CN215896641U - 电化学装置及电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电化学装置和电子装置，所述电化学装置包括正极极片、负极极片以及设置在正极极片与负极极片之间的隔膜，两层隔膜之间且负极极片超出正极极片的空间为填充区域，填充区域设有保液层。本申请提供的电化学装置和电子装置，通过在两层隔膜之间且负极极片超出正极极片的填充区域设置保液层，一方面，保液层可通过孔隙结构和表面张力存储部分电解液，提升电极组件边缘区域的局部保液量，改善涨液问题和边缘界面问题；另一方面，保液层填充极片间隙能够提升电极组件边缘平整度，从而缓解边缘界面问题；此外，保液层能覆盖和阻隔正极极片的毛刺，降低因正极极片的毛刺连通正极极片和负极极片而造成的短路风险，提升了安全性能。

Description

电化学装置及电子装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电化学装置及电子装置。

背景技术

锂离子电池是当今社会非常重要的能源中间载体，可移动电子设备几乎离不开它，比如手机、笔记本电脑、手表、无线耳机等。业界对锂离子电池的总体追求是更高的能量密度、更快的充电速度、更长的使用寿命以及更可靠的安全性。界面问题(析锂、黑斑等)常常会缩短锂离子电池的使用寿命，同时造成安全隐患。界面问题通常出现在边缘、拐角等容易产生结构缺陷(间隙或挤压等)的地方，这些地方也容易出现局部电解液不足的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提出一种可缓解界面问题的电化学装置和电子装置。

本申请一实施方式提供的技术方案是：一种电化学装置，包括壳体和收容于所述壳体内的电极组件，所述电极组件包括正极极片、负极极片以及设置在所述正极极片与所述负极极片之间的隔膜。所述正极极片包括正极极耳，所述负极极片包括负极极耳。两层隔膜之间且所述负极极片超出所述正极极片的空间为填充区域，所述填充区域设有保液层。

在所述填充区域设置保液层，一方面，保液层在后续电化学装置中注入电解液时能够吸附存储部分电解液，提升电极组件边缘区域的局部保液量，避免极片边缘出现电解液不足的情形，同时改善涨液(电解液过多或分布不均导致电化学装置表面不平整甚至电解液溢出的现象)问题；另一方面，通过保液层填充极片间隙，提升了电极组件边缘平整度。提升电极组件边缘区域的局部保液量以及提升电极组件边缘平整度，都能缓解电极组件边缘界面问题。并且，保液层能够覆盖和阻隔正极极片的毛刺，降低因正极极片的毛刺连通正极极片和负极极片而造成的短路风险，提升电化学装置的安全性能。

一种实施方式中，所述正极极耳和所述负极极耳伸出所述壳体的方向为第一方向，沿所述第一方向，所述负极极片的长度大于所述正极极片的长度。

一种实施方式中，沿所述第一方向，所述保液层包括第一边缘和第二边缘，所述第一边缘与所述正极极片的第一端部相接触。沿所述第一方向，所述负极极片包括第二端部，所述第二边缘不超过所述第二端部。如此，既能保证电化学装置的能量密度，提升电极组件边缘的平整度，又能使保液层存储一定量的电解液。

一种实施方式中，所述保液层具有多孔结构。所述多孔结构能让电解液自由通过，且能通过孔隙和表面张力作用存储部分电解液。

一种实施方式中，所述保液层包括以下材料中的至少一种：聚乙烯、聚丙烯、陶瓷、无纺布、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺或聚酯类物质。所述保液层选用绝缘材料，以免影响正极极片的电化学性能。

一种实施方式中，所述陶瓷包括勃姆石、三氧化二铝或氧化镁中的至少一种。

一种实施方式中，所述电极组件由所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片卷绕而成。

一种实施方式中，所述电极组件由所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片堆叠而成。

本申请还提供一种电子装置，其包括如上所述的电化学装置。

本申请提供的电化学装置和电子装置，通过在两层隔膜之间且负极极片超出正极极片的填充区域设置保液层，一方面，保液层可通过孔隙结构和表面张力吸收存储部分电解液，提升电极组件边缘区域的局部保液量，避免极片边缘出现电解液不足的情形，改善涨液问题和边缘界面问题；另一方面，通过保液层填充极片间隙，提升了电极组件边缘平整度，从而缓解边缘界面问题；此外，保液层能够覆盖和阻隔正极极片的毛刺，降低因正极极片的毛刺连通正极极片和负极极片而造成的短路风险，提升电化学装置的安全性能。

附图说明

图1为本申请一实施方式提供的电化学装置的正视图。

图2为本申请一实施方式提供的电极组件的结构示意图。

图3为本申请另一实施方式提供的电极组件的结构示意图。

图4为图1中沿O-O横切的局部剖视图(未示出保液层)。

图5为图1中沿O-O横切的局部剖视图。

图6为图1中电化学装置的仰视图。

图7为图1中电化学装置另一视角的结构示意图。

图8为现有技术中无保液层时的边缘保液示意图。

图9为本申请一实施方式提供的电化学装置的边缘保液示意图。

主要元件符号说明

电化学装置 100

壳体 10

电极组件 30

正极极片 301

负极极片 303

隔膜 305

正极极耳 51

负极极耳 52

填充区域 70

保液层 90

第一边缘 91

第二边缘 92

正极集流体 3011

正极活性物质层 3012

第一端部 3013

负极集流体 3031

负极活性物质层 3032

第二端部 3033

电解液 20

第一方向 X

第二方向 Y

厚度方向 Z

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请实施例。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请实施例。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

将理解，当一层被称为“在”另一层“上”时，它可以直接在该另一层上或者可以在其间存在中间层。相反，当一层被称为“直接在”另一层“上”时，不存在中间层。

另外，在本申请中如涉及“第一”“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图3，本申请提供一种电化学装置100，其包括壳体10和收容于所述壳体10内的电极组件30。电极组件30包括正极极片301、负极极片303以及设置在正极极片301与负极极片303之间的隔膜305。正极极片301包括正极极耳51，负极极片303包括负极极耳52。本申请中，定义正极极耳51和负极极耳52伸出壳体10的方向为第一方向X，垂直于第一方向X的方向为第二方向Y，电化学装置100的厚度方向Z同时垂直于第一方向X和第二方向Y。可以理解，第一方向X可以是电化学装置100的长度方向，也可以是电化学装置100的宽度方向。例如，当第一方向X为电化学装置100的长度方向时，第二方向Y则为电化学装置100的宽度方向，反之亦然。

请参阅图2，一些实施方式中，电极组件30可由正极极片301、隔膜305和负极极片303卷绕而成。请参阅图3，一些实施方式中，电极组件30也可由正极极片301、隔膜305和负极极片303堆叠而成，本申请并不作限制。

请参阅图4，正极极片301包括正极集流体3011和设于正极集流体3011表面的正极活性物质层3012。正极集流体3011的材质包括但不限于铝箔等，正极活性物质层3012可包括但不仅限于钴酸锂或磷酸铁锂或三元材料以及导电剂等的混合物。负极极片303包括负极集流体3031和设于负极集流体3031表面的负极活性物质层3032。负极集流体3031的材质包括但不限于铜箔等，负极活性物质层3032可包括但不仅限于石墨或硬碳或硅材料、导电剂、粘结剂等的混合物。隔膜305通常包括基材(PE聚乙烯或PP聚丙烯薄膜)以及涂在基材上的陶瓷层和粘结剂层。电化学装置100还包括电解液(图未示)，电解液的作用是在正极极片301和负极极片303之间形成离子通道，传导离子，其通常可由但不仅限于锂盐(例如，六氟磷酸锂等)和有机溶剂(例如，碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯等)组成。

请参阅图4和图5，沿第一方向X，负极极片303的长度大于正极极片301的长度。本申请中，正极极片301沿第一方向X包括第一端部3013，第一端部3013与负极极片303沿第一方向X超出正极极片301的部分围成的空间中位于两层隔膜305之间的区域定义为填充区域70。

本申请通过在填充区域70设置保液层90，能够提高电化学装置100整体的平整度，提升边缘的保液量，从而减少边缘的界面问题，同时有助于缓解涨液问题并提升安全性能。

如图5所示，沿第一方向X，保液层90包括第一边缘91和第二边缘92，正极极片301包括第一端部3013，负极极片303包括第二端部3033。沿第一方向X，第一边缘91与第一端部3013相接触，第二边缘92不超过第二端部3033。如此设置，保液层90的体积或质量适中，既能保证电化学装置100的能量密度，又能使保液层90存储一定量的电解液。保液层90可在卷绕或者叠片完成后，通过注射或喷涂的方式形成于填充区域70，也可在卷绕或者叠片之前通过涂覆的方式形成于正极极片301的第一端部3013。图5中示出了沿第一方向，正极极片301的两端分别都设有保液层90的情况，可以理解，保液层90也可只设置于正极极片301沿第一方向X的其中一个端部。

进一步地，保液层90具有多孔结构，多孔结构包括但不限于如下类型：海绵状、纺织结构、蓬松棉花状结构、纤维团聚等。所述多孔结构能让电解液自由通过，且能通过孔隙和表面张力作用存储部分电解液，从而提升了边缘的保液量，进而减少边缘的界面问题，同时有助于缓解涨液问题。

请参阅图6，为从图1所示的电化学装置100的底部所观察到的结构示意图。图6中，正极极片301被保液层90完全覆盖，正极极片301不能被观察到。沿厚度方向Z，保液层90的两侧各有一层隔膜305，隔膜305背离与其接触的保液层90的一侧则是负极极片303。

请参阅图7，为从图1所示的电化学装置100另一角度所观察到的结构示意图。从图7中可以看出，保液层90设置在第一方向X上正极极片301比负极极片303短(窄)的区域。保液层90的厚度大致等于正极极片301的厚度，不会导致正极极片301两侧(图7中为厚度方向Z的上下两侧)的负极极片303变形。

以下将进一步说明保液层90是如何发挥作用缓解边缘界面问题的。

图8中示出了现有技术中(没有本申请所述保液层90)的初始保液情形，电解液20仅能依靠表面张力作用填充正极极片301沿第一方向X端部的部分空隙。随着电化学装置100不断被充电和放电，部分电解液20会慢慢进入正极极片301和负极极片303(极片膨胀)，还有一部分电解液20会被消耗分解。最后，填充于正极极片301沿第一方向X第一端部3013的部分空隙的这部分电解液20消失(电解液20被消耗以后的情形如图4所示)。极端情况下(例如，电化学装置100的结构存在问题、隔膜305粘结力不强等)，边缘的正极极片301和负极极片303之间没有足够的电解液20形成离子通道，从而导致界面问题(析锂、黑斑等)，严重的时候会影响电化学装置100的电学性能、尺寸和安全性能。

请参阅图9，为设有本申请所述保液层90时的初始保液情形。正极极片301沿第一方向X的端部的空隙被保液层90和电解液20充分填充，保液层90内部吸附储存了部分电解液20，并且在保液层90的外侧因为表面张力作用形成了和图8一样的月牙形电解液20。其有益效果是，一方面，电化学装置100储存了更多的电解液20(位于保液层90的多孔结构中)，降低了在相同保液量的情况下涨液的程度；另一方面，在电化学装置100寿命周期的后期，外部游离的电解液20基本消失，保液层90中吸收保存的电解液20足以保证边缘的正极极片301和负极极片303之间能够形成良好的离子通路，确保边缘界面良好，从而保证电化学装置的电性能、尺寸和安全性能。

保液层90选用绝缘材料，以免影响正极极片301的电化学性能。一些实施例中，保液层90可包括以下材料中的至少一种：聚乙烯、聚丙烯、陶瓷、无纺布、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酰胺、聚酰亚胺或聚酯类物质。上述材料具有一定弹性，使保液层90的厚度可匹配正极极片301的厚度，不会导致两侧的负极极片303变形。

进一步地，所述陶瓷包括勃姆石、三氧化二铝或氧化镁中的至少一种。

本申请还提供一种电子装置，其包括如上所述的电化学装置，所述电化学装置为电子装置供电。

以上说明是本申请一些具体实施方式，但在实际的应用过程中不能仅仅局限于这些实施方式。对本领域的普通技术人员来说，根据本申请的技术构思做出的其他变形和改变，都应该属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种电化学装置，包括壳体和收容于所述壳体内的电极组件，所述电极组件包括正极极片、负极极片以及设置在所述正极极片与所述负极极片之间的隔膜，所述正极极片包括正极极耳，所述负极极片包括负极极耳，其特征在于，所述正极极耳和所述负极极耳伸出所述壳体的方向为第一方向，两层隔膜之间且所述负极极片超出所述正极极片的空间为填充区域，所述填充区域设有保液层。

2.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，沿所述第一方向，所述负极极片的长度大于所述正极极片的长度。

3.如权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，沿所述第一方向，所述保液层包括第一边缘和第二边缘，所述第一边缘与所述正极极片的端部相接触；沿所述第一方向，所述负极极片包括第二端部，所述第二边缘不超过所述第二端部。

4.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述保液层具有多孔结构。

5.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述保液层包括以下材料中的一种：聚乙烯、聚丙烯、陶瓷、无纺布、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺或聚酯类物质。

6.如权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，所述陶瓷包括勃姆石、三氧化二铝或氧化镁中的一种。

7.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电极组件由所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片卷绕而成。

8.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电极组件由所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片堆叠而成。

9.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的电化学装置。

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