一种电化学装置以及应用其的用电装置的制作方法

1.本技术涉及电池技术领域，尤其涉及一种电化学装置以及应用其的用电装置。


背景技术：

2.在电化学装置的生产、运输、存储以及使用等场景中，由于物理冲击、热、电等因素的影响，存在热失控的风险。这种热失控一般是电池包内一个电芯先出现热失控，随后火焰和热量向周围电芯传导，进而引发周围电芯的连续热失控，造成人员伤亡和财产损失。现有技术中，针对热失控的三种主要解决方案及缺陷为：(1)提升电芯化学体系的稳定性，但，高稳定性的电化学体系只是一定程度上提高了电芯的热稳定性，却并不能有效的阻止热失控的蔓延，且会导致能量密度下降、动力学性能下降；(2)在电池包内设置灭火装置，但，一方面电芯热失控中阴极材料可通过相变来释放氧气助燃，另一方面电池包内灭火剂的量有限，导致其吸热能力有限；(3)使用电池管理系统(bms)探测电池包内的温度并进行监控及预警，但，当电池管理系统故障，或者，面对由外部机械滥用诱发的电芯热失控时，无法通过电池管理系统对电池包进行保护。
3.如何解决上述问题，提供一种对电芯能量密度影响较小、隔热效果更好的电芯隔热方案，是本领域技术人员需要考虑的。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中的问题，本技术提供一种隔热效果明显且对电芯能量密度损耗影响较小的电化学装置。
5.本技术实施例提供一种电化学装置，包括：电芯，所述电芯包括本体和极耳。所述本体包括顶部和底部、及多个侧部，其中，所述顶部为设置有所述极耳的一端。所述底部为与所述顶部相对的一端，所述侧部设置于所述顶部和底部之间。隔热层，设于所述电芯表面，并至少设于所述顶部和侧部。所述隔热层包括隔热材料，所述隔热材料的导热系数小于或等于0.2w/mk。在该实施方式中，所述顶部及与所述顶部连接的所述侧部为所述电芯内部发生热失控时火焰或热流较易冲破的部分，即，发生热失控的所述电芯所产生的热量较易从所述顶部及所述侧部传递至相邻的所述电芯；使所述隔热层至少设于所述顶部及所述侧部，且使所述隔热层中隔热材料的导热系数小于或等于0.2w/mk，使所述隔热层在所述电芯发生热失控时可有效减缓或隔绝热流的蔓延，提升所述电化学装置的安全性。常规实心塑料件的导热系数通常大于0.2w/mk，本技术中的隔热材料的导热系数必须小于常规实心塑料件的导热系数，以起到较好的隔热效果。
6.在一种可能的实施方式中，所述电芯的数量为多个，沿第一方向，多个所述电芯堆叠设置。在该实施方式中，多个电芯堆叠设置，且使相邻两个所述电芯之间的所述侧部彼此堆叠，同时在所述侧部上设置所述隔热层，使相邻的两个所述电芯之间被所述隔热层保护，以减缓或隔绝热失控的蔓延。
7.在一种可能的实施方式中，两个相邻的所述电芯中，至少一个所述电芯的侧部设
置有所述隔热层，且所述隔热层位于所述两个相邻所述电芯之间。在该实施方式中，在相邻的两个所述电芯之间的两个所述侧部的一个上设置所述隔热层，可以在满足所述电化学装置的隔热性能的情况下降低所述隔热层的使用量，以降低成本并提升所述电化学装置的能量密度。
8.在一种可能的实施方式中，所述隔热层还设于所述本体的所述底部。在该实施方式中，所述隔热层除覆盖所述侧部及所述顶部外，还覆盖所述底部，可防止所述电芯发生热失控时所产生的明火或热流由底部侧蔓延至临近所述电芯。
9.在一种可能的实施方式中，所述顶部还包括密封部，所述密封部向所述本体外部延伸，所述密封部用于提升所述电化学装置的密封性，所述隔热层还设于所述密封部。在该实施方式中，所述隔热层除覆盖所述侧部、所述顶部及所述底部外，还覆盖所述密封部，可防止所述电芯发生热失控时所产生的明火或热流由所述密封部侧蔓延至临近所述电芯。
10.在一种可能的实施方式中，所述极耳的一端嵌设于所述密封部以与所述电芯电连接，所述隔热层还设于所述极耳与所述密封部的连接处。在该实施方式中，所述隔热层除覆盖所述侧部、所述顶部、所述底部以及所述密封部外，还覆盖所述密封部与所述极耳的连接处，可防止所述电芯发生热失控时所产生的明火或热流由所述密封部侧蔓延至临近所述电芯。
11.在一种可能的实施方式中，沿所述第一方向，所述隔热材料层的厚度小于或等于所述电芯的厚度的20％。
12.在一种可能的实施方式中，所述隔热材料包括玻纤气凝胶、硅酸钙、硅酸镁复合纤维或芳纶中的至少一种。
13.在一种可能的实施方式中，所述隔热材料层的导热系数小于或等于0.07w/mk。
14.本技术还提供一种用电装置，所述用电装置包括前述的电化学装置和负载，所述电化学装置用于为所述负载供电。
15.相比于现有技术，本技术的电化学装置，所述顶部及与所述顶部连接的所述侧部为所述电芯内部发生热失控时火焰或热流较易冲破的部分，即，发生热失控的所述电芯所产生的热量较易从所述顶部及所述侧部传递至相邻的所述电芯；使所述隔热层至少设于所述顶部及所述侧部，且使所述隔热层中隔热材料的导热系数小于或等于0.2w/mk，使所述隔热层在所述电芯发生热失控时可有效减缓或隔绝热流的蔓延，提升所述电化学装置的安全性。常规实心塑料件的导热系数通常大于0.2w/mk，本技术中的隔热材料的导热系数必须小于常规实心塑料件的导热系数，以起到较好的隔热效果。
附图说明
16.图1为本技术一实施例的电化学装置的示意图。
17.图2为本技术一实施例的局部平面示意图。
18.图3为本技术另一实施例的局部平面示意图。
19.图4为本技术又一实施例的局部平面示意图。
20.图5为本技术又一实施例的局部平面示意图。
21.图6为本技术一实施例的用电装置的示意图。
22.主要元件符号说明
23.电化学装置10
24.电芯11
25.本体111
26.密封部112
27.顶部113
28.侧部114
29.底部115
30.隔热层12
31.极耳13
32.用电装置1
33.负载101
34.第一方向x
35.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本技术。
具体实施方式
36.以下描述将参考附图以更全面地描述本技术内容。附图中所示为本技术的示例性实施例。然而，本技术可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。提供这些示例性实施例是为了使本技术透彻和完整，并且将本技术的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的附图标记表示相同或类似的组件。
37.本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不意图限制本技术。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。此外，当在本文中使用时，“包括”和/或“包含”和/或“具有”，整数，步骤，操作，组件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，区域，整数，步骤，操作，组件，组件和/或其群组。
38.除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本技术所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。此外，除非文中明确定义，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关技术和本技术内容中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的含义。
39.以下内容将结合附图对示例性实施例进行描述。须注意的是，参考附图中所描绘的组件不一定按比例显示；而相同或类似的组件将被赋予相同或相似的附图标记表示或类似的技术用语。
40.下面参照附图，对本技术的具体实施方式作进一步的详细描述。
41.如图1所示，本技术实施例提供一种电化学装置10，包括电芯11以及隔热层12。电芯11的数量为至少两个，至少两个电芯11沿第一方向x堆叠设置，隔热层12设于电芯11表面。
42.如图2至图5所示，电芯11包括本体111及极耳13。本体111包括顶部113、底部115及多个侧部114。其中，顶部113为设置有极耳13的一端。底部115为与顶部113相对的一端，侧部114设置于顶部113和底部115之间。隔热层12设于电芯11表面，并至少设于顶部113和侧部114。隔热层12包括隔热材料，所述隔热材料的导热系数小于或等于0.2w/mk。常规实心塑
料件的导热系数通常大于0.2w/mk，本技术中的隔热材料的导热系数必须小于常规实心塑料件的导热系数，以起到较好的隔热效果。
43.在该实施方式中，顶部113及与顶部113连接的侧部114为电芯11内部发生热失控时火焰或热流较易冲破的部分，即，发生热失控的电芯11所产生的热量较易从顶部113及侧部114传递至相邻的电芯11；使隔热层12至少设于顶部113及侧部114，且使隔热层12中隔热材料的导热系数小于或等于0.2w/mk，使隔热层12在电芯11发生热失控时可有效减缓或隔绝热流的蔓延，提升电化学装置10的安全性。
44.其中，电芯11可以为锂电池，本体111可以包含电芯11的包装袋或包装壳。电芯11中的本体111内部可包括中空的容置结构以用于容纳电化学装置10的正极、负极、隔离膜及电解液等。
45.于一实施例中，电芯11的数量为多个，沿第一方向x，多个电芯11堆叠设置。
46.在该实施方式中，多个电芯11堆叠设置，且使相邻两个电芯11之间的侧部114彼此堆叠，且任意相邻的两个电芯11的侧部114的正投影的至少部分重叠，同时在侧部114上设置隔热层12，使相邻的两个电芯11之间被隔热层12保护，以减缓或隔绝热失控的蔓延。
47.于一实施例中，包含具有隔热材料的隔热层12中，隔热材料的导热系数小于或等于0.2w/mk。
48.进一步的，隔热材料层12包括玻纤气凝胶、硅酸钙、硅酸镁复合纤维或芳纶中的至少一种。隔热层12具有良好的隔热性能，当电芯11发生热失控(例如燃烧)时隔热层12不会发生收缩、融化、燃烧等现象，可以在电芯11发生热失控时保持良好的物理形态并减缓或隔绝明火或热气流在电化学装置10内部的传导，进一步减缓或隔绝热失控的蔓延。
49.经过实验测试，隔热材料层12的导热系数可以小于或等于0.1w/mk，进一步，隔热材料层12的导热系数可以小于或等于0.07w/mk，亦可使电化学装置10具有较好的隔热性能，可有效减缓或阻隔电化学装置10内部的热失控蔓延。
50.于一实施例中，设于相邻的电芯11之间的隔热层12还包括弹性材料，以使隔热层12具备缓冲功能。隔热层12可通过自身形变吸收来自电化学装置10外部的物理冲击，或为电芯11电化学循环过程中的膨胀提供缓冲空间。
51.于一实施例中，沿第一方向x，隔热层12的厚度小于或等于电芯11的厚度的20％。例如，一般电芯11在电化学循环中体积膨胀比例约为10％，隔热层12的综合体积压缩比例大于50％，在隔热层12的厚度小于或等于电芯11的厚度的20％的情况下，可保证电芯11之间具备足够的缓冲空间。
52.如图2所示，于一实施例中，每个电芯11包括两个侧部114，两个侧部114设于电芯11相背的两侧。两个相邻的电芯11中，至少一个电芯11的侧部114设置有隔热层12，且隔热层12位于两个相邻电芯11之间。
53.进一步的，多个电芯11沿第一方向x堆叠设置，且任意相邻的两个电芯11的侧部114的正投影的至少部分重叠，即，相邻两个电芯11之间堆叠的面为侧部114，在相邻的两个电芯11之间的一个侧部114上设置隔热层12即可实现对两个电芯11的接触面的隔热防护，以减缓或隔绝热失控的蔓延。
54.在该实施方式中，在相邻的两个电芯11之间的两个侧部114的一个上设置隔热层12，可以在满足电化学装置10的隔热性能的情况下降低隔热层12的使用量，以降低成本并
提升电化学装置10的能量密度。
55.如图3所示，于一实施例中，每个电芯11包括两个侧部114，两个侧部114设于电芯11相背的两侧，两个侧部114与顶部113连接，隔热层12设于两个侧部114及顶部113。
56.进一步的，使一个电芯11中的侧部114及顶部113均设有隔热层12，即，电芯11中较易被热失控所产生的明火或热流冲破的顶部113及侧部114均被隔热层12所包覆，以提升电化学装置10的安全性。
57.如图4所示，于一实施例中，电芯11还包括底部115，底部115与顶部113设于电芯11相背的两端，两个侧部114分别连接顶部113及底部115，隔热层12设于顶部113、底部115及两个侧部114。
58.进一步的，隔热层12除覆盖侧部114及顶部113外，还覆盖底部115，可防止电芯11发生热失控时所产生的明火或热流由底部侧蔓延至临近电芯11。
59.如图5所示，于一实施例中，顶部113还包括密封部112，密封部112向本体111外部延伸，密封部112可以为电芯11的壳体或包装袋的边缘的密封处，密封部112用于提升电化学装置10的密封性，隔热层12还设于密封部112。
60.进一步的，密封部112由于存在密封壳体或包装袋的封印区，使得密封部112较易必备冲破，隔热层12除覆盖侧部114、顶部113及底部115外，还覆盖密封部112，可防止电芯11发生热失控时所产生的明火或热流由密封部112侧蔓延至临近电芯11。
61.于一实施例中，电化学装置10还包括极耳13，极耳13的一端嵌设于密封部112以与电芯11电连接，隔热层12还设于极耳13与密封部112的连接处，以避免明火或热流由所述连接处向外蔓延，但隔热层12不覆盖极耳13表面，避免对电芯11的串并联造成不良影响。
62.如图6所示，为本技术实施例提供的用电装置1的示意图。本技术还提供一种用电装置1，该用电装置1包括电化学装置10及负载101，电化学装置10用于为负载101供电。本技术的用电装置1没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何用电装置。
63.在一些实施例中，用电装置1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、便携式通信设备、便携式复印机、便携式打印机、备用电源、电机、汽车、摩托车、电动自行车、照明器具、玩具、电动工具、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
64.上文中，参照附图描述了本技术的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本技术的范围的情况下，还可以对本技术的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本技术所限定的范围内。