一种电化学装置以及电子装置的制作方法

1.本技术的实施例涉及电化学装置技术领域，特别是涉及一种电化学装置以及电子装置。


背景技术：

2.电化学装置是将电能转换为化学能，并在需要电能的时刻又将化学能转化为电能对电子设备进行供电的装置。随着移动电子设备的高速增长，带动了电化学装置的需求快速增加，对电化学装置的研究和应用也越来越多。
3.本技术的发明人在实现本技术实施例的过程中，发现：目前的电化学装置的电极组件不具备过充保护的功能，电化学装置在充满电后，继续充电，会导致电极组件内部产生大量的热，若热量不能及时散出，则累积的热量将导致电化学装置燃烧或爆炸，存在极大的安全隐患，为此，急需提供一种能够提供过充保护的电化学装置。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本技术的实施例提供了一种电化学装置以及电子装置，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。
5.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种电化学装置，包括电极组件，所述电极组件包括第一极片、隔离膜和第二极片，所述第一极片和所述第二极片的极性相反，所述隔离膜设置于所述第一极片和所述第二极片之间，其特征在于，所述电极组件包括热感应单元，其中，所述热感应单元包括至少一个热收缩层，所述热收缩层能在温度从25摄氏度升至200摄氏度的过程中收缩，所述热收缩层设置于所述隔离膜的至少一个表面，所述热收缩层位于所述第一极片与所述隔离膜之间。
6.在一种可选的方式中，所述热收缩层还设置于所述第二极片与所述隔离膜之间。
7.在一种可选的方式中，所述热感应单元还包括至少一个电阻层，所述电阻层设置于所述第一极片与所述热收缩层之间。
8.在一种可选的方式中，所述热收缩层还设置于所述第二极片与所述隔离膜之间，所述电阻层还设置于所述第二极片与所述热收缩层之间。
9.在一种可选的方式中，所述第一极片包括第一集流体，所述第一集流体与所述电阻层接触。
10.在一种可选的方式中，所述第二极片包括第二集流体，所述第二集流体与所述电阻层接触。
11.在一种可选的方式中，所述电极组件为卷绕结构，所述电极组件的极耳伸出的一侧为所述电极组件的第一边缘区，与所述电极组件的极耳伸出的一侧相背的一侧为所述电极组件的第二边缘区，所述热感应单元设置在所述第一边缘区或所述第二边缘区。
12.在一种可选的方式中，以所述第一极片为参照，所述热感应单元设置在所述第一极片的最外圈。
13.在一种可选的方式中，所述热收缩层满足以下特征中的至少一者：(a)所述热收缩层包括聚乙烯蜡、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯蜡或凡士林中的至少一种；(b)所述热收缩层的厚度为20μm至100μm；(c)所述热收缩层的熔融温度为60摄氏度至110摄氏度。
14.在一种可选的方式中，所述电阻层满足以下特征中的至少一者：(a)所述电阻层包括有机物和导电剂，所述有机物包括聚乙烯蜡、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯蜡或凡士林中的至少一种，所述导电剂包括铜颗粒、铝颗粒、石墨、炭黑或石墨烯中的至少一种；(b)所述电阻层中的导电剂的质量百分含量为8％至20％；(c)所述电阻层的厚度为20μm至100μm。
15.在一种可选的方式中，所述热收缩层的面积为0.05mm2至8mm2。
16.在一种可选的方式中，所述电化学装置满足以下公式：
[0017][0018]
其中，所述u表示所述电化学装置的满充电压，所述cap表示所述电化学装置的容量，所述r表示所述电阻层的电阻值，其中，所述满充电压的单位为v，所述电化学装置的容量的单位为ah，所述电阻层的电阻值的单位为ω。
[0019]
根据本技术实施例的一个方面，提供了一种电子装置，包括上述的电化学装置。
[0020]
本技术实施例的有益效果是：区别于现有的电化学装置，本技术实施例提供的电化学装置包括电极组件，所述电极组件包括第一极片、隔离膜、第二极片和热感应单元，所述第一极片和所述第二极片的极性相反，所述隔离膜设置于所述第一极片和所述第二极片之间。所述热感应单元包括至少一个热收缩层，所述热收缩层设置于所述隔离膜的至少一个表面，所述热收缩层位于所述第一极片与所述隔离膜之间，和/或，所述热收缩层位于所述第二极片与所述隔离膜之间。所述电化学装置在充满电后，继续充电，电极组件内部产生的热会使得所述热收缩层收缩，从而带动所述隔离膜收缩，导致所述第一极片和第二极片接触放电，进而降低电化学装置的容量提高所述电化学装置在过充状态下的安全性。
附图说明
[0021]
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0022]
图1是本技术实施例提供的电化学装置的示意图；
[0023]
图2是本技术实施例提供的电极组件的一种实现方式的示意图；
[0024]
图3是本技术实施例提供的图2中a区域的放大示意图；
[0025]
图4是本技术实施例提供的电极组件的电阻层设置于第一活性物质或第二活性物质上的示意图；
[0026]
图5是本技术实施例提供的电极组件的另一种实现方式的示意图；
[0027]
图6是本技术实施例提供的图5中b区域的放大示意图；
[0028]
图7是现有技术的电化学装置的示意图。
具体实施方式
[0029]
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”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0030]
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。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，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。
[0031]
请参阅图1，电化学装置200包括电极组件100，电极组件100包括第一极片10、隔离膜20、第二极片30和热感应单元40，第一极片10和第二极片30的极性相反，隔离膜20设置于第一极片10和第二极片30之间。热感应单元40包括至少一个热收缩层401，所述热收缩层能在温度从25摄氏度升至200摄氏度的过程中收缩，热收缩层401设置于隔离膜20的至少一个表面，热收缩层401位于第一极片10与隔离膜20之间，和/或，热收缩层401位于第二极片30与隔离膜20之间，热收缩层401用于在电极组件100的温度大于预设阈值时，隔离膜20收缩，以使第一极片10和第二极片30之间接触放电。电化学装置200在充满电后，继续充电，电极组件100内部将产生大量的热，使得热收缩层401收缩，从而带动隔离膜20收缩，导致第一极片10和第二极片30接触放电，进而降低电化学装置的容量，提高电化学装置200在过充状态下的安全性。
[0032]
对于上述热感应单元40，请参阅图1-图3，热感应单元40包括至少一个热收缩层401和至少一个电阻层402，相接触的热收缩层401和电阻层402满足如下关系：电阻层402在厚度方向上的正投影面积落入到热收缩层在厚度方向上的正投影面积内。
[0033]
对于上述热收缩层401，请参阅图2和图3，热收缩层401的数量为两个，一个热收缩层401位于第一极片10和隔离膜20之间，另一个热收缩层401位于第二极片30和隔离膜20之间。
[0034]
需要说明的是，热收缩层401的数量为两个时，两个热收缩层401也可以均位于第一极片10和隔离膜20之间，或者，两个热收缩层401均位于第二极片30和隔离膜20之间。
[0035]
需要说明的是，热收缩层401的数量也可以是一个，即热收缩层401设置于隔离膜20的一表面，则热收缩层401位于第一极片10与隔离膜20之间，和/或，热收缩层401位于第二极片30与隔离膜20之间。换而言之，请参阅图5和图6，热收缩层401位于第一极片10与隔离膜20之间，或者，热收缩层401位于第二极片30与隔离膜20之间，或者，热收缩层401的一端设置于隔离膜20的一表面，热收缩层401的另一端设置于隔离膜20的另一表面
[0036]
值得说明的是，在一些实施例中，热收缩层401满足以下特征中的至少一者：(a)热收缩层401包括聚乙烯蜡、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯蜡或凡士林中的至少一种；(b)热收缩层401的厚度为20μm至100μm；(c)热收缩层401的熔融温度为60摄氏度至110摄氏度。通过对热收缩层401的材料、尺寸以及熔融温度进行选择或限定，则热收缩层401的熔融速度以及隔离膜20的收缩速度可控，进而使得第一极片10和第二极片30接触放电的速度可控。
[0037]
值得说明的是，在一些实施例中，热收缩层401的面积(指在极片一个表面上的单个面积)为0.05mm2至8mm2。通过对热收缩层401的面积进行设置，则一方面可控制隔离膜20的收缩速度，进而控制第一极片10和第二极片30接触放电的速度。另一方面，选择合适的热
收缩层401的面积，则不会对电化学装置200充电/放电的性能造成大的影响，同时也不会影响电化学装置的能量密度。
[0038]
对于上述电阻层402，请参阅图2和图3，电阻层402的数量为两个，一个电阻层402设置于第一极片10与热收缩层401之间，另一个电阻层402设置于第二极片30与热收缩层401之间。
[0039]
需要说明的是，电阻层402的数量也可以是一个，则电阻层402设置于第一极片10与热收缩层401之间，和/或，电阻层402设置于第二极片30与热收缩层401之间。电阻层402的设置方式可参考热收缩层401的设置方式，此处不再一一赘述。
[0040]
需要说明的是，在一些实施例中，电阻层402满足以下特征中的至少一者：(a)电阻层402包括有机物和导电剂，有机物包括聚乙烯蜡、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯蜡或凡士林中的至少一种，导电剂包括铜颗粒、铝颗粒、石墨、炭黑或石墨烯中的至少一种；(b)电阻层402中的导电剂的质量百分含量为8％至20％；(c)电阻层402的厚度为20μm至100μm。
[0041]
需要说明的是，在一些实施例中，电化学装置200满足以下公式：
[0042][0043]
其中，u表示电化学装置200的满充电压，cap表示电化学装置200的容量，r表示电阻层402的电阻值，其中，满充电压的单位为v，电化学装置200的容量的单位为mah，电阻层402的电阻值的单位为ω。
[0044]
可以理解的是，通过上述公式的限定可确保电化学装置200可以在5分钟内释放2％至5％的电量，达到短时间内放出合适的电量，避免电化学装置热失控。
[0045]
需要说明的是，通过设置电阻层402，电阻层402与热收缩层401相对，则热收缩层401收缩并带动隔离膜20收缩，则第一极片10和第二极片30会通过电阻层402接触，通过调整电阻层402的厚度、导电剂和导电剂含量等可调整电化学装置200的放电速度。
[0046]
对于上述第一极片10和第二极片30，请参阅图2和图3，第一极片10包括第一集流体101和第一活性物质层102，第一活性物质层102设置于第一集流体101。第二极片30包括第二集流体301和第二活性物质层302，第二活性物质层302设置于第二集流体301。在图2和图3中，电阻层402的数量为两个，一个电阻层402设置于第一集流体101，另一个电阻层402设置于第二集流体301。
[0047]
可以理解的是，电阻层402的数量为一个，则一个电阻层402设置于第一集流体101，和/或，一个电阻层402设置于第二集流体301。
[0048]
作为一种优选的方式，电阻层402设置于第一集流体101的边缘，和/或，电阻层402设置于第二集流体301的边缘。
[0049]
需要说明的是，在一些实施例中，请参阅图4，第一活性物质层102覆盖第一集流体101，第二活性物质层302覆盖第二集流体301，电阻层402设置于第一活性物质层102上，和/或，电阻层402设置于第二活性物质层302上。
[0050]
在一些实施例中，电极组件100为卷绕结构，请参阅图1，电极组件100连接有极耳50，极耳50位于与电极组件100的卷绕方向垂直的方向上，极耳50伸出的一侧为电极组件100的第一边缘区，与电极组件100的极耳50伸出的一侧相背的一侧为电极组件100的第二边缘区，热感应单元40设置在第一边缘区或第二边缘区。优选的，热感应单元40设置在第一
边缘区。由于极耳50伸出的一侧的空间比较大，电极组件100在此处产生的热量容易释放，热感应单元40位于第一边缘区，则电化学装置200在充电时更安全。
[0051]
需要说明的是，在一些实施例中，所述第一边缘区为自所述电极组件100的边缘朝向所述电极组件100的20mm以内的区域，所述第二边缘区为自所述电极组件100的边缘朝向所述电极组件100的20mm以内的区域。
[0052]
需要说明的是，电极组件100为卷绕结构，请参阅图2，则第一极片10、隔离膜20、第二极片30、热收缩层401和电阻层402均为卷绕结构，在一些实施例中，请参阅图3，以第一极片10为参照，热感应单元40设置在第一极片10的最外圈。换而言之，热感应单元40设置在第一极片10的最外圈，则热收缩膜收缩带着隔离膜20收缩，从而实现第一极片10和第二极片30接触放电，而且电极组件100的能量密度高。
[0053]
可以理解的是，电极组件100还可以是其他结构，并不限于卷绕结构。不论电极组件100是何种结构，电化学装置200在充满电后，继续充电，第一极片10和第二极片30都将接触放电，从而保障电化学装置200在过充状态下的安全。
[0054]
对于上述具有卷绕结构的电极组件100，请参阅图2和图3，电极组件100的第一极片10、隔离膜20、第二极片30、热收缩层401和电阻层402的一种最优的设置方式为，热收缩层401的数量为两个，电阻层402的数量为两个。第一活性物质层102设置于第一集流体101，一电阻层402设置于第一集流体101的最外圈，一电阻层402设置于第一集流体101上的与热收缩层401相对的位置，且一电阻层402位于第一边缘区。第二活性物质层302设置于第二集流体301，另一电阻层402设置于第二集流体301的最外圈，另一电阻层402设置于第二集流体301上的与热收缩层401相对的位置，且另一电阻层402位于第一边缘区。两个热收缩层401分别位于隔离膜20的两表面，且，两个热收缩层401均与电阻层402相对。
[0055]
为了方便读者更直观地、更好地理解本技术电化学装置的性能及效果，选用9种本技术上述的电化学装置，以及，现有技术的1种电化学装置，进行对照实验，其中，9种本技术上述的电化学装置具体如下：
[0056]
电化学装置1
[0057]
《1-1.正极极片的制备》
[0058]
将正极活性材料钴酸锂、乙炔黑、聚偏二氟乙烯(pvdf)按质量比94∶3∶3混合，然后加入n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为溶剂，调配成固含量为75％的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为12μm的铝箔的一个表面上，90℃条件下烘干，冷压后得到正极活性材料层厚度为100μm的正极极片，然后在该正极极片的另一个表面上重复以上步骤，得到双面涂覆有正极活性材料层的正极极片。将正极极片裁切成74mm
×
867mm的规格并焊接极耳后待用。
[0059]
按照图1在正极极片相应的位置上涂覆电阻层，电阻层的厚度为20μm，电阻层的面积为8mm2，电阻层中的有机物为聚乙烯，导电剂为炭黑，炭黑的质量百分含量为8％，粘结剂为羧甲基纤维素钠，实际测量所得的电阻层的电阻值为1.46ω。
[0060]
《1-2.负极极片的制备》
[0061]
将负极活性材料人造石墨、乙炔黑、丁苯橡胶及羧甲基纤维素钠按质量比96∶1∶1.5∶1.5混合，然后加入去离子水作为溶剂，调配成固含量为70％的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为8μm的铜箔的一个表面上，110℃条件下烘干，冷压后得到负极活性材料层厚度为150μm的单面涂覆负极活性材料层的负极极片，然后在该负极极片的另一个表
面上重复以上涂覆步骤，得到双面涂覆有负极活性材料层的负极极片。将负极极片裁切成74mm
×
867mm的规格并焊接极耳后待用。
[0062]
按照图1在负极极片相应的位置上涂覆电阻层，电阻层的厚度为20μm，电阻层的面积为8mm2，电阻层中的有机物为聚乙烯，导电剂为炭黑，粘结剂为羧甲基纤维素钠，炭黑的质量百分含量为8％，实际测量所得的电阻层的电阻值为1.46ω。
[0063]
《1-3.隔离膜的制备》
[0064]
选用厚度为9μm的聚乙烯隔离膜，按照图1在隔离膜相应的位置上涂覆热收缩层，热收缩层的成分为聚乙烯，热收缩层还包括粘结剂羧甲基纤维素钠，热收缩层的厚度为20μm，热收缩层的面积为8mm2，热收缩层的熔融温度为80摄氏度。
[0065]
《1-4.电解液的制备》
[0066]
在含水量小于10ppm的环境下，将非水有机溶剂碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸亚丙酯(pc)、丙酸丙酯(pp)、碳酸亚乙烯酯(vc)按照质量比20∶30∶20∶28∶2混合，然后向非水有机溶剂中加入六氟磷酸锂(lipf6)溶解并混合均匀，得到电解液，其中，lipf6与非水有机溶剂的质量比为8∶92。
[0067]
《1-5.锂离子电池的制备》
[0068]
将上述制备的正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正负极极片中间起到隔离的作用，按照图1卷绕得到电极组件。将电极组件装入包装膜中，并在80℃下脱去水分，注入配好的电解液，经过真空封装、静置、化成、热压整形等工序，得到锂离子电池。
[0069]
电化学装置2，
[0070]
电化学装置2的制备过程和电化学装置1的制备过程一样，不同点在于，炭黑的质量百分含量为14％，实际测量所得的电阻层的电阻值为1.25ω。
[0071]
电化学装置3，
[0072]
电化学装置3的制备过程和电化学装置1的制备过程一样，不同点在于，炭黑的质量百分含量为20％，实际测量所得的电阻层的电阻值为0.85ω。
[0073]
电化学装置4，
[0074]
电化学装置4的制备过程和电化学装置1的制备过程一样，不同点在于，热收缩层的厚度为60μm，热收缩层的面积为5mm2，电阻层的厚度为60μm，电阻层的面积为5mm2，实际测量所得的电阻层的电阻值为1.67ω。
[0075]
电化学装置5，
[0076]
电化学装置5的制备过程和电化学装置1的制备过程一样，不同点在于，热收缩层的厚度为60μm，热收缩层的面积为5mm2，电阻层的厚度为60μm，电阻层的面积为5mm2，炭黑的质量百分含量为14％，实际测量所得的电阻层的电阻值为1.43ω。
[0077]
电化学装置6，
[0078]
电化学装置6的制备过程和电化学装置1的制备过程一样，不同点在于，热收缩层的厚度为60μm，热收缩层的面积为5mm2，电阻层的厚度为60μm，电阻层的面积为5mm2，炭黑的质量百分含量为20％，实际测量所得的电阻层的电阻值为0.97ω。
[0079]
电化学装置7，
[0080]
电化学装置7的制备过程和电化学装置1的制备过程一样，不同点在于，热收缩层
的厚度为100μm，热收缩层的面积为2mm2，电阻层的厚度为100μm，电阻层的面积为2mm2，实际测量所得的电阻层的电阻值为1.83ω。
[0081]
电化学装置8，
[0082]
电化学装置8的制备过程和电化学装置1的制备过程一样，不同点在于，热收缩层的厚度为100μm，热收缩层的面积为2mm2，电阻层的厚度为100μm，电阻层的面积为2mm2，炭黑的质量百分含量为14％，实际测量所得的电阻层的电阻值为1.58ω。
[0083]
电化学装置9，
[0084]
电化学装置9的制备过程和电化学装置1的制备过程一样，不同点在于，热收缩层的厚度为100μm，热收缩层的面积为2mm2，电阻层的厚度为100μm，电阻层的面积为2mm2，炭黑的质量百分含量为20％，实际测量所得的电阻层的电阻值为1.23ω。
[0085]
现有技术的1中电化学装置为：
[0086]
电化学装置10，电化学装置10的满充电压为4.45v，电化学装置10的容量为5ah。请参阅图7，电化学装置10的电极组件包括第一极片10’、隔离膜20’、第二极片30’和极耳50’。电化学装置10的第一极片10’、隔离膜20’、第二极片30’和极耳50’与本技术的第一极片10、隔离膜20、第二极片30和极耳50分别相同。但是，电化学装置10不包括热感应单元。
[0087]
对于上述10种电化学装置的每一种电化学装置，分别取10个放入热箱中进行热箱性能实验，将热箱以5℃/min的速度由室温加热到预设温度，例如125℃或130℃，保持该温度60min，观察每个电化学装置是否燃烧，无燃烧则认定为通过，统计每种电化学装置通过测试的数量，记录在下表1。
[0088]
表1热箱性能实验结果
[0089][0090][0091]
由表1，本技术实施例提供的电化学装置的耐热性能比现有技术的电化学装置10的耐热温度提高5℃。本技术实施例提供的电化学装置的电阻层的电阻值不同，则在130℃热箱中，燃烧的情况是不一样的，即电阻层的电阻值不同，则电化学装置的放电速度不同，
从而使得电化学装置的耐热性能不同，因此，表1中的实验结果证明本技术实施例提供的电化学装置增设电阻层，从而可调整电阻层的电阻值，进而调整电化学装置的放电速率，从而可通过调整电阻层的电阻值，调整电化学装置的耐热性。
[0092]
在本技术实施例中，电化学装置200包括电极组件100，电极组件100包括第一极片10、隔离膜20、第二极片30和热感应单元40，第一极片10和第二极片30的极性相反，隔离膜20设置于第一极片10和第二极片30之间。热感应单元40包括至少一个热收缩层401，热收缩层401设置于隔离膜20的至少一个表面，热收缩层401位于第一极片10与隔离膜20之间，和/或，热收缩层401位于第二极片30与隔离膜20之间，热收缩层401用于在电极组件100的温度大于预设阈值时，收缩隔离膜20，以使第一极片10和第二极片30之间接触放电。电化学装置200在充满电后，继续充电，电极组件100内部将产生大量的热，使得热收缩层401收缩，从而带动隔离膜20收缩，导致第一极片10和第二极片30接触放电，进而降低电化学装置内容的容量提高电化学装置200在过充状态下的安全性。电极组件100的热感应单元40包括至少一个电阻层402时，电阻层402设置于第一极片10与热收缩层401之间，和/或，电阻层402设置于第二极片30与热收缩层401之间，可通过调整电阻层402的电阻值调整第一极片10和第二极片30接触放电的速率，则电化学装置200的应用范围广。
[0093]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；在本技术的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上的本技术的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。