度方向。这样，可以防止凸出部与开口结构之间的磨损或避免凸出部凸出于开口结构损坏电极组件。
在一种可能的实现方式中，所述第一卡接结构和所述第二卡接结构的横截面为圆形。这样，在电池单体的长度方向和宽度方向均可以实现对第一卡接结构和第二卡接结构的装配和限位。
在一种可能的实现方式中，所述极耳支架设置有沿第一方向延伸的槽，所述极耳被配置为穿过所述槽与所述第一端盖的电极端子连接。这样，极耳可以穿过极耳支架的槽与电极端子连接，从而可以通过极耳支架的槽实现对极耳的限位与固定。
在一种可能的实现方式中，所述第一端盖还包括绝缘件和端盖片，所述绝缘件用于隔离所述端盖片和所述电极组件，所述绝缘件与所述第一卡接结构为一体成型结构。这样，便于第一卡接结构和绝缘件的加工。
在一种可能的实现方式中，所述第一端盖设置有多个所述第一卡接结构， 所述极耳支架设置有与多个所述第一卡接结构对应设置的多个第二卡接结构。
第二方面，本申请提供了一种电池，包括如第一方面及其中任一项可能的实施方式所述的电池单体；和箱体，所述箱体用于容纳所述电池单体。
第三方面，本申请提供了一种用电设备，包括第二方面所述的电池，所述电池用于向所述用电设备供电。
在本申请实施例中，电池单体包括电极组件，壳体，第一端盖和极耳支架。在该电池单体中，电极组件包括本体部和从本体部延伸出的极耳，壳体具有第一开口并用于容纳电极组件，第一端盖用于盖合第一开口，极耳支架位于第一端盖和本体部之间并用于支撑极耳。这样，可以避免由于极耳过长导致的极耳倒插进入电极组件引起的短路等问题，有利于提高电池的安全性能。第一端盖设置有第一卡接结构，极耳支架设置有第二卡接结构，第一卡接结构与第二卡接结构卡接可以实现第一端盖与极耳支架的连接。第一卡接结构和第二卡接结构被配置为，二者在第一方向上的相对距离属于预设范围时卡接，以限制第一端盖和极耳支架的相对移动，其中，第一方向平行于第一端盖。这样，当第一卡接结构与第二卡接结构未完全对齐时，也可以实现第一卡接结构与第二卡接结构的卡接，便于第一端盖与极耳支架的连接，有利于减小第一端盖与极耳支架的组装难度，便于电池单体的组装。
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是本申请一实施例的一种车辆的结构示意图；
图2是本申请一实施例的一种电池的结构示意图；
图3是本申请一实施例的一种电池单体的结构示意图；
图4是本申请一实施例的第一端盖的结构示意图；
图5是本申请一实施例的极耳支架的结构示意图；
图6是本申请一实施例的极耳支架的俯视图；
图7是图6中的极耳支架的沿C-C方向的截面图；
图8是图7中的开口结构的剖视图；
图9是图4中的凸出部的放大的结构示意图；
图10是本申请一实施例的电池单体的正视图；
图11是图10中的区域B的放大的结构示意图。
在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。
下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“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。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请中术语“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，本申请中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中，电池单体可以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，本申请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，本申请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，本申请实施例对此也不限定。
本申请的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。
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，未涂敷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，未涂敷正极活性物质层的集流体作为正极极耳。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面，未涂敷负极活性物质层的集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的集流体，未涂敷负极活性物质层的集流体作为负极极耳。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为碳或硅等。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。隔离膜的材质可以为聚丙烯(polypropylene，PP)或聚乙烯(polyethylene，PE)等。此外，电极组件可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本申请实施例并不限于此。
为了满足不同的电力需求，电池可以包括多个电池单体，其中，多个电池单体之间可以串联或并联或混联，混联是指串联和并联的混合。可选地，多个电池单体可以先串联或并联或混联组成电池模块，多个电池模块再串联或并联或混联组成电池。也就是说，多个电池单体可以直接组成电池，也可以先组成电池模块，电池模块再组成电池。电池再进一步设置于用电设备中，为用电设备提供电能。
电池技术的发展要同时考虑多方面的设计因素，例如，能量密度、循环寿命、放电容量、充放电倍率、安全性等。电池单体的结构对于电池的性能至关重要，并且不同的电池单体结构对于装配的要求也不同。因此，如何提供一种电池单体，在提高电池的性能的同时提升装配的成功率是一项亟待解决的技术问题。
发明人发现，现有技术中为避免极耳倒插进电极组件会设置极耳支撑结构， 但是极耳支撑结构在电池单体内的位置通常得不到有效的固定，使得极耳并不能得到有效的支撑，或者即使极耳支撑结构和端盖之间具有固定结构，其对装配的精度和制造精度要求较高，大大影响电池单体的装配效率和装配成功率。
鉴于此，本申请实施例提供一种电池单体，电池单体包括电极组件，壳体，第一端盖和极耳支架。在该电池单体中，电极组件包括本体部和从本体部延伸出的极耳，壳体具有第一开口并用于容纳电极组件，第一端盖用于盖合第一开口，极耳支架位于第一端盖和本体部之间并用于支撑极耳。这样，可以避免由于极耳过长导致的极耳倒插进入电极组件引起的短路等问题，有利于提高电池的安全性能。第一端盖设置有第一卡接结构，极耳支架设置有第二卡接结构，第一卡接结构与第二卡接结构卡接可以实现第一端盖与极耳支架的连接。第一卡接结构和第二卡接结构被配置为，二者在第一方向上的相对距离属于预设范围时卡接，以限制第一端盖和极耳支架的相对移动，其中，第一方向平行于第一端盖。这样，当第一卡接结构与第二卡接结构未完全对齐时，也可以实现第一卡接结构与第二卡接结构的卡接，便于第一端盖与极耳支架的连接，有利于减小第一端盖与极耳支架的组装难度，便于电池单体的组装。
本申请实施例描述的技术方案均适用于各种使用电池的装置，例如，手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动玩具、电动工具、电动车辆、船舶和航天器等，例如，航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等。
应理解，本申请实施例描述的技术方案不仅仅局限适用于上述所描述的设备，还可以适用于所有使用电池的设备，但为描述简洁，下述实施例均以电动车辆为例进行说明。
例如，如图1所示，为本申请一个实施例的一种车辆的结构示意图，车辆1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1的内部可以设置马达40，控制器30以及电池10，控制器30用来控制电池10为马达40供电。例如，在车辆1的底部或车头或车尾可以设置电池10。电池10可以用于车辆1的供电，例如，电池10可以作为车辆1的操作电源，用于车辆1的电路系统，例如，用于车辆1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10不仅仅可以作为车辆1的操作电源，还可以作为车辆1的驱动电源，替代或部分地替代燃油或天然气为车辆1提供驱动动力。
为了满足不同的使用电力需求，电池10可以包括多个电池单体。例如，如 图2所示，为本申请一个实施例的一种电池的结构示意图，电池10可以包括多个电池单体20。电池10还可以包括箱体11，箱体11内部为中空结构，多个电池单体20容纳于箱体11内。例如，多个电池单体20相互并联或串联或混联组合后置于箱体11内。
可选地，电池10还可以包括其他结构，在此不再一一赘述。例如，该电池10还可以包括汇流部件，汇流部件用于实现多个电池单体20之间的电连接，例如并联或串联或混联。具体地，汇流部件可通过连接电池单体20的电极端子实现电池单体20之间的电连接。进一步地，汇流部件可通过焊接固定于电池单体20的电极端子。多个电池单体20的电能可进一步通过导电机构穿过箱体11而引出。可选地，导电机构也可属于汇流部件。
根据不同的电力需求，电池单体20的数量可以设置为任意数值。多个电池单体20可通过串联、并联或混联的方式连接以实现较大的容量或功率。由于每个电池10中包括的电池单体20的数量可能较多，为了便于安装，可以将电池单体20分组设置，每组电池单体20组成电池模块。电池模块中包括的电池单体20的数量不限，可以根据需求设置。电池可以包括多个电池模块，这些电池模块可通过串联、并联或混联的方式进行连接。
图3为本申请一实施例的电池单体的结构示意图。在本申请一实施例中，如图3所示，电池单体20包括电极组件22，壳体210，第一端盖211，和极耳支架23。
电极组件22包括本体部222和从本体部222延伸出的极耳221。
电极组件22的本体部222通过极耳221实现和电极端子211a的电连接。
可选地，极耳221沿第一端盖211的厚度方向从本体部222延伸出来。极耳221可以包括正极耳和负极耳，其中，正极耳和负极耳可以从本体部222的同一端延伸出来，也可以从本体部222的不同端延伸出来。例如，正极耳沿第一端盖211的厚度方向，从本体部222的靠近第一端盖211的一端延伸出来，负极耳沿第一端盖211的厚度方向，从本体部222的的远离第一端盖211的一端延伸出来。正极耳和负极耳的相对位置可以很具实际需求具体设置，本申请实施例对此不作具体限制。
壳体210具有第一开口210a并用于容纳电极组件22，第一开口210a设置在沿z方向靠近第一端盖211的一端，z方向垂直于第一端盖211。其中，壳体210的形状可以根据一个或多个电极组件22组合后的形状而定，例如，壳体210可以为中空的长方体或正方体或圆柱体。
图4为本申请一实施例的第一端盖的结构示意图。结合图3和图4所示，在电池单体20为方形电池单体的情况下，第一端盖211可以为平板状，第一端盖211用于盖合第一开口210a，以实现对第一开口210的密封，从而将壳体210内的电极组件22与外界隔离。
第一端盖211设置有电极端子211a，电极组件22的极耳221与电极端子211a电连接。
可选地，电池单体20包括第二端盖212，第二端盖212与第一端盖211沿z方向相对设置。在电池单体20中，壳体210设置有第二开口220a，第二开口220a设置在沿z方向靠近第二端盖212的一端，第二端盖212用于盖合第二开口220a。
可选地，第二端盖212未设置有电极端子，仅第一端盖211设置有电极端子211a，电极组件22通过第二开口220a进入壳体210。
可选地，第二端盖212设置有电极端子，该电极端子与靠近第二开口220a的极耳电连接。其中，第二端盖212可以具有与第一端盖211相同的结构，即第二端盖212设置有与第一卡接结构相同的结构，第二端盖212也可以具有与第一端盖211不同的结构。
图5为本申请一实施例的极耳支架的结构示意图。结合图3和图5所示，极耳支架23设置于本体部222和第一端盖211之间，极耳支架23用于支撑极耳221。这样，可以防止极耳221倒插入电极组件导致短路。
结合图4和图5所示，第一端盖211设置有第一卡接结构2111，极耳支架23设置有第二卡接结构231，第一卡接结构2111和第二卡接结构231被配置为，二者在第一方向上的相对距离属于预设范围时能够相互卡接，第一方向平行于第一端盖211。
第一方向可以为图3中的x方向，电池单体20在x方向上的尺寸大于电池单体20在y方向上的尺寸。
在电池单体20的组装过程中，第一端盖211和壳体210的位置固定，装配有极耳支架23的电极组件22通过第二开口220a装入壳体210中，极耳支架23的第二卡接结构231与第一端盖211的第一卡接结构2111配合以实现第一端盖211与极耳支架23或电极组件22的连接。通常壳体210中预留有电极组件22的膨胀空间，因此，在装配有极耳支架23的电极组件22装入壳体210后，极耳支架23可能会相对于第一端盖211沿第一方向发生偏移，导致第一卡接结构2111与第二卡接结构231发生相对 偏移，无法实现第一卡接结构2111与第二卡接结构231之间的连接。
第一卡接结构2111和第二卡接结构231被配置为，在第一方向上第一端盖211和极耳支架23的相对位移属于预设范围内时能够相互卡接，可以在极耳支架23与第一端盖211在第一方向发生相对偏移的情况下，实现第一端盖211与极耳支架23的连接，有利于减小电池单体20的组装及装配难度，提高电池单体20的装配的成功率。其中，第一卡接结构2111和第二卡接结构231的具体结构不作限制，只要能实现第一卡接结构2111和第二卡接结构231之间在预设范围内的卡接即可。
可选地，电池单体20还可以包括第一隔离膜24，第一隔离膜24设置于电极组件22的外表面，可以用于隔离电极组件22和壳体210。在电池单体20的组装过程中，可以先将电极组件22，极耳支架23，第一隔离膜24以及第二端盖212连接在一起，以形成一个电极组件整体。例如，将第一隔离膜24包覆于电极组件22的外表面，之后通过热熔的方式将第一隔离膜24与第二端盖212和极耳支架23连接，从而形成电极组件整体。其中，在将第一隔离膜24与极耳支架23连接前，可以将极耳221穿过极耳支架23上与极耳221对应的槽601，以使极耳221的根部(靠近电极组件22的一端)紧贴极耳支架23，以防止极耳221翻折并插入电极组件22。在形成电极组件整体后，通过第二开口220a将该电极组件整体放入壳体210内，在极耳支架23与第一端盖211连接后，再将第一端盖211与壳体210连接，即可完成电池单体20的装配。
本申请实施例提供了一种电池单体20，该电池单体20包括：电极组件22，壳体210，第一端盖211和极耳支架23。电极组件22包括本体部222和从本体部222延伸出的极耳221。壳体210具有第一开口210a并用于容纳电极组件22，第一端盖211用于盖合第一开口210a，极耳支架23位于第一端盖211和本体部222之间并用于支撑极耳221。这样，可以避免由于极耳221过长导致的极耳221倒插进入电极组件22引起的短路等问题，有利于提高电池的安全性能。第一端盖211设置有第一卡接结构2111，极耳支架23设置有第二卡接结构231，第一卡接结构2111与第二卡接结构231卡接可以实现第一端盖211与极耳支架23的连接。第一卡接结构2111和第二卡接结构231被配置为，在第一方向上的第一端盖211与极耳支架23的相对距离处于预设范围之能够相互卡接，其中，第一方向平行于第一端盖211。这样，当第一卡接结构2111与第二卡接结构231在第一方向上未完全对齐时，也可以实现第一卡接结构2111与第二卡接结构231的卡接，便于第一端盖211与极耳支架23的连接，有利于减小第一端 盖211与极耳支架23的装配难度，提升第一端盖211与极耳支架23的装配的成功率，从而提升电池单体20的装配的成功率。
在本申请一实施例中，第一卡接结构2111为沿第二方向朝向电极组件22凸出的凸出部50，第二卡接结构231为与凸出部50对应的开口结构60，第二方向为第一端盖211的厚度方向。
第二方向可以为图3至图5中的z方向。凸出部50相对于第一端盖211沿z方向朝向电极组件22凸出，开口结构60与凸出部50相对应。
开口结构60可以沿第二方向贯穿极耳支架23也可以不贯穿极耳支架23，也就是说，开口结构60可以为朝向电极组件22凹陷的凹槽，也可以为通孔。
在该实施例中，通过凸出部50和与凸出部对应的开口结构60，实现了第一卡接结构2111与第二卡接结构231的卡接。
可选地，第二卡接结构231为远离电极组件22凸出的凸出部，第一卡接结构2111为与凸出部对应的开口结构。在本申请中，可以根据实际需要设置第一卡接结构2111或第二卡接结构231为凸出部，第二卡接结构231或第一卡接结构2111为与凸出部对应的开口结构。
图6为本申请一实施例的极耳支架的俯视图，图7为图6中的极耳支架的沿C-C方向的截面图，图8为图7中的开口结构的剖视图。在本申请一实施例中，结合图6至图8所示，开口结构60包括导向部61，沿第二方向并指向电极组件22，导向部61的径向尺寸逐渐减小，其中，第二方向为第一端盖211的厚度方向；导向部61用于引导凸出部50卡入开口结构60。
导向部61的形状可以为圆台形或棱台形，导向部61的径向尺寸为导向部61在xoz平面上的投影沿x方向的最大尺寸。例如，当导向部61为圆台形的导向部时，导向部61的尺寸为导向部61的直径。
在第二方向上，沿指向电极组件22的方向，导向部61的径向尺寸逐渐减小。
在极耳支架23与第一端盖211在第一方向上发生相对偏移时，第一端盖211和壳体210的位置固定，在导向部61的作用下，导向部61可以引导凸出部50沿导向部61卡入开口结构60。也就是说，导向部61可以引导极耳支架23沿第一方向移动，以使极耳支架23移动至合适的位置，从而可以使极耳支架23在移动的过程中，凸出部 50逐渐沿导向部61卡入开口结构60。
图9为图4中的凸出部的放大的结构示意图。图10为本申请一实施例的电池单体的正视图。在本申请一实施例中，结合图7至图10所示，凸出部50、导向部61、壳体210及极耳支架23满足：D0-d4≥f(W0-W1)。
D0为沿第一方向，导向部61的第一端处的径向尺寸，导向部61的第一端为导向部61沿第二方向远离电极组件22的一端。d4为沿第一方向，凸出部50的第一端的径向尺寸，凸出部50的第一端为凸出部50沿第二方向靠近电极组件22的一端。W0为沿第一方向，壳体210的内表面之间的距离。W1为沿第一方向，极耳支架23的尺寸。f(W0-W1)为W0-W1的正相关函数。
可选地，D0为沿第一方向，导向部61的第一端处的口径或最大尺寸；d4为沿第一方向，凸出部50的第一端的最大尺寸。
壳体210的内表面为壳体210朝向电极组件22的表面，壳体210的内表面之间的沿第一方向的的距离，可以为壳体210的内表面之间的沿第一方向的最大距离。
f(W0-W1)为W0-W1的正相关函数，也就是说，f(W0-W1)的值与W0-W1的大小正相关。
可选地，沿第一方向，壳体210的外表面之间的距离与第一端盖211的尺寸相同。
可选地，沿第一方向，电极组件22的尺寸与极耳支架23的尺寸相同。
在该实施例中，通过设置凸出部50，导向部61，壳体210和极耳支架23之间的尺寸关系，可以确保导向部61沿第一方向的尺寸足够大，有利于在极耳支架23与第一端盖211在第一方向发生相对偏移时，实现凸出部50与开口结构60的卡接。
在本申请一实施例中，f(W0-W1)＝a×(W0-W1)，a为0.4～1。
图11为图10中的区域B的放大的结构示意图。如图11所示，沿第一方向，极耳支架23与壳体210之间设置有第一隔膜24。因此，沿第一方向，壳体210的内壁之间的距离与极耳支架23的尺寸之差，大于实际中的极耳支架23与壳体210的内壁之间的缝隙的长度值。因此，a的值可以小于1。
可选地，由于装配等工艺的要求，沿极耳支架23与壳体210之间还设置有结构胶，实际上的极耳支架23与壳体210的沿第一方向之间的缝隙的长度值会更小，a的值可以设置为大于0.4并小于1的值，以平衡因装配工艺等导致的误差。
在该实施例中，通过设置f(W0-W1)＝a×(W0-W1)，a为0.4～1，便于根据具体的需求灵活的设置D0-d4的大小。
可选地，a为0.5～0.6，可以使导向部61和凸出部50的尺寸处于更合理的范围内，有利于导向部61和凸出部50的加工及装配,。
在一实施例中，a为1，D0-d4≥W0-W1。例如，在电极组件22放入壳体210后，极耳支架23沿x方向的一端紧贴壳体210，极耳支架23沿x方向的另一端与壳体210之间的间隙在第一方向的大小为W0-W1。在将极耳支架23的开口结构60与第一端盖211的凸出部50卡接的过程中，导向部61在第一端的尺寸与凸出部50在第一端的尺寸的在第一方向的差值，D0-d4大于或等于W0-W1，此时，依旧可以保证凸出部50卡入开口结构60，从而可以保证第一端盖211与极耳支架23之间的连接。
可选地，极耳支架23与壳体210的内表面沿第一方向的间隙为x1，x1的值可能小于或等于W0-W1。例如，由于第一隔膜24以及极耳支架23的外表面的结构胶等的存在，x1小于W0-W1。也就是说，x1＝a×(W0-W1)。
在一实施例中，开口结构60包括卡槽部62，沿第二方向，卡槽部62与导向部61靠近电极组件22的一端相连，凸出部50与卡槽部62卡接。
卡槽部62设置在开口结构60的第一端，开口结构60的第一端为开口结构60沿第二方向靠近电极组件22的一端。
卡槽部62与导向部61沿第二方向连接并相通，在导向结构61的作用下，凸出部50可以沿导向部61卡入卡槽部62并与卡槽部62卡接。这样，在凸出部50与卡槽部62卡接后，凸出部50与开口结构60在第二方向上的位置固定，即，实现了在第二方向上的凸出部50与开口结构60的限位。
在一实施例中，卡槽部62包括限位部621和容纳部622，容纳部622相对于限位部621靠近电极组件22，限位部621的径向尺寸小于容纳部622的径向尺寸，限位部621与容纳部622形成台阶结构。
限位部621和容纳部622在第二方向上连接并相通，容纳部622相对于限位部621靠近电极组件，并且限位部621的径向尺寸小于容纳部622的径向尺寸，限位部621与容纳部622形成台阶结构。这样，在凸出部50进入卡槽部62后，凸出部50可以部分容纳于容纳部622中，并且限位部621可以限制凸出部50沿第二方向移动，以防止凸出部50从容纳部622脱出。
在一实施例中，凸出部50包括主体部51和卡扣52，卡扣52相对于主体部51靠近电极组件22，卡扣52包括卡接部522和连接部521，卡接部522通过连接部521与主体部51连接；卡接部522的径向尺寸大于连接部521的径向尺寸，卡接部522与卡槽部62卡接。
卡扣52设置在凸出部50的第一端，其中凸出部50的第一端为凸出部50沿第二方向靠近电极组件22的一端。
在该实施例中，卡接部522可以卡入卡槽部62，例如，卡接部522在进入容纳部622后，在限位部621的作用下，实现了对卡接部522在第二方向上的限位。
在一实施例中，卡扣52设置有变形槽53，变形槽53从卡扣52靠近电极组件22的一端沿第二方向朝向第一端盖211延伸，变形槽53被配置为在能够在卡接部522进入卡槽部62时变形，以使卡接部522卡入卡槽部62。
在该实施例中，卡扣52设置有变形槽53，这样，当卡扣52经过限位部621时，卡扣52在第一方向的尺寸可以变小，从而卡扣52可以进入容纳部622，实现卡扣52与卡槽部62的卡接。
在一实施例中，导向部61，卡扣52与变形槽53满足：d3＞D3＞d3-s0。其中，d3为卡接部522的第一端的沿第一方向的径向尺寸，卡接部522的第一端为沿第二方向卡接部522的远离电极组件22的一端；D3为导向部61的第二端沿第一方向的径向尺寸，导向部61的第二端为沿第二方向导向部61靠近电极组件22的一端；s0为变形槽53的相对的两个槽壁面之间的距离。
可选地，d3为卡接部522的第一端的沿第一方向的最大尺寸，D3为导向部61的第二端沿第一方向的口径或最大尺寸，s0为变形槽53沿第一方向的最大尺寸。
可选地，s0为变形槽53的沿第一方向相对设置的两个槽壁面之间的最大距离。
在该实施例中，限位部621的径向尺寸与导向部61的第二端沿第一方向的尺寸相同，d3大于D3，可以保证卡扣52卡入卡槽部62后，卡扣52无法从卡槽部62中脱出；D3大于d3-s0，可以保证在变形槽53变形后，卡扣52可以经由限位部621进入卡槽部62的容纳部622。
可选地，容纳部622的径向尺寸D4大于卡接部522的第一端的沿第一方向的尺寸d3，这样，卡接部522可以在不发生变形的状态下容纳于容纳部622中。
在一实施例中，卡扣52与导向部61满足：d3-D3＞0.5mm。这样，可以保证卡扣52与卡槽部62在第一方向有足够多的重合区域，从而卡扣52不易从卡槽部62脱离。
在一实施例中，导向部61，卡扣52与变形槽53满足：D3-d3+s0＞0.2mm。这样，可以避免限位部621的径向尺寸过小导致的卡扣52不易嵌入卡槽部62的情况，有利于卡扣52嵌入卡槽部62。
在一实施例中，导向部61与第二方向之间的夹角q小于45°。这样，便于导向部61引导凸出部50卡入开口结构60。
在一实施例中，主体部51设置有第一固定部511和过渡部512，第一固定部511的径向尺寸大于过渡部512的径向尺寸，第一固定部511通过过渡部512与卡扣52连接；开口结构60包括第二固定部63，第二固定部63与导向部61连通并相对于导向部61远离电极组件22，第一固定部511与第二固定部63抵接。
在该实施例中，第一固定部511与第二固定部63抵接，实现了对第一固定部511和第二固定部63在第一方向上的限位。由于在第一固定部511与第二固定部63抵接是在卡扣52卡入卡槽部62后实现的，此时，可以实现对凸出结构50和开口结构60，即第一端盖211和极耳支架23在第一方向和第二方向上的限位与固定。这样，通过对第一端盖211和极耳支架23在第一方向和第二方向的限位，有利于增强第一端盖211和极耳支架23之间的连接强度。
可选地，沿第一方向，第一固定部511与第二固定部63的尺寸相同。
可选地，过渡部512的径向尺寸，沿第二方向逐渐减小或过渡部512的径向尺寸与连接部521的径向尺寸相同。过渡部512只要能够实现对第一固定部511和卡扣52的连接即可，具体形状或设置不作具体限制。
在一实施例中，第一固定部511和/或第二固定部63沿第二方向的尺寸大于0.8mm。这样，便于增强第一固定部511与第二固定部63之间的连接强度。
可选地，第一固定部511沿第二方向的尺寸h1和第二固定部63沿第二方向的尺寸h2相同。
在一实施例中，沿第二方向，第一卡接结构2111的尺寸小于第二卡接结构231的尺寸，第二方向为第一端盖211的厚度方向。也就是说，凸出部50的第二方向上的尺寸小于开口结构60在第二方向上的尺寸，这样，当开口结构60为凹槽时，便于 减小凸出部50与开口结构60之间的磨损；当开口结构60为贯穿极耳支架23的通孔时，可以避免凸出部50凸出于开口结构60而损坏电极组件22。
在一实施例中，第一卡接结构2111和第二卡接结构231的横截面为圆形。横截面垂直于第二方向，也就是说，横截面平行于第一端盖211。这样，在x方向和y方向均可以实现对第一卡接结构2111和第二卡接结构231的装配和限位。
可选地，第一卡接结构2111和第二卡接结构231包括回转体结构。例如，当第二卡接结构231为开口结构60时，开口结构60中的卡槽部62和第二固定部63均为圆柱形的回转体结构，导向部61为圆台形的回转体结构。例如，当第一卡接结构2111为凸出部50时，第一固定部511可以为圆柱形的回转体结构，过渡部512可以为圆台形的回转体结构，连接部521可以为中部具有凹槽的圆柱形回转体结构，卡接部522可以为圆台形的回转体结构。
在一实施例中，极耳支架23设置有沿第一方向延伸的槽601，极耳221被配置为穿过槽601与第一端盖211的电极端子211a连接。
电极组件22的极耳221穿过极耳支架23与第一端盖211的电极端子211a连接。例如，极耳支架23设置有沿第一方向延伸的槽601，极耳221穿过槽601后，极耳221的靠近电极组件22的一端与极耳支架23贴合，极耳221的远离电极组件22的一端与电极端子211a连接。这样，极耳支架23将极耳221与电极组件22的不包括极耳221的部分隔开，可以防止极耳221插入电极组件22造成短路。
在一实施例中，第一端盖211还包括绝缘件2112和端盖片2113，绝缘件2112用于隔离端盖片2113和电极组件22，绝缘件2112与第一卡接结构2111为一体成型结构。绝缘件2112用于实现端盖片2113和电极组件22的本体部222之间的电绝缘，从而可以防止短路，此外，绝缘件2112与第一卡接结构2111为一体成型结构，有利于加工。
端盖片2113可以为金属制成并能够导电，端盖片上设置有电极端子211a。此外，绝缘件2112设置于端盖片和电极组件22的本体部222之间，用于实现端盖片与本体部222的电绝缘。
第一卡接结构2111和第二卡接结构213可以由电绝缘的材料制成，以保证电极组件22的本体部222与端盖片2113之间的电绝缘。
在一实施例中，第一端盖211设置有多个第一卡接结构2111，极耳支架23 设置有与多个第一卡接结构2111对应设置的多个第二卡接结构231。这样，有利于增强第一卡接结构2111和第二卡接结构231之间的连接的牢固性。
可选地，第一端盖211设置有两个第一卡接结构2111，两个第一卡接结构2111分别位于第一端盖211的第一方向的两端；对应的，极耳支架23设置有两个第二卡接结构231。
本申请提供了一种电池单体20，电池单体20包括第一端盖211和极耳支架23。极耳支架23设置有开口结构60，开口结构60包括沿第二方向依次连通的第二固定部63，导向部61和卡槽部62。第一端盖211设置有朝向电极组件22凸出的凸出部50，凸出部50沿第二方向依次设置有第一固定部511，过渡部512和卡扣52，其中，第一方向平行于第一端盖211，第二方向为第一端盖211的厚度方向。在第一端盖211和极耳支架23在第一方向发生相对偏移时，在导向部61的作用下，卡扣52可以卡接入卡槽部62，第一固定部511与第二固定部63抵接，从而实现第一端盖211和极耳支架23的连接以及在第一方向和第二方向的固定和限位。
本申请提供了一种电池10，包括上述实施例中的任一项所述的电池单体20，和箱体11，该箱体11用于容纳电池单体20。
本申请实施例提供了一种用电设备，包括上述实施例的电池10，该电池10用于向用电设备供电。
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 (22)
- 一种电池单体(20)，其特征在于，包括：电极组件(22)，包括本体部(222)和从所述本体部(222)延伸出的极耳(221)；壳体(210)，用于容纳所述电极组件(22)，所述壳体(210)具有第一开口(210a)；第一端盖(211)，用于盖合所述第一开口(210a)；极耳支架(23)，位于所述第一端盖(211)和所述本体部(222)之间，所述极耳支架(23)用于支撑所述极耳(221)；所述第一端盖(211)设置有第一卡接结构(2111)，所述极耳支架(23)设置有第二卡接结构(231)，所述第一卡接结构(2111)和所述第二卡接结构(231)被配置为，二者在第一方向上的相对距离属于预设范围时能够相互卡接，以限制所述第一端盖(211)和所述极耳支架(23)的相对移动，所述第一方向平行于所述第一端盖(211)。
- 根据权利要求1所述的电池单体(20)，其特征在于，所述第一卡接结构(2111)为沿第二方向朝向所述电极组件(22)凸出的凸出部(50)，所述第二卡接结构(231)为与所述凸出部(50)对应的开口结构(60)，所述第二方向为所述第一端盖(211)的厚度方向。
- 根据权利要求2所述的电池单体(20)，其特征在于，所述开口结构(60)包括导向部(61)，沿第二方向并指向所述电极组件(22)，所述导向部(61)的径向尺寸逐渐减小，所述导向部(61)用于引导所述凸出部(50)卡入所述开口结构(60)，其中，所述第二方向为所述第一端盖(211)的厚度方向。
- 根据权利要求3所述的电池单体(20)，其特征在于，所述凸出部(50)、所述导向部(61)、所述壳体(210)及所述极耳支架(23)满足：D0-d4≥f(W0-W1)；其中，D0为沿所述第一方向，所述导向部(61)的第一端处的径向尺寸，所述导向部(61)的第一端为所述导向部(61)沿所述第二方向远离所述电极组件(22)的一端；d4为沿所述第一方向，所述凸出部(50)的第一端的径向尺寸，所述凸出部 (50)的第一端为所述凸出部(50)沿所述第二方向靠近所述电极组件(22)的一端；W0为沿所述第一方向，所述壳体(210)的内表面之间的距离；W1为沿所述第一方向，所述极耳支架(23)的尺寸；f(W0-W1)为W0-W1的正相关函数。
- 根据权利要求4所述的电池单体(20)，其特征在于，f(W0-W1)＝a×(W0-W1)，a为0.4～1。
- 根据权利要求3至5中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述开口结构(60)包括卡槽部(62)，沿所述第二方向，所述卡槽部(62)与所述导向部(61)靠近所述电极组件(22)的一端相连，所述凸出部(50)与所述卡槽部(62)卡接。
- 根据权利要求6所述的电池单体(20)，其特征在于，所述卡槽部(62)包括限位部(621)和容纳部(622)，所述容纳部(622)相对于所述限位部(621)靠近所述电极组件(22)，所述限位部(621)的径向尺寸小于所述容纳部(622)的径向尺寸，所述限位部(621)与所述容纳部(622)形成台阶结构。
- 根据权利要求6或7所述的电池单体(20)，其特征在于，所述凸出部(50)包括主体部(51)和卡扣(52)，所述卡扣(52)相对于所述主体部(51)靠近所述电极组件(22)，所述卡扣(52)包括卡接部(522)和连接部(521)，所述卡接部(522)通过所述连接部(521)与所述主体部(51)连接；所述卡接部(522)的径向尺寸大于所述连接部(521)的径向尺寸，所述卡接部(522)与所述卡槽部(62)卡接。
- 根据权利要求8所述的电池单体(20)，其特征在于，所述卡扣(52)设置有变形槽(53)，所述变形槽(53)从所述卡扣(52)靠近所述电极组件(22)的一端沿所述第二方向朝向所述第一端盖(211)延伸，所述变形槽(53)被配置为能够在所述卡接部(522)进入所述卡槽部(62)时变形，以使所述卡接部(522)卡入所述卡槽部(62)。
- 根据权利要求9所述的电池单体(20)，其特征在于，所述导向部(61)，所述卡扣(52)与所述变形槽(53)满足：d3＞D3＞d3-s0；其中，d3为所述卡接部(522)的第一端的沿所述第一方向的径向尺寸，所述卡接部(522)的第一端为沿所述第二方向所述卡接部(522)的远离所述电极组件(22)的一端；D3为所述导向部(61)的第二端沿所述第一方向的径向尺寸，所述导向部(61)的第二端为沿所述第二方向所述导向部(61)靠近所述电极组件(22)的一端； s0为所述变形槽(53)的相对的两个槽壁面之间的距离。
- 根据权利要求10所述的电池单体(20)，其特征在于，所述卡扣(52)与所述导向部(61)满足：d3-D3＞0.5mm。
- 根据权利要求10或11所述的电池单体(20)，其特征在于，所述导向部(61)，所述卡扣(52)与所述变形槽(53)满足：D3-d3+s0＞0.2mm。
- 根据权利要求3至12中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述导向部(61)与所述第二方向之间的夹角小于45°。
- 根据权利要求8至13中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述主体部(51)设置有第一固定部(511)和过渡部(512)，所述第一固定部(511)的径向尺寸大于所述过渡部(512)的径向尺寸，所述第一固定部(511)通过所述过渡部(512)与所述卡扣(52)连接；所述开口结构(60)包括第二固定部(63)，所述第二固定部(63)与所述导向部(61)连通并相对于所述导向部(61)远离所述电极组件(22)，所述第一固定部(511)与所述第二固定部(63)抵接。
- 根据权利要求14所述的电池单体(20)，其特征在于，所述第一固定部(511)和/或所述第二固定部(63)沿所述第二方向的尺寸大于0.8mm。
- 根据权利要求1至15中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，沿第二方向，所述第一卡接结构(2111)的尺寸小于所述第二卡接结构(231)的尺寸，所述第二方向为所述第一端盖(211)的厚度方向。
- 根据权利要求1至16中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述第一卡接结构(2111)和所述第二卡接结构(231)的横截面为圆形。
- 根据权利要求1至17中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述极耳支架(23)设置有沿第一方向延伸的槽(601)，所述极耳(221)被配置为穿过所述槽(601)与所述第一端盖(211)的电极端子(211a)连接。
- 根据权利要求1至18中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述第一端盖(211)还包括端盖片(2113)和绝缘件(2112)，所述绝缘件(2112)用于隔离所述端盖片(2113)和所述电极组件(22)，所述绝缘件(2112)与所述第一卡接结构(2111)为一体成型结构。
- 根据权利要求1至19中任一项所述的电池单体(20)，其特征在于，所述第一 端盖(211)设置有多个所述第一卡接结构(2111)，所述极耳支架(23)设置有与多个所述第一卡接结构(2111)对应设置的多个第二卡接结构(231)。
- 一种电池(10)，其特征在于，包括：如权利要求1至20中任一项所述的电池单体(20)；箱体(11)，所述箱体用于容纳所述电池单体(20)。
- 一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求21所述的电池(10)，所述电池(10)用于向所述用电设备供电。
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