本技术涉及电池,具体而言,涉及一种电池单体、电池、用电设备及储能装置。
背景技术:
1、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。
2、电池的制造过程中,电池的可靠性是一个不可忽视的问题。因此,如何提高电池的可靠性,是电池技术中一个亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本技术提供一种电池单体、电池、用电设备及储能装置,能够提高电池的可靠性。
2、本技术是通过下述技术方案实现的:
3、第一方面,本技术实施例提供一种电池单体,该电池单体包括外壳。外壳包括壳体和端盖,壳体具有开口,壳体包括第一壁,第一壁包括沿第一方向依次分布的第一开口部和第一本体部,第一方向与端盖的厚度方向平行,第一本体部相较于第一开口部远离开口,第一开口部的厚度大于第一本体部的厚度,端盖与第一开口部连接并封闭开口;其中,第一开口部的最大厚度为t1,第一本体部的厚度为t2,第一壁在第二方向上的尺寸为a,第二方向、第一壁的厚度方向及第一方向两两垂直,满足,120≤a/(t1-t2)≤6000。
4、根据本技术实施例的电池单体,第一壁在第二方向上的尺寸越大,第一开口部越需要增加强度;第一壁在第二方向上的尺寸与第一开口部的最大厚度和第一本体部的厚度差之间满足上述关系,一方面,便于加工制造,第一开口部可以具有较高的强度,能够降低壳体在壳体和端盖的焊接区域附近疲劳开裂的风险,提高电池单体的可靠性;另一方面,第一开口部占用较小的装配空间,电池单体可以具有较高的能量密度。
5、根据本技术的一些实施例,400≤a/(t1-t2)≤3000,可选地,500≤a/(t1-t2)≤2000。
6、在上述方案中,相较于120≤a/(t1-t2)≤6000,当400≤a/(t1-t2)≤3000,或500≤a/(t1-t2)≤2000时,加工制造难度较低,第一开口部可以具有较高的强度,并且电池单体具有较高的能量密度。
7、根据本技术的一些实施例,70mm≤a≤600mm。
8、在上述方案中,第一壁在第二方向上的尺寸a满足上述关系,电池单体在第二方向上具有较大的尺寸,使得电池单体可以具有较高的能量密度。
9、根据本技术的一些实施例,100mm≤a≤500mm。
10、在上述方案中,相较于70mm≤a≤600mm,当100mm≤a≤500mm时,电池单体既可以具有较高的能量密度,又便于加工制造。
11、根据本技术的一些实施例,第一开口部包括相互连接的第一段和第二段,第一段、第二段和第一本体部沿第一方向依次分布,第二段的最大厚度大于第一本体部的厚度,第二段的最大厚度大于第一段的最大厚度,端盖与第一段连接。
12、在上述方案中,第一段、第二段和第一本体部沿第一方向依次分布,端盖与第一段连接,使得第二段紧邻端盖与第一段的连接部位,第二段的最大厚度大于第一本体部的厚度,第二段的最大厚度大于第一段的最大厚度,使得第一开口部具有较高的强度,能够降低壳体在壳体和端盖的焊接区域附近疲劳开裂的风险,提高电池单体的使用寿命和可靠性。
13、根据本技术的一些实施例,第二段与第一段之间形成有第一台阶面,端盖搭接于第一台阶面。
14、在上述方案中,端盖搭接于第一台阶面,便于实现对端盖的定位。
15、根据本技术的一些实施例,壳体还包括第二壁,第二壁与第一壁相邻设置,第二壁与端盖连接,第一壁的外表面的面积大于第二壁的外表面的面积。
16、在上述方案中,第二壁与第一壁相邻设置,第二壁与第一壁的同一端共同围成开口;第一壁的外表面的面积大于第二壁的外表面的面积,第一壁在第二方向上的尺寸大于第二壁在第二方向上的尺寸,第一壁可以为电池单体的较大的面,第一开口部加厚处理,能够降低壳体在壳体和端盖的焊接区域附近疲劳开裂的风险。
17、根据本技术的一些实施例,第二壁包括沿第一方向依次分布的第二开口部和第二本体部,第二本体部相较于第二开口部远离开口,第二开口部的最大厚度大于第二本体部的厚度。
18、在上述方案中,第二开口部靠近开口,第二开口部加厚处理,能够提高第二壁的强度,降低壳体在壳体和端盖的焊接区域附近在电池单体热失控或产气量过大时开裂的风险。
19、根据本技术的一些实施例,第二壁在第三方向上的尺寸为b,第三方向、第二方向及第一方向两两垂直,满足,40mm≤b。
20、在上述方案中,第二壁在第三方向上的尺寸满足上述关系,能够提高第二壁的强度,约束第二壁的膨胀变形,降低壳体在壳体和端盖的焊接区域附近开裂的风险,加工制造难度较低。
21、根据本技术的一些实施例,第二开口部包括相互连接的第三段和第四段,第三段、第四段和第二本体部沿第一方向依次分布,第四段的最大厚度大于第二本体部的厚度,第四段的最大厚度大于第三段的最大厚度,第四段与第三段之间形成有第二台阶面,端盖搭接于第二台阶面并与第三段连接。
22、在上述方案中,第三段、第四段和第二本体部沿第一方向依次分布,端盖与第三段连接,使得第四段紧邻端盖与第三段的连接部位,第四段的最大厚度大于第二本体部的厚度,第四段的最大厚度大于第三段的最大厚度,使得第二开口部具有较高的强度,能够降低壳体在壳体和端盖的焊接区域附近开裂的风险,提高电池单体的使用寿命和可靠性。端盖搭接于第二台阶面,便于实现对端盖的定位。
23、根据本技术的一些实施例,电池单体还包括电极组件,电极组件设置于外壳内,电极组件包括主体区,主体区设置有活性物质,主体区具有面向端盖的第一表面,端盖具有背离电池单体内部的第二表面,沿端盖的厚度方向,第一表面与第二表面之间的距离为h,满足,0.3mm2≤h*(t1-t2)≤10mm2。
24、在上述方案中,电极组件设置于外壳内,电极组件的第一表面与壳体的第二表面之间的距离、以及第一开口部的最大厚度与第一本体部的厚度之差满足上述关系,在第一开口部的强度较高的情况下,使得电极组件与开口之间具有一定的空间,降低电极组件与壳体内的部件之间的干涉,并且电极组件对壳体与端盖的焊接区域的影响较小,同时,第一开口部占用的空间较小,壳体内的空间利用率较高,电池单体具有较高的能量密度。
25、根据本技术的一些实施例,0.4mm2≤h*(t1-t2)≤7.5mm2。
26、在上述方案中,相较于0.3mm2≤h*(t1-t2),当0.4mm2≤h*(t1-t2)时,第一开口部可以具有较高的强度,电极组件与开口之间可以具有较大的空间,进一步降低电极组件膨胀对壳体与端盖的焊接区域的影响;相较于h*(t1-t2)≤10mm2,当h*(t1-t2)≤7.5mm2时,第一开口部占用的空间较小,并且壳体内的空间利用率较高,电池单体能够具有较高的能量密度。
27、根据本技术的一些实施例,4.5mm≤h≤20mm。
28、在上述方案中,第一表面与第二表面之间的距离满足上述关系,一方面,能够降低电极组件与壳体内的部件之间的干涉风险,另一方面,合理利用壳体内的空间利用率,电池单体可以具有较高的能量密度。
29、根据本技术的一些实施例,5mm≤h≤15mm。
30、在上述方案中,相较于4.5mm≤h≤20mm,当5mm≤h≤15mm时,在降低电极组件与壳体内的部件之间干涉的情况下,合理利用壳体内的空间,使得电池单体具有较高的能量密度。
31、根据本技术的一些实施例,t1、t2满足以下条件中至少一者:(1)0.1mm≤t1-t2≤2mm;(2)0.5mm≤t1≤4mm;(3)0.4mm≤t2≤2mm。
32、在上述方案中,当t1、t2满足上述条件时,第一开口部具有较高的强度,并且第一开口部占用较小的装配空间,电池单体具有较高的能量密度。
33、根据本技术的一些实施例,t1、t2满足以下条件中至少一者:(1)0.2mm≤t1-t2≤1mm(2)0.7mm≤t1≤2mm;(3)0.4mm≤t2≤1mm。
34、在上述方案中,相较于t1、t2满足(1)0.1mm≤t1-t2≤2mm;(2)0.5mm≤t1≤4mm;(3)0.4mm≤t2≤2mm,当t1、t2满足(1)0.2mm≤t1-t2≤1mm;(2)0.7mm≤t1≤2mm;(3)0.4mm≤t2≤1mm时,在降低加工制造难度、提高第一开口部的强度的情况下,第一开口部占用的装配空间较小,电池单体具有较高的能量密度。
35、根据本技术的一些实施例,电池单体还包括电极组件,电极组件包括主体区,主体区设置有活性物质,主体区具有面向端盖的第一表面,沿第一本体部指向第一开口部的方向,第一开口部超出第一表面。
36、在上述方案中,沿第一本体部指向第一开口部的方向,第一开口部超出第一表面,能够降低第一开口部与主体部干涉的风险。
37、根据本技术的一些实施例,壳体和端盖焊接形成焊接区域,第一开口部的除焊接区域以外的部分的平均晶粒尺寸大于第一本体部的平均晶粒尺寸,平均晶粒尺寸为晶粒在第一壁的厚度方向上的平均晶粒尺寸。
38、在上述方案中,第一开口部的除焊接区域以外的部分的平均晶粒尺寸大于第一本体部的平均晶粒尺寸,有利于增强第一开口部的强度,使得第一开口部具有较高的强度,降低壳体在壳体和端盖的焊接区域附近开裂的风险。
39、根据本技术的一些实施例,在第一壁的平行于第一壁的厚度方向的剖面上,第一开口部的位于焊接区域以下的部分,在剖面的宽度方向上,晶粒个数大于或等于15。
40、在上述方案中,在剖面的宽度方向上,晶粒个数大于或等于15,有利于增强第一开口部的强度,使得第一开口部具有较高的强度。
41、根据本技术的一些实施例,第一开口部的除焊接区域以外的部分的平均晶粒尺寸范围为70μm-1200μm;和/或,第一本体部的平均晶粒尺寸范围为30μm-1000μm。
42、在上述方案中,第一开口部的平均晶粒尺寸和/或第一本体部的平均晶粒尺寸满足上述关系,有利于增强第一开口部的强度,使得第一开口部具有较高的强度。
43、第二方面,本技术实施例提供了一种电池,该电池包括如上述任一实施例提供的电池单体。
44、根据本技术的一些实施例,电池单体的数量为多个,多个电池单体沿第三方向层叠设置,电池还包括端板,沿第三方向,端板设置于多个电池单体的端部,第三方向、第二方向及第一方向两两垂直,沿第一本体部指向第一开口部的方向,第一开口部的至少部分超过端板。
45、在上述方案中,端板设置于多个电池单体在第三方向上的端部,端板与相邻的电池单体的壳体具有较大的连接面积,以形成对壳体的约束,降低壳体在壳体和端盖的焊接区域附近开裂的风险。
46、根据本技术的一些实施例,端板面向第一壁设置。
47、在上述方案中,端板面向第一壁设置,端板与第一本体部具有较大的接触面积,在电池单体充放电循环过程中,端板能够对第一壁进行约束,以降低壳体在壳体和端盖的焊接区域附近开裂的风险。
48、第三方面,本技术实施例提供了一种用电设备,该用电设备包括如上述任一实施例提供的电池单体或电池。
49、第四方面,本技术实施例提供了一种储能装置,该储能装置包括如上述任一实施例提供的电池单体或电池。
50、本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本技术的实践了解到。