电池单体、电池、用电装置及储能装置的制作方法

本技术涉及电池，具体而言，涉及一种电池单体、电池、用电装置及储能装置。

背景技术：

1、随着新能源技术的发展，电池的应用越来越广泛，例如应用于手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、储能装置、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等上。

2、在电池技术的发展中，如何提高电池单体的体积能量密度，是电池技术中一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种电池单体、电池、用电装置及储能装置，能够有效提高电池单体的体积能量密度。

2、第一方面，本技术实施例提供一种电池单体，包括外壳和电极组件，所述电极组件容纳于所述外壳内，所述外壳呈圆柱体，所述外壳的高度为h1，所述外壳的半径为r1；所述外壳包括第一端壁、第二端壁和侧壁，所述第一端壁和所述第二端壁沿所述外壳的高度方向相对设置，所述侧壁连接所述第一端壁和所述第二端壁，所述第一端壁和所述第二端壁的厚度之和为a，所述侧壁的厚度为b，满足：(r1-b)2*(h1-a)/(r12*h1)≥96％。

3、上述技术方案中，将电池单体的外壳的容积与外壳的体积的比值设定为96％以上，使得外壳的内部空间变大，外壳内部可以容纳更大的电极组件和更多的电解液，在相同的化学材料体系下，电池单体的体积能量密度可以得到提高。

4、在一些实施例中，(r1-b)/r1≥99％，且100mm≤r1≤400mm，0.2mm≤b≤2mm。这样，可以提高外壳内部空间在外壳径向上的尺寸占比，进一步提高电池单体的体积能量密度。

5、在一些实施例中，(h1-a)/h1≥96％，且100mm≤h1≤400mm，2mm≤a≤7mm。这样，可以提高外壳内部空间在外壳高度方向上的尺寸占比，进一步提高电池单体的体积能量密度。

6、在一些实施例中，所述外壳包括壳体和两个端盖，所述壳体具有相对设置的两个开口，两个所述端盖分别盖合于对应的所述开口；所述壳体为所述侧壁，两个所述端盖分别为所述第一端壁和所述第二端壁。

7、在一些实施例中，所述电池单体还包括第一绝缘件和第二绝缘件，所述第一绝缘件设置于所述第一端壁和所述电极组件之间，并与所述第一端壁抵接；所述第二绝缘件设置于所述第二端壁和所述电极组件之间，并与所述第二端壁抵接；所述第一绝缘件在所述高度方向上的最大尺寸为d1，所述第二绝缘件在所述高度方向上的最大尺寸为d2，满足：(h1-a-d1-d2)/h1≥90％，2mm≤d1≤6mm，且2mm≤d2≤6mm。这样，在高度方向上，外壳的内部留给电极组件的空间变大，允许放置更高的电极组件，以使电池单体的体积能量密度进一步得到提高。

8、在一些实施例中，所述外壳包括壳体和端盖，所述壳体具有开口，所述端盖盖合于所述开口；所述壳体包括一体成型的所述第二端壁和所述侧壁，所述端盖为所述第一端壁。

9、在一些实施例中，所述电池单体还包括第三绝缘件，所述第三绝缘件设置于所述第一端壁和所述电极组件之间，并与所述第一端壁抵接；或者，所述第三绝缘件设置于所述第二端壁和所述电极组件之间，并与所述第二端壁抵接；所述第三绝缘件在所述高度方向上的最大尺寸为d3，满足：(h1-a-d3)/h1≥92％，且2mm≤d3≤6mm。这样，在高度方向上，外壳的内部留给电极组件的空间变大，允许放置更高的电极组件，以使电池单体的体积能量密度进一步得到提高。

10、在一些实施例中，0.001m3≤π*r12*h1≤0.015m3。这样，一方面使得在满足外壳的容积与体积的比值在96％以上时，外壳的壁厚不至于太小，从而能够满足对外壳的结构强度和刚度的要求；另一方面可以将电池单体的容量和电流控制在合适的范围内，减少电池单体的发热量，降低电路中的元器件损坏的风险。

11、在一些实施例中，所述电极组件为卷绕式结构，所述电极组件呈圆柱体，所述电极组件的高度为h2，所述电极组件的半径为r2，满足：(r22*h2)/(r12*h1)≥85％。这样，电极组件能够充分利用外壳的内部空间，不会出现外壳的容积大，而电极组件的体积小的情况，提高电池单体的体积能量密度，减小电极组件在外壳内的窜动。

12、在一些实施例中，r2/(r1-b)≥97.5％，且h2/(h1-a)≥92.5％。

13、在一些实施例中，所述第一端壁、所述第二端壁和所述侧壁的材质均包括铝合金，所述铝合金包括以下质量百分含量的成分：铝≥96.7％，0.05％≤铜≤0.2％，铁≤0.7％，锰≤1.5％，硅≤0.6％，锌≤0.1％，其他单个元素成分≤0.05％，其他元素总成分≤0.15％。这样可以获得一种强度更高的铝合金，采用该铝合金作为外壳的材料，能够显著提升外壳抵抗冲击的能力，提高电池单体的可靠性。

14、在一些实施例中，所述第一端壁、所述第二端壁和所述侧壁的材质均包括铁合金，所述铁合金包括以下质量百分含量的成分：铁≥98％，0.15％≤碳≤2％；还含有锰、硅、硫、磷等，单个元素成分≤0.05％，总成分≤0.2％。这样可以获得一种强度更高的铁合金，采用该铁合金作为外壳的材料，能够显著提升外壳抵抗冲击的能力，提高电池单体的可靠性。

15、在一些实施例中，所述外壳包括壳体和端盖，所述壳体具有开口，所述端盖盖合于所述开口，所述端盖与所述壳体焊接或卷封连接；所述壳体包括一体成型的所述第二端壁和所述侧壁，所述端盖为所述第一端壁；所述电池单体还包括正电极端子，所述正电极端子绝缘设置于所述第二端壁，所述电极组件包括正极耳和负极耳，所述正极耳与所述正电极端子电连接，所述负极耳与所述第二端壁电连接。

16、在一些实施例中，所述外壳包括壳体和端盖，所述壳体具有开口，所述端盖盖合于所述开口，所述端盖与所述壳体焊接或卷封连接；所述壳体包括一体成型的所述第二端壁和所述侧壁，所述端盖为所述第一端壁；所述电池单体还包括正电极端子，所述正电极端子绝缘设置于所述第一端壁，所述电极组件包括正极耳和负极耳，所述正极耳与所述正电极端子电连接，所述负极耳与所述第一端壁电连接。

17、在一些实施例中，所述第一端壁的最大厚度为a1，所述第二端壁的最大厚度为a2，满足：a1≥a2，a1≥b。

18、在一些实施例中，1mm≤a1≤2mm，0.5mm≤a2≤1.5mm，0.2mm≤b≤0.8mm。

19、在一些实施例中，所述外壳包括壳体和两个端盖，所述壳体具有相对设置的两个开口，两个所述端盖分别盖合于对应的所述开口；所述壳体为所述侧壁，两个所述端盖分别为所述第一端壁和所述第二端壁，所述端盖与所述壳体焊接或卷封连接；所述电池单体还包括正电极端子和负电极端子，所述正电极端子设置于所述第一端壁，所述负电极端子设置于所述第二端壁，所述电极组件包括正极耳和负极耳，所述正极耳与所述正电极端子电连接，所述负极耳与所述负电极端子电连接。

20、在一些实施例中，所述第一端壁的最大厚度为a1，所述第二端壁的最大厚度为a2，满足：a1＝a2，a1≥b。

21、在一些实施例中，1mm≤a1≤2mm，0.2mm≤b≤1mm。

22、在一些实施例中，0.3≤r1/h1≤4，100mm≤r1≤400mm，100mm≤h1≤400mm。

23、在一些实施例中，所述电池单体的正极材料包括含锂磷酸盐，所述电池单体的容量为c，满足：c≥350ah，c/[π*(r1-b)2*(h1-a)]≥120ah/l。

24、在一些实施例中，所述电池单体的正极材料包括锂过渡金属氧化物，所述电池单体的容量为c，满足：c≥650ah，c/[π*(r1-b)2*(h1-a)]≥193ah/l。

25、在一些实施例中，所述电池单体为钠离子电池，所述电池单体的容量为c，满足：c≥260ah，c/[π*(r1-b)2*(h1-a)]≥88ah/l。

26、第二方面，本技术实施例提供一种电池，包括电池箱体和第一方面任意一个实施例提供的电池单体，电池单体容纳于电池箱体内。

27、第三方面，本技术实施例提供一种用电装置，包括第二方面任意一个实施例提供的电池。

28、第四方面，本技术实施例提供一种储能装置，包括储能箱体和多个第一方面任意一个实施例提供的电池单体，储能箱体包括电池仓，多个电池单体容纳于电池仓内。

29、在一些实施例中，所述电池单体包括电极端子，所述电极端子设置于所述外壳，多个所述电池单体的所述外壳的体积之和为v1，所述电池仓的体积为v2，满足：0.5≤v1/v2≤0.95。这样，可以提高储能装置的空间利用率，在储能箱体的电池仓内布置更多的电池单体，即在单位空间内布置更多的能量提供结构，由此可以提高能量密度，从而在不扩大占用空间的情况下提高容量。