电池壳体、电池单体、电池和用电装置的制作方法

1.本技术涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池壳体、电池单体、电池和用电装置。


背景技术：

2.电池单体在制作过程中，通常需要将极片绕预设轴线卷绕或相互折叠形成电芯，然后连接外部端子，再将电芯放入壳体中，以形成电池单体。然而，在电池使用过程中容易出现极片打皱现象，影响电池单体的使用寿命。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对因电芯容置于现有的壳体而引起的极片打皱的问题，提供一种电池壳体、电池单体、电池和用电装置。
4.根据本技术的一个方面，提供了一种电池壳体，电池壳体具有用于容纳电芯的容纳腔，电池壳体包括用于形成容纳腔且沿第一方向相对设置的两个第一侧板；第一侧板包括中间区域和围绕中间区域设置的周围区域。中间区域沿第一方向相对于周围区域朝向另一第一侧板向内凹陷。其中，两个第一侧板的中间区域之间沿第一方向的最小间距为a，且a小于或等于预设阈值。
5.本技术的技术方案中，两个第一侧板的中间区域之间沿第一方向的最小间距控制在合理范围内，一方面，便于电芯容置于壳体的容纳腔内，增加电芯的入壳群裕度，另一方面，电芯与中间区域之间的冗余空间较小，可防止电芯的极片出现打皱现象，也可利用中间区域对电芯形成沿第一方向且能够约束电芯膨胀的预压力，防止电芯鼓胀，进而可获得使用寿命较高的电池单体。
6.在其中一个实施例中，预设阈值与电芯的厚度的比值为10：9。第一侧板的中间区域与电芯之间沿第一方向的最小间距控制在合理范围内，电芯与中间区域之间的冗余空间较小，两侧的中间区域对电芯形成一定的约束，可防止电芯的极片出现打皱现象。
7.在其中一个实施例中，两个第一侧板的周围区域之间沿第一方向的间距为c。其中，c-a＝h，h为0.8-10mm。增加了电芯的入壳群裕度，且中间区域对电芯形成能够约束电芯膨胀的预压力，防止电芯鼓胀，也能避免电芯的极片打皱而引起紫斑和析锂风险。
8.在其中一个实施例中，中间区域的厚度为d1，周围区域的厚度为d2，其中，d
2-d1＝d0，d0为0-0.3mm。当d0为0，即d1等于d2时，即中间区域的厚度等于周围区域的厚度，该电池壳体适用于膨胀力变化不明显的电芯。当d1小于d2时，即中间区域的厚度小于周围区域的厚度，该电池壳体适用于膨胀力变化明显的电芯。
9.在其中一个实施例中，周围区域远离容纳腔一侧设有垂直于第一方向的平面。可利用周围区域，使电池单体与橡胶框(或隔热垫)面面接触，提高彼此的接触面积，有利于至少两个电池单体装配形成电池模组。
10.在其中一个实施例中，中间区域在平面上的投影面积为s1，周围区域的面积为s2，
其中，s1＝n(s1 s2)，n为50％-85％。一方面，可利用中间区域对电芯形成沿第一方向且能够约束电芯膨胀的预压力，防止电芯鼓胀，也能防止电芯的极片出现打皱现象，另一方面，不影响周围区域与焊接夹具等进行面面接触，可提高电池单体的装配便利性和稳定性。
11.在其中一个实施例中，中间区域相对于周围区域内凹形成有台阶部。利用台阶部可更好地对电芯形成约束电芯膨胀的预压力，该预压力沿平行于台阶部的方向均匀分布，更好地避免电芯的极片打皱。
12.在其中一个实施例中，周围区域与中间区域之间呈圆角连接。在电芯膨胀而回弹的过程中，设置的圆角的缓冲效果更好，可防止电池壳体出现应力损伤，更有利于提高电池壳体的韧性和可靠性。
13.在其中一个实施例中，中间区域具有内凹的弧形部。在电芯膨胀而回弹的过程中，设置的弧形部的缓冲效果更好，更有利于提高电池壳体的可靠性。
14.在其中一个实施例中，第一侧板一体成型。可提高电池壳体的整体强度和制造效率。
15.根据本技术的另一个方面，提供了一种电池单体，包括上述的电池壳体。
16.根据本技术的另一个方面，还提供了一种电池，包括上述的电池单体。
17.根据本技术的另一个方面，还提供了一种用电装置，包括上述的电池。
附图说明
18.图1示出了本技术一实施例中的电池单体的结构示意图；
19.图2示出了本技术一实施例中的电池单体的俯视图；
20.图3示出了图2的e处的放大示意图；
21.图4示出了图2的f处的放大示意图；
22.图5示出了本技术另一实施例中的电池单体的结构示意图；
23.图6示出了本技术另一实施例中的电池单体的侧视图；
24.图7示出了本技术另一实施例中的电池单体的俯视图。
25.图中：10、电池单体；110、电池壳体；1101、容纳腔；111、第一侧板；1112、周围区域；a、平面；1111、中间区域；b、台阶部；c、弧形部；112、第二侧板；120、电芯；130、端盖；f1、第一方向；f2、第二方向。
具体实施方式
26.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
27.在本技术的描述中，需要理解的是，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的限制。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
29.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，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；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，除非另有明确的限定。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中的具体含义。
30.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
32.锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。随着锂离子电池的应用范围不断扩大，大家对锂离子电池的使用寿命的要求也越来越高。
33.电池单体在制作过程中，通常需要将极片绕预设轴线卷绕形成电芯，然后连接外部端子，再将电芯放入壳体中，以形成电池单体。然而，电芯放入现有的壳体后，容易出现极片打皱现象，影响电池单体的使用寿命。
34.申请的本发明人注意到，电池的使用寿命与电池壳体的结构息息相关。为了提高电池壳体的组装便利性，现有的电池壳体通常设计为一侧带有开口的六面体结构，该六面体结构中面积较大且彼此相对的两个侧板均为平板，将电芯容置于该六面体结构中，侧板与电芯之间的间隔较大，导致电芯的极片容易打皱，进而影响电池单体的寿命。
35.为了解决电芯的极片容易打皱的问题，申请人经过研究发现，需要设计出一种电池壳体，该电池壳体能对电芯形成约束力，以防止极片打皱。
36.本技术的发明人进一步经过深入研究发现，可以将电池壳体面积较大且相对设置的两个侧板进行差异性设计，即将侧板分为周围区域和相对于周围区域向内凹陷的中间区域，如此，可利用向内凹陷对电芯形成约束力，以防止极片打皱。
37.本技术实施例公开的电池单体和/或电池可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。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。可以使用具备本技术公开的电池单体、电池等等组成该用电
装置的电源系统，这样，有利于获得较长的使用寿命和较高的安全性。
38.图1示出了本技术一实施例中的电池单体的结构示意图。
39.请参阅图1，本技术一实施例提供的电池单体10包括电池壳体110，以及位于电池壳体110内的电芯120。
40.根据本技术的一些实施例，可选地，请参阅图1，并结合参阅图2，本技术一实施例提供的电池壳体110具有用于容纳电芯120的容纳腔1101，电池壳体110包括用于形成容纳腔1101且沿第一方向f1相对设置的两个第一侧板111，可将电芯120容置于容纳腔1101内。
41.具体到如图1所示的实施例中，电池壳体110还包括沿第二方向f2相对设置的两个第二侧板112，容纳腔1101由两个第一侧板111和两个第二侧板112围合形成。其中，第一方向f1与第二方向f2彼此垂直，且第一侧板111的面积大于第二侧板112的面积。
42.第一侧板111包括中间区域1111和围绕中间区域1111设置的周围区域1112，中间区域1111沿第一方向f1相对于周围区域1112朝向另一第一侧板111向内凹陷。可利用两个第一侧板111的中间区域1111大致限定容纳腔1101内的电芯120的位置。
43.两个第一侧板111的中间区域1111之间沿第一方向f1的最小间距为a，且a小于或等于预设阈值。
44.可以理解，两个第一侧板111的中间区域1111之间沿第一方向f1的最小间距控制在合理范围内，一方面，便于电芯120容置于电池壳体110的容纳腔1101内，增加电芯120的入壳群裕度，另一方面，电芯120与中间区域1111之间的冗余空间较小，两侧的中间区域1111对电芯120形成一定的约束，可防止电芯120的极片出现打皱现象，也可利用中间区域1111对电芯120形成沿第一方向f1且能够约束电芯120膨胀的预压力，防止电芯120鼓胀。
45.根据本技术的一些实施例，可选地，预设阈值与电芯120的厚度的比值为10：9。
46.若两个第一侧板111的中间区域1111与电芯120之间沿第一方向f1的最小间距为分别为b1和b2，也就是说，其中一个第一侧板111的中间区域1111与电芯120之间沿第一方向f1的最小间距为b1，另一个第一侧板111的中间区域1111与电芯120之间沿第一方向f1的最小间距为b2。那么，a＝b1 b
2
电芯120的厚度，可以推出，b1 b2≤10％a。
47.可以理解，第一侧板111的中间区域1111与电芯120之间沿第一方向f1的最小间距控制在合理范围内，电芯120与中间区域1111之间的冗余空间较小，两侧的中间区域1111对电芯120形成一定的约束，可防止电芯120的极片出现打皱现象，也可利用中间区域1111对电芯120形成沿第一方向f1且能够约束电芯120膨胀的预压力，防止电芯120鼓胀。
48.可选地，第一侧板111的中间区域1111以电芯120为基准呈对称分布，即b1＝b2，两个第一侧板111的中间区域1111均对容置于电池壳体110的容纳腔1101内的电芯120形成沿第一方向f1且能够约束电芯120膨胀的预压力，且两侧的预压力方向相反且均作用于电芯120，这样就可更好地利用该预压力防止电芯120鼓胀。
49.根据本技术的一些实施例，可选地，两个第一侧板111的周围区域1112之间沿第一方向f1的间距为c，其中，c-a＝h，h为0.8-10mm。
50.也就是说，a比c小0.8-10mm。两个第一侧板111的周围区域1112之间沿第一方向f1的间距大于两个第一侧板111的中间区域1111之间沿第一方向f1的最小间距。
51.两个第一侧板111的周围区域1112之间沿第一方向f1的间距较大，增加了电芯120的入壳群裕度，且中间区域1111对电芯120形成能够约束电芯120膨胀的预压力，防止电芯
120鼓胀，也能避免电芯120的极片打皱而引起紫斑和析锂风险。
52.根据本技术的一些实施例，可选地，请参阅图2，并结合参阅图3及图4，中间区域1111的厚度为d1，周围区域1112的厚度为d2，其中，d
2-d1＝d0，d0为0-0.3mm。
53.也就是说，d1小于或等于d2，且d2与d1之差为0-0.3mm。
54.中间区域1111的厚度是指中间区域1111沿第一方向f1的尺寸，周围区域1112的厚度是指周围区域1112沿第一方向f1的尺寸。
55.当d0为0，即d1等于d2时，即中间区域1111的厚度等于周围区域1112的厚度，该电池壳体110适用于膨胀力变化不明显的电芯120。
56.当d1小于d2时，即中间区域1111的厚度小于周围区域1112的厚度，该电池壳体110适用于膨胀力变化明显的电芯120。中间区域1111的厚度较小，中间区域1111的回弹空间更大，利用该电池壳体110，既能在保证形成约束电芯120膨胀的预压力的情况下，嵌入更多层的电芯120，有利于提高电池单体10的能量密度，又能在电池单体10使用过程中，利用该更大的回弹空间防止电池单体10鼓胀变形。
57.可选地，d0为0.05-0.3mm。
58.该电池壳体110适用于膨胀力变化明显的电芯120。
59.根据本技术的一些实施例，可选地，请参阅图2及图4，周围区域1112远离容纳腔1101一侧设有垂直于第一方向f1的平面a。
60.可以理解，平面a为周围区域1112的外表面。
61.那么，在将电池壳体110与电池单体10的端盖130焊接过程中，可使焊接夹具夹持周围区域1112，便于焊接夹具夹持电池壳体110，可在中间区域1111存在的条件下，提高焊接夹具与电池壳体110的接触面积，提高焊接夹具的夹持力，有利于提高焊接的稳定性。
62.此外，相邻两个电池单体10之间会设置橡胶框和/或隔热垫，可利用周围区域1112，使电池单体10与橡胶框(或隔热垫)面面接触，提高彼此的接触面积，有利于至少两个电池单体10装配形成电池模组。
63.根据本技术的一些实施例，可选地，请参阅图4，并结合参阅图5和图6，中间区域1111在平面a上的投影面积为s1，周围区域1112的面积为s2，其中，s1＝n(s1 s2)，n为50％-85％。
64.也就是说，s1等于s1和s2之和的50％-85％，可见，中间区域1111的尺寸适宜。
65.一方面，可利用中间区域1111对电芯120形成沿第一方向f1且能够约束电芯120膨胀的预压力，防止电芯120鼓胀，也能防止电芯120的极片出现打皱现象，另一方面，不影响周围区域1112与焊接夹具等进行面面接触，可提高电池单体10的装配便利性和稳定性。
66.根据本技术的一些实施例，可选地，请参阅图2、图3及图4，中间区域1111相对于周围区域1112内凹形成有台阶部b。
67.台阶部b具有垂直于第一方向f1的台阶面，周围区域1112具有垂直于第一方向f1的平面a，可见，该台阶面平行于该平面a。
68.利用台阶部b可更好地对电芯120形成约束电芯120膨胀的预压力，该预压力沿平行于台阶部b的方向均匀分布，更好地避免电芯120的极片打皱。
69.根据本技术的一些实施例，可选地，请参阅图2，周围区域1112与中间区域1111之间呈圆角连接。
70.利用中间区域1111的台阶部b对电芯120形成约束电芯120膨胀和打皱的预压力，在电芯120膨胀而回弹的过程中，设置的圆角的缓冲效果更好，可防止电池壳体110出现应力损伤，更有利于提高电池壳体110的韧性和可靠性。
71.可选地，周围区域1112与中间区域1111之间呈钝角连接，圆角处的缓冲效果更好。
72.根据本技术的一些实施例，可选地，请参阅图5及图6，并结合参阅图7，中间区域1111具有内凹的弧形部c。
73.利用中间区域1111的弧形部c对电芯120形成约束电芯120膨胀和打皱的预压力，在电芯120膨胀而回弹的过程中，设置的弧形部c的缓冲效果更好，更有利于提高电池壳体110的可靠性。
74.根据本技术的一些实施例，可选地，第一侧板111一体成型。
75.可通过铸造的方式使第一侧板111一体成型。
76.周围区域1112与中间区域1111一体成型，可提高电池壳体110的整体强度和制造效率。
77.根据本技术的另一些实施例，可选地，中间区域1111相对于周围区域1112向内冲压形成。
78.根据本技术的其他一些实施例，可选地，周围区域1112与中间区域1111焊接。
79.根据本技术的一些实施例，参阅图1-4，电池壳体110包括沿第一方向f1相对设置的两个第一侧板111，第一侧板111包括周围区域1112以及中间区域1111，且b1 b2≤10％a，s1等于s1和s2之和的50％-85％。一方面，可利用中间区域1111对电芯120形成沿第一方向f1且能够约束电芯120膨胀的预压力，防止电芯120鼓胀，也能防止电芯120的极片出现打皱现象，另一方面，不影响周围区域1112与焊接夹具等进行面面接触，可提高电池单体10的装配便利性和稳定性。
80.本技术一实施例提供的电池单体10，包括上述的电池壳体110。电池壳体110可以是铝、钢、铝合金等材料。电池壳体110的形状可具有六面体形状或其它形状。
81.本技术一实施例提供的电池，包括上述的电池单体10。电池包含的电池单体数量可以是一个也可以是多个。电池可以是电池模组也可以是电池包。电池单体间通过串联、并联或混联的方式连接以实现较大的容量或功率。
82.本技术一实施例提供的用电装置，包括上述的电池。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。
83.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
84.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。