CN115668573A - 电极组件、电化学装置及用电设备 - Google Patents

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CN115668573A CN202280004212.XA CN202280004212A CN115668573A CN 115668573 A CN115668573 A CN 115668573A CN 202280004212 A CN202280004212 A CN 202280004212A CN 115668573 A CN115668573 A CN 115668573A
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Abstract

本申请实施例提供了一种电极组件、电化学装置及用电设备，属于储能技术领域。其中，电极组件包括正电极、负电极和隔离膜，隔离膜设置于正电极和负电极之间，以隔离正电极和负电极。正电极包括沿电极组件的厚度方向连续设置的多层正极片，正极片包括正极多孔集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极多孔集流体的表面；和/或，负电极包括沿电极组件的厚度方向连续设置的多层负极片，负极片包括负极多孔集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极多孔集流体的表面。通过将正电极设置为多层正极片和/或负电极设置为多层负极片，增大了正电极和/或负电极的厚度，减少了隔离膜的用量，有效提高了电化学装置的能量密度。

Description

电极组件、电化学装置及用电设备
技术领域
本申请涉及储能技术领域，具体而言，涉及一种电极组件、电化学装置及用电设备。
背景技术
随着新能源技术的发展，储能器件的应用越来越广泛，例如可应用在手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等上。
电化学装置作为储能器件一般通过电极组件和电解液发生化学反应，从而输出电能。对于电化学装置而言，既需要考虑其安全性，也需要考虑其性能，电化学装置的能量密度的大小直接影响电化学装置的性能。因此，如何提升电化学装置的能量密度是亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例提供一种电极组件、电化学装置及用电设备，能够有效提升电化学装置的能量密度。
第一方面，本申请实施例提供一种电极组件，包括正电极、负电极和隔离膜，所述隔离膜设置于所述正电极和所述负电极之间，以隔离所述正电极和所述负电极；其中，所述正电极包括沿所述电极组件的厚度方向连续设置的多层正极片，所述正极片包括正极多孔集流体和正极活性物质层，所述正极活性物质层设置于所述正极多孔集流体的表面；和/或，所述负电极包括沿所述电极组件的厚度方向连续设置的多层负极片，所述负极片包括负极多孔集流体和负极活性物质层，所述负极活性物质层设置于所述负极多孔集流体的表面。
上述技术方案中，通过将正电极设置为多层正极片，多层正极片连续设置形成厚电极，增大了正电极的厚度，减少了隔离膜的用量，降低隔离膜成本，有效提高了电化学装置的能量密度。虽然正电极为多层正极片连续设置形成的厚电极，但每层正极片中的正极活性物质层较薄，不容易出现开裂、掉粉等情况。同样，通过将负电极设置为多层负极片，多层负极片连续设置形成厚电极，增大了负电极的厚度，减少了隔离膜的用量，降低隔离膜成本，有效提高了电化学装置的能量密度。虽然负电极为多层负极片连续设置形成的厚电极，但每层负极片中的负极活性物质层较薄，不容易出现开裂、掉粉等情况。
在一些实施例中，所述负电极的单位面积活性物质容量与所述正电极的单位面积活性物质容量的比值为1.05-1.3。
上述技术方案中，通过将负电极的单位面积活性物质容量与正电极单位面积活性物质容量的比值设置为1.05-1.3，能够有效降低析锂现象的发生，提高电化学装置的使用寿命。
在一些实施例中，所述正电极中的所述正极片的层数小于所述负电极中的所述负极片的层数。
上述技术方案中，通过将正电极中的正极片的层数设置为小于负电极中的负极片的层数，有利于增大负电极供离子(如锂离子)嵌入的空间，使得在充电时从正极片脱离的离子能够更多地嵌入负极片中，能够有效降低析锂现象发生。
在一些实施例中，所述正电极中的所述正极片的厚度之和小于所述负电极中的所述负极片的厚度之和。
上述技术方案中，通过将正电极中的正极片的厚度之和设置为小于负电极中的负极片的厚度之和，有利于增大负电极供离子(如锂离子)嵌入的空间，使得在充电时从正极片脱离的离子能够更多地嵌入负极片中，能够有效降低析锂现象发生。
在一些实施例中，所述正极多孔集流体设有多个通孔，所述正极多孔集流体包括沿第一方向设置的第一部分和第二部分，所述正极活性物质层设置于所述第一部分的表面，所述正电极中至少两层所述正极片的所述第二部分相连；和/或，所述负极多孔集流体设有多个通孔，所述负极多孔集流体包括沿第一方向设置的第三部分和第四部分，所述负极活性物质层设置于所述第三部分的表面，所述负电极中至少两层所述负极片的所述第四部分相连。
上述技术方案中，正电极中至少两层正极片的第二部分相连，对至少两层正极片的正极多孔集流体进行并联，使得电子传输路径大大缩短，减小电化学装置的整体阻抗，从而降低充放电温升，提高了电化学装置的安全性。同样，负电极中至少两层负极片的第四部分相连，对至少两层负极片的负极多孔集流体进行并联，使得电子传输路径大大缩短，减小电化学装置的整体阻抗，从而降低充放电温升，提高了电化学装置的安全性。
在一些实施例中，所述正极多孔集流体上的多个所述通孔设置于所述第一部分；和/或，所述负极多孔集流体上的多个所述通孔设置于所述第三部分。
上述技术方案中，正极多孔集流体上的多个通孔设置于第一部分，即第二部分未设置通孔结构，提高第二部分的过流能力，保证第二部分的强度，提高两层第二部分连接后的牢固性。同样，负极多孔集流体上的多个通孔设置于第三部分，即第四部分未设置通孔结构，提高第四部分的过流能力，保证第四部分的强度，提高两层第四部分连接后的牢固性。
在一些实施例中，所述正电极中至少两层所述正极片的第二部分焊接；和/或，所述负电极中至少两层所述负极片的第四部分焊接。
上述技术方案中，正电极中至少两层正极片的第二部分焊接，连接方式简单、效率高效，保证至少两层第二部分连接后的牢固性。同样，负电极中至少两层负极片的第四部分焊接，连接方式简单、效率高效，保证至少两层第四部分连接后的牢固性。
在一些实施例中，所述正极多孔集流体的孔隙率为3％-40％；和/或，所述负极多孔集流体的孔隙率为3％-40％。
上述技术方案中，正极多孔集流体的孔隙率为3％-40％，使得电解液能够在多层正极片之间的保持良好传输，同时保证正极多孔集流体具有足够的强度。同样，负极多孔集流体的孔隙率大于或等于3％-40％，使得电解液能够在多层负极片之间的保持良好传输，同时保证负极多孔集流体具有足够的强度。
在一些实施例中，所述正极多孔集流体包括泡沫金属或开设有通孔的金属箔中的至少一者，和/或，所述负极多孔集流体包括泡沫金属或开设有通孔的金属箔中的至少一者。
上述技术方案中，正极多孔集流体以及负极多孔集流体均可以是泡沫金属，泡沫金属为含有泡沫孔的金属材料，具有良好的透过性，保证电解液在多层正极片之间的高效传输，具有密度小、隔热性能好的优点。正极多孔集流体以及负极多孔集流体也均可以是开设有通孔的金属箔，具有结构简单，生产成本低的优点。
在一些实施例中，所述电极组件为卷绕式结构。
在一些实施例中，所述电极组件为叠片式结构。
在一些实施例中，所述电极组件包括多层所述正电极、多层所述隔离膜和多层所述负电极，多层所述正电极、多层所述隔离膜和多层所述负电极层叠形成所述叠片式结构。
上述技术方案中，多层正电极、多层隔离膜和多层负电极层叠形成叠片式结构，这种结构的电极组件具有成型方式简单、生产成本低廉以及能量密度高的优点。
第二方面，本申请实施例还提供一种电化学装置，包括上述第一方面任意一个实施例提供的电极组件。
第三方面，本申请实施例还提供一种用电设备，包括上述第二方面任意一个实施例提供的电化学装置。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的电化学装置的结构示意图；
图3为本申请一些实施例提供的电极组件的结构示意图；
图4为图3所示的正极片的结构示意图；
图5为图4所示的负极片的结构示意图；
图6为本申请又一些实施例提供的电极组件的结构示意图；
图7为本申请一些实施例提供电极组件的剖视图；
图8为图7所示正极多孔集流体的结构示意图；
图9为图7所示的负极多孔集流体的结构示意图；
图10为本申请一些实施例提供的卷绕式电极组件的结构示意图；
图11为本申请一些实施例提供的叠片式电极组件的结构示意图。
图标：1-电极组件；11-正电极；111-正极片；1111-正极多孔集流体；1111a-第一部分；1111b-第二部分；1112-正极活性物质层；12-负电极；121-负极片；1211-负极多孔集流体；1211a-第三部分；1211b-第四部分；1212-负极活性物质层；1213a、1213b-通孔；13-隔离膜；2-收容件；21-壳体；22-端盖；23-电极端子；10-电化学装置；100-电池；200-控制器；300-马达；1000-车辆；Z-厚度方向；Y-第一方向。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例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实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本申请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；本申请中在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，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“附接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请中术语“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，本申请中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。
本申请中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)。
随着储能技术的不断发展，电化学装置应用越来越广泛，同时对电化学装置的能量密度也提出了更高的要求。
发明人注意到，为提高电化学装置的能量密度，可以通过提高极片的活性物质层的克容量，例如，正极片的活性物质采用高镍三元材料，和/或负极片的活性物质采用硅材料，但是高镍三元的安全性以及硅的膨胀粉化和低首效始终是行业内悬而未决的难题，因此采用此方案来提高电化学装置的能量密度，效果不是很理想。
发明人研究发现，也可以通过增加单位面积集流体上的活性物质负载，以提高电化学装置的能量密度，即增加极片的活性物质层的厚度。但当活性物质层的厚度增加到一定值后，存在极片开裂、掉粉等问题，提高电化学装置的能量密度的效果不理想。
鉴于此，为有效提高电化学装置的能量密度，发明人经过深入研究，设计了一种电极组件，将正电极设置为多层正极片，多层正极片沿电极组件的厚度方向连续设置，且正极片采用正极多孔集流体；和/或，通过将负电极设置为多层负极片，多层负极片沿电极组件的厚度方向连续设置，且负极片采用负极多孔集流体。
在这样的电极组件中，通过将正电极设置为多层正极片，多层正极片连续设置形成厚电极，增大了正电极的厚度，减少了隔离膜的用量，降低隔离膜成本，有效提高了电化学装置的能量密度。虽然正电极为多层正极片连续设置形成的厚电极，但每层正极片中的正极活性物质层较薄，不容易出现开裂、掉粉等情况。同样，通过将负电极设置为多层负极片，多层负极片连续设置形成厚电极，增大了负电极的厚度，减少了隔离膜的用量，降低隔离膜成本，有效提高了电化学装置的能量密度。虽然负电极为多层负极片连续设置形成的厚电极，但每层负极片中的负极活性物质层较薄，不容易出现开裂、掉粉等情况。
本申请实施例提供的电极组件适用于电化学装置以及使用电化学装置的用电设备。
本申请实施例提供一种用电设备，用电设备包括电化学装置，电化学装置用于提供电能。
用电设备可以包括但不限于：车辆、手机、笔记本电脑、耳机、录像机、计算器、轮船、航天器、电动玩具等等。车辆可以是燃油汽车、燃气汽车、新能源汽车、摩托车、助力自行车等。航天器可以是飞机、火箭、航天飞机、宇宙飞船等；电动玩具可以是游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等；电动工具可以是金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具、铁道用电动工具等。本申请实施例对上述用电设备不做特殊限制。
以下实施例为了方便说明，以用电设备为车辆为例进行说明。
请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆1000的结构示意图。车辆1000的内部设置有电池100，电池100可以用于车辆1000的供电，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。
车辆1000还可以包括控制器200和马达300，控制器200用来控制电池100为马达300供电。电池100可以作为车辆1000的操作电源。例如，用于车辆1000的启动、导航和行驶时的工作用电需求。电池100还可以作为车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。
在本申请实施例中，电池100可以包括一个或多个电化学装置10。在电池100中，若电化学装置10为多个，多个电化学装置10之间可串联或并联或混联，混联是指多个电化学装置10中既有串联又有并联。
电池100还可以包括汇流部件，多个电化学装置10之间可通过汇流部件实现电连接，以实现多个电化学装置10的串联或并联或混联。汇流部件可以是金属导体，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金等。
请参照图2，图2为本申请实施例提供的电化学装置10的结构示意图，电化学装置10包括电极组件1，电化学装置10通过电极组件1和电解液发生化学反应，以输出电能。
电化学装置10可以是锂离子电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。电化学装置10可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电化学装置10一般按封装的方式分成三种：柱形电池、方形电池和软包电池，本申请实施例对此也不限定。
在一些实施例中，请继续参照图2，电化学装置10还可以包括收容件2，收容件2用于收容电极组件1，收容件2可以是收容外壳，例如，铝壳、钢壳等。收容件2也可以是收容袋，例如，由铝塑膜制成的收容袋。
在一些实施例中，收容件2可以包括壳体21和端盖22。壳体21是用于收容电极组件1的部件，壳体21可以是一端形成开口的空心结构。壳体21可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。壳体21的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、钢、铝合金等。端盖22是盖合于壳体21的开口以将电化学装置10的内部环境与外部环境隔绝的部件。端盖22盖合于壳体21的开口，端盖22与壳体21共同限定出用于容纳电极组件1、电解液以及其他部件的密封空间。端盖22的形状可以与壳体21的形状相适配，比如，壳体21为长方体结构，端盖22为与壳体21相适配的矩形板状结构，再如，壳体21为圆柱体结构，端盖22为与壳体21相适配的圆形板状结构。端盖22的材质也可以是多种，比如，铜、铁、铝、钢、铝合金等。
此外，端盖22上可以设置电极端子23，电极端子23用于与电极组件1电连接，以输出电化学装置10的电能。
请参照图3-图5，图3为本申请一些实施例提供的电极组件1的结构示意图，图4为图3所示的正极片111的结构示意图，图5为图4所示的负极片121的结构示意图。本申请实施例提供一种电极组件1，电极组件1包括正电极11、负电极12和隔离膜13，隔离膜13设置于正电极11和负电极12之间，以隔离正电极11和负电极12。
其中，正电极11包括沿电极组件1的厚度方向Z连续设置的多层正极片111，正极片111包括正极多孔集流体1111和正极活性物质层1112，正极活性物质层1112设置于正极多孔集流体1111的表面；和/或，负电极12包括沿电极组件1的厚度方向Z连续设置的多层负极片121，负极片121包括负极多孔集流体1211和负极活性物质层1212，负极活性物质层1212设置于负极多孔集流体1211的表面。
在电极组件1中，正电极11和负电极12均可以是一个，也可以是多个。比如，正电极11和负电极12均为一个，正电极11和负电极12由隔离膜13隔开。再如，正电极11和负电极12均为多个，相邻的正电极11和负电极12由隔离膜13隔离。
电极组件1可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构。若电极组件1为卷绕式结构，正电极11和负电极12均可以是一个，也可以是多个。若电极组件1为叠片式结构，正电极11和负电极12均可以是一个，也可以是多个。
在正电极11中，多层正极片111沿电极组件1的厚度方向Z连续设置，即每相邻的两层正极片111之间并未设置分隔部件。在负电极12中，多层负极片121沿电极组件1的厚度方向Z连续设置，即每相邻的两层负极片121之间并未设置分隔部件。
在正电极11包括沿电极组件1的厚度方向Z连续设置的多层正极片111的情况下，负电极12中可以只有一层负极片121，负电极12也可以包括沿电极组件1的厚度方向Z连续设置的多层负极片121。若负电极12中只有一层负极片121，负极片121中的集流体可以设置有孔，也可以不设置孔。
在负电极12包括沿电极组件1的厚度方向Z连续设置的多层负极片121的情况下，正电极11中可以只有一层正极片111，正电极11也可以包括沿电极组件1的厚度方向Z连续设置的多层负极片121。若正电极11中只有一层正极片111，正极片111中的集流体可以设置有孔，也可以不设置孔。
在正电极11包括沿电极组件1的厚度方向Z连续设置的多层正极片111，且负电极12包括沿电极组件1的厚度方向Z连续设置的多层负极片121的情况下，正电极11中的正极片111的层数与负电极12中的负极片121的层数可以相等，也可以不等。比如，正电极11中的正极片111的层数小于负电极12中的负极片121的层数，再如，正电极11中的正极片111的层数大于负电极12中的负极片121的层数。示例性的，在图1中，正电极11中的正极片111的层数与负电极12中的负极片121的层数相等。
在正极片111中，正极多孔集流体1111可以是金属导体，正极多孔集流体1111为多孔结构，其可以是材质本身具有孔隙形成的多孔结构，也可以是通过加工成型形成的多孔结构。正极活性物质层1112设置于正极多孔集流体1111的表面，该表面为正极多孔集流体1111在厚度方向Z上的表面。正极活性物质层1112中的活性物质可以是镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。
在负极片121中，负极多孔集流体1211可以是金属导体，负极多孔集流体1211为多孔结构，其可以是材质本身具有孔隙形成的多孔结构，也可以是通过加工成型形成的多孔结构。负极活性物质层1212设置于负极多孔集流体1211的表面，该表面为负极多孔集流体1211在厚度方向Z上的表面。负极活性物质层1212中的活性物质可以是碳、硅、硅碳复合物等。
隔离膜13是分隔正电极11和负电极12的部件。隔离膜13可以是多种材质，比如，PP(polypropylene，聚丙烯)等PE(polyethylene，聚乙烯)等。
本申请实施例中，通过将正电极11设置为多层正极片111，多层正极片111连续设置形成厚电极，增大了正电极11的厚度，减少了隔离膜13的用量，降低隔离膜13成本，有效提高了电化学装置10的能量密度。虽然正电极11为多层正极片111连续设置形成的厚电极，但每层正极片111中的正极活性物质层1112较薄，不容易出现开裂、掉粉等情况，可以根据需求任意叠加正极片111。
此外，正极片111采多孔集流体，保证了电解液在多层正极片111之间的传输，改善了正电极11中电解液的浸润效果，保证离子(如锂离子)在正电极11与负电极12之间的传输。正电极11中每相邻的两层正极片111之间的小间隙能够容纳电解液，增加了整个正电极11的保液量。
同样，通过将负电极12设置为多层负极片121，多层负极片121连续设置形成厚电极，增大了负电极12的厚度，减少了隔离膜13的用量，降低隔离膜13成本，有效提高了电化学装置10的能量密度。虽然负电极12为多层负极片121连续设置形成的厚电极，但每层负极片121中的负极活性物质层1212较薄，不容易出现开裂、掉粉等情况，可以根据需求任意叠加负极片121。
此外，负极片121采多孔集流体，保证了电解液在多层负极片121之间的传输，改善了负电极12中电解液的浸润效果，保证离子(如锂离子)在负电极12与负电极12之间的传输。负电极12中每相邻的两层负极片121之间的小间隙能够容纳电解液，增加了整个正电极11的保液量。
在一些实施例中，负电极12的单位面积活性物质容量与正电极11的单位面积活性物质容量的比值为1.05-1.3。
负电极12的单位面积活性物质容量与正电极11的单位面积活性物质容量的比值即为CB(Cell Balance，电池平衡)值。负电极12的单位面积活性物质容量为负电极12中的负极活性物质层1212的活性物质总量与负电极12中的负极活性物质层1212占用集流体的表面的总面积的比值，在负电极12中包括多层负极片121的实施例中，这里所指的集流体为负极多孔集流体1211。正电极11的单位面积活性物质容量为正电极11中的正极活性物质层1112的活性物质总量与正电极11中的正极活性物质层1112占用集流体的表面的总面积的比值，在正电极11中包括多层正极片111的实施例中，这里所指的集流体为负极多孔集流体1211。
通过将负电极12的单位面积活性物质容量与正电极11单位面积活性物质容量的比值设置为1.05-1.3，能够有效降低析锂现象的发生，提高电化学装置10的使用寿命。
在成品电化学装置10，例如，锂离子电池中，负电极12单位面积活性物质容量可以采用如下方式进行测试。
可将锂离子二次电池完全放电后拆解得到负电极12，负电极12厚度为h，在负电极12上裁切1cm*1cm*h的部分，得到单位面积的负电极12。裁切出单位面积的负电极12进行下述测试：
将单位面积的负电极12与单位面积的锂金属片组成扣式半电池，以不大于0.1C倍率满充，得到充电容量，所述充电容量即为所述负电极12单位面积活性物质容量。
在成品电化学装置10，例如，锂离子电池中，正电极11单位面积活性物质容量可以采用如下方式进行测试。
可将锂离子二次电池完全放电后拆解得到正电极11，正电极11厚度为h2,在负电极12上裁切1cm*1cm*h2的部分，得到单位面积的负电极12。裁切出单位面积的正电极11进行下述测试：
将单位面积的正电极11与单位面积的锂金属片组成扣式半电池，以不大于0.1C倍率满充，得到充电容量，所述充电容量即为所述正电极11单位面积活性物质容量。
需要说明的是，正电极11和负电极12的裁切位置不受具体的限制。
在一些实施例中，请参照图6，图6为本申请又一些实施例提供的电极组件1的结构示意图，正电极11中的正极片111的层数小于负电极12中的负极片121的层数。
在本实施例中，负电极12中包括多层负极片121，正电极11中的正极片111可以是一层，也可以是多层。
示例性的，正极片111的厚度与负极片121的厚度相等，正电极11中的正极片111为两层，负电极12中的负极片121为三层。可以通过正极片111的正极多孔集流体1111的厚度与负极片121的负极多孔集流体1211的厚度相等，且正极片111的正极活性物质层1112的厚度与负极片121的负极活性物质层1212的厚度相等，来实现正极片111的厚度与负极片121的厚度相等。可以理解的是，由于生产工艺和测量技术的限制，实际中难以找到两个完全相等的对象。在本申请中，两个对象的差异度在20％以内，即可认为这两个对象是相等的。
在本实施例中，通过将正电极11中的正极片111的层数设置为小于负电极12中的负极片121的层数，有利于增大负电极12供离子(如锂离子)嵌入的空间，使得在充电时从正极片111脱离的离子能够更多地嵌入负极片121中，能够有效降低析锂现象发生。
在一些实施例中，请继续参照图6，正电极11中的正极片111的厚度之和小于负电极12中的负极片121的厚度之和。
对于单个极片(正极片111或负极片121)的厚度，可使用0.1μm高精度数显千分尺(Mitutoyo牌)进行极片厚度测量。将装配好的电化学装置10进行拆解，取出电极极片并用碳酸二乙酯(DEC)溶剂洗去表面残留物；用无尘纸擦拭千分尺测试头去除异物保证测试精度；将极片放入千分尺测试头中，旋动千分尺手柄紧密接触极片，读出厚度数值。选取极片上的十个不同的点，测得十个厚度数据取平均值。
在一些实施例中，正电极11中的正极片111的厚度之和小于负电极12中的负极片121的厚度之和，且正电极11中的正极片111的层数设置为小于负电极12中的负极片121的层数。比如，正极片111的厚度与负极片121的厚度相等，正电极11中的正极片111为两层，负电极12中的负极片121为三层。
在本实施例中，通过将正电极11中的正极片111的厚度之和设置为小于负电极12中的负极片121的厚度之和，有利于增大负电极12供离子(如锂离子)嵌入的空间，使得在充电时从正极片111脱离的离子能够更多地嵌入负极片121中，能够有效降低析锂现象发生。
在一些实施例中，请参照图7，图7为本申请一些实施例提供电极组件1的剖视图。正极多孔集流体1111设置有多个通孔1213a，正极多孔集流体1111包括沿第一方向Y设置的第一部分1111a和第二部分1111b，正极活性物质层1112设置于第一部分1111a的表面，正电极11中至少两层正极片111的第二部分1111b相连。
示例性的，第一方向Y垂直于电极组件1的厚度方向Z。
示例性的，参照图7，正电极11中每相邻的两层正极片111的第二部分1111b相连，即任意相邻的两层正极片111的第二部分1111b均相连。以正电极11包括沿电极组件1的厚度方向Z连续设置的第一正极片、第二正极片和第三正极片为例，正电极11中每相邻的两层正极片111的第二部分1111b相连，意味着第一正极片的第二部分1111b与第二正极片的第二部分1111b相连，第二正极片的第二部分1111b与第三正极片的第二部分1111b相连。
第一部分1111a为正极多孔集流体1111涂覆正极活性物质层1112的部分，第二部分1111b为正极多孔集流体1111未涂覆正极活性物质层1112的部分。在正极多孔集流体1111中，可以只有第一部分1111a为多孔结构，也可以是第一部分1111a和第二部分1111b均为多孔结构。
在第一方向Y上，可以是第一部分1111a一端设置有第二部分1111b，也可以是第一部分1111a两端均设置有第二部分1111b。只要有两层第一部分1111a一端的第二部分1111b相连，则可实现对应两层正极多孔集流体1111并联。示例性的，在图7中，在第一方向Y上，第一部分1111a的两端均设有第二部分1111b。
在正电极11中，每相邻的两层正极片111的第二部分1111b相连，使得多层第二部分1111b共同形成正极耳。每相邻的两层正极片111可以采用多种方式连接，比如，焊接、导电胶粘接等。在电化学装置10通过电极端子23输出电能的实施例中，正极耳用于与正电极端子电连接。
以正电极11中的正极片111为三层为例，位于两侧的正极片111的第二部分1111b均与位于中间的正极片111的第二部分1111b相连。
在本实施例中，正电极11中至少两层正极片111的第二部分1111b相连，对至少两层正极片111的正极多孔集流体1111进行并联，使得电子传输路径大大缩短，减小电化学装置10的整体阻抗，从而降低充放电温升，提高了电化学装置10的安全性。
在一些实施例中，请继续参照图7，负极多孔集流体1211设有多个通孔1213b，负极多孔集流体1211包括沿第一方向Y设置的第三部分1211a和第四部分1211b，负极活性物质层1212设置于第三部分1211a的表面，负电极12中至少两层负极片121的第四部分1211b相连。
示例性的，参照图7，负电极12中每相邻的两层负极片121的第四部分1211b相连，即任意相邻的两层负极片121的第四部分1211b均相连。以负电极12包括沿电极组件1的厚度方向Z连续设置的第一负极片、第二负极片和第三负极片为例，负电极12中每相邻的两层负极片121的第四部分1211b相连，意味着第一负极片的第四部分1211b与第二负极片的第四部分1211b相连，第二负极片的第四部分1211b与第负正极片的第四部分1211b相连。
第三部分1211a为负极多孔集流体1211涂覆负极活性物质层1212的部分，第四部分1211b为负极多孔集流体1211未涂覆负极活性物质层1212的部分。在负极多孔集流体1211中，可以只有第三部分1211a为多孔结构，也可以是第三部分1211a和第四部分1211b均为多孔结构。
在第一方向Y上，可以是第三部分1211a一端设置有第四部分1211b，也可以是第三部分1211a两端均设置有第四部分1211b。只要有两层第三部分1211a一端的第四部分1211b相连，则可实现对应两层负极多孔集流体1211并联。示例性的，在图7中，在第一方向Y上，第三部分1211a的两端均设有第四部分1211b。
在负电极12中，每相邻的两层负极片121的第四部分1211b相连，使得多层第四部分1211b共同形成负极耳。每相邻的两层负极片121可以采用多种方式连接，比如，焊接、导电胶粘接等。在电化学装置10通过电极端子23输出电能的实施例中，负极耳用于与负电极端子电连接。
以负电极12中的负极片121为三层为例，位于两侧的负极片121的第四部分1211b均与位于中间的负极片121的第四部分1211b相连。
在本实施例中，负电极12中至少两层负极片121的第四部分1211b相连，对至少两层负极片121的负极多孔集流体1211进行并联，使得电子传输路径大大缩短，减小电化学装置10的整体阻抗，从而降低充放电温升，提高了电化学装置10的安全性。
在一些实施例中，请参照图8，图8为图7所示正极多孔集流体1111的结构示意图，正极多孔集流体1111上的多个通孔1213a设置于第一部分1111a。
可理解的是，第一部分1111a为设置有多个通孔1213a的多孔结构，电解液能够通过通孔1213a从第一部分1111a在厚度方向Z(图8未示出)上的一侧传输至另一侧。第一部分1111a上的通孔1213a的形状可以是多种，比如，圆形、多边形等。示例性的，在图8中，多个通孔1213a矩形阵列分布于第一部分1111a。
第二部分1111b未设置通孔1213a，电解液无法穿过第二部分1111b，以从第二部分1111b在厚度方向Z上的一侧传输至另一侧。
在本实施例中，正极多孔集流体1111上的多个通孔1213a设置于第一部分1111a，即第二部分1111b未设置通孔1213a结构，提高第二部分1111b的过流能力，保证第二部分1111b的强度，提高两层第二部分1111b连接后的牢固性。
在一些实施例中，请参照图9，图9为图7所示的负极多孔集流体1211的结构示意图，负极多孔集流体上121的多个通孔1213b设置于第三部分1211a。
可理解的是，第三部分1211a为设置有多个通孔1213b的多孔结构，电解液能够通过通孔1213b从第三部分1211a在厚度方向Z(图9未示出)上的一侧传输至另一侧。第三部分1211a上的通孔1213b的形状可以是多种，比如，圆形、多边形等。示例性的，在图8中，多个通孔1213b矩形阵列分布于第三部分1211a。
第四部分1211b未设置通孔1213b，电解液无法穿过第四部分1211b，以从第四部分1211b在厚度方向Z上的一侧传输至另一侧。
在本实施例中，负极多孔集流体上121的多个通孔1213b设置于第三部分1211a，即第四部分1211b未设置通孔1213b，提高第四部分1211b的过流能力，保证第四部分1211b的强度，提高两层第四部分1211b连接后的牢固性。
在一些实施例中，正电极11中至少两层正极片111的第二部分1111b焊接；和/或，负电极12中至少两层负极片121的第四部分1211b焊接。
示例性的，正电极11中每相邻的两层第二部分1111b焊接，即所有正电极11的第二部分1111b焊接在一起；和/或，负电极12中每相邻的两层第四部分1211b焊接在一起。
在正电极11中，可以通过多种方式将相邻的两层第二部分1111b焊接在一起，比如，穿透焊、骑缝焊等。以正电极11中的正极片111为三层为例，三层第二部分1111b层叠在一起后，通过穿透焊的方式将三层第二部分1111b焊接在一起，从而实现每相邻的两层第二部分1111b焊接。
在正极多孔集流体1111上的多个通孔1213a设置于第一部分1111a的实施例中，由于第二部分1111b未设置通孔1213a，便于通过穿透焊的方式将正电极11中的所有第二部分1111b焊接在一起，保证焊接后的牢固性。
在负电极12中，可以通过多种方式将相邻的两层第四部分1211b焊接在一起，比如，穿透焊、骑缝焊等。以负电极12中的负极片121为三层为例，三层第四部分1211b层叠在一起后，通过穿透焊的方式将三层第四部分1211b焊接在一起，从而实现每相邻的两层第四部分1211b焊接。
在负极多孔集流体上121的多个通孔1213b设置于第三部分1211a的实施例中，由于第四部分1211b未设置通孔1213b，便于通过穿透焊的方式将负电极12中的所有第四部分1211b焊接在一起，保证焊接后的牢固性。
在本实施例中，正电极11中至少两层正极片111的第二部分1111b焊接，连接方式简单、效率高效，保证至少两层第二部分1111b连接后的牢固性。同样，负电极12中至少两层负极片121的第四部分1211b焊接，连接方式简单、效率高效，保证至少两层第四部分1211b连接后的牢固性。
在一些实施例中，正极多孔集流体1111的孔隙率为3％-40％；和/或，负极多孔集流体1211的孔隙率为3％-40％。
正极多孔集流体1111的孔隙率是指正极多孔集流体1111上的所有通孔1213a的总体积与正极多孔集流体1111的总体积的百分比。负极多孔集流体1211的孔隙率是指负极多孔集流体1211上的所有通孔1213b的总体积与负极多孔集流体1211的总体积的百分比。孔隙率越大内阻越小，集流体的动力学性能越好，电解液在极片之间的传输越好。
对于正极多孔集流体1111而言，孔隙率过小会影响电解液的传输，因此，本实施例中，将正极多孔集流体1111的孔隙率设置为3％-40％，使得电解液能够在多层正极片111之间的保持良好传输，同时保证正极多孔集流体1111具有足够的强度。
同样，对于负极多孔集流体1211而言，孔隙率过小会影响电解液的传输，因此，本实施例中，将负极多孔集流体1211的孔隙率设置为3％-40％，使得电解液能够在多层负极片121之间的保持良好传输，降低析锂，同时保证负极多孔集流体1211具有足够的强度。
在一些实施例中，孔隙率可以通过以下步骤进行测试：截取10片极片样品，尺寸为50mm×100mm，放置于真孔隙率测试仪中(型号为AccuPyc II 1340)，测试样品的孔隙率，测试出样品的真实体积Vol，然后使用万分测厚仪测试10片样品的厚度T，计样品的表观体积Vol0＝50×100×T，则样品的孔隙率为(Vol0-Vol)/Vol0×100％。应该理解，这仅是示例性的，还可以采用其他合适的方法来测试孔隙率。
在一些实施例中，正极多孔集流体1111包括泡沫金属或开设有通孔1213a的金属箔中的至少一者，和/或，负极多孔集流体1211包括泡沫金属或开设有通孔1213b的金属箔中的至少一者。
若正极多孔集流体1111为泡沫金属，正极多孔集流体1111可以是泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝等。若正极多孔集流体1111为开设有通孔1213a的金属铝箔，正极多孔集流体1111可以是开设有通孔1213a的镍箔、铜箔、铝箔等。
若负极多孔集流体1211为泡沫金属，负极多孔集流体1211可以是泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝等。若负极多孔集流体1211为开设有通孔1213b的金属铝箔，负极多孔集流体1211可以是开设有通孔1213b的镍箔、铜箔、铝箔等。
在正极多孔集流体1111上的多个通孔1213a设置于第一部分1111a的实施例中，正极多孔集流体1111可以是金属箔，通过在金属箔上加工通孔1213a，使得第一部分1111a为多孔结构。
在负极多孔集流体上121的多个通孔1213b设置于第三部分1211a的实施例中，负极多孔集流体1211可以是金属箔，通过在金属箔上加工通孔1213b，使得第三部分1211a为多孔结构。
在本实施例中，正极多孔集流体1111以及负极多孔集流体1211均可以是泡沫金属，泡沫金属为含有泡沫孔的金属材料，具有良好的透过性，保证电解液在多层正极片111之间的高效传输，具有密度小、隔热性能好的优点。正极多孔集流体1111以及负极多孔集流体1211也均可以是开设有通孔的金属箔，具有结构简单，生产成本低的优点。
在一些实施例中，请参照图10，图10为本申请一些实施例提供的卷绕式电极组件的结构示意图，电极组件1可以是卷绕式结构。
在卷绕式电极组件中，正电极11和负电极12均可以是一个，也可以是多个。例如，正电极11和负电极12均为一个，可以按照正电极11-隔离膜13-负电极12-隔离膜13的顺序依次层叠，再将层叠后的整体卷绕形成卷绕式电极组件。再如，正电极11和负电极12均为两个，可以按照正电极11-隔离膜13-负电极12-隔离膜13-正电极11-隔离膜13-负电极12-隔离膜13的顺序依次层叠，再将层叠后的整体卷绕形成卷绕式电极组件。
在另一些实施例中，请参照图11，图11为本申请一些实施例提供的叠片式电极组件的结构示意图，电极组件1可以是叠片式结构。
在叠片式电极组件中，正电极11和负电极12均可以是一个，也可以是多个。
在一些实施例中，电极组件1包括多层正电极11、多层隔离膜13和多层负电极12，多层正电极11、多层隔离膜13和多层负电极12层叠形成叠片式结构。
以正电极11和负电极12均为三个为例，可以按照正电极11-隔离膜13-负电极12-隔离膜13-正电极11-隔离膜13-负电极12-隔离膜13-正电极11-隔离膜13-负电极12的顺序依次层叠，以形成叠片式电极组件。
在本实施例中，多层正电极11、多层隔离膜13和多层负电极12层叠形成叠片式结构，这种结构的电极组件1具有成型方式简单、生产成本低廉以及能量密度高的优点。
接下来参照下面的示例更详细地描述一个或多个实施例。当然，这些示例并不限制一个或多个实施例的范围。
实施例1
电化学装置10的尺寸(reference)为8.4*42*97mm3。
正电极11中的正极片111的层数为2层，正极片111的活性物质为磷酸铁锂，正极片111涂布面密度13mg/cm2，压实密度2.2g/cm3，采用厚度为13μm铝集流体。
负电极12中的负极片121的层数为2层，负极片121的活性物质为石墨，负极片121涂布面密度6.3mg/cm2，压实密度1.52g/cm3，采用厚度为8μm铜集流体。
隔离膜13为PP(polypropylene，聚丙烯)材质，隔离膜13厚度为20μm。
测量采用卷绕式电极组件和叠片式电极组件的电化学装置10的能量密度。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，正电极11中的正极片111的层数为3层，负电极12中的负极片121的层数也为3层。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，正电极11中的正极片111的层数为2层，负电极12中的负极片121的层数也为1层。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，正电极11中的正极片111的层数为1层，负电极12中的负极片121的层数也为2层。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，正电极11中的正极片111的层数为1层，负电极12中的负极片121的层数也为1层。
其中，实施例1至实施例4以及对比例1中所涉及实验参数及测试结果请参见表1。
表1
Figure BDA0003943993280000171
如表1所示，电化学装置10采用卷绕式电极组件，无论是正电极11包括多层正极片111，还是负电极12包括多层负极片121，电化学装置10的能量密度均相较于正电极11中的正极片111和负电极12中的负极片121均为一层的电化学装置10的能量密度高。电化学装置10采用层叠式电极组件1，无论是正电极11包括多层正极片111，还是负电极12包括多层负极片121，电化学装置10的能量密度均相较于正电极11中的正极片111和负电极12中的负极片121均为一层的电化学装置10的能量密度高。
实施例5
正电极11的单位面积活性物质容量为3.64mAh/cm3，负电极12的单位面积活性物质容量为3.82mAh/cm3，观测电化学装置10循环1000次后析锂状况。
实施例6
实施例6与实施例5的区别在于，负电极12的单位面积活性物质容量为4mAh/cm3。
实施例7
实施例7与实施例5的区别在于，负电极12的单位面积活性物质容量为4.37mAh/cm3。
对比例2
对比例2与实施例5的区别在于，负电极12的单位面积活性物质容量为3.64mAh/cm3。
其中，实施例5至实施例7以及对比例2中所涉及实验参数及测试结果请参见表2。
表2
Figure BDA0003943993280000181
如表2所示，负电极12的单位面积活性物质容量与正电极11的单位面积活性物质容量的比值(CB值)为1.05-1.3时，能够有效降低析锂现象的发生，从而提高电化学装置10的使用寿命。
实施例8
正极片111的正极多孔集流体1111的孔隙率为3％，正极多孔集流体1111的材质为铝，在25℃的环境下，测量电化学装置10在50％荷电状态下的直流内阻。
实施例9
实施例9与实施例8的区别在于，正极片111的正极多孔集流体1111的孔隙率为10％。
实施例10
实施例10与实施例8的区别在于，正极片111的正极多孔集流体1111的孔隙率为20％。
实施例11
实施例11与实施例8的区别在于，正极片111的正极多孔集流体1111的孔隙率为30％。
对比例3
对比例3与实施例8的区别在于，正极片111的正极多孔集流体1111的孔隙率为2％。
其中，实施例8至实施例11以及对比例3中所涉及实验参数及测试结果请参见表3。
表3
Figure BDA0003943993280000191
如表3所示，正极多孔集流体1111的孔隙率为3％-40％时，电化学装置10的内阻相对较小，正极多孔集流体1111的动力学性能较好，有利于电解液的传输。
实施例12
负极片121的负极多孔集流体1211的孔隙率为3％，负极多孔集流体1211的材质为铜，在25℃的环境下，观测0.5C电化学装置10充电析锂状况。
实施例13
实施例13与实施例12的区别在于，负极片121的负极多孔集流体1211的孔隙率为10％。
实施例14
实施例14与实施例12的区别在于，负极片121的负极多孔集流体1211的孔隙率为20％。
实施例15
实施例15与实施例12的区别在于，负极片121的负极多孔集流体1211的孔隙率为30％。
对比例4
对比例4与实施例12的区别在于，负极片121的负极多孔集流体1211的孔隙率为2％。
其中，实施例12至实施例15以及对比例4中所涉及实验参数及测试结果请参见表4。
表4
Figure BDA0003943993280000201
如表4所示，负极多孔集流体1211的孔隙率为3％-40％时，负极多孔集流体1211的动力学性能较好，不易出现重度析锂现象，能够有效降低析锂。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，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 (14)

1.一种电极组件，包括正电极、负电极和隔离膜，所述隔离膜设置于所述正电极和所述负电极之间，以隔离所述正电极和所述负电极；
其中，所述正电极包括沿所述电极组件的厚度方向连续设置的多层正极片，所述正极片包括正极多孔集流体和正极活性物质层，所述正极活性物质层设置于所述正极多孔集流体的表面；和/或
所述负电极包括沿所述电极组件的厚度方向连续设置的多层负极片，所述负极片包括负极多孔集流体和负极活性物质层，所述负极活性物质层设置于所述负极多孔集流体的表面。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述负电极的单位面积活性物质容量与所述正电极的单位面积活性物质容量的比值为1.05-1.3。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述正电极中的所述正极片的层数小于所述负电极中的所述负极片的层数。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述正电极中的所述正极片的厚度之和小于所述负电极中的所述负极片的厚度之和。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述正极多孔集流体设有多个通孔，所述正极多孔集流体包括沿第一方向设置的第一部分和第二部分，所述正极活性物质层设置于所述第一部分的表面，所述正电极中至少两层所述正极片的所述第二部分相连；和/或
所述负极多孔集流体设有多个通孔，所述负极多孔集流体包括沿第一方向设置的第三部分和第四部分，所述负极活性物质层设置于所述第三部分的表面，所述负电极中至少两层所述负极片的所述第四部分相连。
6.根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述正极多孔集流体上的多个所述通孔设置于所述第一部分；和/或
所述负极多孔集流体上的多个所述通孔设置于所述第三部分。
7.根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述正电极中至少两层所述正极片的第二部分焊接；和/或
所述负电极中至少两层所述负极片的第四部分焊接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的电极组件，其中，所述正极多孔集流体的孔隙率为3％-40％；和/或
所述负极多孔集流体的孔隙率为3％-40％。
9.根据权利要求1-7任一项所述的电极组件，其中，所述正极多孔集流体包括泡沫金属或开设有通孔的金属箔中的至少一者，和/或
所述负极多孔集流体包括泡沫金属或开设有通孔的金属箔中的至少一者。
10.根据权利要求1-7任一项所述的电极组件，其中，所述电极组件为卷绕式结构。
11.根据权利要求1-7任一项所述的电极组件，其中，所述电极组件为叠片式结构。
12.根据权利要求11所述的电极组件，其中，所述电极组件包括多层所述正电极、多层所述隔离膜和多层所述负电极，多层所述正电极、多层所述隔离膜和多层所述负电极层叠形成所述叠片式结构。
13.一种电化学装置，包括根据权利要求1-12任一项所述的电极组件。
14.一种用电设备，包括根据权利要求13所述的电化学装置。
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