CN115101822A - 电化学装置及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电化学技术领域，公开了电化学装置及用电设备。电化学装置包括壳组件与收容于壳体的电极组件。壳组件包括壳体与盖，壳体包括底壁与侧壁，侧壁的一端连接于底壁，另一端远离底壁延伸，底壁与侧壁共同限定出收容腔，盖安装于侧壁背离底壁的一端，并覆盖收容腔，底壁指向盖的方向为第一方向。电极组件包括第一极片、第二极片与隔离膜。第一极片包括第一极片单元，第二极片包括第二极片单元，第一极片单元与第二极片单元沿第二方向层叠设置，且均垂直于第二方向设置，相邻的第一极片单元与第二极片单元之间设有隔离膜。其中，第二方向垂直于第一方向。该电化学装置可以改善当前电化学装置容易发生变形开裂的现状。

Description

电化学装置及用电设备

【技术领域】

本申请涉及电化学技术领域，尤其涉及电化学装置及用电设备。

【背景技术】

电化学装置是一种将外界的能量转化为电能并储存于其内部，以在需要的时刻对外部用电设备(如便携式用电设备、电动汽车、电动工具、电动自行车等)进行供电的装置。

一般地，电化学装置包括壳组件、电极组件以及将电极组件的极性引出壳组件的极耳或极柱结构。其中，壳组件包括壳体与盖；壳体的一端开设有收容腔，盖则安装于收容腔敞开的一端以覆盖该收容腔。电极组件收容于上述收容腔，其包括层叠设置的第一极片、第二极片以及隔离膜；该第一极片与第二极片的极性相反，两者之间设有隔离膜进行分隔。

在电极组件为叠片式结构的电化学装置中，第一极片与第二极片的层叠方向与上述壳体指向盖的方向一致；该电化学装置在进行充电的过程中，电极组件沿上述层叠的方向具有较明显的膨胀。同时，由于壳体与盖并非一体式结构，通常通过焊接密封，由于壳体和盖较薄，二者焊接面积小，壳体内部压力增加时，焊接处容易成薄弱区，故壳组件在上述层叠方向的强度较低，电极组件的膨胀变形容易导致壳组件也在上述层叠方向上发生变形甚至开裂，进而引发电解液泄露等现象，电化学装置的安装性能较低。

【发明内容】

本申请旨在提供一种电化学装置及用电设备，以改善当前电化学装置的壳组件容易发生开裂的现状。

本申请解决其技术问题采用以下技术方案：

一种电化学装置，包括壳组件与电极组件。壳组件包括壳体与盖。所述壳体包括底壁与侧壁；所述侧壁的一端连接于所述底壁，另一端远离所述底壁延伸，所述底壁与所述侧壁共同限定出一收容腔；所述盖安装于所述侧壁背离所述底壁的一端，并覆盖所述收容腔。所述底壁指向所述盖的方向为第一方向。电极组件收容于所述收容腔，并包括第一极片、第二极片与隔离膜，所述第一极片包括第一极片单元，所述第二极片包括第二极片单元，所述第一极片单元与所述第二极片单元沿第二方向层叠，且均垂直于所述第二方向设置，相邻的第一极片单元与第二极片单元之间设有所述隔离膜。其中，所述第二方向垂直于所述第一方向。

本申请实施例提供的电化学装置中，各第一极片单元与第二极片单元的层叠方向与壳体的第一方向垂直；因此，在对电化学装置进行充电的过程中，电极组件主要沿上述第二方向发生膨胀，其在上述第一方向的膨胀量极小，则壳体亦不容易在上述第一方向上膨胀变形。

综上所述，本申请实施例提供的电化学装置可以改善当前电化学装置容易发生变形开裂的现状。电化学装置中的极片朝第二方向堆叠，电芯在第一方向上的膨胀程度小，电芯膨胀的力主要由电池壳侧壁承受，由于电池壳侧壁通常是一体成型，即便所述侧壁焊接，焊接处的侧壁也会相互重叠一部分，焊接强度高，因此，侧壁在第二方向上的强度较高，电芯在第二方向上的膨胀被电池壳体侧壁抑制，不易变形，因此电化学装置整体膨胀程度小甚至不发生膨胀，因此该电化学装置可以不在壳体内沿上述方向上在电极组件与壳体之间设置预留空间，故该电化学装置的能量密度可以做到更高。即是说，本申请实施例提供的电化学装置可以在提升能量密度的基础上，改善其容易在第一方向上膨胀变形的现状。

在一些实施例中，上述侧壁一体成型，且侧壁材料的抗拉强度大于等于1000MPa。如此是为了保证侧壁能有足够的强度抵抗电极组件的变形。

在一些实施例中，上述侧壁也可以焊接成型，且焊缝处的焊接强度大于等于1000MPa。由于焊接处容易成为变形或者断裂的薄弱点，因此，选择焊缝处的抗拉强度大于等于1000MPa以保证侧壁在承受电极组件膨胀时不发生变形。

在一些实施例中，所述第一极片为阳极片。所述第一极片包括第一集流体以及设于第一集流体的表面的第一活性材料层，所述第一活性材料层的材料包括硅元素，所述硅元素的质量占所述第一活性材料层的总质量的百分比大于等于10％。相较于碳系的负极活性材料，硅系负极活性材料具有高克容量和低点位的优点，因此该设置有利于提升电化学装置的能量密度。但是硅负极活性材料在电芯循环过程中的膨胀率较大，完全嵌锂后，硅体积膨胀约为300％，常规的软包电池包装袋强度难以承受硅负极电芯的膨胀，因此，硅负极电芯通常采用钢壳等硬质外壳封装。但是，传统的钢壳叠片电池沿着壳体厚度方向堆叠，由于高硅体系的膨胀问题，仍然易出现变形导致外壳在上下壳体焊接处被顶开的问题，实际过程中为了防止硅负极叠片电池的膨胀，需要在厚度方向预留大约10％膨胀空间，极大影响了电池能量密度。本申请所述堆叠方式尤其适用于硅负极叠片电芯，可以消除预留膨胀空间，提高能量密度，同时抑制电池膨胀。

在一些实施例中，优选所述硅元素的质量占所述第一活性材料层的总质量的百分比大于等于30％且小于等于80％。由于硅系负极活性材料高克容量和高膨胀的特点，如果其在第一活性材料层中的总质量低于30％，其提升电化学装置能量密度的作用有限。如果硅元素在第一活性材料层中的含量大于80％，能够最大幅度提升电化学装置的能量密度，但是阳极极片膨胀程度会很高，由于高刚性的侧壁的抑制，使得阳极极片的膨胀力，转变为电极组件的极片之间的挤压力，这样在电化学装置反复充放电循环过程中各极片会受到循环的挤压力，有可能会导致活性材料的脱落，造成析锂等缺陷，对电化学装置的循环寿命造成一定的影响。

在一些实施例中，所述第一活性材料层包括以下材料的至少一种：硅、硅基氧化物、碳化硅、硅纳米线、硅纳米颗粒。

在一些实施例中，所述电化学装置还包括第一导电件。所述第一极片包括第一集流体与第一活性材料层，所述第一集流体包括第一区域与第二区域，所述第一区域垂直于所述第二方向设置，所述第二区域与所述第一区域电连接，所述第一活性材料层设于所述第一区域的表面，所述第一区域与所述第一活性材料层共同构成所述第一极片单元，各所述第一极片单元沿所述第二方向间隔设置，所述第二区域与所述第一导电件电连接。

在一些实施例中，所述壳体具有沿第三方向相对设置的第一侧壁单元与第二侧壁单元，各所述第二区域与所述第一导电件均位于所述第一区域与所述第一侧壁单元之间，其中，所述第三方向同时垂直于所述第一方向与所述第二方向。所述第二区域包括第一部分与第二部分，所述第一部分的一端连接于所述第一区域，另一端靠近所述第一侧壁单元延伸，所述第二部分连接于所述第一部分背离所述第一区域的一端，并相对所述第一部分弯折设置，所述第二部分与所述第一导电件连接。

在一些实施例中，所述电极组件包括三个以上第一极片，所述第二部分相对所述第一部分弯折设置，各所述第二部分的弯折方向相同。沿第一预设方向，任意相邻的两所述第二部分之间，位于下游的所述第二部分至少部分层叠于位于上游的所述第二部分的表面，任意相邻的三个所述第二部分之间不具有共同的层叠区域；即是，各第二部分依次搭接设置。其中，所述第一预设方向为所述第二部分靠近所述第一部分的一端指向背离所述第一部分的一端的方向。

在其他实施例中，上述各第二部分亦可以沿第三方向依次层叠设置，但该种设置方式需要在上述第一区域与第一侧壁单元之间预留较大的空间；与之相比，本实施例中各第二部分依次搭接的方案则可以克服上述不足。

在一些实施例中，还包括第一绝缘胶。所述电极组件具有沿所述第二方向相对的第一表面与第二表面，所述第一绝缘胶的一端固定于所述第一表面，另一端固定于所述第二表面，所述第一绝缘胶呈张紧状态。

如此，第一绝缘胶将电极组件夹持于其两端之间，从而可以降低上述第一极片单元、第二极片与隔离膜之间松散变形的风险。

在一些实施例中，还包括第二绝缘胶。所述第二绝缘胶分别与所述电极组件及所述壳体固定，以使所述电极组件固定于所述壳体。

在一些实施例中，所述电化学装置包括两个以上所述电极组件，各所述电极组件沿所述第二方向排布。

多电极组件堆叠的设置可以避免单电极组件的厚度过高，从而使得每个电极组件堆叠的过程更为容易，便于降低电极组件堆叠时的出错率。

在一些实施例中，还包括安装于所述壳体的极柱。所述极柱与所述壳体绝缘，所述极柱与所述第二极片单元电连接。

如此，极柱构成该电化学装置的一个导电端子，从而实现第二极片的极性引出。

在一些实施例中，所述壳体设有泄压部。所述泄压部用于在所述电化学装置的温度高于预设阈值时，使所述收容腔与所述壳体的外界大气连通。

考虑到电化学装置温度过高时，壳体内会因产生气体而气压升高，而这可能引发电化学装置爆炸，具有较高的安全隐患。泄压部可以于在电化学装置的温度高于预设阈值时，使收容腔与壳体的外界大气连通，进而将收容腔内的气体向外排除，以消除上述隐患。

在一些实施例中，所述底壁或所述盖设有注液孔。由此，在向收容腔内注射电解液时，电解液自一开始即会向上述第一极片单元、隔离膜与第二极片单元之间的缝隙渗透，进而可以提高电极组件浸润的速率，从而可以在一定程度上缩短电化学装置制造的周期。

在一些实施例中，注液孔设于所述盖，所述注液孔与所述盖的几何形心之间的距离小于5mm；或者，注液孔设于所述底壁，所述注液孔与所述底壁的几何形心之间的距离小于5mm。如此，可以提高电极组件浸润电解液的速率。

在一些实施例中，沿所述第一方向观察，所述底壁的边缘未超出所述连接壁部靠近所述第一壁部的一端。沿所述第一方向观察，所述盖的边缘未超出所述连接壁部靠近所述第二壁部的一端。如此，壳体在提供足够体积的收容腔的条件下，可尽可能减小电化学装置整体的体积，或者该电化学装置装配于用电设备中时所占用的体积。

在一些实施例中，第一极片和第二极片的长宽比均为3-20。在其它条件相同的情况下，极片的阻抗受其长度影响较大，极片长宽比过大，即极片长度相对于宽度过长，长宽比过大会导致单极片阻抗较大，进而导致电池内阻较大，无法充分发挥多极耳叠片电池低阻抗的优势；极片长宽比过小，即极片长度相对于宽度过短，则极耳在长度方向的端部占据的空间相对整体长度较高，不利于充分发挥本方案提升体积利用率的效果。

本申请解决其技术问题还采用以下技术方案：

一种用电设备，包括上述的电化学装置。由于包括上述实施例中的电化学装置，因此该用电设备可以改善当前用电设备内的电化学装置容易在第一方向上膨胀变形的现状。

【附图说明】

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请其中一实施例提供的电化学装置的立体示意图；

图2为图1中电化学装置的分解示意图；

图3为图2中电极组件沿A-A线的剖切示意图；

图4为图2中第一极片的正视图；

图5为图4的仰视图；

图6为图2中第二极片的正视图；

图7为图6的俯视图；

图8为本申请其中一实施例提供的用电设备的示意图。

图中：

1、电化学装置；

100、壳组件；110、壳体；120、盖；130、泄压部；111、底壁；112、侧壁；1121、第一侧壁单元；1122、第二侧壁单元；1123、第三侧壁单元；1124、第四侧壁单元；101、收容腔；102、注液孔；

200、电极组件；210、第一极片；220、第二极片；230、隔离膜；240、第一绝缘胶；250、第二绝缘胶；211、第一极片单元；212、第一集流体；213、第一活性材料层；2121、第一区域；2122、第二区域；2123、第一部分；2124、第二部分；221、第二极片单元；222、第二集流体；223、第二活性材料层；2221、第三区域；2222、第四区域；2223、第三部分；2224、第四部分；201、第一表面；202、第二表面；

300、第一导电件；

400、第二导电件；

500、极柱；

Z、第一方向；

X、第二方向；

Y、第三方向；

M、第一预设方向；

N、第二预设方向；

1b、电化学装置；200b、电极组件；210b、第一极片；220b、第二极片；211b、第一极片单元；214b、第一连接单元；2101b、第一边；221b、第二极片单元；224b、第二连接单元；2201b、第二边。

2、用电设备。

【具体实施方式】

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”/“固接于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书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。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，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本说明书中，所述“安装”包括焊接、螺接、卡接、粘合等方式将某一元件或装置固定或限制于特定位置或地方，所述元件或装置可在特定位置或地方保持不动也可在限定范围内活动，所述元件或装置固定或限制于特定位置或地方后可进行拆卸也可不能进行拆卸，在本申请实施例中不作限制。

请参阅图1至图3，其分别示出了本申请其中一实施例提供的电化学装置1的立体示意图、分解示意图以及电极组件沿图2中A-A线的剖切示意图，该电化学装置1包括壳组件100与电极组件200。其中，壳组件100包括壳体110与盖120。壳体110包括底壁111与侧壁112，侧壁112的一端连接于底壁111，另一端远离底壁111延伸，两者共同限定出一收容腔101。盖120安装于侧壁112背离底壁111的一端，并覆盖收容腔101；底壁111指向盖120的方向为第一方向Z。电极组件200收容于上述收容腔101，其包括第一极片210、第二极片220与隔离膜230。第一极片210包括第一极片单元211，第二极片220包括第二极片单元221；上述第一极片单元211与第二极片单元221沿图示第二方向X层叠，且均垂直于该第二方向X设置，相邻的第一极片单元211与第二极片单元221之间设有隔离膜230。

值得说明的是，本申请文件中所述的“第一方向”是指壳体110指向盖120的方向，即是两者的封装方向；本实施例中，该第一方向为电化学装置1的厚度方向。本申请文件中所述的“第二方向”为一垂直于上述第一方向Z的方向；本实施例中，该第二方向X为电化学装置1的宽度方向，可以理解的是，在本申请的其他实施例中，第二方向X亦可以是该电化学装置1的长度方向。另外，为便于说明与理解，以下将同时垂直于上述第一方向Z与第二方向X的方向定义为第三方向Y。接下来，以该电化学装置1为锂离子硬壳电池为例，依次对壳组件100与电极组件200作详细说明；但应当理解，在本申请的其他实施例中，该电化学装置1亦可以为软包电池，或钠离子电池等其他形式的电池。

对于上述壳组件100，请具体参阅图1与图2，其是该电化学装置1中其余元件的容器与安装基体，该壳组件100包括壳体110与盖120。其中，壳体110呈盒状结构，其包括底壁111与侧壁112。底壁111呈扁平的板状结构。侧壁112大致呈截面呈封闭状的环状结构，其一端连接于底壁111，另一端则背离底壁111延伸。该底壁111与侧壁112共同限定出上述收容腔101，以用于收容上述电极组件200与电解液等。可选地，侧壁112沿第一方向Z观察时大致呈矩形或圆角矩形状；该侧壁112包括沿第三方向Y相对设置的第一侧壁单元1121与第二侧壁单元1122，以及沿第二方向X相对设置的第三侧壁单元1123与第四侧壁单元1124。盖120同样呈扁平的板状结构，其与底壁111之间沿上述第一方向Z相对设置；该盖120安装于侧壁112背离底壁111的一端，并覆盖收容腔101。

本实施例中，底壁111与一体成型侧壁112之间可各自分体成型；底壁111通过焊接，如激光焊接的方式固定于侧壁112，并覆盖侧壁112朝向底壁111的一端；盖120通过焊接，如激光焊接的方式固定于一体成型的侧壁112，并覆盖侧壁112朝向盖120的一端。较优地，沿上述第一方向X观察，底壁111的边缘未超出侧壁112靠近底壁111的一端，盖120的边缘未超出侧壁112靠近盖120的一端；以使壳组件100在提供足够体积的收容腔101的条件下，尽可能减小电化学装置1整体的体积，或者该电化学装置1装配于用电设备中时所占用的体积。当然，在本申请的其他实施例中，亦可以是仅底壁111或盖120的边缘未超出侧壁112的边缘设置。同时值得注意的是，在其它实施例中，底壁111与侧壁112也可以是通过一体冲压等常规方式整体成型。

考虑到电化学装置1温度过高或者有其他副反应时，壳组件100内会因产生气体而气压升高，而这可能引发电化学装置1爆炸，具有较高的安全隐患。为降低上述风险，本实施例中，该电化学装置1于壳组件100上设有泄压部130；该泄压部130用于在电化学装置1内气压高于预设阈值时，使收容腔101与壳组件100的外界大气连通，进而将收容腔101内的气体向外排除，以消除上述隐患。其中，本申请文件中所述的“预设阈值”是泄压部130切换至使收容腔101与壳组件100外界大气恰好连通的状态时，电化学装置1内部的压力值。该预设阈值是高于电化学装置1内部的正常状态时的气压，同时又低于电化学装置1发生在没有泄压部时，爆炸前的内部气压的压力值。至于泄压部130的结构形式，其实则是多样的。例如，在一些实施例中，泄压部130为壳组件100上强度低于其他部位的区域；具体的说，泄压部130可以为厚度小于其他部位的区域，收容腔101内的气压升高至高于上述预设阈值时，其会首先冲破泄压部130，从而完成泄压。例如，在另一些实施例中，泄压部130为一微小的阀体元件；具体地，壳组件100设有一贯通的泄压孔，泄压部130设于该泄压孔处，当收容腔101内的气压低于预设阈值时，泄压部130覆盖该泄压孔，当收容腔101内的气压高于预设阈值时，泄压部130则打开该泄压孔，从而完成泄压。

对于上述电极组件200，请先参阅图3，同时结合图1与图2，该电极组件200是电化学装置1中的核心元件，电化学装置1通过其实现充放电。具体地，电极组件200包括第一极片210、第二极片220与隔离膜230。第一极片210、第二极片220与隔离膜230沿图示第二方向X依次层叠设置；该第一极片210与第二极片220之间的极性相反，相邻的第一极片210与第二极片220之间设有隔离膜230。本实施例中，电极组件200包括多个第一极片210、多个第二极片220与多个隔离膜230，各第一极片210与第二极片220沿第二方向X交替设置，相邻的第一极片210与第二极片220之间设有隔离膜230；其中，本申请文件中所述的“多个”意为两个以上。

请具体参阅图4至图7，其分别示出了该第一极片210的正视图、仰视图、该第二极片220的正视图与俯视图，同时结合其他附图，第一极片210包括第一极片单元211，该第一极片单元211是第一极片210的主体部分；第二极片220包括第二极片单元221，该第二极片单元221是第二极片220的主体部分。该第一极片单元211与第二极片单元221的极性相反，各第一极片210的第一极片单元211与各第二极片220的第二极片单元221沿上述第二方向X层叠设置，相邻的第一极片单元211与第二极片单元221之间设有隔离膜230进行分隔。

接下来，以第一极片210为阳极片，第二极片220为阴极片为例，依次对第一极片210与第二极片220的构造作出说明。请具体参阅图4与图5，第一极片210包括第一集流体212与第一活性材料层213。第一集流体212为薄片状结构，其包括第一区域2121与第二区域2122。第一区域2121整体呈矩形状，其垂直于第二方向X设置。第二区域2122则呈条状，其与上述第一区域2121电连接；本实施例中，该第二区域2122与第一区域2121一体成型，其自第一区域2121的边缘向外延伸形成；当然，在本申请的其他实施例中，该第二区域2122亦可以是与第一区域2121分体成型，并通过焊接或粘接的方式电连接于第一区域2121。该第一集流体212是承托第一活性材料层213的基材，同时亦是第一极片210实现电子转移的载体。在一些实施例中，第一集流体212为铜箔；当然，在本申请的其他实施例中，第一集流体212亦可以是镍箔等其他合适的箔材。第一活性材料层213设于第一区域2121的表面，其与上述第一区域2121共同构成上述第一极片单元211。在本实施例中，第一活性材料层213为硅系负极活性材料，例如第一活性材料包括硅、硅基氧化物、碳化硅、硅纳米线和硅纳米颗粒中的一种或多种；当然，在本申请的其他实施例中，第一活性材料也可以包括其他类型的硅系材料，只要保证其包括硅元素即可。相较于碳系的负极活性材料，硅系负极活性材料具有高克容量和低点位的优点，因此该设置有利于提升电化学装置1的能量密度。较优地，第一活性材料层213中硅元素的质量占第一活性材料层213总质量的百分比大于等于10％。更优地，第一活性材料层213中硅元素的质量占第一活性材料层213总质量的百分比介于30％至80％之间；由于硅系负极材料在电化学装置1充电时的膨胀率较高，上述设置旨在保证电化学装置1具有较高能量密度的同时，避免电极组件200在充电时发生过大的膨胀。在该电极组件200中，各第一极片单元211沿上述第二方向X间隔设置，各第二区域2122延伸至隔离膜230之外并电连接，从而使得各第一极片210之间电连接。

请具体参阅图6与图7，第二极片220包括第二集流体222与第二活性材料层223。第二集流体222为薄片状结构，其包括第三区域2221与第四区域2222。第三区域2221整体呈矩形状，其垂直于上述第二方向X设置。第四区域2222则呈条状，其与上述第三区域2221电连接；本实施例中，该第四区域2222与第三区域2221一体成型，其自第三区域2221的边缘向外延伸形成；当然，在本申请的其他实施例中，该第四区域2222亦可以是与第三区域2221分体成型，并通过焊接或粘接的方式电连接于第三区域2221。该第二集流体222是承托第二活性材料层223的基材，同时亦是第二极片220实现电子转移的载体。在一些实施例中，第二集流体222为铝箔；当然，在本申请的其他实施例中，第二集流体222亦可以是镍箔等其他合适的箔材。第二活性材料层223是锂离子嵌入或脱出的载体；该第二活性材料层223设于第三区域2221的表面，其与上述第三区域2221共同构成上述第二极片单元221。在该电极组件200中，各第二极片单元221沿第二方向X间隔设置，并与上述各第一极片单元211交替设置；各第四区域2222延伸至隔离膜230之外并电连接，从而使得各第二极片220之间电连接。在本实施例中，第二活性材料层223为包括锂系化合物的正极活性材料。

隔离膜230设置于相邻的第一极片单元211与第二极片单元221之间，其作用主要是隔离第一极片210和第二极片220并导通离子，对于其材料没有限制。在一些实施例中，隔离膜230包括多孔基材。在一些实施例中，隔离膜230还包括设置于多孔基材上的功能性涂层，功能性涂层可以包括粘接剂或无机颗粒中的至少一种。在一些实施例中，多孔基材为由选自以下任一种聚合物或两种以上的混合物形成的聚合物膜、多层聚合物膜、或无纺布：聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯二甲酰苯二胺、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯并咪唑、聚醚砜、聚苯醚、环烯烃共聚物、聚苯硫醚和聚乙烯萘。此类聚合物具有较高的热稳定性，并且易于进行表面处理，从而易于涂覆。另外，该类聚合物韧性较好，易于折弯。在一些实施例中，粘结剂包括以下聚合物中的至少一种：偏二氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯-三氯乙烯的共聚物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯的共聚物、聚酰亚胺、聚氧化乙烯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰基乙基支链淀粉、氰基乙基聚乙烯醇、氰基乙基纤维素、氰基乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯的共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、苯乙烯-丁二烯的共聚物和聚偏二氟乙烯。这些聚合物能够产生较强的粘结作用，将无机颗粒粘结在一起，或将隔离膜230和第一极片210/第二极片220粘结在一起而成一体化，提高电极组件200的硬度。在其他的实施例中，粘结剂还可以包括其他的聚合物。在一些实施例中，无机颗粒包括以下无机颗粒中的至少一种：二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锌、氧化镁、二氧化铪、氧化锡、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化镁、氢氧化铝、钛酸钙、钛酸钡、磷酸锂、磷酸钛锂、钛酸镧锂。这类无机颗粒都具有较高的热稳定性，能够提高电化学装置1的耐高温性能。

在一些实施例中，为使上述的第一极片单元211、第二极片单元221与隔离膜230在装入壳组件100之前可较为稳定地维持于堆叠状态而不松散，该电化学装置1还包括第一绝缘胶240。具体地，请参阅图2，电极组件200具有沿第二方向X相对的第一表面201与第二表面202；第一绝缘胶240呈张紧状态，其一端固定于第一表面201，另一端沿上述第二方向X延伸至第二表面202，并固定于第二表面202。如此，第一绝缘胶240将电极组件200夹持于其两端之间，从而可以降低上述第一极片单元211、第二极片220与隔离膜230之间松散变形的风险。可选地，电极组件200连接有两条第一绝缘胶240；两条第一绝缘胶240沿上述第一方向Z相对设置，其中一条第一绝缘胶240位于电极组件200与底壁111之间，另一条第一绝缘胶240位于电极组件200与盖120之间。

在一些实施例中，为使电极组件200固定于壳组件100的内壁，该电化学装置1还包括第二绝缘胶250。该第二绝缘胶250分别与电极组件200及壳组件100固定，以使电极组件200固定于壳组件100。具体地，请继续参阅图2，第二绝缘胶250呈条状，其位于电极组件200与上述侧壁112之间；该第二绝缘胶250的一端固定于上述第一表面201，另一端沿上述第二方向X延伸至第二表面202，并固定于第二表面202。第二绝缘胶250为双面胶，其一面与电极组件200粘接固定，另一面与侧壁112粘接固定，从而使电极组件200与壳组件100固定。可以理解的是，第二绝缘胶250旨在实现电极组件200与壳组件100的固定，因此在本申请的其他实施例中，第二绝缘胶250亦可以为热熔胶、单面胶等其他类型的绝缘胶，本申请不作具体限定。同时在其它实施例中第二绝缘胶也可仅处于所述电极组件任一个面与壳组件任一个面之间，只要能其到将电极组件固定于壳组件的功能即可。

本实施例中，壳组件100是可导电的，该电化学装置1还包括第一导电件300；上述各第二区域2122通过该第一导电件300电连接，该第一导电件300与壳组件100电连接，从而使壳组件100构成该电化学装置1的一个导电端子。请具体参阅图3，同时结合图2，第二区域2122位于第一区域2121与第一侧壁单元1121之间，并呈弯折状，其包括第一部分2123与第二部分2124。第一部分2123的一端连接于第一区域2121，另一端靠近第一侧壁单元1121延伸。第二部分2124连接于第一部分2123背离第一区域2121的一端，并相对第一部分2123弯折设置，各第二部分的弯折方向相同。第一导电件300则呈片状或条状，其设于电极组件200与上述第一侧壁单元1121之间。上述第二部分2124与第一导电件300电连接。本实施例中，上述各第二区域2122依次搭接设置。具体地说，该电极组件200包括三个以上的第一极片210；沿图3所示的第一预设方向M，任意相邻的两第二部分2124之间，位于下游的第二部分2124至少部分层叠于位于其上游的第二部分2124的表面；任意相邻的三个第二部分之间，位于中间的第二部分2124覆盖位于其上游的第二部分2124的区域不被位于其下游的第二部分2124所覆盖，即是相邻的三第二部分2124之间不具有共同层叠的区域。其中，第一预设方向M为第二部分2124靠近第一部分2123的一端指向背离第一部分2123的一端的方向；本实施例中，第一预设方向M平行于上述第二方向X，当然，在本申请的其他实施例中，该第一预设方向M亦可以与第二方向X具有一定夹角。值得说明的是，在本申请的其他实施例中，上述各第二部分2124亦可以沿第三方向Y依次层叠设置，但该种设置方式需要在上述第一区域2121与第一侧壁单元1121之间预留较大的空间；与之相比，本实施例中各第二部分2124依次搭接的方案则可以克服上述不足。

此外，该电化学装置1还包括第二导电件400与极柱500。上述各第四区域2222通过该第二导电件400电连接，该第二导电件与极柱500连接；极柱500的一端位于收容腔101以与第二导电件400连接，即与第四区域2222电连接，另一端伸出壳组件100，从而使极柱500构成该电化学装置1的另一个导电端子。请继续参阅图3，同时结合图2，第四区域2222位于第三区域2221与上述第二侧壁单元1122之间，并呈弯折状，其包括第三部分2223与第四部分2224。第三部分2223的一端连接于第三区域2221，另一端靠近第二侧壁单元1122延伸。第四部分2224连接于第三部分2223背离第三区域2221的一端，并相对第三部分2223弯折设置，各第四部分2224的弯折方向相同。第二导电件400则呈片状，其设于电极组件200与上述第二侧壁单元1122之间。上述第四部分2224层叠于第一导电件300的表面，则各第四区域2222经由该第一导电件300实现电连接。本实施例中，上述各第四区域2222依次搭接设置。具体地说，沿图3所示的第二预设方向N，任意相邻的两第四部分2224之间，位于下游的第四部分2224至少部分层叠于位于其上游的第四部分2224的表面；任意相邻的三个第四部分2224之间，位于中间的第四部分2224覆盖位于其上游的第二部分的区域不被位于其下游的第二部分所覆盖，即使相邻的三第四部分2224之间不具有共同层叠的区域。其中，第二预设方向N为第四部分2224靠近第三部分2223的一端指向背离第三部分2223的一端的方向；本实施例中，第二预设方向N与上述第一预设方向M相同，当然在本申请的其他实施例中，第二预设方向N亦可以与第一预设方向M相反，或与上述第二方向Y具有一定夹角。

应当理解，即使本实施例中上述第二区域2122与第四区域2222分别设于第一区域2121的一侧；但本申请并不局限于此。在本申请的其他实施例中，第二区域2122与第四区域2222亦可以位于第一区域2121的同一侧；相应地，第二区域2122与第四区域2222的宽度均小于第一区域2121宽度的一半。

在一些实施例中，壳组件100的外表面设有连通收容腔101的注液孔102，该注液孔102用于供电解液进入收容腔。相应地，该电化学装置1还另外包括注液塞(图中未示出)，该注液塞安装于注液孔，并覆盖注液孔。可选地，上述盖120设有该注液孔102。由此，在向收容腔101内注射电解液时，电解液自一开始即会向上述第一极片单元211、隔离膜230与第二极片单元221之间的缝隙渗透，进而可以提高电极组件200浸润的速率，从而可以在一定程度上缩短电化学装置1制造的周期。进一步可选地，注液孔102靠近盖120的几何形心设置，例如，两者之间的距离小于5mm。当然，在本申请的其他实施例中，注液孔102亦可以是设于底壁111；该设置同样可以起到加快电极组件200浸润的速率。相应地，注液孔102可以靠近底壁111的几何形心设置，例如，两者之间的距离小于5mm。

值得一提的是，以上是以该电化学装置1包括一电极组件200为例进行说明，但应当理解，本申请并不局限于此。例如，在本申请其他的一些实施例中，电化学装置1亦可以包括两个以上电极组件200，各电极组件200之间沿上述第二方向X排布，各电极组件200均与同一第一导电件300连接，各电极组件200均与同一第二导电件400连接；至于各电极组件200之间的电性连接方式，其可以是串联、并联或者混联。值得一提的是，多电极组件200堆叠的设置可以避免单电极组件200的厚度过高，从而使得每个电极组件200堆叠的过程更为容易，便于降低电极组件200堆叠时的出错率。

当前市场上电极组件为叠片式结构的电化学装置中，第一极片及第二极片的堆叠方向(即上述第二方向X)与壳组件中壳体与盖的封装方向(即上述第一方向Z)一致；该电化学装置在进行充电的过程中，电极组件沿堆叠方向具有较明显的膨胀。同时，由于壳组件在封装方向的强度较低；因此，电极组件的膨胀变形容易导致壳组件也在上述层叠方向上发生变形甚至开裂，进而引发电解液泄露等现象，电化学装置的安装性能较低。

本申请实施例提供的电化学装置1包括壳组件100与电极组件200。电极组件200包括第一极片210、第二极片220与隔离膜230。第一极片210包括第一极片单元211，第二极片220包括第二极片单元221；上述第一极片单元211与各第二极片单元221沿与第一方向X相垂直的第二方向X层叠，相邻的第一极片单元211与第二极片单元221之间设有隔离膜230。因此，在对电化学装置进行充电的过程中，电极组件200主要沿上述第二方向X发生膨胀，其在上述第一方向Z的膨胀量极小，则壳组件100亦不容易因电极组件200的膨胀而发生变形或者开裂。

综上所述，本申请实施例提供的电化学装置1可以改善当前电化学装置的壳组件100容易发生变形开裂的现状。此外，由于电化学装置1在第一方向Z上膨胀程度小甚至不发生膨胀，因此该电化学装置1可以不在壳组件100内沿上述方向上在电极组件200与壳组件100之间设置预留空间，故该电化学装置的能量密度可以做到更高。即是说，本申请实施例提供的电化学装置1可以在保证基本不损失能量密度的基础上，改善其容易在第一方向X上膨胀变形的现状。

接下来，以该电化学装置1中第一活性材料层213采用硅元素质量比为60％的负极活性材料(以下称为高硅体系负极活性材料)为例，对本申请实施例提供的电化学装置1与相关技术中的常规电化学装置的能量密度差异作出补充说明。以下例子中，各电化学装置的壳组件100的长度为82.5mm，宽度为72.5mm，厚度为50mm；壳组件100与第一极片单元211之间的双侧总间隙按照2.5mm计算。

首先，将采用常规的石墨体系负极活性材料，同时电极组件中各元件沿上述第一方向Z层叠的电化学装置定义为第一电化学装置，第一电化学装置在Z方向上几乎完全充满壳体空间。将采用高硅体系负极活性材料，同时电极组件中各元件沿上述第一方向Z层叠的电化学装置定义为第二电化学装置；由于高硅负极叠片电芯的膨胀特性，为了防止其其膨胀造成壳体变形或者破裂，该第二电化学装置需要在壳组件内部沿第一方向Z预留10％的厚度空间。将采用高硅体系负极活性材料，同时电极组件中各元件沿上述第二方向X层叠的的电化学装置定义为第三电化学装置。

关于第一电化学装置与第二电化学装置，由于高硅体系具有高克容量和低电位等优点，因此，虽然第二电化学装置预留了膨胀空间，但是第二电化学装置的能量密度高于第一电化学装置，两者的能量密度之比为S₁，S₁大约为1.3。

第二电化学装置中的电极组件沿上述第一方向Z层叠，其需要在第一方向Z上预留10％的空间；因此，第二电化学装置中电极组件有效尺寸为：长80mm，宽70mm，厚45mm，该第二电化学装置的体积为Vb。

第三电化学装置中电极组件沿电化学装置的宽度方向层叠，即上述第二方向X为电化学装置的宽度方向；该第三电化学装置中电极组件的有效尺寸为：长80mm，宽47.5mm，厚72.5mm，该第三电化学装置的体积为Vc。故第三电化学装置与第二电化学装置的能量密度之比S2＝Vc/Vb＝1.09325。

由于上述数据可知，本申请实施例提供的电化学装置1较目前市场上常规的电化学装置能量密度提升约为(S1*S2-1)*100％＝42.12％。即是说，本申请实施例提供的电化学装置相较于常规的电化学装置能量密度提升约40％。

基于同一发明构思，本申请还提供一种用电设备。请参阅图8，其示出本申请其中一实施例提供的用电设备2的示意图，该用电设备2包括上述任一实施例中的电化学装置(1,1b)以及由该电化学装置进行供电的负载结构。本实施例中，该用电设备2包括手机；可以理解的是，在本申请的其他实施例中，用电设备还可以是平板电脑、手表、耳机、电脑、无人机、电动汽车、电动自行车、电动工具、扫地机器人等其他由电力驱动的装置。

由于包括上述实施例中的电化学装置1，因此该用电设备2可以改善当前用电设备2内的电化学装置容易在第一方向X上膨胀变形的现状。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (17)

1.一种电化学装置，其特征在于，包括：

壳组件，包括壳体与盖，所述壳体包括底壁与侧壁，所述侧壁的一端连接于所述底壁，另一端远离所述底壁延伸，所述底壁与所述侧壁共同限定出一收容腔，所述盖安装于所述侧壁背离所述底壁的一端，并覆盖所述收容腔，所述底壁指向所述盖的方向为第一方向；

电极组件，收容于所述收容腔，并包括第一极片、第二极片与隔离膜，所述第一极片包括第一极片单元，所述第二极片包括第二极片单元，所述第一极片单元与所述第二极片单元沿第二方向层叠，且均垂直于所述第二方向设置，相邻的第一极片单元与第二极片单元之间设有所述隔离膜；

其中，所述第二方向垂直于所述第一方向。

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述第一极片为阳极片；

所述第一极片包括第一集流体以及设于第一集流体的表面的第一活性材料层，所述第一活性材料层的材料包括硅元素，所述硅元素的质量占所述第一活性材料层的总质量的百分比大于等于10％。

3.根据权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述硅元素的质量占所述第一活性材料层的总质量的百分比大于等于30％且小于等于80％。

4.根据权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述第一活性材料层包括以下材料的至少一种：硅、硅基氧化物、碳化硅、硅纳米线和硅纳米颗粒。

5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，还包括第一导电件；所述第一极片包括第一集流体与第一活性材料层，所述第一集流体包括第一区域与第二区域，所述第一区域垂直于所述第二方向设置，所述第二区域与所述第一区域电连接，所述第一活性材料层设于所述第一区域的表面，所述第一区域与所述第一活性材料层共同构成所述第一极片单元，各所述第一极片单元沿所述第二方向间隔设置，所述第二区域与所述第一导电件电连接。

6.根据权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，所述壳体具有沿第三方向相对设置的第一侧壁单元与第二侧壁单元，所述第二区域与所述第一导电件均位于所述第一区域与所述第一侧壁单元之间，其中，所述第三方向同时垂直于所述第一方向与所述第二方向；

所述第二区域包括第一部分与第二部分，所述第一部分的一端连接于所述第一区域，另一端靠近所述第一侧壁单元延伸，所述第二部分连接于所述第一部分背离所述第一区域的一端，并相对所述第一部分弯折设置，所述第二部分与所述第一导电件连接。

7.根据权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，所述电极组件包括三个以上第一极片，所述第二部分相对所述第一部分弯折设置，各所述第二部分的弯折方向相同；

沿第一预设方向，任意相邻的两所述第二部分之间，位于下游的所述第二部分至少部分层叠于位于上游的所述第二部分的表面，任意相邻的三个所述第二部分之间不具有共同的层叠区域；

其中，所述第一预设方向为所述第二部分靠近所述第一部分的一端指向背离所述第一部分的一端的方向。

8.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，还包括第一绝缘胶；

所述电极组件具有沿所述第二方向相对的第一表面与第二表面，所述第一绝缘胶的一端固定于所述第一表面，另一端固定于所述第二表面。

9.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，还包括第二绝缘胶；

所述第二绝缘胶分别与所述电极组件及所述壳体固定，以使所述电极组件固定于所述壳体。

10.根据权利要求9所述的电化学装置，其特征在于：

沿所述第一方向观察，所述底壁的边缘未超出所述侧壁靠近所述底壁的一端；

沿所述第一方向观察，所述盖的边缘未超出所述侧壁靠近所述盖的一端。

11.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括两个以上所述电极组件，各所述电极组件沿所述第二方向排布。

12.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，还包括安装于所述壳体的极柱，所述极柱与所述壳体绝缘，所述极柱与所述第二极片单元电连接。

13.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述盖设有注液孔；所述注液孔与所述盖的几何形心之间的距离小于5mm；或者，所述底壁设有注液孔，所述注液孔与所述底壁的几何形心之间的距离小于5mm。

14.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述第一极片和第二极片的长宽比均为3-20。

15.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述侧壁一体成型，所述侧壁材料的抗拉强度大于或等于1000MPa。

16.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述侧壁焊接成型，焊缝处的焊接强度大于或等于1000MPa。

17.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求1至16中任一项所述的电化学装置。

Images