1.本技术涉及电池技术领域,具体而言,涉及一种电化学装置及用电设备。
背景技术:
2.随着新能源技术的发展,储能器件的应用越来越广泛,例如可应用在手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等上。
3.电化学装置作为储能器件一般通过电极组件和电解液发生电化学反应,从而输出电能。对于电化学装置而言,安全问题是用户主要考虑的问题之一。因此,如何提升电化学装置的安全性是亟需解决的技术问题。
技术实现要素:
4.本技术提供一种电化学装置及用电设备,以提升电化学装置的安全性能。
5.第一方面,本技术提供一种电化学装置,包括外壳、导电件、电极组件以及绝缘件。外壳具有第一壁,第一壁设有第一通孔,导电件覆盖第一通孔,电极组件容纳于外壳内,导电件与电极组件电连接,以引出电极组件的一个极性。绝缘件设置于导电件和第一壁之间,以绝缘隔离导电件和外壳。绝缘件具有第二通孔,沿第一方向,导电件的投影的至少一部分同时位于第一通孔和第二通孔内,第一方向为第一壁的厚度方向。其中,第一壁面向导电件的表面和/或导电件面向第一壁的表面设有凸部。
6.上述技术方案中,通过在导电件面向第一壁的表面和/或第一壁面向导电件的表面设置凸部,在电化学装置内部的压力达到阈值时,凸部能够破坏起绝缘密封作用的绝缘件,并支撑在第一壁和导电件之间,以使导电件与第一壁之间形成连通外壳的内部和外部的通道,外壳内部的气体能够从通道排至外壳外部,实现电化学装置泄压,降低电化学装置发生热失控导致安全事故发生的风险,提高电化学装置的安全性能。上述方案可以不需要在外壳上设置泄压机构(如常见的防爆阀或者在外壳上进行刻痕)即能在电化学装置热失控时泄压,因此,可以不破坏外壳结构的整体性,从而保证外壳的结构强度,进一步提高电化学装置的安全性能,同时提高电化学装置的空间利用率,提高能量密度。
7.在一些实施例中,凸部设置在导电件面向第一壁的表面。上述技术方案中,由于导电件是单独成型,通常整体呈片状(不排除局部会有凸起或者凹陷),结构较为简单,在其面向第一壁的表面设置凸部的加工便利性和加工成本会较低,进而降低整体电化学装置的整体成本。
8.在一些实施例中,导电件与凸部一体成型。上述技术方案中,可通过如冲压、铣削、铸造等制造方式简单、方便的实现导电件与凸部一体成型,且使得导电件和凸部形成的整体结构强度更好。
9.在一些实施例中,电化学装置包括多个凸部,多个凸部围绕第一通孔间隔布置。上述技术方案中,多个凸部围绕第一通孔间隔布置,则在电化学装置内部的压力达到阈值后,
多个凸部能够共同支撑导电件和第一壁,使得导电件和第一壁具有较为均匀受力,提高形成的通道的稳定性,有利于快速、稳定泄压。优选使多个凸部均匀间隔分布,以使得导电件和第一壁受力更加均匀,可形成的泄压通道分布更均匀,提升泄压过程的安全性。
10.在一些实施例中,凸部靠近第一通孔的一端超出第二通孔的孔壁,凸部远离第一通孔的一端超出绝缘件的外边缘或者与绝缘件的外边缘平齐。上述技术方案中,凸部靠近第一通孔的一端超出第二通孔的孔壁,凸部远离第一通孔的一端超出绝缘件的外边缘或者与绝缘件的外边缘平齐,则凸部能够将绝缘件破坏后使导电件与第一壁之间形成沿第一通孔的径向连通外壳的内部和外部的通道,有利于更加快速、顺利泄压,降低电化学装置热失控引发安全事故的风险。
11.在一些实施例中,电极组件包括极性相反的第一极耳和第二极耳,第一极耳与导电件电连接,第二极耳与外壳电连接;凸部被配置为在绝缘件熔融后使导电件和第一壁之间形成连通外壳的内部和外部的通道。上述技术方案中,第一极耳与导电件电连接,第二极耳与外壳电连接,以使导电件和外壳分别形成电化学装置极性相反的两极,当电化学装置内部的压力增大至阈值时,凸部破坏绝缘件,电化学装置短路,短路后的电化学装置温度迅速升高,高温使得绝缘件熔融,局部熔融的绝缘件在凸部和外壳内部的气体作用下,向凸部两边流动,形成截面更大的泄压通道,提高了电化学装置热失控时的泄压效率。同时凸部顶部微观下必然是高低不平,只要凸部顶部部分较高的部分与外壳接触,即可发生局部短路放热,进而可以在整个绝缘件被凸部完全破坏前,实现凸部周围绝缘件的熔融,加快了泄压通道的形成,提高了电化学装置对内部压力异常增大的反应灵敏度,降低电化学装置发生热失控导致安全事故发生的风险,提高电化学装置的安全性能。根据不同的电池设计要求,通过局部短路造成凸部周围绝缘件熔融可以是形成泄压通道的主要效应,例如,当绝缘件选择抗撕裂性能高的材料和/或凸部的顶部形状不尖锐等情况,仅通过凸部受压破坏绝缘件所需的压力值过大,难以保证安全性,此时通过凸部造成导电件与外壳的局部短路放热,可以使得电化学装置在内部压力较低的情况形成泄压通道,实现安全泄压。
12.在一些实施例中,凸部在绝缘件沿第一方向的表面形成有凹槽,以形成薄弱部。凸部插设于凹槽内并抵接于薄弱部,凸部被配置为在外壳的内部压力达到阈值时压破薄弱部,以使导电件与外壳短接。上述技术方案中,凸部压破绝缘件后,凸部支撑在导电件和第一壁之间,导电件与外壳通过凸部短接,电化学装置温度迅速升高,高温使得绝缘件熔融,从而支撑在导电件和第一壁之间的凸部能够使得在使导电件和第一壁之间能够形成连通外壳的内部和外部的通道或者凸部允许熔融后的绝缘件被电化学装置内部的气体挤出导电件和第一壁之间,从而在导电件和第一壁之间形成通道,并通过通道泄压,降低电化学装置发生热失控导致安全事故发生的风险,提高电化学装置的安全性能。通过外壳内部的压力达到阈值时凸部压破薄弱部使导电件和外壳通过凸部短接的方式实现电化学装置泄压,可以不需要在外壳上设置泄压机构即能在电化学装置热失控时泄压,可以不破坏外壳结构的整体性,从而保证外壳的结构强度。薄弱部的设置使得绝缘件能够更加容易被凸部压破,能够及时实现电化学装置短接,从而实现及时泄压。
13.在一些实施例中,薄弱部的厚度为d,满足0.01mm≤d≤0.50mm。上述技术方案中,如果薄弱部的厚度d过小,例如小于0.01mm,薄弱部容易被凸部破坏或者凸部容易使得导电件和壳体之间局部短路,电化学装置对内部压力变化过于敏感,造成性能浪费;如果薄弱部
的厚度d过大,例如大于0.50mm,即电化学装置在正常状态下凸部顶部和外壳的第一壁之间的绝缘件过厚,凸部要在极大的压力作用才可能完全破坏绝缘件或者实现局部短路,使得压力阈值过高,不利于保证电化学装置的安全性。薄弱部的厚度d,满足0.01mm≤d≤0.50mm,使得薄弱部既能有较好的绝缘性能,又较为容易被凸部压破,以保证在电化学装置内部压力过大时及时泄压。
14.在一些实施例中,凸部在第一壁面向导电件的表面和/或导电件面向第一壁的表面内沿直线或曲线延伸,凸部的横截面为三角形。上述技术方案中,凸部的横截面为三角形,使得凸部的顶部更加尖锐,可以更容易压破绝缘件。根据设计需要,在其它实施例中凸部的横截面也可以是其它形状,曲边三角形、椭圆形等。
15.在一些实施例中,凸部的横截面的高度为h,凸部的横截面的宽度为l,满足1/5≤h/l≤3。上述技术方案中,如果h/l过小,例如小于1/5,则凸部的横截面为三角形的情况下,三角形整体过于扁平,尖锐度较低,难以刺破绝缘件,从而难以形成畅通的泄压通道;如果h/l过大,例如大于3,则凸部的横截面过于尖锐,在较低的压力下即可刺破绝缘件,且由于尖端放电效应,凸部也更容易实现导电件与第一壁的局部短路,使得电化学装置在较低的内部压力下泄压,造成性能浪费。1/5≤h/l≤3,则电化学装置在合理的内部压力下,凸部破坏绝缘件,使得第一壁和导电件之间形成的通道能够满足电化学装置的泄压需求,以使电化学装置能够及时、快速的泄压,降低电化学装置热失控导致安全事故发生的风险。
16.在一些实施例中,凸部的高度为h,绝缘件的厚度为k,满足0.01mm≤h<k。上述技术方案中,凸部的高度h和绝缘件的厚度k,满足0.01mm≤h<k,以使绝缘件具有良好的绝缘性能,且凸部压破绝缘件后能够在第一壁的厚度方向上支撑第一壁和导电件,以使第一壁和导电件之间形成横截面积较大的用于泄压的通道,以满足泄压需求。
17.在一些实施例中,导电件也可以从第一壁面向电极组件的一侧覆盖第一通孔。上述技术方案中,导电件从第一壁面向电极组件的一侧覆盖第一通孔,能够防止导电件占用外壳的内部空间,提高能量密度。
18.第二方面,本技术实施例提供一种用电设备,包括第一方面任意实施例提供的电化学装置。上述技术方案中,第一方面任意实施例提供的电化学装置的安全性较好,能够提高具备该电化学装置的用电设备的用电安全。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本技术的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定。
20.图1为本技术一些实施例提供的电化学装置的结构示意图;
21.图2为本技术再一些实施例提供的电化学装置的结构示意图;
22.图3为本技术一些实施例提供的外壳、导电件和绝缘件组装后的示意图;
23.图4为本技术再一些实施例提供的外壳、导电件和绝缘件组装后的示意图;
24.图5为本技术又一些实施例提供的外壳、导电件和绝缘件组装后的示意图;
25.图6为本技术另一些实施例提供的外壳、导电件和绝缘件组装后的示意图;
26.图7为本技术又再一些实施例提供的外壳、导电件和绝缘件组装后的示意图;
27.图8为本技术再另一些实施例提供的外壳、导电件和绝缘件组装后的示意图;
28.图9为本技术再又一些实施例提供的外壳、导电件和绝缘件组装后的示意图;
29.图10为本技术一些实施例提供的第一壁、导电件和绝缘件组装前的示意图;
30.图11为本技术一些实施例提供的导电件和本体部连接后的示意图;
31.图12为本技术又一些实施例提供的导电件和本体部连接后的示意图;
32.图13为本技术再一些实施例提供的导电件和本体部连接后的示意图;
33.图14为本技术一些实施例提供的第一壁、导电件和绝缘件组装后的示意图;
34.图15为本技术再一些实施例提供的第一壁、导电件和绝缘件组装后的示意图;
35.图16为本技术一些提供的第一壁、导电件和绝缘件组装后的示意图;
36.图17为图16中q-q向的剖视图;
37.图18为图17中a处的放大图;
38.图19为本技术再另一些实施例提供的导电件和本体部连接后的示意图;
39.图20为图17中b处的放大图。
40.图标:100-电化学装置;10-外壳;11-第一壁;111-第一通孔;12-壳体;121-开口;20-导电件;30-电极组件;31-第一极耳;32-第二极耳;40-绝缘件;41-第二通孔;42-凹槽;43-薄弱部;50-凸部;60-本体部;x-第一方向。
具体实施方式
41.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本技术实施例中的附图,对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本技术一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
42.因此,以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围,而是仅仅表示本技术的选定实施例。
43.需要说明的是,在不冲突的情况下,本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
44.应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
45.在本技术实施例的描述中,需要说明的是,指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系,仅是为了便于描述本技术和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本技术的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.目前,从市场形势的发展来看,电化学装置的应用越加广泛。电化学装置已被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具,以及电动工具、无人机、储能设备等多个领域。随着电化学装置应用领域的不断扩大,其市场的需求量也在不断地扩增。
47.电化学装置的发展要同时考虑多方面的设计因素,例如,能量密度、循环寿命、放电容量、充放电倍率等性能参数,另外,还需要考虑电化学装置的安全性。
48.对于电化学装置来说,主要的安全危险来自于充电和放电过程,当电化学装置内发生异常反应时,会产生大量气体,为了有效地避免不必要的损失,电化学装置设置泄压机构是对电化学装置的保护措施之一。
49.泄压机构是指电化学装置的内部压力或温度达到阈值时被破坏以泄放内部压力的元件或部件。该阈值设计根据设计需求不同而不同。所述阈值可能取决于电化学装置中的正极片、负极片、电解液和隔离膜中一种或几种的材料。泄压机构可以采用诸如防爆阀、防爆片、气阀、泄压阀或安全阀等的形式,并可以具体采用压敏或温敏的元件或构造,即,当电化学装置的内部压力或温度达到阈值时,泄压机构执行动作或者泄压机构结构被破坏,从而形成可供内部压力或温度泄放的开口或通道。
50.本技术中所提到的“致动”是指泄压机构产生动作或被激活至一定的状态,从而使得电化学装置的内部压力及温度得以被泄放。泄压机构产生的动作可以包括但不限于:泄压机构的至少一部分破裂、破碎、被撕裂或者打开,等等。泄压机构在致动时,电化学装置的内部的高温高压物质作为排放物会从致动的部位向外排出。以此方式能够在可控压力或温度的情况下使电化学装置发生泄压及泄温,从而避免潜在的更严重的爆炸等事故发生。
51.本技术中所提到的来自电化学装置的排放物包括但不限于:电解液、被溶解或分裂的正负极片、隔离膜的碎片、反应产生的高温高压气体、火焰,等等。
52.电化学装置包括外壳和设置于外壳内的电极组件。泄压机构为设置在外壳上的薄弱区域或者泄压阀,当电化学装置内部的压力达到阈值时被破坏从而释放电化学装置内部的压力。若是在外壳上设置薄弱区域或者泄压阀会增加外壳的加工工艺,且在外壳上设置薄弱区域和泄压阀的工艺难度较高。在外壳上设置薄弱区域或者泄压阀还会破坏外壳结构的整体性和影响外壳整体的结构强度,从而使得电化学装置的安全性降低。同时设置泄压阀会侵占电化学装置壳体的内部空间,降低空间利用率和能量密度。
53.基于上述考虑,为了缓解电化学装置因在外壳上形成薄弱部而破坏外壳结构的整体性和影响外壳整体的结构强度,从而导致电化学装置的安全性降低的问题。本技术实施例提供了一种电化学装置,电化学装置包括外壳、导电件、电极组件以及绝缘件;外壳具有第一壁,第一壁设有第一通孔;导电件覆盖第一通孔;电极组件容纳于外壳内,导电件与电极组件电连接,以引出电极组件的一个极性;绝缘件设置于导电件和第一壁之间,以绝缘隔离导电件和外壳,绝缘件具有第二通孔,沿第一方向,导电件的投影的至少一部分同时位于第一通孔和第二通孔内,第一方向为第一壁的厚度方向;第一壁面向导电件的表面和/或导电件面向第一壁的表面设有凸部。
54.通过在导电件面向第一壁的表面和/或第一壁面向导电件的表面设置凸部,在电化学装置内部的压力达到阈值时,凸部能够破坏绝缘件,并支撑在第一壁和导电件之间,以使导电件与第一壁之间形成连通外壳的内部和外部的通道,外壳内部的气体能够从通道排至外壳外部,实现电化学装置泄压,降低电化学装置发生热失控导致安全事故发生的风险,提高电化学装置的安全性能。上述方案可以不需要在外壳上设置泄压机构即能在电化学装置热失控时泄压,因此,可以不破坏外壳结构的整体性,从而保证外壳的结构强度,进一步提高电化学装置的安全性能。
55.本技术实施例公开的电化学装置可以但不限用于电动两轮车、电动工具、无人机、储能设备等用电设备中。也可以使用具备本技术工况的电化学装置作为用电设备的电源系
统,这样,有利于提高电源系统的充放电安全和用电设备的用电安全。
56.本技术实施例提供一种使用电化学装置作为电源的用电设备,用电设备可以为但不限于电子设备、电动工具、电动交通工具、无人机、储能设备。其中,电子设备可以包括手机、平板、笔记本电脑等,电动工具可以包括电钻、电锯等,电动交通工具可以包括电动汽车、电动摩托车、电动自行车等。
57.如图1、图2所示,本技术实施例提供了一种电化学装置100,电化学装置100包括外壳10、导电件20、电极组件30以及绝缘件40;外壳10具有第一壁11,第一壁11设有第一通孔111;导电件20覆盖第一通孔111;电极组件30容纳于外壳10内,导电件20与电极组件30电连接,以引出电极组件30的一个极性;绝缘件40设置于导电件20和第一壁11之间,以绝缘隔离导电件20和外壳10,绝缘件40具有第二通孔41,沿第一方向,导电件20的投影的至少一部分同时位于第一通孔111和第二通孔41内,第一方向x为第一壁的厚度方向;其中,第一壁11面向导电件20的表面和/或导电件20面向第一壁11的表面设有凸部50。
58.请继续参见图1、图2,外壳10形成容纳电极组件30的容纳空间。外壳10包括第一壁11和壳体12,壳体12具有开口121,第一壁11封盖壳体12的开口121。
59.沿第一方向x,导电件20、绝缘件40和第一壁11层叠设置,且绝缘件40层叠在导电件20和第一壁11之间,以绝缘隔离导电件20和第一壁11。第一通孔111和第二通孔41沿第一方向x连通。导电件20在绝缘件40背离第一壁11的一侧覆盖第一通孔111。第一方向与第一方向x平行。
60.第一通孔111和第二通孔41的形状可以多种,比如,第一通孔111和第二通孔41为方形孔、矩形孔、圆孔等。第一通孔111和第二通孔41的形状可以相同,也可以不同。在本实施例中,第一通孔111和第二通孔41均为圆孔,第一通孔111和第二通孔41同轴布置。
61.在第一通孔111和第二通孔41均为圆孔的实施例中,第一通孔111和第二通孔41的直径可以相同,也可以不同。图1、图2中示出了优选的第二通孔41和第一通孔111同轴布置且第二通孔41的直径大于第一通孔111的直径的情况。
62.在一些实施例中,外壳10可以包括一个第一壁11,则壳体12具有一个开口121,该第一壁11封盖该开口121。在另一些实施例中,外壳10可以包括两个相对设置的第一壁11,壳体12具有两个开口121,两个开口121可以位于壳体12相对的两端,每个第一壁11用于封盖一个开口121。图1、图2中示出了外壳10包括一个第一壁11的情况。
63.电极组件30由正极片(图中未示出)、负极片(图中未示出)和隔离膜(图中未示出)组成。电化学装置100主要依靠金属离子在正极片和负极片之间移动来工作。正极片包括正极集流体和正极活性物质层,正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面。在一些实施例中,正极集流体还具有未涂覆正极活性物质层的部分,未涂敷正极活性物质层的正极集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的正极集流体,未涂敷正极活性物质层的正极集流体作为正极耳。在另一些实施例中,正极耳也可以是与正极集流体分体设置并电连接的结构。以电化学装置100为锂离子电池为例,正极集流体的材料可以为铝,正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极片包括负极集流体和负极活性物质层,负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面。在一些实施例中,负极集流体还具有未涂覆负极活性物质层的部分,未涂敷负极活性物质层的负极集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的负极集流体,未涂敷负极活性物质层的负极集流体作为负极耳。在另一些实施例中,负极耳也可以是与负
极集流体分体设置并电连接的结构。负极集流体的材料可以为铜,负极活性物质可以为含碳和/或硅等的常见负极活性材料,如天然石墨、活性炭、硬碳、人造石墨、碳硅化合物等。为了保证通过大电流而不发生熔断,正极耳的数量为多个且层叠在一起,负极耳的数量为多个且层叠在一起。正极耳和负极耳分别为后文提到的第一极耳31和第二极耳32。
64.正极耳和负极耳可以从电极组件30的同一端延伸出,也可以分别从电极组件30相对的两端延伸出。图1、图2均示出了正极耳和负极耳分别从电极组件30的相对的两端延伸出的情况。其中,图1示出了正极耳和负极耳分别从电极组件30沿第一方向x延伸出的情况,图2示出了正极耳和负极耳分别从电极组件30的垂直沿第一方向x的方向延伸出的情况。
65.正极耳和负极耳中的一者与一个导电件20电连接,以实现导电件20和电极组件30电连接。
66.隔离膜的材质可以为pp(polypropylene,聚丙烯)或pe(polyethylene,聚乙烯)等。此外,电极组件30可以是卷绕式结构,也可以是叠片式结构,本技术实施例并不限于此。
67.电化学装置100可以包括一个导电件20,也可以包括两个导电件20。
68.如图3、图4所示,在外壳10包括两个第一壁11的实施例中,电化学装置100可以包括两个导电件20,两个导电件20分别覆盖两个第一壁11的第一通孔111,每个第一壁11和对应的导电件20之间通过一绝缘件40绝缘隔离。正极耳和负极耳可以分别与两个导电件20电连接,则两个导电件20分别引出电极组件30的两个相反的极性,两个导电件20分别形成电化学装置100的正极和负极,从而电化学装置100通过正极和负极进行充放电。
69.如图5、图6所示,在电化学装置100包括一个导电件20和一个第一壁11的实施例中,导电件20绝缘设置于外壳10的第一壁11。正极耳和负极耳中一者与导电件20电连接,另一者与外壳10电连接,以使导电件20和外壳10分别引出电极组件30的两个相反的极性,导电件20和外壳10分别形成电化学装置100的正极和负极,从而电化学装置100通过正极和负极进行充放电。正极耳和负极耳分别位于电极组件30相对的两端,降低电化学装置100内部短路的风险。外壳10的材质为金属,以使外壳10具有较好的结构强度和耐热性能。外壳10的材质可以根据与其电连接的极耳极性确定,若是与外壳10电连接的是正极耳,则外壳10的材质可以为铝,若与外壳10电连接的是负极耳,则外壳10的材质可以是不锈钢或者镍等。
70.可以仅设置在导电件20面向第一壁11的表面设置凸部50,凸部50从导电件20面向第一壁11的表面沿第一方向x向靠近第一壁11的方向凸出导电件20的表面。也可以仅在第一壁11面向导电件20的表面设置凸部50,凸部50从第一壁11面向导电件20的表面沿第一方向x向靠近导电件20的方向凸出第一壁11的表面。也可以是第一壁11面向导电件20的表面和导电件20面向第一壁11的表面均设有凸部50。
71.绝缘件40设置在第一壁11和导电件20之间,沿第一方向x,绝缘件40和凸部50重叠,以使凸部50能够在第一方向x上作用于绝缘件40,从而使得凸部50能够破坏绝缘件40。
72.需要说明的是,本技术中图中的虚线表示导电件20在第一方向x上面向第一壁11的表面。
73.通过在导电件20面向第一壁11的表面和/或第一壁11面向导电件20的表面设置凸部50,在电化学装置100内部的压力达到阈值时,凸部50能够破坏在导电件20和第一壁11之间起到绝缘密封作用的绝缘件40,并支撑在第一壁11和导电件20之间,以使导电件20与第一壁11之间形成连通外壳10的内部和外部的通道,外壳10内部的气体能够从通道排至外壳
10外部,实现电化学装置100泄压,降低电化学装置100发生热失控导致安全事故发生的风险,提高电化学装置100的安全性能。上述方案可以不需要在外壳10上设置泄压机构(如常见的防爆阀或者在外壳上进行刻痕)即能在电化学装置100热失控时泄压,因此,可以不破坏外壳10结构的整体性,从而保证外壳10的结构强度,进一步提高电化学装置100的安全性能,同时提高电化学装置100的空间利用率,提高能量密度。
74.在一些实施例中,如图1-图6所示,电化学装置100还包括本体部60,本体部60与导电件20电连接。导电件20沿第一通孔111的径向凸出于本体部60的外周。导电件20和本体部60可以分体设置,再通过焊接、粘接等方式连接为整体结构,以实现导电件20和本体部60电连接。导电件20和本体部60也可以是一体成型结构,比如采用冲压、浇筑等方式形成。导电件20和本体部60共同形成电化学装置100的极柱。本体部60穿设于第一通孔111和第二通孔41内。本体部60的外周面和第一通孔111的孔壁之间存在间隙,本体部60的外周面和第二通孔41的孔壁之间存在间隙,以便于电化学装置100内部的气体排出。
75.在本实施例中,导电件20可以为圆盘结构,本体部60可以为圆柱结构。在另一些实施例中,导电件20也可以是其他结构,比如导电件20为矩形、六边形等,本体部60也可以是其他结构,比如本体部60为长方体、六棱柱等。
76.值得注意的是,本体部60并非必须的部件,如7和图8所示,平面状的导电件20也可以起到电化学装置100的极柱的作用。
77.如图3、图5所示,导电件20可以位于第一壁11的外侧,即导电件20和绝缘件40均位于外壳10外,本体部60依次穿过第二通孔41和第一通孔111。导电件20可以通过本体部60与电极组件30电连接,导电件20位于外壳10外可以与用电设备、充电设备等连接。在这种实施例中,本体部60可以延伸至第一壁11背离绝缘件40的一侧,以使本体部60与电极组件30的极耳实现电连接。当然,本体部60背离导电件20的一端也可以位于第一通孔111内。在导电件20可以位于第一壁11的外侧且导电件20上未连接本体部60的实施例中(如图7所示),导电件20面向第一壁11的表面可以与电极组件30的极耳连接,导电件20背离第一壁11的表面可以与用电设备、充电设备等连接。
78.如图4、图6所示,导电件20可以位于第一壁11的内侧,即导电件20和绝缘件40均位于外壳10内,本体部60依次穿过第二通孔41和第一通孔111。导电件20与电极组件30电连接,本体部60从外壳10内向外壳10外延伸,本体部60可以与用电设备、充电设备等连接。在这种实施例中,本体部60可以延伸至第一壁11背离绝缘件40的一侧,以便于本体部60和用电设备、充电设备等连接。当然,本体部60背离导电件20的一端也可以位于第一通孔111内。
79.在导电件20可以位于第一壁11的内侧且导电件20上未连接本体部60的实施例中(如图8所示),用电设备、充电设备等的电连接部为可以穿过第一通孔111和第二通孔41与导电件20面向第一壁11的表面连接,导电件20背离第一壁11的表面可以与电极组件30的极耳连接。
80.在电化学装置100具有两个第一壁11和两个导电件20的实施例中,如图9所示,沿第一方向x,两个第一壁11可以相对布置,一个导电件20可以位于第一壁11的外侧,另一个导电件20位于第一壁11的内侧。
81.如图10所示,在一些实施例中,凸部50设置在导电件20面向第一壁11的表面。
82.在第一方向x上,导电件20面向第一壁11的表面设置有凸部50。设置在导电件20上
的凸部50可以是一个也可以是多个。在导电件20上设置多个凸部50的实施例中,多个凸部50沿第一通孔111的周向间隔布置,相邻的两个凸部50之间可以形成间隔。
83.在导电件20连接有本体部60的实施例中,凸部50在其延伸方向的一端可以与本体部60的外周面连接,则凸部50从本体部60的外周面向导电件20的外周面延伸。当然,凸部50和本体部60也可以没有连接关系,凸部50的任意位置和本体部60的外周面间隔设置。
84.凸部50设置在导电件20面向第一壁11的表面,使得凸部50制造成型更加方便,因为导电件20单独成型,且尺寸灵活的相对较高,结构较为简单,在其面向第一壁11的表面设置凸部50的加工便利性和加工成本会较低,进而降低整体电化学装置100的整体成本。
85.在导电件20上设置凸部50的实施例中,凸部50和导电件20可以是分体设置,再通过焊接、粘接等方式连接为整体结构。
86.当然,也可以是导电件20和凸部50一体成型。可以理解为,导电件20和凸部50采用一体成型工艺形成,比如冲压、铣削、铸造等工艺形成。导电件20与凸部50一体成型,能够通过简单、方便的制造方式实现凸部50设置于导电件20,且使得导电件20和凸部50形成的整体结构强度更好。
87.在一些实施例中,电化学装置100包括多个凸部50,多个凸部50围绕第一通孔111间隔布置。
88.优选地,多个凸部50可以围绕第一通孔111均匀间隔布置,多个凸部50均匀间隔布置,则在绝缘件40被破坏后,多个凸部50能够共同支撑导电件20和第一壁11,且使得导电件20和第一壁11均匀受力,提高通道的稳定性,且可形成的通道分布更均匀,提升泄压过程的安全性。当然,也可以围绕第一通孔111非均匀间隔布置。图11中示出了导电件20面向第一壁11的表面设置有四个凸部50且四个凸部50围绕第一通孔111均匀间隔布置的情况。图12中示出了导电件20面向第一壁11的表面设置了三个凸部50且三个凸部50围绕第一通孔111均匀间隔布置的情况。图13中示出了导电件20面向第一壁11的表面设置了两个凸部50,在垂直第一方向x的方向上,两个凸部50设置于本体部60相对的两侧的情况。
89.多个凸部50围绕第一通孔111间隔布置,则在电化学装置100内部的压力达到阈值后,多个凸部50共同破坏绝缘件40,且多个凸部50能够共同支撑导电件20和第一壁11,使得导电件20和第一壁11具有较为均匀受力,提高形成的通道的稳定性,有利于快速、稳定泄压。
90.为了确保能够沿第一通孔111的径向完全破坏绝缘件40,形成沿第一通孔111的径向延伸的通道。因此,如图14、图15所示,在一些实施例中,凸部50靠近第一通孔111的一端超出第二通孔41的孔壁,凸部50远离第一通孔111的一端超出绝缘件40的外边缘或者与绝缘件40的外边缘平齐。图14中示出了凸部50远离第一通孔111的一端超出绝缘件40的外边缘的情况。图15中示出了凸部50远离第一通孔111的一端与绝缘件40的外边缘平齐的情况。
91.凸部50沿其延伸方向具有两端,一端相对另一端在第一通孔111的径向上更加靠近第一通孔111。
92.凸部50靠近第一通孔111的一端超出第二通孔41的孔壁,凸部50远离第一通孔111的一端超出绝缘件40的外边缘或者与绝缘件40的外边缘平齐,则凸部50能够将绝缘件40破坏后使导电件20与第一壁11之间形成沿第一通孔111的径向连通外壳10的内部和外部的通道,有利于更加快速、顺利泄压,降低电化学装置100热失控引发安全事故的风险。
93.在另一些实施例中,凸部50远离第一通孔111的一端也可以被绝缘件40覆盖,即绝缘件40的外边缘超出凸部50远离第一通孔111的一端(图17、图18中示出)。
94.凸部50破坏绝缘件40的方式有多种,比如,第一壁11或导电件20受力,使得第一壁11和导电件20向相互靠近的方向移动,第一壁11和导电件20距离靠近的过程中,凸部50挤压绝缘件40,直至凸部50将绝缘件40在第一方向x上压破,凸部50能够支撑在第一壁11和导电件20之间,则绝缘件40形成为在第一通孔111的周向上不连续的结构,凸部50可以使绝缘件40在第一通孔111的周向上保持不连续的状态。沿第一通孔111的周向,凸部50和绝缘件40的缝隙即为通道,电化学装置100内部的气体能够从凸部50和绝缘件40在第一通孔111的周向上的缝隙排出。在这种实施例中,凸部50可以是绝缘材料制成,也可以是导电材料制成。
95.在另一些实施例中,电极组件30包括极性相反的第一极耳31和第二极耳32,第一极耳31与导电件20电连接,第二极耳32与外壳10电连接;凸部50被配置为在绝缘件40熔融后使导电件20和第一壁11之间形成连通外壳10的内部和外部的通道。
96.第一极耳31和第二极耳32分别为正极耳和负极耳。凸部50可以为导电材料制成。
97.第一壁11或导电件20受力,使得第一壁11和导电件20向相互靠近的方向移动,第一壁11和导电件20距离靠近的过程中,凸部50挤压绝缘件40,直至凸部50将绝缘件40在第一方向x上压破,凸部50能够支撑在第一壁11和导电件20之间,则导电件20和第一壁11通过凸部50电连接,即电化学装置100的正极和负极电连接,电化学装置100短路。短路后的电化学装置100温度迅速升高,高温使得绝缘件40熔融,熔融后的绝缘件40具有流动性,熔融状态的绝缘件40不定向流动以在第一壁11和导电件20之间形成通道,或者熔融状态的绝缘件40被电化学装置100内部的压力挤向外壳10外部后在第一壁11和导电件20之间形成通道。示例性地,如图6所示,导电件20位于外壳10内,导电件20从第一壁11面向电极组件30的一侧覆盖第一通孔111,能够减小电化学装置100的整体结构。电化学装置100内部压力会在导电件20背离绝缘件40的一侧驱动导电件20向靠近第一壁11的方向移动,则凸部50挤压绝缘件40,直至凸部50将绝缘件40压破,外壳10和导电件20通过凸部50电连接,电化学装置100短路,凸部50支撑于第一壁11和导电件20之间,以使导电件20不能进一步向第一壁11靠近,则电化学装置100内部的气压能够使得熔融状态的绝缘件40从第一壁11和导电件20之间被挤压至第二通孔41、第一通孔111最终排至外壳10外部(图6中的空心箭头的指向可以是熔融状态的绝缘件40被挤出的方向和电化学装置100泄内部气压都排气方向)。
98.通过第一极耳31与导电件20电连接,第二极耳32与外壳10电连接,以使导电件20和外壳10分别形成电化学装置100极性相反的两极,当电化学装置100内部的压力增大至阈值时,凸部50破坏绝缘件40,电化学装置100短路,短路后的电化学装置100温度迅速升高,高温使得绝缘件40熔融,局部熔融的绝缘件40在凸部50和外壳10内部的气体作用下,向凸部50两边流动,形成截面更大的用于泄压的通道,提高了电化学装置100热失控时的泄压效率。同时凸部50顶部(若是凸部50设于导电件20,则凸部50的顶部指凸部50背离导电件20的一端,若是凸部50设于第一壁11,则凸部50的顶部指凸部50背离第一壁11的一端)微观下必然是高低不平,只要凸部50顶部部分较高的部分与外壳接触,即可发生局部短路放热,进而可以在整个绝缘件40被凸部50完全破坏前,实现凸部50周围绝缘件40的熔融,加快了泄压的通道的形成,提高了电化学装置100对内部压力异常增大的反应灵敏度,降低电化学装置
100发生热失控导致安全事故发生的风险,提高电化学装置100的安全性能。根据不同的电池设计要求,通过局部短路造成凸部周围绝缘件40熔融可以是形成泄压的通道的主要效应,例如,当绝缘件40选择抗撕裂性能高的材料和/或凸部50的顶部形状不尖锐等情况,仅通过凸部50受压破坏绝缘件40所需的压力值过大,难以保证安全性,此时通过凸部50造成导电件20与外壳10的局部短路放热,可以使得电化学装置100在内部压力较低的情况形成泄压通道,实现安全泄压。
99.且通过凸部50使得第一壁11和导电件20短路的产生局部短路放热的方式,除了大幅度提高电化学装置100对内部压力异常升高的泄压灵敏度,提高安全性外,还可以在凸部50远离所述第一通孔111的一端未超出所述绝缘件40的外边缘或者与绝缘件40的外边缘平齐的情况下(如图6所示),通过局部短路放热,使得未被凸部50切断的绝缘件40快速熔融,快速形泄压的通道,减少控制绝缘件40和导电件20尺寸的难度,降低生产成本。
100.如图16、图17所示,在一些实施例中,凸部50在绝缘件40沿第一方向x的表面形成有凹槽42,以形成薄弱部43;凸部50插设于凹槽42内并抵接于薄弱部43,凸部50被配置为在外壳10的内部压力达到阈值时压破薄弱部43,以形成泄压通道或者使导电件20与外壳10短接。
101.薄弱部43是绝缘件40上厚度较小且与凸部50相对的位置。薄弱部43可以通过在绝缘件40上设置凹槽42形成。凹槽42可以是在绝缘件40组装至第一壁11和导电件20之间之前形成,通过开槽相关的工艺在绝缘件40面向凸部50的表面上形成有凹槽42,以减小绝缘件40在凹槽42对应位置的厚度。在本实施例中,绝缘件40在凹槽42对应位置的厚度小于绝缘件40在其他位置的厚度。在绝缘件40组装在第一壁11和导电件20之间后,凸部50插设于凹槽42内。凸部50和凹槽42一一对应设置。凹槽42可以三角形凹槽42、矩形凹槽42等。
102.其中,在仅导电件20面向第一壁11的表面设置凸部50的实施例中,可以仅在绝缘件40面向导电件20的表面设置凹槽42。
103.在仅第一壁11面向导电件20的表面设置凸部50的实施例中,可以仅在绝缘件40面向第一壁11的表面设置凹槽42。
104.在导电件20面向第一壁11的表面和第一壁11面向导电件20的表面均设有凸部50的实施例中,可以在绝缘件40面向导电件20的表面和面向第一壁11的表面均设置凹槽42。在导电件20面向第一壁11的表面和第一壁11面向导电件20的表面均设有凸部50的实施例中,沿第一方向x,导电件20上的凸部50和第一壁11的凸部50在绝缘件40上的投影可以重合,则设置在绝缘件40两侧的凹槽42也可以重合。在导电件20面向第一壁11的表面和第一壁11面向导电件20的表面均设有凸部50的实施例中,沿第一方向x,导电件20上的凸部50和第一壁11的凸部50在绝缘件40上的投影可以完全错开,即不重合,则设置在绝缘件40两侧的凹槽42也可以错开。
105.凹槽42可以是在绝缘件40组装至第一壁11和导电件20之间之后,由于绝缘件40受到第一壁11和导电件20的挤压,凸部50嵌入至绝缘件40内形成。
106.薄弱部43的设置使得绝缘件40能够更加容易被凸部50压破,能够及时实现电化学装置100短接,从而实现及时泄压。
107.凸部50压破绝缘件40后,凸部50支撑在导电件20和第一壁11之间,导电件20与外壳10通过凸部50短接,电化学装置100温度迅速升高,高温使得绝缘件40熔融,从而支撑在
导电件20和第一壁11之间的凸能够使得在使导电件20和第一壁11之间能够形成连通外壳10的内部和外部的通道或者凸部50允许熔融后的绝缘件40被电化学装置100内部的气体挤出导电件20和第一壁11之间,从而在导电件20和第一壁11之间形成通道,并通过通道泄压,降低电化学装置100发生热失控导致安全事故发生的风险,提高电化学装置100的安全性能。
108.通过外壳10内部的压力达到阈值时凸部50压破薄弱部43使导电件20和外壳10通过凸部50短接的方式实现电化学装置100泄压,可以不需要在外壳10上设置泄压机构即能在电化学装置100热失控时泄压,可以不破坏外壳10结构的整体性,从而保证外壳10的结构强度。
109.如图18所示,薄弱部43的厚度可以根据实际需要设置,在一些实施例中,薄弱部43的厚度为d,满足0.01mm≤d≤0.50mm。
110.薄弱部43的厚度是指薄弱部43在第一方向x的尺寸。比如d可以是0.02mm、0.03mm、0.05mm、0.08mm、0.10mm、0.15mm、0.20mm、0.25mm、0.30mm、0.35mm、0.40mm、0.45mm等。
111.如果薄弱部43的厚度d过小,例如小于0.01mm,薄弱部43容易被凸部50破坏或者凸部50容易使得导电件20和外壳10之间局部短路,电化学装置100对内部压力变化过于敏感,造成性能浪费;如果薄弱部43的厚度d过大,例如大于0.50mm,即电化学装置100在正常状态下凸部50顶部和外壳10的第一壁11之间的绝缘件40过厚,凸部50要在极大的压力作用才可能完全破坏绝缘件40或者实现局部短路,使得压力阈值过高,不利于保证电化学装置100的安全性。薄弱部43的厚度d,满足0.01mm≤d≤0.50mm,使得薄弱部43既能有较好的绝缘性能,又较为容易被凸部50压破,以保证在电化学装置100内部压力过大时及时泄压。
112.在一些实施例中,凸部50在第一壁11面向导电件20的表面沿直线或曲线延伸,即设置于第一壁11面向导电件20的表面的凸部50可以沿直线延伸,也可以沿曲线延伸。在一些实施例中,凸部50在导电件20面向第一壁11的表面内沿直线或曲线延伸,即设置于导电件20面向第一壁11的表面的凸部50可以沿直线延伸,也可以沿曲线延伸。
113.比如凸部50沿第一通孔111的径向直线延伸,再比如,凸部50沿s形路径延伸。
114.凸部50的横截面是指凸部50位于其延伸方向上任意位置的截面,如图17所示,在本实施例中,凸部50的横截面为三角形。凸部50的横截面为三角形,使得凸部50的顶部更加尖锐,可以更容易压破绝缘件40。
115.在另一些实施例中,凸部50的横截面也可以矩形、半圆形、半椭圆形等。
116.请继续参照图17,在一些实施例中,凸部50的横截面三角形的高度为h,凸部50的横截面三角形宽度为l,满足1/5≤h/l≤3。
117.凸部50的高度是指凸部50在第一方向x的尺寸。比如,凸部50设置于导电件20面向第一壁11的表面,则凸部50的高度是指沿第一方向x,凸部50凸出导电件20面向第一壁11的表面的尺寸。
118.凸部50的宽度是指凸部50的横截面在垂直第一方向x的方向上的尺寸。
119.h/l可以是2/5、4/5、1、1.2、1.5、1.7、2、2.3、2.5、2.7等。
120.在凸部50的横截面为三角形的实施例中,h/l越大,则凸部50面向第一壁11的棱边越锋利,越有利于压破绝缘件40。
121.如果h/l过小,例如小于1/5,则凸部50的横截面为三角形的情况,三角形整体过于
扁平,尖锐度较低,难以刺破绝缘件40,从而难以形成畅通的泄压的通道;如果h/l过大,例如大于3,则凸部的横截面过于尖锐,在较低的压力下即可刺破绝缘件40,且由于尖端放电效应,凸部50也更容易实现导电件20与第一壁11的局部短路,使得电化学装置100在较低的内部压力下泄压,造成性能浪费。
122.因此,1/5≤h/l≤3,则电化学装置100在合理的内部压力下,凸部50破坏绝缘件40后,凸部50使得第一壁11和导电件20之间形成的通道能够满足电化学装置100的泄压需求,以使电化学装置100能够及时、快速的泄压,降低电化学装置100热失控导致安全事故发生的风险。
123.结合参照图18、图19和图20,在一些实施例中,凸部50的高度为h,绝缘件40的厚度为k,满足0.01mm≤h<k。
124.绝缘件40的厚度为绝缘件40在第一方向x的尺寸。在绝缘件40形成都有凹槽42的实施例中,绝缘件40的厚度k是指绝缘件40的凹槽42对应位置以外的区域的厚度。凸部50的高度h小于绝缘件40的厚度k,保证第一壁11或导电件20受到外力之前,绝缘件40在凸部50对应位置能够起到绝缘作用。
125.凸部50的高度h可以是0.02mm、0.05mm、0.07mm、0.10mm、0.15mm、0.17mm、0.20mm、0.25mm、0.27mm等。
126.凸部50的高度h和绝缘件40的厚度k,满足0.01mm≤h<k,以使绝缘件40具有良好的绝缘性能,且凸部50压破绝缘件40后能够在第一方向x上支撑第一壁11和导电件20,以使第一壁11和导电件20之间形成横截面积较大的用于泄压的通道,以满足泄压需求。
127.本技术实施例还提供一种用电设备,用电设备包括上述任意实施例提供的电化学装置100。电化学装置100作为用电设备的供能部件,以使用电设备执行自身的功能。
128.用电设备可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电钻、电锯、电动汽车、电动摩托车、电动自行车等。
129.上述任意实施例提供的电化学装置100的安全性较好,能够提高具备该电化学装置100的用电设备的用电安全。
130.以上仅为本技术的优选实施例而已,并不用于限制本技术,对于本领域的技术人员来说,本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本技术的保护范围之内。