CN103474703A - 电化学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电化学装置，其包括阶梯式叠置的多个单体电芯，所述多个单体电芯的同性极耳电性连接在一起。与采用单纯的单个卷绕式电芯相比或采用单纯的单个叠片式电芯相比，本发明的阶梯式叠置多个单体电芯可更灵活地适应采用所述电化学装置的电子设备内部不规则空间，提高了电化学装置供电子设备使用的性能，使得电子设备内的空间更充分得到利用，制备过程更简单灵活且效率高。

Description

电化学装置
技术领域
本发明涉及储能器件领域，尤其涉及一种电化学装置。
背景技术
锂离子电池主要运用于手机、笔记本电脑和数码相机等移动设备，其体积小巧的特点日益突出，这就对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。
但是目前锂电池依靠材料改进提高能量密度的难度越来越大，通过更加有效地利用空间实现能量提升就显得尤为重要。目前移动设备留给电池的放置空间几乎都不是规则的长方体，其他电子元器件的排布经常呈现出阶梯状不规则排布，规则的单个方形锂离子电池会造成设备的内部空间有一定的闲置浪费。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电化学装置，其能灵活地适应采用所述电化学装置的电子设备内部不规则空间，以使得电子设备内的空间更充分得到利用，从而提高了电化学装置供电子设备使用的性能。
本发明的另一目的在于提供一种电化学装置，其能使得制备过程更简单灵活且效率高。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电化学装置，其中所述电化学装置包括阶梯式叠置的多个单体电芯，所述多个单体电芯的同性极耳电性连接在一起。
与采用单纯的单个卷绕式电芯相比或采用单纯的单个叠片式电芯相比，本发明的阶梯式叠置的多个单体电芯可更灵活地适应采用所述电化学装置的电子设备内部不规则空间，使得电子设备内的空间更充分得到利用，提高了电化学装置供电子设备使用的性能，制备过程更简单灵活且效率高。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图2为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图3为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图4为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图5为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图6为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图7为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图8为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图9为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图10为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图11为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图12为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图，为了清楚起见示出了下方的两个单体电芯的部分轮廓；
图13为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图14为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图15为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图16为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图17为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图18为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图19为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图；
图20为图19的圆圈部分的放大图；
图21为根据本发明一实施例的电化学装置的多个单体电芯的结构示意图，其中为了清楚起见，左侧的绝缘粘接剂条以网格填充线示出；以及
图22为图21的圆圈部分的放大图。
其中，附图标记说明如下：
1单体电芯2极耳3绝缘粘接剂条W宽度方向L长度方向
具体实施方式
下面参照附图详细说明根据本发明的电化学装置。在以下说明中，单体电芯1的长度和宽度可参照图中的长度方向标识L和宽度方向标识W来定义。
参照图1至图22所示，根据本发明的电化学装置包括阶梯式叠置的多个单体电芯1，所述多个单体电芯1的同性极耳2电性连接在一起。本发明的阶梯式叠置且并联连接的多个单体电芯可更灵活地适应采用所述电化学装置的电子设备内部不规则空间，使得电子设备内的空间更充分得到利用，提高了电化学装置供电子设备使用的性能（例如电化学装置为电池时的能量密度），制备过程更简单灵活且效率高。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，参照图1至图6，所述多个单体电芯1均为叠片式电芯。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，参照图7至图14、图19以及图21，所述多个单体电芯1均为卷绕式电芯。采用单一的卷绕式电芯，可使得所述电化学装置的制造过程简单，工业生产效率高。在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，参照图15至图18，所述多个单体电芯1中的一部分为叠片式电芯而另一部分为卷绕式电芯。具体地，在图15中，下面的单体电芯1为卷绕式电芯，而上面的单体电芯1为叠片式电芯；在图16中，下面的单体电芯1为叠片式电芯，而上面的单体电芯1为卷绕式电芯；在图17中，顶部和底部的单体电芯1为卷绕式电芯，而中间的单体电芯1为叠片式电芯；在图18中，顶部和底部的单体电芯1为叠片式电芯，而中间的单体电芯1为卷绕式电芯。
相对于均由单一的卷绕式电芯或均由单一的叠片式电芯组成的电化学装置来说，采用叠片式电芯和卷绕式电芯的组合可使电化学装置不仅可以更好地适应电子设备的内部不规则空间而且还具有如下效果：（1）卷绕式电芯的制备工艺比较成熟，成本较低，而叠片式电芯的制备较繁琐，成本较高，因此，针对电子设备留给电芯部分的空间是不规则的情况，对于空间中深度比较大的部分，电化学装置的电芯中的一部分采用卷绕式电芯，可以减少工序，降低成本；（2）由于对于叠片式电芯来说，极片可以被切割为任意小，因此可以得到面积比较小的单个电芯，而对于卷绕式电芯来说较困难，因此，针对电子设备留给电芯部分的空间是不规则的情况，对于空间中深度较浅、面积较小的部分，可在电化学装置的电芯中的相应部分采用叠片式电芯，从而可以更好地利用并适应这部分深度较浅、面积较小的空间，从而能够更适用于各种小空间高能量密度的要求；（3）叠片式电芯在电解液中的浸润性较好，且正负极极片的位置可以任意调整，因此对于前述空间中深度较浅、面积较小的部分来说，可在电化学装置的电芯中的相应部分采用叠片式电芯，从而可以更好地提高整个电芯在电解液中的浸润性，进而提高充放电容量等电化学性能；（4）叠片式电芯在充放电过程中的膨胀不易造成电芯变形，因此对于前述空间中深度较浅、面积较小的部分来说，可在电化学装置的电芯中的相应部分采用叠片式电芯，从而可以更好地保证整个电芯在不规则空间内的布置（即外形的稳定性）。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，参照图3、图4、图9、图10、图13、图19以及图21，所述多个单体电芯1的长度不同且所述阶梯式叠置形成长度方向台阶。在一实施例中，参照图4和图10，所述长度方向台阶为自中间向上下两侧沿长度方向L渐缩的长度方向台阶，所述多个单体电芯2的长度最大的单体电芯2位于中间。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，参照图1、图2、图7、以及图8，所述多个单体电芯1的宽度不同且所述阶梯式叠置形成宽度方向台阶。在一实施例中，参照图2和图8、所述宽度方向台阶为自中间向上下两侧沿宽度方向W渐缩的宽度方向台阶，所述多个单体电芯2的宽度最大的单体电芯2位于中间。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，参照图5、图6、图11、图12、图14至图18，所述多个单体电芯1的长度和宽度均不同且所述阶梯式叠置形成塔型台阶。在一实施例中，参照图6和图12，所述塔型台阶为自中间向上下两侧沿长度方向L和宽度方向W渐缩的塔形台阶，所述多个单体电芯2的长度和宽度最大的单体电芯2位于中间。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，参照图1至图19以及图21，所述多个单体电芯1的极耳2处的边缘对齐。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，参照图1至图19以及图21，所述多个单体电芯1的同性极耳2对齐。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，参照图1至图19以及图21，所述阶梯式叠置形成的台阶层数至少为2层。每层台阶高度可为0.1～20.0mm，每层台阶高度可优选为0.2～10.0mm，使其能极大有效地利用现有空间发挥电芯的最大容量。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，参照图1至图19以及图21，各单体电芯1的同性极耳2为至少一个。在图1至图12以及图15至图18中，各单体电芯1的同性极耳2为一个；在图13、图19以及图21中，各单体电芯1的同性极耳2超过一个。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，所述多个单体电芯1的不同性的极耳2可位于同一侧（参照图1、图2、图4至图19以及图21）。对于所述多个单体电芯1的不同性的极耳2位于同一侧的电化学装置而言，电芯在充放电过程中电池的极化更小，电芯的倍率性能会更好，从而发挥的容量也就越高。在另一实施例中，所述多个单体电芯1的不同性的极耳2可位于不同侧（参照图3）。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，参照图1至图13、图15至图19以及图21，各单体电芯1的极耳2可从相应的集流体沿宽度方向W切出。采用这种极耳成型的电化学装置，电芯的内阻会更小，在充放电过程中发热量小，无用功做的少，从而提高能量密度，此外，电芯在制造和使用过程中能够有效减少外接极耳刺穿隔膜，造成短路风险。可替代地，参照图1至图13、图15至19以及图21，各单体电芯1的极耳2可沿宽度方向W焊接于相应的集流体（未示出）。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，参照图14，当单体电芯1为卷绕式电芯时，单体电芯1的极耳2可自该单体电芯1卷绕时的相应的集流体（未示出）的末端沿长度方向L切出。采用这种极耳成型的电化学装置，电芯的内阻会更小，在充放电过程中发热量小，无用功做的少，从而提高能量密度，此外，电芯在制造和使用过程中能够有效减少外接极耳刺穿隔膜，造成短路风险。可替代地，照图14，当单体电芯1为卷绕式电芯时，单体电芯1的极耳2可自该单体电芯1卷绕时的相应的集流体（未示出）的末端沿长度方向L焊接。
在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，相邻两个单体电芯1的相对表面可通过绝缘粘接剂（图未示出）粘接在一起。在另一实施例中，参照图19至图22，沿在相邻两个单体电芯1的接触表面的沿宽度方向W的边缘处设置有沿长度方向L向外延伸的绝缘粘接剂条3，以将所述相邻两个单体电芯1的接触表面的沿宽度方向W的所述边缘封堵。在图19至图22中，右侧的绝缘粘接剂条3不仅填满相邻两个单体电芯1之间形成的凹部（或者缝隙）而且还向外延伸出一定距离（并形成一定高度）；而在图21和图22中，左侧的绝缘粘接剂条3仅填满相邻两个单体电芯1形成的凹部（或者缝隙）。此外，绝缘粘接剂条3可采用导热绝缘粘接剂。绝缘粘接剂条3可以加固相邻两个单体电芯1的固定，绝缘粘接剂条3可以对相邻两个单体电芯1之间的变形（例如实际使用过程中由于电芯内部的电化学作用使得单体电芯1膨胀）起到限制以及缓冲消除作用，从而确保适用于电子设备内部不规则空间；绝缘粘接剂条3可以作为相邻两个单体电芯1形成的台阶的延伸，从而更能灵活地充分利用并适用于电子设备内部不规则空间。在根据本发明所述的电化学装置的一实施例中，所述多个单体电芯1的各电芯可为但不限制于直角或圆角的矩形、半圆形等。
根据本发明所述的电化学装置可以电池或电容器。电池可以但不限于锂离子电池，电容器可以但不限于锂离子超级电容器。

Claims (20)

1.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括阶梯式叠置的多个单体电芯（1），所述多个单体电芯（1）的同性极耳（2）电性连接在一起。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述多个单体电芯（1）均为叠片式电芯。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述多个单体电芯（1）均为卷绕式电芯。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述多个单体电芯（1）中的一部分为叠片式电芯而另一部分为卷绕式电芯。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述多个单体电芯（1）的长度不同且所述阶梯式叠置形成长度方向台阶。
6.根据权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，所述长度方向台阶为自中间向上下两侧沿长度方向（L）渐缩的长度方向台阶，所述多个单体电芯（2）的长度最大的单体电芯（2）位于中间。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述多个单体电芯（1）的宽度不同且所述阶梯式叠置形成宽度方向台阶。
8.根据权利要求7所述的电化学装置，其特征在于，所述宽度方向台阶为自中间向上下两侧沿宽度方向（W）渐缩的宽度方向台阶，所述多个单体电芯（2）的宽度最大的单体电芯（2）位于中间。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述多个单体电芯（1）的长度和宽度均不同且所述阶梯式叠置形成塔型台阶。
10.根据权利要求9所述的电化学装置，其特征在于，所述塔型台阶为自中间向上下两侧沿长度方向（L）和宽度方向（W）渐缩的塔形台阶，所述多个单体电芯（2）的长度和宽度最大的单体电芯（2）位于中间。
11.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述多个单体电芯（1）的极耳（2）处的边缘对齐。
12.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述多个单体电芯（1）的同性极耳（2）对齐。
13.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，各单体电芯（1）的同性极耳（2）为至少一个。
14.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述多个单体电芯（1）的不同性的极耳（2）位于同一侧或不同侧。
15.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，各单体电芯（1）的极耳（2）沿宽度方向（W）焊接于相应的集流体或从相应的集流体沿宽度方向（W）切出。
16.根据权利要求3或4所述的电化学装置，其特征在于，各单体电芯（1）的极耳（2）自该单体电芯（1）卷绕时的相应的集流体的末端沿长度方向（L）焊接或切出。
17.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述阶梯式叠置形成的台阶层数至少为2层，每层台阶高度为0.1～20.0mm、优选为0.2～10.0mm。
18.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，相邻两个单体电芯（1）的接触表面通过绝缘粘接剂粘接在一起。
19.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，沿在相邻两个单体电芯（1）的接触表面的沿宽度方向（W）的边缘处设置有沿长度方向（L）向外延伸的绝缘粘接剂条（3），以将所述相邻两个单体电芯（1）的接触表面的沿宽度方向（W）的所述边缘封堵。
20.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置为电池或电容器。
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