一种电化学装置及用电装置的制作方法

1.本技术涉及电池技术领域，特别是涉及一种电化学装置及用电装置。


背景技术：

2.目前，电池广泛地运用于手机、平板、笔记本电脑等电子产品中。
3.由于在某些应用场景下，单个电池单体并不能够实现期望功率的输出；因此，通常将多个电池单体相互串联、并联或混联，以使得该多个电池单体共同配合而实现期望功率的输出。
4.然而，将多个电池单体串联、并联或混联虽然能够提高输出功率，但是整个电池组的能量密度却较低。因此，同袋串联/并联电池的设计被提出，同袋串联/并联电池包括壳体以及设置于同一壳体内的多个电极组件，串联/并联的电极组件之间可通过隔板分隔开。然而，该类电池的安全性仍存在不足，有待进一步改善。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本技术提供了一种电化学装置及用电装置，以改善同袋串联/并联电池的安全性。
6.根据本技术的一个方面，提供了一种电化学装置，该电化学装置包括第一壳体、第二壳体、隔离件、第一电极组件和第二电极组件。所述隔离件位于第一壳体和第二壳体之间，所述电化学装置于所述第一壳体与所述隔离件之间设有第一腔体，所述电化学装置于所述第二壳体与所述隔离件之间设有第二腔体，所述第一电极组件设于所述第一腔体，所述第二电极组件设于所述第二腔体。此外，所述隔离件包括基材层，所述基材层的玻璃化转变温度为tg，且tg≥45℃。一方面，基材层的材质为绝缘的聚合物材料，能够避免基材层为金属时，导致极耳与基材层接触引发腐蚀、短路的风险，从而提高电化学装置的安全性能；另一方面，tg≥45℃，此时，基材层在常温下具有良好的结晶性，能够抑制隔离件两侧电解液溶剂的相互渗透，降低电解液在高电压下导通导致溶剂分解产气的风险，从而进一步提高电化学装置的安全性。
7.在一种可选的方式中，所述基材层的熔点为tm，且tm≥250℃。此时，基材层在高温下能够维持良好的形态，保证隔离件的隔绝性。
8.在一种可选的方式中，所述基材层的弹性模量为e，且e≥1.8gpa。在一种可选的方式中，所述基材层的拉伸强度为s，且s≥50n/15mm。此时，基材层具有良好的结构强度，降低其在受到冲击过程中破裂的风险，提高电化学装置的安全性。
9.在一种可选的方式中，tg≥80℃。此时，电化学装置在高温下，基材层仍具有良好的结晶性，从而抑制隔离件两侧电解液的渗透，进一步提高电化学装置在高温下的安全性。在一种可选的方式中，tg≥110℃。
10.在一种可选的方式中，所述隔离件还包括位于所述基材层表面的封装层。
11.在一种可选的方式中，所述电化学装置满足下列条件中的至少一者：(a)所述隔离
件还包括粘结层，所述粘结层位于所述基材层和所述封装层之间，(b)所述封装层包括聚丙烯、改性聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物或乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中的至少一种，(c)所述封装层的厚度为15μm至60μm。
12.在一种可选的方式中，所述基材层包括第一聚合物，所述第一聚合物的分子结构中包括苯环或萘环中的至少一种。苯环和萘环由于为刚性基团，因而，能够提高基材层的结晶性，进而抑制隔离件两侧电解液的渗透，提高电化学装置的安全性。
13.在一种可选的方式中，所述第一聚合物包括聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或上述物质的衍生物中的至少一种。
14.在一种可选的方式中，所述电化学装置满足下列条件中的至少一者：(d)所述隔离件的厚度为35μm至145μm；(e)所述基材层的厚度为4μm至25μm。
15.在一种可选的方式中，所述基材层在25℃的结晶度为c，且c≥50％。此时，基材层能够更好地抑制电解液溶剂的渗透，降低电解液在高电压下导通的风险，从而进一步提高电化学装置的安全性。
16.根据本技术的另一个方面，提供了一种用电装置，该用电装置包括如上所述的电化学装置。
17.本技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本技术通过设置隔离件包括基材层，基材层的玻璃化转变温度为tg，且tg≥45℃，一方面，基材层的材质为绝缘的聚合物材料，能够避免基材层为金属时，导致极耳与基材层接触引发腐蚀、短路的风险，从而提高电化学装置的安全性能；另一方面，tg≥45℃，此时，基材层在常温下具有良好的结晶性，能够抑制隔离件两侧电解液溶剂的相互渗透，降低电解液在高电压下导通导致溶剂分解产气的风险，从而进一步提高电化学装置的安全性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术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。
19.图1是本技术实施例电化学装置的整体结构示意图；
20.图2是本技术实施例电化学装置的整体结构爆炸一角度示意图；
21.图3是本技术实施例电化学装置的整体结构爆炸另一角度示意图；
22.图4是本技术实施例电化学装置的外壳和隔离件侧面结构示意图；
23.图5是图1中a-a截面剖视图；
24.图6是图5中b处结构放大示意图；
25.图7是本技术电化学装置的另一实施例的外壳和隔离件侧面结构示意图；
26.图8是本技术实施例用电装置的结构示意图。
具体实施方式
27.为了便于理解本技术，下面结合附图和具体实施例，对本技术进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连
接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
28.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本技术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，不是用于限制本技术。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.此外，下面所描述的本技术不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
30.请参阅图1、图2和图6，电化学装置1包括第一壳体100、第二壳体200、隔离件300、第一电极组件400和第二电极组件500。其中，第一壳体100与第二壳体200共同围合形成该电化学装置1整体的外壳部分。所述隔离件300设于所述第一壳体100和第二壳体200之间。该电化学装置1于第一壳体100与隔离件300之间设有第一腔体101、第二壳体200与隔离件300之间设有第二腔体102。第一电极组件400设于上述第一腔体101，第二电极组件500设于上述第二腔体102。为便于较好地理解电化学装置1的具体结构，以下对第一壳体100、第二壳体200、隔离件300、第一电极组件400、第二电极组件500作具体说明。
31.对于上述第一壳体100和第二壳体200，如图2和图3所示，第一壳体100与第二壳体200之间沿图示第一预设方向x相对设置，并在两者之间共同限定出一收容空间。第一壳体100整体近似盒状结构，其包括第一腔体部110与第一周缘部120。其中，第一腔体部110朝向背离第二壳体200的一侧凹陷而形成一凹腔。具体地，该第一腔体部110包括第一底壁以及自第一底壁的边缘沿上述第一预设方向x延伸形成的第一侧壁，该第一底壁与第一侧壁共同围成上述凹腔；该第一腔体部110的凹腔朝向第二壳体200设置。第一周缘部120呈薄片状结构，其环绕第一腔体部110设置；该第一周缘部120自第一腔体部110敞开的一端向外延伸形成。同理，第二壳体200亦是整体近似盒状结构，其包括第二腔体部210与第二周缘部220。其中，第二腔体部210朝向背离第一壳体100的一侧凹陷而形成一凹腔。本实施例中，该第二腔体部210包括第二底壁以及自第二底壁的边缘沿上述第一预设方向x延伸形成的第二侧壁，该第二底壁与第二侧壁共同围成第二腔体部210的凹腔；该第二腔体部210的凹腔朝向第一壳体100设置。第二周缘部220呈薄片状结构，其环绕第二腔体部210设置；该第二周缘部220自第二腔体部210敞开的一端向外延伸形成。在本实施例中，第一壳体100与第二壳体200为各自独立的两个结构，第一腔体部110与第二腔体部各自的凹腔分别通过冲压形成，该第一壳体100与第二壳体200分别与上述隔离件300固定。可以理解的是，在本技术的其他实施例中，第一壳体100与第二壳体200亦可以是一体成型；具体地，同一薄片状结构在冲压出两凹腔之后进行翻折，以形成上述相对设置的第一壳体100与第二壳体200。
32.至于第一壳体100与第二壳体200的材料，其实则是多样的。以第一壳体100为例，如图4所示，本实施例中，第一壳体100包括层叠设置的第一绝缘物质层130、第一金属层140以及第二绝缘物质层150。沿第一壳体100的片材的厚度方向，第一金属层140设于上述第一绝缘物质层130与第二绝缘物质层150之间，第二绝缘物质层150面向上述隔离件300设置。可选地，第一金属层140的材料包括铝，第一绝缘物质层130和/或第二绝缘物质层150的材料包括聚丙烯；当然，本技术的其他实施例亦可以在此基础上作出适应性变形，例如，第一金属层140包括铝合金、铜合金等材料，第一绝缘物质层130和/或第二绝缘物质层150包括
改性聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物或乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中的至少一种。第二壳体200包括第三绝缘物质层230、第二金属层240以及第四绝缘物质层250。沿第二壳体200的片材的厚度方向，第二金属层240设于上述第三绝缘物质层230与第四绝缘物质层250之间，第四绝缘物质层250面向上述隔离件300设置，第二壳体200的选材与第一壳体100基本相同，在此则不详述。
33.对于上述隔离件300，请参阅图5与图6，其分别示出了该电化学装置1沿a-a线的剖切示意图以及该电化学装置1于b处的局部放大示意图，该隔离件300设置于上述第一壳体100与第二壳体200之间，以使该隔离件300对第一壳体100及第二壳体200围成的收容空间进行分隔，进而形成分别位于沿上述厚度方向分别位于隔离件300两侧的第一腔体101以及第二腔体102；即是，该电化学装置1于隔离件300的两侧分别设有上述第一腔体101与第二腔体102。其中，隔离件300与第一壳体100共同围成上述第一腔体101，隔离件300与第二壳体200共同围成上述第二腔体102。具体地，隔离件300呈薄片状结构，其包括隔离部与封装部。其中，隔离部容置于上述收容空间内部，其与上述第一腔体部110相对设置。封装部则环绕隔离部设置，其位于上述第一周缘部120与第二周缘部220之间；封装部分别与第一周缘部120及第二周缘部220之间固定连接。可选的，封装部与第一周缘部120以及第二周缘部220之间的固定连接方式可为热熔固定、胶水固定等连接方式。
34.在一些实施例中，如图4所示，所述隔离件300包括基材层310和封装层320，所述封装层320位于基材层310的表面。隔离件300通过该封装层320而与上述第一壳体100热熔固定；本实施例中，该封装层320还与上述第二壳体200热熔固定，此时，封装层320位于所述基材层310的两个表面。如此，则可在包括隔离件300、第一壳体100以及第二壳体200在固定的同时，还对第一壳体100、第二壳体200的边缘进行密封。可选的，所述封装层320的材质包括聚丙烯、改性聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物或乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中的至少一种。可选的，单侧封装层320的厚度为15μm至60μm，单侧封装层指的是位于基材层310一表面的封装层，该表面可为基材层310靠近第一壳体100的一表面，该表面也可为基材层310靠近第二壳体200的一表面。在一些实施例中，上述隔离件300的厚度为35μm至145μm。
35.在一些实施例中，基材层310的玻璃化转变温度为tg，且tg≥45℃。
36.需要说明的是：玻璃化转变温度指的是聚合物材料由玻璃态转变至高弹态时的临界温度，其中，玻璃态指的是在温度较低时，材料为刚性固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的形变，此状态为玻璃态，高弹态指的是当温度继续升高到一定范围后，材料的形变明显地增加，并在随后的一定温度区间形变相对稳定，此状态即为高弹态。
37.通过上述设置，一方面，基材层310的材质为绝缘的聚合物材料，能够避免基材层310为金属时，导致极耳模组700与基材层310接触引发腐蚀、短路的风险，从而提高电化学装置1的安全性能；另一方面，tg≥45℃，此时，基材层310在常温下具有良好的结晶性，能够抑制隔离件300两侧电解液溶剂的相互渗透，降低电解液在高电压下导通导致溶剂分解产气的风险，从而进一步提高电化学装置1的安全性。
38.在一些实施例中，tg≥80℃。此时，电化学装置1在高温下，基材层310仍具有良好的结晶性，从而抑制隔离件300两侧电解液的渗透，进一步提高电化学装置1在高温下的安全性。在一些实施例中，tg≥110℃。
39.在一些实施例中，基材层310的熔点为tm，且tm≥250℃，这样设置，一方面，由于封装层320的熔点通常在120～170℃范围内，在封装层320与第一壳体100或第二壳体200之间热熔固定时，可减少基材层310的断裂。另一方面，基材层310在高温下能够维持良好的形态，保证隔离件300的隔绝性。
40.在一些实施例中，基材层310的弹性模量为e，且e≥1.8gpa。在一些实施例中，基材层310的拉伸强度为s，且s≥50n/15mm。此时，基材层310具有良好的结构强度，降低其在受到冲击过程中破裂的风险，提高电化学装置1的安全性。
41.在一些实施例中，基材层310的厚度为4μm至25μm。
42.在一些实施例中，上述基材层310包括第一聚合物，该第一聚合物的分子结构中包括苯环或萘环中的至少一种。苯环和萘环由于为刚性基团，因而，能够提高基材层310的结晶性，进而抑制隔离件300两侧电解液的渗透，提高电化学装置1的安全性。可选的，所述第一聚合物包括聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或上述物质的衍生物中的至少一种。
43.在一些实施例中，如图7所示，上述隔离件300还包括粘结层330，该粘结层330位于基材层310和封装层320之间，粘结层330用于连接基材层310和封装层320，从而使得两者之间的连接更为牢固。可选的，该粘结层330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、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯烷氧、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素或聚丙烯醇中的至少一种。
44.在一些实施例中，基材层310在25℃的结晶度为c，且c≥50％。其中，结晶度指的是聚合物中结晶区域所占的比例。此时，基材层310能够更好地抑制电解液溶剂的渗透，降低电解液在高电压下导通的风险，从而进一步提高电化学装置1的安全性。
45.对于上述第一电极组件400与第二电极组件500，请继续参阅图6，第一电极组件400收容于上述第一腔体101，第二电极组件500收容于上述第二腔体102，两者是该电化学装置1中的核心元件。第一电极组件400包括层叠设置的第一极片、第二极片以及设于两者之间的隔离膜。第一极片与第二极片中的一个为阳极片，另一个为阴极片；隔离膜设置于第一极片与第二极片之间，以避免第一极片与第二极片电接触。本实施例中，第一电极组件400为卷绕式结构，并整体卷绕呈扁平状，从而便于收容于上述第一腔体101；可以理解的是，在本技术的其他实施例中，第一电极组件400亦可以为叠片式结构，即沿预设方向堆叠设置，例如沿上述厚度方向堆叠设置，相邻的第一极片与第二极片之间设有隔离膜。第二电极组件500与第一电极组件400的结构基本相同，在此则不赘述。
46.此外，该电化学装置还包括若干极耳模组700，上述第一电极组件400与第二电极组件500分别对应连接至少一极耳模组700。极耳模组700包括第一极耳710与第二极耳720。与第一电极组件400所连接的极耳模组700中，第一极耳710的一端连接于第一电极组件400的第一极片，另一端经由第一壳体100与隔离件300之间的热熔区域伸出至上述外壳部分之外；第二极耳720的一端连接于第一电极组件400的第二极片，另一端经由第一壳体100与隔离件300之间的热熔区域伸出至上述外壳部分之外。第二电极组件500与极耳模组700的连接关系大体上与第一电极组件400相同；具体地，与第二电极组件500所连接的极耳模组700中，第一极耳710的一端连接于第二电极组件500的第一极片，另一端经由第二壳体200与隔
离件300之间的热熔区域伸出至上述外壳部分之外；第二极耳720的一端连接于第二电极组件500的第二极片，另一端经由第二壳体200与隔离件300之间的热熔区域伸出至上述外壳部分之外。第一电极组件400所连接的第二极耳与第二电极组件500所连接的第一极耳电连接，以使该第一电极组件400与第二电极组件500之间串联。可以理解的是，在本技术的其他实施例中，第一电极组件400与第二电极组件500之间亦可以并联；此时，第一电极组件400所连接的第一极耳与第二电极组件500所连接的第一极耳电连接，第一电极组件400所连接的第二极耳与第二电极组件500所连接的第二极耳电连接。
47.此外，为便于读者更清楚理解本技术方案带来的技术效果，本技术还进行了对比试验，试验过程如下：
48.高温存储渗透率试验方法：裁切长度150mm，宽度75mm的隔离件样品，对折之后用热封机封装侧边和底边，并称重，之后从顶边注入4ml溶液后封口，并称重得注液总重量，计算出注液重量，最后，在60℃环境下连续存储七天，每天进行称重得当天总重量，并计算注入溶液的重量变化率，溶液的重量变化率＝(当天总重量-注液总重量)/注液重量。
49.其中，溶液可为碳酸二甲酯(dmc)或电解液，其中，电解液为碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)和碳酸二甲酯(dmc)的质量比为ec:dec:dmc＝1:1:1，基于电解液的质量，lipf6的质量百分含量为12.5％的溶液。
50.实施例1
51.选取玻璃化转变温度为121℃的聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)材料作为隔离件的基材层材料，设为pen-1，厚度为12μm；封装层材质为聚丙烯，厚度为30μm。
52.实施例2
53.与实施例1的区别在于，选取玻璃化转变温度为117℃的聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)材料作为隔离件的基材层材料，设为pen-2。
54.实施例3
55.与实施例1的区别在于，选取玻璃化转变温度为113℃的聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)材料作为隔离件的基材层材料，设为pen-3。
56.实施例4
57.与实施例1的区别在于，选取玻璃化转变温度为81℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)材料作为隔离件的基材层材料，设为pet-1。
58.实施例5
59.与实施例1的区别在于，选取玻璃化转变温度为75℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)材料作为隔离件的基材层材料，设为pet-2。
60.实施例6
61.与实施例1的区别在于，选取玻璃化转变温度为67℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)材料作为隔离件的基材层材料，设为pet-3。
62.实施例7
63.与实施例1的区别在于，选取玻璃化转变温度为60℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)材料作为隔离件的基材层材料，设为pet-4。
64.实施例8
65.与实施例1的区别在于，选取玻璃化转变温度为60℃的聚对苯二甲酸丁二醇酯
(pbt)材料作为隔离件的基材层材料，设为pbt-1。
66.实施例9
67.与实施例1的区别在于，选取玻璃化转变温度为55℃的聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)材料作为隔离件的基材层材料，设为pbt-2。
68.实施例10
69.与实施例1的区别在于，选取玻璃化转变温度为45℃的聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)材料作为隔离件的基材层材料，设为pbt-3。
70.对比例1
71.与实施例1的区别在于，选取玻璃化转变温度为-10℃的聚丙烯(pp)材料作为隔离件的基材层材料，厚度为20μm，以该隔离件作为试验方法中的隔离件样品。
72.对比例2
73.与实施例1的区别在于，选取玻璃化转变温度为35℃的聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)材料作为隔离件的基材层材料，设为pbt-4。
74.对比例3
75.与实施例1的区别在于，选取al材料作为隔离件的基材层材料，厚度为20μm，以该隔离件作为试验方法中的隔离件样品。
76.实验结果如下表1所示：
[0077][0078]
表1
[0079]
由表1中的数据可知，实施例1-10较对比例1和对比例2相比，在60℃环境下，实施例1-10中七天内电解液的重量变化率较小，电解液的重量变化率最高仅有2.5％，而对比例1中电解液的重量变化率高达29.5％，此外，实施例1-10中溶剂dmc的重量变化率也均较小，说明实施例1-10中的隔离件能够有效抑制电解液和溶剂dmc的渗透。其中实施例1-10的试验结果与对比例3中对电解液的试验结果接近，说明该类材料可替换隔离件中基材层常用的铝材料，且能够避免基材层为金属时，导致极耳与基材层接触引发腐蚀、短路的风险，从
而提高电化学装置的安全性能。
[0080]
同时，由实施例1-4与实施例5-10的比较可知，进一步满足tg≥80的隔离件，高温存储后的dmc重量变化率能够进一步显著降低。这是由于，电化学装置在高温下，基材层仍具有良好的结晶性，从而抑制隔离件两侧电解液的渗透，进一步提高电化学装置在高温下的安全性。
[0081]
此外，由实施例1-6、8-9与实施例7、10的比较可知，进一步满足结晶度c≥50％的隔离件，电解液和dmc高温存储后的重量变化率能够进一步降低，这是由于，结晶态的区域越多能够更好地抑制电解液溶剂的渗透，从而降低电解液在高电压下导通的风险，进一步提高电化学装置的安全性。
[0082]
此外，分别选取实施例1、实施例4、实施例8以及对比例1、对比例3的试验数据进行详细比较，具体数据如表2和表3所示。
[0083][0084]
表2
[0085][0086]
表3
[0087]
由表2和表3可知，实施例1较实施例4和实施例8相比，电解液和dmc的重量变化率较小，说明利用pen材料作为隔离件中基材层的材料对电解液渗透的抑制效果更好。实施例1中的电解液和dmc的重量变化率与对比例3中的重量变化率基本相同，说明在一定条件下，pen材料可替换隔离件中基材层常用的铝材料。其中，对比例1中的电解液和dmc的重量变化率最为明显，说明利用pp材料作为隔离件中的基材层材料对电解液渗透的抑制效果较差。
[0088]
本技术实施例通过设置隔离件300包括基材层310，基材层310的玻璃化转变温度为tg，且tg≥45℃。这样设置，一方面，基材层的材质为绝缘的聚合物材料，能够避免基材层
为金属时，导致极耳与基材层接触引发腐蚀、短路的风险，从而提高电化学装置的安全性能；另一方面，tg≥45℃，此时，基材层在常温下具有良好的结晶性，能够抑制隔离件两侧电解液溶剂的相互渗透，降低电解液在高电压下导通导致溶剂分解产气的风险，从而进一步提高电化学装置的安全性。
[0089]
本技术还提供了一种用电装置2的实施例，如图8所示，该用电装置包括如上所述的电化学装置，电化学装置的功能和结构可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。
[0090]
以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术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，均同理包括在本技术的专利保护范围内。