CN113241499B - 电化学装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电化学装置及电子设备，电化学装置包括：壳体组件，具有开口，开口具有第一几何中心；极板，包括与壳体组件连接的连接区域；其中，连接区域具有第一区域和第二区域，以经过第一几何中心并与开口垂直的平面为基准，第一区域和第二区域位于平面的两侧；第一区域的面积为S1，第二区域的面积为S2，满足：0.1≤S2/S1≤0.9。在第二区域处极板与壳体组件的连接可靠性小于第一区域处极板与壳体组件的连接可靠性，当电化学装置内部产气压力升高时，极板与壳体组件连接可靠性较小的第二区域处断开，释放电化学装置内部的气体，防止电化学装置膨胀变形甚至爆炸。该电化学装置可无需设置防爆阀，从而简化电化学装置的结构，降低加工成本，提高加工效率。

Description

电化学装置及电子设备

技术领域

本申请涉及储能器件技术领域，尤其涉及一种电化学装置及电子设备。

背景技术

锂离子电池在短路、高温、过充等滥用条件下极易产气膨胀，若产气无法及时泄出会导致电池鼓胀变形甚至爆炸，从而危害人身安全。目前，解决锂离子电池产气问题的方法是在锂离子电池的顶盖上设置防爆阀，当锂离子电池产气膨胀时，气体经防爆阀排出。但是，防爆阀不稳定且增加工序，耗时费力。

发明内容

本申请提供了一种电化学装置及电子设备，以解决现有技术中存在的至少部分问题。

本申请第一方面提供一种电化学装置，所述电化学装置包括：壳体组件，所述壳体组件具有开口，所述开口具有第一几何中心；极板，所述极板包括与所述壳体组件连接的连接区域；其中，所述连接区域具有第一区域和第二区域，以经过所述第一几何中心并与所述开口垂直的平面为基准，所述第一区域和所述第二区域位于所述平面的两侧；所述第一区域的面积为S1，所述第二区域的面积为S2，S1＞S2。

在一种可能的设计中，0.1≤S2/S1≤0.9。

在一种可能的设计中，所述极板包括扇形的第一连接部和第二连接部，且所述第一连接部的半径为R，所述第二连接部的半径为r；其中，R＞r。

在一种可能的设计中，所述第一连接部的圆心角为α，180°≤α≤315°。

在一种可能的设计中，所述第二连接部的圆心角为β，45°≤β≤180°，α+β＝360°。

在一种可能的设计中，所述极板包括矩形的第一连接部和第二连接部，且所述第一连接部的宽度为W1，所述第二连接部的宽度为W2；其中，W1＞W2。

在一种可能的设计中，所述第一连接部和所述第二连接部的长度相同。

在一种可能的设计中，所述极板包括本体部和端子，所述连接区域位于所述本体部，所述端子位于所述开口。

在一种可能的设计中，所述端子具有第二几何中心，沿垂直于所述开口的方向观察，所述第一几何中心与所述第二几何中心重合。

在一种可能的设计中，所述开口的形状选自圆形、正方形、矩形中的任意一种。

在一种可能的设计中，所述极板与所述壳体组件通过密封件连接。

在一种可能的设计中，所述密封件具有第一外边缘，所述极板具有第二外边缘；沿垂直于所述开口的方向观察，所述第一外边缘与所述第二外边缘重合，或者，所述密封件超出所述极板。

在一种可能的设计中，所述壳体组件包括外壳和盖体，所述开口设置于所述盖体，所述外壳和所述盖体围成容纳腔；所述电化学装置还包括电极组件，所述电极组件位于所述容纳腔内；所述电极组件包括第一极耳和第二极耳，所述第一极耳与所述极板电连接，所述第二极耳与所述壳体组件电连接。

在一种可能的设计中，所述壳体组件包括金属或塑料中的至少一种。

本申请第二方面提供一种电子设备，所述电子设备包括以上所述的电化学装置。

本申请中，由于第二区域的面积S2小于第一区域的面积S1，因此，在第二区域处极板与壳体组件的连接可靠性小于第一区域处极板与壳体组件的连接可靠性，当电化学装置内部产气压力升高时，在压力的作用下，极板与壳体组件连接可靠性较小的第二区域处能够断开，从而释放电化学装置内部的气体，防止电化学装置膨胀变形甚至爆炸。同时，该电化学装置可无需设置防爆阀排出内部产气，从而简化电化学装置的结构，降低加工成本，提高加工效率。另外，极板与壳体组件之间还具有连接可靠性较高的第一区域，从而防止电化学装置正常工作时极板与壳体组件的连接断开，保证电化学装置能够正常工作，并提高其使用寿命。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请所提供电化学装置在一种具体实施例中的剖视图；

图2为图1中盖体与极板配合的结构示意图；

图3为本申请所提供电化学装置在另一种具体实施例中的剖视图；

图4为图3中盖体与极板配合的结构示意图；

图5为图2和图4中极板的结构示意图；

图6为图5中的极板在第一种具体实施例中的结构示意图；

图7为图5中的极板在第二种具体实施例中的结构示意图；

图8为图5中的极板在第三种具体实施例中的结构示意图；

图9为图5中的极板在第四种具体实施例中的结构示意图；

图10为图5中的极板在第五种具体实施例中的结构示意图。

附图标记：

1-壳体组件；

11-外壳；

12-盖体；

121-开口；

121a-第一几何中心；

2-极板；

21-本体部；

211-第一连接部；

212-第二连接部；

213-第三几何中心；

214-第二外边缘；

22-端子；

221-第二几何中心；

3-密封件；

31-第一外边缘；

4-第一区域；

5-第二区域。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，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。基于本申请中的实施例，所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

需要注意的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

本申请实施例提供一种电化学装置，如图1～4所示，该电化学装置包括壳体组件1和电极组件(图中未示出)，壳体组件1具有容纳腔，电极组件的至少部分位于该容纳腔内，该壳体组件1用于保护电极组件。其中，电极组件可以包括第一极片、第二极片和隔离膜。第一极片与第二极片中，一者为正极，另一者为负极，隔离膜用于隔开第一极片和第二极片，隔离膜可以通过热塑性树脂支撑，例如聚乙烯或聚丙烯，该隔离膜用于使第一极片和第二极片绝缘。该电极组件还可以包括第一极耳和第二极耳(图中未示出)，第一极耳和第二极耳中，一者为正极极耳，另一者为负极极耳，其中，负极极耳可直接由负极极片的负极集流体裁切而成，正极极耳可直接由正极极片的正极集流体裁切形成。

同时，如图1～4所示，该壳体组件1包括外壳11与盖体12，该盖体12盖于外壳11，并围成壳体组件1的容纳腔，盖体12设置有开口121。该电化学装置还包括极板2，该极板2包括本体部21和端子22，该本体部21与壳体组件1的盖体12连接，端子22设于盖体12的开口121处，从而通过端子22输出电极组件的电能。上述第一极耳与极板2的端子22电连接，第二极耳与壳体组件1电连接。

本申请实施例中，如图1～4所示，该壳体组件1的开口121具有第一几何中心121a，极板2具有与壳体组件1连接的连接区域，如图2和图4所示，该连接区域具体包括第一区域4和第二区域5，以经过第一几何中心121a并与开口121垂直的平面为基准，第一区域4和所述第二区域5位于该平面的两侧，且第一区域4的面积为S1，第二区域5的面积为S2，S1＞S2。其中，第一区域4和第二区域5的面积为沿垂直于开口121的方向观察，极板2位于上述平面两侧的连接区域的面积。

本实施例中，由于第二区域5的面积S2小于第一区域4的面积S1，因此，在第二区域5处极板2与壳体组件1的连接可靠性小于第一区域4处极板2与壳体组件1的连接可靠性，当电化学装置内部产气压力升高时，在压力的作用下，极板2与壳体组件1连接可靠性较小的第二区域5处能够断开，从而释放电化学装置内部的气体，防止电化学装置膨胀变形甚至爆炸。同时，该电化学装置可无需设置防爆阀排出内部产气，从而简化电化学装置的结构，降低加工成本，提高加工效率。另外，极板2与壳体组件1之间还具有连接可靠性较高的第一区域4，从而防止电化学装置正常工作时极板2与壳体组件1的连接断开，保证电化学装置能够正常工作，并提高其使用寿命。

具体地，如图1～4所示，在一些实施例中，开口121的形状选自圆形、正方形、矩形中的任意一种；当然，本申请开口121的形状不限于上述形状。在一些实施例中，极板2与壳体组件1通过密封件3连接。密封件3可包括本领域常用的种类，例如热熔胶等。

本实施例中，开口121用于极板2的端子22伸出，因此，该开口121的形状可以根据实际工况任意选择，或者，还可以根据端子22的形状设置，只要能够实现端子22伸出即可。另外，极板2与壳体组件1之间通过密封件3连接时，不仅能够实现二者的连接，还可以实现壳体组件1在开口121处的密封，防止外部杂质进入壳体组件1的内腔影响电化学装置正常工作。此时，极板2的第一区域4和第二区域5与壳体组件1之间均为密封连接区域，电化学装置内部产气时，在气压作用下，连接可靠性较低的第二区域5处的密封件3能够脱开，从而实现泄压，连接可靠性较高的第一区域4处的密封件3较难脱开，从而保证电化学装置能够正常工作。

更具体地，如图1～4所示，密封件3具有第一外边缘31，极板2具有第二外边缘214。如图1和图2所示的实施例中，沿垂直于开口121的方向观察，第一外边缘31与第二外边缘214重合。

本实施例中，在通过密封件3连接极板2与壳体组件1时，可以将密封件3涂覆于极板2的表面，并将涂覆有密封件3的极板2与壳体组件1连接，此时，连接后密封件3的第一外边缘31与极板2的第二外边缘214重合。当将密封件3涂覆于极板2时，便于根据需要控制极板2与壳体组件1的粘接面积，从而便于形成连接面积不同的第一区域4和第二区域5。

在另一种具体实施例中，如图3和图4所示，沿垂直于开口121的方向观察，密封件3超出极板2，即第二外边缘214位于第一外边缘31围成的区域内。

本实施例中，在通过密封件3连接极板2与壳体组件1时，可以将密封件3涂覆于壳体组件1的表面，并将极板2与涂覆有密封件3的壳体组件1连接，为了保证能够满足壳体组件1与极板2的连接面积要求，通常情况下涂覆的密封件3的面积稍大于所需要的连接面积，此时，连接后密封件3的第一外边缘31超出极板2的第二外边缘214。当将密封件3涂覆于壳体组件1时，能够保证壳体组件1与极板2具有足够的连接面积。

另一方面，如图2和图4所示，壳体组件1的开口121具有第一几何中心121a，极板2的端子22具有第二几何中心221，沿垂直于开口121的方向观察，第一几何中心121a与第二几何中心221重合，即该极板2的端子22从开口121的中心伸出，提高电化学装置的对称性。

同时，如图5所示，极板2的本体部21具有第三几何中心213，在一种具体实施例中，沿垂直于开口121的方向观察，该第三几何中心213与上述第一几何中心121a和第二几何中心221均不重合，且为了实现第一区域4的面积S1大于第二区域5的面积S2，该本体部21的第三几何中心213更加靠近第一区域4。

以上各实施例中，第二区域5的面积S2与第一区域4的面积S1之比满足：0.1≤S2/S1≤0.9。例如，S2/S1具体可以为0.1、0.3、0.5、0.6、0.8、0.9等。

当S2/S1过小(例如小于0.1)时，第二区域5的面积S2过小，电化学装置正常工作(内部未产气或产气量较少)时，该壳体组件1与极板2在第二区域5处的连接存在断开的风险，导致该电化学装置无法正常工作，影响其使用寿命；当S2/S1过大(例如大于0.9)时，第二区域5的面积S2过大，壳体组件1与极板2在第二区域5处的连接可靠性较高，当电化学装置内部产气时，第二区域5处壳体组件1与极板2之间的连接不容易断开，从而无法快速释放电化学装置内部的气体，导致电化学装置发生膨胀变形甚至爆炸，降低安全性。本实施例中，当0.1≤S2/S1≤0.9时，使得电化学装置能够正常工作，提高使用寿命，并能够在电化学装置内部产气时快速释放气体，防止电化学装置发生膨胀变形甚至爆炸，提高安全性。

在第一种具体实施例中，如图6和图7所示，当电化学装置的壳体组件1的截面为圆形时，为了便于与壳体组件1连接，极板2的本体部21包括扇形的第一连接部211和第二连接部212，且第一连接部211的半径为R，第二连接部212的半径为r；其中，R＞r。其中，该第一连接部211用于与壳体组件1连接，并形成上述第一区域4，该第二连接部212用于与壳体组件1连接，并形成上述第二区域5，且第一连接部211与壳体组件1的连接面积大于第二连接部212与壳体组件1的连接面积。

本实施例中，当极板2包括半径不同的第一连接部211和第二连接部212时，能够方便地实现第一区域4的面积S1与第二区域5的面积S2不同，且第一连接部211与第二连接部212均为规则的结构，能够便于控制二者的面积，从而便于控制S2/S1的值，使其在最佳范围内。

具体地，如图6和图7所示，该第一连接部211的圆心角为α，第二连接部212的圆心角为β；180°≤α≤315°，45°≤β≤180°。例如，第一连接部211的圆心角为α具体可以为180°、270°、300°、315°等，第二连接部212的圆心角为β具体可以为180°、90°、60°、45°等。其中，α+β＝360°。

本实施例中，当180°≤α≤315°，45°≤β≤180°时，能够保证第一连接部211的面积大于第二连接部212的面积，且第一连接部211与壳体组件1连接形成第一区域4、第二连接部212与壳体组件1连接形成第二区域5，从而保证第一区域4的面积大于第二区域5的面积。

以图6和图7所示的壳体组件1的截面为圆形、开口121的截面为圆形的锂离子电池为例进行泄压效果对比，其中，组别1和组别2的锂离子电池均具有第一连接部211为扇形、第二连接部212为扇形结构的极板2，且组别1中的锂离子电池的角度α和角度β变化，组别2中的锂离子电池的封印宽度变化，该锂离子电池的压强上下限要求为(0.8MPa，4MPa)，开口121的直径为1mm，试验结果如下表所示：

根据上表的试验结果可知，组别1中改变第一连接部211的圆心角α和第二连接部212的圆心角β，可以看出：当S2/S1在0.6-0.9范围内时，包括该极板2的电化学装置可以在规定的泄压压强内安全泄压，电化学装置未发生爆炸，相比现有的极板2与壳体组件1的连接面积相同的电化学装置，本申请的电化学装置具有明显较低的泄压压力，优势明显。

组别2中改变第二连接部212的半径r，可以看出：当S2/S1在0.1-0.6范围内时，包括该极板2的电化学装置可以在规定的泄压压强内安全泄压，电化学装置未发生爆炸，相比现有的极板2与壳体组件1的连接面积相同的电化学装置，本申请中的电化学装置具有明显较低的泄压压力，优势明显。

综上所述，对于壳体组件1的截面为圆形、开口121为圆形的电化学装置来说，当S2/S1在在0.1-0.9范围内时，包括半径不同的第一连接部211和第二连接部212的极板2的电化学装置能够规定的泄压压强内安全泄压，不会发生爆炸。

在另一种具体实施例中，如图8～10所示，当电化学装置的壳体组件1的截面为矩形时，为了便于与壳体组件1连接，极板2包括矩形的第一连接部211和第二连接部212，且第一连接部211的宽度为W1，第二连接部212的宽度为W2；其中，W1＞W2。其中，该第一连接部211用于与壳体组件1连接，并形成上述第一区域4，该第二连接部212用于与壳体组件1连接，并形成上述第二区域5，且第一连接部211与壳体组件1的连接面积大于第二连接部212与壳体组件1的连接面积。

本实施例中，当极板2包括宽度不同的第一连接部211和第二连接部212时，能够方便地实现第一区域4的面积S1与第二区域5的面积S2不同，且第一连接部211与第二连接部212均为规则的结构，能够便于控制二者的面积，从而便于控制S2/S1的值，使其在最佳范围内。

在图8所示的实施例中，第一连接部211的长度L1和第二连接部212的长度L2相同。

本实施例中，由于第一连接部211的长度与第二连接部212的长度相同，且第一连接部211的宽度大于第二连接部212的宽度，因此，该矩形结构的第一连接部211的面积大于矩形结构的第二连接部212的面积，使得第一连接部211与壳体组件1连接后的面积大于第二连接部212与壳体组件1连接后的面积，在电化学装置内部产气时，第二连接部212与壳体组件1之间的连接能够断开，从而实现泄压，防止电化学装置发生爆炸。

同时，本实施例中的极板2的本体部21为规则矩形结构，且端子22从本体部21伸出时与本体部21偏心，即本体部21的第三几何中心213与端子22的第二几何中心221沿宽度方向W具有预设距离，沿宽度方向W，该端子22的第二几何中心221一侧的部分为第一连接部211，另一侧的部分为第二连接部212。因此，本实施例中的极板2在实现第一区域4的面积S1大于第二区域5的面积的同时，还具有结构简单的优点。

在如图9所示的实施例中，该极板2的本体部21中，第一连接部211的长度L1小于第二连接部212的长度L2，同时，由于第一连接部211的宽度W1大于第二连接部212的宽度W2，通过合理控制第一连接部211的长度L1和宽度W1以及第二连接部212的长度L2和宽度W2，能够使得第一连接部211的面积大于第二连接部212的面积，使得第一连接部211与壳体组件1连接后的面积大于第二连接部212与壳体组件1连接后的面积，在电化学装置内部产气时，第二连接部212与壳体组件1之间的连接能够断开，从而实现泄压，防止电化学装置发生爆炸。

在如图10所示的实施例中，该极板2的本体部21中，第一连接部211的长度L1大于第二连接部212的长度L2，同时，第一连接部211的宽度W1大于第二连接部212的宽度W2，使得第一连接部211的面积大于第二连接部212的面积，从而使得第一连接部211与壳体组件1连接后的面积大于第二连接部212与壳体组件1连接后的面积，在电化学装置内部产气时，第二连接部212与壳体组件1之间的连接能够断开，从而实现泄压，防止电化学装置发生爆炸。

以图8～10所示的壳体组件1的截面为矩形、开口121的截面为方形的锂离子电池为例进行泄压效果对比，其中，该锂离子电池的压强上下限要求为(0.8MPa，4MPa)，开口121的边长为1mm，试验结果如下表所示：

根据上表的试验结果可知，本申请实施例中的电化学装置中，当极板2包括宽度不同的第一连接部211和第二连接部212，且S2/S1在0.1-0.9范围内时，在满足封印可靠性的前提下，电化学装置可以在规定的泄压压强内安全泄压，且S2/S1在0.1-0.6范围内时，该电化学装置未发生爆炸，相比现有技术中的电化学装置优势明显。

以上各实施例中，壳体组件1选自金属壳或塑料壳。

本申请实施例中的电化学装置可以用于多种领域，只要能够采用电化学装置供电的设备，均可采用本申请实施例中的电化学装置。例如，该电化学装置可以用于电动车的电化学装置包和电子装置等部件，电子装置可以为手机、平板电脑、桌面型计算机、膝上型计算机、手持计算机、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本，以及蜂窝电话、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、增强现实(augmented reality，AR)设备、虚拟现实(virtual reality，VR)设备、人工智能(artificial intelligence,AI)设备、可穿戴式设备、车载设备、智能家居设备和/或智慧城市设备、电动工具、储能装置电动三轮车、电动汽车等，本申请实施例对该电子装置的具体类型不作特殊限制。

具体地，该电子设备可以包括外壳、屏幕、电路板和电化学装置等部件，其中，屏幕、电路板和电化学装置均安装于外壳，该电化学装置为以上任一实施例中所述的电化学装置。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括：

壳体组件，所述壳体组件具有开口，所述开口具有第一几何中心；

极板，所述极板包括与所述壳体组件连接的连接区域，所述连接区域位于所述壳体组件的内腔；

其中，所述连接区域具有第一区域和第二区域，以经过所述第一几何中心并与所述开口垂直的平面为基准，所述第一区域和所述第二区域位于所述平面的两侧；

所述第一区域的面积为S1，所述第二区域的面积为S2，满足：0.1≤S2/S1≤0.9。

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述极板包括扇形的第一连接部和第二连接部，且所述第一连接部的半径为R，所述第二连接部的半径为r；

其中，R＞r。

3.根据权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述第一连接部的圆心角为α；

180°≤α≤315°。

4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述极板包括矩形的第一连接部和第二连接部，且所述第一连接部的宽度为W1，所述第二连接部的宽度为W2；

其中，W1＞W2。

5.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，所述第一连接部和所述第二连接部的长度相同。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述极板包括本体部和端子，所述连接区域位于所述本体部，所述端子位于所述开口。

7.根据权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，所述端子具有第二几何中心，沿垂直于所述开口的方向观察，所述第一几何中心与所述第二几何中心重合。

8.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，满足以下条件的至少一者：

a)所述开口的形状选自圆形、正方形、矩形中的任意一种；

b)所述极板与所述壳体组件通过密封件连接。

9.根据权利要求8所述的电化学装置，其特征在于，所述密封件具有第一外边缘，所述极板具有第二外边缘；

沿垂直于所述开口的方向观察，所述第一外边缘与所述第二外边缘重合，或者，所述密封件超出所述极板。

10.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述壳体组件包括外壳和盖体，所述开口设置于所述盖体，所述外壳和所述盖体围成容纳腔；

所述电化学装置还包括电极组件，所述电极组件位于所述容纳腔内；

所述电极组件包括第一极耳和第二极耳，所述第一极耳与所述极板电连接，所述第二极耳与所述壳体组件电连接。

11.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述壳体组件包括金属或塑料中的至少一种。

12.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1～11中任一项所述的电化学装置。