CN116918138A - 电池单体及其制造方法、制造设备、电池和用电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种电池单体及其制造方法、制造设备、电池和用电装置，其中，电池单体包括：壳体(1)，设有开口(11)，壳体(1)具有与开口(11)邻接的第一侧壁(12)，第一侧壁(12)上设有凹入部(121)；电极组件(3)，设在壳体(1)内；和第一换热部(4)，设在第一侧壁(12)外且位于凹入部(121)内，被配置为与壳体(1)换热。
Description
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池单体及其制造方法、制造设备、电池和用电装置。
锂电池具有能量密度高、功率密度高、循环使用次数多、存储时间长等优点，在电动汽车上面已普遍应用。
但是，电动汽车中电池在长期工作时发热较多，难以达到较好的散热效果，会影响电池的工作性能。
发明内容
本申请的目的在于提高电池的工作性能。
根据本申请的第一方面，提供了一种电池单体，包括：
壳体，设有开口，壳体具有与开口邻接的第一侧壁，第一侧壁上设有凹入部；
电极组件，设在壳体内；和
第一换热部，设在第一侧壁外且位于凹入部内，被配置为与壳体换热。
在一些实施例中，壳体具有相对设置的两个第一侧壁，且每个第一侧壁的凹入部内均设有第一换热部。
在一些实施例中，壳体具有第二侧壁，开口朝向第一方向设置，第二侧壁与开口相对设置，在第一方向上，第一换热部的第一侧端抵靠于凹入部的外侧壁，第一换热部的第二侧端不低于第二侧壁。
在一些实施例中，壳体具有第二侧壁，第二侧壁与开口相对设置，电池单体还包括第二换热部，第二换热部设置于第二侧壁外，被配置为与壳体换热。
在一些实施例中，开口朝向第一方向设置，凹入部沿第一方向设在靠近第二侧壁的一端，第二换热部沿第二方向的端部延伸至与第一换热部抵接。
在一些实施例中，壳体具有相对设置的两个第一侧壁，且每个第一侧壁的凹入部内均设有第一换热部，第二换热部与两个第一换热部一体成型。
在一些实施例中，开口朝向第一方向设置，电极组件还包括主体部和极性相反的 两种极耳，两种极耳沿第二方向分别从主体部的两端引出，第二方向垂直于第一方向，极耳与同侧的凹入部沿第一方向错开设置；
电池单体还包括端盖组件和两个转接件，端盖组件被配置为封闭开口且包括端盖本体和设在端盖本体上极性相反的两种电极端子，转接件被配置为将沿第二方向位于同侧的极耳与电极端子电连接。
在一些实施例中，转接件包括成角度连接的第一部和第二部，第一部与极耳连接，第二部与电极端子连接。
在一些实施例中，第一部的自由端沿第一方向超出极耳的端部，且和凹入部与第一部相对的内侧壁之间具有第一预设间隙L1。
在一些实施例中，转接件还包括第三部，第三部连接于第二部远离第一部的一端，且第三部位于主体部与凹入部之间。
在一些实施例中，第一部的自由端沿第一方向不超过极耳的端部。
在一些实施例中，电极组件为卷绕结构，且电极组件的卷绕轴线沿第二方向设置，电极组件具有扁平面，扁平面垂直于第三方向设置，第三方向垂直于第一方向和第二方向；和/或
电极组件为层叠结构，电极组件具有极性相反且沿第三方向叠加设置的第一极片和第二极片，第三方向垂直于第一方向和第二方向。
在一些实施例中，电池单体还包括端盖组件，用于封闭开口，开口朝向第一方向设置，电极组件还包括主体部和极性相反的两种极耳，极耳从主体部的侧端沿第一方向朝向端盖组件引出。
在一些实施例中，主体部沿第一方向等宽。
在一些实施例中，主体部沿第一方向分为第一子部和第二子部，第一子部沿第二方向的端部超过第二子部的端部，以在第一子部和第二子部的连接处形成台阶，第一子部的端部沿第二方向延伸至超过凹入部与主体部相对的内壁；其中，第二方向垂直于第一方向。
在一些实施例中，电极组件为卷绕结构，且电极组件的卷绕轴线沿第一方向设置，电极组件具有扁平面，扁平面垂直于第三方向设置；和/或
电极组件为层叠结构，电极组件具有极性相反且沿第三方向叠加设置的第一极片和第二极片；
其中，第一侧壁沿第二方向位于主体部的侧面，第三方向垂直于第一方向和第二方向。
根据本申请的第二方面，提供了一种电池模块，包括上述实施例的电池单体。
在一些实施例中，开口朝向第一方向设置，多个电池单体沿第二方向分为多组子模块，第二方向垂直于第一方向，相邻两组子模块中沿第二方向设置的两个电池单体的凹入部相对设置，且两个凹入部内的两个第一换热部一体设置。
在一些实施例中，壳体具有第二侧壁，第二侧壁与开口相对设置，电池单体还包括第二换热部，第二换热部设置于第二侧壁外，沿第二方向设置的多个电池单体的第二换热部与第一换热部一体设置。
在一些实施例中，沿第二方向位于最外侧的第一换热部与第一侧壁平齐或超出第一侧壁。
根据本申请的第三方面，提供了一种电池，包括上述实施例的电池单体，和/或电池模块。
根据本申请的第四方面，提供了一种用电装置，包括上述实施例的电池单体，和/或电池模块，和/或电池。
根据本申请的第五方面，提供了一种电池单体的制造方法，包括：
壳体提供步骤：提供壳体，壳体设有开口，且壳体具有与开口邻接的第一侧壁，第一侧壁上设有凹入部；
电极放置步骤：将电极组件设在壳体内；
换热部安装步骤：将第一换热部设在第一侧壁外且位于凹入部内，以便与壳体换热。
根据本申请的第六方面，提供了一种电池单体的制造设备，包括：
壳体提供装置，被配置为提供壳体，壳体设有开口，且壳体具有与开口邻接的第一侧壁，第一侧壁上设有凹入部；
电极放置装置，被配置为将电极组件设在壳体内；和
换热部安装装置，被配置为将第一换热部设在第一侧壁外且位于凹入部内，以便与壳体换热。
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为本申请将电池安装于车辆的一些实施例的结构示意图。
图2为本申请电池的一些实施例的结构示意图。
图3为本申请电池单体的第一实施例的剖视图。
图4为图3所示电池单体隐藏第一换热部和第二换热部的示意图。
图5为本申请电池单体的第二实施例的剖视图。
图6为本申请电池单体的第三实施例的剖视图。
图7为呈卷绕结构的电极组件的一些实施例的结构示意图。
图8为呈层叠结构的电极组件的一些实施例的结构示意图。
图9为本申请电池单体的第四实施例的剖视图。
图10为本申请电池单体的第五实施例的剖视图。
图11为本申请电池模块的一些实施例的剖视图。
图12为本申请电池模块的另一些实施例的剖视图。
图13为本申请电池单体制造方法的一些实施例的流程示意图。
图14为本申请电池单体制造设备的一些实施例的模块组成示意图。
在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。
标记说明：
100、电池单体；1、壳体；11、开口；12、第一侧壁；121、凹入部；13、第二侧壁；2、端盖组件；21、端盖本体；22、电极端子；3、电极组件；31、主体部；311、第一子部；312、第二子部；313、台阶；32、极耳；33、第一极片；34、第二极片；35、隔膜；36、扁平面；37、圆弧面；4、第一换热部；5、第二换热部；6、转接件；61、第一部；62、第二部；63、第三部；
200、电池模块；200’、子模块；
300、电池；301、壳体组件；301A、箱体；301B、盖体；
400、车辆；401、车桥；402、车轮；403、马达；404、控制器；
500、制造设备；510、壳体提供装置；520、电极放置装置；530、换热部安装装置；
x、第一方向；y、第二方向；z、第三方向；K、卷绕轴线。
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。
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些实施例中。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“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)。
本申请采用了“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系的描述，这仅是为了便于描述本申请，而不是指示或暗示所指的装置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保护范围的限制。
本申请的实施例所提到的电池是指包括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。
目前的电池单体通常包括壳体和容纳于壳体内的电极组件，并在壳体内填充电解 质。电极组件主要由极性相反的第一极片和第二极片层叠或卷绕形成，并且通常在第一极片与第二极片之间设有隔膜。第一极片和第二极片涂覆有活性物质的部分构成电极组件的主体部，第一极片和第二极片未涂覆活性物质的部分各自构成第一极耳和第二极耳。在锂离子电池中，第一极片可以为正极极片，包括正极集流体和设于正极集流体两侧的正极活性物质层，正极集流体的材料例如可以为铝，正极活性物质例如可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等；第二极片可以为负极极片，包括负极集流体和设于负极集流体两侧的负极活性物质层，负极集流体的材料例如可以为铜，负极活性物质例如可以为石墨或硅等。第一极耳和第二极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池单体的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳连接端子以形成电流回路。
发明人在实践中发现，电池在长期工作过程中发热较多，难以达到较好的散热效果，会影响电池的工作性能，使电池在放电过程中难以达到较优的性能参数，或在充电过程中限制快充的大倍率应用。或者如果电池在低温环境下使用，由于温度较低也难以使电池发挥出最佳的工作性能。
基于上述技术问题的发现，发明人想到在电池单体外设置换热部件，以电池工作时散热为例，换热部件的设置位置会极大地影响电池单体的散热效果。通过分析和试验，发现电池单体靠近电极端子、极耳或者转接件的区域温度较高，转接件用于连接电极端子和极耳，换热部件的设置位置最好靠近温度较高的区域。按照此种思路，本申请对电池单体进行改进。
本申请的电池单体、电池模块和电池单体可用于用电装置，可为用电装置提供电能，装置可以是手机、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。
如图1所示，用电装置可以是车辆400，例如新能源汽车，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；或者用电装置也可以是无人机或轮船等。具体地，车辆400可包括车桥401、连接于车桥401的车轮402、马达403、控制器404和电池300，马达403用于驱动车桥401转动，控制器404用于控制马达403工作，电池300可以设置在车辆400的底部、头部或尾部，用于为马达403以及车辆中其它部件的工 作提供电能。
图2为本申请电池300的一些实施例的结构示意图，电池300包括壳体组件301和电池单体100。在电池300中，电池单体100可以是一个，也可以是多个。若电池单体100为多个，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，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200，多个电池模块200再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于壳体组件301内。也可以是所有电池单体100之间直接串联或并联或混联在一起，再将所有电池单体100构成的整体容纳于壳体组件301内。
壳体组件301内部为中空结构，至少一个电池模块200容纳于壳体组件301内。例如，壳体组件301可以包括箱体301A和盖体301B。箱体301A和盖体301B扣合在一起。例如，箱体301A和盖体301B均可以为中空长方体且各自只有一个面为开口面，箱体301A的开口和盖体301B的开口相对设置，并且箱体301A和盖体301B相互扣合形成具有封闭腔室的箱体。也可以为，箱体301A为具有开口的长方体而盖体301B为板状，或者盖体301B为具有开口的长方体而箱体301A为板状，箱体301A和盖体301B相对设置并扣合而形成具有封闭腔室的箱体。至少一个电池模块200相互并联或串联或混联组合后，置于箱体301A和盖体301B扣合后形成的封闭腔室内。
在一些实施例中，如图3和图4所示，本申请提供了一种电池单体100，包括壳体1、电极组件3和第一换热部4。其中，壳体1设有开口11，壳体1具有与开口11邻接的第一侧壁12，第一侧壁12上设有凹入部121；电极组件3设在壳体1内；第一换热部4设在第一侧壁12外且位于凹入部121内，被配置为与壳体1换热，以调节电极组件3的温度。
其中，壳体1为中空结构，用于容纳电极组件3。电池单体100还可包括端盖组件2，端盖组件2用于封闭开口11，端盖组件2可包括端盖本体21和极性相反的两种电极端子22。例如，对于长方体的电池单体100，壳体1为中空长方体结构，端盖本体21呈矩形板状结构，两种电极端子22分别为正极端子和负极端子，每种电极端子22可设置一个，或者也可设置多个，电极端子22可矩形柱体或圆柱体等结构。
电极组件3可采用卷绕结构或层叠结构。电极组件3可包括主体部31和极性相反的两种极耳32，极耳32从主体部31的侧端引出，极耳32与电极端子22可直接电连接；或者电池单体100还可包括转接件6，极耳32与电极端子22通过转接件6电连接。
例如，电极组件3具有正极极片和负极极片，正极极片包括正极集流体和设于正极集流体两侧的正极活性物质层，负极极片包括负极集流体和设于负极集流体两侧负正 极活性物质层，正极极片和负极极片涂覆有活性物质的部分构成电极组件3的主体部31，正极极片和负极极片未涂覆活性物质的部分各自构成正极极耳和负极极耳。
壳体1具有与开口11邻接的第一侧壁12，若开口11朝向第一方向x设置，则第一侧壁12垂直于第二方向y设置，第二方向y垂直于第一方向x，与开口11邻接的第一侧壁12有四个，可在其中的一个、两个或更多个第一侧壁12上设置凹入部121。在第一侧壁12厚度较大的情况下，凹入部121可以是直接开设在第一侧壁12外表面上的凹槽；或者在第一侧壁12厚度较小的情况下，凹入部121可以是第一侧壁12的部分区域整体朝向电极组件3凹陷形成凹入部121。凹入部121可以设在第一侧壁12上的封闭区域，或者也可设在第一侧壁12靠近边缘的位置，使凹入部121的至少部分侧边开放。
第一换热部4设在第一侧壁12外且位于凹入部121内，在多个电池单体100成组时在第二方向y上无需占据额外的空间，第一换热部4与壳体1可接触实现或具有间隙。第一换热部4可以采用板状结构，例如矩形或其它形状的板状结构。第一换热部4可通过粘接或紧固件与壳体1固定。
当电池单体100工作于高温环境，或长期工作发热量较大时，第一换热部4用于对电池单体100进行散热。第一换热部4可以为散热板，其上设有散热片以强化散热效果。可选地，第一换热部4用于容纳流体以给电池单体100主动冷却，流体可以是液体或气体，此时，第一换热部4也可以称为冷却部件、冷却***或冷却板等，其容纳的流体也可以称为冷却介质或冷却流体，更具体的，可以称为冷却液或冷却气体，冷却液可以为水、水和乙二醇的混合液，冷却气体可以为空气等。
。可选地，第一换热部4也可通过对导电部件的控制进行主动冷却。
当电池单体100在低温环境下工作时，第一换热部4也可以用于加热以给多个电池单体100升温，以使电池单体100处于合适的工作温度以充分发挥电池性能。可选地，第一换热部4用于容纳流体以给电池单体100主动加热，流体可以是液体或气体。可选地，第一换热部4也可通过对导电部件的控制进行主动加热。
该实施例的电池单体100通过在壳体1的第一侧壁12上设置第一换热部4，由于第一侧壁12与开口11邻接更加靠近极耳32、电极端子22或转接件6等发热量较大的区域，能够通过第一换热部4与壳体1换热达到更优的温度调节效果，提高温度调节的响应速度，从而调节电极组件3的温度，使电极组件3中的活性物质在合适的温度下工作以充分发挥性能，例如提高放电性能以达到较优的性能参数，或提高快充倍率，还能提高电池单体100工作可靠性和安全性。
而且，由于第一换热部4设在凹入部121内，可减小对第一侧壁12以外空间的占 用，便于将多个电池单体100组合为电池模块200，可减小电池模块200的体积。例如，第一侧壁12垂直于第二方向y，若在第二方向y上并排设置多个电池单体100，可使相邻电池单体100接触布置，有利于平衡电池模块200中多个电池单体100的温度。此外，第一换热部4可实现冷却和加热功能中的至少一种，能够根据电池单体100的工作需求设置第一换热部4的功能，通用性较强。
在一些实施例中，壳体1具有相对设置的两个第一侧壁12，且每个第一侧壁12的凹入部121内均设有第一换热部4。
其中，若开口11朝向第一方向x设置，两个第一侧壁12均垂直于第二方向y，且位于电极组件3沿第二方向y的两端。例如，两个相对的第一侧壁12的凹入部121可正对设置，两个凹入部121的形状和尺寸可相同，以降低制造工艺难度，并简化其它部件的布局难度。
该实施例通过在两个相对的第一侧壁12的凹入部121内均设置第一换热部4，能够使电极组件3沿第二方向y的两侧同时换热，可提高换热效率，并使电极组件3内部各处的温度更加均匀，有利于提高电池单体100的工作性能。例如，若通过第一换热部4进行散热，则能够提高电池单体100在工作过程中的散热性能，以保持在合适的温度工作，从而提高电池单体100工作的性能、可靠性和安全性。
在一些实施例中，壳体1具有第二侧壁13，开口11朝向第一方向x设置，第二侧壁13与开口11相对设置，在第一方向x上，第一换热部4的第一侧端抵靠于凹入部121的外侧壁，第一换热部4的第二侧端不低于第二侧壁13。
其中，凹入部121与第一换热部4的第一侧端抵靠的侧壁可以垂直于第一方向x，或者倾斜设置。在第二方向y上，第一换热部4与第一侧壁12位于凹入部121以外的外表面平齐，能够在不增加电池单体100体积的基础上最大化地提高换热效果；或者第一换热部4低于第一侧壁12位于凹入部121以外的外表面；或者第一换热部4高于第一侧壁12位于凹入部121以外的外表面，以增强换热效果。在第三方向z上，第三方向z垂直于第一方向x和第二方向y，第一换热部4的尺寸可与壳体1的尺寸一致，以增强换热效果。
该实施例能够充分利用凹入部121的空间，尽量增大第一换热部4沿第一方向x的尺寸，以提高第一换热部4与电极组件3进行换热的效果，提高电池单体100的工作性能。
在一些实施例中，壳体1具有第二侧壁13，第二侧壁13与开口11相对设置，电池单体100还包括第二换热部5，第二换热部5设置于第二侧壁13外，被配置为与壳体1 换热。
其中，若开口11朝向第一方向x设置，则第二侧壁13垂直于第一方向x。第二换热部5设在第二侧壁13外，以通过与壳体1换热对电极组件3进行温度调节。第二换热部5与第二侧壁13可接触或者具有间隙，第二换热部5可采用板状结构等，其可采用第一换热部4的换热形式。
该实施例在与开口11相对的第二侧壁13外设置第二换热部5，可与第一换热部4共同发挥换热作用，能够增加换热面积，从而提高换热效率，并使电极组件3内部各区域温度更加均匀，提高电池单体100的工作性能。而且，在多个电池单体100形成电池模块200时，第二侧壁13一般不与其它电池单体100贴合，因此可减少设置第二换热部5对电池单体100成组的影响。
在一些实施例中，开口11朝向第一方向x设置，凹入部121沿第一方向x设在靠近第二侧壁13的一端，第二换热部5沿第二方向y的端部延伸至与第一换热部4抵接。
其中，凹入部121沿第一方向x设在靠近第二侧壁13的一端，使凹入部121的部分侧壁开放，第二换热部5沿第二方向y的端部与第一换热部4抵接，可使第一换热部4与第二换热部5处于连接状态，例如粘接、焊接或紧固件固定的方式连接，以便至少一个第一换热部4和第二换热部5组成的换热部件可整体安装，降低装配难度。可选地，第二换热部5沿第二方向y的端部与第一换热部4之间也可存在预设距离。
该实施例通过使第二换热部5沿第二方向y的端部与第一换热部4抵接，能够提高第二换热部5的延伸长度，以提高换热效果，而且能够平衡第二换热部5和第一换热部4的温度，进一步提高电极组件3内部温度的均匀性。此外，如果第二换热部5和第一换热部4采用流体换热，可共用流体供应或回收部件，以简化结构。
在一些实施例中，壳体1具有相对设置的两个第一侧壁12，且每个第一侧壁12的凹入部121内均设有第一换热部4，第二换热部5与两个第一换热部4一体成型。
该实施例能够简化换热部件的结构，易于保证第二换热部5和两个第一换热部4与电池单体100之间的安装配合精度，而且能够提高电池单体100的装配效率。
在一些实施例中，如图3至图6所示，开口11朝向第一方向x设置，电极组件3还包括主体部31和极性相反的两种极耳32，两种极耳32沿第二方向y分别从主体部31的两端引出，第二方向y垂直于第一方向x，极耳32与同侧的凹入部121沿第一方向x错开设置。为了设置第一换热部4，极耳32沿第一方向x可偏离主体部31的中间区域引出。
电池单体100还包括端盖组件2和两个转接件6，端盖组件2被配置为封闭开口 11，且包括端盖本体21和设在端盖本体21上极性相反的两种电极端子22，转接件6被配置为将沿第二方向y位于同侧的极耳32与电极端子22电连接。极耳32弯折后与转接件6电连接。
该实施例使极耳32沿第二方向y从主体部31的端部引出，且与同侧的凹入部121沿第一方向x错开设置，能够使极耳32从第一侧壁12与主体部31之间位于凹入部121以外的区域引出，在第一方向x上，主体部31与第一侧壁12位于凹入部121以外部分之间的距离大于主体部31与凹入部121之间的距离，因此，可使极耳32充分利用该区域的空间，而且还能利用凹入部121所在区域设置第一换热部4，能够在电池单体100沿第二方向y尺寸不增加的情况下提高换热效果。
而且，由于第一换热部4沿第二方向y与主体部31的极片的侧端相对，即与主体部31用于浸入电解液的端部相对，能够通过第一换热部4使多层极片同时换热，可提高换热速度。此外，第一换热部4能够同时对主体部31的侧端和转接件6进行换热。
在一些实施例中，转接件6包括成角度连接的第一部61和第二部62，第一部61与极耳32连接，第二部62与电极端子22连接。例如，第一部61和第二部62可垂直设置。第一部61可位于主体部31与第一侧壁12之间，第二部62位于主体部31与端盖组件2之间。其中，极耳32可从第一部61沿第三方向z的端部弯折至第一部61远离主体部31的一侧。
该实施例能够通过弯折的转接件6方便地实现极耳32与电极端子22的连接。
在第一施例中，如图4所示，第一部61的自由端沿第一方向x超出极耳32的端部，且和凹入部121与第一部61相对的内侧壁之间具有第一预设间隙L1。
其中，主体部31与凹入部121的内壁之间沿第二方向y之间具有第二预设间隙L2。例如，凹入部121的凹陷深度可设置为[1mm,10mm],优选[2mm,5mm]，凹入部121沿第一方向x的长度为h，电池单体100沿第一方向的尺寸为H，h∈[1,80mm]或者h≈(1/3-2/3)H。第一预设间隙L1∈[0,10mm]，该值越小对转接件6的换热效果越好，L2∈[0,10mm]，该值越小对电极组件3的换热效果越好。
该实施例能够使第一部61的自由端超出极耳32的端部，且尽量靠近第一换热部4，便于对转接件6快速换热，而且，主体部31与凹入部121相对的部分也能通过第一换热部4快速换热，可提高对电极组件3的换热效率；且第一部61的自由端与凹入部121与第一部61相对的内侧壁之间具有第一预设间隙L1，可防止由于装配误差使第一部61的自由端与壳体1发生碰撞干涉而变形。
在第二施例中，如图5所示，在图4所示第一实施例的基础上，转接件6还可包 括第三部63，第三部63连接于第一部61远离第二部62的一端，且第三部63位于主体部31与凹入部121之间。
其中，第三部63相对于第一部61沿第二方向y朝向靠近主体部31的一侧偏移，并在连接处形成弯折结构，第一部61与第三部63的连接处位于极耳32沿第一方向x的端部。第三部63沿第一方向x的延伸长度可不超出主体部31的端部。第三部63与主体部31之间可接触，以提高转接件6安装的牢固性和稳定性，并防止第三部63在装配时与壳体1发生干涉。第三部63与凹入部121内壁直接按的间隙可设计为[0，5mm]，该间隙越小换热效果越好。可选地，第三部63与主体部31之间也可具有间隙。
该实施例通过使转接件6在与极耳32连接后，进一步弯折并延伸至第一换热部4所在的区域，能够增加转接件6与第一换热部4的换热面积，使转接件6可同时通过第一换热部4的相邻两个侧面进行换热，能够实现转接件6的快速导热，提高换热效率。在电池单体100工作过程中，可防止转接件6由于集中发热或过流而温度过高，从而提高电池单体100工作的性能、可靠性和安全性。
在第三实施例中，如图6所示，第一部61的自由端沿第一方向x不超过极耳32的端部。
该实施例使第一部61的自由端沿第一方向x不超过极耳32的端部，能够使极耳32更接近第一换热部4以便于实现快速导热，而主体部31也未被转接件6遮挡，可实现主体部31的快速换热，因此能够提高电极组件3的整体换热效率。
对于第一、第二和第三实施例，电极组件3可采用两种结构形式。
其一，如图7所示，电极组件3为卷绕结构，且电极组件3的卷绕轴线K沿第二方向y设置，两种极耳32分别从主体部31沿第二方向y的两端分别引出。电极组件3具有扁平面36，扁平面36垂直于第三方向z设置，第三方向z垂直于第一方向x和第二方向y。
具体地，电极组件3还具有圆弧面37，其外表面具有两个扁平面36和两个圆弧面37，两个扁平面36沿第三方向z平行相对设置，扁平面36大致平行于卷绕轴线K且为面积最大的外表面。扁平面36可以是相对平整的表面，并不要求是纯平面。其中一个圆弧面37连接在两个扁平面36各自的第一端，另一个圆弧面37连接在两个扁平面各自的第二端。在制作电极组件3时，电极组件3可直接卷绕为扁平状，也可以先卷绕成中空的圆柱形结构，卷绕之后再压平为扁平状。
电极组件3由极性相反的第一极片33、第二极片34和隔膜35卷绕形成，第一极片33和第二极片34交替设置，隔膜35将第一极片33和第二极片34隔开。第一极片33 和第二极片34的形状基本相同，可以是长条形带状结构。卷绕后主体部31可以为圆柱体、扁平体、长方体或其它形状。例如，第一极片33可以为正极极片，第二极片34为负极极片；或者第一极片33为负极极片，第二极片34为正极极片。
该实施例采用卷绕式电极组件3，易于实现机械化加工和装配，均一性更有保证，利于批量生产。
其二，如图8所示，电极组件3为卷绕结构，且电极组件3为层叠结构，电极组件3具有极性相反且沿第三方向z叠加设置的第一极片33和第二极片34，第三方向z垂直于第一方向x和第二方向y。
具体地，电极组件3通过第一极片33、第二极片34和隔膜35沿第三方向z叠加设置，第一极片33和第二极片34交替设置，且隔膜35将第一极片33和第二极片34隔开。
该实施例采用叠片式电极组件3，尺寸设置比较灵活，第一极片33和第二极片34可裁切为矩形结构，可更好地占用壳体1内的空间，提高电池单体100的能量密度。而且，对于在两个相对的第一侧壁12上分别设置第一换热部4，并在于开口11相对的第二侧壁13上设置第二换热部5的结构来讲，两个第一换热部4和第二换热部5均于电极组件3的极片的侧端相对，与卷绕式电极组件3相比，能够使电极组件3的三个端面同时快速换热，能够提高换热效率。
在一些实施例中，如图9和图10所示，电池单体100还包括端盖组件2，用于封闭开口11，开口11朝向第一方向x设置，电极组件3还包括主体部31和极性相反的两种极耳32，极耳32从主体部31的侧端沿第一方向x朝向端盖组件2引出。
其中，壳体1设有一个开口11，两种极耳32可从主体部31的同一侧端朝向端盖组件2引出；或者壳体1沿第一方向x的两端分别设有开口11，每个开口11均通过端盖组件2封闭，两种极耳32可从主体部31的两端分别朝向相应的端盖组件2引出。
该实施例便于将极耳32与电极端子22电连接，可在主体部31沿第二方向y的两侧省去极耳32和转接件6占用的空间，利于增加第一换热部4沿第一方向x的尺寸，能够满足电池单体100较大的换热量需求。而且，此种结构可使电解液均匀地浸润到电极组件3的端部，使极片各位置导电均匀，提高电池单体100的性能。
在第四实施例中，如图9所示，主体部31沿第一方向x等宽。
该实施例的电极组件3与凹入部121相对的部分能实现快速换热，以提高对电极组件3进行温度调节的效率，而电极组件3与第一侧壁12位于凹入部121以外的区域之间间隙扩大，增加了电池单体100内部的残余空间。例如，可利用多余的空间增加电解液 的填充量，以保证电池单体100在长期使用后仍有足够的电解液；或者可利用多余的空间容纳使用过程中产生的气体，以降低端盖本体21上设置的泄压部件的开启压力，提高电池单体100的使用寿命。
在第五实施例中，主体部31沿第一方向x分为第一子部311和第二子部312，第一子部311沿第二方向y的端部超过第二子部312的端部，以在第一子部311和第二子部312的连接处形成台阶313，第一子部311的端部沿第二方向y延伸至超过凹入部121与主体部31相对的内壁；其中，第二方向y垂直于第一方向x。
其中，第一子部311沿第二方向y的两端均可超过第二子部312的端部，以使主体部31在沿第二方向y的两端均形成台阶313。此种结构更适用于叠片结构的电极组件3，极片可方便地裁切出异形形状。
该实施例通过将主体部31沿第二方向y的端部设置台阶313，可使第一子部311充分占用第一侧壁12在凹入部121以外的区域形成的空间，既能为设置第一换热部4留出空间，又能增加电池单体100的能量密度。
对于第四和第五实施例，电极组件3可采用两种结构形式。
其一，电极组件3为卷绕结构，且电极组件3的卷绕轴线K沿第一方向x设置，电极组件3具有扁平面36，扁平面36垂直于第三方向z设置，第一侧壁12沿第二方向y位于主体部31的侧面，第三方向z垂直于第一方向x和第二方向y。
其二，电极组件3为层叠结构，电极组件3具有极性相反且沿第三方向z叠加设置的第一极片33和第二极片34；其中，第一侧壁12沿第二方向y位于主体部31的侧面，第三方向z垂直于第一方向x和第二方向y。
在上述电池单体100的基础上，下面对本申请电池模块200的结构进行描述。
在一些实施例中，电池模块200包括上述实施例的电池单体100。此种电池模块200能够通过多个第一换热部4与相应的电极组件3换热达到更优的温度调节效果，提高温度调节的响应速度，使各电极组件3中的活性物质在合适的温度下工作以充分发挥性能，例如提高放电性能以达到较优的性能参数，或提高快充倍率，还能提高电池模块200工作可靠性和安全性。
在一些实施例中，如图11和图12所示，开口11朝向第一方向x设置，多个电池单体100沿第二方向y分为多组子模块200，第二方向y垂直于第一方向x，相邻两组子模块200中沿第二方向y设置的两个电池单体100的凹入部121相对设置，且两个凹入部121内的两个第一换热部4一体设置。
其中，在第二方向y上相邻两个电池单体100之间可通过粘结剂连接，能够平衡 多个电池单体100之间的温度，防止出现温度过高的电池单体100，提高工作可靠性和安全性，而且还能提高电池模块200的整体刚度。子模块200的组数可以为n，n∈[2，10]，优选[3,5]。
该实施例通过将相邻两个凹入部121内的两个第一换热部4一体设置，可降低换热部件的整体结构难度，易于装配，在电池单体100成组时可提高装配效率；而且能够增加第一换热部4沿第二方向y的宽度，便于在第一换热部4内设置流体通道，可优化换热效果。
在一些实施例中，壳体1具有第二侧壁13，第二侧壁13与开口11相对设置，电池单体100还包括第二换热部5，第二换热部5设置于第二侧壁13外，沿第二方向y设置的多个电池单体100的第二换热部5与第一换热部4一体设置。例如，多个电池单体对应的第二换热部5设置为整体板状结构，垂直于第一方向x设置，多个第一换热部4连接于整体的第二换热部5，第一换热部4也可为板状结构，沿第一方向x延伸。
其中，每个子模块200均可沿第三方向z并排设置多个电池单体100，相邻电池单体100垂直于第三方向z的最大侧面贴合，第三方向z垂直于电极组件3的厚度方向，对于卷绕结构的电极组件3，第三方向z垂直于扁平面36；对于叠片结构的电极组件3，第三方向z垂直于第一极片33和第二极片34的叠加方向。通过在沿第二方向y相对的第一侧壁12分别设置第一换热部4，并在与开口11相对的第二侧壁13上设置第二换热部5，既能提高电池模块200的换热效率，又在电池单体100组装为电池模块200时不增加整体尺寸。
该实施例将电池模块200中各电池单体100对应的第二换热部5设置为整体结构，并将多个第一换热部4一体连接于整体的第二换热部5上，可降低换热部件与各电池单体100装配的难度，易于形成电池模块200；而且通过整体的换热部件就能同时实现多个电池单体100的冷却。
在一些实施例中，如图11所示，沿第二方向y位于最外侧的第一换热部4超出第一侧壁12。此种结构易于将所有的第一换热部4设置为等宽的形式，可降低加工工艺，而且能够增加最外侧第一换热部4的换热量。例如，在需要冷却时，可通过最外侧的第一换热部4带走更多的热量。
在一些实施例中，如图12所示，沿第二方向y位于最外侧的第一换热部4与第一侧壁12平齐。此种结构位于最外侧的第一换热部4不会凸出占用额外的空间，易于安装，提高空间布局的紧凑性。
其次，本申请还提供了一种电池单体100的制造方法，在一些实施例中，如图 13所示，制造方法包括：
S110、壳体提供步骤：提供壳体1，壳体1设有开口11，且壳体1具有与开口11邻接的第一侧壁12，第一侧壁12上设有凹入部121；
S120、电极放置步骤：将电极组件3设在壳体1内；
S130、换热部安装步骤：将第一换热部4设在第一侧壁12外且位于凹入部121内，以便与壳体1换热。
最后，本申请提供了一种电池单体100的制造设备500，在一些实施例中，如图14所示，制造设备500包括：壳体提供装置510、电极放置装置520和换热部安装装置530。其中：
壳体提供装置510被配置为提供壳体1，壳体1设有开口11，且壳体1具有与开口11邻接的第一侧壁12，第一侧壁12上设有凹入部121。电极放置装置520被配置为将电极组件3设在壳体1内。换热部安装装置530被配置为将第一换热部4设在第一侧壁12外且位于凹入部121内，以便与壳体1换热。
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 (24)
- 一种电池单体(100)，包括：壳体(1)，设有开口(11)，所述壳体(1)具有与所述开口(11)邻接的第一侧壁(12)，所述第一侧壁(12)上设有凹入部(121)；电极组件(3)，设在所述壳体(1)内；和第一换热部(4)，设在所述第一侧壁(12)外且位于所述凹入部(121)内，被配置为与所述壳体(1)换热。
- 根据权利要求1所述的电池单体(100)，其中，所述壳体(1)具有相对设置的两个所述第一侧壁(12)，且每个所述第一侧壁(12)的所述凹入部(121)内均设有所述第一换热部(4)。
- 根据权利要求1或2所述的电池单体(100)，其中，所述壳体(1)具有第二侧壁(13)，所述开口(11)朝向第一方向(x)设置，所述第二侧壁(13)与所述开口(11)相对设置，在所述第一方向(x)上，所述第一换热部(4)的第一侧端抵靠于所述凹入部(121)的外侧壁，所述第一换热部(4)的第二侧端不低于所述第二侧壁(13)。
- 根据权利要求1～3任一项所述的电池单体(100)，其中，所述壳体(1)具有第二侧壁(13)，所述第二侧壁(13)与所述开口(11)相对设置，所述电池单体(100)还包括第二换热部(5)，所述第二换热部(5)设置于所述第二侧壁(13)外，被配置为与所述壳体(1)换热。
- 根据权利要求4所述的电池单体(100)，其中，所述开口(11)朝向第一方向(x)设置，所述凹入部(121)沿所述第一方向(x)设在靠近所述第二侧壁(13)的一端，所述第二换热部(5)沿第二方向(y)的端部延伸至与所述第一换热部(4)抵接。
- 根据权利要求5所述的电池单体(100)，其中，所述壳体(1)具有相对设置的两个所述第一侧壁(12)，且每个所述第一侧壁(12)的所述凹入部(121)内均设有所述第一换热部(4)，所述第二换热部(5)与两个所述第一换热部(4)一体成型。
- 根据权利要求1至6任一项所述的电池单体(100)，其中，所述开口(11)朝向第一方向(x)设置，所述电极组件(3)还包括主体部(31)和极性相反的两种极耳(32)，两种所述极耳(32)沿第二方向(y)分别从所述主体部(31)的两端引出，所述第二方向(y)垂直于所述第一方向(x)，所述极耳(32)与同侧的所述凹入部(121)沿所述第一方向(x)错开设置；电池单体(100)还包括端盖组件(2)和两个转接件(6)，所述端盖组件(2)被配置为封闭所述开口(11)且包括端盖本体(21)和设在所述端盖本体(21)上极性相反的两种电极端子(22)，所述转接件(6)被配置为将沿所述第二方向(y)位于同侧的所述极耳(32)与所述电极端子(22)电连接。
- 根据权利要求7所述的电池单体(100)，其中，所述转接件(6)包括成角度连接的第一部(61)和第二部(62)，所述第一部(61)与所述极耳(32)连接，所述第二部(62)与所述电极端子(22)连接。
- 根据权利要求8所述的电池单体(100)，其中，所述第一部(61)的自由端沿所述第一方向(x)超出所述极耳(32)的端部，且和所述凹入部(121)与所述第一部(61)相对的内侧壁之间具有第一预设间隙L1。
- 根据权利要求8或9所述的电池单体(100)，其中，所述转接件(6)还包括第三部(63)，所述第三部(63)连接于所述第二部(62)远离所述第一部(61)的一端，且所述第三部(63)位于所述主体部(31)与所述凹入部(121)之间。
- 根据权利要求8所述的电池单体(100)，其中，所述第一部(61)的自由端沿所述第一方向(x)不超过所述极耳(32)的端部。
- 根据权利要求7至11任一项所述的电池单体(100)，其中，所述电极组件(3)为卷绕结构，且所述电极组件(3)的卷绕轴线(K)沿所述第二方向(y)设置，所述电极组件(3)具有扁平面(36)，所述扁平面(36)垂直于第三方向(z)设置，所述第三方向(z)垂直于所述第一方向(x)和所述第二方向(y)；和/或所述电极组件(3)为层叠结构，所述电极组件(3)具有极性相反且沿第三方向(z)叠加设置的第一极片(33)和第二极片(34)，所述第三方向(z)垂直于所述第一方向(x)和所述第二方向(y)。
- 根据权利要求1至6任一项所述的电池单体(100)，其中，还包括端盖组件(2)，用于封闭所述开口(11)，所述开口(11)朝向第一方向(x)设置，所述电极组件(3)还包括主体部(31)和极性相反的两种极耳(32)，所述极耳(32)从所述主体部(31)的侧端沿所述第一方向(x)朝向所述端盖组件(2)引出。
- 根据权利要求13所述的电池单体(100)，其中，所述主体部(31)沿所述第一方向(x)等宽。
- 根据权利要求13所述的电池单体(100)，其中，所述主体部(31)沿所述第一方向(x)分为第一子部(311)和第二子部(312)，所述第一子部(311)沿第二方向 (y)的端部超过所述第二子部(312)的端部，以在所述第一子部(311)和所述第二子部(312)的连接处形成台阶(313)，所述第一子部(311)的端部沿所述第二方向(y)延伸至超过所述凹入部(121)与所述主体部(31)相对的内壁；其中，所述第二方向(y)垂直于所述第一方向(x)。
- 根据权利要求13至15任一项所述的电池单体(100)，其中，所述电极组件(3)为卷绕结构，且所述电极组件(3)的卷绕轴线(K)沿所述第一方向(x)设置，所述电极组件(3)具有扁平面(36)，所述扁平面(36)垂直于第三方向(z)设置；和/或所述电极组件(3)为层叠结构，所述电极组件(3)具有极性相反且沿第三方向(z)叠加设置的第一极片(33)和第二极片(34)；其中，所述第一侧壁(12)沿第二方向(y)位于所述主体部(31)的侧面，所述第三方向(z)垂直于所述第一方向(x)和所述第二方向(y)。
- 一种电池模块(200)，包括：多个权利要求1至16任一项所述的电池单体(100)。
- 根据权利要求17所述的电池模块(200)，其中，所述开口(11)朝向第一方向(x)设置，多个所述电池单体(100)沿第二方向(y)分为多组子模块(200)，所述第二方向(y)垂直于所述第一方向(x)，相邻两组所述子模块(200)中沿第二方向(y)设置的两个所述电池单体(100)的凹入部(121)相对设置，且两个所述凹入部(121)内的两个第一换热部(4)一体设置。
- 根据权利要求18所述的电池模块(200)，其中，所述壳体(1)具有第二侧壁(13)，所述第二侧壁(13)与所述开口(11)相对设置，所述电池单体(100)还包括第二换热部(5)，所述第二换热部(5)设置于所述第二侧壁(13)外，沿所述第二方向(y)设置的多个所述电池单体(100)的所述第二换热部(5)与所述第一换热部(4)一体设置。
- 根据权利要求18或19所述的电池模块(200)，其中，沿所述第二方向(y)位于最外侧的所述第一换热部(4)与所述第一侧壁(12)平齐或超出所述第一侧壁(12)。
- 一种电池(300)，包括权利要求1至17任一项所述的电池单体(100)，和/或权利要求17至20任一项所述的电池模块(200)。
- 一种用电装置，包括：权利要求1至16任一项所述的电池单体(100)，和/或权利要求17至20任一项所述的电池模块(200)，和/或权利要求21所述的电池(300)。
- 一种电池单体(100)的制造方法，包括：壳体提供步骤：提供壳体(1)，所述壳体(1)设有开口(11)，且所述壳体(1)具有与所述开口(11)邻接的第一侧壁(12)，所述第一侧壁(12)上设有凹入部(121)；电极放置步骤：将电极组件(3)设在所述壳体(1)内；换热部安装步骤：将第一换热部(4)设在所述第一侧壁(12)外且位于所述凹入部(121)内，以便与所述壳体(1)换热。
- 一种电池单体(100)的制造设备(500)，包括：壳体提供装置(510)，被配置为提供壳体(1)，所述壳体(1)设有开口(11)，且所述壳体(1)具有与所述开口(11)邻接的第一侧壁(12)，所述第一侧壁(12)上设有凹入部(121)；电极放置装置(520)，被配置为将电极组件(3)设在所述壳体(1)内；和换热部安装装置(530)，被配置为将第一换热部(4)设在所述第一侧壁(12)外且位于所述凹入部(121)内，以便与所述壳体(1)换热。
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