CN113330626A - 电化学装置及电子装置 - Google Patents

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CN113330626A CN202080008709.XA CN202080008709A CN113330626A CN 113330626 A CN113330626 A CN 113330626A CN 202080008709 A CN202080008709 A CN 202080008709A CN 113330626 A CN113330626 A CN 113330626A
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Abstract

本申请提供一种电化学装置及电子装置。电化学装置包括：第一电化学单体，包括第一封装壳、位于所述第一封装壳内的第一电极组件，以及填充于所述第一封装壳内的第一电解液；及第二电化学单体，与所述第一电化学单体串联，包括位于所述第一封装壳之外并与所述第一封装壳连接的第二封装壳、位于所述第二封装壳内的第二电极组件，以及填充于所述第二封装壳内的第二电解液，其中，所述第二电化学单体具有通孔，所述第一电化学单体位于所述通孔内。

Description

电化学装置及电子装置
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电子装置。
背景技术
锂离子电池作为一种电化学装置，其主要依靠锂离子在正极和负极之间的移动来工作。锂离子电池作为清洁动力和清洁电力的来源，在新能源行业的地位与应用普遍性日益突出，被广泛应用于移动终端、电动工具、电动汽车等各类电子产品中。
目前，随着电子产品用电需求的不断增加，对锂离子电池的放电功率也提出了更高的要求。然而，在较大的放电功率下，锂离子电池的产热通常也较大。
发明内容
根据本申请实施例的一方面，提供一种电化学装置，包括：
第一电化学单体，包括第一封装壳、位于所述第一封装壳内的第一电极组件，以及填充于所述第一封装壳内的第一电解液；及
第二电化学单体，与所述第一电化学单体串联，包括位于所述第一封装壳之外并与所述第一封装壳连接的第二封装壳、位于所述第二封装壳内的第二电极组件，以及填充于所述第二封装壳内的第二电解液，其中，所述第二电化学单体具有通孔，所述第一电化学单体位于所述通孔内。
在一些实施例中，所述第一封装壳包括第一环形侧壁及连接所述第一环形侧壁两端的第一端壁和第二端壁，所述第一环形侧壁、所述第一端壁及所述第二端壁密封形成第一收容空间，所述第一电极组件位于所述第一收容空间内，所述第一电解液填充于所述第一收容空间内；
所述第二封装壳包括环绕所述第一环形侧壁的第二环形侧壁，及连接所述第一环形侧壁与所述第二环形侧壁的第三端壁和第四端壁，所述第一环形侧壁、所述第二环形侧壁、所述第三端壁及所述第四端壁密封形成第二收容空间，所述第二电极组件位于所述第二收容空间内，所述第二电解液填充于所述第二收容空间内。
在一些实施例中，所述第一电化学单体和所述第二电化学单体的标称电压相同并且额定容量相同；
所述第一环形侧壁和所述第二环形侧壁的截面分别呈圆环状，所述第一环形侧壁的内径d1、所述第一环形侧壁的外径D1和所述第二环形侧壁的内径d2，满足：d12＝d22-D12。
在一些实施例中，所述第一封装壳包括第一环形侧壁、环绕所述第一环形侧壁的第三环形侧壁，及连接所述第一环形侧壁与所述第三环形侧壁两端的第一端壁和第二端壁，所述第一环形侧壁、所述第一端壁及所述第二端壁密封形成第一收容空间，所述第一电极组件位于所述第一收容空间内，所述第一电解液填充于所述第一收容空间内；
所述第二封装壳包括环绕所述第三环形侧壁的第二环形侧壁，及连接所述第三环形侧壁与所述第二环形侧壁的第三端壁及第四端壁，所述第三环形侧壁、所述第二环形侧壁、所述第三端壁及所述第四端壁密封形成第二收容空间，所述第二电极组件位于所述第二收容空间内，所述第二电解液填充于所述第二收容空间内。
在一些实施例中，所述第一电化学单体和所述第二电化学单体的标称电压相同并且额定容量相同；
所述第一环形侧壁、所述第三环形侧壁和所述第二环形侧壁的截面分别呈圆环状，所述第一环形侧壁的内径d1、所述第三环形侧壁的外径D3和所述第二环形侧壁的内径d2，满足：d12＝d22-D32。
在一些实施例中，所述第一环形侧壁与所述第三环形侧壁之间的间隙c满足：0≤c≤0.02mm。
在一些实施例中，所述第一封装壳包括第一环形侧壁，及连接所述第一环形侧壁两端的第一端壁与第二端壁，所述第一环形侧壁、所述第一端壁及所述第二端壁密封形成第一收容空间，所述第一电极组件位于所述第一收容空间内，所述第一电解液填充于所述第一收容空间内；
所述第二封装壳包括环绕所述第一环形侧壁的第二环形侧壁及环绕所述第二环形侧壁的第三环形侧壁，及连接所述第二环形侧壁与所述第三环形侧壁的第三端壁及第四端壁，所述第二环形侧壁、所述第三环形侧壁、所述第三端壁及所述第四端壁密封形成第二收容空间，所述第二电极组件位于所述第二收容空间内，所述第二电解液填充于所述第二收容空间内。
在一些实施例中，所述第一电化学单体和所述第二电化学单体的标称电压相同并且额定容量相同；
所述第一环形侧壁、所述第三环形侧壁和所述第二环形侧壁的截面分别呈圆环状，所述第一环形侧壁的内径d1、所述第二环形侧壁的外径D2和所述第三环形侧壁的内径d3，满足：d12＝d32-D22。
在一些实施例中，所述第一环形侧壁与所述第二环形侧壁之间的间隙c满足：0≤c≤0.05mm。
在一些实施例中，所述第一封装壳的材料包括铝塑复合膜或高分子复合膜，所述第二封装壳的材料包括铝塑复合膜或高分子复合膜。
在一些实施例中，所述第一电极组件和所述第二电极组件分别为卷绕式电极组件；
所述第一电极组件包括伸出所述第一封装壳的第一正极极耳和第一负极极耳，所述第二电极组件包括伸出所述第二封装壳的第二正极极耳和第二负极极耳，其中，所述第一正极极耳和所述第二负极极耳焊接或通过导线连接；或者，所述第一负极极耳和所述第二正极极耳焊接或通过导线连接。
在一些实施例中，所述第一正极极耳和所述第一负极极耳位于所述第一电极组件的不同端，所述第二正极极耳和所述第二负极极耳位于所述第二电极组件的不同端，且所述第一正极极耳与所述第二负极极耳相邻，所述第一负极极耳与所述第二正极极耳相邻；或者
所述第一正极极耳和所述第一负极极耳位于所述第一电极组件的同一端，所述第二正极极耳和所述第二负极极耳位于所述第二电极组件的与所述第一正极极耳和所述第一负极极耳相邻的一端。
在一些实施例中，电化学装置还包括：封装所述第一电化学单体和所述第二电化学单体的第三封装壳；
当所述第一正极极耳和所述第二负极极耳焊接或通过导线连接时，所述第二正极极耳和所述第一负极极耳伸出所述第三封装壳，或者，所述第二正极极耳的一侧表面和所述第一负极极耳的一侧表面暴露于所述第三封装壳上对应开设的暴露口内；
当所述第一负极极耳和所述第二正极极耳焊接或通过导线连接时，所述第一正极极耳和所述第二负极极耳伸出所述第三封装壳，或者，所述第一正极极耳的一侧表面和所述第二负极极耳的一侧表面暴露于所述第三封装壳上对应开设的暴露口内。
在一些实施例中，所述第三封装壳的材料包括铝塑复合膜。
在一些实施例中，所述铝塑复合膜包括沿远离所述第二电化学单体的方向依次设置的改性聚丙烯层、铝层和聚酯层。
在一些实施例中，所述第一封装壳和所述第二封装壳的材料包括高分子复合膜。
根据本申请实施例的另一方面，提供一种电子装置，包括前述任一技术方案所述的电化学装置。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面对本申请实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请一些实施例电化学装置的装配过程示意图；
图2a为本申请一些实施例电化学装置的结构剖视图；
图2b为本申请一些实施例电化学装置沿图2a的A-A向的截面示意图；
图3a为本申请另一些实施例电化学装置的结构剖视图；
图3b为本申请一些实施例电化学装置沿图3a的B-B向的截面示意图；
图4a为本申请又一些实施例电化学装置的结构剖视图；
图4b为本申请一些实施例电化学装置沿图4a的C-C向的截面示意图；
图5为本申请一些实施例中卷绕式电极组件的截面示意图；
图6为本申请再一些实施例电化学装置的结构剖视图；
图7为本申请再一些实施例电化学装置的结构剖视图；
图8为本申请再一些实施例电化学装置的结构剖视图；
图9为本申请再一些实施例电化学装置的结构剖视图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例对本申请作进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。
锂离子电池作为一种电化学装置，其基本工作原理为：锂离子以电解液为介质在正极与负极之间运动，从而可以实现锂离子电池的充电与放电。锂离子电池充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，经过电解液后嵌入到负极材料的晶格中，使得负极富锂，正极贫锂；锂离子电池放电时，锂离子从负极材料的晶格中脱出，经过电解液后嵌入到正极材料的晶格中，使得正极富锂，负极贫锂。
目前，随着电子装置产品用电需求的不断增加，对锂离子电池的放电功率也提出了更高的要求。然而，在较大的放电功率下，锂离子电池的产热通常也较大，存在热失控安全隐患。
本申请实施例提供了一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置，该电化学装置在大功率放电时的产热量较小，放电安全性更高。
如图1、图2a和图2b所示，本申请一些实施例提供的电化学装置100，包括：
第一电化学单体1A，包括第一封装壳11A、位于第一封装壳11A内的第一电极组件12A，以及填充于第一封装壳11A内的第一电解液13A；及
第二电化学单体1B，与第一电化学单体1A串联，包括位于第一封装壳11A之外并与第一封装壳11A连接的第二封装壳11B、位于第二封装壳11B内的第二电极组件12B，以及填充于第二封装壳11B内的第二电解液13B，其中，第二电化学单体1B具有通孔120，第一电化学单体1A位于通孔120内。
在本申请图1、图2a和图2b所示的实施例中，电化学装置100所包含的电化学单体的数量为两个，分别为第一电化学单体1A和第二电化学单体1B。在本申请的一些其它实施例中，电化学装置所包含的电化学单体的数量也可以为三个或者为更多个，例如这些电化学单体分别为第一电化学单体、第二电化学单体、第三电化学单体……，这些电化学单体依次嵌套。
以下实施例以电化学装置包含两个电化学单体为例进行说明。
如图1、图2a和图2b所示，在本申请的一些实施例中，第一电极组件12A包括伸出第一封装壳11A的第一正极极耳14Aa和第一负极极耳14Ab，第二电极组件12B包括伸出第二封装壳11B的第二正极极耳14Ba和第二负极极耳14Bb，其中，第一正极极耳14Aa和第二负极极耳14Bb焊接，第一负极极耳14Ab和第二正极极耳14Ba独立引出并分别作为电化学装置100的负极和正极，从而实现第一电化学单体1A和第二电化学单体1B的串联。如图8所示，在本申请的一些实施例中，第一正极极耳14Aa和第二负极极耳14Bb也可以分别与一导线15的两端焊接，即第一正极极耳14Aa和第二负极极耳14Bb通过导线15连接，从而实现第一电化学单体1A和第二电化学单体1B的串联。
在本申请的另一些实施例中，也可以是，第一负极极耳和第二正极极耳焊接，第一正极极耳和第二负极极耳独立引出并分别作为电化学装置的正极和负极，从而实现第一电化学单体和第二电化学单体的串联。第一负极极耳和第二正极极耳也可以分别与一导线的两端焊接，即第一负极极耳和第二正极极耳通过导线连接，从而实现第一电化学单体和第二电化学单体的串联。
如图5所示，一种常规的卷绕式电极组件包括：在层叠后卷绕设置的正极极片121a和负极极片121b、位于正极极片121a和负极极片121b之间的隔膜123、连接正极极片121a的正极极耳14a，以及连接负极极片121b的负极极耳14b。卷绕式电极组件的正极极片121a和负极极片121b的主要结构均包括集流体和位于集流体表面的活性材料层。以正极极片121a为例，其集流体的卷绕起始端具有空箔区，即没有被活性材料层覆盖的区域，正极极耳14a与该空箔区焊接或一体连接。负极极片121b与正极极片121a的结构类似，但所采用的材料有所差异，具体详见下文关于正极极片和负极极片的制备例。
根据卷绕式电极组件的卷绕方式不同，在一个实施例中，如图5所示，隔膜123的一部分作为该卷绕式电极组件的最外层，即暴露于卷绕式电极组件的周侧表面。在另一个实施例中，也可以是，正极极片121a或负极极片121b的一部分作为卷绕式电极组件的最外层。再又一个实施例中，还可以是，隔膜123的一部分，以及正极极片121a或负极极片121b的一部分共同作为卷绕式电极组件的最外层。当正极极片121a或负极极片121b的一部分作为卷绕式电极组件的最外层时，其集流体的对应区域可以在两侧表面或仅在内侧表面涂布活性材料。
卷绕式电极组件中，在形成电化学单体后，正极极片121a和负极极片121b浸润在电解液中并通过隔膜123间隔。隔膜123的作用是允许锂离子自由通过，而不允许电子通过，从而防止正极与负极之间通过电解液发生短路。
如图1所示，在一些实施例中，第一电化学单体1A还包括：将第一正极极耳14Aa与第一封装壳11A密封连接的第一正极极耳胶142Aa，及将第一负极极耳14Ab与第一封装壳11A密封连接的第一负极极耳胶142Ab；第二电化学单体1B还包括：将第二正极极耳14Ba与第二封装壳11B密封连接的第二正极极耳胶142Ba，及将第二负极极耳14Bb与第二封装壳11B密封连接的第二负极极耳胶142Bb。密封连接的方式例如为，通过热熔工艺与封装壳密封粘合在一起，一方面，可以防止极片与封装壳外发生短路，另一方面，能够起到密封作用，防止电解液泄露。
在本申请实施例中，第一电化学单体1A呈柱状，第二电极组件12B与第一电化学单体1A的形状相匹配。例如，如图1所示，第一电化学单体1A呈圆柱状，第二电极组件12B呈圆筒状，具有通孔120。又例如，第一电化学单体呈棱柱状，例如呈正棱柱形状或较为扁平的矩形立方体形状，第二电极组件呈棱筒状。再例如，第一电化学单体呈椭圆柱状，第二电极组件呈椭圆筒状，等等。
在本申请的另一些实施例中，第一电化学单体也可以为筒状，这样，电化学装置整体上呈筒状，可用在一些特殊形状需求的电子装置中。
在本申请的一些实施例中，第一电极组件12A和第二电极组件12B分别为卷绕式电极组件。如图2a所示，第一正极极耳14Aa和第一负极极耳14Ab位于第一电极组件12A的不同端，第二正极极耳14Ba和第二负极极耳14Bb位于第二电极组件12B的不同端，且第一正极极耳14Aa与第二负极极耳14Bb相邻并焊接，第一负极极耳14Ab与第二正极极耳14Ba相邻并分别引出各自的封装壳。
如图6所示，在本申请的另一些实施例中，第一正极极耳14Aa和第一负极极耳14Ab位于第一电极组件12A的同一端，第二正极极耳14Ba和第二负极极耳14Bb位于第二电极组件12B的与第一正极极耳14Aa和第一负极极耳14Ab相邻的一端，且第一正极极耳14Aa与第二负极极耳14Bb相邻并焊接，第一负极极耳14Ab与第二正极极耳14Ba引出各自的封装壳。
按照类似的极耳连接方式，可以实现多个电化学单体的串联。如图2a所示，第一电化学单体1A和第二电化学单体1B在串联后，第一电化学单体1A的第一负极极耳14Ab以及第二电化学单体1B的第二正极极耳14Ba在电化学装置100的同一端引出各自的封装壳。如图7所示，第一电化学单体1A的第一正极极耳14Aa和第一负极极耳14Ab分别从第一电化学单体1A的两端引出第一封装壳11A，第二电化学单体1B的第二正极极耳14Ba和第二负极极耳14Bb分别从第二电化学单体1B的两端引出第二封装壳11B，第三电化学单体1C的第三正极极耳14Ca和第三负极极耳14Cb分别从第三电化学单体1C的两端引出第三封装壳11C。第一电化学单体1A、第二电化学单体1B、第三电化学单体1C在串联后，第一电化学单体1A的第一负极极耳14Ab和第三电化学单体1C的第三正极极耳14Ca分别位于电化学装置100的两端，并且分别作为电化学装置100的负极和正极。
如图1、图2a和图2b所示，在本申请的该实施例中，第一封装壳11A包括第一环形侧壁111A及连接第一环形侧壁111A两端的第一端壁112A和第二端壁113A。第一环形侧壁111A、第一端壁112A及第二端壁113A密封形成第一收容空间110A，第一电极组件12A位于第一收容空间110A内，第一电解液13A填充于第一收容空间110A内；第二封装壳11B包括环绕第一环形侧壁111A的第二环形侧壁111B，及连接第一环形侧壁111A与第二环形侧壁111B的第三端壁112B和第四端壁113B。第一环形侧壁111A、第二环形侧壁111B、第三端壁112B及第四端壁113B密封形成第二收容空间110B。第二电极组件12B位于第二收容空间110B内，第二电解液13B填充于第二收容空间110B内。
在该设计中，第一封装壳11A提供容纳第一电极组件12A和第一电解液13A的第一收容空间110A；第二封装壳11B与第一封装壳11A的第一环形侧壁111A共同形成用于容纳第二电极组件12B和第二电解液13B的第二收容空间110B。这样设计，有利于减少电化学装置100内封装壳所占用的空间，从而为增加电化学装置100的容量提供设计可能，另一方面，还能减小电化学装置100的重量，降低制造的成本。
在一些实施例中，第一电化学单体1A和第二电化学单体1B的标称电压相同并且额定容量相同。如图2a所示，在结构设计上，由于具有一定的厚度，第一环形侧壁111A和第二环形侧壁111B的截面分别呈圆环状，第一环形侧壁111A的内径d1、第一环形侧壁111A的外径D1和第二环形侧壁111B的内径d2，在一定误差范围内满足：d12＝d22-D12。第一电极组件12A和第二电极组件12B的卷绕密度相同。这样，可以避免因两个电化学单体的电压或容量参数不一致导致的内阻增高和反充电，减少内部电能消耗。在一实施方式中，所述卷绕密度相同是指相邻卷绕层之间的间距大致相同。
如图3a和图3b所示，在本申请的另一些实施例中，第一封装壳11A包括第一环形侧壁111A、环绕第一环形侧壁111A的第三环形侧壁115A，及连接第一环形侧壁111A与第三环形侧壁115A两端的第一端壁112A和第二端壁113A。第一环形侧壁111A、第一端壁112A及第二端壁113A密封形成第一收容空间110A，第一电极组件12A位于第一收容空间110A内，第一电解液13A填充于第一收容空间110A内；第二封装壳11B包括环绕第三环形侧壁115A的第二环形侧壁111B，及连接第三环形侧壁115A与第二环形侧壁111B的第三端壁112B及第四端壁113B，第三环形侧壁115A、第二环形侧壁111B、第三端壁112B及第四端壁113B密封形成第二收容空间110B，第二电极组件12B位于第二收容空间110B内，第二电解液13B填充于第二收容空间110B内。在该实施例中，第三环形侧壁115A环绕在第一环形侧壁111A的表面，第二封装壳11B与第三环形侧壁115A共同形成用于容纳第二电极组件12B和第二电解液13B的第二收容空间110B。
在一些实施例中，第一电化学单体1A和第二电化学单体1B的标称电压相同并且额定容量相同。如图3b所示，第一环形侧壁111A、第三环形侧壁115A和第二环形侧壁111B的截面分别呈圆环状，第一环形侧壁111A的内径d1、第三环形侧壁115A的外径D3和第二环形侧壁111B的内径d2，在一定误差范围内满足：d12＝d22-D32。第一电极组件12A和第二电极组件12B的卷绕密度相同。在一实施方式中，所述卷绕密度相同是指相邻卷绕层之间的间距大致相同。与前述实施例类似，这样设计也是为了避免因两个电化学单体的电压或容量参数不一致导致的内阻增高和反充电，减少内部电能消耗。
在一些实施例中，第一环形侧壁111A与第三环形侧壁115A之间的间隙c满足：0≤c≤0.02mm。这样，可以减少因挤压后形变而导致的第一电化学单体1A和/或第二电化学单体1B内部短路和热失控，进一步提高了电化学装置100放电的安全性。
如图4a和图4b所示，在本申请的又一些实施例中，第一封装壳11A包括第一环形侧壁111A，及连接第一环形侧壁111A两端的第一端壁112A与第二端壁113A，第一环形侧壁111A、第一端壁112A及第二端壁113A密封形成第一收容空间110A，第一电极组件12A位于第一收容空间110A内，第一电解液13A填充于第一收容空间110A内；第二封装壳11B包括环绕第一环形侧壁111A的第二环形侧壁111B、环绕第二环形侧壁111B的第三环形侧壁115B，及连接第二环形侧壁111B与第三环形侧壁115B的第三端壁112B及第四端壁113B，第二环形侧壁111B、第三环形侧壁115B、第三端壁112B及第四端壁113B密封形成第二收容空间110B，第二电极组件12B位于第二收容空间110B内，第二电解液13B填充于第二收容空间110B内。在该实施例中，第一封装壳11A和第二封装壳11B各自独立而不连接。
在一些实施例中，第一电化学单体1A和第二电化学单体1B的标称电压相同并且额定容量相同。如图4b所示，第一环形侧壁111A、第三环形侧壁115B和第二环形侧壁111B的截面分别呈圆环状，第一环形侧壁111A的内径d1、第二环形侧壁111B的外径D2和第三环形侧壁115B的内径d3，在一定误差范围内满足：d12＝d32-D22。第一电极组件12A和第二电极组件12B的卷绕密度相同。在一实施方式中，所述卷绕密度相同是指相邻卷绕层之间的间距大致相同。与前述实施例类似，这样设计也是为了避免因两个电化学单体的电压或容量参数不一致导致的内阻增高和反充电，减少内部电能消耗。
在一些实施例中，第一环形侧壁111A与第二环形侧壁111B之间的间隙c满足：0≤c≤0.05mm。这样，既可以保证两个电化学单体之间的装配定位效果，又可以减少因挤压后形变而导致的第一电化学单体1A和/或第二电化学单体1B内部短路和热失控，进一步提高了电化学装置100放电的安全性。
在本申请的一些实施例中，如图2a所示，第一封装壳1A的第一端壁112A、第二端壁113A和第二封装壳11B作为电化学装置100的表壳。第一封装壳11A、第二封装壳11B的材料包括高分子复合膜，具体材料类型不限。例如，在一些实施例中，采用塑料材料，包括对羟基苯甲酸(PHBA)、聚氯乙烯(PVC)、塑料原胶(LCP)中的至少一种。此外，第一封装壳11A和第二封装壳11B也可以采用铝塑复合膜材料。如图2a所示，铝塑复合膜的结构包括沿远离第一电极组件12A的方向依次设置的改性聚丙烯(PP)层31、铝层32和聚酯(PET)层33。铝塑复合膜具有良好的阻隔性、耐电解液稳定性、冷冲压成型性、抗穿刺性和绝缘性，能够对内部结构起到良好的保护效果。
在本申请的另一些实施例中，如图8所示，电化学装置100还包括：封装第一电化学单体1A和第二电化学单体1B的第三封装壳3；当第一正极极耳14Aa和第二负极极耳14Bb焊接或通过导线15连接时，第二正极极耳14Ba和第一负极极耳14Ab伸出第三封装壳3。类似的，当第一负极极耳和第二正极极耳焊接或通过导线连接时，第一正极极耳和第二负极极耳伸出第三封装壳。
在本申请的又一些实施例中，如图9所示，当第一正极极耳14Aa和第二负极极耳14Bb焊接或通过导线连接时，第二正极极耳14Ba的一侧表面和第一负极极耳14Ab的一侧表面暴露于第三封装壳3上对应开设的两个暴露口34a、34b内。电化学装置100在使用时，第一负极极耳14Ab和第二正极极耳14Ba分别作为电化学装置100的负极和正极与电子装置的电路结构中所对应设计的弹片电性接触。类似的，当第一负极极耳和第二正极极耳焊接或通过导线连接时，第二负极极耳和第一正极极耳分别作为电化学装置的负极和正极与电子装置的电路结构中所对应设计的弹片电性接触。
对于包含第三封装壳3的电化学装置100，第三封装壳3的材料例如为高分子复合膜或者铝塑复合膜。
在本申请实施例中，电化学装置例如为锂离子电池。
在与单体电化学装置具有相当放电功率的前提下，本申请实施例通过将一定数量的电化学单体串联来增加电化学装置的标称电压，进而减小电化学装置的正常放电电流和最大放电电流，这使得电化学装置在工作时的产热显著降低，因此，可以有效减少热失控的发生，提高了电化学装置的放电安全性。
另外，由于一定数量的电化学单体在串联后，表面积总和增大，总散热面积大于功率相当的单体电化学装置的散热面积，因此，更有利于热量及时散出，从而更加降低了电化学装置工作时的温升。
相关技术中的一种型号为18650的单体锂离子电池(即锂离子电池的外形呈圆柱状，直径为18mm，长度为65mm)，其标称电压为3.7伏(指电池使用过程中放电的平台电压)，额定容量为3000毫安时，工作在1C放电倍率时，产热功率约为0.36w。
在本申请的一个实施例中，同样采用18650型号的锂离子电池，其包括串联的两个电池单体，例如分别为图1所示的第一电化学单体1A和第二电化学单体1B，其中，第一电池单体1A的直径为12.73mm，第二电池单体1B的第二电极组件12B的内直径为12.75mm，第二电池单体1B的外直径为18mm，第一电化学单体1A和第二电化学单体1B的标称电压为3.7伏，额定容量为1500毫安时。该锂离子电池的标称电压为7.4伏，额定容量为3000毫安时，同样是工作在1C放电倍率，产热功率约为0.189W。
可见，与相关技术相比，在相同的额定容量下，本申请实施例锂离子电池的标称电压增加一倍，热量产出减少了将近一半。并且，由于两个电池单体相比相关技术单体锂离子电池的散热面积更大，因此，更有利于热量及时散出，从而明显降低了锂离子电池工作时的温升。
在本申请实施例中，对负极极片没有特别限制，例如，负极极片包含负极集流体和负极活性材料层。其中，负极集流体的材料没有特别限制，例如采用铜箔、铝箔、铝合金箔或复合集流体等。负极活性材料层的材料没有特别限制，例如包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅、硅碳、钛酸锂等中的至少一种。
在本申请实施例中，对正极极片没有特别限制，例如，正极极片包含正极集流体和正极活性材料层。其中，正极集流体的材料没有特别限制，例如采用铝箔、铝合金箔或复合集流体等。正极活性材料层的材料没有特别限制，例如包括NCM811、NCM622、NCM523、NCM111、NCA、磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂中的至少一种。
在本申请实施例中，对电解液没有特别限制。例如，电解液可以是凝胶态、固态和液态中的任一种。例如，液态电解液包括锂盐和非水溶剂。
本申请实施例对锂盐没有特别限制，例如，锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2(LiTFSI)、双(氟磺酰)亚胺锂Li(N(SO2F)2)(LiFSI)、双草酸硼酸锂LiB(C2O4)2(LiBOB)或二氟草酸硼酸锂LiBF2(C2O4)(LiDFOB)中的至少一种。例如，锂盐可选用LiPF6。
本申请实施例对非水溶剂没有特别限制，例如，非水溶剂包括碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、腈化合物或其它有机溶剂中的至少一种。碳酸酯化合物可以包括碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)、碳酸氟代亚乙酯(FEC)、碳酸1,2-二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯或碳酸三氟甲基亚乙酯中的至少一种。
本申请实施例对隔膜没有特别限制，例如，隔膜包括由对电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。隔膜应当具有离子传导性和电子绝缘性。
在本申请的一些实施例中，隔膜包括基材层和表面处理层。基材层例如为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料例如选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。例如，基材层采用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。在一些实施例中，基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层例如为聚合物层或无机物层，或者为混合聚合物与无机物所形成的层。
例如，无机物层包括无机颗粒和粘结剂，本申请实施例对无机颗粒没有特别限制，例如可以选自氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的至少一种。本申请实施例对粘结剂没有特别限制，例如可以选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种的组合。聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料包括聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
在本申请的一个实施例中，电化学装置包含两个电化学单体，如图2a和图2b所示的第一电化学单体1A和第二电化学单体1B。该电化学装置的制作方法如下，其中，各种的试验及评价按照下述的方法进行，另外，只要无特别说明，“份”、“％”为重量基准。
制备例1：负极极片的制备
将负极活性材料石墨、导电炭黑、丁苯橡胶按照质量比96：1.5：2.5进行混合，加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为70％的浆料，搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为10μm的铜箔的一个表面上，110℃条件下烘干，得到涂层厚度为150μm层厚的单面涂覆负极活性材料层的负极极片，然后在该负极极片的另一个表面上重复以上涂覆步骤。
制备例2：正极极片的制备
将正极活性材料LiCoO2、导电炭黑、PVDF(聚偏氟乙烯)按照质量比97.5：1.0：1.5进行混合，加入NMP作为溶剂，调配成为固含量为75％的浆料，搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为12μm，的铝箔的一个表面上，90℃条件下烘干，得到涂层厚度为100μm的单面涂覆正极活性材料层的正极极片。然后在该正极极片的另一个表面上重复以上步骤。
制备例3：电解液的制备
在干燥氩气气氛中，首先将有机溶剂EC(碳酸乙烯酯)、EMC(碳酸甲乙酯)和DEC(碳酸二乙酯)以质量比EC：EMC：DEC＝30：50：20混合，然后向有机溶剂中加入LiPF6(六氟磷酸锂)溶解并混合均匀，得到锂盐浓度为1.15M的电解液。
制备例4：卷绕式电极组件的制备
将双面涂覆的负极极片、第一隔膜、双面涂覆的正极极片、第二隔膜依次层叠，然后卷绕成圆柱状，并引出正极极耳和负极极耳，第一隔膜置于最外侧。其中，第一隔膜和第二隔膜选用厚度15μm的聚乙烯(PE)膜，负极极片通过制备例1制得，正极极片通过制备例2制得。制得卷绕式的第一电极组件12A。
将双面涂覆的负极极片、第一隔膜、双面涂覆的正极极片、第二隔膜依次层叠，然后卷绕成圆筒状，并引出正极极耳和负极极耳，第二隔膜置于最外侧，其中第一隔膜和第二隔膜选用厚度15μm的聚乙烯(PE)膜，负极极片通过制备例1制得，正极极片通过制备例2制得。制得具有通孔的卷绕式的第二电极组件12B。
制备例5：第一电化学单体1A的制备
将一厚度为60μm的冲坑成型的封装膜置于组装夹具内，并使坑面朝上；之后，将根据制备例4制得的第一电极组件12A置于坑内；之后，将另一厚度为60μm的冲坑成型的封装膜覆盖于卷绕式电极组件A之上，并使坑面朝下；之后，引出正极极耳和负极极耳，采用热压方式将两个封装膜热封，形成一端开口的收容空间；之后，将根据制备例3制得的电解液从开口注入收容空间内；最后，采用热压方式将开口密封，得到第一电化学单体1A。
制备例6：第二电化学单体1B的制备及与第一电化学单体1A的串联组装
将一厚度为60μm的冲坑成型的封装膜置于组装夹具内，并使坑面朝上；之后，将第一电化学单体1A套装于卷绕成圆筒状的第二电极组件12B的通孔内，并使第一电极组件12A的正极极耳与第二电极组件12B的负极极耳相靠近设置；之后，将上述组装件置于坑内，将另一厚度为60μm的冲坑成型的封装膜覆盖于第二电极组件12B之上，并使坑面朝下；之后，引出第二电极组件12B的正极极耳和负极极耳，采用热压方式将上下两个封装膜与第一电化学单体1A的封装壳热封，形成一端开口的环形收容空间；之后，将根据制备例3制得的电解液从开口注入收容空间内；之后，采用热压方式将开口密封，得到电化学单体1B。
将从第一电池单体1A的封装壳内引出的正极极耳与从第二电池单体1B的封装壳内引出的负极极耳焊接，从而将两个电池单体串联，得到电化学装置。
本申请实施例还提供一种电子装置，包括前述任一实施例的电化学装置。电子装置的具体产品类型包括但不限于移动终端、电动工具、电动汽车、移动电源等。由于电化学装置在大功率放电时的产热量较小，放电安全性更高，因此，电子装置使用的安全性也较高。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。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，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (14)

1.一种电化学装置，包括：
第一电化学单体，包括第一封装壳、位于所述第一封装壳内的第一电极组件，以及填充于所述第一封装壳内的第一电解液；及
第二电化学单体，与所述第一电化学单体串联，包括位于所述第一封装壳之外并与所述第一封装壳连接的第二封装壳、位于所述第二封装壳内的第二电极组件，以及填充于所述第二封装壳内的第二电解液，其中，所述第二电化学单体具有通孔，所述第一电化学单体位于所述通孔内。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，
所述第一封装壳包括第一环形侧壁及连接所述第一环形侧壁两端的第一端壁和第二端壁，所述第一环形侧壁、所述第一端壁及所述第二端壁密封形成第一收容空间，所述第一电极组件位于所述第一收容空间内，所述第一电解液填充于所述第一收容空间内；
所述第二封装壳包括环绕所述第一环形侧壁的第二环形侧壁，及连接所述第一环形侧壁与所述第二环形侧壁的第三端壁和第四端壁，所述第一环形侧壁、所述第二环形侧壁、所述第三端壁及所述第四端壁密封形成第二收容空间，所述第二电极组件位于所述第二收容空间内，所述第二电解液填充于所述第二收容空间内。
3.根据权利要求2所述的电化学装置，其中，
所述第一电化学单体和所述第二电化学单体的标称电压相同并且额定容量相同；
所述第一环形侧壁和所述第二环形侧壁的截面分别呈圆环状，所述第一环形侧壁的内径d1、所述第一环形侧壁的外径D1和所述第二环形侧壁的内径d2，满足：d12＝d22-D12。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，
所述第一封装壳包括第一环形侧壁、环绕所述第一环形侧壁的第三环形侧壁，及连接所述第一环形侧壁与所述第三环形侧壁两端的第一端壁和第二端壁，所述第一环形侧壁、所述第一端壁及所述第二端壁密封形成第一收容空间，所述第一电极组件位于所述第一收容空间内，所述第一电解液填充于所述第一收容空间内；
所述第二封装壳包括环绕所述第三环形侧壁的第二环形侧壁，及连接所述第三环形侧壁与所述第二环形侧壁的第三端壁及第四端壁，所述第三环形侧壁、所述第二环形侧壁、所述第三端壁及所述第四端壁密封形成第二收容空间，所述第二电极组件位于所述第二收容空间内，所述第二电解液填充于所述第二收容空间内。
5.根据权利要求4所述的电化学装置，其中，
所述第一电化学单体和所述第二电化学单体的标称电压相同并且额定容量相同；
所述第一环形侧壁、所述第三环形侧壁和所述第二环形侧壁的截面分别呈圆环状，所述第一环形侧壁的内径d1、所述第三环形侧壁的外径D3和所述第二环形侧壁的内径d2，满足：d12＝d22-D32。
6.根据权利要求4所述的电化学装置，其中，
所述第一环形侧壁与所述第三环形侧壁之间的间隙c满足：0≤c≤0.02mm。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，
所述第一封装壳包括第一环形侧壁，及连接所述第一环形侧壁两端的第一端壁与第二端壁，所述第一环形侧壁、所述第一端壁及所述第二端壁密封形成第一收容空间，所述第一电极组件位于所述第一收容空间内，所述第一电解液填充于所述第一收容空间内；
所述第二封装壳包括环绕所述第一环形侧壁的第二环形侧壁及环绕所述第二环形侧壁的第三环形侧壁，及连接所述第二环形侧壁与所述第三环形侧壁的第三端壁及第四端壁，所述第二环形侧壁、所述第三环形侧壁、所述第三端壁及所述第四端壁密封形成第二收容空间，所述第二电极组件位于所述第二收容空间内，所述第二电解液填充于所述第二收容空间内。
8.根据权利要求7所述的电化学装置，其中，
所述第一电化学单体和所述第二电化学单体的标称电压相同并且额定容量相同；
所述第一环形侧壁、所述第三环形侧壁和所述第二环形侧壁的截面分别呈圆环状，所述第一环形侧壁的内径d1、所述第二环形侧壁的外径D2和所述第三环形侧壁的内径d3，满足：d12＝d32-D22。
9.根据权利要求7所述的电化学装置，其中，
所述第一环形侧壁与所述第二环形侧壁之间的间隙c满足：0≤c≤0.05mm。
10.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一封装壳的材料包括铝塑复合膜或高分子复合膜，所述第二封装壳的材料包括铝塑复合膜或高分子复合膜。
11.根据权利要求1-10任一项所述的电化学装置，其中，
所述第一电极组件和所述第二电极组件分别为卷绕式电极组件；
所述第一电极组件包括伸出所述第一封装壳的第一正极极耳和第一负极极耳，所述第二电极组件包括伸出所述第二封装壳的第二正极极耳和第二负极极耳，其中，所述第一正极极耳和所述第二负极极耳焊接或通过导线连接；或者，所述第一负极极耳和所述第二正极极耳焊接或通过导线连接。
12.根据权利要求11所述的电化学装置，其中，
所述第一正极极耳和所述第一负极极耳位于所述第一电极组件的不同端，所述第二正极极耳和所述第二负极极耳位于所述第二电极组件的不同端，且所述第一正极极耳与所述第二负极极耳相邻，所述第一负极极耳与所述第二正极极耳相邻；或者
所述第一正极极耳和所述第一负极极耳位于所述第一电极组件的同一端，所述第二正极极耳和所述第二负极极耳位于所述第二电极组件的与所述第一正极极耳和所述第一负极极耳相邻的一端。
13.根据权利要求11所述的电化学装置，还包括：封装所述第一电化学单体和所述第二电化学单体的第三封装壳；
当所述第一正极极耳和所述第二负极极耳焊接或通过导线连接时，所述第二正极极耳和所述第一负极极耳伸出所述第三封装壳，或者，所述第二正极极耳的一侧表面和所述第一负极极耳的一侧表面暴露于所述第三封装壳上对应开设的暴露口内；
当所述第一负极极耳和所述第二正极极耳焊接或通过导线连接时，所述第一正极极耳和所述第二负极极耳伸出所述第三封装壳，或者，所述第一正极极耳的一侧表面和所述第二负极极耳的一侧表面暴露于所述第三封装壳上对应开设的暴露口内。
14.一种电子装置，包括根据权利要求1-13任一项所述的电化学装置。
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