电池单体、电池及用电装置的制作方法

1.本技术涉及电池领域，具体涉及一种电池单体、电池及用电装置。


背景技术：

2.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。
3.在电池技术的发展中，除了提高电池的性能外，使用寿命和安全问题也是不可忽视的问题。如果电池的使用寿命达不到预期的时间，那电池的维护和使用成本就很大。如果电池的安全问题不能保证，那该电池就无法使用。因此，如何延长电池的使用寿命和增强电池的安全性，是电池技术中亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本技术提供一种电池单体、电池及用电装置，以延长电池的使用寿命和增强电池的安全性。
5.第一方面，提供了一种电池单体，包括：壳体；电极组件，设于壳体内；隔离件，套设于壳体与电极组件之间，用于分隔壳体与电极组件；摩擦增强层，设于壳体与隔离件以及隔离件与电极组件之间，其中，摩擦增强层被配置为增加壳体、隔离件以及电极组件三者相对运动时的摩擦力。
6.该实施例中，本技术的电池单体通过设置摩擦增强层，能够同时增加壳体、隔离件以及电极组件三者之间的摩擦力，三者之间的各界面均能够具有足够的摩擦力以克服三者之间的相对运动，从而有效地避免了现有技术中因瞬时高速冲击而造成的电池单体失效等问题，进而能够有效地延长电池单体的使用寿命和使用时的安全性。
7.在一些实施例中，隔离件包括：环形侧壁，用于贴附并套设于电极组件的外周壁面和壳体的内周壁面之间。其中，摩擦增强层设于壳体的内周壁面与环形侧壁以及环形侧壁与电极组件的外周壁面之间。
8.该实施例中，将摩擦增强层设于壳体的内周壁面与环形侧壁以及环形侧壁与电极组件的外周壁面之间能够提高三者的沿x轴和z轴的方向上的摩擦力，从而能够有效地降低三者的沿x轴和z轴的方向上的相对运动。
9.在一些实施例中，隔离件还包括：底壁，封合于环形侧壁的底部开口，用于贴附连接于电极组件的底面和壳体的内底面之间；摩擦增强层还设于电极组件的底面与底壁之间，和/或摩擦增强层设于底壁与壳体的内底面之间。
10.该实施例中，摩擦增强层的设置还能够提高壳体、隔离件和电极组件的沿y轴的方向上的摩擦力，从而能够进一步地避免了壳体、隔离件和电极组件三者的相对运动。此外，通过在电极组件和隔离件的界面间设置摩擦增强层，使得隔离件在高温环境下产生形变时，能够一定程度的与电极组件形成粘连，从而使得隔离件的收缩能够被一定程度上被抑
制。在同等高温环境下，延长隔离件的收缩临界点能够有效地延长隔离件的在高温环境下的失效时间，从而能够进一步地提升电池单体的热安全，延长电池单体的使用寿命。
11.在一些实施例中，电极组件设置为多个，多个电极组件并列设置于壳体内，摩擦增强层还设于相邻的电极组件之间。
12.该实施例中，通过在相邻的电极组件之间设置摩擦增强层进一步地提高了相邻的电极组件之间的摩擦力，从而能够进一步地降低相邻的电极组件之间的相对运动。
13.在一些实施例中，摩擦增强层被构造成胶体层。
14.该实施例中，摩擦增强层可通过直接粘接的形式进行固定，固定方式更为方便。
15.在一些实施例中，胶体层被配置成通过印刷的方式形成于：壳体与隔离件相贴合的两个面中的至少一个面上；和，隔离件与电极组件相贴合的两个面中的至少一个面上。
16.该实施例中，一方面，双面印刷胶体层能够进一步地提高界面间的摩擦力；另一方面，通过印刷的方式能够减少部件的数量。
17.在一些实施例中，胶体层的材料为聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、聚偏氟乙烯中的至少一种。
18.该实施例中，采用上述材料的胶体层能够具有更好的稳定性、耐化学性、回弹性和力学性能，同时还具有更小的压缩变型性。
19.在一些实施例中，摩擦增强层被构造成凹凸层或刻蚀层，凹凸层或刻蚀层被配置成通过激光形成于：壳体与隔离件相贴合的两个面中的至少一个面上；和，隔离件与电极组件相贴合的两个面中的至少一个面上。
20.该实施例中，一方面，通过双面的激光造凹和刻蚀，能够进一步地提高界面间的摩擦力；另一方面，摩擦增强层的加工成型方式多样化，设置更为灵活。
21.第二方面，提供了一种电池，包括上述电池单体。
22.第三方面，提供了一种用电装置，包括上述电池，电池用于提供电能。
23.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
24.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，而并不认为是对本技术的限制。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：
25.图1为本技术一些实施例的车辆的结构示意图；
26.图2为本技术一些实施例的电池的分解结构示意图；
27.图3为本技术一些实施例的电池单体的分解结构示意图；
28.图4为图3所示的电极组件的结构示意图；
29.图5为图4所示的电极组件的底部结构示意图；
30.图6为图3所示的隔离件的结构示意图；
31.图7为图3所示的壳体的结构示意图。
具体实施方式
32.下面将结合附图对本技术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技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
33.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技术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，不是旨在于限制本技术；本技术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。
34.在本技术实施例的描述中，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。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.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技术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。
36.在本技术实施例的描述中，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。
37.在本技术实施例的描述中，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)。
38.在本技术实施例的描述中，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技术实施例和简化描述，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技术实施例的限制。
39.在本技术实施例的描述中，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技术实施例中的具体含义。
40.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。
41.本技术人注意到，电池单体(如锂离子电池单体)在装配壳体内的初期预紧力下限是1000n。但新生产的电池单体在低温低soc(state of charge)下，预紧力大大低于这个值，这是由于低soc下，锂离子回到正极，负极变薄，电极组件变薄；低温下，电极组件的收缩量远大于壳体的收缩量，这就对电池单体内各界面间摩擦系数提出了很高的要求。
42.现有技术中，在车辆遭受到剧烈刚性碰撞后，电极组件会遭受巨大的冲击加速度。
而电极组件本身的质量较高，满充后由于锂离子嵌入负极，负极极片膨胀，粘结剂处于紧绷状态，这时候负极变得较脆。在瞬时高速冲击下，电极组件与壳体表面碰撞，容易造成极片断裂，极片毛刺刺穿隔膜，导致电池单体瞬间失效。此外，车辆在行驶过程中会经历各种震动，甚至跌落，电极组件在极端情况下依旧会伤到下塑胶挤压处极片，导致毛刺的产生，进一步危及电池单体的安全。
43.基于以上考虑，为了解决电池单体在使用过程中因震动而导致的电池单体的使用寿命和安全性降低的问题，申请人经过深入研究，设计了一种电池单体，通过增加壳体与隔离件以及隔离件与电极组件之间的摩擦力，使得电池单体在震动过程中，能够降低电极组件、隔离件以及壳体三者的相对运动，从而避免上述问题的发生。
44.本技术实施例提供一种使用电池作为电源的用电装置，用电装置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。
45.以下实施例为了方便说明，以本技术一实施例的一种用电装置为车辆1000为例进行说明。
46.请参照图1，图1为本技术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100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源。车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300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。
47.在本技术一些实施例中，电池100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。
48.请参照图2，图2为本技术一些实施例提供的电池100的爆炸图。电池100包括箱体10和电池单体20，电池单体20容纳于箱体10内。其中，箱体10用于为电池单体20提供容纳空间，箱体10可以采用多种结构。在一些实施例中，箱体10可以包括第一部分11和第二部分12，第一部分11与第二部分12相互盖合，第一部分11和第二部分12共同限定出用于容纳电池单体20的容纳空间。第二部分12可以为一端开口的空心结构，第一部分11可以为板状结构，第一部分11盖合于第二部分12的开口侧，以使第一部分11与第二部分12共同限定出容纳空间；第一部分11和第二部分12也可以是均为一侧开口的空心结构，第一部分11的开口侧盖合于第二部分12的开口侧。当然，第一部分11和第二部分12形成的箱体10可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。
49.在电池100中，电池单体20可以是多个，多个电池单体20之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体20中既有串联又有并联。多个电池单体20之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体20构成的整体容纳于箱体10内；当然，电池100也可以是多个电池单体20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10内。电池100还可以包括其他结构，例如，该电池100还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体20之间的电连接。
50.其中，每个电池单体20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20可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。
51.请参照图3，图3为本技术一些实施例提供的电池单体20的分解结构示意图。电池单体20是指组成电池的最小单元。如图3，电池单体20包括有端盖21、壳体22、电极组件23以及其他的功能性部件(如隔离件24)。
52.端盖21是指盖合于壳体22的开口处以将电池单体20的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，端盖21的形状可以与壳体22的形状相适应以配合壳体22。可选地，端盖21可以由具有一定硬度和强度的材质(如铝合金)制成，这样，端盖21在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体20能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。端盖21上可以设置有如电极端子21a等的功能性部件。电极端子21a可以用于与电极组件23电连接，以用于输出或输入电池单体20的电能。在一些实施例中，端盖21上还可以设置有用于在电池单体20的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。端盖21的材质也可以是多种的，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本技术实施例对此不作特殊限制。在一些实施例中，在端盖21的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体22内的电连接部件与端盖21，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。
53.壳体22是用于配合端盖21以形成电池单体20的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电极组件23、电解液以及其他部件。壳体22和端盖21可以是独立的部件，可以于壳体22上设置开口，通过在开口处使端盖21盖合开口以形成电池单体20的内部环境。不限地，也可以使端盖21和壳体22一体化，具体地，端盖21和壳体22可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体22的内部时，再使端盖21盖合壳体22。壳体22可以是多种形状和多种尺寸的，例如长方体形、圆柱体形、六棱柱形等。具体地，壳体22的形状可以根据电极组件23的具体形状和尺寸大小来确定。壳体22的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本技术实施例对此不作特殊限制。
54.电极组件23是电池单体100中发生电化学反应的部件。壳体22内可以包含一个或更多个电极组件23。电极组件23主要由正极片和负极片卷绕或层叠放置形成，并且通常在正极片与负极片之间设有隔离膜。正极片和负极片具有活性物质的部分构成电极组件23的主体部，正极片和负极片不具有活性物质的部分各自构成极耳23a。正极极耳和负极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23a连接电极端子21a以形成电流回路。
55.根据本实用新型的电池单体20的一些实施例。参照图3至图7所示，本技术的电池单体20，包括：壳体22；电极组件23，设于壳体22内；隔离件24，套设于壳体22与电极组件23之间，用于分隔壳体22与电极组件23；摩擦增强层25，设于壳体22与隔离件24以及隔离件24与电极组件23之间。其中，摩擦增强层25被配置为增加壳体22、隔离件24以及电极组件23三者相对运动时的摩擦力。
56.本技术中所提到的隔离件24可理解为用于分隔壳体22与电极组件23的绝缘膜。本技术中所提到的摩擦增强层25应当理解为能够增加壳体22、隔离件24以及电极组件23三者相对运动时的摩擦力的部件，具体可理解为摩擦增强层25能够提高壳体22、隔离件24、电极组件23三者相贴合的界面的粗糙度。本技术中所提到的摩擦增强层25可为单独的部件，也可形成于壳体22、隔离件24以及电极组件23的表面。本技术中所提到的摩擦力是指壳体22、隔离件24以及电极组件23三者装配完成后，彼此相互接触并挤压，当三者发生相对运动或
具有相对运动趋势时，通过摩擦增强层25在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力。本技术中所提到的摩擦增强层25的设置面积和位置可结合具体的电池单体20的抗冲击需求进行设置和限定。
57.本实用新型实施例的电池单体20将壳体22、隔离件24和电极组件23依次装配完成后，在壳体22与隔离件24之间以及隔离件24与电极组件23之间同时设有摩擦增强层25。电池单体20在瞬时高速冲击下，壳体22、隔离件24和电极组件23会产生较大的相对运动。本技术通过设置摩擦增强层25，能够同时增加壳体22、隔离件24以及电极组件23三者之间的摩擦力，三者之间的各界面均能够具有足够的摩擦力以克服三者之间的相对运动，从而有效地避免了现有技术中因瞬时高速冲击而造成的电池单体20失效等问题，进而能够有效地延长电池单体20的使用寿命和使用时的安全性。
58.在一些实施例中，参照图3和图6所示，隔离件24可包括：环形侧壁241，用于贴附并套设于电极组件23的外周壁面和壳体22的内周壁面之间。其中，摩擦增强层25设于壳体22的内周壁面与环形侧壁241以及环形侧壁241与电极组件23的外周壁面之间。
59.本技术中所提到的环形侧壁241应当理解为隔离件24环绕于电极组件23的外周的侧壁面，其构造为环形，且设置于电极组件23与壳体22之间。本技术中，摩擦增强层25设于壳体22的内周壁面与环形侧壁241以及环形侧壁241与电极组件23的外周壁面之间，使得摩擦增强层25设置于三者的侧壁的位置，通过该设置，能够提高三者的沿x轴和z轴的方向上的摩擦力，从而能够有效地降低三者的沿x轴和z轴的方向上的相对运动。需要说明的是，x轴和z轴可定义为图3所示的方向。
60.在一些实施例中，参照图3、图5和图6所示，隔离件24还可包括：底壁，封合于环形侧壁241的底部开口，用于贴附连接于电极组件23的底面和壳体22的内底面之间；摩擦增强层25还设于电极组件23的底面与底壁之间，和/或摩擦增强层25设于底壁与壳体22的内底面之间。
61.本技术中，底壁封合于环形侧壁241的底部开口后，能够套设于电极组件23的外周的侧面和底面。本技术中，通过在电极组件23的底面与底壁之间，和/或摩擦增强层25设于底壁与壳体22的内底面之间设置摩擦增强层25，结合上文的描述，在提高三者(壳体22、隔离件24和电极组件23)的沿x轴和z轴的方向上的摩擦力的同时，摩擦增强层25的设置还能够提高壳体22、隔离件24和电极组件23的沿y轴的方向上的摩擦力，从而能够进一步地避免了壳体22、隔离件24和电极组件23三者的相对运动。
62.进一步的，摩擦增强层25设置于电极组件23的底面与底壁之间，在增加了电极组件23和隔离件24的界面间的摩擦力的同时，还能够起到对隔离件24的收紧的作用。具体的，隔离件24通常是通过pe(polyethene，聚乙烯)膜拉伸得到的，隔离件24在高温下会收缩。本技术中，通过在电极组件23和隔离件24的界面间设置摩擦增强层25，使得隔离件24在高温环境下产生形变时，能够一定程度的与电极组件23形成粘连，从而使得隔离件24的收缩能够被一定程度上被抑制。通过该设置，在同等高温环境下，延长隔离件24的收缩临界点能够有效地延长隔离件24的在高温环境下的失效时间，从而能够进一步地提升电池单体20的热安全，延长电池单体20的使用寿命。
63.在一些实施例中，参照图3至图5所示，电极组件23可设置为多个，多个电极组件23并列设置于壳体22内，摩擦增强层25还设于相邻的电极组件23之间。本技术中所提到的电
极组件23设置为多个通常是指电池单体20内通常设置两个以上电极组件23。该实施例中，通过在相邻的电极组件23之间设置摩擦增强层25进一步地提高了相邻的电极组件23之间的摩擦力，从而能够进一步地降低相邻的电极组件23之间的相对运动。
64.在一些实施例中，摩擦增强层25可被构造成胶体层。本技术中所提到的胶体层可理解为具有一定粗糙表面的胶纸类部件。通过该设置，可通过直接粘接的形式进行固定，固定方式更为方便。
65.在一些实施例中，胶体层可被配置成可通过印刷的方式形成于：壳体22与隔离件24相贴合的两个面中的至少一个面上；和，隔离件24与电极组件23相贴合的两个面中的至少一个面上。可选的，在壳体22与隔离件24相贴合的两个面上和隔离件24与电极组件23相贴合的两个面上可同时印刷胶体层。通过双面印刷胶体层，能够进一步地提高界面间的摩擦力。此外，通过印刷的方式能够减少部件的数量，使得壳体22、隔离件24和电极组件23按照常规的装配方式进行装配即可。
66.在一些实施例中，胶体层的材料可为聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、聚偏氟乙烯中的至少一种。本技术中，采用上述材料的胶体层能够具有更好的稳定性、耐化学性、回弹性和力学性能，同时还具有更小的压缩变型性。
67.在一些实施例中，摩擦增强层25可被构造成凹凸层或刻蚀层，凹凸层或刻蚀层被配置成通过激光形成于：壳体22与隔离件24相贴合的两个面中的至少一个面上；和，隔离件24与电极组件23相贴合的两个面中的至少一个面上。可选的，在壳体22与隔离件24相贴合的两个面上和隔离件24与电极组件23相贴合的两个面上可同时通过激光形成凹凸层或刻蚀层。一方面，通过双面的激光造凹和刻蚀，能够进一步地提高界面间的摩擦力；另一方面，摩擦增强层25的加工成型方式多样化，设置更为灵活。
68.根据本技术的一些实施例，参照图2所示，提供了一种电池100，包括上述任一电池单体20。
69.根据本技术的一些实施例，参照图1所示，提供了一种用电装置(例如车辆1000)，包括上述任一电池100，电池100用于提供电能。本技术中，用电装置可以是前述任一应用电池100的设备或系统。
70.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术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。本技术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。