电池单体、电池及用电装置的制作方法

本技术涉及电池，具体而言，涉及一种电池单体、电池及用电装置。

背景技术：

1、近些年，新能源汽车有了飞跃式的发展，在电动汽车领域，动力电池作为电动汽车的动力源，起着不可替代的重要作用。随着新能源汽车的大力推广，对动力电池产品的需求也日益增长，电池作为新能源汽车核心零部件在生产效率和生产成本上也有着较高的要求。其中，电池通常有多个电池单体串联、并联或混联而成。

2、对应一些相关技术中提及的电池单体，研究人员发现，现有的电池单体通常是由正极极片、负极极片和隔膜通过卷绕或者叠片等方式组装成电极组件(裸电芯)，之后装入壳体，再盖上端盖，最后注入电解液后得到的，这种结构的电池单体的制造工艺较为繁琐且难度较大，从而造成电池单体的生产效率较低，生产成本较高。因此，亟需明确电池单体的制造工艺繁琐和难度较大的原因并制定改进方案，以解决电池单体的生产效率较低且制造成本较高的问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种电池单体、电池及用电装置，能够有效提升电池单体的生产效率并降低电池单体的制造成本。

2、第一方面，本技术实施例提供一种电池单体，包括壳体、导电柱和端盖；所述壳体的内部形成有容纳腔，沿第一方向，所述壳体的一端设置有与所述容纳腔连通的开口，所述壳体面向所述容纳腔的一侧设置有第一活性物质层；所述导电柱沿所述第一方向延伸并插设于所述容纳腔内，所述导电柱的外周面上设置有第二活性物质层，所述第二活性物质层与所述第一活性物质层面向设置，且所述第二活性物质层与所述第一活性物质层的极性相反；所述端盖盖合于所述开口，并与所述导电柱相连。

3、在上述技术方案中，通过在壳体面向容纳腔的一侧和导电柱的外周面上分别设置有极性相反的第一活性物质层和第二活性物质层，并将导电柱沿第一方向插设于壳体的容纳腔内，使得第一活性物质层与第二活性物质层面向设置，从而能够通过壳体和导电柱分别作为电池单体的正负输出极实现电池单体的电能的输入或输出，采用这种结构的电池单体一方面无需对极片进行卷绕，且节省了集流构件与极耳相互装配连接的工艺，进而有利于提升电池单体的生产效率，另一方面无需在壳体内设置大量的电解质，且取消了集流构件等部件，进而有利于降低电池单体的制造成本，且有利于提高电池单体的内部空间利用率，以提升电池单体的能量密度。此外，电池单体的中心位置设置有导电柱，从而缓解了电池单体的中心孔在后期使用过程中存在塌陷的风险，进而有利于提升电池单体的使用稳定性，以提升电池单体的使用安全性。

4、在一些实施例中，所述第一活性物质层涂覆于所述壳体面向所述容纳腔的表面上。

5、在上述技术方案中，通过将第一活性物质层涂覆于壳体面向容纳腔的表面上，即第一活性物质层设置于容纳腔的腔壁面上，从而使得壳体能够直接作为电池单体的输出极，采用这种结构无需先将第一活性物质层设置于集流体上后再将集流体与壳体相连，从而有利于优化电池单体的生产工艺，节省电池单体的制造成本，且能够提升第一活性物质层设置于壳体上的连接稳定性和可靠性。

6、在一些实施例中，所述壳体为柱状结构，所述壳体的中心轴线沿所述第一方向延伸。

7、在上述技术方案中，通过将壳体设置为沿第一方向延伸的柱状结构，也就是说，电池单体为沿第一方向延伸的柱状结构，采用这种结构的电池单体的结构较为简单，便于装配，从而有利于降低电池单体的装配难度，以提升电池单体的生产效率。

8、在一些实施例中，沿所述第一方向，所述壳体的长度为l，所述壳体垂直于所述第一方向的横截面在垂直于所述第一方向上的最大尺寸为d1，满足，l≥d1。

9、在上述技术方案中，通过将壳体在第一方向上的长度设置为大于或等于壳体的横截面在垂直于第一方向上的最大尺寸，也就是说，壳体为沿第一方向延伸的长条状结构，采用这种结构的电池单体有利于提升第一活性物质层和第二活性物质层的容纳量，且能够有效增加第一活性物质层与第二活性物质层相互面向设置的区域的面积，从而有利于提升电池单体的能量密度和使用性能。

10、在一些实施例中，1.5≤l/d1；和/或，l/d1≤25。

11、在上述技术方案中，通过将壳体在第一方向上的长度与壳体的横截面在垂直于第一方向上的最大尺寸的比值设置为大于或等于1.5，从而在电池单体的体积相同的情况下能够有效增加导电柱的外周面与壳体的内表面相互面向设置的面积，以增加第一活性物质层与第二活性物质层的涂覆量，以及第一活性物质层与第二活性物质层相互面向设置的区域的面积，进而能够缓解因比值过小而造成第一活性物质层和第二活性物质层的容纳量不足，且第一活性物质层与第二活性物质层相互面向设置的区域的面积过小的现象。此外，通过将壳体在第一方向上的长度与壳体的横截面在垂直于第一方向上的最大尺寸的比值设置为小于或等于25，从而能够缓解因比值过大而造成电池单体为过于细长型的结构，以降低电池单体的制造难度过大。

12、在一些实施例中，所述第一活性物质层和所述第二活性物质层均为沿所述导电柱的周向延伸的环形结构。

13、在上述技术方案中，通过将第一活性物质层和第二活性物质层设置为均沿导电柱的周向延伸的结构，即第一活性物质层和第二活性物质层均为环绕在导电柱的外侧的环形结构，采用这种结构的电池单体能够进一步增加第一活性物质层和第二活性物质层的容纳量和第一活性物质层与第二活性物质层相互面向设置的区域的面积，从而能够有效提升电池单体的能量密度，以提升电池单体的使用性能。

14、在一些实施例中，所述第一活性物质层沿所述导电柱的周向围合形成供所述导电柱插入的安装通道，所述安装通道的内表面与所述第二活性物质层的外周面相互契合。

15、在上述技术方案中，通过将第一活性物质层的内表面与第二活性物质层的外周面设置为相互契合的结构，即第二活性物质层插设于第一活性物质层形成的安装通道内，且第二活性物质层面向第一活性物质层的表面的形状与第一活性物质层面向第二活性物质层的表面的形状相同，从而便于将设置有第二活性物质层的导电柱装配至第一活性物质层围合形成的安装通道内，有利于降低电池单体的装配难度，且有利于减少第一活性物质层与第二活性物质层之间的空间浪费，以提升电池单体的能量密度。

16、在一些实施例中，所述安装通道垂直于所述第一方向的横截面为圆形。

17、在上述技术方案中，通过将第一活性物质层围合形成的安装通道的横截面设置为圆形，即安装通道为圆形通道，采用这种结构能够在设置第二活性物质层装配至安装通道内时有效缓解第一活性物质层与第二活性物质层之间发生干涉或刮蹭的现象，一方面能够有利于提升电池单体的装配效率，另一方面能够有效提升电池单体的生产质量。

18、在一些实施例中，所述第一活性物质层包括多个第一反应层，多个所述第一反应层沿所述导电柱的径向层叠设置。

19、在上述技术方案中，第一活性物质层由沿导电柱的径向排布的多个第一反应层堆叠而成，采用这种结构的第一活性物质层一方面便于制造，有利于降低第一活性物质层设置在壳体的容纳腔的腔壁面上的制造难度，另一方面能够提升第一活性物质层的电解液的浸润效果，以保证金属离子的在第一活性物质层内的穿透性。

20、在一些实施例中，沿所述导电柱的径向，多个所述第一反应层中靠近所述第二活性物质层的所述第一反应层的密度小于其他所述第一反应层的密度。

21、在上述技术方案中，通过将靠近第二活性物质层的第一反应层的密度设置为比其他第一反应层的密度小，使得靠近第二活性物质层的第一反应层的动力学更好，以便于金属离子进行扩散至其他第一反应层内，从而有利于减少内阻，并能够提升电池单体的使用性能，同时还能够缓解电池单体出现极化的现象。

22、在一些实施例中，沿所述导电柱的径向，多个所述第一反应层中靠近所述第二活性物质层的所述第一反应层的颗粒直径小于其他所述第一反应层的颗粒直径。

23、在上述技术方案中，通过将靠近第二活性物质层的第一反应层的颗粒直径设置为比其他第一反应层的颗粒直径小，使得靠近第二活性物质层的第一反应层的动力学更好，以便于金属离子进行扩散至其他第一反应层内，从而有利于减少内阻，并能够提升电池单体的使用性能，同时还能够缓解电池单体出现极化的现象。

24、在一些实施例中，所述第一活性物质层的所述第一反应层的数量为n1，满足，2≤n1≤3。

25、在上述技术方案中，通过将第一活性物质层的第一反应层的数量设置在2个至3个，从而一方面能够缓解因第一反应层的数量过小而造成电解液的浸润效果不佳的现象，以保证电池单体的使用性能，另一方面能够降低因第一反应层的数量过多而导致第一活性物质层的制造难度过大且存在脱落的风险。

26、在一些实施例中，所述第二活性物质层包括多个第二反应层，多个所述第二反应层沿所述导电柱的径向层叠设置。

27、在上述技术方案中，第二活性物质层由沿导电柱的径向排布的多个第二反应层堆叠而成，采用这种结构的第二活性物质层一方面便于制造，有利于降低第二活性物质层设置在壳体的容纳腔的腔壁面上的制造难度，另一方面能够提升第二活性物质层的电解液的浸润效果，以保证金属离子的在第二活性物质层内的穿透性。

28、在一些实施例中，沿所述导电柱的径向，多个所述第二反应层中靠近所述第一活性物质层的所述第二反应层的密度小于其他所述第二反应层的密度。

29、在上述技术方案中，通过将靠近第一活性物质层的第二反应层的密度设置为比其他第二反应层的密度小，使得靠近第一活性物质层的第二反应层的动力学更好，以便于金属离子进行扩散至其他第二反应层内，从而有利于减少内阻，并能够提升电池单体的使用性能，同时还能够缓解电池单体出现极化的现象。

30、在一些实施例中，沿所述导电柱的径向，多个所述第二反应层中靠近所述第一活性物质层的所述第二反应层的颗粒直径小于其他所述第二反应层的颗粒直径。

31、在上述技术方案中，通过将靠近第一活性物质层的第二反应层的颗粒直径设置为比其他第二反应层的颗粒直径小，使得靠近第一活性物质层的第二反应层的动力学更好，以便于金属离子进行扩散至其他第二反应层内，从而有利于减少内阻，并能够提升电池单体的使用性能，同时还能够缓解电池单体出现极化的现象。

32、在一些实施例中，所述第二活性物质层的所述第二反应层的数量为n2，满足，2≤n2≤3。

33、在上述技术方案中，通过将第二活性物质层的第二反应层的数量设置在2个至3个，从而一方面能够缓解因第二反应层的数量过小而造成电解液的浸润效果不佳的现象，以保证电池单体的使用性能，另一方面能够降低因第二反应层的数量过多而导致第二活性物质层的制造难度过大且存在脱落的风险。

34、在一些实施例中，所述第一活性物质层面向所述第二活性物质层的表面设置有第一刻痕槽，所述第一刻痕槽用于容纳电解液；和/或，所述第二活性物质层面向所述第一活性物质层的表面设置有第二刻痕槽，所述第二刻痕槽用于容纳电解液。

35、在上述技术方案中，通过在第一活性物质层面向第二活性物质层的表面上设置用于容纳电解液的第一刻痕槽，使得这种结构的电池单体能够有效提升第一活性物质层对电解液的保液能力，且能够提升电解液对第一活性物质层的浸润效果，从而有利于提升电池单体的使用性能。同样的，通过在第二活性物质层面向第一活性物质层的表面上设置用于容纳电解液的第二刻痕槽，使得这种结构的电池单体能够有效提升第二活性物质层对电解液的保液能力，且能够提升电解液对第二活性物质层的浸润效果，从而有利于提升电池单体的使用性能。

36、在一些实施例中，所述第一活性物质层为沿所述导电柱的周向延伸的环形结构，所述第一刻痕槽沿所述导电柱的周向延伸。

37、在上述技术方案中，通过将第一刻痕槽设置为沿导电柱的周向延伸的环形结构，也就是说，第一刻痕槽环绕第一活性物质层整周设置，从而有利于提升第一刻痕槽对电解液的容纳量，进而能够有效提升第一活性物质层的保液能力，以保证第一活性物质层的电解液的浸润效果。

38、在一些实施例中，所述第一刻痕槽为多个，多个所述第一刻痕槽沿所述第一方向间隔设置。

39、在上述技术方案中，通过将设置在第一活性物质层的表面的第一刻痕槽设置为多个，且多个第一刻痕槽沿第一方向间隔设置，从而有利于进一步提升第一活性物质层的保液能力和电解液的浸润效果，以提升电池单体的使用性能。

40、在一些实施例中，所述第二活性物质层为沿所述导电柱的周向延伸的环形结构，所述第二刻痕槽沿所述导电柱的周向延伸。

41、在上述技术方案中，通过将第二刻痕槽设置为沿导电柱的周向延伸的环形结构，也就是说，第二刻痕槽环绕第二活性物质层整周设置，从而有利于提升第二刻痕槽对电解液的容纳量，进而能够有效提升第一活性物质层的保液能力，以保证第一活性物质层的电解液的浸润效果。

42、在一些实施例中，所述第二刻痕槽为多个，多个所述第二刻痕槽沿所述第一方向间隔设置。

43、在上述技术方案中，通过将设置在第二活性物质层的表面的第二刻痕槽设置为多个，且多个第二刻痕槽沿第一方向间隔设置，从而有利于进一步提升第二活性物质层的保液能力和电解液的浸润效果，以提升电池单体的使用性能。

44、在一些实施例中，所述端盖包括盖本体和极柱；所述盖本体盖合于所述开口；所述极柱绝缘安装于所述盖本体上；其中，所述导电柱连接于所述极柱。

45、在上述技术方案中，通过将导电柱与绝缘安装于盖本体上的极柱相连，以通过极柱实现电池单体的电能的输入或输出，从而能够缓解导电柱通过盖本体与壳体出现短接的现象，进而有利于减少电池单体在使用过程中的安全隐患。

46、在一些实施例中，所述导电柱与所述极柱为一体成型结构。

47、在上述技术方案中，通过将导电柱与极柱设置为一体成型的结构，即导电柱与极柱为一体式结构，采用这种结构的电池单体一方面有利于提升导电柱与极柱之间的连接稳定性和可靠性，以保证导流面积，另一方面便于将导电柱和端盖整体与壳体进行装配，有利于降低电池单体的装配难度，以提升电池单体的装配效率。

48、在一些实施例中，所述第一活性物质层为负极活性物质层，所述第二活性物质层为正极活性物质层。

49、在上述技术方案中，设置在壳体面向容纳腔的一侧上的第一活性物质层为负极活性物质层，对应的，设置在导电柱的外周面上的第二活性物质层为正极活性物质层，以使负极活性物质层能够包覆在正极活性物质层的外侧，采用这种结构的电池单体能够有效降低析锂的风险，以提升电池单体的使用安全性。

50、在一些实施例中，所述电池单体还包括隔离膜；所述隔离膜设置于所述第一活性物质层与所述第二活性物质层之间，以分隔所述第一活性物质层和所述第二活性物质层。

51、在上述技术方案中，电池单体还设置有位于第一活性物质层和第二活性物质层之间的隔离膜，从而能够有效实现第一活性物质层和第二活性物质层之间的绝缘隔离，以降低第一活性物质层和第二活性物质层出现短接的现象，进而有利于降低电极组件在使用过程中的安全隐患。

52、第二方面，本技术实施例还提供一种电池，包括上述的电池单体。

53、第三方面，本技术实施例还提供一种用电装置，包括上述的电池单体，所述电池单体用于提供电能；或包括上述的电池，所述电池用于提供电能。