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CN222653981U - 电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

电池单体、电池及用电装置 Download PDF

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CN222653981U
CN222653981U CN202420017115.0U CN202420017115U CN222653981U CN 222653981 U CN222653981 U CN 222653981U CN 202420017115 U CN202420017115 U CN 202420017115U CN 222653981 U CN222653981 U CN 222653981U
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CN
China
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battery cell
electrode assembly
buffer
pole piece
glue
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Application number
CN202420017115.0U
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English (en)
Inventor
郎亚强
林晨辉
何建福
叶永煌
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Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Original Assignee
Contemporary Amperex Technology Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种电池单体、电池及用电装置,电池单体包括:外壳;电极组件,设于所述外壳内,所述电极组件包括极片和隔离膜,所述极片和所述隔离膜层叠后卷绕形成所述电极组件,沿所述电极组件的卷绕方向,所述电极组件具有卷绕末端;缓冲件,设于所述外壳内,沿所述极片和所述隔离膜的层叠方向,所述缓冲件覆盖所述卷绕末端的至少一部分。本申请实施例的技术方案中,缓冲件可以覆盖至少一部分卷绕末端,缓冲件可以将该电极组件的卷绕末端与其邻近的结构间隔开,在电极组件膨胀时,通过缓冲件发生变形,一定程度上缓解因卷绕末端凸出其他部分造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提高电池单体的可靠性和使用寿命。

Description

电池单体、电池及用电装置
技术领域
本申请涉及电池领域,具体涉及一种电池单体、电池及用电装置。
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,电极组件会发生膨胀,膨胀力作用到相邻的电极组件或外壳上容易出现应力不均的问题,影响电池的可靠性和使用寿命。
实用新型内容
鉴于上述问题,本申请提供一种电池单体、电池及用电装置,能够缓解电池使用过程中的应力不均影响电池寿命的问题。
第一方面,本申请提供了一种电池单体,包括:外壳;电极组件,设于所述外壳内,所述电极组件包括极片和隔离膜,所述极片和所述隔离膜层叠后卷绕形成所述电极组件,沿所述电极组件的卷绕方向,所述电极组件具有卷绕末端;缓冲件,设于所述外壳内,沿所述极片和所述隔离膜的层叠方向,所述缓冲件覆盖所述卷绕末端的至少一部分。
本申请实施例的技术方案中,通过在卷绕末端设在缓冲件,缓冲件可以覆盖至少一部分卷绕末端,缓冲件可以将该电极组件的卷绕末端与其邻近的结构间隔开,在电极组件膨胀时,通过缓冲件发生变形,一定程度上缓解因卷绕末端凸出其他部分造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提高电池单体的可靠性和使用寿命。
在一些实施例中,沿所述电极组件的卷绕方向,所述电极组件的末端具有收尾胶,所述收尾胶沿卷绕方向的末端形成所述卷绕末端。在上述技术方案中,缓冲件覆盖收尾胶的至少一部分,一定程度上缓解因收尾胶具有一定厚度而凸出隔离膜或极片造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,所述收尾胶包括第一胶段和第二胶段,所述第一胶段覆盖所述隔离膜的末端或所述极片的末端,所述第二胶段位于所述第一胶段的一侧,所述缓冲件覆盖所述第二胶段的至少一部分。在上述技术方案中,缓冲件覆盖第二胶段或者覆盖第二胶段的一部分,缓冲件通过变形吸收膨胀应力,一定程度上缓解因第二胶段凸出隔离膜或极片造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,所述收尾胶包括第一胶段和第二胶段,所述第一胶段覆盖所述隔离膜的末端或所述极片的末端,所述第二胶段位于所述第一胶段的一侧,所述缓冲件覆盖所述第一胶段的至少一部分。在上述技术方案中,缓冲件覆盖第一胶段或者覆盖第一胶段的一部分,缓冲件通过变形吸收膨胀应力,一定程度上缓解因第一胶段具有一定厚度而凸出隔离膜或极片造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀。
在一些实施例中,所述极片和所述隔离膜绕卷绕轴线卷绕,在所述卷绕轴线的延伸方向上,所述收尾胶具有相对布置的第一端部和第二端部,所述缓冲件覆盖所述第一端部和/或所述第二端部。在上述技术方案中,缓冲件可以在卷绕轴线的延伸方向上覆盖收尾胶的第一端部和/或第二端部,一定程度上缓解因第一端部或第二端部凸出隔离膜或极片造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,在所述卷绕轴线的延伸方向上,所述缓冲件的长度尺寸不小于所述收尾胶的长度尺寸。在上述技术方案中,缓冲件可以在卷绕轴线的延伸方向上覆盖收尾胶的端部,一定程度上缓解因收尾胶的端部凸出隔离膜或极片造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,所述缓冲件和所述收尾胶在1MPa下的压缩率之比为L1/L2,其中,5≤L1/L2≤30,优选地,10≤L1/L2≤20。在上述技术方案中,缓冲件既可以将收尾胶与相邻结构间隔开,在电极组件膨胀时可以有效变形,从而实现缓冲作用,使得具有高度差的两部分受力均匀,降低电极组件膨胀时发生应力集中的概率,同时缓冲件可以起到有效的支撑作用,降低打皱变形的概率,提高电池单体的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,所述缓冲件和所述收尾胶的厚度比为H1/H2,10≤H1/H2≤100,优选地,10≤H1/H2≤20。在上述技术方案中,既可以防止电池单体的体积能量密度的过渡减少,又可以降低电极组件膨胀时发生应力集中的概率,提高电池单体使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,所述缓冲件的覆盖所述收尾胶的部分的面积和所述收尾胶的面积比为S1/S2,0.1≤S1/S2≤1,优选地,0.8≤S1/S2≤1。在上述技术方案中,通过对S1/S2的限定,使得缓冲件可以有效地覆盖收尾胶,一定程度上避免因收尾胶凸出隔离膜或极片造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提高电池单体使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,沿所述极片和所述隔离膜的层叠方向,所述缓冲件覆盖所述隔离膜的至少一部分和/或所述极片的至少一部分。在上述技术方案中,可以使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,沿所述电极组件的卷绕方向,所述隔离膜的末端形成所述卷绕末端。在上述技术方案中,缓冲件可以将隔离膜与相邻的电极组件或外壳间隔开,在电极组件膨胀时缓冲件发生变形,一定程度上缓解因隔离膜的末端具有一定厚度而凸出其他部分造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,所述缓冲件和所述隔离膜在1MPa下的压缩率之比为L1/L3,其中,1≤L1/L3≤5,优选地,2≤L1/L3≤3.5。在上述技术方案中,缓冲件既可以将隔离膜与相邻结构间隔开,在电极组件膨胀时可以有效变形,从而实现缓冲作用,使得具有高度差的两部分受力均匀,降低电极组件膨胀时发生应力集中的概率,同时缓冲件可以起到有效的支撑作用,降低打皱变形的概率,提高电池单体的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,所述缓冲件和所述隔离膜的厚度比为H1/H3,50≤H1/H3≤700。在上述技术方案中,既可以防止电池单体的体积能量密度的过渡减少,又可以降低电极组件膨胀时发生应力集中的概率,提高电池单体使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,所述隔离膜的末端的朝向所述电极组件中心的一侧具有粘性材料。在上述技术方案中,隔离膜的末端可以直接与相邻的隔离膜或极片粘接,从而将极片和隔离膜固定住,使电极组件整体结构保持稳定,降低发生位移和变形的概率,减少极片打皱,减少内部短路的概率等。
在一些实施例中,沿所述电极组件的卷绕方向,所述极片的末端形成所述卷绕末端。在上述技术方案中,在电极组件膨胀时缓冲件发生变形,一定程度上缓解因极片的末端具有一定厚度而凸出其他部分造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,所述极片具有极片削薄区,所述缓冲件覆盖所述极片削薄区的至少部分。在上述技术方案中,通过缓冲件发生变形,一定程度上缓解因极片削薄区处因高度差而造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,所述电极组件包括平直区和与所述平直区的端部连接的拐弯区,所述缓冲件与所述平直区和所述拐弯区中的至少一个相对设置。在上述技术方案中,平直区与缓冲件相对设置,使缓冲件能够对平直区对应的电极组件的区域起到缓冲作用;拐弯部与缓冲件相对设置,使缓冲件朝向拐弯部的区域大体形成为弧形,以使缓冲件能够缓冲拐弯部的膨胀力,降低电极组件的断桥和析锂风险。
在一些实施例中,所述极片的末端位于所述平直区,沿所述极片和所述隔离膜的层叠方向,所述缓冲件覆盖所述极片的末端。在上述技术方案中,一定程度上缓解因极片的末端具有一定厚度而凸出其他部分造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,所述电极组件包括平直区和与所述平直区的端部连接的拐弯区,所述极片的末端位于所述拐弯区,所述缓冲件与所述极片的末端错位布置。在上述技术方案中,可以减少缓冲件的尺寸,在降低电极组件膨胀时发生应力集中的概率的基础上,可以降低制造成本,同时便于缓冲件的安装。
在一些实施例中,所述电极组件包括平直区和与所述平直区的端部连接的拐弯区,沿所述缓冲件与所述电极组件的层叠方向,所述缓冲件投影在所述外壳上的面积为S3,所述平直区的正极活性物质区投影在所述外壳上的面积为S4,其中,0.3≤S3/S4≤1.1,优选地,0.5≤S3/S4≤0.9。在上述技术方案中,缓冲件的设置可以降低电极组件膨胀时发生应力集中的概率,同时缓冲件安装方便,且不会占用过多的空间,提高电池单体的可靠性。
在一些实施例中,所述缓冲件的厚度为H1,0.5mm≤H1≤10mm。在上述技术方案中,既可以防止电池单体的体积能量密度的过渡减少,又可以降低电极组件膨胀时发生应力集中的概率,提高电池单体使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,所述缓冲件在1MPa下的压缩率为L1,L1≥50%,优选地,L1≥60%。在上述技术方案中,可以使缓冲件随着电极组件的膨胀压缩变形,可以吸收电极组件的膨胀,降低应力集中的概率。
在一些实施例中,所述缓冲件为多孔材料件。在上述技术方案中,通过采用此类多孔发泡材料件,可以在提高缓冲件的可压缩性的基础上,降低制造成本。
在一些实施例中,所述缓冲件的材料包括聚氯乙烯、聚乙烯-醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚甲基酰亚胺、聚酰亚胺、聚苯乙烯、改性硅橡胶中的至少一种。在上述技术方案中,通过控制缓冲件的主体材料种类,使得材料具有良好的耐电解液腐蚀性、可压缩性、回弹性,保证其在电池单体全生命周期内的可靠性。
第二方面,本申请提供了一种电池,其包括上述实施例中的电池单体。
第三方面,本申请提供了一种用电装置,其包括上述实施例中的电池,所述电池用于提供电能。
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为相关技术中的用电装置的示意图;
图2为相关技术中的电池的示意图;
图3为相关技术中的电池单体的示意图;
图4为本申请一些实施例的电池单体的局部示意图,其中,极片的末端形成卷绕末端;
图5为本申请另一些实施例的电池单体的局部示意图,其中,极片的末端形成卷绕末端;
图6为本申请又一些实施例的电池单体的局部示意图,其中,极片的末端形成卷绕末端;
图7为本申请再一些实施例的电池单体的局部示意图,其中,极片的末端形成卷绕末端;
图8为本申请一些实施例提供的图7所示结构的卷绕示意图;
图9为本申请另一些实施例提供的图7所示结构的卷绕示意图;
图10为本申请一些实施例的电池单体的局部示意图;
图11为本申请一些实施例提供的图10所示结构的卷绕示意图,其中,隔离膜的末端形成卷绕末端;
图12为本申请另一些实施例提供的图10所示结构的卷绕示意图,其中,隔离膜的末端形成卷绕末端;
图13为本申请又一些实施例提供的图10所示结构的卷绕示意图,其中,极片的末端形成卷绕末端;
图14-图16为本申请一些实施例的电池单体的剖视图。
附图标记:
电池1000,用电装置2000,
电池单体100,
外壳10,壳体11,端盖12,电极组件20,卷绕末端20a,平直区201,拐弯区202,极片21,极片的末端211,隔离膜22,隔离膜的末端221,收尾胶23,第一胶段231,第二胶段232,
缓冲件30。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
除非另有定义,本申请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;本申请中在说明书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。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序或主次关系。
在本申请中提及“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。
在本申请的描述中,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”、“附接”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,可以是两个元件内部的连通。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。
在本申请的实施例中,相同的附图标记表示相同的部件,并且为了简洁,在不同实施例中,省略对相同部件的详细说明。应理解,附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸,以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明,而不应对本申请构成任何限定。
本申请中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)。
本申请中,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组或电池包等。一些电池可以包括用于封装一个或多个电池单体或多个电池模组的箱体。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。当然,还有一些电池可以不包括上述箱体,直接设置在用电装置的电池安装舱内。
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。
例如,电池单体可以包括外壳、电极组件和电解液,外壳用于容纳电极组件和电解液。电极组件由正极极片、负极极片和隔离膜组成。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正极集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的正极集流体,未涂敷正极活性物质层的正极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,或者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负极集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的负极集流体,未涂敷负极活性物质层的负极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PP(polypropylene,聚丙烯)或PE(polyethylene,聚乙烯)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。
电池单体上可以设置极柱等与极耳相连,作为电池单体的电连接部。并且,电池单体上可以具有泄压部,在电池单体内压过大(例如热失控)时,泄压部用于释放电池单体内部物质(例如气体、液体、颗粒物等),以降低电池单体的内部压力,避免电池单体内部过快加压,而导致电池单体爆燃等危险事故。例如,泄压部可以为防爆阀、防爆片等等。
例如图1和图2所示,一些用电装置2000中,采用电池1000进行供电,电池1000包括箱体和电池单体100,箱体包括上壳和下壳。如图3所示,电池单体100包括电极组件20和外壳10,外壳10包括壳体11和端盖12,传统技术中,一些卷绕电池,其电极组件20卷绕后会形成一末端,该末端具有一定的厚度,该末端与其他位置会形成高度差,电池单体100在充放电的使用过程中,电极组件20会发生膨胀,该末端与相邻电极组件20或外壳10接触,会造成作用到相邻的电极组件20或外壳10上应力集中,应力不均匀等问题,影响电池单体100的可靠性和使用寿命。
为此,本申请提出一种电池单体100包括:外壳10、设于外壳10内的电极组件20、缓冲件30,电极组件20包括极片21和隔离膜22,极片21和隔离膜22层叠后卷绕形成电极组件20,沿电极组件20的卷绕方向,电极组件20具有卷绕末端20a,缓冲件30设于外壳10内,沿极片21和隔离膜22的层叠方向,缓冲件30覆盖卷绕末端20a的至少一部分。
在上述这种结构的电池单体100中,通过在卷绕末端20a设在缓冲件30,缓冲件30可以覆盖至少一部分卷绕末端20a,缓冲件30可以将该电极组件20的卷绕末端20a与其邻近的结构间隔开,在电极组件20膨胀时,通过缓冲件30发生变形,一定程度上缓解因卷绕末端20a凸出其他部分造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提高电池单体100的可靠性和使用寿命。
本申请实施例公开的具有该电池单体100的电池1000可以用于、但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置2000中,可以使具备本申请公开的电池1000等组成该用电装置2000的电源系统,以保证用电装置2000的使用安全性和可靠性。
例如,本申请实施例公开的用电装置2000可以是、但不限于是车辆、手机、平板、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。车辆可以是燃油车辆、或燃气车辆、或新能源车辆、或轨道车辆,新能源车辆可以是纯电动车辆、混合动力车辆或增程式车辆等;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、电动车辆玩具、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等等。
下面,参考附图,描述根据本申请实施例的电池单体100。
如图4-图16所示,图4-图16示出了多个实施例的电池单体100的结构图,根据本申请实施例的电池单体100包括:外壳10、电极组件20和缓冲件30,电极组件20设于外壳10内,电极组件20包括极片21和隔离膜22,极片21和隔离膜22层叠后卷绕形成电极组件20,沿电极组件20的卷绕方向,电极组件20具有卷绕末端20a,缓冲件30设于外壳10内,沿极片21和隔离膜22的层叠方向,缓冲件30覆盖卷绕末端20a的至少一部分。
外壳10是指电池单体100最外侧的结构件,外壳10内容纳电极组件20和电解液等。
电极组件20包括卷绕布置的极片21和隔离膜22,极片21包括正极极片和负极极片,其中,正极极片包括正极集流体和正极活性物质层,负极极片可以包括负极集流体,或者负极极片包括负极集流体和负极活性物质层。
极片21和隔离膜22层叠布置后绕卷绕轴线卷绕,形成电极组件20,在卷绕方向上,电极组件20的具有卷绕末端20a,卷绕末端20a可以是极片21的末端211,也可以是隔离膜22的末端221,一些示例中,电极组件20还包括收尾胶23,收尾胶23设在极片21的末端211或隔离膜22的末端221,用于将极片21和隔离膜22固定住,收尾胶23可以覆盖在极片21的末端211或隔离膜22的末端221的外侧,也可以设在隔离膜22或极片21的末端211的朝向电极组件20中心的一侧,由此,卷绕末端20a还可以是收尾胶23的末端。该卷绕末端20a可以与外壳10相对布置,也可以是与另一个电极组件20相对布置,即卷绕末端20a具有相邻的结构。
缓冲件30设在外壳10内,缓冲件30可以覆盖卷绕末端20a,缓冲件30用于为电极组件20的卷绕末端20a提供缓冲,防止电极组件20膨胀后与外壳10或相邻电极组件20挤压而产生应力集中。具体而言,缓冲件30能够为电极组件20的膨胀提供缓冲空间,例如缓冲件30自身能够弹性形变,当电极组件20膨胀时缓冲件30自身便可适应性收缩来为电极组件20提供缓冲空间,又例如,缓冲件30本身上开设有缓冲空间,当电极组件20膨胀时可通过缓冲空间来收容膨胀的部分。
极片21和隔离膜22的层叠方向垂直于电极组件20外表面,缓冲件30覆盖卷绕末端20a的至少一部分,缓冲件30设在电极组件20外表面的外侧,缓冲件30可以将卷绕末端20a与相邻的电极组件20或外壳10间隔开,在电极组件20膨胀时缓冲件30发生变形,一定程度上缓解因卷绕末端20a凸出其他部分造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
此外,在电池单体100充放电时,缓冲件30对电极组件20的卷绕末端20a具有一定的支撑作用,可以减少卷绕末端20a变形,由此还可以改善电极组件20膨胀造成的极片21打皱现象,从而缓解电池单体100循环过程中的析锂或析钠问题。
如图16所示,缓冲件30的位置可以位于电极组件20与外壳10之间,电极组件20的末端位于电极组件20和外壳10之间,缓冲件30既可以对电极组件20起支撑和缓冲作用,又可以将电极组件20与外壳10间隔开,电极组件20膨胀后不易挤压外壳10。
或者如图14所示,缓冲件30的位置可以位于相邻的两个电极组件20之间,电极组件20为沿前后方向排布的多个,至少一个电极组件20的卷绕末端20a位于两个电极组件20之间,缓冲件30设于相邻两个电极组件20之间,缓冲件30既可以对电极组件20起支撑和缓冲作用,又可以将相邻电极组件20间隔开,使电极组件20膨胀后不易相互挤压。
当然,缓冲件30还可以如图15所示,一部分设于电极组件20与外壳10之间,一部分设于相邻电极组件20之间,这也在本申请的保护范围之内。需要说明的是,设于电极组件20与外壳10之间的缓冲件30与设于相邻电极组件20之间的缓冲件30可以为同一缓冲件30的不同部分,也可以为独立的不同缓冲件30。
在本申请的技术方案中,通过在卷绕末端20a设在缓冲件30,缓冲件30可以覆盖至少一部分卷绕末端20a,缓冲件30可以将该电极组件20的卷绕末端20a与其邻近的结构间隔开,在电极组件20膨胀时,通过缓冲件30发生变形,一定程度上缓解因卷绕末端20a凸出其他部分造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提高电池单体100的可靠性和使用寿命。
如图4-图9所示,沿电极组件20的卷绕方向,电极组件20的末端具有收尾胶23,收尾胶23沿卷绕方向的末端形成卷绕末端20a。
如图4-图9所示,电极组件20沿顺时针方向卷绕,在卷绕末端20a具有收尾胶23,收尾胶23设在极片21的末端211或隔离膜22的末端221,收尾胶23用于将极片21和隔离膜22固定住,收尾胶23可以使电极组件20整体结构保持稳定,降低发生位移和变形的概率,减少极片21打皱,减少内部短路的概率等,收尾胶23可以覆盖在极片21的末端211或隔离膜22的末端221的外侧,也可以设在隔离膜22或极片21的末端211的朝向电极组件20中心的一侧,具体而言,收尾胶23可以夹在隔离膜22的末端221和隔离膜22其他部分之间,收尾胶23也可以夹在隔离膜22的末端221和极片21之间,收尾胶23还可以夹在极片21的末端211和极片21其他部分之间,收尾胶23还可以夹在极片21的末端211和隔离膜22之间。
收尾胶23具有一定的厚度,收尾胶23的厚度如收尾胶23在第三方向(如图8所示的前后方向)上的尺寸,如图8所示,在第三方向上,收尾胶23凸出隔离膜22,收尾胶23和隔离膜22具有高度差。
沿极片21和隔离膜22的层叠方向,缓冲件30覆盖收尾胶23的至少一部分,缓冲件30可以将收尾胶23与相邻的电极组件20或外壳10间隔开,在电极组件20膨胀时缓冲件30发生变形,一定程度上缓解因收尾胶23凸出隔离膜22或极片21造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
如图4所示,在一些实施例中,收尾胶23包括第一胶段231和第二胶段232,第一胶段231覆盖隔离膜22的末端221或极片21的末端211,第二胶段232位于第一胶段231的一侧,缓冲件30覆盖第二胶段232的至少一部分。
如图4所示,收尾胶23的第一胶段231覆盖隔离膜22的末端221,第一胶段231与隔离膜22的末端221粘接,第二胶段232超出隔离膜22的末端221,第二胶段232可以与隔离膜22的一部分或极片21粘接,第二胶段232凸出隔离膜22或极片21,与第二胶段232对应的位置容易应力集中,缓冲件30覆盖第二胶段232或者覆盖第二胶段232的一部分,缓冲件30通过变形吸收膨胀应力,一定程度上缓解因第二胶段232凸出隔离膜22或极片21造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
如图5所示,在一些实施例中,收尾胶23包括第一胶段231和第二胶段232,第一胶段231覆盖隔离膜22的末端221或极片21的末端211,第二胶段232位于第一胶段231的一侧,缓冲件30覆盖第一胶段231的至少一部分。
如图5所示,收尾胶23的第一胶段231覆盖隔离膜22的末端221,第一胶段231与隔离膜22的末端221粘接,第二胶段232超出隔离膜22的末端221,第二胶段232可以与隔离膜22的一部分或极片21粘接,第一胶段231凸出隔离膜22,第三方向作为电极组件20的高度方向,电极组件20在第一胶段231位置处的高度大于在第二胶段232位置处的高度。
缓冲件30覆盖第一胶段231或者覆盖第一胶段231的一部分,缓冲件30通过变形吸收膨胀应力,一定程度上缓解因第一胶段231凸出隔离膜22或极片21造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀;且由于第一胶段231高于第二胶段232,因而在缓冲件30的作用下,也可以使得第二胶段232与相邻结构间隔开,也可以缓解因第二胶段232具有一定厚度而凸出隔离膜或极片造成的应力集中问题,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
如图6和图7所示,在一些实施例中,缓冲件30覆盖第一胶段231的至少一部分,同时缓冲件30覆盖第二胶段232的至少一部分,如图6所示,缓冲件30覆盖第一胶段231的一部分,缓冲件30覆盖第二胶段232的一部分,这里缓冲件30可以为两个独立的缓冲件30;如图7所示,缓冲件30的一部分覆盖第一胶段231,且缓冲件30的另一部分覆盖第二胶段232,同一缓冲件30的不同部分与两个胶段分别对应,通过将缓冲件30覆盖第一胶段231的至少一部分和第二胶段232的至少一部分,缓冲件30通过变形吸收膨胀应力,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
如图4-图7所示,在一些示例中,极片21和隔离膜22绕卷绕轴线卷绕,在卷绕轴线的延伸方向上,收尾胶23具有相对布置的第一端部和第二端部,缓冲件23覆盖第一端部和/或第二端部。
如图4-图7所示,卷绕轴线沿第一方向(如图4所示的上下方向)延伸,在第一方向上,收尾胶23具有第一端部和第二端部,缓冲件23覆盖至少一个端部,由此一定程度上缓解因第一端部或第二端部凸出隔离膜22或极片21造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
在一些示例中,在卷绕轴线的延伸方向上,缓冲件30的长度尺寸不小于收尾胶23的长度尺寸。
如图4-图7所示,卷绕轴线沿第一方向(如图4所示的上下方向)延伸,缓冲件30在第一方向上的长度大于收尾胶23的长度,由此使得缓冲件30可以在第一方向上覆盖收尾胶23的端部,一定程度上缓解因收尾胶23的端部凸出隔离膜22或极片21造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,缓冲件30和收尾胶23在1MPa下的压缩率之比为L1/L2,其中,5≤L1/L2≤30,优选地,10≤L1/L2≤20。
缓冲件30压缩,即在受到外力时能够压缩变形,以减小占用空间;而撤销外力时可以至少部分恢复形变,以便于向电极组件20提供稳定支撑。缓冲件30的压缩率,是指在缓冲件30被压缩时,缓冲件30减小的体积与缓冲件30在自然状态下的体积的比值。
在1MPa下,若缓冲件30与收尾胶23压缩率的比值过小,缓冲件30与收尾胶23的压缩率接近,缓冲件30的缓冲效果不明显,容易在电极组件20膨胀时容易发生应力集中的问题,若缓冲件30与收尾胶23压缩率的比值过大,缓冲件30的压缩率过大,难以起到有效的支撑作用,卷绕末端20a容易打皱变形等。
为此,可以将L1/L2限定在5-30之间,L1/L2可以为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30中的任意一点值或任意两者之间的范围值。
由此,使得缓冲件30既可以将收尾胶23与相邻结构间隔开,在电极组件20膨胀时可以有效变形,从而实现缓冲作用,使得具有高度差的两部分受力均匀,降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率,同时缓冲件30可以起到有效的支撑作用,降低打皱变形的概率,提高电池单体100的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,10≤L1/L2≤20,L1/L2可以为10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5、20中的任意一点值或任意两者之间的范围值。
由此使得缓冲件30既可以将收尾胶23与相邻结构间隔开,在电极组件20膨胀时可以有效变形,从而实现缓冲作用,使得具有高度差的两部分受力均匀,降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率,同时缓冲件30可以起到有效的支撑作用,降低打皱变形的概率,提高电池单体100的使用寿命和可靠性。
如图8和图9所示,在一些实施例中,缓冲件30和收尾胶23的厚度比为H1/H2,10≤H1/H2≤100,优选地,10≤H1/H2≤20。
如图8和图9所示,在一些示例中,在第三方向上,缓冲件30的厚度为H1,这里缓冲件30的厚度为缓冲件30在自由状态下的厚度,收尾胶23的厚度为H2,若H1/H2过大,H1过大,缓冲件30厚度过大,缓冲件30在第三方向上占用的空间过多,对应电极组件20在第三方向上占用的空间减少,会导致电池单体100的体积能量密度的降低,若H1/H2过小,H1过小,缓冲件30厚度过小,缓冲件30的可变形空间过小,从而在电极组件20膨胀时,收尾胶23处容易发生应力集中。
为此将H1/H2限定在10-100之间,H1/H2可以为10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100中的任意一点值或任意两者之间的范围值。
由此,既可以防止电池单体100的体积能量密度的过渡减少,又可以降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率,提高电池单体100使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,10≤H1/H2≤20,H1/H2可以为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20中的任意一点值或任意两者之间的范围值。
由此可以进一步防止电池单体100的体积能量密度的过渡减少,又可以降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率,提高电池单体100使用寿命和可靠性。
如图4-图9所示,在一些实施例中,缓冲件30的覆盖收尾胶23的部分的面积和收尾胶23的面积比为S1/S2,0.1≤S1/S2≤1,优选地,0.8≤S1/S2≤1。
如图4和图5所示,缓冲件30覆盖收尾胶23的至少一部分,缓冲件30覆盖收尾胶23的部分在第二方向(如图4所示的左右方向)上的尺寸为a,缓冲件30覆盖收尾胶23的部分在第一方向上的尺寸为j,面积S1为a*j,收尾胶23在第一方向上的尺寸为c,收尾胶23在第一方向上的尺寸为k,面积S2为c*k。
其中,在S1/S2过小时,缓冲件30覆盖收尾胶23的部分过小,在电极组件20膨胀时,收尾胶23处容易造成应力集中的问题。
由此可以将S1/S2限定在0.1-1之间,S1/S2可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1中的任意一点值或任意两者之间的范围值;在S1/S2为1时,缓冲件30可以完全覆盖收尾胶23。
通过对S1/S2的限定,使得缓冲件30可以有效地覆盖收尾胶23,一定程度上避免因收尾胶23凸出隔离膜22或极片21造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提高电池单体100使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,0.8≤S1/S2≤1,S1/S2可以为0.8、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.9、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99、1中的任意一点值或任意两者之间的范围值。
由此,可以使得缓冲件30覆盖较多的收尾胶23,一定程度上避免因收尾胶23凸出隔离膜22和极片21造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提高电池单体100使用寿命和可靠性。
如图4-图9所示,在一些实施例中,沿极片21和隔离膜22的层叠方向,缓冲件30覆盖隔离膜22的至少一部分和/或极片21的至少一部分。
如图8所示,在第三方向(如图8所示的前后方向)上,缓冲件30覆盖收尾胶23的至少一部分,且缓冲件30同时覆盖隔离膜22的一部分,由此可以使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
在另一些示例,缓冲件30覆盖收尾胶23的至少一部分,且缓冲件30同时覆盖极片21的一部分,或者,缓冲件30覆盖收尾胶23的至少一部分,缓冲件30同时覆盖隔离膜22的一部分和极片21的一部分,由此可以使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
如图10-图12所示,在一些实施例中,沿电极组件20的卷绕方向,隔离膜22的末端221形成卷绕末端20a。
如图10-图12所示,电极组件20沿顺时针方向卷绕,在卷绕末端20a为隔离膜22,即隔离膜22的末端221形成卷绕末端20a。
隔离膜22具有一定的厚度,隔离膜22的厚度如隔离膜22在第三方向(如图11所示的前后方向)上的尺寸,如图11所示,在第三方向上,隔离膜22的末端221凸出隔离膜22的其他部分,隔离膜22的末端和隔离膜22其他部分具有高度差。
沿极片21和隔离膜22的层叠方向,缓冲件30覆盖隔离膜22的至少一部分,缓冲件30可以将隔离膜22与相邻的电极组件20或外壳10间隔开,在电极组件20膨胀时缓冲件30发生变形,一定程度上缓解因隔离膜22的末端具有一定厚度而凸出其他部分造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,缓冲件30和隔离膜22在1MPa下的压缩率之比为L1/L3,其中,1≤L1/L3≤5,优选地,2≤L1/L3≤3.5。
在1MPa下,若缓冲件30与隔离膜22压缩率的比值过小,缓冲件30与隔离膜22的压缩率接近,缓冲件30的缓冲效果不明显,容易在电极组件20膨胀时容易发生应力集中的问题,若缓冲件30与隔离膜22压缩率的比值过大,缓冲件30的压缩率过大,难以起到有效的支撑作用,卷绕末端20a容易打皱变形等。
为此,可以将L1/L3限定在1-5之间,L1/L3可以为1、2、3、4、5中的任意一点值或任意两者之间的范围值。
由此使得缓冲件30既可以将隔离膜22与相邻结构间隔开,在电极组件20膨胀时可以有效变形,从而实现缓冲作用,使得具有高度差的两部分受力均匀,降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率,同时缓冲件30可以起到有效的支撑作用,降低打皱变形的概率,提高电池单体100的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,2≤L1/L3≤3.5,L1/L3可以为2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5中的任意一点值或任意两者之间的范围值。
由此使得缓冲件30既可以将隔离膜22与相邻结构间隔开,在电极组件20膨胀时可以有效变形,缓冲件30可以实现缓冲作用,使得具有高度差的两部分受力均匀,降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率,同时缓冲件30可以起到有效的支撑作用,降低打皱变形的概率,提高电池单体100的使用寿命和可靠性。
如图11所示,在一些实施例在,缓冲件30和隔离膜22的厚度比为H1/H3,50≤H1/H3≤700。
如图11所示,在一些示例中,缓冲件30的厚度为H1,这里缓冲件30的厚度为缓冲件30在自由状态下的厚度,每个隔离膜22的厚度为H3,若H1/H3过大,H1过大,缓冲件30厚度过大,缓冲件30占用的空间过多,对应电极组件20占用的空间减少,会导致电池单体100的体积能量密度的降低,若H1/H3过小,H1过小,缓冲件30厚度过小,缓冲件30的可变形空间过小,从而在电极组件20膨胀时,卷绕末端20a处容易发生应力集中。
为此将H1/H3限定在50-700之间,H1/H3可以为50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700中的任意一点值或任意两者之间的范围值。
由此,既可以防止电池单体100的体积能量密度的过渡减少,又可以降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率,提高电池单体100使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,隔离膜22的末端221的朝向电极组件20中心的一侧具有粘性材料。
隔离膜22的末端221具有粘性材料,粘性材料可以直接形成在隔离膜22的末端221,粘性材料可以在特定状态下显示出其特性,使得隔离膜22的末端221可以直接与相邻的隔离膜22或极片21粘接,从而将极片21和隔离膜22固定住,使电极组件20整体结构保持稳定,降低发生位移和变形的概率,减少极片21打皱,减少内部短路的概率等。
如图13所示,在一些实施例中,沿电极组件20的卷绕方向,极片21的末端211形成卷绕末端20a。
如图13所示,电极组件20沿顺时针方向卷绕,在卷绕末端20a为极片21,即极片21的末端211形成卷绕末端20a。
极片21具有一定的厚度,极片21的厚度如极片21在第三方向(如图13所示的前后方向)上的尺寸,如图13所示,在第三方向上,极片21的末端211凸出极片21的其他部分,极片21的末端211和极片21具有高度差。
沿极片21和隔离膜22的层叠方向,缓冲件30覆盖极片21的至少一部分,缓冲件30可以将极片21与相邻的电极组件20或外壳10间隔开,在电极组件20膨胀时缓冲件30发生变形,一定程度上缓解因极片21的末端211具有一定厚度而凸出其他部分造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,极片21具有极片削薄区,缓冲件30覆盖极片削薄区的至少部分。
极片21的端部具有极片削薄区,极片削薄区的厚度小于极片21其他位置的厚度,由此在极片削薄区和极片21其他位置连接处形成有高度差,缓冲件30覆盖极片21的末端211,且延伸至极片削薄区处,通过缓冲件30发生变形,一定程度上缓解因极片削薄区处因高度差而造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
如图8、图9、图11-图13所示,在一些实施例中,电极组件20包括平直区201和与平直区201的端部连接的拐弯区202,缓冲件30与平直区201和拐弯区202中的至少一个相对设置。
如图8所示,极片21和隔离膜22经过堆叠卷绕后形成有平直区201,平直区201是指在卷绕后沿平面延伸的部分;拐弯区202是指在卷绕后沿弧面延伸的部分,例如图8所示,电极组件20的前侧表面和后侧表面之间的部分形成为平直区201,在平直区201内极片21的延伸方向即为平直区201的长度方向,如图8所示的第二方向,平直区201的左右两端部为拐弯区202。
平直区201与缓冲件30相对设置,使缓冲件30能够对平直区201对应的电极组件20的区域起到缓冲作用;拐弯部与缓冲件30相对设置,使缓冲件30朝向拐弯部的区域大体形成为弧形,以使缓冲件30能够缓冲拐弯部的膨胀力,降低电极组件20的断桥和析锂风险。
如图8和图9所示,在一些实施例中,极片21的末端211位于平直区201,沿极片21和隔离膜22的层叠方向,缓冲件30覆盖极片21的末端211。
如图8和图9所示,缓冲件30覆盖收尾胶23的至少一部分,缓冲件30同时覆盖隔离膜22的一部分和极片21的一部分,由此一定程度上缓解因极片21的末端具有一定厚度而凸出其他部分造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
如图13所示,在一些实施例中,电极组件20包括平直区201和与平直区201的端部连接的拐弯区202,极片21的末端211位于拐弯区202,缓冲件30与极片21的末端211错位布置。
如图13所示,极片21和隔离膜22经过堆叠卷绕后形成有平直区201,平直区201是指在卷绕后沿平面延伸的部分;拐弯区202是指在卷绕后沿弧面延伸的部分,例如图13所示,电极组件20的前侧表面和后侧表面之间的部分形成为平直区201,在平直区201内极片21的延伸方向即为平直区201的长度方向,如图13所示的第二方向,平直区201的左右两端部为拐弯区202。
如图13所示,极片21的末端211位于右侧的拐弯区202,由于拐弯区202与相邻的电极组件20或外壳10之间具有一定空隙,电极组件20膨胀时具有缓冲空间,缓冲件30右端位于极片21末端的左侧,使得缓冲件30与极片21的末端211错位布置。
由此可以减少缓冲件30的尺寸,在降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率的基础上,可以降低制造成本,同时便于缓冲件30的安装。
在一些实施例中,电极组件20包括平直区201和与平直区201的端部连接的拐弯区202,沿缓冲件30与电极组件20的层叠方向,缓冲件30投影在外壳10上的面积为S3,平直区201的正极活性物质区投影在外壳10上的面积为S4,其中,0.3≤S3/S4≤1.1,优选地,0.5≤S3/S4≤0.9。
如图8所示,极片21和隔离膜22经过堆叠卷绕后形成有平直区201,平直区201是指在卷绕后沿平面延伸的部分;拐弯区202是指在卷绕后沿弧面延伸的部分,例如图8所示,电极组件20的前侧表面和后侧表面之间的部分形成为平直区201,在平直区201内极片21的延伸方向即为平直区201的长度方向,如图8所示的第二方向,平直区201的左右两端部为拐弯区202,平直区201在第二方向上的长度尺寸为B,B为卷绕最内圈两侧拐角之间的距离,平直区201内正极活性物质层在第一方向上的高度尺寸为D,平直区201的正极活性物质区投影在外壳10上的面积为S4,S4=B*D。
如图6所示,缓冲件30投影在外壳10上,在第二方向上的长度尺寸为e,在第一方向上的高度尺寸为f,缓冲件30投影在外壳10上的面积为S3,S3=e*f。
若S3/S4过小,缓冲件30覆盖平直区201的部分过小,在电极组件20膨胀时,电极组件20仍然容易挤压到相邻结构,从而造成应力集中的问题;若S3/S4过大,缓冲件30尺寸过大,缓冲件30在电池单体100内的安装不便,缓冲件30占用过多空间容易影响电池单体100内部的排气空间。
由此将S3/S4限定在0.3-1.1之间,S3/S4可以为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1中的任意一点值或任意两者之间的范围值。
由此,缓冲件30的设置可以降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率,同时缓冲件30安装方便,且不会占用过多的空间,提高电池单体100的可靠性。
在一些实施例中,0.5≤S3/S4≤0.9,S3/S4可以为0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9中的任意一点值或任意两者之间的范围值。
由此可以进一步降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率,同时缓冲件30安装方便,且不会占用过多的空间,提高电池单体100的可靠性。
在一些实施例中,0.6≤S3/S4≤0.85,S3/S4可以为0.6、0.66、0.7、0.76、0.8、0.85中的任意一点值或任意两者之间的范围值。
由此可以进一步降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率,同时缓冲件30安装方便,且不会占用过多的空间,提高电池单体100的可靠性。
如图8所示,在一些实施例中,缓冲件30的厚度为H1,0.5mm≤H1≤10mm。
若H1过大,缓冲件30占用的空间过多,对应电极组件20占用的空间减少,会导致电池单体100的体积能量密度的降低,若H1过小,缓冲件30的可变形空间较小,在电极组件20膨胀时,卷绕末端20a挤压相邻结构容易发生应力集中。
将缓冲件30的厚度H1限定在0.5-10mm之间,H1可以为0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm中的任意一点值或任意两者之间的范围值。
由此,既可以防止电池单体100的体积能量密度的过渡减少,又可以降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率,提高电池单体100使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,1≤H1≤2.5mm,H1可以为0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm中的任意一点值或任意两者之间的范围值。由此可以进一步防止电池单体100的体积能量密度的过渡减少,又可以降低电极组件20膨胀时发生应力集中的概率,提高电池单体100使用寿命和可靠性。
在一些实施例中,缓冲件30在1MPa下的压缩率为L1,L1≥50%,优选地,L1≥60%。
在缓冲件30的压缩率过小时,缓冲件30可压缩量较小,难以吸收电极组件20的变形,同时容易使电极组件20膨胀的作用力作用至相邻结构上,导致应力集中,为此将缓冲件30在1MPa下的压缩率L1大于或等于50%,L1可以为50%,也可以为60%,70%,80%,90%,由此可以使缓冲件30随着电极组件20的膨胀压缩变形,可以吸收电极组件20的膨胀,降低应力集中的概率。
在一些示例中,L1≥60%,L1可以为60%,也可以为65%,70%,80%,90%,更优选地,L1≥80%,L1可以为80%,85%,90%,95%。由此可以使缓冲件30随着电极组件20的膨胀压缩变形,以尽可能吸收电极组件20的膨胀,降低应力集中的概率。
其中,缓冲件30的压缩率测试方法如下:
1)取尺寸46*50mm样品进行测试,每次进行2组平行样品测试。
2)确认样品腔内只有空垫块,无样品,关闭防护门,打开MISS软件,在通道信息中选择需要实验的通道;分布点击回原点,压力复位,厚度复位。
3)将样品放置在原位膨胀分析仪的样品腔内,使样品中心与垫块中心对应两条激光中心,关团防护门,扣上防爆扣,注意上下垫块对齐;在MISS系统中输入样品长和宽数值,点击开始实验进行测试。
4)以0.5mm/min进行压缩测试,实时记录其厚度变化,直至压为记录值达到1Mpa,得到可压缩量变化,进而可得到样品的压缩率。
在一些实施例中,缓冲件30为多孔材料件。
多孔材料可以通过发泡工艺制成,通过采用此类多孔发泡材料件,可以在提高缓冲件30的可压缩性的基础上,降低制造成本。
在一些实施例中,缓冲件30的材料包括聚氯乙烯、聚乙烯-醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚甲基酰亚胺、聚酰亚胺、聚苯乙烯、改性硅橡胶中的至少一种。
通过控制缓冲件30的主体材料种类,使得材料具有良好的耐电解液腐蚀性、可压缩性、回弹性,保证其在电池单体100全生命周期内的可靠性。
根据本申请第二方面实施例的电池1000,包括根据本申请第一方面实施例的电池单体100。
根据本申请第三方面实施例的用电装置2000,包括根据本申请上述第二方面实施例的电池1000,电池1000用于为用电装置2000提供电能。由此,通过采用上述的电池1000,有利于提升用电装置2000的使用安全性和可靠性。
可选地,如图1所示,当电池1000用于车辆时,电池1000可以设置在车辆的底部、或头部、或尾部。电池1000可以用于车辆的供电,例如,电池1000可以作为车辆的操作电源。车辆还可以包括控制器和马达,控制器用来控制电池1000为马达供电,例如,用于车辆的启动、导航和行驶时的工作用电需求。
下面结合附图描述根据本申请一个具体实施例的电池1000和具有其的车辆。
如图1所示,电池1000设于车辆的底部,并且如图2、图3所示,电池1000包括多个电池单体100,如图7和图8所示,电池单体100包括外壳10、电极组件20和缓冲件30,电极组件20和缓冲件30设置在外壳10内,电极组件20包括卷绕布置的极片21和隔离膜22,极片21和隔离膜22层叠布置后绕卷绕轴线卷绕,形成电极组件20,卷绕后最外侧为隔离膜22,在卷绕方向上,隔离膜22的末端221具有收尾胶23。收尾胶23包括第一胶段231和第二胶段232,第一胶段231覆盖隔离膜22的末端221,第二胶段232位于第一胶段231的一侧,第二胶段232凸出隔离膜22,由此收尾胶23可以将极片21和隔离膜22固定住,使电极组件20整体结构保持稳定,降低发生位移和变形的概率,减少极片21打皱,减少内部短路的概率等。
在极片21和隔离膜22的层叠方向(如图8所示的前后方向)上,缓冲件30覆盖收尾胶23和隔离膜22。
缓冲件30在1MPa下的压缩率为L1,L1≥50%,缓冲件30和收尾胶23在1MPa下的压缩率之比为L1/L2,其中,5≤L1/L2≤30。
缓冲件30的厚度为H1,0.5mm≤H1≤10mm,缓冲件30和收尾胶23的厚度比为H1/H2,10≤H1/H2≤100。
缓冲件30的覆盖收尾胶23的部分的面积和收尾胶23的面积比为S1/S2,S1/S2等于1。
缓冲件30可以将收尾胶23和隔离膜22与相邻的电极组件20或外壳10间隔开,在电极组件20膨胀时缓冲件30发生变形,一定程度上缓解因收尾胶23具有一定厚度而凸出其他部分造成的应力集中的问题,使得具有高度差的两部分受力均匀,提升电池单体100的使用寿命和可靠性。
此外,在电池单体100充放电时,缓冲件30对电极组件20具有一定的支撑作用,可以减少变形,由此还可以改善电极组件20膨胀造成的极片21打皱现象,从而缓解电池单体100循环过程中的析锂或析钠问题。
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 (32)

1.一种电池单体,其特征在于,包括:
外壳;
电极组件,设于所述外壳内,所述电极组件包括极片和隔离膜,所述极片和所述隔离膜层叠后卷绕形成所述电极组件,沿所述电极组件的卷绕方向,所述电极组件具有卷绕末端;
缓冲件,设于所述外壳内,沿所述极片和所述隔离膜的层叠方向,所述缓冲件覆盖所述卷绕末端的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,
沿所述电极组件的卷绕方向,所述电极组件的末端具有收尾胶,所述收尾胶沿卷绕方向的末端形成所述卷绕末端。
3.根据权利要求2所述的电池单体,其特征在于,
所述收尾胶包括第一胶段和第二胶段,所述第一胶段覆盖所述隔离膜的末端或所述极片的末端,所述第二胶段位于所述第一胶段的一侧,所述缓冲件覆盖所述第二胶段的至少一部分。
4.根据权利要求2所述的电池单体,其特征在于,
所述收尾胶包括第一胶段和第二胶段,所述第一胶段覆盖所述隔离膜的末端或所述极片的末端,所述第二胶段位于所述第一胶段的一侧,所述缓冲件覆盖所述第一胶段的至少一部分。
5.根据权利要求2所述的电池单体,其特征在于,所述极片和所述隔离膜绕卷绕轴线卷绕,在所述卷绕轴线的延伸方向上,所述收尾胶具有相对布置的第一端部和第二端部,所述缓冲件覆盖所述第一端部和/或所述第二端部。
6.根据权利要求5所述的电池单体,其特征在于,在所述卷绕轴线的延伸方向上,所述缓冲件的长度尺寸不小于所述收尾胶的长度尺寸。
7.根据权利要求2所述的电池单体,其特征在于,所述缓冲件和所述收尾胶的厚度比为H1/H2,10≤H1/H2≤100。
8.根据权利要求7所述的电池单体,其特征在于,10≤H1/H2≤20。
9.根据权利要求2所述的电池单体,其特征在于,所述缓冲件的覆盖所述收尾胶的部分的面积和所述收尾胶的面积比为S1/S2,0.1≤S1/S2≤1。
10.根据权利要求9所述的电池单体,其特征在于,0.8≤S1/S2≤1。
11.根据权利要求2所述的电池单体,其特征在于,沿所述极片和所述隔离膜的层叠方向,所述缓冲件覆盖所述隔离膜的至少一部分和/或所述极片的至少一部分。
12.根据权利要求2所述的电池单体,其特征在于,所述缓冲件和所述收尾胶在1MPa下的压缩率之比为L1/L2,其中,5≤L1/L2≤30。
13.根据权利要求12所述的电池单体,其特征在于,10≤L1/L2≤20。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的电池单体,其特征在于,沿所述电极组件的卷绕方向,所述隔离膜的末端形成所述卷绕末端。
15.根据权利要求14所述的电池单体,其特征在于,所述缓冲件和所述隔离膜在1MPa下的压缩率之比为L1/L3,其中,1≤L1/L3≤5。
16.根据权利要求15所述的电池单体,其特征在于,2≤L1/L3≤3.5。
17.根据权利要求12所述的电池单体,其特征在于,所述缓冲件和所述隔离膜的厚度比为H1/H3,50≤H1/H3≤700。
18.根据权利要求17所述的电池单体,其特征在于,
所述隔离膜的末端的朝向所述电极组件中心的一侧具有粘性材料。
19.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,
沿所述电极组件的卷绕方向,所述极片的末端形成所述卷绕末端。
20.根据权利要求19所述的电池单体,其特征在于,
所述极片具有极片削薄区,所述缓冲件覆盖所述极片削薄区的至少部分。
21.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,
所述电极组件包括平直区和与所述平直区的端部连接的拐弯区,所述缓冲件与所述平直区和所述拐弯区中的至少一个相对设置。
22.根据权利要求21所述的电池单体,其特征在于,
所述极片的末端位于所述平直区,沿所述极片和所述隔离膜的层叠方向,所述缓冲件覆盖所述极片的末端。
23.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述电极组件包括平直区和与所述平直区的端部连接的拐弯区,
所述极片的末端位于所述拐弯区,所述缓冲件与所述极片的末端错位布置。
24.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述电极组件包括平直区和与所述平直区的端部连接的拐弯区,
沿所述缓冲件与所述电极组件的层叠方向,所述缓冲件投影在所述外壳上的面积为S3,所述平直区的正极活性物质区投影在所述外壳上的面积为S4,其中,0.3≤S3/S4≤1.1。
25.根据权利要求24所述的电池单体,其特征在于,0.5≤S3/S4≤0.9。
26.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述缓冲件的厚度为H1,0.5mm≤H1≤10mm。
27.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述缓冲件在1MPa下的压缩率为L1,L1≥50%。
28.根据权利要求27所述的电池单体,其特征在于,L1≥60%。
29.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述缓冲件为多孔材料件。
30.根据权利要求1所述的电池单体,其特征在于,所述缓冲件的材料为聚氯乙烯、聚乙烯-醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚甲基酰亚胺、聚酰亚胺、聚苯乙烯、改性硅橡胶中的一种。
31.一种电池,其特征在于,包括根据权利要求1-30中任一项所述的电池单体。
32.一种用电装置,其特征在于,包括根据权利要求31所述的电池,所述电池用于提供电能。
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