CN116315322A - 电化学装置以及电子装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电化学装置以及电子装置，该电化学装置包括壳体、第一框体以及电极组件。第一框体和电极组件均收容于壳体；沿第一方向，电极组件具有相对的第一端面和第二端面，其中第一方向为电极组件的厚度方向；第一框体包括第一主体部、第一连接部、第一弯折部、第二连接部以及第二弯折部，第一弯折部连接第一主体部以及第一连接部，第二弯折部连接第一主体部以及第二连接部；第一连接部连接于第一端面，第二连接部连接于第二端面；并且所述第一弯折部的弯折角α1为锐角。通过上述方式，本申请的电化学装置能够更好地抑制电极组件的膨胀，进而改善电化学装置的使用寿命和安全性。
Description
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电子装置。
背景技术
随着便携式电子设备的高速发展，电化学装置（例如锂离子电池）作为便携式电子设备的电源得到了广泛的应用。然而，电化学装置在充电过程中，负极极片会发生膨胀，在负极极片的堆叠方向上，膨胀不断累积，容易导致正负极极片之间的界面不良，影响电化学装置的使用寿命和安全性。且随着人们对电化学装置能量密度的要求越来越高，硅基材料由于其较高的比容量，成为下一代锂离子电池理想的负极材料，然而，硅基材料在充电过程中的体积膨胀更加严重，使得上述问题更加突出，从而限制了其广泛应用。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本申请的目的在于提供了一种电化学装置以及电子装置，旨在抑制电极组件的膨胀，改善电化学装置的使用寿命和安全性。
本申请的第一方面，提供一种电化学装置，包括壳体、第一框体以及电极组件。所述第一框体和所述电极组件均收容于所述壳体；沿第一方向，所述电极组件具有相对的第一端面和第二端面，其中所述第一方向为所述电极组件的厚度方向；所述第一框体包括第一主体部、第一连接部、第一弯折部、第二连接部以及第二弯折部，所述第一弯折部连接所述第一主体部以及所述第一连接部，所述第二弯折部连接所述第一主体部以及所述第二连接部；所述第一连接部连接于所述第一端面，所述第二连接部连接于所述第二端面；并且所述第一弯折部的弯折角α1满足：α1＜90°。本申请的电化学装置，通过控制第一弯折部的弯折角α1为锐角，使得第一框体的第一弯折部可对电极组件形成斜向支撑，从而能够更好地抑制电极组件厚度方向的膨胀，同时，能够防止第一框体的端部在第一方向的翘曲，从而进一步抑制电化学装置在电极组件厚度方向上的膨胀，改善电化学装置的使用寿命和安全性。
在本申请一些实施例中，45°≤α1≤85°。
在本申请一些实施例中，50°≤α1≤85°。如此，能够进一步抑制第一弯折部的上翘，降低电化学装置在电极组件宽度方向的变形，提高电化学装置的使用安全性。
在本申请一些实施例中，所述电极组件还具有沿第二方向相对的第三端面和第四端面，所述第三端面与所述第一主体部相邻，所述第四端面远离所述第一主体部；所述第三端面与所述第四端面之间的距离为W，所述第一连接部具有远离所述第一弯折部的第一端点，沿所述第二方向，所述第一端点与所述第三端面之间的距离为W1，满足:W1≤0.5W。
在本申请一些实施例中，所述第一端面与所述第二端面之间的距离为T，所述第一弯折部具有远离所述第一端面的第一拐点，沿所述第一方向，所述第一拐点与所述第一端面之间的距离为T1，满足：T1≥0.001T。如此，可为电极组件的膨胀提供缓冲空间，抑制电化学装置在电极组件厚度方向上的膨胀，改善电化学装置的使用寿命和安全性。
在本申请一些实施例中，所述第一连接部沿所述第二方向的长度为L1，满足：0.2W1≤L1≤0.95W1。
在本申请一些实施例中，所述第一主体部抵接于所述第三端面。如此，可抑制电极组件的窜动，防止由于电极组件的窜动造成内短路，提高电化学装置的使用安全性。
在本申请一些实施例中，所述第二弯折部的弯折角α2满足：α2＜90°。如此，可进一步抑制电化学装置在电极组件厚度方向上的膨胀，改善电化学装置的使用寿命和安全性。
在本申请一些实施例中，45°≤α2≤85°。进一步地，在本申请一些实施例中，50°≤α2≤85°。如此，能够进一步抑制第二弯折部的上翘，降低电化学装置在电极组件宽度方向的变形，提高电化学装置的使用安全性。
在本申请一些实施例中，所述电极组件还具有沿第二方向相对的第三端面和第四端面，所述第三端面与所述第一主体部相邻，所述第四端面远离所述第一主体部；所述第三端面与所述第四端面之间的距离为W，所述第二连接部具有远离所述第二弯折部的第二端点，沿所述第二方向，所述第二端点与所述第三端面之间的距离为W2，满足:W2≤0.5W。
在本申请一些实施例中，所述第一端面与所述第二端面之间的距离为T，所述第二弯折部具有远离所述第二端面的第二拐点，沿所述第一方向，所述第二拐点与所述第二端面之间的距离为T2，满足：T2≥0.001T。
在本申请一些实施例中，所述第一框体的材料包括钢、铁、镍、铜、铝或钛中的至少一种。如此，第一框体能够具有优异的结构强度，从而能够更好地抑制电极组件的膨胀。
在本申请一些实施例中，所述第二连接部沿所述第二方向的长度为L2，满足：0.2W2≤L2≤0.95W2。
在本申请一些实施例中，所述电化学装置还包括第二框体，所述第二框体收容于所述壳体，所述第二框体与所述第一框体共同收容所述电极组件，并且沿第二方向，所述第二框体与所述第一框体相对设置。
在本申请一些实施例中，所述第二框体还包括第二主体部、第三连接部、第三弯折部、第四连接部以及第四弯折部，所述第三弯折部连接所述第二主体部和所述第三连接部，所述第四弯折部连接所述第二主体部和所述第四连接部，所述第三连接部连接于所述第一端面，所述第四连接部连接于所述第二端面，所述电极组件还具有沿所述第二方向相对的第三端面和第四端面，所述第三端面与所述第一主体部相邻，所述第四端面与所述第二主体部相邻；并且所述第三弯折部的弯折角α3满足：α3＜90°和/或所述第四弯折部的弯折角α4满足：α4＜90°。如此，能够同步对电极组件宽度方向的两端进行支撑，提高电极界面的一致性，从而进一步改善电化学装置的使用寿命和安全性。
在本申请一些实施例中，45°≤α3≤85°。进一步地，在本申请一些实施例中，50°≤α3≤85°。如此，能够进一步抑制第三弯折部的上翘，降低电化学装置在电极组件宽度方向的变形，提高电化学装置的使用安全性。
在本申请一些实施例中，所述第三端面与所述第四端面之间的距离为W，所述第三连接部具有远离所述第三弯折部的第三端点，沿所述第二方向，所述第三端点与所述第四端面之间的距离为W3，满足:W3≤0.5W。
在本申请一些实施例中，所述第一端面与所述第二端面之间的距离为T，所述第三弯折部具有远离所述第一端面的第三拐点，沿所述第一方向，所述第三拐点与所述第一端面之间的距离为T3，满足：T3≥0.001T。
在本申请一些实施例中，45°≤α4≤85°。进一步地，在本申请一些实施例中，50°≤α4≤85°。如此，能够抑制第四弯折部的上翘，降低电化学装置在电极组件宽度方向的变形，提高电化学装置的使用安全性。
在本申请一些实施例中，所述第三端面与所述第四端面之间的距离为W，所述第四连接部具有远离所述第四弯折部的第四端点，沿所述第二方向，所述第四端点与所述第四端面之间的距离为W4，满足:W4≤0.5W。
在本申请一些实施例中，所述第一端面与所述第二端面之间的距离为T，所述第四弯折部具有远离所述第二端面的第四拐点，沿所述第一方向，所述第四拐点与所述第二端面之间的距离为T4，满足：T4≥0.001T。
在本申请一些实施例中，所述第二框体的材料包括钢、铁、镍、铜、铝或钛中的至少一种。
在本申请一些实施例中，所述电极组件还包括极片组件和第一支撑板，所述第一支撑板具有沿所述第一方向相对设置的第一支撑面和第二支撑面，所述第一支撑面分别与所述第一连接部以及所述第三连接部连接，所述第二支撑面抵接于所述极片组件。
在本申请一些实施例中，所述电化学装置还包括极片组件和第二支撑板，所述第二支撑板具有沿所述第一方向相对设置的第三支撑面和第四支撑面，所述第三支撑面分别与所述第二连接部以及所述第四连接部连接，所述第四支撑面抵接于所述极片组件。
在本申请一些实施例中，所述第三连接部沿所述第二方向的长度为L3，满足：0.2W3≤L3≤0.95W3。
在本申请一些实施例中，所述第四连接部沿所述第二方向的长度为L4，满足：0.2W4≤L4≤0.95W4。
在本申请一些实施例中，所述第一连接部焊接固定于所述第一支撑面。
在本申请一些实施例中，所述第三连接部焊接固定于所述第一支撑面。
在本申请一些实施例中，所述第二连接部焊接固定于所述第三支撑面。
在本申请一些实施例中，所述第四连接部焊接固定于所述第三支撑面。
在本申请一些实施例中，所述第一支撑板的材料包括钢、铁、镍、铜、铝或钛中的至少一种。
在本申请一些实施例中，所述第二支撑板的材料包括钢、铁、镍、铜、铝或钛中的至少一种。
根据本申请的第二方面，提供一种电子装置，该电子装置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中的技术方案，下面将对具体实施例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是本申请第一实施方式提供的电化学装置的透视图，其示出了第一框体安装于电极组件时的状态；
图2是例示了根据图1所示的A-A线获得的电化学装置的截面图；
图3是例示了根据图1所示的A-A线获得的电化学装置的另一截面图；
图4示出了根据图2所示的O处的局部放大图；
图5是本申请第二实施方式提供的电化学装置的透视图，其示出了第一框体和第二框体均安装于电极组件时的状态；
图6是例示了根据图5所示的B-B线获得的电化学装置的截面图；
图7是例示了根据图5所示的B-B线获得的电化学装置的另一截面图。
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。术语“连接”、“相连”、“附接”、“安装”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。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。
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。
第一实施方式
图1是本申请第一实施方式提供的电化学装置的透视图，其示出了第一框体30安装于电极组件20时的状态；为便于描述，利用图1中的坐标系对各方向进行了定义，坐标轴X表示第一方向，其为电化学装置中电极组件20的厚度方向，亦为电极组件20中各极片依次叠置的方向；坐标轴Y表示第二方向，其为电化学装置中电极组件20的宽度方向，亦为电极组件20中各极片的短边方向；坐标轴Z表示第三方向，其为电化学装置中电极组件20的长度方向，亦为电极组件20中各极片的长边方向；其中，第三方向Z、第二方向Y以及第一方向X任意两者两两相互垂直。
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电化学装置的具体构造展开描述，且下面所采用的“上”、“下”、“顶”、“底”等表示方位或位置关系的名词，均是相对第一方向X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。
请参见图1示出的示例，本申请的电化学装置包括：壳体（图未示）、电极组件20以及第一框体30；其中，电极组件20和第一框体30收容于壳体内，沿第一方向X，电极组件20具有相对的第一端面（未示出）和第二端面（未示出）；第一框体30呈类似U型结构，形成容纳电极组件20的凹槽，电极组件20的至少一部分收容于凹槽中，凹槽两侧的槽壁分别连接于第一端面以及第二端面，从而将电极组件20的第一端面和第二端面夹持，使得第一框体30的两端可抑制电极组件20的膨胀，进而可改善电化学装置的使用寿命和安全性。
图2是例示了根据图1所示的A-A线获得的电化学装置的截面图；图3是例示了根据图1所示的A-A线获得的电化学装置的另一截面图；一并参见图2和图3示出的示例，在本申请一些实施例中，第一框体30包括第一主体部31、第一弯折部32、第一连接部33、第二弯折部34以及第二连接部35。第一主体部31与下文将要描述的电极组件20的第三端面（未示出）沿第二方向Y相对设置；第一弯折部32一体连接于第一主体部31的一端；第一连接部33一体连接于第一弯折部32，并与电极组件20的第一端面相连，其中，第一连接部33相对于第一主体部31大致呈直角弯折；第二弯折部34一体连接于第一主体部31的另一端；第二连接部35一体连接于第二弯折部34，并与电极组件20的第二端面相连，其中，第二连接部35亦相对于第一主体部31大致呈直角弯折。
本申请的发明人研究发现，若第一弯折部32呈常规的90°的角度弯折，一方面，第一框体30的两端对电极组件20膨胀的抑制效果不佳，无法有效抑制电极组件20的膨胀；另一方面，随着电极组件20的膨胀，容易使得第一连接部33与第一端面的连接脱落，造成第一连接部33的上翘，反而进一步增大电化学装置的膨胀，影响电化学装置的使用寿命和安全性。鉴于此，本申请的发明人对电化学装置的结构作了优化设计，旨在抑制电极组件的膨胀，改善电化学装置的使用寿命和安全性。
具体而言，第一弯折部32具有超出电极组件20第一端面的第一边321以及与第一连接部33一体连接的第二边322，第二边322与第一边321之间的夹角呈锐角设置，即第一弯折部32的弯折角α1满足：α1＜90°,第二边322与第一连接部33呈钝角设置。相对于第一弯折部32的第二边322与第一边321呈直角设置而言，电化学装置充放电循环过程中，电极组件20通常沿第一方向X膨胀，第一弯折部32的第二边322以及第一连接部33持续受电极组件20的膨胀力，容易造成第一连接部33与第一端面之间的连接脱落，并使得第二边322以及第一连接部33均沿着第一方向X翘曲，从而增大了电化学装置的膨胀。故将第一弯折部32的第二边322相对于第一边321弯折成锐角，使得第一弯折部32的第二边322可对电极组件20形成斜向支撑，从而能够更好地抑制电极组件20的膨胀，同时，能够限制第一连接部33的翘曲，进一步抑制电化学装置在电极组件20厚度方向上的膨胀，从而改善电化学装置的使用寿命和安全性。
在本申请一些实施例中，45°≤α1≤85°。示例性地，α1可为45°、50°、55°、60°、70°、80°、85°或上述任两个数值组成的范围。
进一步地，在本申请一些实施例中，50°≤α1≤85°。如此，能够抑制第一弯折部32的第一边321的上翘，降低电化学装置在第二方向Y的变形，提高电化学装置的使用安全性。
结合图2和图3，在本申请一些实施例中，电极组件20还具有沿第二方向Y与电极组件20第三端面相对设置的第四端面（未示出），第四端面至第三端面之间的距离为W；第一连接部33具有远离第一弯折部32的第一端点A，第一弯折部32的第一边321和第二边322之间具有第一拐点B，第一端点A至第三端面之间的距离为W1，W1和W满足：W1≤0.5W。若W1＞0.5W,则意味着在相同数值的电极组件20膨胀力作用时，位于第一拐点B一侧的第一弯折部32的第二边322和第一连接部33组成的力臂越大，相应地力矩就越大，反映到电化学装置的形态上，则意味着第一弯折部32的第二边322和第一连接部33更易翘曲。故将W1限制于此数值范围内，有利于抑制第一弯折部32的第二边322和第一连接部33的翘曲，从而有利于减小电化学装置在电极组件20厚度方向的膨胀，提高电化学装置的使用寿命和安全性。
在本申请一些实施例中，T1≥0.001T，其中，T为电极组件20第一端面与第二端面之间的距离，T1为第一弯折部32的第一拐点B至电极组件20第一端面的垂直距离（第一弯折部32第一边321的长度）。如此，可为电极组件20的膨胀提供缓冲空间，抑制电化学装置在电极组件20厚度方向上的膨胀，改善电化学装置的使用寿命和安全性。
进一步地，为平衡第一框体30的约束性能和电化学装置的体积能量密度，在本申请一些实施例中，0.2W1≤L1≤0.95W1，其中，L1为第一连接部33的长度。根据公式L1=W1-T1×tanα1，可知，在α1和W1确定的情况下，第一连接部33长度L1的变化会引起第一弯折部32第二边322和第一边321同步改变，而第一边321长度的增大会造成第一弯折部32与电极组件20间隙的增大，从而降低电化学装置的体积能量密度；而第一边321长度的减小会造成第二边322对第一端面斜向支撑点偏向第一端面的端部，从而降低约束效果。由此将第一连接部33的长度限定于此数值范围内，既可以维持电化学装置的体积能量密度基本不变，又能够保持第一框体30具有较好的约束性能。在本申请一些实施例中，0.4W1≤L1≤0.95W1。
继续结合图2和图3，在本申请一些实施例中，第一框体30的第一主体部31抵接于电极组件20的第三端面，由此第一框体30和电极组件20之间的间隙较小，减小了第一框体30和电极组件20一同构成的整体结构所占用的体积，从而提升了该电化学装置的体积能量密度；同时，还可抑制电极组件20的窜动，防止由于电极组件20的窜动造成内短路，提高了电化学装置的使用安全性。
在本申请一些实施例中，第一框体30可采用钢、铁、镍、铜、铝或钛中的至少一种材料制成。由此，第一框体30能够具有优异的结构强度，从而能够更好地抑制电极组件20的膨胀。同时，为了防止电极组件20的内短路，第一框体30与电极组件20中的极片之间可通过隔膜或绝缘件（如绝缘胶纸）隔开。
如图2和图3所示，第二弯折部34具有超出电极组件20第二端面的第三边341以及与第二连接部35一体连接的第四边342，第四边342与第三边341呈锐角设置，即第二弯折部34的弯折角α2满足：α2＜90°,第四边342与第二连接部35呈钝角设置。如此，可进一步抑制电化学装置在电极组件20厚度方向上的膨胀，改善电化学装置的使用寿命和安全性。
在本申请一些实施例中，45°≤α2≤85°。示例性地，α2可为45°、50°、55°、60°、70°、80°、85°或上述任两个数值组成的范围。
进一步地，在本申请一些实施例中，50°≤α2≤85°。如此，能够抑制第二弯折部34的第三边341的上翘，降低电化学装置在第二方向Y的变形，提高电化学装置的使用安全性。
结合图3和图2，在本申请一些实施例中，第二连接部35具有远离第二弯折部34的第二端点C，第二弯折部34第四边342和第三边341之间具有第二拐点D，第二端点C至第三端面之间的距离为W2，W2和W满足：W2≤0.5W。基于与W1相似的机理，将W2限制于此数值范围内，有利于抑制第二弯折部34的第四边342和第二连接部35的翘曲，从而有利于减小电化学装置在电极组件20厚度方向的膨胀，提高电化学装置的使用寿命和安全性。
在本申请一些实施例中，T2≥0.001T，其中，T2为第二弯折部34的第二拐点D至电极组件20第二端面的垂直距离。如此，可为电极组件20的膨胀提供缓冲空间，抑制电化学装置在电极组件20厚度方向上的膨胀，改善电化学装置的使用寿命和安全性。
进一步地，在本申请一些实施例中，0.2W2≤L2≤0.95W2，其中，L2为第二连接部35的长度。根据公式L2=W2-T2×tanα2，基于与上述L1相似的机理，将第二连接部35的长度限定于此数值范围内，既可以维持电化学装置的体积能量密度基本不变，还能够保持第一框体30具有较好的约束性能。在本申请一些实施例中，0.4W2≤L2≤0.95W2.
对于上述电极组件20，图4示出了根据图2所示的O处的局部放大图；请结合图4一并参见图2示出的示例，在本申请一些实施例中，电极组件20包括多个极性相异的正极极片21和负极极片22，正极极片21和负极极片22依次交替叠置，并且任一相邻正极极片21和负极极片22之间设有一隔离膜23，以构成叠片式电极组件20，该叠片式电极组件20沿正极极片21和负极极片22交替叠置的方向的两端分别具有第一端面和第二端面，多个隔离膜23超出负极极片22的一端端面共同组成上述第三端面，多个隔离膜23超出负极极片22的另一端端面共同组成上述第四端面，其中，多个正极极片21和多个负极极片22依次交替叠置的方向为上述第一方向X，隔离膜23超出负极极片22相对两端的方向为上述第二方向Y。
其中，正极极片21包括正极集流体211和设于正极集流体211上的正极活性物质层212。具体地，正极活性物质层212设于正极集流体211的一侧或两相对侧。示例性地，正极集流体211可采用铝箔，当然也可以采用本领域常用的其他集流体，对此本申请不作具体限定。正极活性物质层212包括正极活性材料，正极活性材料可包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂或锰酸锂中的至少一种。在本申请其他一些实施例中，正极活性物质层212还可包括导电剂，导电剂可包括导电炭黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管或碳纤维中的至少一种。在本申请其他一些实施例中，正极活性物质层212还可以包括粘结剂，粘结剂可包括聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、丙烯酸酯聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚酰胺或聚四氟乙烯中的至少一种。应当理解，以上所述仅是示例，正极极片21的正极活性物质层212可以采用任何其他合适的材料。
负极极片22包括负极集流体221和设于负极集流体221上的负极活性物质层222。具体地，负极活性物质层222设于负极集流体221的一侧或两相对侧。示例性地，负极集流体221可以采用铜箔、镍箔或碳基集流体中的至少一种。负极活性物质层222包括石墨、硬碳、软碳、硅、硅氧复合材料或硅碳复合材料中的至少一种。在一些实施例中，负极活性物质层222还可以包括导电剂和粘结剂。负极活性物质层222的导电剂可包括导电炭黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管或碳纤维中的至少一种。负极活性物质层222的粘结剂可以包括羧甲基纤维素盐、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、丙烯酸酯聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚酰胺或丁苯橡胶中的至少一种。应当理解，以上所述仅是示例，负极极片22的负极活性物质层222可以采用任何其他合适的材料。
隔离膜23包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。尤其是聚乙烯，其可以通过关断效应提高电化学装置的安全性。
对于上述壳体，在本申请一些实施例中，该壳体设有容腔（图未示），电极组件20和第一框体30均收容于该容腔内，可以理解的是，本申请实施例对壳体的材质和形状不作具体限定，可根据实际使用需求进行适应性调整。例如，壳体可为不限于铝塑膜或钢塑膜的软包壳体，或者，壳体亦可为不限于铝壳或钢壳的硬质壳体。
第二实施方式
图5示出了第二实施方式，其中与第一实施方式相同或相应的零部件采用与第一实施方式相同的附图标记。为简便起见，下文仅描述第二实施方式与第一实施方式的区别点。该第二实施方式与图1所示的第一实施方式不同之处在于，电极组件20包括：第一支撑板40、极片组件和第二支撑板50，极片组件包括多个极性相异的正极极片21和负极极片22，正极极片21和负极极片22依次交替叠置，并且任一相邻正极极片21和负极极片22之间设有一隔离膜23，以构成叠片式极片组件，电化学装置还包括第二框体60。第一支撑板40布置于电极组件20的第一端面侧，第一支撑板40具有沿第一方向X相对设置的第一支撑面（即为第一端面，图未示）和第二支撑面（图未示），第二支撑面抵接于极片组件；第二支撑板50布置于电极组件20的第二端面侧，并且第二支撑板50与第一支撑板40沿第一方向X相对设置，第二支撑板50具有沿第一方向X相对设置的第三支撑面（即为第二端面，图未示）和第四支撑面（图未示），第四支撑面抵接于极片组件；第二框体60与第一框体30沿第二方向Y相对设置，第二框体60和第一框体30均与第一支撑板40的第一支撑面以及第二支撑板50的第三支撑面连接，故第一支撑板40、第二支撑板50、第一框体30以及第二框体60可共同形成一整体结构，由此一同抑制电极组件20的膨胀，进而改善电化学装置的使用寿命和安全性。
图6是例示了根据图5所示的B-B线获得的电化学装置的截面图；图7是例示了根据图5所示的B-B线获得的电化学装置的另一截面图，如图6和图7所示，在本申请一些实施例中，第二框体60包括第二主体部61、第三弯折部62、第三连接部63、第四弯折部64以及第四连接部65。第二主体部61与电极组件20的第四端面沿第二方向Y相对设置；第三弯折部62一体连接于第二主体部61的一端；第三连接部63一体连接于第三弯折部62，并与第一支撑件的第一支撑面相连，其中，第三连接部63相对于第二主体部61大致呈直角弯折；第四弯折部64一体连接于第二主体部61的另一端；第四连接部65一体连接于第四弯折部64，并与第二支撑件的第三支撑面相连，其中，第四连接部65亦相对于第二主体部61大致呈直角弯折。
具体而言，第三弯折部62具有超出电极组件20第一端面的第五边621以及与第三连接部63一体连接的第六边622，第六边622与第五边621呈锐角设置，即第三弯折部62的弯折角α3满足：α3＜90°,第六边622与第三连接部63呈钝角设置。基于与第一框体30相似的机理，将第三弯折部62的第六边622相对于第五边621弯折成锐角，使得第三弯折部62的第六边622可对电极组件20形成斜向支撑，从而能够更好地抑制电极组件20的膨胀，同时，能够限制第三连接部63的翘曲，进一步抑制了电化学装置在电极组件20厚度方向上的膨胀，从而改善电化学装置的使用寿命和安全性。
在本申请一些实施例中，45°≤α3≤85°。示例性地，α3可为45°、50°、55°、60°、70°、80°、85°或上述任两个数值组成的范围。
进一步地，在本申请一些实施例中，50°≤α3≤85°。如此，能够抑制第三弯折部62的第五边621的上翘，降低电化学装置在第二方向Y的变形，提高电化学装置的使用安全性。
结合图6和图7，在本申请一些实施例中，第三连接部63具有远离第三弯折部62的第三端点E，第三弯折部62的第六边622和第五边621之间具有第三拐点F，第三端点E至第四端面之间的距离为W3，W3和W满足：W3≤0.5W。基于与W1相似的机理，将W3限制于此数值范围内，有利于抑制第三弯折部62的第六边622和第三连接部63的翘曲，从而有利于减小电化学装置在电极组件20厚度方向的膨胀，提高电化学装置的使用寿命和安全性。
在本申请一些实施例中，T3≥0.001T，其中，T3为第三弯折部62的第三拐点F至电极组件20第一端面的垂直距离。如此，可为电极组件20的膨胀提供缓冲空间，抑制电化学装置在电极组件20厚度方向上的膨胀，改善电化学装置的使用寿命和安全性。
进一步地，为平衡第二框体60的约束性能和电化学装置的体积能量密度，在本申请一些实施例中，0.2W3≤L3≤0.95W3，其中，L3为第三连接部63的长度。根据公式L3=W3-T3×tanα3，基于与上述L1相似的机理，将第三连接部63的长度限定于此数值范围内，既可以维持电化学装置的体积能量密度基本不变，还能够保持第二框体60具有较好的约束性能。在本申请一些实施例中，0.4W3≤L3≤0.95W3。
从图6中还可以看出，在本申请一些实施例中，第二框体60的第二主体部61抵接于电极组件20的第四端面，由此第二框体60和电极组件20之间的间隙较小，进一步减小了第二框体60、第一框体30、第一支撑板40和第二支撑板50电极组件一同构成的整体结构所占用的体积，从而提升了该电化学装置的体积能量密度。
在本申请一些实施例中，第二框体60可采用钢、铁、镍、铜、铝或钛中的至少一种材料制成。同时，为了防止电极组件20的内短路，第二框体60与电极组件20中的极片之间可通过隔膜或绝缘件（如绝缘胶纸）隔开。另外，第一支撑板40和第二支撑板50也可采用钢、铁、镍、铜、铝或钛中的至少一种材料制成。
对于第一框体30、第二框体60分别与第一支撑板40和第二支撑板50的连接方式并不作具体限定，例如，在本申请一些实施例中，第一框体30的第一连接部33和/或第二框体60的第三连接部63可采用但不限于焊接、粘接的方式分别与第一支撑板40的第一支撑面连接固定，第一框体30的第二连接部和/或下文将要描述的第二框体60的第四连接部65亦可采用但不限于焊接、粘接的方式分别与第二支撑板50的第三支撑面连接固定。当然，可以理解的是，第一支撑板40和第二支撑板50亦可根据实际使用需求进行适应性调整，例如，在本申请其他一些实施例中，第一框体30的第一连接部、第二框体60的第三连接部63均可抵接于极片组件，同理，第一框体30的第二连接部、第二框体60的第四连接部65均可抵接于极片组件。
结合图7一并参阅图6示出的示例，第四弯折部64具有超出电极组件20第二端面的第七边641以及与第四连接部65一体连接的第八边642，第八边642与第七边641呈锐角设置，即第四弯折部64的弯折角α4满足：α4＜90°，第八边642与第四连接部65呈钝角设置。基于与第一框体30相似的机理，将第四弯折部64的第八边642相对于第七边641弯折成锐角，使得第四弯折部64的第八边642可对电极组件20形成斜向支撑，从而能够更好地抑制电极组件20的膨胀，同时，能够限制第四连接部65的翘曲，进一步抑制了电化学装置在电极组件20厚度方向上的膨胀，从而改善电化学装置的使用寿命和安全性。
在本申请一些实施例中，45°≤α4≤85°。示例性地，α4可为45°、50°、55°、60°、70°、80°、85°或上述任两个数值组成的范围。
进一步地，在本申请一些实施例中，50°≤α4≤85°。如此，能够抑制第四弯折部64的第七边641的上翘，降低电化学装置在第二方向Y的变形，提高电化学装置的使用安全性。
从图6中可以看出，在本申请一些实施例中，第四连接部65具有远离第四弯折部64的第四端点G，第四弯折部64的第八边642和第七边641之间具有第四拐点H，第四端点G至第四端面之间的距离为W4，W4和W满足：W4≤0.5W。基于与W1相似的机理，将W4限制于此数值范围内，有利于抑制第四弯折部64的第八边642和第四连接部65的翘曲，从而有利于减小电化学装置在电极组件20厚度方向的膨胀，提高电化学装置的使用寿命和安全性。
在本申请一些实施例中，T4≥0.001T，其中，T4为第四弯折部64的第四拐点H至电极组件20第二端面的垂直距离。如此，可为电极组件20的膨胀提供缓冲空间，抑制电化学装置在电极组件20厚度方向上的膨胀，改善电化学装置的使用寿命和安全性。
进一步地，为平衡第二框体60的约束性能和电化学装置的体积能量密度，在本申请一些实施例中，0.2W4≤L4≤0.95W4，其中，L4为第四连接部65的长度。根据公式L4=W4-T4×tanα4，基于与上述L1相似的机理，将第四连接部65的长度限定于此数值范围内，既可以维持电化学装置的体积能量密度基本不变，还能够保持第二框体60具有较好的约束性能。在本申请一些实施例中，0.4W4≤L4≤0.95W4。
为了评估本申请的电化学装置的性能，下面列举了一些具体实施例和对比例以更好地对本申请进行说明，其中，采用锂离子电池作为示例。
对比例1
正极极片的制备：采用铝箔作为正极集流体，将正极活性材料钴酸锂、导电剂导电炭黑、粘结剂聚偏氟乙烯按重量比96：2.2：1.2的比例溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，形成正极浆料，将正极浆料均匀涂覆于正极集流体上，然后经过干燥、冷压、裁切后得到正极极片。
负极极片的制备：采用铜箔作为负极集流体，将人造石墨、乙炔黑、羧甲基纤维素钠(CMC)和粘结剂丁苯橡胶按重量比96：1：1.5：1.5的比例溶于去离子水中，形成负极浆料，将负极浆料均匀涂覆于负极集流体上，然后经过干燥、冷压、裁切后得到负极极片。
隔离膜的制备：选用厚度7μm的多孔聚乙烯(PE)薄膜作为隔离膜。
电解液的制备：在含水量小于10ppm的环境下，将LiPF6和碳酸亚乙烯酯（VC）加入非水有机溶剂(碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二乙酯(DEC)：碳酸丙烯酯(PC)：丙酸丙酯(PP)＝20：30：20：30，重量比)中混合均匀，得到电解液。其中，基于电解液的质量，LiPF6的质量浓度为12.5%；VC的质量浓度为2%。
锂离子电池的制备：将多个正极极片、隔离膜、负极极片按顺序依次叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片中间起到隔离的作用，得到叠片式极片组件。极片组件沿第一方向的两端抵接有钢板作为支撑板，形成电极组件，利用弯折部的弯折角为90°的两个不锈钢框体分别沿电极组件第二方向的两端夹持电极组件，并将框体两端的连接部分别与支撑板焊接连接，得到一体化电极组件，将一体化电极组件置于钢壳壳体中，注入上述电解液，经过化成，脱气等工艺流程得到锂离子电池。
实施例1-8
与对比例1的差别仅在于调整框体各弯折部的弯折角角度大小、各连接部的长度以及各弯折部的拐点至相应电极组件端面的距离。
循环性能测试：
将锂离子电池置于25±3°C环境中，静置30分钟，使锂离子电池达到恒温后测试电池沿第一方向（极片堆叠方向）的初始厚度。将达到恒温的锂离子电池以0.5C恒流充电至电压为4.2V，然后以4.2V恒压充电至电流为0.05C，接着以1C恒流放电至电压为3.0V，此为一个充放电循环。反复进行上述充放电循环500次，停止测试，测量电池沿第一方向的厚度。
按下式计算锂离子电池的厚度膨胀率：锂离子电池沿第一方向上的厚度膨胀率R＝(循环500次后的电池厚度-电池初始厚度)/电池初始厚度×100％。
同时，将循环后的锂离子电池拆解，观察框体的弯折部是否出现沿第二方向的翘曲。
表1示出了对比例1、实施例1至实施例8的各个参数和评估结果其中，“/”表示未存在参数。
通过比较实施例1至5和对比例1可知，（α1、α2、α3、α4）＜90°的实施例1至5，锂离子电池在第一方向上具有显著降低的厚度膨胀率，表明本申请的框体结构对电极组件膨胀的抑制能力较佳。
通过比较实施例1至4与实施例5可知，随着弯折部的弯折角越来越小，容易导致弯折部的一边沿着第二方向翘曲，因此，50°≤（α1、α2、α3、α4）≤85°，有利于在抑制锂离子电池在电极组件厚度方向的膨胀的同时，进一步抑制锂离子电池在电极组件宽度方向的变形，提高锂离子电池的使用安全性。
通过比较实施例2、实施例6至8可知，随着（T1、T2、T3、T4）/T的比值越来越大，特别是（T1、T2、T3、T4）/T≥0.2%，框体对电极组件膨胀的抑制能力较佳。
基于同一技术构思，本申请实施例还提供一种电子装置，其中电子装置可以是消费类电子产品，诸如智能手表、无线耳机或者智能手机。可以理解，在本申请其他实施方式中，该电子装置还可以为电动工具、储能装置、电动汽车等。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的范围，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的变换，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保护范围内。
Claims (10)
1.一种电化学装置，其特征在于，包括壳体、第一框体以及电极组件，所述第一框体和所述电极组件均收容于所述壳体；沿第一方向，所述电极组件具有相对的第一端面和第二端面，其中所述第一方向为所述电极组件的厚度方向；所述第一框体包括第一主体部、第一连接部、第一弯折部、第二连接部以及第二弯折部，所述第一弯折部连接所述第一主体部以及所述第一连接部，所述第二弯折部连接所述第一主体部以及所述第二连接部；所述第一连接部连接于所述第一端面，所述第二连接部连接于所述第二端面；并且所述第一弯折部的弯折角α1满足：α1＜90°。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：
（1）45°≤α1≤85°；
（2）50°≤α1≤85°；
（3）所述电极组件还具有沿第二方向相对设置的第三端面和第四端面，所述第三端面与所述第一主体部相邻，其中所述第二方向为所述电极组件的宽度方向，所述第四端面远离所述第一主体部；所述第三端面与所述第四端面之间的距离为W，所述第一连接部具有远离所述第一弯折部的第一端点，沿所述第二方向，所述第一端点与所述第三端面之间的距离为W1，满足:W1≤0.5W；
（4）所述第一端面与所述第二端面之间的距离为T，所述第一弯折部具有远离所述第一端面的第一拐点，沿所述第一方向，所述第一拐点与所述第一端面之间的距离为T1，满足：T1≥0.001T。
3.根据权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：
（1）所述第一连接部沿所述第二方向的长度为L1，满足：0.2W1≤L1≤0.95W1；
（2）所述第一主体部抵接于所述第三端面。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电化学装置，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：
（1）所述第二弯折部的弯折角α2满足：α2＜90°；
（2）所述电极组件还具有沿第二方向相对设置的第三端面和第四端面，其中所述第二方向为所述电极组件的宽度方向，所述第三端面与所述第一主体部相邻，所述第四端面远离所述第一主体部；所述第三端面与所述第四端面之间的距离为W，所述第二连接部具有远离所述第二弯折部的第二端点，沿所述第二方向，所述第二端点与所述第三端面之间的距离为W2，满足:W2≤0.5W；
（3）所述第一端面与所述第二端面之间的距离为T，所述第二弯折部具有远离所述第二端面的第二拐点，沿所述第一方向，所述第二拐点与所述第二端面之间的距离为T2，满足：T2≥0.001T；
（4）所述第一框体的材料包括钢、铁、镍、铜、铝或钛中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：
（1）45°≤α2≤85°；
（2）50°≤α2≤85°；
（3）所述第二连接部沿所述第二方向的长度为L2，满足：0.2W2≤L2≤0.95W2。
6.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第二框体，所述第二框体收容于所述壳体，所述第二框体与所述第一框体共同收容所述电极组件，并且沿第二方向，所述第二框体与所述第一框体相对设置，其中所述第二方向为所述电极组件的宽度方向。
7.根据权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，所述第二框体还包括第二主体部、第三连接部、第三弯折部、第四连接部以及第四弯折部，所述第三弯折部连接所述第二主体部和所述第三连接部，所述第四弯折部连接所述第二主体部和所述第四连接部，所述第三连接部连接于所述第一端面，所述第四连接部连接于所述第二端面，所述电极组件还具有沿所述第二方向相对的第三端面和第四端面，所述第三端面与所述第一主体部相邻，所述第四端面与所述第二主体部相邻；并且满足以下条件中的至少一者：
（1）所述第三弯折部的弯折角α3满足：α3＜90°；
（2）所述第四弯折部的弯折角α4满足：α4＜90°。
8.根据权利要求7所述的电化学装置，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：
（1）45°≤α3≤85°；
（2）50°≤α3≤85°；
（3）所述第三端面与所述第四端面之间的距离为W，所述第三连接部具有远离所述第三弯折部的第三端点，沿所述第二方向，所述第三端点与所述第四端面之间的距离为W3，满足:W3≤0.5W；
（4）所述第一端面与所述第二端面之间的距离为T，所述第三弯折部具有远离所述第一端面的第三拐点，沿所述第一方向，所述第三拐点与所述第一端面之间的距离为T3，满足：T3≥0.001T；
（5）45°≤α4≤85°；
（6）50°≤α4≤85°；
（7）所述第三端面与所述第四端面之间的距离为W，所述第四连接部具有远离所述第四弯折部的第四端点，沿所述第二方向，所述第四端点与所述第四端面之间的距离为W4，满足:W4≤0.5W；
（8）所述第一端面与所述第二端面之间的距离为T，所述第四弯折部具有远离所述第二端面的第四拐点，沿所述第一方向，所述第四拐点与所述第二端面之间的距离为T4，满足：T4≥0.001T；
（9）所述第二框体的材料包括钢、铁、镍、铜、铝或钛中的至少一种；
（10）所述电极组件包括极片组件和第一支撑板，所述第一支撑板具有沿所述第一方向相对设置的第一支撑面和第二支撑面，所述第一支撑面分别与所述第一连接部以及所述第三连接部连接，所述第二支撑面抵接于所述极片组件；
（11）所述电极组件包括极片组件和第二支撑板，所述第二支撑板具有沿所述第一方向相对设置的第三支撑面和第四支撑面，所述第三支撑面分别与所述第二连接部以及所述第四连接部连接，所述第四支撑面抵接于所述极片组件。
9.根据权利要求8所述的电化学装置，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：
（1）所述第三连接部沿所述第二方向的长度为L3，满足：0.2W3≤L3≤0.95W3；
（2）所述第四连接部沿所述第二方向的长度为L4，满足：0.2W4≤L4≤0.95W4；
（3）所述第一连接部焊接固定于所述第一支撑面；
（4）所述第三连接部焊接固定于所述第一支撑面；
（5）所述第二连接部焊接固定于所述第三支撑面；
（6）所述第四连接部焊接固定于所述第三支撑面；
（7）所述第一支撑板的材料包括钢、铁、镍、铜、铝或钛中的至少一种；
（8）所述第二支撑板的材料包括钢、铁、镍、铜、铝或钛中的至少一种。
10.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的电化学装置。
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