WO2025200074A1 - 电池单体、电池和用电设备 - Google Patents

电池单体、电池和用电设备

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WO2025200074A1
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wall
battery cell
shell
battery
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PCT/CN2024/089896
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曹梦凯
黄守君
苏华圣
郑于炼
陈新祥
蔡祥虎
王鹏
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Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Original Assignee
Contemporary Amperex Technology Co Ltd
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
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    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
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    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present application provides a battery cell, a battery, and an electrical device, which can improve the stability of the battery cell while reducing the impact on the insulation performance of the battery cell.
  • the weakened structure can better absorb the deformation of the outer casing, reducing the deformation caused by the electrode assembly expansion at the connection between the first wall and the end cap, reducing the risk of cracking at the connection between the first wall and the end cap, and thus improving the service life of the outer casing.
  • a weakened structure is formed on an outer wall surface of the second wall.
  • the weak structure can preferentially absorb the impact on the outer wall surface of the second wall when the electrode assembly expands, reduce the deformation of the connection between the second wall and the end cover caused by the expansion of the electrode assembly, and reduce the risk of cracking at the connection between the second wall and the end cover, thereby improving the service life of the shell.
  • the groove can reduce the thickness of the shell, making it easier to form a weak structure.
  • the groove located on the outer wall surface of the first wall is connected to the groove located on the outer wall surface of the second wall, so that the deformation consistency of the weak structure at the same position of the shell is better, which is beneficial to improving the ability of the weak structure to absorb impact on the shell.
  • the shell includes a first part and a second part connected to the first part, the first part forms a first end, the second part forms a second end away from the end of the first part, the ratio of the height of the first part to the second part along the direction from the first end to the second end is greater than or equal to 3:7, and the weak structure is located on the second part.
  • the weak structure is located on the second part, so that the weak structure is far away from the end cover, and the deformation of the shell when the electrode assembly expands can be concentrated on the second part, reducing the impact on the first part and reducing the risk of cracking at the connection between the shell of the first part and the end cover, thereby improving the service life of the shell.
  • the weak structure has a groove formed on the outer wall surface, and a ratio of a thickness of the second portion at the groove to a maximum thickness of the second portion is greater than or equal to 0.4.
  • the weakening structure has a groove formed in the outer wall surface.
  • the groove can reduce the thickness of the shell, making it easier to form a weak structure.
  • a height of the groove along a direction from the first end to the second end is h, and 0.2 mm ⁇ h ⁇ 7 mm.
  • the height of the groove along the direction from the first end to the second end is within the above range, it can facilitate the formation of the groove, thereby making it easier to form a weak structure, reducing the difficulty of manufacturing the shell, and at the same time, helping to improve the ability of the weak structure to absorb impact on the shell.
  • the distance between the groove and the opening is H, t-0.5 mm ⁇ H ⁇ 8t, where t is the thickness of the end cap in mm.
  • the deformation of the shell during expansion of the electrode assembly can be concentrated on the weak structure, reducing the impact on the opening area and reducing the risk of cracking at the connection between the shell and the end cover, thereby improving the service life of the shell.
  • t ⁇ H ⁇ 5t In certain embodiments, t ⁇ H ⁇ 5t.
  • the deformation of the shell during expansion of the electrode assembly can be concentrated on the weak structure, reducing the impact on the opening area and reducing the risk of cracking at the connection between the shell and the end cover, thereby improving the service life of the shell.
  • the angle formed between the bottom surface of the groove and the side surface of the groove is an obtuse angle.
  • the angle formed by the bottom surface of the groove and the side surface of the groove is 95° to 175°.
  • the angle formed by the bottom surface of the groove and the side surface of the groove is 110° to 160°.
  • the battery according to the embodiment of the present application includes a battery cell.
  • the electrical device of the embodiment of the present application includes a battery cell or a battery, and the battery cell or the battery is used to provide electrical energy to the electrical device.
  • FIG1 is a schematic structural diagram of a vehicle according to some embodiments of the present application.
  • FIG2 is a schematic structural diagram of a battery according to some embodiments of the present application.
  • FIG4 is a schematic diagram of the exploded structure of a battery cell according to some embodiments of the present application.
  • FIG5 is a front view of a battery cell according to some embodiments of the present application.
  • FIG6 is a top view of a battery cell according to some embodiments of the present application.
  • the cover 20 and the outer shell 10 have a first end 11 and a second end 12 opposite to the first end 11, the first end 11 is formed with an opening 111, the outer shell 10 includes an inner wall surface 13 and an outer wall surface 14, the outer wall surface 14 is provided with a weak structure 141, the weak structure 141 is closer to the opening 111 than the second end 12, the electrode assembly 30 is arranged in the outer shell 10, and the end cover 20 is sealed with the outer shell 10 and closes the opening 111.
  • the first end portion 11 may be located at the top of the housing 10
  • the second end portion 12 may be located at the bottom of the housing 10
  • the electrode assembly 30 may enter the interior of the housing 10 through the opening 111 of the first end portion 11 .
  • the end cap 20 is a component that seals the opening 111 of the outer shell 10 to isolate the internal environment of the battery cell 100 from the external environment.
  • the end cap 20 and the outer shell 10 together define a storage space for accommodating the electrode assembly 30, the electrolyte, and other components.
  • the shape of the end cap 20 can be adapted to the shape of the outer shell 10.
  • the end cap 20 is a rectangular parallelepiped structure
  • the end cap 20 is a rectangular plate structure adapted to the outer shell 10.
  • the end cap 20 is a circular plate structure adapted to the outer shell 10.
  • the material of the end cap 20 can also be a variety of materials, such as copper, iron, aluminum, steel, aluminum alloy, plastic, etc.
  • the material of the end cap 20 and the outer shell 10 can be the same or different.
  • the number of end caps 20 can be one, and the end cap 20 and the outer shell 10 can be connected by welding.
  • the first wall 15 and the second wall 16 may be side walls of the housing 10.
  • the first wall 15 may be perpendicular to the second wall 16, and the first wall 15 and the second wall 16 may be perpendicular to the second end 12.
  • the first wall 15 and the second wall 16 may be rectangular plate-like structures.
  • the width of the first wall 15 may be greater than the width of the second wall 16.
  • a weak structure 141 is formed on the outer wall surface 14 of the second wall 16 .
  • the weak structure 141 can be formed by removing a portion of material from the outer wall surface 14 of the second wall 16 toward the inner wall surface 13 of the second wall 16, for example, by scoring or grooving the outer wall surface 14 of the second wall 16. On the outer wall surface 14 of the second wall 16, the thickness of the area surrounding the weak structure 141 is greater than the thickness at the weak structure 141.
  • the weak structure 141 can preferentially absorb the second wall
  • the outer wall surface 14 of 16 is impacted by the expansion of the electrode assembly 30, reducing the deformation of the connection between the second wall 16 and the end cover 20 caused by the expansion of the electrode assembly 30, reducing the risk of cracking at the connection between the second wall 16 and the end cover 20, thereby improving the service life of the shell 10.
  • the distance between the groove 142 and the opening 111 can be the distance between the connection point between the groove 142 and the outer wall surface 14 close to the first end 11 and the opening 111.
  • the distance H between the groove 142 and the opening 111 is 1 mm to 12 mm, that is, the distance H between the groove 142 and the opening 111 can be any one of 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, and 12 mm, or a range value between any two of them.
  • the distance H between the groove 142 and the opening 111 is 1.5 mm to 7.5 mm, that is, the distance H between the groove 142 and the opening 111 can be any point value of 1.5 mm, 2.5 mm, 3.5 mm, 4.5 mm, 5.5 mm, 6.5 mm, 7.5 mm or a range value between any two of them.
  • the groove 142 may be formed by a bottom surface 143 and two side surfaces 144.
  • the bottom surface 143 of the groove 142 may be parallel to the outer wall surface 14, and the side surfaces 144 of the groove 142 may connect the bottom surface 143 of the groove 142 and the outer wall surface 14 of the housing 10.
  • the angle ⁇ formed by the bottom surface 143 of the groove 142 and the side surfaces 144 of the groove 142 may be 90°; when the cross-sectional shape of the groove 142 is trapezoidal, the angle ⁇ formed by the bottom surface 143 of the groove 142 and the side surfaces 144 of the groove 142 may be greater than 90°.
  • an angle ⁇ formed by the bottom surface 143 of the groove 142 and the side surface 144 of the groove 142 is in a range of 110° to 160°.
  • the angle ⁇ formed by the bottom surface 143 of the groove 142 and the side surface 144 of the groove 142 can be any point value of 110°, 120°, 130°, 140°, 150°, 160°, or a range value between any two of them.
  • the battery cell 100 of the embodiment of the present application includes a shell 10, an electrode assembly 30 and an end cover 20.
  • the shell 10 has a first end 11 and a second end 12 opposite to the first end 11.
  • the first end 11 is formed with an opening 111.
  • the shell 10 is provided with a weak structure 141.
  • the weak structure 141 is closer to the opening 111 than the second end 12.
  • the electrode assembly 30 is arranged in the shell 10, and the end cover 20 is sealed and connected to the shell 10 and closes the opening 111.

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Abstract

一种电池单体(100)、电池(200)和用电设备。电池单体(100)包括外壳(10)、电极组件(30)和端盖(20)，外壳(10)具有第一端部(11)和与第一端部(11)相对的第二端部(12)，第一端部(11)形成有开口(111)，外壳(10)包括内壁面(13)和外壁面(14)，外壁面(14)设有薄弱结构(141)，薄弱结构(141)相对于第二端部(12)更加靠近开口(111)，外壳(10)包括第一壁(15)和与第一壁(15)连接的第二壁(16)，第一壁(15)的面积大于第二壁(16)的面积，第一壁(15)的外壁面(14)形成有薄弱结构(141)，电极组件(30)设置在外壳(10)中，端盖(20)与外壳(10)密封连接并封闭开口(111)。

Description

电池单体、电池和用电设备
优先权信息
本申请请求2024年03月25日向中国国家知识产权局提交的、专利申请号为202420584524.9的专利申请的优先权和权益，并且通过参照将其全文并入此处。
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种电池单体、电池和用电设备。
背景技术
节能减排是汽车产业可持续发展的关键。在这种情况下，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。而对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。
在电池单体充放电过程中，电池单体的电极组件会不断膨胀和收缩，经过长时间的使用，电池单体的外壳与端盖的连接处容易开裂，降低电池单体的稳定性。
发明内容
本申请提供一种电池单体、电池和用电设备，可以提高电池单体的稳定性的同时降低对电池单体绝缘性能的影响。
本申请实施方式的电池单体包括外壳、电极组件和端盖，外壳具有第一端部和与第一端部相对的第二端部，第一端部形成有开口，外壳包括内壁面和外壁面，外壁面设有薄弱结构，薄弱结构相对于第二端部更加靠近开口，外壳包括第一壁和与第一壁连接的第二壁，第一壁的面积大于第二壁的面积，第一壁的外壁面形成有薄弱结构，电极组件设置在外壳中，端盖与外壳密封连接并封闭开口。
本申请实施方式的电池单体在充放电过程中，电极组件会不断膨胀和收缩，薄弱结构可以在电极组件膨胀时优先变形，减少电极组件膨胀对外壳和端盖连接处产生的变形程度，降低外壳与端盖的连接处的开裂风险，提高外壳的使用寿命，从而提高电池单体的稳定性。另外，由于第一壁的面积大于第二壁的面积，第一壁在电极组件的作用下更加容易变形，因此，通过在第一壁的外壁面设置薄弱结构，薄弱结构可以更好地吸收外壳产生的变形，减少电极组件膨胀对第一壁和端盖连接处产生的变形，降低第一壁与端盖的连接处的开裂风险，从而提高外壳的使用寿命。
在某些实施方式中，第二壁的外壁面形成有薄弱结构。
如此，通过在第二壁的外壁面设置薄弱结构，薄弱结构可以优先吸收第二壁的外壁面受到电极组件膨胀时的冲击，减少电极组件膨胀对第二壁和端盖连接处产生的变形，降低第二壁与端盖的连接处的开裂风险，从而提高外壳的使用寿命。
在某些实施方式中，薄弱结构具有形成在外壳的外壁面的凹槽，位于第一壁的外壁面的凹槽与位于第二壁的外壁面的凹槽相互连接。
如此，凹槽可以减薄外壳的厚度，从而更加容易形成薄弱结构，位于第一壁的外壁面的凹槽与位于第二壁的外壁面的凹槽相互连接，使得薄弱结构在外壳的同一位置处变形一致性更佳，有利于提高薄弱结构吸收外壳受到冲击的能力。
在某些实施方式中，外壳包括第一部分和与第一部分连接的第二部分，第一部分形成有第一端部，第二部分远离第一部分的端部形成第二端部，第一部分与第二部分沿第一端部向第二端部方向的高度的比值大于或等于3：7，薄弱结构位于第二部分上。
如此，薄弱结构位于第二部分上，使得薄弱结构距离端盖较远，进而可以使得外壳在电极组件膨胀时的变形集中在第二部分，减少对第一部分造成的影响，降低第一部分的外壳与端盖的连接处开裂的风险，从而提高外壳的使用寿命。
在某些实施方式中，薄弱结构具有形成在外壁面的凹槽，第二部分于凹槽处的厚度与第二部分的最大厚度的比值大于或等于0.4。
如此，薄弱结构易变形吸收外壳受到的冲击，并且强度适宜，不易断裂。
在某些实施方式中，薄弱结构具有形成在外壁面的凹槽。
如此，凹槽可以减薄外壳的厚度，从而更加容易形成薄弱结构。
在某些实施方式中，凹槽沿第一端部向第二端部方向的高度为h，0.2mm≤h≤7mm。
如此，凹槽沿第一端部向第二端部方向的高度在上述范围时，可以便于凹槽的形成，从而更加容易形成薄弱结构，降低外壳的制造难度，同时，有利于提高薄弱结构吸收外壳受到冲击的能力。
在某些实施方式中，0.5mm≤h≤4mm。
如此，凹槽沿第一端部向第二端部方向的高度在上述范围时，可以便于凹槽的形成，从而更加容易形成薄弱结构，降低外壳的制造难度，同时，有利于提高薄弱结构吸收外壳受到冲击的能力。
在某些实施方式中，凹槽与开口的距离为H，t-0.5mm≤H≤8t，其中，t为端盖的厚度，单位为mm。
如此，凹槽与开口的距离在上述范围时，可以使得外壳在电极组件膨胀时的变形集中在薄弱结构，减少对开口区域造成的影响，降低外壳与端盖的连接处开裂的风险，从而提高外壳的使用寿命。
在某些实施方式中，t≤H≤5t。
如此，凹槽与开口的距离在上述范围时，可以使得外壳在电极组件膨胀时的变形集中在薄弱结构，减少对开口区域造成的影响，降低外壳与端盖的连接处开裂的风险，从而提高外壳的使用寿命。
在某些实施方式中，凹槽的底面与凹槽的侧面形成的角度为钝角。
如此，凹槽的底面与凹槽的侧面形成的角度为钝角，可以便于凹槽的形成，降低外壳的制造难度，从而提升外壳的加工精度和磨具的使用寿命。
在某些实施方式中，凹槽的底面与凹槽的侧面形成的角度为95°～175°。
如此，凹槽的底面与凹槽的侧面形成的角度在上述范围时，可以便于凹槽的形成，降低外壳的制造难度，从而提升外壳的加工精度和磨具的使用寿命。
在某些实施方式中，凹槽的底面与凹槽的侧面形成的角度为110°～160°。
如此，凹槽的底面与凹槽的侧面形成的角度在上述范围时，可以便于凹槽的形成，降低外壳的制造难度，从而提升外壳的加工精度和磨具的使用寿命。
本申请实施方式的电池包括电池单体。
本申请实施方式的用电设备包括电池单体或电池，电池单体或电池用于为用电设备提供电能。
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
通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请一些实施例的车辆的结构示意图；
图2为本申请一些实施例的电池的结构示意图；
图3为本申请一些实施例的电池单体的结构示意图；
图4为本申请一些实施例的电池单体的分解结构示意图；
图5为本申请一些实施例的电池单体的主视图；
图6为本申请一些实施例的电池单体的俯视图；
图7为本申请一些实施例的电池单体的左视图；
图8为图5沿A-A方向的剖视图；
图9为图8的Ⅰ部分的放大示意图；
图10为图8的Ⅱ部分的放大示意图。
附图标记说明：100、电池单体；10、外壳；11、第一端部；111、开口；12、第二端部；13、内壁面；14、外壁面；141、薄弱结构；142、凹槽；143、底面；144、侧面；15、第一壁；16、第二壁；17、第一部分；18、第二部分；20、端盖；30、电极组件；200、电池；210、箱体；300、控制器；400、马达；1000、车辆。
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。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，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，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)。
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。
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模块或电池包等。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，电极组件由正极极片、负极极片和隔膜组成。电池单体主 要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。正极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。隔膜的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。
电池单体还包括外壳和端盖，外壳可以从外侧保护电极组件，以避免外部的异物影响电极组件的充电或放电。端盖与外壳共同限定出用于容纳电极组件、电解质以及其他部件的收容空间。
现有技术中，在电池单体充放电过程中，电池单体的电极组件会不断膨胀和收缩，经过长时间的使用，电池单体的外壳与端盖的连接处容易开裂，从而降低了外壳的使用寿命，降低了电池单体的稳定性。
为了提高电池单体的稳定性，本申请提供了一种外壳，用于电池单体，外壳的外壁面设置有薄弱结构，外壳在电极组件膨胀时产生的变形集中在薄弱结构处，从而减少外壳与端盖的连接处产生的变形，降低外壳与端盖的连接处开裂的风险，提高外壳的使用寿命，从而提高电池单体的稳定性。
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。
本申请实施例提供一种使用电池作为电源的用电设备，用电设备可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以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，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。
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200，电池200可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池200可以用于车辆1000的供电，例如，电池200可以作为车辆1000的操作电源。车辆1000还可以包括控制器300和马达400，控制器300用来控制电池200为马达400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200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。
在一些实施例中，电池200可以为储能装置。储能装置包括储能集装箱、储能电柜等。
请参照图2，图2为本申请一些实施例提供的电池200的分解结构示意图。电池200包括箱体210和电池单体100，电池单体100容纳于箱体210内。其中，箱体210用于为电池单体100提供容纳空间，箱体210可以采用多种结构。
在电池200中，电池单体100可以是多个，多个电池单体100之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体100中既有串联又有并联。多个电池单体100之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体100构成的整体容纳于箱体210内；当然，电池200也可以是多个电池单体100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210内。电池200还可以包括其他结构，例如，该电池200还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体100之间的电连接。
其中，每个电池单体100可以为二次电池或一次电池；还可以是锂硫电池、钠离子电池或镁离子电池，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。
根据本申请的一些实施例，请参照图3-图5，图3为本申请一些实施例的电池单体100的结构示意图；图4为本申请一些实施例的电池单体100的分解结构示意图；图5为本申请一些实施例的电池单体100的主视图。本申请实施方式的电池单体100包括外壳10、电极组件3030和端 盖20，外壳10具有第一端部11和与第一端部11相对的第二端部12，第一端部11形成有开口111，外壳10包括内壁面13和外壁面14，外壁面14设有薄弱结构141，薄弱结构141相对于第二端部12更加靠近开口111，电极组件30设置在外壳10中，端盖20与外壳10密封连接并封闭开口111。
具体的，外壳10为空心结构，其内部形成用于容纳电极组件30和电解液的容纳腔。外壳10可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。外壳10的形状可根据电极组件30的具体形状来确定。比如，若电极组件30为圆柱体结构，则可选用为圆柱体外壳10，开口111的形状可以是圆形；若电极组件30为长方体结构，则可选用长方体外壳10，开口111的形状可以是方形。外壳10的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、钢、铝合金、塑料等。
第一端部11可以位于外壳10的顶部，第二端部12可以位于外壳10的底部，电极组件30可以通过第一端部11的开口111进入外壳10内部。
内壁面13可以是外壳10与内部环境接触的表面，外壁面14可以是外壳10与外界环境接触的表面。外壁面14设置有薄弱结构141，薄弱结构141用于承受外壳10与端盖20的连接处在电极组件30膨胀时的变形。薄弱结构141可以通过减薄材料的方式形成，例如在外壁面14上进行刻痕、开槽等。在外壁面14上，薄弱结构141周边区域的厚度大于薄弱结构141处的厚度。
电极组件30为电池单体100实现充放电功能的核心部件，电极组件30包括正极极片、负极极片和隔离件，正极极片和负极极片的极性相反，隔离件用于将正极极片和负极极片绝缘隔离。电极组件30主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。
端盖20是密封外壳10的开口111以将电池单体100的内部环境与外部环境隔绝的部件，端盖20与外壳10共同限定出用于容纳电极组件30、电解质以及其他部件的收容空间。端盖20的形状可以与外壳10的形状相适配，比如，外壳10为长方体结构，端盖20为与外壳10相适配的矩形板状结构，再如，外壳10为圆柱体结构，端盖20为与外壳10相适配的圆形板状结构。端盖20的材质也可以是多种，比如，铜、铁、铝、钢、铝合金、塑料等，端盖20与外壳10的材质可以相同，也可以不同。端盖20的数量可以是一个，端盖20与外壳10可以采用焊接方式连接。
本申请实施方式的电池单体100在充放电过程中，电极组件30会不断膨胀和收缩，薄弱结构141可以在电极组件30膨胀时优先变形，减少电极组件30膨胀对外壳10和端盖20连接处产生的变形程度，降低外壳10与端盖20的连接处的开裂风险，提高外壳10的使用寿命，从而提高电池单体100的稳定性。
请参照图4、图6和图7，图6为本申请一些实施例的电池单体100的俯视图；图7为本申请一些实施例的电池单体100的左视图。在某些实施方式中，外壳10包括第一壁15和与第一壁15连接的第二壁16，第一壁15的面积大于第二壁16的面积，第一壁15的外壁面14形成有薄弱结构141。
具体的，第一壁15和第二壁16可以是外壳10的侧壁，当外壳10为长方体结构时，第一壁15可以与第二壁16垂直设置，且第一壁15和第二壁16可以与第二端部12垂直。第一壁15和第二壁16可以是矩形板状结构，第一壁15和第二壁16的数量可以是两个，两个第一壁15相对设置，两个第二壁16相对设置。当第一壁15和第二壁16的长度一致时，第一壁15的宽度可以大于第二壁16的宽度。
薄弱结构141可以通过在第一壁15的外壁面14上向第一壁15的内壁面13方向消除部分材料的方式形成，例如在第一壁15的外壁面14上进行刻痕、开槽等。在第一壁15的外壁面14上，薄弱结构141周边区域的厚度大于薄弱结构141处的厚度。
如此，由于第一壁15的面积大于第二壁16的面积，第一壁15在电极组件30的作用下更加容易变形，因此，通过在第一壁15的外壁面14设置薄弱结构141，薄弱结构141可以更好地吸收外壳10产生的变形，减少电极组件30膨胀对第一壁15和端盖20连接处产生的变形，降低第一壁15与端盖20的连接处的开裂风险，从而提高外壳10的使用寿命。
请参照图4和图7，在某些实施方式中，第二壁16的外壁面14形成有薄弱结构141。
具体的，薄弱结构141可以通过在第二壁16的外壁面14上向第二壁16的内壁面13方向消除部分材料的方式形成，例如在第二壁16的外壁面14上进行刻痕、开槽等。在第二壁16的外壁面14上，薄弱结构141周边区域的厚度大于薄弱结构141处的厚度。
如此，通过在第二壁16的外壁面14设置薄弱结构141，薄弱结构141可以优先吸收第二壁 16的外壁面14受到电极组件30膨胀时的冲击，减少电极组件30膨胀对第二壁16和端盖20连接处产生的变形，降低第二壁16与端盖20的连接处的开裂风险，从而提高外壳10的使用寿命。
请参照图8-图10，图8为图5沿A-A方向的剖视图；图9为图8的Ⅰ部分的放大示意图；图10为图8的Ⅱ部分的放大示意图。在某些实施方式中，薄弱结构141具有形成在外壳10的外壁面14的凹槽142，位于第一壁15的外壁面14的凹槽142与位于第二壁16的外壁面14的凹槽142相互连接。
具体的，凹槽142可以通过在外壁面14上消除部分材料的方式形成，凹槽142的截面形状可以是弧形，也可以是方形、梯形等。凹槽142可以自外壁面14沿外壳10的厚度方向向内壁面13延伸，凹槽142可以沿外壳10的外壁面14周向设置，凹槽142的设置使得外壳10设置有薄弱结构141的区域的厚度减小。
如此，凹槽142可以减薄外壳10的厚度，从而更加容易形成薄弱结构141，位于第一壁15的外壁面14的凹槽142与位于第二壁16的外壁面14的凹槽142相互连接，使得薄弱结构141在外壳10的同一位置处变形一致性更佳，有利于提高薄弱结构141吸收外壳10受到冲击的能力。
请参照图4，在某些实施方式中，外壳10包括第一部分17和与第一部分17连接的第二部分18，第一部分17形成有第一端部11，第二部分18远离第一部分17的端部形成第二端部12，第一部分17与第二部分18沿第一端部11向第二端部12方向的高度的比值大于或等于3：7，薄弱结构141位于第二部分18上。
具体的，第一部分17可以是外壳10与端盖20连接的部分，第一部分17沿第一端部11向第二端部12方向的厚度逐渐减薄，第二部分18可以为等厚结构，第一部分17和第二部分18可以一体成型。第一部分17与第二部分18沿第一端部11向第二端部12方向的高度的比值可以是3：7，也可以是2：3或1：1等，例如，当外壳10沿第一端部11向第二端部12方向的高度为100mm时，第一部分17的高度可以是30mm，第二部分18的高度可以是70mm，也可以是第一部分17的高度为40mm，第二部分18的高度为60mm，还可以是第一部分17的高度为50mm，第二部分18的高度为50mm。
如此，薄弱结构141位于第二部分18上，使得薄弱结构141距离端盖20较远，进而可以使得外壳10在电极组件30膨胀时的变形集中在第二部分18，减少对第一部分17造成的影响，降低第一部分17的外壳10与端盖20的连接处开裂的风险，从而提高外壳10的使用寿命。
请参照图9和图10，在某些实施方式中，薄弱结构141具有形成在外壁面14的凹槽142，第二部分18于凹槽142处的厚度与第二部分18的最大厚度的比值大于或等于0.4。
具体的，第二部分18于凹槽142处的厚度可以是凹槽142的底面143与内壁面13之间的距离，第二部分18的最大厚度可以是外壁面14与内壁面13之间的距离，第二部分18于凹槽142处的厚度与第二部分18的最大厚度的比值可以是0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9中任意一者的点值或任意两者之间的范围值。当第二部分18于凹槽142处的厚度与第二部分18的最大厚度的比值小于0.4时，薄弱结构141的强度较低，薄弱结构141易断裂。
如此，薄弱结构141易变形吸收外壳10受到的冲击，并且强度适宜，不易断裂。
请参照图9和图10，在某些实施方式中，薄弱结构141具有形成在外壁面14的凹槽142。
具体的，凹槽142可以通过在外壁面14上消除部分材料的方式形成，凹槽142的截面形状可以是弧形，也可以是方形、梯形等。凹槽142可以自外壁面14沿外壳10的厚度方向向内壁面13延伸，凹槽142可以设置在第一壁15的外壁面14，也可以设置在第二壁16的外壁面14，还可以沿外壳10的外壁面14周向设置，凹槽142的设置使得外壳10设置有薄弱结构141的区域的厚度减小。
如此，凹槽142可以减薄外壳10的厚度，从而更加容易形成薄弱结构141。
请参照图4、图9和图10，在某些实施方式中，凹槽142沿第一端部11向第二端部12方向的高度为h，0.2mm≤h≤7mm。
具体的，凹槽142沿第一端部11向第二端部12方向的高度可以是凹槽142与外壁面14的两个连接点之间的距离，h可以是0.2mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm中任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
当凹槽142沿第一端部11向第二端部12方向的高度小于0.2mm时，凹槽142的加工难度较 大，从而提高了外壳10的制造难度；当凹槽142沿第一端部11向第二端部12方向的高度大于7mm时，薄弱结构141承受变形的效果提升不明显。
如此，凹槽142沿第一端部11向第二端部12方向的高度在上述范围时，可以便于凹槽142的形成，从而更加容易形成薄弱结构141，降低外壳10的制造难度，同时，有利于提高薄弱结构141吸收外壳10受到冲击的能力。
请参照图9，在某些实施方式中，0.5mm≤h≤4mm。
具体的，h可以是0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm中任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
如此，凹槽142沿第一端部11向第二端部12方向的高度在上述范围时，可以便于凹槽142的形成，从而更加容易形成薄弱结构141，降低外壳10的制造难度，同时，有利于提高薄弱结构141吸收外壳10受到冲击的能力。
请参照图4、图9和图10，在某些实施方式中，凹槽142与开口111的距离为H，t-0.5mm≤H≤8t，其中，t为端盖20的厚度，单位为mm。
具体的，凹槽142与开口111的距离可以是凹槽142与外壁面14靠近第一端部11的连接点与开口111之间的距离，当端盖20的厚度为1.5mm时，凹槽142与开口111的距离H为1mm～12mm，即凹槽142与开口111的距离H可以是1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm中任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
当凹槽142与开口111的距离H＜t-0.5mm时，凹槽142与开口111相距较近，使得外壳10在电极组件30膨胀时的变形会对开口111区域造成影响，从而增加了外壳10与端盖20的连接处开裂的风险；当凹槽142与开口111的距离H＞8t时，凹槽142与开口111相距较远，减少了外壳10变形在薄弱结构141处的集中，从而增加了外壳10与端盖20的连接处开裂的风险。
如此，凹槽142与开口111的距离在上述范围时，可以使得外壳10在电极组件30膨胀时的变形集中在薄弱结构141，减少对开口111区域造成的影响，降低外壳10与端盖20的连接处开裂的风险，从而提高外壳10的使用寿命。
请参照图9，在某些实施方式中，t≤H≤5t。
具体的，当端盖20的厚度为1.5mm时，凹槽142与开口111的距离H为1.5mm～7.5mm，即凹槽142与开口111的距离H可以是1.5mm、2.5mm、3.5mm、4.5mm、5.5mm、6.5mm、7.5mm中任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
如此，凹槽142与开口111的距离在上述范围时，可以使得外壳10在电极组件30膨胀时的变形集中在薄弱结构141，减少对开口111区域造成的影响，降低外壳10与端盖20的连接处开裂的风险，从而提高外壳10的使用寿命。
请参照图10，在某些实施方式中，凹槽142的底面143与凹槽142的侧面144形成的角度θ为钝角。
具体的，凹槽142可以由一个底面143和两个侧面144形成，凹槽142的底面143可以与外壁面14平行，凹槽142的侧面144可以连接凹槽142的底面143和外壳10的外壁面14。当凹槽142的截面形状为方形时，凹槽142的底面143与凹槽142的侧面144形成的角度θ可以为90°；当凹槽142的截面形状为梯形时，凹槽142的底面143与凹槽142的侧面144形成的角度θ可以大于90°。
如此，凹槽142的底面143与凹槽142的侧面144形成的角度θ为钝角，可以便于凹槽142的形成，降低外壳10的制造难度，从而提升外壳10的加工精度和磨具的使用寿命。
请参照图10，在某些实施方式中，凹槽142的底面143与凹槽142的侧面144形成的角度θ为95°～175°。
具体的，凹槽142的底面143与凹槽142的侧面144形成的角度θ可以是95°、105°、115°、125°、135°、145°、155°、165°、175°中任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
如此，凹槽142的底面143与凹槽142的侧面144形成的角度θ在上述范围时，可以便于凹槽142的形成，降低外壳10的制造难度，从而提升外壳10的加工精度和磨具的使用寿命。
请参照图10，在某些实施方式中，凹槽142的底面143与凹槽142的侧面144形成的角度θ为110°～160°。
具体的，凹槽142的底面143与凹槽142的侧面144形成的角度θ可以是110°、120°、130°、140°、150°、160°中任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
如此，凹槽142的底面143与凹槽142的侧面144形成的角度θ在上述范围时，可以便于凹槽142的形成，降低外壳10的制造难度，从而提升外壳10的加工精度和磨具的使用寿命。
请参照图4，本申请实施方式的电池单体100包括外壳10、电极组件30和端盖20，外壳10具有第一端部11和与第一端部11相对的第二端部12，第一端部11形成有开口111，外壳10设有薄弱结构141，薄弱结构141相对于第二端部12更加靠近开口111，电极组件30设置在外壳10中，端盖20与外壳10密封连接并封闭开口111。
如此，电池单体100在充放电过程中，电极组件30会不断膨胀和收缩，薄弱结构141可以在电极组件30膨胀时优先变形，减少电极组件30膨胀对外壳10和端盖20连接处产生的变形程度，降低外壳10与端盖20的连接处的开裂风险，提高外壳10的使用寿命，从而提高电池单体100的稳定性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。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，其中，包括：
    外壳，所述外壳具有第一端部和与所述第一端部相对的第二端部，所述第一端部形成有开口，所述外壳包括内壁面和外壁面，所述外壁面设有薄弱结构，所述薄弱结构相对于所述第二端部更加靠近所述开口，所述外壳包括第一壁和与所述第一壁连接的第二壁，所述第一壁的面积大于所述第二壁的面积，所述第一壁的外壁面形成有所述薄弱结构；
    电极组件，设置在所述外壳中；和，
    端盖，所述端盖与所述外壳密封连接并封闭所述开口。
  2. 根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述第二壁的外壁面形成有所述薄弱结构。
  3. 根据权利要求2所述的电池单体，其中，所述薄弱结构具有形成在所述外壳的外壁面的凹槽，位于所述第一壁的外壁面的所述凹槽与位于所述第二壁的外壁面的所述凹槽相互连接。
  4. 根据权利要求1-3任一项所述的电池单体，其中，所述外壳包括第一部分和与所述第一部分连接的第二部分，所述第一部分形成有所述第一端部，所述第二部分远离所述第一部分的端部形成所述第二端部，所述第一部分与所述第二部分沿所述第一端部向所述第二端部方向的高度的比值大于或等于3：7，所述薄弱结构位于所述第二部分上。
  5. 根据权利要求4所述的电池单体，其中，所述薄弱结构具有形成在所述外壁面的凹槽，所述第二部分于所述凹槽处的厚度与所述第二部分的最大厚度的比值大于或等于0.4。
  6. 根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述薄弱结构具有形成在所述外壁面的凹槽。
  7. 根据权利要求6所述的电池单体，其中，所述凹槽沿所述第一端部向所述第二端部方向的高度为h，0.2mm≤h≤7mm。
  8. 根据权利要求7所述的电池单体，其中，0.5mm≤h≤4mm。
  9. 根据权利要求3、6-8中任一项所述的电池单体，其中，所述凹槽与所述开口的距离为H，t-0.5mm≤H≤8t，其中，t为所述端盖的厚度，单位为mm。
  10. 根据权利要求9所述的电池单体，其中，t≤H≤5t。
  11. 根据权利要求3、6-10中任一项所述的电池单体，其中，所述凹槽的底面与所述凹槽的侧面形成的角度为钝角。
  12. 根据权利要求11所述的电池单体，其中，所述凹槽的底面与所述凹槽的侧面形成的角度为95°～175°。
  13. 根据权利要求12所述的电池单体，其中，所述凹槽的底面与所述凹槽的侧面形成的角度为110°～160°。
  14. 一种电池，其中，包括权利要求1-13中任一项所述的电池单体。
  15. 一种用电设备，其中，包括权利要求1-13中任一项所述的电池单体或权利要求14所述的电池。
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