CN113097434B - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种电化学装置，包括电极组件以及外壳。电极组件包括隔离膜。外壳包括收容电极组件的主体部和与主体部连接的密封部。密封部内设置有第一区域。隔离膜包括基材以及设置在基材上的涂层，涂层包括产气剂，产气剂用于在电化学装置的温度T高于预定温度时产生气体，气体用于降低第一区域与密封部之间的封装拉力以将外壳内部的气体排至外壳外部。本申请提供的所述电化学装置具有较好的散热性以及较高的使用安全性。本申请还提供了一种包括上述电化学装置的电子装置。

Description

电化学装置和电子装置
技术领域
本申请涉及一种电化学装置和具有所述电化学装置的电子装置。
背景技术
电化学装置(如电池)在电子移动设备、电动工具及电动汽车等电子装置中有着广泛使用，人们对电化学装置的安全性能要求也越来越高。电子装置在充电或者使用过程中，电化学装置内部可能会产生大量的热，若在短时间内热量难以散去，容易导致电化学装置热失控，降低其使用安全性。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种有利于改善散热性能和使用安全性的电化学装置。
本申请一实施例提供了一种电化学装置，包括电极组件以及外壳。电极组件包括隔离膜。外壳包括收容电极组件的主体部和与主体部连接的密封部。密封部内设置有第一区域。隔离膜包括基材以及设置在基材上的涂层，涂层包括产气剂，产气剂用于在电化学装置的温度T高于预定温度时产生气体，气体用于降低第一区域与密封部之间的封装拉力以将外壳内部的气体排至外壳外部。
本申请通过在所述密封部内设置第一区域，涂层包括产气剂。因此，当当电化学装置内部温度升高时，产气剂产生气体，以降低所述第一区域与所述密封部之间的封装拉力以将所述外壳内部的气体排至所述外壳外部，同时将电化学装置内部的热量释放出来，以改善电化学装置的使用安全性。
在一些可能的实现方式中，定义第一区域与密封部之间的封装拉力为F，电化学装置的温度为T，F与T满足关系式：F＝(0.5-f)T/20+6.5f-2.75，110℃≤T≤130℃，4.5N/6mm≤f≤5.5N/6mm。
在一些可能的实现方式中，涂层还包括无机颗粒，在涂层中，产气剂与无机颗粒的质量比为1:5至1:1。
在一些可能的实现方式中，产气剂包括碳酸锂、碳酸氢锂、碳酸钠以及碳酸氢钠中的至少一种。
在一些可能的实现方式中，电化学装置还包括密封件以及极耳。密封件的至少部分设置于密封部中，密封件包括第一密封件和第二密封件。极耳与电极组件电连接且从密封部穿出，且极耳设置于第一密封件与第二密封件之间。其中，第一密封件、第二密封件与外壳通过热熔合形成第一区域。产气剂产生的气体通过第一区域排至外壳外部，同时将电化学装置内部的热量释放出来，以改善电化学装置的使用安全性。
在一些可能的实现方式中，第一密封件包括第一密封层，第一密封层设置在极耳与外壳之间，在电化学装置的温度高于预定温度时，第一密封层与极耳之间的粘结力小于第一密封层与外壳之间的粘结力，使得第一密封层与极耳之间出现空隙，从而使得气体通过第一区域的空隙排至外壳外部，同时将电化学装置内部的热量释放出来，以改善电化学装置的使用安全性。
在一些可能的实现方式中，第一密封件还包括设置于第一密封层上的第二密封层，第一密封层位于极耳和第二密封层之间，第一密封层粘结极耳，第二密封层粘结外壳，在电化学装置的温度高于预定温度时，第一密封层与极耳之间的粘结力小于第二密封层与外壳或第一密封层之间的粘结力，使得第一密封层与极耳之间出现空隙，从而使得气体通过第一区域的空隙排至外壳外部，同时将电化学装置内部的热量释放出来，以改善电化学装置的使用安全性。
在一些可能的实现方式中，沿电化学装置的厚度方向，第一密封层和第二密封层的厚度之比为1:40至1:1。
在一些可能的实现方式中，第一密封件还包括第三密封层，第三密封层位于第二密封层和外壳之间，第三密封层粘结外壳，当电化学装置的温度大于预定温度时，第三密封层与外壳之间的粘结力小于第二密封层与第三密封层之间的粘结力，使得第三密封层与外壳之间出现空隙，从而使得气体通过第一区域的空隙排至外壳外部，同时将电化学装置内部的热量释放出来，以改善电化学装置的使用安全性。
在一些可能的实现方式中，第一密封件包括第一密封层和设置于第一密封层上的第二密封层，第二密封层位于极耳和第一密封层之间，第一密封层粘结外壳，第二密封层粘结极耳，在电化学装置的温度高于预定温度时，第二密封层与极耳之间的粘结力小于第一密封层与外壳或第二密封层之间的粘结力，使得第二密封层与极耳之间出现空隙，从而使得气体通过第一区域的空隙排至外壳外部，同时将电化学装置内部的热量释放出来，以改善电化学装置的使用安全性。
在一些可能的实现方式中，当电化学装置的温度为常温时，第一密封件与极耳之间的粘结力为5N/mm～10N/mm，当电化学装置的温度大于预定温度时，第一密封件与极耳之间的粘结力为0.5N/mm～2.5N/mm。
在一些可能的实现方式中，所述预定温度为110℃至130℃。
本申请另一实施例还提供了一种电子装置，包括上述任一种的电化学装置。
本申请实施例通过在所述密封部内设置第一区域以及采用包括产气剂的涂层。因此，当电化学装置内部温度升高时，产气剂产生气体，以降低所述第一区域与所述密封部之间的封装拉力以将所述外壳内部的气体排至所述外壳外部，同时将电化学装置内部的热量释放出来，以改善电化学装置的使用安全性。
附图说明
图1为本申请一实施方式提供的电化学装置的整体结构示意图。
图2为图1所示的电化学装置的电极组件的剖视图。
图3为图1所示的电化学装置于一些实施例中沿II-II的剖视图。
图4为图1所示的电化学装置于另一些实施例中沿II-II的剖视图。
图5为图1所示的电化学装置于又一些实施例中沿II-II的剖视图。
图6为图1所示的电化学装置于再一些实施例中沿II-II的剖视图。
图7为本申请一实施方式提供的电子装置的模块组成图。
主要元件符号说明
电化学装置 100
电极组件 10
第一极片 11
第二极片 12
隔离膜 13
基材 131
涂层 132
外壳 20
主体部 21
密封部 22
密封件 30
第一密封件 31
第一密封层 311
第二密封层 312
第三密封层 313
第二密封件 32
极耳 40
电子装置 200
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
为能进一步阐述本申请达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施方式，对本申请作出如下详细说明。
请参阅图1和图2，本申请一实施方式提供一种电化学装置100，包括电极组件10、外壳20、密封件30以及极耳40。
请参阅图2，电极组件10包括第一极片11、第二极片12和隔离膜13，隔离膜13设置于第一极片11和第二极片12之间。在一些实施例中，第一极片11可为阳极极片，第二极片12可为阴极极片。隔离膜13用于防止第一极片11和第二极片12直接接触，从而防止电极组件10短路。隔离膜13包括基材131以及设置在基材131上的涂层132。涂层132包括产气剂，产气剂用于在电化学装置100的温度T高于预定温度时产生气体。可以理解的是，本申请实施例中的温度T可以指的是电化学装置(电芯)表面的温度。在一些实施例中，预定温度为110℃。在另一些实施例中，预定温度还可为其他数值，如120℃，或者110℃到130℃之间的任意温度。在一些实施例中，温度T在110℃到130℃之间。
在一些实施例中，涂层132还包括无机颗粒，用于提高隔离膜13的抗穿刺能力。在涂层132中，产气剂与无机颗粒的质量比为1:5至1:1。在一些实施例中，产气剂包括碳酸锂、碳酸氢锂、碳酸钠以及碳酸氢钠中的至少一种。在一些实施例中，无机颗粒可为陶瓷、勃姆石、二氧化硅以及三氧化二铝等中的至少一种。
在一些实施例中，电极组件10为卷绕结构，即第一极片11、隔离膜13和第二极片12依次层叠后卷绕形成电极组件10。在另一些实施例中，电极组件10也可以为叠片结构，即第一极片11、隔离膜13和第二极片12依次层叠形成电极组件10，本申请并不作限制。
外壳20包括收容电极组件10的主体部21和与主体部21连接的密封部22。在一些实施例中，外壳20可以是采用封装膜(如铝塑膜)封装得到的包装袋，即电化学装置100为软包电芯。密封部22内设置有第一区域(图未示)。其中，第一区域通过密封件30与外壳20通过热熔合形成。定义第一区域与密封部22之间的封装拉力为F，电化学装置100的温度为T，F与T满足关系式：F＝(0.5-f)T/20+6.5f-2.75，110℃≤T≤130℃，4.5N/6mm≤f≤5.5N/6mm。
密封件30的至少部分设置于密封部22中。请参阅图1，极耳40与电极组件10电连接且从密封件30穿出，且极耳40设置于第一密封件31与第二密封件32之间。极耳40的数量为两个，分别与第一极片11和第二极片12电连接。极耳40用于与外部元件(图未示)电性连接。密封件30用于在封装时，防止极耳40与封装膜中的金属层之间发生短路，而且密封件30在封装时与封装膜的封装层热熔连接在一起，降低漏液风险。密封件30包括第一密封件31和第二密封件32。
请参阅图3，在一些实施例中，第一密封件31包括第一密封层311。第一密封层311设置在极耳40与外壳20之间，且粘结极耳40和外壳20。在电化学装置100的温度高于预定温度时，第一密封层311与极耳40之间的粘结力小于第一密封层311与外壳20之间的粘结力，同时产气剂产生气体，使得第一密封层311与极耳40之间出现空隙，从而使得气体通过第一区域的空隙排至外壳20外部，同时将电化学装置100内部的热量释放出来，以改善电化学装置100的使用安全性。
请参阅图4，在另一些实施例中，第一密封件31还包括设置于第一密封层311上的第二密封层312。第一密封层311位于极耳40和第二密封层312之间，第一密封层311粘结极耳40，第二密封层312粘结外壳20。在电化学装置100的温度高于预定温度时，第一密封层311与极耳40之间的粘结力小于第二密封层312与外壳20或第一密封层311之间的粘结力，同时产气剂产生气体，使得第一密封层311与极耳40之间出现空隙，从而使得气体通过第一区域的空隙排至外壳20外部，同时将电化学装置100内部的热量释放出来，以改善电化学装置100的使用安全性。
在一些实施例中，沿电化学装置100的厚度方向，第一密封层311和第二密封层312的厚度之比为1:40至1:1。
请参阅图5，在又一些实施例中，第二密封层312位于极耳40和第一密封层311之间，第一密封层311粘结外壳20，第二密封层312粘结极耳40。在电化学装置100的温度高于预定温度时，第二密封层312与极耳40之间的粘结力小于第一密封层311与外壳20或第二密封层312之间的粘结力，同时产气剂产生气体，使得第二密封层312与极耳40之间出现空隙，从而使得气体通过第一区域的空隙排至外壳20外部，同时将电化学装置100内部的热量释放出来，以改善电化学装置100的使用安全性。
请参阅图6，在再一些实施例中，第一密封件31还包括第三密封层313。第三密封层313位于第二密封层312和外壳20之间，第三密封层313粘结外壳20。当电化学装置100的温度大于预定温度时，第三密封层313与外壳20之间的粘结力小于第二密封层312与第三密封层313之间的粘结力，同时产气剂产生气体，使得第三密封层313与外壳20之间出现空隙，从而使得气体通过第一区域的空隙排至外壳20外部，同时将电化学装置100内部的热量释放出来，以改善电化学装置100的使用安全性。
在一些实施例中，当电化学装置100的温度为常温时，第一密封件31与极耳40之间的粘结力为5N/mm～10N/mm；当电化学装置100的温度大于预定温度时，第一密封件31与极耳40之间的粘结力下降为0.5N/mm～2.5N/mm。其中，常温为15℃～30℃。
在一些实施例中，第一密封层311、第二密封层312和第三密封层313的材质均可为聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯和聚丙烯的混合物。
请参阅图3至图6，在极耳40的厚度方向上，第二密封件32与第一密封件31分别位于极耳40的两侧，且第二密封件32与第一密封件31相互粘结。第二密封件32与第一密封件31的结构以及性质相同。具体地，在一些实施例中，第二密封件32可与第一密封件31的结构类似，在此不再详述。
请参阅图7，本申请另一实施方式还提供了一种电子装置200，电子装置200包括如上的电化学装置100。本申请的电子装置200可以是，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
下面通过实施例和对比例对本申请做进一步说明。其中，以电化学装置为钴酸锂/石墨电池为例并结合具体制备过程和测试方法对本申请进行说明，本领域技术人员应理解，本申请中描述的制备方法仅是实例，其他任何合适的制备方法均在本申请的范围内。
实施例1
电池中的密封件的第一密封件包括第一密封层，第一密封层设置在极耳与外壳之间，且粘结极耳和外壳，电池中的隔离膜的涂层包括碳酸锂。其中，极耳的厚度为80μm，在涂层中，碳酸锂与无机颗粒的质量比为1:5。
实施例2
与实施例1不同之处在于，在涂层中，碳酸锂与无机颗粒的质量比为1:1。
实施例3
与实施例1不同之处在于，第一密封件还包括设置于第一密封层上的第二密封层，第一密封层位于极耳和第二密封层之间，第一密封层粘结极耳，第二密封层粘结外壳。其中，第一密封层的厚度为40μm，第二密封层的厚度为40μm。
实施例4
与实施例3不同之处在于，在涂层中，碳酸锂与无机颗粒的质量比为1:1。
实施例5
与实施例1不同之处在于，第一密封件还包括依次设置在第一密封层上的第二密封层以及第三密封层，第三密封层位于第二密封层和外壳之间，第三密封层粘结外壳。其中，第一密封层的厚度为25μm，第二密封层的厚度为30μm，第三密封层的厚度为25μm。
实施例6
与实施例5不同之处在于，在涂层中，碳酸锂与无机颗粒的质量比为1:1。
对比例1
与实施例1不同之处在于，隔离膜的涂层不包括碳酸锂。
对比例2
与实施例3不同之处在于，隔离膜的涂层不包括碳酸锂。
对比例3
与实施例5不同之处在于，隔离膜的涂层不包括碳酸锂。
对比例4
与实施例1不同之处在于，密封件的第一密封件包括另一个第一密封层，隔离膜的涂层不包括碳酸锂。
对各实施例和对比例的电池进行封装拉力(即粘结力)测试，并将对应的封装拉力测试结果记录于表1中。其中，封装拉力测试的具体方法为：将电池中极耳处的密封部切割成宽度为6mm的待测样品，并将该待测样品夹到高铁拉力机上，设定环境温度，升温至预定温度110℃后，保温5min，测试180°剥离力，拉伸速度为175±5mm/min。
对各实施例和对比例的电池进行热箱测试，每组实施例和对比例的电池各取20个进行测试，然后分别统计每组实施例和对比例的电池通过测试的比例，并将结果记录于表1中。其中，热箱测试的具体方法为：将电池放置在温度为125℃和130℃的热箱中，并保温60min，观察电池的状态。判断标准：电池不起火、不燃烧以及不爆炸，则认为通过测试。其中，20/20pass表示：已测试的20个电池中，通过测试的电池的数量为20个；14/20pass表示：已测试的20个电池中，通过测试的电池的数量为14个。其它比例值的含义以此类推。
表1
封装拉力(N/mm) 125℃热箱 130℃热箱
实施例1 1.5 20/20pass 14/20pass
实施例2 0.17 20/20pass 20/20pass
实施例3 1.7 20/20pass 16/20pass
实施例4 0.23 20/20pass 20/20pass
实施例5 1.3 20/20pass 13/20pass
实施例6 0.1 20/20pass 20/20pass
对比例1 2 18/20pass 2/20pass
对比例2 2.5 17/20pass 2/20pass
对比例3 2.2 18/20pass 1/20pass
对比例4 4 5/20pass 0/20pass
从表1数据可知，相较于对比例1-4，实施例1-6中的电池的封装拉力较小(表1中的封装拉力指第一密封层311与极耳40的粘结力，或者第一密封件31的最外层与外壳20的粘结力)，表明实施例1-6中的电池温度升高时，产气剂产生气体，产生的气体降低了第一区域与密封部之间的封装拉力。
从表1数据还可知，相较于对比例1-4，实施例1-6中的电池在125℃和130℃的大部分未发生起火、燃烧以及爆炸，同时也可得知，实施例1-6中的电池的热稳定性比对比例1-4中的电池的热稳定性显著提高，表明实施例1-6中的电池的使用安全性得到显著改善。
以上说明仅仅是对本申请一种优化的具体实施方式，但在实际的应用过程中不能仅仅局限于这种实施方式。对本领域的普通技术人员来说，根据本申请的技术构思做出的其他变形和改变，都应该属于本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种电化学装置，包括：
电极组件，包括隔离膜；
外壳，包括收容所述电极组件的主体部和与所述主体部连接的密封部；
其特征在于，所述密封部内设置有第一区域；
所述隔离膜包括基材以及设置在所述基材上的涂层，所述涂层包括产气剂，所述产气剂用于在所述电化学装置的温度T高于预定温度时产生气体，所述气体用于降低所述第一区域与所述密封部之间的封装拉力以将所述外壳内部的气体排至所述外壳外部；
定义所述第一区域与所述密封部之间的封装拉力为F，所述电化学装置的温度为T，所述F与T满足关系式：F＝(0.5-f)T/20+6.5f-2.75，110℃≤T≤130℃，4.5N/6mm≤f≤5.5N/6mm。
2.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述涂层还包括无机颗粒，在所述涂层中，所述产气剂与所述无机颗粒的质量比为1:5至1:1。
3.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述产气剂包括碳酸锂、碳酸氢锂、碳酸钠以及碳酸氢钠中的至少一种。
4.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，还包括：
密封件，所述密封件的至少部分设置于所述密封部中，所述密封件包括第一密封件和第二密封件；以及
极耳，与所述电极组件电连接且从所述密封部穿出，且所述极耳设置于所述第一密封件与所述第二密封件之间；
其中，所述第一密封件、所述第二密封件与所述外壳通过热熔合形成所述第一区域。
5.如权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，所述第一密封件包括第一密封层，所述第一密封层设置在所述极耳与所述外壳之间，在所述电化学装置的温度高于所述预定温度时，所述第一密封层与所述极耳之间的粘结力小于所述第一密封层与所述外壳之间的粘结力。
6.如权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，所述第一密封件还包括设置于所述第一密封层上的第二密封层，所述第一密封层位于所述极耳和所述第二密封层之间，所述第一密封层粘结所述极耳，所述第二密封层粘结所述外壳，在所述电化学装置的温度高于所述预定温度时，所述第一密封层与所述极耳之间的粘结力小于所述第二密封层与所述外壳或所述第一密封层之间的粘结力。
7.如权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，沿所述电化学装置的厚度方向，所述第一密封层和所述第二密封层的厚度之比为1:40至1:1。
8.如权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，所述第一密封件还包括第三密封层，所述第三密封层位于所述第二密封层和所述外壳之间，所述第三密封层粘结所述外壳，当所述电化学装置的温度大于所述预定温度时，所述第三密封层与所述外壳之间的粘结力小于所述第二密封层与所述第三密封层之间的粘结力。
9.如权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，所述第一密封件包括第一密封层和第二密封层，所述第二密封层位于所述极耳和所述第一密封层之间，所述第一密封层粘结所述外壳，所述第二密封层粘结所述极耳，在所述电化学装置的温度高于所述预定温度时，所述第二密封层与所述极耳之间的粘结力小于所述第一密封层与所述外壳或所述第二密封层之间的粘结力。
10.如权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，当所述电化学装置的温度为常温时，所述第一密封件与所述极耳之间的粘结力为5N/mm～10N/mm，当所述电化学装置的温度大于所述预定温度时，所述第一密封件与所述极耳之间的粘结力为0.5N/mm～2.5N/mm。
11.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述预定温度为110℃至130℃。
12.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的电化学装置。
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