CN116111244B

CN116111244B - 电化学装置以及用电装置

Info

Publication number: CN116111244B
Application number: CN202310369283.6A
Authority: CN
Inventors: 高恒; 梁海涛; 李静
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date: 2023-04-10
Filing date: 2023-04-10
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2043-04-10
Also published as: CN116111244A

Abstract

本申请实施例公开了一种电化学装置以及用电装置。该电化学装置包括包装袋、电极组件、反应电解液以及填充件，电极组件和反应电解液均容置于包装袋内，电极组件浸润于反应电解液中，所述填充件位于所述电极组件与所述包装袋之间，所述填充件的压缩弹性模量K满足：0.5MPa≤K。通过上述方式，本申请实施例提供的电化学装置能够改善隔离膜收缩至正负极片之间间隙内而产生的正负极极片接触引发的短路问题。

Description

电化学装置以及用电装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种电化学装置以及用电装置。

背景技术

诸如锂离子电池之类的电化学装置正广泛应用于笔记本、手机、数码相机以及电动汽车等各种的用电装置上。当用电装置处于跌落或振动工况下，安装于用电装置内部的电化学装置也随之会受到冲击或振动，这样便容易出现隔离膜收缩而使得正负极极片接触引发短路问题。

发明内容

本申请的目的在于提供了一种电化学装置以及用电装置，能够改善隔离膜收缩至正负极片之间间隙内而产生的正负极极片接触引发的短路问题。

根据本申请的第一方面，提供一种电化学装置，其包括包装袋、电极组件、反应电解液以及填充件。电极组件和反应电解液均容置于包装袋内，电极组件浸润于反应电解液中，所述填充件位于所述电极组件与所述包装袋之间，所述填充件的压缩弹性模量K满足：0.5MPa≤K。若填充件的压缩弹性模量0＜K≤0.5MPa，则会在电化学装置发生跌落、碰撞等机械滥用时填充件因自身形变量较大，进而难以维持填充件的缓冲作用。故将K限定于此数值范围内，填充件受冲击时仍具有缓冲作用。

在本申请一些实施例中，0.5MPa≤K＜2MPa。若填充件的压缩弹性模量K＞2MPa，则会在电化学装置发生跌落、碰撞等机械滥用时填充件因自身形变量较小，难以维持填充件的缓冲作用。在一些应用情形下，易将自身受到的冲击传导至填充件与隔离膜的各边缘部的连接处和隔离膜，而使得填充件与隔离膜的各边缘部的连接处成为应力薄弱点而失效。故将K限定于此数值范围内，填充件受冲击时仍具有较佳的缓冲作用。

在本申请一些实施例中，填充件包括气凝胶块体以及被气凝胶块体所吸收的游离电解液，气凝胶块体位于电极组件与包装袋之间。在一些实施例中，气凝胶块体设置在电极组件的顶部与包装袋之间的空间中，和/或电极组件的底部与包装袋之间的空间中。一方面，在电化学装置跌落或者振动时，为顶部和底部提供缓冲，另一方面，气凝胶块体的游离电解液在电解液浓度差的渗透作用下渗入第一极片和第二极片之间。改善电解液的循环性能，进而提高电化学装置的使用寿命。

在本申请一些实施例中，所述填充件的数量为至少两个，任意相邻两个所述填充件之间均具有间隙，这样便于为电解液提供浸润通道。

在本申请一些实施例中，所述电化学装置满足：0.02g/Ah≤（V×ka×ρ）/C。其中，C为所述电化学装置的容量，V为所述填充件的数量与单个所述填充件的体积的乘积，ka为所述填充件中所述气凝胶块体的吸液率，ρ为所述游离电解液的密度。

通过控制电化学装置的容量、填充件数量与单个填充件的体积的乘积，填充件中气凝胶块体的吸液率，游离电解液的密度，考虑到其彼此间的相互影响，控制其满足上述不等式，从而能够在设置有填充件的电化学装置尺寸与未设置填充件的电化学装置尺寸基本保持一致的前提下，填充件中气凝胶块体所吸收的游离电解液量控制在一定的范围，既能够提升电化学装置的循环性能，又能够提升填充件的缓冲性能。

在本申请一些实施例中，0.02g/Ah≤（V×ka×ρ）/C≤0.03g/Ah。这是因为在电化学装置的其他参数均相同时，电化学装置的容量越大，实现同样的循环寿命需要更多的电解液，而气凝胶块体的吸液率越大，其储液能力越强，将（V×ka×ρ）/C的比值限定于此数值范围内可使得电化学装置的容量和电化学装置的循环性能实现均衡。此外也可同时限定出填充件的总体积的范围，填充件的总体积过大将会延长电解液的浸润路径而不利于电解液的浸润，并且由于气凝胶块体自身的隔热特性，也不利于电极组件产生的热量散发至外界中。

在本申请一些实施例中，所述气凝胶块体的吸液率ka满足：ka≥70%。

在本申请一些实施例中，70%≤ka≤98%。

在本申请一些实施例中，所述填充件的数量为四个，四个所述填充件分别设置于所述电极组件的四个角部。四个填充件与隔离膜的边缘部相互约束而共同应对来自不同跌落方向的冲击，进一步减少隔离膜在跌落过程中的相互运动而收缩的情形。

根据本申请的第二方面，提供一种用电装置，其包括上述所述的电化学装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请实施例提供的一种电化学装置的结构示意图；

图2为图1所示的电化学装置中第二袋体未与第一袋体熔融连接时的装配示意图；

图3为图1所示的电化学装置中沿A-A线的剖切图；

图4为图1所示的电化学装置中沿B-B线的剖切图；

图5为本申请实施例提供的另一种电化学装置的结构示意图。

具体实施方式

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、完整地描述，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。以下至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发申请及其应用或使用的任何限制。

在本申请的描述中，应当说明的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

在本申请的描述中，应当说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

正如背景技术中所言，相关技术中电化学装置受到冲击时，隔离膜易收缩而使得正负极片接触引发的短路问题。这是因为，在电化学装置的内部结构中，电极组件在装配至包装袋内部时会与包装袋内壁面存在一定的间隙。电极组件的隔离膜夹设于正负极极片之间，并且隔离膜沿其宽度方向的两端通常会超出正负极极片沿其宽度的两端。当电化学装置受到冲击和振动发生变形时，堆积在电极组件和包装袋之间装配间隙的游离电解液对隔离膜超出正负极极片的端部产生较大的冲击力，便使得隔离膜出现收缩，进而出现如上所述的正负极极片接触引发的短路问题。

基于此，本申请实施例提供一种电化学装置，请结合图4一并参阅图1和图2示出的示例，图1为本申请实施例提供的一种电化学装置的结构示意图；图2为图1所示的电化学装置中第二袋体未与第一袋体熔融连接时的装配示意图；图4为图1中沿B-B线的剖切图；该电化学装置包括包装袋10、电极组件20、反应电解液（图未示）、填充件（未示出）、第一极耳51以及第二极耳52。包装袋10为电极组件20的安装支撑结构，包装袋10限定出容腔（未示出）。电极组件20和反应电解液均容置于该容腔内，并且电极组件20浸润于反应电解液中。填充件布置于电极组件20和包装袋10之间的装配间隙中，填充件与电极组件20连接固定。第一极耳51的一端与电极组件20的一极片电连接，第一极耳51的另一端穿过包装袋10并伸至包装袋10外。第二极耳52的一端与电极组件20的另一极片电连接，第二极耳52的另一端穿过包装袋10并伸至包装袋10外，第一极耳51伸至包装袋10外的部分以及第二极耳52伸至包装袋10外的部分均用于与用电装置电连接，以向用电装置供电。

为便于描述，利用图1和图2中的坐标系对各方向进行了定义，其中，坐标轴H表示第一方向，其为极耳伸出方向；坐标轴W表示第二方向，其为电极组件20的厚度方向；坐标轴L表示第三方向，第三方向、第二方向和第一方向中任意两者两两垂直。

基于上述方位定义，接下来，结合附图所例示的各实施方式对包装袋10、电极组件20以及填充件具体构造展开描述，且下面所采用的“上”、“下”、“顶”、“底”等表示方位或位置关系的名词，均是相对于第一方向H而言的。另外，在不冲突的情况下，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征均可以相互组合。

对于包装袋10，请继续参阅图2示出的示例，在本申请一些实施例中，包装袋10包括沿第二方向W相对设置的第一袋体11和第二袋体12。第一袋体11具有朝向第二袋体12的第一表面111，第一表面111朝远离第二表面121的方向凹陷形成有与电极组件20形状相适配的凹槽。第二袋体12具有朝向第一袋体11的第二表面121，第二表面121的周缘与第一表面111的周缘连接固定，以密封该凹槽从而形成上述容腔。具体实施时，包装袋10可由一张铝塑膜经过冲坑而形成凹槽，并沿预定折线将铝塑膜未冲坑的部分对折后并与已冲坑的部分铝塑膜对齐，之后未冲坑的部分铝塑膜与已冲坑的部分铝塑膜直接熔融连接或者借助密封胶熔融连接，从而得到上述限定出容腔的包装袋10。可以理解的是，包装袋10并非局限于采用铝塑膜制成，其可以根据实际使用需求进行适应性调整，例如，包装袋10还可采用钢塑膜制成，或者，由钢壳或其他金属材料制成的硬质包装袋10。只需满足将反应电解液与外界环境隔开即可。

对于电极组件20，请结合图3一并参阅图4示出的示例，在本申请一些实施例中，电极组件20包括极性相异的第一极片21和第二极片22。第一极片21包括第一集流体（图未示）以及涂覆于第一集流体相对两表面的第一活性物质层（图未示）；第二极片22包括第二集流体（图未示）以及涂覆于第二集流体相对两表面的第二活性物质层（图未示）；隔离膜23布置于相邻第一活性物质层和第二活性物质层之间，以将第一极片21和第二极片22分隔开。

为方便描述，以第一极片21为正极极片举例说明，第一极片21的第一集流体与第一极耳51的一端电连接。其中第一集流体和/或第一极耳51可为Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In、Zn及其组合(合金)中的至少一种。示例性地，第一集流体和第一极耳51均为铜箔制成。第一活性物质层可包括但不限于LiNi₁/₃Mn₁/₃Co₁/₃O₂、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiCoMnO₄、Li₂NiMn₃O₈等锂金属氧化物。或者，LiFePO₄、LiMnPO₄、LiNiPO₄、LiCoPO₄、Li₃Fe₂(PO4)₃和Li₃V₂(PO₄)₃等磷酸金属锂。

以第二极片22为负极极片举例说明，第二极片22的第二集流体与第二极耳52的一端电连接。其中第二集流体和/或第二极耳52可为Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In、Zn及其组合(合金)中的至少一种。示例性地，第二集流体和第二极耳52均为铝箔制成。第二活性物质层可包括但不限于石墨和硬碳等碳材料，或者Si、Si合金和Li₄Ti₅O₁₂等。

具体实施时，第一极片21、隔离膜23以及第二极片22依次叠置并卷绕后形成扁平状卷绕结构，扁平状卷绕结构置于第一袋体11的凹槽内并被第一袋体11和第二袋体12熔融连接固定所密封。第一极耳51的一端与扁平状卷绕结构中的第一集流体可通过但不限与焊接连接固定，第二极耳52的一端与扁平状卷绕结构中的第二集流体亦可通过但不限与焊接连接固定。扁平状卷绕结构具有沿第一方向H呈相对布置的顶部（未示出）和底部（未示出）。第一极耳51的另一端和第二极耳52的另一端均自扁平状卷绕结构的顶部或底部伸至包装袋10外。可以理解的是，第一极耳51和第二极耳52并不局限于仅从扁平状卷绕结构的同一侧连接并伸出，例如，在本申请其他一些实施例中，第一极耳51可连接于扁平状卷绕结构的顶部并伸出至包装袋10外，第二极耳52可连接于除扁平状卷绕结构的顶部之外的其他端部并伸出至包装袋10外。还可以理解的是，本申请实施例对电极组件20的类型并不作具体限定，例如，在本申请其他一些实施例中，电极组件20还可为除扁平状卷绕结构之外的叠片式电极组件20，关于叠片式电极组件20的具体构造在此不再详述。

在此应当说明的是，对于以上所述的电极组件20而言，隔离膜23沿第一方向H两端之间的距离应当均大于第一极片21沿第一方向H两端之间的距离以及第二极片22沿第一方向H两端之间的距离，换句话说，隔离膜23的顶部和底部均具有超出第一极片21、第二极片22的多个边缘部231。由于隔离膜23的多个边缘部231存在可使得第一极片21和第二极片22的边缘互不直接接触，从而避免了极性相异的第一极片21和第二极片22在隔离膜23未收缩时的接触短路。

对于填充件，请继续结合图2一并参阅图4示出的示例，在本申请一些实施例中，填充件包括气凝胶块体41以及被气凝胶块体41所吸收的游离电解液（图未示）。气凝胶块体41位于电极组件20与包装袋10之间，其可呈气凝胶层412和粘结层411复合而成的双层结构，粘结层411可与电极组件20连接固定。本申请的电化学装置通过在电极组件20和包装袋10之间额外增设气凝胶块体41，在电化学装置的体积基本未改变的前提下，由于气凝胶块体41自身的高空隙率的特性，可吸纳原本填充于电极组件20与壳体之间的游离电解液，从而减少了当电化学装置发生跌落、碰撞等机械滥用时，游离电解液对隔离膜23的边缘部231冲击而完全收缩至第一极片21和第二极片22的间隙内的情形，进而改善了第一极片21和第二极片22的接触短路。此外，在电化学装置的循环过程中，位于第一极片21和第二极片22之间的反应电解液会优先被逐渐消耗，吸纳于气凝胶块体41的游离电解液可在电解液浓度差的渗透作用下渗入第一极片21和第二极片22之间，从而改善了电解液的循环性能，进而提高电化学装置的使用寿命。可以理解的是，本申请实施例对气凝胶块体41的具体构造不作限定。例如，在本申请其他一些实施例中，气凝胶块体41至少由气凝胶粒和粘结剂混合后并与电极组件20相固接。

在本申请一些实施例中，气凝胶块体41可选用电子绝缘，且在电化学装置电压范围内不发生化学反应的气凝胶粒或者其气凝胶前驱体制备。示例性地，气凝胶粒可采用硅基气凝胶粒。

在本申请一些实施例中，粘结层411包括聚偏氟乙烯、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、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯及聚六氟丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸酯或环氧树脂中的至少一种。

示例性地，填充件通过自身的粘结层411粘接固定于电极组件20中隔离膜23的多个边缘部231。这样设置的好处在于，一方面，由于气凝胶块体41的粘结层411与隔离膜23的多个边缘部231粘接固定而形成一整体结构，电化学装置发生跌落、碰撞等机械滥用时，填充件因其具有良好的压缩性能，能够吸收部分冲击能量而一定程度上降低了隔离膜23的收缩。另一方面，隔离膜23的多个边缘部231由于受到气凝胶块体41的粘结层411的阻挡作用而减少了隔离膜23完全收缩到第一极片21和第二极片22之间的间隙内的情形，进一步改善了第一极片21和第二极片22接触短路。

具体实施时，待扁平状卷绕结构置于第一袋体11的凹槽，复合有气凝胶层412的粘结层411可预先涂覆于隔离膜23的多个边缘部231，以使得气凝胶块体41与扁平状卷绕结构共同构成一整体结构。之后第一袋体11和第二袋体12在热封机完成顶侧封后，将电解液按需通过底部的开口注入，以使得电极组件20和气凝胶块体41充分吸收后完成封装。在此应当说明的是，电解液包括反应电解液和游离电解液，反应电解液是指填充在电极组件20中相邻的第一极片21和第二极片22之间的间隙的电解液；游离电解液是指填充在电极组件20与包装袋10之间的间隙的电解液，气凝胶块体41吸收游离电解液后而形成上述填充件。

在本申请一些实施例中，电解液包括锂盐和非水溶剂。锂盐选自LiPF₆、LiBF₄、LiB(C₆H₅)₄、LiCH₃SO₃、LiCF₃SO₃、LiN(SO₂CF₃)₂、LiC(SO₂CF₃)₃、LiSiF₆、LiBOB或者二氟硼酸锂中的一种或多种。示例性地，锂盐选自LiPF₆。因此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、醚化合物、其它有机溶剂或它们的组合。碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物、氟代碳酸酯化合物或其组合。链状碳酸酯化合物的实例为碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)及其组合。所述环状碳酸酯化合物的实例为碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)或者其组合。所述氟代碳酸酯化合物的实例为碳酸氟代亚乙酯(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、碳酸三氟甲基亚乙酯或者其组合。

醚化合物的实例为二丁醚、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、四氢呋喃或者其组合。其它有机溶剂的实例为二甲亚砜、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、和磷酸酯或者其组合。

请一并图1和图5示出的示例，在本申请一些实施例中，填充件的数量为至少两个。例如，如图5所示，填充件的数量为两个。例如，如图1所示，填充件的数量为至少4个。其中，任一填充件均可通过自身的粘结层411粘接固定于电极组件20中隔离膜23的多个边缘部231，并且任意相邻两个填充件之间均具有间隙。这样的话，多个间隙可在电解液的注入时加快电解液的浸润，以改善电化学装置的循环性能。

具体实施时，填充件的数量可为两个，两个填充件均大致呈细长条状。一填充件位于电极组件20顶部与袋体之间的间隙，并且该填充件通过自身的粘结层411连接固定于隔离膜23顶部的多个边缘部231。另一填充件位于电极组件20底部与袋体之间的间隙，并且该填充件通过自身的粘结层411连接固定于隔离膜23底部的多个边缘部231。其中，两个填充件沿第三方向L的两端之间的距离均小于包装袋10沿第三方向L的两端之间的距离，以便于为电解液提供浸润通道。

可以理解的是，填充件的数量不受限制。填充件的数量亦可为四个、五个、七个或七个以上。示例性地，如图1所示，本申请一些实施例中，填充件的数量为四个。四个填充件分别设置于电极组件20的四个角部。具体来说，四个填充件中的两个填充件分别位于隔离膜23顶部的边缘部231沿第三方向L的两端的角部，并且四个填充件中的两个填充件均可通过各自的粘结层411连接固定于隔离膜23顶部的多个边缘部231。四个填充件中的另两个填充件分别位于隔离膜23底部的边缘部231沿第三方向L的两端的角部，并且四个填充件中的另两个填充件均可通过各自的粘结层411连接固定于隔离膜23底部的多个边缘部231。这样一来，当电化学装置发生跌落、碰撞等机械滥用时，四个填充件与隔离膜23的边缘部231相互约束而共同应对来自不同跌落方向的冲击，进一步减少隔离膜23在跌落过程中的相互运动而收缩的情形。

在本申请一些实施例中，填充件的压缩弹性模量K满足：0.5MPa≤K。若填充件的压缩弹性模量0＜K≤0.5MPa，则会在电化学装置发生跌落、碰撞等机械滥用时填充件因自身形变量较大，易将气凝胶块体41所吸收的游离电解液挤出，从而游离电解液对隔离膜23进行冲击，易出现气凝胶块体41与隔离膜23的各边缘部231的连接处失效的情形，进而难以维持填充件的缓冲作用。这一点将结合后续的电化学装置跌落测试进行详细说明。示例性地，0.5MPa≤K≤2MPa。若填充件的压缩弹性模量K＞2MPa，则会在电化学装置发生跌落、碰撞等机械滥用时填充件因自身形变量较小，难以维持填充件的缓冲作用。在一些应用情形下，易将自身受到的冲击传导至气凝胶块体41与隔离膜23的各边缘部231的连接处和隔离膜23，而使得气凝胶块体41与隔离膜23的各边缘部231的连接处成为应力薄弱点而失效。故将K限定于此数值范围内，填充件受冲击时仍具有缓冲作用，并且游离电解液还被吸纳于气凝胶块体41而不被挤出。

在本申请一些实施例中，电化学装置满足：0.02g/Ah≤（V×ka×ρ）/C，其中，C为电化学装置的容量，单位为Ah；V为填充件的数量与单个填充件的体积的乘积，单位为cm³；ka为填充件中气凝胶块体41的吸液率；ρ为游离电解液的密度，单位为g/cm³。通过控制电化学装置的容量、填充件数量与单个填充件的体积的乘积，填充件中气凝胶块体41的吸液率，游离电解液的密度，考虑到其彼此间的相互影响，控制其满足上述不等式，从而能够在设置有填充件的电化学装置尺寸与未设置填充件的电化学装置尺寸基本保持一致的前提下，填充件中气凝胶块体41所吸收的游离电解液量控制在一定的范围，既能够提升电化学装置的循环性能，又能够提升填充件的缓冲性能。

进一步地，填充件中气凝胶块体41的吸液率ka满足：ka≥70%。示例性地，70%≤ka≤98%。

进一步地，填充件总数量与单个填充件的体积V_i的乘积V、包装袋10沿第一方向H两端与电极组件20之间间隙的总容积V_gap满足：10%≤V/V_gap≤90%。示例性地，50%≤V/V_gap≤80%。

在本申请一些实施例中，电化学装置满足：0.02g/Ah≤（V×ka×ρ）/C≤0.03g/Ah。这是因为在电化学装置的其他参数均相同时，电化学装置的容量越大，实现同样的循环寿命需要更多的电解液，而气凝胶块体41的吸液率越大，其储液能力越强，将（V×ka×ρ）/C的比值限定于此数值范围内可使得电化学装置的容量和电化学装置的循环性能实现均衡。此外也可同时限定出填充件的总体积的范围，填充件的总体积过大将会延长电解液的浸润路径而不利于电解液的浸润，并且由于气凝胶块体自身的隔热特性，也不利于电极组件产生的热量散发至外界中。

为了评估本申请的电化学装置和相关技术中电化学装置的性能，特别对实施例1-8和对比例1-2所得到的电化学装置进行跌落实验和循环实验，以评估本申请电化学装置的循环性能和抗跌落性能。

实施例1

第一极片的制备

将钴酸锂(分子式为Li_xCo_yM_zO₂)、乙炔黑和聚偏二氟乙烯(简写为PVDF)按重量比96:2:2在适量的N-甲基吡咯烷酮(简写为NMP)溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的正极浆料；将此正极浆料涂覆于铝箔上，烘干、冷压、裁片、焊接极耳，得到第一极片。

第二极片的制备

将石墨、丁苯橡胶(简写为SBR)和羧甲基纤维素钠(简写为CMC)按照重量比95:2:3在去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的负极浆料；将此负极浆料涂覆于预先涂覆有底涂层(炭黑)的铜箔上，烘干、采用不同辊压压力对涂布好的负极进行冷压、裁片、焊接极耳，得到第二极片。

电解液的制备

在干燥氩气环境下，在碳酸乙烯酯(EC)，碳酸丙烯酯(PC)，碳酸二乙酯(DEC)按照重量比1：1：1混合而成的溶剂中，加入LiPF₆混合均匀，其中LiPF₆的浓度为1.15mol/L，再加入氟代碳酸乙烯酯和己二腈，混合均匀得到ρ为1.3g/cm³电解液，其中基于电解液的总重量计，氟代碳酸乙烯酯的含量为3％，己二腈的质量含量为2％。

隔离膜的制备

以厚度7μm的聚乙烯多孔聚合物薄膜作为隔离膜。

电化学装置的制备

将第一极片、隔离膜和第二极片按顺序叠好，使隔离膜处于第一极片和第二极片中间，然后卷绕、置于包装袋的容腔中，并在电极组件的四角分别填充气凝胶块体，该气凝胶块体由10%wt粘结剂+90%wt硅基气凝胶混合固化并与隔离膜的边缘部固定连接形成的一整体结构，之后注入上述制备好的电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，得到容量为5Ah的电化学装置。

对比例1

与实施例1中不同之处在于，隔离膜的多个边缘部与包装袋之间并未加入气凝胶块体。其他制作工艺和条件与实施例1保持一致。

对比例2

与实施例1中不同之处在于，气凝胶块体的数量不同，气凝胶块体的数量为两个，两个气凝胶块体分别位于电极组件底部的隔离膜边缘部相对两端。其他制作工艺和条件与实施例1保持一致。

实施例2至8

与实施例1中不同之处在于，填充件的压缩弹性模量K不同，填充件中气凝胶块体的吸液率不同、填充件中气凝胶块体的总体积V不同以及（V×ka×ρ）/C的比值不同。其他制作工艺和条件与实施例1保持一致。

实施例1至8和对比例2的各项性能参数的测定方法如下。

验证测试1：将单个单位体积的气凝胶块体的重量记为M₀；将单个单位体积的气凝胶块体连接固定于隔离膜的多个边缘部形成待测试样。将待测试样置于与待测试样尺寸相适配的包装袋中，包装袋的顶部密封，气凝胶块体所在的待测试样的一端敞开，与气凝胶块所在的待测试样相对的一端接触包装袋顶部，然后称取包装袋和待测试样的总重量，记录为M₁；将承载有待测试样的包装袋悬挂竖直放入盛有制备有上述电解液的容器中，使气凝胶块体所在的待测试样的一端接触电解液，另一端远离电解液，静置2h，使气凝胶块体充分吸取电解液至饱和状态后，然后称取壳体和待测试样的总重量记录为M₂，根据[(M2-M1)/M0]×100%计算得出吸液率ka（%）。测试结果如表1所示。

验证测试2：在25℃下用0.18C的电流对电芯进行充电至充电限制电压，用电芯专用跌落测试夹具进行跌落测试，在1.5m高度下以机械臂抓取样品并释放于大理石板上，按照壳盖面朝下→壳底面朝下→电芯四个角位朝下顺序跌落3次为一轮。每一轮跌落后观察电芯是否有破损，漏液，并测量电芯开路电压，若电压小于3.0V即判定为电芯失效。若未出现破损和漏液等情况，开路电压高于3.0V即判定为未失效，继续测试至失效，记录电芯跌落未失效次数。

验证测试3:取被测电芯在45℃测试温度下，静止5min，以1.5C的电流将锂离子电池恒流充电至4.48V，再以4.48V的恒压充电至0.05C；静置5min，再以1.0C的电流恒流放电至3.0V，静止5min。记此时容量为D0；重复上述充放电流程1000次，记录最后一次的放电容量为D1；45℃循环后，容量的衰减率为D1/D0≤80%，记录电芯的循环次数。

验证测试4：使用刃角约20～25度的刃，将填充件加工成7.0mm见方的立方体(骰子状)，作为测定样品。接下来，为了确保面的平行，根据需要用#1500以上的砂纸对测定样品进行整形。使用小型台式试验机。另外，作为负载传感器，使用500N。此外，使用不锈钢制的上压盘(φ20mm)和下压盘(φ118mm)作为压缩测定用夹具。在平行配置的上压盘和下压盘之间放置测定样品，以1mm/min的速度进行压缩。测定温度设为25°C，测定在施加了超过500N的负荷的时刻或测定样品遭到了破坏的时刻结束。这里K由下式求出。

ε＝Δd/d1

式中，Δd表示负荷引起的测定样品的厚度的变化(mm)，d1表示施加负荷前的测定样品的厚度(mm)。

此外，压缩应力σ(MPa)由下式求出。

σ＝F/A，F表示压缩力(N)，A表示施加负荷前的测定样品的截面积(mm²)。压缩弹性模量K(MPa)在0.1～0.2N的压缩力范围内由下式求出。

K＝(σ₂-σ₁)/(ε₂-ε₁)

式中，σ₁表示在压缩力为0.1N时测定的压缩应力(MPa)，σ₂表示在压缩力为0.2N时测定的压缩应力(MPa)，ε₁表示在压缩应力σ₁下测定的压缩应变，ε₂表示在压缩应力σ₂下测定的压缩应变。测试结果如表2所示。

表1（n为位于电极组件顶部的填充件的数量，m为位于电极组件底部的填充件的数量）

表2

由表1和表2中所给的数据可知，实施例1至8与对比例1相比，其他条件均相同的前提下，电极组件的四个角位相对于仅两个角位设有填充件对电化学装置的跌落性能更有利。

通过比较实施例2、实施例4、实施例6-8可知，填充件的总体积与气凝胶块体的吸液率呈正相关，反应到循环测试中，电化学装置的循环性能不断提升。实施例7中表明虽然循环测试性能最佳，但跌落通过次数反而减少，可能是由于气凝胶块体所吸纳的游离电解液量过多，在电化学装置受到冲击时游离电解液被挤出而影响到粘结层与隔离膜的连接强度。

通过比较表2中实施例1-6可知，随着填充件的弹性压缩模量的增加，电化学装置的跌落通过次数增多。实施例6中表明弹性模量最大，但跌落通过次数反而减少，可能是由于填充件的形变量降低，在电化学装置受到冲击时将冲击传导至气凝胶块体与隔离膜的连接处和隔离膜而使得气凝胶块体与隔离膜的连接处成为应力薄弱点而失效。

基于同一技术构思，本申请实施例还提供一种用电装置，其包括上述电化学装置。本申请实施例对用电装置不作具体限定，其可以是用于现有技术中已知的任何用电装置。在一些实施例中，电子装置可以包括，但不限于，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。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种电化学装置，其特征在于，包括包装袋、电极组件、反应电解液以及填充件，所述电极组件和所述反应电解液均容置于所述包装袋内，所述电极组件浸润于所述反应电解液中，所述填充件位于所述电极组件沿第一方向的端部与所述包装袋之间，所述第一方向为所述电化学装置中极耳的伸出方向，所述填充件包括气凝胶块体以及被所述气凝胶块体所吸收的游离电解液，所述填充件的压缩弹性模量K满足：0.5MPa≤K。

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，0.5MPa≤K＜2MPa。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述填充件的数量为至少两个，任意相邻两个所述填充件之间均具有间隙。

4.根据权利要求3所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置满足：0.02g/Ah≤（V×ka×ρ）/C；

其中，C为所述电化学装置的容量，V为所述填充件的数量与单个所述填充件的体积的乘积，ka为所述填充件中所述气凝胶块体的吸液率，ρ为所述游离电解液的密度。

5.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，0.02g/Ah≤（V×ka×ρ）/C≤0.03g/Ah。

6.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，所述气凝胶块体的吸液率ka满足：ka≥70%。

7.根据权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，70%≤ka≤98%。

8.根据权利要求3所述的电化学装置，其特征在于，所述填充件的数量为四个，四个所述填充件分别设置于所述电极组件的四个角部。

9.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的电化学装置。