本发明涉及储能器件领域，尤其涉及一种电芯及电化学装置。
背景技术
随着交通、通讯和信息产业的飞速发展及能源危机的日益严峻，电动车及各种便携式设备在诞生及发展的同时，对高性能的替代性能源提出了迫切需求。二次锂电池作为一种化学电源，因具有能量密度高、循环性能好及自放电率低等优势，成为替代性能源的理想选择。目前已广泛应用于笔记本电脑、智能手机、电动工具等消费类电子产品，并在近年来于电动车及储能电池等领域也取得了长足的发展和进步。
在锂电池的应用领域不断迅速成长的同时，安全性始终是锂电行业重点关注并亟待解决的关键问题，并成为了决定锂离子电池发展前景的一个重要因素。导致锂离子电池安全事故发生的原因包括电池内部短路及外部滥用行为。其中，与滥用相关的因素主要包括外部环境过热、外部短路、过充/放、以及穿刺、挤压、碰撞等机械冲击事件。按照风险等级的高低，上述安全隐患造成的安全事故可分为电池胀气、包装破裂、冒烟、起火，以及由热失控导致的爆炸等。
排除安全隐患，降低风险等级，是提高锂离子电池安全性能的有效途径。其中，增加卷绕电芯收尾部分的空白铝箔集流片和铜箔集流片的长度是目前广为应用的技术手段之一。尽管卷绕电芯收尾部分多出来的空白铝箔集流片和铜箔集流片能够环绕在电芯周围，使得在内部短路、穿刺、挤压、碰撞等场合的内部短路可有效转化为外短路，避免由于电流过大导致电池内部发生热失控，进而减少燃烧爆炸等恶劣事故的发生。但目前该技术的最大障碍是以牺牲电池的体积比能量为前提。
技术实现要素：
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电芯及电化学装置，其提高电芯的安全性能。
为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种电芯，电芯包括：第一极片、第二极片、第一极耳和第二极耳，第一极片包括第一表面空白区，包括：第一集流体，表面未设置第一活性材料层；第二极片与第一极片极性相反且包括：第二表面空白区，包括：第二集流体，表面未设置第二活性材料层。第一极耳电连接于所述第一集流体，第二极耳连接于所述第二集流体；沿宽度方向，所述第一极耳与所述第二极耳的距离为1mm～5mm。
为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种电化学装置，其包括根据本发明第一方面所述的电芯。
本发明的有益效果如下：在本发明中，第一极耳沿宽度方向向第一表面空白区的宽度方向的相对的两个横向边缘延伸并且宽度方向的处于外侧的一个侧缘靠近第一表面空白区的相应一个横向边缘，而且第一极耳沿长度方向向第一表面空白区的长度方向的两个相对的纵向边缘延伸且长度方向的两外侧缘分别靠近第一表面空白区的两个纵向边缘；和/或第二极耳沿宽度方向向第二表面空白区的宽度方向的相对的两个横向边缘延伸且宽度方向的处于外侧的一个侧缘靠近第二表面空白区的相应一个横向边缘，而且第二极耳沿长度方向向第二表面空白区的长度方向的两个相对的纵向边缘延伸且长度方向的两外侧缘分别靠近第二表面空白区的两个纵向边缘。由此，相对于现有的电芯，本发明的电芯的第一极耳和/或第二极耳的长度和宽度进行了加长和加宽，当电芯发生机械冲击(例如，穿刺、挤压、碰撞等)时，加长和加宽的第一极耳和/或第二极耳变形刺破该第一极耳和第二极耳之间的隔离膜，使第一集流体和第二集流体电连接，从而把电芯内部发生的内短路转化成一种电芯外部短路现象，使得电芯内部由于内短路导致的不可控热失控转化成温和的可控外短路，降低燃烧爆炸等恶劣事故的发生风险，大大提高电芯的安全性能。
附图说明
图1为现有的电芯的平面图；
图2为沿图1的a-a线观察到的部分立体图，其中为了清楚起见，第二极耳的部分轮廓以虚线简化示出；
图3为沿图2的简化俯视图，其中为了清楚起见，第二极片的轮廓以虚线简化示出；
图4为根据本发明的电芯的平面图；
图5为沿图4的b-b线观察到的部分立体图，其中为了清楚起见，第二极耳的部分轮廓以虚线简化示出；
图6为沿图5的简化俯视图，其中为了清楚起见，第二极片的轮廓以虚线简化示出；
图7为与图6类似的替代实施例的视图；
图8为与图7类似的替代实施例的视图；
图9为与图8类似的替代实施例的视图；
图10为与图9类似的替代实施例的视图；
图11为与图10类似的替代实施例的视图；
图12为与图11类似的替代实施例的视图；
图13为与图12类似的替代实施例的视图；
图14为与图13类似的替代实施例的视图；
图15为与图14类似的替代实施例的视图；
图16为与图15类似的替代实施例的视图；
图17为与图16类似的替代实施例的视图。
其中，附图标记说明如下：
1第一极片3第一极耳
11第一集流体31侧缘
s11表面32外侧缘
b11第一表面空白区4第二极耳
te11横向边缘41侧缘
le11纵向边缘42外侧缘
12第一活性材料层5隔离膜
2第二极片w宽度方向
21第二集流体l长度方向
s21表面t厚度方向
b21第二表面空白区p1第一突出部
te21横向边缘p2第二突出部
le21纵向边缘r1第一凹入部
22第二活性材料层r2第二凹入部
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的电芯及电化学装置。
首先说明根据本发明第一方面的电芯。
参照图3至图15，根据本发明第一方面的电芯包括：第一极片1，包括第一集流体11和选择性地设置在第一集流体11的表面s11上的含有第一活性材料的第一活性材料层12；第二极片2，与第一极片1极性相反，包括第二集流体21和选择性地设置在第二集流体21的表面s21上的含有第二活性材料的第二活性材料层22；第一极耳3，设置于且电连接于第一极片1的第一集流体11；第二极耳4，设置于且电连接于第二极片2的第二集流体21；以及隔离膜5，设置于第一极片1和第二极片2之间。第一集流体11的表面s11存在未设置有第一活性材料层12的部分且该部分定义为第一表面空白区b11；第二集流体21的表面s21存在未设置有第二活性材料层22的部分且该部分定义为第二表面空白区b21；第一极耳3设置于第一表面空白区b11而第二极耳4设置于第二表面空白区b21；第一极耳3沿宽度方向w向第一表面空白区b11的宽度方向w的相对的两个横向边缘te11延伸并且宽度方向w的处于外侧的一个侧缘31靠近第一表面空白区b11的相应一个横向边缘te11，而且第一极耳3沿长度方向l向第一表面空白区b11的长度方向l的两个相对的纵向边缘le11延伸且长度方向l的两外侧缘32分别靠近第一表面空白区b11的两个纵向边缘le11；和/或第二极耳4沿宽度方向w向第二表面空白区b21的宽度方向w的相对的两个横向边缘te21延伸且宽度方向w的处于外侧的一个侧缘41靠近第二表面空白区b21的相应一个横向边缘te21，而且第二极耳4沿长度方向l向第二表面空白区b21的长度方向l的两个相对的纵向边缘le21延伸且长度方向l的两外侧缘42分别靠近第二表面空白区b21的两个纵向边缘le21；第一极耳3和第二极耳4在宽度方向w上相互隔开，且第一极耳3和第二极耳4之间存在有隔离膜5。当电芯发生机械冲击时，第一极耳3和第二极耳4变形刺破该第一极耳3和第二极耳4之间的隔离膜5，以使第一集流体11和第二集流体21电连接。在需要说明的是，“和/或”的术语的使用体现了第一极耳3设置于第一表面空白区b11(即第一集流体11)和第二极耳4设置于第二表面空白区b21(即第二集流体21)之间的相互关系。具体地，因为第一极耳3可以与第一集流体11一体成型或分体成型而第二极耳4可以与第二集流体21一体成型或分体成型，所以，当第一极耳3与第一集流体11一体成型时，第二极耳4必须与第二集流体21分体成型；第二极耳4与第二集流体21一体成型时，第一极耳3必须与第一集流体11分体成型；第一极耳3与第一集流体11分体成型且第二极耳4与第二集流体21可分体成型。但是，第一极耳3与第一集流体11一体成型且第二极耳4与第二集流体21一体成型不能同时存在。
在此说明的是，第一活性材料层12选择性地设置在第一集流体11的表面s11上指的是在第一集流体11的一个表面s11上整个设置第一活性材料层12、或者在第一集流体11的一个表面s11上部分设置第一活性材料层12。同样地，第二活性材料层22选择性地设置在第二集流体21的表面s21上指的是在第二集流体21的一个表面s21上整个设置第二活性材料层22或在第二集流体21的一个表面s21上部分设置第二活性材料层22。当然，只要存第一集流体11的表面s11存在未设置有第一活性材料层12的部分而第二集流体21的表面s21存在未设置有第二活性材料层22的部分，且这两部分相邻且相对即可。
在此需要说明的是，第一集流体11和第二集流体21之间的电连接可以是第一集流体11的设置第一极耳3的第一表面空白区b11和第二集流体21设置第二极耳4的第二表面空白区b21直接接触，也可以是设置第一极耳3和第二集流体21设置第二极耳4的第二表面空白区b21直接接触，也可以是第一集流体11的设置第一极耳3的第一表面空白区b11和第二极耳4直接接触，也可以是第一极耳3和第二极耳4接触。
相对于现有的电芯(参照图1至图3)，本发明的电芯(参照图4至图17)的第一极耳3和第二极耳4的长度和宽度分别进行了加长和加宽，当电芯发生机械冲击(例如，穿刺、挤压、碰撞等)时，加长和加宽的第一极耳3和第二极耳4变形刺破该第一极耳3和第二极耳4之间的隔离膜5，使第一集流体11和第二集流体21电连接，从而把电芯内部发生的内短路转化成一种电芯外部短路现象，使得电芯内部由于内短路导致的不可控热失控转化成温和的可控外短路，降低燃烧爆炸等恶劣事故的发生风险，大大提高电芯的安全性能。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，第一极片1可为正极极片或负极极片，第一极片1的第一集流体11相应地为正极集流体或负极集流体，第一极耳3相应地为正极极耳或负极极耳；第二极片2相应地为负极极片或正极极片，第二极片2的第二集流体21相应地为负极集流体或正极集流体，第二极耳4相应地为负极极耳或正极极耳。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，负极集流体可为铜箔，负极极耳可为镍片。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，正极集流体可为铝箔，正极极耳可为铝片。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，参照图4，所述电芯为卷绕式电芯，第一集流体11的设置第一极耳3的第一表面空白区b11和第二集流体21的设置第二极耳4的第二表面空白区b21位于卷绕式电芯的卷绕起始处(参照图4和图5)、卷绕收尾处(未示出)、除卷绕起始处和卷绕收尾处外的部分(未示出)。尽管附图仅示出了第一集流体11的设置第一极耳3的第一表面空白区b11和第二集流体21的设置第二极耳4的第二表面空白区b21位于卷绕式电芯的卷绕起始处的情况，但是本发明并不限于此，可根据实际情况决定第一集流体11的设置第一极耳3的第一表面空白区b11和第二集流体21的设置第二极耳4的第二表面空白区b21的位置。在一实施例中，参照图4和图5，在卷绕起始处，第一集流体11在设置第一极耳3的位置处在两面均未设置有第一活性材料层12(即两面均有第一表面空白区b11)，第二集流体21在设置第二极耳4的位置处在两面均未设置有第二活性材料层22(即两面均有第二表面空白区b21)。但是本发明不限于此，第一集流体11在设置第一极耳3的位置处也可为一个表面未设置有第一活性材料层12，第二集流体21在设置第二极耳4的位置处也可为一个表面未设置有第二活性材料层22，只需满足第一集流体11的表面s11存在未设置有第一活性材料层12的部分而第二集流体21的表面s21存在未设置有第二活性材料层22的部分，且这两部分相邻且相对即可。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，所述电芯为叠片式电芯(未示出)，第一集流体11在设置第一极耳3的位置处在两面均未设置有第一活性材料层12，第二集流体21在设置第二极耳4的位置处在两面均未设置有第二活性材料层22。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，所述电芯为卷加叠式电芯(未示出)，以卷绕为起始时，第一集流体11的设置第一极耳3的第一表面空白区b11和第二集流体21的设置第二极耳4的第二表面空白区b21位于卷绕起始处，且第一集流体11在设置第一极耳3的位置处在两面均未设置有第一活性材料层12，第二集流体21在设置第二极耳4的位置处在两面均未设置有第二活性材料层22。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，所述电芯为卷加叠式电芯，以层叠为起始时，第一集流体11的设置第一极耳3的第一表面空白区b11和第二集流体21的设置第二极耳4的第二表面空白区b21位于卷绕收尾处，且第一集流体11在设置第一极耳3位置处在两面均未设置有第一活性材料层12，未第二集流体21在设置第二极耳4位置处在两面均未设置有第二活性材料层22。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，第一极耳3可焊接于第一极片1的第一集流体11或通过对第一极片1的第一集流体11进行裁切形成；和/或第二极耳4可焊接于第二极片2的第二集流体21或通过对第二极片2的第二集流体21进行裁切形成。但是需要注意的是，第一极耳3和第二极耳4二者不能同时通过裁切形成。换句话说，第一极耳3裁切形成时，第二极耳4通过焊接形成；第二极耳4裁切形成时，第一极耳3通过焊接形成。但是第一极耳3和第二极耳4二者可以均通过焊接形成。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，第一极耳3和第二极耳4的厚度为tt，则5μm≤tt≤100μm；第一极耳3和第二极耳4的长度为lt，则10mm≤lt≤500mm；第一极耳3和第二极耳4的宽度为wt，则2mm≤wt≤250mm。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，第一极耳3的宽度方向w的处于外侧的所述一个侧缘31与第一表面空白区b11的所述相应一个横向边缘te11之间的距离最小为3mm。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，第一极耳3的长度方向l的各外侧缘32与第一表面空白区b11的相应一个纵向边缘le11之间的距离最小为3mm。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，第二极耳4的宽度方向w的处于外侧的所述一个侧缘41与第二表面空白区b21的所述相应一个横向边缘te21之间的距离最小为3mm。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，第二极耳4的长度方向l的各外侧缘42与第二表面空白区b21的相应一个纵向边缘le21之间的距离最小为3mm。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，第一极耳3的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘31与第二极耳4的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘41在宽度方向w上的距离可为1mm～5mm。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，参照图8，第一极耳3的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘31和第二极耳4的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘41可分别设置有多个形成齿状形状且凹凸配合的第一突出部p1和第二凹入部r2。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，参照图7、图11至图17，第一极耳3的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘31和第二极耳4的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘41可分别设置有多个形成齿状的形状且凹凸配合的第一凹入部r1和第二突出部p2。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，参照图9，第一极耳3的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘31和第二极耳4的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘41可分别设置有多个形成齿状形状且间隙配合的第一突出部p1和第二突出部p2。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，参照图10，第一极耳3的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘31和第二极耳4的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘41可分别设置有多个形成齿状形状且间隙配合的第一凹入部r1和第二凹入部r2。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，第一极耳3和设置于第一极耳3的第一突出部p1或第一凹入部r1可一体成型；第二极耳4和设置于第二极耳4的第二突出部p2或第二凹入部r2可一体成型。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，第一突出部p1、第一凹入部r1、第二突出部p2、第二凹入部r2的形状为长方形(参照图7至图10)、正方形(参照图11和图12)、三角形(参照图15)、半圆形(参照图16)、梯形(参照图17)、超过四个边的多边形(参照图13和图14，其为带底座的金字塔形)中的一种。第一突出部p1、第一凹入部r1、第二突出部p2、第二凹入部r2的形状不限于附图中示出的例子，可根据本发明的精神和主旨做出改变。
在根据本发明第一方面的电芯的一实施例中，第一极耳3的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘31与第二极耳4的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘41中的至少一个为平的。在一实施例中，参照图5和图6，第一极耳3的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘31与第二极耳4的宽度方向w的处于内侧的一个侧缘41都是平的。
接下来说明根据本发明第二方面的电化学装置。
根据本发明第二方面的电化学装置包括根据本发明第一方面所述的电芯。
在根据本发明第二方面的电化学装置的一实施例中，所述电化学装置可为电池或电容器。