CN115004441A - 一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置,其中,电化学装置包括包装壳、隔板和在该隔板两侧分别设置的电极组件,每个电极组件设置有极耳,包装壳在隔板两侧分别设置有第一凹部和第二凹部,第一凹部的一侧壁和第二凹部的一侧壁一体成型以形成包装壳的第一端面,包装壳还包括与第一端面相对设置的第二端面及连接在第一端面与第二端面之间相对设置的两侧面,极耳延伸出第二端面;隔板与第一端面、第二端面及两侧面密封连接,从而将包装壳内部的空间分隔成两个腔体,每个腔体封装有电极组件和电解液。该电化学装置和电子装置具有良好的能量密度。
Description
技术领域
本申请涉及电化学领域,具体涉及一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置。
背景技术
随着科技的发展,锂离子电池在电动工具及无人机领域的应用需求越来越多,该两大领域需要电池具有瞬间大功率放电的功能,而传统的电池放电电压平台仅在3.8V至4.3V左右,并不能满足其需求。
为了提高锂离子电池的输出电压,现有技术通常是将不同数量的锂离子电池通过外部印刷布线基板(PCB)进行串联以实现增压功能。但这种串联方式,会占用体积空间而造成能量密度(ED)的损失。
发明内容
本申请提供了一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置,以实现其能量密度的提高。
本申请第一方面提供了一种电化学装置,包括包装壳、隔板和在隔板两侧分别设置的电极组件。每个电极组件均设置有极耳。包装壳在隔板两侧分别设置有第一凹部和第二凹部,第一凹部的一侧壁与第二凹部的一侧壁一体成型以形成包装壳的第一端面。包装壳还包括与第一端面相对设置的第二端面及连接在第一端面与第二端面之间相对设置的两侧面。极耳延伸出第二端面。隔板与第一端面、第二端面及两侧面密封连接,从而将包装壳内部的空间分隔成两个腔体。每个腔体封装有电极组件和电解液。
本申请的电化学装置通过将包装壳上第一凹部的一侧壁和第二凹部的一侧壁设置为一体成型以作为包装壳的第一端面,且将隔板的一个边缘与第一端面密封连接,与现有技术相比,隔板的边缘无需夹持在包装壳第一端面的上、下两侧壁之间,使电化学装置的封装失效风险降低,提高了电化学装置的安全性能;同时,避免了第一端面外部折边的存在,减少了因第一端面外部折边所造成的能量密度的损失,从而不仅有效提高了电化学装置的能量密度,也显著降低了电化学装置的生产成本。
在本申请的一些实施例中,隔板包括主体部和位于主体部的一个边缘的弯折部。弯折部延伸入第一凹部或第二凹部,且与第一端面相贴合且密封连接。主体部的其余边缘与第二端面及两侧面分别密封连接。由此,避免了第一端面外部折边的存在,从而提高了电化学装置的能量密度、改善了电化学装置的封装可靠性。
在本申请的一些实施例中,电化学装置还包括封装材料,封装材料至少覆盖隔板的两个表面的周缘。通过封装材料在隔板表面的设置,使隔板与包装壳之间密封连接的可靠性提高,从而将包装壳的内部空间分隔成两个独立的腔体。
在本申请的一些实施例中,电化学装置还包括封装材料,封装材料覆盖弯折部的朝向第一端面的一侧。由此,弯折部能够与第一端面密封连接,以使隔板与包装壳密封连接,这样,避免了第一端面外部折边的存在。
在本申请的一些实施例中,主体部的边缘和弯折部的边缘形成夹角区域,封装材料还覆盖夹角区域,以确保隔板分隔形成的两个腔体在角位区域也密封连接,由此实现各个腔体中电解液彼此隔绝的效果,以防止电解液渗漏造成电解液在高压充电时分解失效。
在本申请的一些实施例中,封装材料包括聚丙烯、酸酐改性聚丙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、环氧树脂、聚酰胺、聚酯、非晶态α-烯烃共聚物及其衍生物中的至少一种。上述封装材料的使用可以更有效地提高密封性,从而提高电化学装置的封装可靠性。
在本申请的一些实施例中,每个电极组件设置有不同极性的极耳,极耳延伸出包装壳,相邻电极组件通过极耳串联连接。
在本申请的一些实施例中,隔板的厚度为6μm至100μm。隔板的厚度在上述范围内,能够改善电化学装置的能量密度及安全性能。
在本申请的一些实施例中,隔板的材料包括高分子薄膜、金属箔材或碳材料中的至少一种。
本申请第二方面提供了一种电子装置,包含本申请第一方面所提供的电化学装置。因此,本申请的电子装置也具有良好的能量密度和安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例和现有技术的技术方案,下面对实施例和现有技术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。
图1为本申请实施例的包装壳内部结构示意图;
图2为本申请实施例的电化学装置结构示意图;
图3为本申请一些实施例的电化学装置的分解结构示意图;
图4为本申请另一些实施例的电化学装置的分解结构示意图;
图5为本申请再一些实施例的电化学装置的分解结构示意图;
图6为本申请一些实施例的隔板的平面结构示意图;
图7为本申请一些实施例的隔板的立体结构示意图;
图8为本申请另一些实施例的隔板的立体结构示意图;
图9为本申请另一些实施例的电化学装置结构示意图(a示出A-A方向,b示出B-B方向);
图10为图9的电化学装置沿A-A方向的截面结构示意图;
图11为图9的电化学装置沿B-B方向的截面结构示意图。
附图标记:100.电化学装置;10.电极组件;11.第一电极组件;12.第二电极组件;20.隔板;21.主体部;22.弯折部;23.夹角区域;24.侧弯折部;211.顶端边缘;40.包装壳;41.第一凹部;42.第二凹部;43.第一端面;44.第二端面;45.侧面;50.极耳;51.第一正极极耳;52.第一负极极耳;53.第二正极极耳;54.第二负极极耳。
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,以下参照附图和实施例,对本申请进一步详细说明。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。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他技术方案,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请的具体实施方式中,以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请,但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。具体技术方案如下:
如图1至图3所示,本申请第一方面的实施例提供了一种电化学装置100,包括包装壳40、隔板20和在隔板20两侧分别设置的电极组件10,每个电极组件10设置有极耳50,包装壳40在隔板20两侧分别设置有第一凹部41和第二凹部42,第一凹部41的一侧壁与第二凹部42的一侧壁一体成型以形成包装壳40的第一端面43;包装壳40还包括与第一端面43相对设置的第二端面44及连接在第一端面43与第二端面44之间相对设置的两侧面45,极耳50延伸出第二端面44;隔板20与第一端面43、第二端面44及两侧面45密封连接,将包装壳40内部的空间分隔成两个腔体(图中未示出),每个腔体封装有电极组件10和电解液(图中未示出)。
本申请的电化学装置100中,包装壳40在隔板20两侧分别设置有第一凹部41和第二凹部42,第一凹部41的一侧壁与第二凹部42的一侧壁一体成型以形成第一端面43,即包装壳40在第一端面43的这一侧是一体成型的,是无封印边、无外部折边的。且隔板20的一个边缘与第一端面43密封连接,无需封印边的存在即可使隔板20的上述边缘与包装壳40密封连接,电化学装置100的封装失效风险降低,使电化学装置100的安全性能得以提高,并且减少了因第一端面43外部折边所造成的能量密度的损失,从而能够有效提高电化学装置100的能量密度。同时,隔板20和包装壳40的这种设计,大大节省了电化学装置100的制造时间和原材料,降低了电化学装置100的生产成本。另外,隔板20将包装壳40内部的空间分隔成两个腔体,每个腔体封装有电极组件10和电解液,各个腔体之间实现离子绝缘,避免电化学装置100内部短路的问题,以及高电压下电解液分解的问题,从而提高电化学装置100使用的安全性能,保证电化学装置100的有效电能输出。
本申请中,“第一端面”、“第二端面”和“侧面”均指电化学装置100的长度或宽度方向上的表面,而非电化学装置100厚度方向上的表面。其中,“第二端面”是指电化学装置100伸出极耳50一侧的端面,包括顶封边及与该顶封边所连接的包装壳40的侧壁,该顶封边在电化学装置100完成封装后,可以进行折边处理,以向包装壳40侧壁方向贴合。“两侧面”是指电化学装置100连接在第二端面44和第一端面43之间的侧面,两侧面在电化学装置100的长度或宽度方向上相对设置,侧面包括侧封边以及与侧封边连接的包装壳40的侧壁,该侧封边在电化学装置100完成封装后,可以进行折边处理,以向包装壳40侧壁方向贴合。对第二端面44和两侧面45进行折边处理,能够减少电化学装置100的体积,从而使电化学装置100的能量密度得到更有效地提高。
在本申请的一些实施例中,如图1至图2、图4至图5所示,隔板20包括主体部21和位于主体部21的一个边缘的弯折部22,弯折部22沿主体部21的一个边缘向主体部21的一侧延伸并伸入第一凹部41或第二凹部42,弯折部22与第一端面43相贴合且密封连接;主体部21的其余边缘与第二端面44及两侧面45均密封连接。这样,隔板20与包装壳40密封连接,使包装壳40内部的空间分隔成两个腔体。由此,避免了第一端面43外部折边的存在,从而提高了电化学装置100的能量密度,改善了电化学装置100的封装可靠性。
进一步地,如图6至图7所示,隔板20的平面结构为“凸”字形,与包装壳40密封连接时,弯折部22弯折,与主体部21呈一定夹角。需要说明的是,根据隔板20及包装壳40材质的不同,弯折部22与主体部21之间的夹角也会有相应的变化。例如,弯折部22与主体部21之间呈70°至110°的夹角,优选地,弯折部22与主体部21之间呈大约90°的夹角,此时,弯折部22与第一端面43贴合的更加紧密,电化学装置100的封装可靠性更高。
在本申请的一些实施例中,电化学装置100还包括封装材料,封装材料至少覆盖隔板20的两个表面的周缘。可以理解的是,一些实施例中,封装材料覆盖隔板20的两个表面(以下称为第一表面和第二表面)的周缘;另一些实施例中,封装材料覆盖隔板20的第一表面的四周边缘,且覆盖第二表面的全部区域;再一些实施例中,封装材料覆盖隔板20的第一表面和第二表面的全部区域。通过封装材料在隔板20的两个表面的覆盖,使隔板20与包装壳40密封连接,以将包装壳40的内部空间分隔成两个独立的腔体。优选地,封装材料仅覆盖隔板20的两个表面的周缘,周缘区域的宽度或面积可以根据封印边的宽度进行调整,从而避免封装材料带来隔板厚度的增加,较薄的隔板20有利于提高电芯能量密度。
进一步地,根据隔板20与包装壳40材质的变化,隔板20与包装壳40的密封连接方式,除了热封以外,还可以选择胶连、焊接或金属与非金属界面的密封处理等方式。
在本申请的一些实施例中,电化学装置100还包括封装材料,封装材料覆盖弯折部22的朝向第一端面43的一侧。由此,弯折部22能够与第一端面43密封连接,以使隔板20与包装壳40密封连接,这样,避免了第一端面43外部折边的存在。
在本申请的一些实施例中,如图7所示,主体部21的边缘和弯折部22的边缘形成夹角区域23,封装材料还覆盖夹角区域23,以确保隔板20分隔形成的两个腔体各自独立,由此实现各个腔体中电解液彼此隔绝的效果,以防止电解液渗漏造成电解液在高压充电时电解液分解失效。
进一步地,如图7所示,弯折部22包括短边a和长边b,主体部21包括与弯折部22连接的第一侧边c,弯折部22的长边b的边长小于第一侧边c的边长,以使主体部21在弯折部22的长度方向上相对于弯折部22形成两个外延部分d,弯折部22的短边a和外延部分d分别形成两个长度方向对称的夹角区域23(图中仅示出一个)。需要说明的是,根据隔板20及包装壳40材质的不同,夹角区域23的大小会发生变化,在本申请中对夹角区域23的大小没有特别限制,图7中的夹角区域23仅作示意且不对大小给出限制,本领域技术人员可根据实际情况选择封装材料的用量,只要能使封装材料覆盖两个夹角区域23,实现本申请目的即可。
在本申请的一些实施例中,如图8至图11所示,隔板20还包括位于主体部21的两侧边缘的两个侧弯折部24。具体地,在一些实施例中,包装壳40的第一端面43和两个侧面45均是一体成型的,即包装壳40在第一端面43和两个侧面45(图中仅示出一个)上,均是无封印边、无外部折边的。在伸出极耳50一侧的顶封边未封装时,将隔板20经由顶封边插入包装壳40内部,封装材料分别覆盖弯折部22朝向第一端面43的一侧、以及两个侧弯折部24各自朝向两侧面45的一侧,使弯折部22与第一端面43相贴合且密封连接、两个侧弯折部24各自与两侧面45相贴合且密封连接,主体部21的顶端边缘211与第二端面44密封连接。这样,隔板20与包装壳40密封连接,使包装壳40内部的空间分隔成两个腔体。由此,避免了第一端面43、两侧面45外部折边的存在,使电化学装置100的体积进一步减小,从而提高了电化学装置100的能量密度、有效改善了电化学装置100的封装可靠性。
进一步地,隔板20与包装壳40密封连接时,两个侧弯折部24弯折,且分别于主体部21呈一定夹角。需要说明,根据隔板20及包装壳40材质的不同,两个侧弯折部24与主体部21之间的夹角也会有相同或不同的变化。例如,上述夹角为70°至110°,优选地,两个侧弯折部24与主体部之间呈大约90°的夹角,此时,侧弯折部24与侧面45贴合的更加紧密,电化学装置100的封装可靠性更高。
进一步地,为确保隔板20分隔形成的两个腔体各自独立,弯折部22与两个侧弯折部24的连接处,覆盖有封装材料,或者,弯折部22与两个侧弯折部24通过预压制等方式一体成型,并且顶端边缘211与两个侧弯折部24的边缘形成的夹角区域也覆盖有封装材料,由此,实现各个腔体的隔绝效果。
在本申请的一些实施例中,封装材料包括聚丙烯、酸酐改性聚丙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、环氧树脂、聚酰胺、聚酯、非晶态α-烯烃共聚物及其衍生物等中的至少一种。上述封装材料的使用可以更有效地提高密封性,从而提高电化学装置100的封装可靠性。需要说明的是,本申请对封装温度、封装时间和封装压力没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,封装材料为聚丙烯,封装温度为180℃至195℃,封装时间为2s至4s,封装压力为0.2MPa至0.5MPa。
在本申请的一些实施例中,如图2至图3所示,每个电极组件10设置有不同极性的极耳50,极耳50延伸出包装壳40,相邻电极组件10通过极耳50串联连接。具体地,在一个实施例中,第一电极组件11设置有第一正极极耳51和第一负极极耳52,第二电极组件12设置有第二正极极耳53和第二负极极耳54,第一正极极耳51、第一负极极耳52、第二正极极耳53和第二负极极耳54均完全不重叠地延伸出包装壳40,相邻的第一电极组件11和第二电极组件12通过第一负极极耳52和第二正极极耳53串联连接,第一正极极耳51和第二负极极耳54作为正负极端子,用以充放电时进行连接。每个电极组件10设置的极耳50全部延伸出包装壳40进行焊接时,能够随时监测极耳50的焊接效果,降低极耳50的断裂风险,避免出现因极耳50焊接效果不佳而导致电化学装置100内阻增大的问题;相邻的电极组件10之间串联连接,能有效提升电化学装置100的输出电压。
进一步地,串联连接相邻的第一电极组件11和第二电极组件12的第一负极极耳52和第二正极极耳53也可以至少部分重叠地延伸出包装壳40。
在本申请的一些实施例中,隔板的厚度为6μm至100μm,优选为10μm至40μm,更优选为20μm至30μm。当隔板的厚度太薄(例如小于6μm)时,隔板的机械强度可能不足,容易造成破损从而影响电化学装置的性能甚至安全性;当隔板的厚度太厚(例如大于100μm)时,使得电化学装置体积增大,从而降低电化学装置的能量密度。
在本申请的一些实施例中,隔板的材料包括高分子薄膜、金属箔材或碳材料中的至少一种。本申请对高分子薄膜的种类没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,高分子薄膜可以包括聚对苯二甲酸亚乙酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚乙二醇、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、环状聚烯烃(PO)、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯,聚亚甲基萘、聚偏二氟乙烯,聚萘二甲酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、有机硅树脂、维尼纶、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚、聚砜、非晶态α-烯烃共聚物及其衍生物薄膜中的至少一种。本申请对金属箔材的种类没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,金属箔材可以包括Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In、Zn、不锈钢(SUS)及其组合物或合金等中的至少一种。本申请对碳材料的种类没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,碳材料可以包括单壁碳纳米管(SWCNT)、多壁碳纳米管(MWCNT)、碳毡、碳膜、炭黑、乙炔黑、富勒烯、导电石墨膜或石墨烯膜等中的至少一种。
优选地,隔板的材料包括高分子薄膜,高分子薄膜的密度小,可以降低隔板的重量,从而提高锂离子电池的能量密度。并且,在机械滥用情况(例如,穿钉、撞击、挤压等)下,高分子薄膜产生碎屑的概率更小,且对机械破损表面包裹效果更好,可以改善上述机械滥用情况下的安全性能,从而使安全测试通过率得以提高,进一步提高锂离子电池的安全性能。优选地,隔板的材料包括金属箔材,金属箔材的隔离可靠性强,且韧性及致密性好,加工厚度可以做到更薄,能够提高锂离子电池的能量密度。优选地,隔板的材料包括碳材料,碳材料的安全性能优良、导热性能好且高温可靠性极优。优选地,隔板的材料包括高分子薄膜、金属箔材或碳材料中的至少两种复合而成的复合材料。所述复合材料的种类没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,复合材料可以包括Ni金属箔材复合PP薄膜、Ag金属箔材复合PET薄膜、聚氨酯/不锈钢/聚氨酯复合材料或PP/Al/PP复合材料等。
在本申请的一些实施例中,隔板为双极性隔板,双极性隔板可以包括Cu-Al复合集流体、不锈钢箔集流体或高分子导电集流体中的至少一种。
本申请对高分子导电集流体的种类没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,高分子导电集流体可以包括由高分子材料与导电材料的复合材料。具体地,一种高分子导电集流体包括高分子基体和一维或二维导电材料,导电材料以与高分子基体厚度方向成0°至30°的方向分布在高分子基体中。另一种高分子导电集流体包括一种多孔高分子基体,导电材料位于多孔高分子基体的孔隙中,使得高分子导电集流体的两个表面实现电子导通。再一种高分子导电集流体是在高分子材料的两个表面上各自存在相同或不同的金属材料层。
本申请对高分子导电集流体的种类没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,可以通过以下方法得到:在不锈钢基板上喷涂高分子材料得到高分子材料层,加热高分子材料层使其软化,再植入一维或二维导电材料,随后再次喷涂高分子材料形成高分子才薄膜,过热辊压所得的高分子材料薄膜,用刮刀将高分子材料薄膜从不锈钢基板表面取下,收卷得到高分子导电集流体。还可以通过在高分子材料中分散零维导电材料等方法得到高分子导电集流体。
本申请对导电材料的种类没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。
在本申请的一些实施例中,双极性隔板的第一侧设置有电极活性材料层,与电极活性材料层相邻的电极组件最外层设置有极性相反的电极活性材料层,双极性隔板的第一侧与相邻的电极组件之间设置有隔膜,双极性隔板的第二侧与相邻的电极组件电绝缘,双极性隔板引出一个极耳,该极耳与两侧的电极组件相串联的极耳连接。在这些实施例中,双极性隔板的第一侧与相邻电极组件的最外层电极极片构成电化学单元,参与锂离子电池的充放电过程,提高了锂离子电池的能量密度。双极性隔板上引出极耳,该极耳与两侧的电极组件相串联的极耳连接,从而提供高输出电压。
在本申请的另一些实施例中,双极性隔板的第一侧设置有电极活性材料层,与电极活性材料层相邻的电极组件最外层设置有极性相反的电极活性材料层,双极性隔板的第一侧与相邻的电极组件之间设置有隔膜,双极性隔板的第二侧与相邻的电极组件之间电连接。上述“电连接”是指,双极性隔板的第二侧通过与其相邻电极组件最外侧的集流体物理接触实现电路连接,即与双极性隔板电连接的电极极片表面没有电极活性材料。
进一步地,双极性隔板可以不引出极耳,此时,双极性隔板两侧的电极组件直接通过双极性隔板实现内部串联,锂离子电池可以只引出两个极性相反的极耳,当锂离子电池内含有两个以上的电极组件时,所有电极组件在上述两个极性相反的极耳之间通过双极性隔板串联连接。
进一步地,双极性隔板也可以引出一个极耳,该极耳与双极性隔板第一侧的电极组件上相同极性极耳连接,形成并联,然后与第二侧的电极组件上相反极性的极耳连接,形成串联,此时,两个电极组件中间可以通过双极性隔板内部串联并通过极耳外部串联。另外,双极性隔板的极耳也可以不与电极组件的极耳相连,仅用于监测电化学装置的电压,可以及时排查问题电极组件,找到失效原因,提高电化学装置的制造优率和生产效率。
在本申请的再一些实施例中,双极性隔板的两侧分别设有不同极性的电极活性材料层,与每个电极活性材料层相邻的电极组件最外层设置有极性相反的电极活性材料层,双极性隔板的电极活性材料层与电极组件最外层的电极活性材料层之间设置有隔膜。双极性隔板的两侧分别设有极性不同的电极活性材料层,两侧分别与相邻的电极组件的最外层电极极片形成电化学单元,进一步提高锂离子电池的能量密度。
双极性隔板两侧的电极组件可以直接通过双极性隔板实现内部串联,也可以通过双极性隔板和两个极性相反的极耳同时实现内部串联和外部串联。
进一步地,双极性隔板的两侧分别设有极性不同的电极活性材料层,双极性隔板上设置一个极耳,极耳可以用于监测电化学装置的电压,或者将极耳绝缘包覆。该极耳也可以与双极性隔板两侧电极组件的串联极耳相连接。
在本申请中,对电极组件的结构没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,电极组件的结构可以包括卷绕结构或叠片结构中的至少一种。
本申请对极耳的材料没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可。例如,正极极耳材料包括铝(Al)或铝合金中的至少一种,负极极耳材料包括镍(Ni)、铜(Cu)或铜镀镍(Ni-Cu)中的至少一种。本申请对极耳的焊接方式没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可。例如,激光焊、超声焊或电阻焊等中的至少一种。本申请对不同极耳引出的方向没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可。例如,极耳引出的方向可以为同向或异向。
在本申请中,电极组件可以包含隔膜、正极极片和负极极片。隔膜用以分隔正极极片和负极极片,以防止电化学装置内部短路,其允许电解质离子自由通过,完成电化学充放电过程的作用。本申请对隔膜、正极极片和负极极片的数量没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。
本申请对隔膜的种类没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)为主的聚烯烃(PO)类隔膜,聚酯膜(例如聚对苯二甲酸二乙酯(PET)膜)、纤维素膜、聚酰亚胺膜(PI)、聚酰胺膜(PA),氨纶或芳纶膜、织造膜、非织造膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜、纺丝膜等中的至少一种。例如,隔膜可以包括基材层和表面处理层。基材层可以为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜,基材层的材料可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺等中的至少一种。任选地,可以使用聚丙烯多孔膜、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。任选地,基材层的至少一个表面上设置有表面处理层,表面处理层可以是聚合物层或无机物层,也可以是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,所述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、氢氧化钙和硫酸钡等中的至少一种。所述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等中的至少一种。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)等中的至少一种。
本申请对正极极片没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,正极极片通常包含正极集流体和正极活性材料层。其中,正极集流体没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,可以包含铝箔、铝合金箔或复合集流体等。正极活性材料层包括正极活性材料。正极活性材料的种类没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可,例如,可以包括镍钴锰酸锂(811、622、523、111)、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂等中的至少一种。在本申请中,对正极集流体和正极活性材料层的厚度没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,正极集流体的厚度为5μm至20μm,优选为6μm至18μm,更优选为8μm至16μm。正极材料层的厚度为30μm至120μm。本申请中,对正极极片的厚度没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可,例如,正极极片的厚度为35μm至140μm。任选地,正极极片还可以包含导电层,导电层位于正极集流体和正极材料层之间。导电层的组成没有特别限制,可以是本领域常用的导电层。所述导电层包括导电剂和粘结剂。
本申请对负极极片没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,负极极片通常包含负极集流体和负极活性材料层。其中,负极集流体没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可,例如,可以包含铜箔、铜合金箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或复合集流体等。负极活性材料层包括负极活性材料、导电剂和增稠剂。负极活性材料的种类没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,可以包括天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、SiOx(0<x<2)、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO2、尖晶石结构的钛酸锂Li4Ti5O12、Li-Al合金及金属锂等中的至少一种。在本申请中,对负极集流体和负极活性材料层的厚度没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可,例如,负极集流体的厚度为6μm至10μm,负极活性材料层的厚度为30μm至120μm。本申请中,负极极片的厚度没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可,例如,负极极片的厚度为50μm至150μm。任选地,负极极片还可以包含导电层,导电层位于负极集流体和负极材料层之间。导电层的组成没有特别限制,可以是本领域常用的导电层。所述导电层包括导电剂和粘结剂。
本申请对导电剂没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,导电剂可以包括导电炭黑(Super P)、碳纳米管(CNTs)、碳纳米纤维、鳞片石墨、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管或石墨烯等中的至少一种。本申请对粘结剂没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,粘结剂可以包括聚丙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸锂、聚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、丁苯橡胶(SBR)、聚乙烯醇(PVA)、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、水性丙烯酸树脂、羧甲基纤维素(CMC)或羧甲基纤维素钠(CMC-Na)等中的至少一种。
在本申请中,电极活性材料层是指上述正极活性材料层或负极活性材料层。
本申请对电解液没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,电解液通常包括锂盐和非水溶剂。在本申请一些实施方案中,锂盐可以包括LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiSiF6、LiBOB或二氟硼酸锂等中的至少一种。举例来说,锂盐可以选用LiPF6,因为它可以给出高的离子导电率并改善循环特性。非水溶剂可为碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物或其它有机溶剂等中的至少一种。碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物或氟代碳酸酯化合物等中的至少一种。链状碳酸酯化合物可以包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)或碳酸甲乙酯(MEC)等中的至少一种。环状碳酸酯化合物可以包括碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)或碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)等中的至少一种。氟代碳酸酯化合物可以包括碳酸氟代亚乙酯(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等中的至少一种。羧酸酯化合物可以包括甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯或己内酯等中的至少一种。醚化合物可以包括二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃或四氢呋喃等中的至少一种。上述其它有机溶剂可以包括二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯或磷酸酯等中的至少一种。
本申请对包装壳没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,包装壳可以包含内层和外层,内层与隔板密封连接,因此内层的材料可以包括高分子材料,从而实现良好的密封效果;同时内层和外层的结合能够有效得保护电化学装置的内部结构。具体地,内层的材料包括聚丙烯、聚酯、对羟基苯甲醛、聚酰胺、聚苯醚、聚氨酯等中的至少一种。在本申请中,对外层的材料没有特别限制,只要能实现本申请的目的即可。例如,外层的材料可以包括铝箔、氧化铝层、氮化硅层等中的至少一种。此外,包装壳也可以为铝塑膜,铝塑膜包含尼龙层、铝箔层和PP层。包装壳还可以为绝缘处理后的钢壳。
在本申请中,对包装壳的厚度没有特别限制,只要能实现本申请的目的即可。例如,包装壳的厚度可以为50μm至500μm,优选为50μm至300μm,更优选为50μm至200μm。在上述厚度范围内的包装壳可以有效保护电化学装置的内部结构。
在本申请中,对封印边的尺寸没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可。例如,封印边的厚度T(单位:mm)与宽度W(单位:mm)满足0.01≤T/W≤0.05。T/W的比值在上述范围内,可以保证电池的密封良好,提高电池的使用寿命。当T/W过小时,可能封印厚度不足,密封效果不好,导致电池的环境稳定性降低,例如,环境中的水汽容易渗透到电池内部,导致电池内水分含量增大,电解质分解,降低电池的使用寿命;T/W的比值过大,可能封印宽度W太小,同样存在密封效果不好,导致电池的环境稳定性降低,例如,环境中的水汽容易渗透到电池内部,导致电池内水分含量增大,电解质分解等问题,降低电池的使用寿命。在本申请中,封印厚度和封印宽度没有特别限定,只要能够实现本申请目的即可,例如封印边的宽度W优选为1mm至7mm。需要说明的是,在封装过程中,包装壳中的高分子材料与封装材料经过热压封印在一起。因此,封印厚度包括封装材料与包装壳内层高分子材料融合之后的厚度。封印宽度是指热压封印后封装材料与包装壳内层高分子材料结合在一起形成的密封区域的宽度。
本申请的电化学装置还可以包括发生电化学反应的其他装置,例如锂金属二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池等。
本申请对电化学装置的制备过程没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,电化学装置可以通过以下过程制备:将正极极片和负极极片经由隔膜重叠,并根据需要将其卷绕或折叠等操作后放入壳体内,将电解液注入壳体并封口。此外,也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于壳体中,从而防止电化学装置内部的压力上升、过充放电。
本申请提供的电化学装置,通过第一凹部的一侧壁与第二凹部的一侧壁一体成型以形成第一端面,且隔板的一个边缘与第一端面密封连接,减少了因第一端面外部折边所造成的能量密度的损失,从而有效提高了电化学装置的能量密度。并且,无第一端面外部折边的存在,电化学装置的封装失效风险降低,进一步提高了电化学装置的安全性能。同时也能够显著降低电化学装置的生产成本。
例如,在本申请的一个实施例中,包装壳为包含尼龙层、铝箔层和PP层的铝塑膜,厚度为88μm;第一电极组件和第二电极组件均为卷绕结构;隔板为PP/Al/PP的复合材料隔板,各层厚度均为30μm,即隔板厚度为90μm,隔板包括主体部和弯折部,弯折部与主体部之间的夹角为90°,弯折部与包装壳的第一端面贴合且通过隔板表面的PP层与铝塑膜的PP层经过热封实现密封连接,夹角区域通过滴注封装材料环氧树脂以实现密封,主体部与第二端面的封印边和两侧面的封印边通过隔板表面的PP层与包装壳内部的PP层实现密封连接,封装温度为190℃,封装时间为3s,封装压力为0.4MPa,从而实现了第一电极组件11和第二电极组件12的物理隔绝。
在本申请的另一个实施例中,包装壳为厚度80μm的钢壳,钢壳内表面涂覆聚氨酯作绝缘处理;第一电极组件和第二电极组件均为叠片结构;隔板为聚氨酯/不锈钢/聚氨酯的复合材料隔板,三层材料的厚度为1μm/10μm/1μm,即隔板的厚度为12μm,隔板包括主体部和弯折部,弯折部与主体部之间的夹角为90°,弯折部与包装壳的第一端面贴合且通过隔板表面的聚氨酯层与钢壳内表面的聚氨酯层经过热封实现密封连接,夹角区域通过涂抹封装材料聚氨酯实现密封,主体部与包装壳通过封装材料密封连接,封装温度为190℃,封装时间为3s,封装压力为0.4MPa,从而实现了第一电极组件11和第二电极组件12的物理隔绝。
本申请的第二方面提供了一种电子装置,包含本申请第一方面所提供的电化学装置。该电子装置具有良好的能量密度和安全性能。
本申请的电子装置没有特别限制,其可以包括不限于: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。
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其它要素,或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
以上所述仅为本申请的较佳实施例,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种电化学装置,包括包装壳、隔板和在所述隔板两侧分别设置的电极组件,每个电极组件均设置有极耳,其特征在于,所述包装壳在所述隔板两侧分别设置有第一凹部和第二凹部,所述第一凹部的一侧壁与所述第二凹部的一侧壁一体成型以形成所述包装壳的第一端面;所述包装壳还包括与所述第一端面相对设置的第二端面及连接在所述第一端面与所述第二端面之间且相对设置的两侧面,所述极耳延伸出所述第二端面;所述隔板与所述第一端面、所述第二端面及所述两侧面密封连接,从而将所述包装壳内部的空间分隔成两个腔体,每个腔体封装有所述电极组件和电解液。
2.根据权利要求1所述的电化学装置,其特征在于,所述隔板包括主体部和位于所述主体部的一个边缘的弯折部,所述弯折部延伸入所述第一凹部或所述第二凹部,所述弯折部与所述第一端面相贴合且密封连接;所述主体部的其余边缘与所述第二端面及所述两侧面分别密封连接。
3.根据权利要求1所述的电化学装置,其特征在于,所述电化学装置还包括封装材料,所述封装材料至少覆盖所述隔板的两个表面的周缘。
4.根据权利要求2所述的电化学装置,其特征在于,所述电化学装置还包括封装材料,所述封装材料覆盖所述弯折部的朝向所述第一端面的一侧。
5.根据权利要求4所述的电化学装置,其特征在于,所述主体部的边缘和所述弯折部的边缘形成夹角区域,所述封装材料还覆盖所述夹角区域。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的电化学装置,其特征在于,所述封装材料包括聚丙烯、酸酐改性聚丙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、环氧树脂、聚酰胺、聚酯、非晶态α-烯烃共聚物及其衍生物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的电化学装置,其特征在于,每个所述电极组件设置有不同极性的极耳,所述极耳延伸出所述包装壳,相邻所述电极组件通过所述极耳串联连接。
8.根据权利要求1所述的电化学装置,其特征在于,所述隔板的厚度为6μm至100μm。
9.根据权利要求1所述的电化学装置,其特征在于,所述隔板的材料包括高分子薄膜、金属箔材或碳材料中的至少一种。
10.一种电子装置,其特征在于,包含权利要求1至9中任一项所述的电化学装置。
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