CN113097568B - 电化学装置及应用其的电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种电化学装置及应用其的电子装置。电化学装置包括电解液、电极组件以及壳体。壳体容纳电解液和电极组件。电极组件包括第一极片、第二极片以及设置于第一极片和第二极片之间的隔离膜。所述第一极片、隔离膜以及第二极片层叠卷绕设置。在卷绕中心轴方向上，电化学装置包括相对的第一端和第二端。第一极片包括第一集流体及设置于所述第一集流体上的第一活性物质层。第一集流体包括第一部分，在卷绕中心轴方向上，第一部分位于第一集流体的端部且靠近第一端并远离第二端，第一部分上设置有多孔层。本申请的电化学装置可以改善电极组件内部电解液含量不足的问题，提高循环寿命。

Description

电化学装置及应用其的电子装置
技术领域
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电化学装置及应用其的电子装置。
背景技术
圆柱形电池是一种应用广泛的电池结构。圆柱形电池通常具有全极耳结构，即集流体宽度方向的一侧保留，不裁切，全部作为极耳。该结构中正负极集流体与集流盘焊接紧密，因此限制了电解液的浸润。
发明内容
为了解决现有技术中存在的至少一个问题，本申请提供一种可以改善电化学循环性能的电化学装置。
本申请实施例提供一种电化学装置，电化学装置包括电解液、电极组件以及壳体。壳体容纳电解液和电极组件。电极组件包括第一极片、第二极片以及设置于第一极片和第二极片之间的隔离膜。第一极片、隔离膜以及第二极片层叠卷绕设置。在卷绕中心轴方向上，电化学装置包括相对的第一端和第二端。第一极片包括第一集流体及设置于第一集流体上的第一活性物质层。第一集流体包括第一部分，在卷绕中心轴方向上，第一部分位于第一集流体的端部且靠近第一端并远离第二端，第一部分上设置有多孔层。
多孔层对于电解液具有较强的传导作用，在多孔层的毛细作用下，电化学装置中游离的电解液较易通过多孔层向第一活性物质层传导，可增加在电循环过程中第一活性物质层中的电解液的含量，从而改善电化学装置内局部电解液含量不足的问题，提高循环寿命。
在一种可能的实施方式中，多孔层包括聚合物材料或陶瓷材料中的至少一种。
在一种可能的实施方式中，聚合物材料包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氨基甲酸酯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚二丙烯酸四甘醇酯、聚酰亚胺、聚亚苯基酯、聚芳醚或聚吡咯中的至少一种。陶瓷材料包括勃姆石、二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化镁、氢氧化镁、氧化锆、莫来石或堇青石中的至少一种。
在一种可能的实施方式中，第一部分包括位于第一集流体的端部的第一弯折部，第一弯折部朝向卷绕中心轴方向设置。
在一种可能的实施方式中，位于电极组件外圈的第一弯折部连接相邻的位于电极组件内圈的第一弯折部的朝向第一端的表面。进一步的，第一部分的至少部分朝向卷绕中心轴方向弯曲，可以提高电极组件第一端的平整度，增大第一极片电连接的面积，提高电连接可靠性。
在一种可能的实施方式中，电化学装置还包括第一集流盘，第一弯折部背离第一端的表面设置有多孔层，第一弯折部朝向第一端的表面与集流盘连接。设于第一弯折部朝向卷绕中心(背离第一端)的表面的多孔层可加速电解液由电极组件外部向内部扩散的速度，进而改善电解液浸润。
在一种可能的实施方式中，第一集流体还包括第二部分，在卷绕中心轴方向上，第二部分位于第一集流体的端部且靠近第二端并远离第一端，第二部分上设置有多孔层。
在一种可能的实施方式中，在卷绕方向上，多孔层包括多个间隔设置的子层。
在一种可能的实施方式中，多孔层的厚度小于活性物质层的厚度。
本申请还提供一种电子装置，电子装置包括前述的电化学装置。
相比于现有技术，本申请的电化学装置，多孔层对于电解液具有较强的传导作用，电化学装置中游离的电解液较易通过多孔层向第一活性物质层传导，可增加在电循环过程中第一活性物质中的电解液的含量，从而改善电化学装置内局部电解液含量不足的问题，提升电化学装置的循环寿命。
附图说明
图1为本申请一实施例的电化学装置的立体示意图。
图2为本申请一实施例的电化学装置的剖视示意图。
图3A为本申请一实施例的电化学装置的局部剖视示意图。
图3B为图3A的爆炸视图。
图4为本申请一实施例的电化学装置的第一极片的结构示意图。
图5为本申请一实施例的电化学装置的第一极片处于展开或平铺状态下的平面示意图。
图6为本申请一实施例的电化学装置的多孔层的结构示意图。
图7为本申请一实施例的电化学装置的多孔层的结构示意图。
图8为本申请另一实施例的电化学装置的局部剖视示意图。
图9为本申请另一实施例的电化学装置的第一极片的结构示意图。
图10为本申请又一实施例的电化学装置的局部剖视示意图。
图11为本申请又一实施例的电化学装置的第一极片的结构示意图。
图12为本申请再一实施例的电化学装置的局部剖视示意图。
图13为本申请再一实施例的电化学装置的第一极片的结构示意图。
图14为本申请还一实施例的电化学装置的局部剖视示意图。
图15为本申请还一实施例的电化学装置的第一极片的结构示意图。
图16为本申请一实施例的电子装置的示意图。
主要元件符号说明
电化学装置 1
第一端 101
第二端 102
电极组件 10
第一极片 11
第一集流体 110
第一表面 1101
第二表面 1102
第一部分 111
第二部分 112
第一活性物质层区 113
第一弯折部 114
第二极片 12
第二集流体 120
第三表面 1201
第四表面 1202
第三部分 121
第四部分 122
第二活性物质层区 123
第二弯折部 124
隔离膜 13
第一活性物质层 141
第二活性物质层 142
多孔层 15
子层 150
槽体 151
壳体 16
导电凸起 160
导电柱 169
电解液 17
集流盘 18
第一集流盘 181
第二集流盘 182
第一厚度 D1
第二厚度 D2
卷绕中心轴 X
第一方向 Y
卷绕中心 Q
电子装置 100
负载 105
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
以下描述将参考附图以更全面地描述本申请内容。附图中所示为本申请的示例性实施例。然而，本申请可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。提供这些示例性实施例是为了使本申请透彻和完整，并且将本申请的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的附图标记表示相同或类似的组件。
本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不意图限制本申请。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。此外，当在本文中使用时，“包括”和/或“包含”和/或“具有”，整数，步骤，操作，组件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，区域，整数，步骤，操作，组件，组件和/或其群组。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本申请所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。此外，除非文中明确定义，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关技术和本申请内容中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的含义。
以下内容将结合附图对示例性实施例进行描述。须注意的是，参考附图中所描绘的组件不一定按比例显示；而相同或类似的组件将被赋予相同或相似的附图标记表示或类似的技术用语。
下面参照附图，对本申请的具体实施方式作进一步的详细描述。
本申请实施例提供一种电化学装置1。如图1和2所示，电化学装置1包括电极组件10、壳体16、电解液17以及集流盘18。壳体16容纳电极组件10、电解液17以及集流盘18，集流盘18与电极组件10电连接。部分电解液17浸润电极组件10，部分电解液17游离于壳体16内部或附着于电极组件10、壳体16以及集流盘18表面。电化学装置1包括相对的第一端101和第二端102，至少两个集流盘18分别设于第一端101及第二端102，至少两个集流盘18可分别与电化学装置1的正极和负极中的一个电连接。
电极组件10包括第一极片11、第二极片12以及设置于第一极片11和第二极片12之间的隔离膜13，第一极片11、隔离膜13以及第二极片12层叠卷绕设置，第一端101和第二端102沿卷绕中心轴X方向设置于电极组件10相对的两侧。结合图3A、图3B、图4及图5所示，第一极片11包括第一集流体110及设置于第一集流体110上的第一活性物质层141。第一集流体110包括第一部分111以及第一活性物质层区113，第一部分111与第一活性物质层区113连接。在卷绕中心轴方向上，第一部分111位于第一集流体110的端部且靠近第一端101并远离第二端102。第一集流体110包括相对的第一表面1101及第二表面1102，第一活性物质层141设于第一活性物质层区113的第一表面1101及第二表面1102，第一部分111可以为空箔区，第一部分111的第一表面1101及第二表面1102未设置有第一活性物质层141。
结合图4所示，在本实施例中，第一部分111上设置有多孔层15，多孔层15可用于传导电解液17，多孔层15可设于第二表面1102。进一步的，设于第一极片11的多孔层15的至少一端与第一活性物质层141临近或直接接触。
多孔层15对于电解液17具有较强的传导作用，在多孔层15的毛细作用下，电化学装置1中游离的电解液17较易通过多孔层15向第一活性物质层141传导，可增加在电循环过程中第一活性物质层141临近环境中的电解液17的含量，从而改善电化学装置1内局部电解液17含量不足的情况。
其中，第一活性物质层141的厚度第一厚度D1大于或等于多孔层15的厚度第二厚度D2，避免第一极片11在辊压过程中产生褶皱，或避免因应力不均使第一极片11损坏。对应的，当多孔层15设于第二极片12上时，多孔层15的厚度小于第二活性物质层142的厚度。
结合图3A及图3B所示，第二极片12包括第二集流体120及设置于第二集流体120上的第二活性物质层142。第二集流体120包括第三部分121以及第二活性物质层区123，第三部分121与第二活性物质层区123连接。在卷绕中心轴方向上，第三部分121位于第二集流体120的端部且靠近第二端102。第二集流体120包括相对的第三表面1201及第四表面1202，第二活性物质层142设于第二活性物质层区123的第三表面1201及第四表面1202，第三部分121可以为空箔区，即，第二活性物质层142未设于第三部分121的表面。于一实施例中，第二极片12在展开状态下可与第一极片11具有相同如图5所示的结构，其中，以第一极片11的展开为例，沿卷绕中心轴X的方向，多孔层15设于第一活性物质层141一侧，第一方向Y为极片(第一极片11或第二极片12)的长度方向，第一方向Y所在的平面可与卷绕中心轴方向X垂直。多孔层15进一步可设于第三表面1201。
于一实施例中，第一部分111包括位于第一集流体110端部的第一弯折部114，第一弯折部114临近第一端101并朝向卷绕中心Q的方向弯曲。第三部分121包括位于第二集流体120端部的第二弯折部124，第二弯折部124临近第二端102并朝向卷绕中心Q方向弯曲。其中，卷绕中心Q可以为卷绕中心轴X位于电化学装置1内的中心点。图中为了示意清楚，第一弯折部114与垂直卷绕中心轴X的方向有一定角度，但实际中，可能接近于平行，以使第一弯折部114处的第一表面1101及第二弯折部124处的第三表面1201与集流盘18焊接。
结合图2所示，集流盘18包括第一集流盘181和第二集流盘182。第一集流盘181设于第一端101并与第一极片11电连接，进一步的，第一集流盘181与第一弯折部114朝向第一端101的第一表面1101电连接。第二集流盘182设于第二端102并与第二极片12电连接，进一步的，第二集流盘182与第二弯折部124朝向第二端102的第三表面1201连接。
集流盘18为导电材料，用于使电极组件10与位于壳体16内的电化学装置1的正极及负极电连接。第一集流盘181与第一极片11朝向第一端101的部分通过例如焊接或导电胶粘结的方式实现电连接，第二集流盘182与第二极片12朝向第二端102的部分通过例如焊接或导电胶粘结的方式实现电连接。
于一实施例中，壳体16可以为空心的圆柱状结构，电极组件10、电解液17以及集流盘18设于壳体16内部，壳体16位于第一端101及第二端102的部分可以为导电结构，壳体16位于第一端101的端部设有导电凸起160，导电凸起160通过一导电柱169与第一集流盘181电连接，壳体16位于第二端102的部分与第二集流盘182电连接。于一实施例中，导电柱169与壳体16绝缘设置。
于一实施例中，位于电极组件10外圈的第一弯折部114背离第一端101的表面(第二表面1102)与相邻的内圈的第一弯折部114朝向第一端101的表面(第一表面1101)之间设有多孔层15以增强电解液17的传导。
第一弯折部114及第二弯折部124的至少一个朝向卷绕中心Q的表面设有多孔层15；或，可以理解为，第一弯折部114背离第一端101的表面设有多孔层15以及第二弯折部124背离第二端102的表面设有多孔层15。在本实施例中，第一弯折部114背离第一端101的第二表面1102设置有多孔层15，第二弯折部124背离第二端102的第四表面1202设置有多孔层15。
于一实施例中，第一极片11可以为电化学装置1的负极极片，第二极片12可以为电化学装置1的正极极片；于另一实施例中，第一极片11可以为电化学装置1的正极极片，第二极片12可以为电化学装置的负极极片。于一实施例中，在卷绕中心轴X的方向上，第一活性物质层区113距离第一端101的距离大于第二活性物质层区123距离第二端102的距离以避免析锂，设于第一活性物质层区113与第一端101之间的第一部分111上的多孔层15可提升电解液17由第一端101向第一活性物质层区113传递的速率。
多孔层15包括聚合物材料或陶瓷材料中的至少一种。其中，聚合物材料包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氨基甲酸酯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚二丙烯酸四甘醇酯、聚酰亚胺、聚亚苯基酯、聚芳醚或聚吡咯中的至少一种；陶瓷材料包括勃姆石、二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化镁、氢氧化镁、氧化锆、莫来石、堇青石中的至少一种。
于一实施例中，结合图6所示，多孔层15可以以连续的形式设置于第一集流体110表面。在其他实施例中，结合图7所示，多孔层15包括多个间隔设置的子层150，多个子层150可沿第一方向Y间隔设置，多个间隔的子层150之间的槽体151可用于容纳电解液17，槽体151可大致沿卷绕中心轴X的方向延伸。
如图8及图9所示，为本申请另一实施例，其与图1至7所示实施例的区别在于：多孔层15设置的范围不同。
具体的，以多孔层15设于第一极片11时为例进行展示，在本实施例中，多孔层15设于第一部分111。多孔层15可设于第一集流体110相对的第一表面1101及第二表面1102，多孔层15可设于第一部分111未延伸至第一弯折部114的部分，可用于将电解液17由靠近集流盘18一侧导向靠近第一活性物质层区113一侧。多孔层15在第二极片12上的设置方式与在第一极片11上的设置方式相同。
如图10及图11所示，为本申请另一实施例，其与图1至7所示实施例的区别在于：多孔层15设置的范围不同。
具体的，以多孔层15设于第一极片11时为例进行展示，在本实施例中，多孔层15设于第一部分111，多孔层15设于第一部分111未延伸至第一弯折部114的部分可设于第一集流体110相对的第一表面1101及第二表面1102，多孔层15设于第一弯折部114的部分仅设于第一集流体110朝向卷绕中心Q的第二表面1102，多孔层15可用于将电解液17由靠近集流盘18一侧导向靠近第一活性物质层区113一侧。多孔层15在第二极片12上的设置方式与在第一极片11上的设置方式相同。
如图12及图13所示，为本申请另一实施，其与图1至7所示实施例的区别在于：第一集流体110还包括第二部分112，多孔层15设置的范围不同。
具体的，以多孔层15设于第一极片11时为例进行展示，在本实施例中，第二部分112与第一部分111分别设于第一活性物质层区113的两端，第二部分112与第一活性物质层区113连接，多孔层15设于第二部分112，多孔层15可设于第二集流体120相对的第一表面1101及第二表面1102，可用于将电解液17由靠近集流盘18一侧导向靠近第一活性物质层区113一侧。多孔层15在第二极片12上的设置方式与在第一极片11上的设置方式相同。
如图14及图15所示，为本申请另一实施，其与图1至7所示实施例的区别在于：第一集流体110还包括第二部分112，多孔层15设置的范围不同。
具体的，以多孔层15设于第一极片11时为例进行展示，在本实施例中，第二部分112与第一部分111分别设于第一活性物质层区113的两端，第二部分112与第一活性物质层区113连接，多孔层15设于第一部分111及第二部分112，多孔层15设于第一部分111未延伸至第一弯折部114的部分可设于第一集流体110相对的第一表面1101及第二表面1102，多孔层15设于第一弯折部114的部分仅设于第一集流体110朝向卷绕中心Q的第二表面1102，多孔层15设于第二部分112的部分可设于第一集流体110相对的第一表面1101及第二表面1102，多孔层15可用于将电解液17由靠近集流盘18一侧导向靠近第一活性物质层区113一侧。多孔层15在第二极片12上的设置方式与在第一极片11上的设置方式相同。
如图16所示，为本申请实施例还提供一种电子装置100，该电子装置100包括电化学装置1及负载105，电化学装置1用于为负载105供电。本申请的电子装置100没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。
在一些实施例中，电子装置100可以包括，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、便携式通信设备、便携式复印机、便携式打印机、备用电源、电机、汽车、摩托车、电动自行车、照明器具、玩具、电动工具、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
上文中，参照附图描述了本申请的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本申请的范围的情况下，还可以对本申请的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本申请所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种电化学装置，其中，所述电化学装置包括：
电解液；
电极组件，包括第一极片、第二极片以及设置于所述第一极片和所述第二极片之间的隔离膜，所述第一极片、所述隔离膜以及所述第二极片层叠卷绕设置，在卷绕中心轴方向上，所述电极组件包括相对的第一端和第二端；
所述第一极片包括第一集流体及设置于所述第一集流体上的第一活性物质层，所述第一集流体包括第一部分，在所述卷绕中心轴方向上，所述第一部分位于所述第一集流体的端部且靠近所述第一端并远离所述第二端，所述第一部分上设置有多孔层；所述第一部分由所述第一集流体在所述卷绕中心轴方向上超出所述第一活性物质层的部分构成，所述多孔层与所述第一活性物质层在所述卷绕中心轴方向上排布设置，所述多孔层与所述第一活性物质层相接；以及
壳体，容纳所述电解液和所述电极组件。
2.如权利要求1所述的电化学装置，其中，所述多孔层包括聚合物材料或陶瓷材料中的至少一种。
3.如权利要求2所述的电化学装置，其中，
所述聚合物材料包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氨基甲酸酯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚二丙烯酸四甘醇酯、聚酰亚胺、聚亚苯基酯、聚芳醚或聚吡咯中的至少一种；
所述陶瓷材料包括勃姆石、二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化镁、氢氧化镁、氧化锆、莫来石或堇青石中的至少一种。
4.如权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一部分包括位于所述第一集流体的端部的第一弯折部，所述第一弯折部朝向所述卷绕中心轴方向设置。
5.如权利要求4所述的电化学装置，其中，位于所述电极组件外圈的所述第一弯折部连接相邻的位于所述电极组件内圈的所述第一弯折部的朝向所述第一端的表面。
6.如权利要求4所述的电化学装置，其中，所述电化学装置还包括第一集流盘，所述第一弯折部背离所述第一端的表面设置有所述多孔层，所述第一弯折部朝向所述第一端的表面与所述集流盘连接。
7.如权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一集流体还包括第二部分，在所述卷绕中心轴方向上，所述第二部分位于所述第一集流体的端部且靠近所述第二端并远离所述第一端，所述第二部分上设置有所述多孔层。
8.如权利要求1所述的电化学装置，其中，在所述第一极片长度的方向上，所述多孔层包括多个间隔设置的子层。
9.如权利要求1所述的电化学装置，其中，所述多孔层的厚度小于所述活性物质层的厚度。
10.一种电子装置，其中，所述电子装置包括如权利要求1至9任意一项所述的电化学装置。
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