电化学装置、用电设备以及电化学装置的制备方法与流程

本技术涉及储能，尤其涉及一种电化学装置、用电设备以及电化学装置的制备方法。

背景技术：

1、对于卷绕结构的电池，由于其具有螺旋渐开线的特殊结构，会在卷绕结构的端面产生较强的轴向磁场。如此会对蓝牙耳机等用电设备产生较大的干扰，影响用电设备的正常使用。因此，如何降低卷绕结构电池的轴向磁场成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供一种电化学装置，以降低卷绕结构电池的轴向磁场，从而降低电化学装置对用电设备的干扰。

2、本技术第一方面，提供一种电化学装置，电化学装置包括壳体和电极组件。电极组件收容于壳体，且电极组件包括极片组件、第一极耳以及第二极耳。极片组件包括卷绕设置的第一极片和第二极片，第一极片包括第一集流体和第一活性物质层；第二极片包括第二集流体和第二活性物质层；第二活性物质层的卷绕起始段相对于第一活性物质层的卷绕起始段位于极片组件的卷绕外侧。第一极耳与第一集流体卷绕尾段的第一区域连接。第二极耳与第二集流体卷绕尾段的第二区域连接。沿极片组件由内到外的卷绕方向，第一区域超出第二区域。其中，第一活性物质层包括第一有效区，第一有效区为第一活性物质层中与第二活性物质层相对的区域，沿极片组件由内到外的卷绕方向，第一有效区的总长度为l1mm；第一集流体包括第一涂覆区，第一有效区设于第一涂覆区的表面。第二活性物质层包括第二有效区，第二有效区为第二活性物质层中与第一活性物质层相对的区域，沿极片组件由内到外的卷绕方向，第二有效区的总长度为l2 mm；第二集流体包括第二涂覆区，第二有效区设于第二涂覆区的表面。沿极片组件由内到外的卷绕方向，第一涂覆区包括第一起始端和第一末端，第二涂覆区包括第二起始端和第二末端。第一集流体包括第一末端至第一区域中心的第一段，第一段的长度为s1 mm，第一段的卷绕角度为α1°，第一段的卷绕圈数c10＝α1/360，第一段的卷绕半径r10 mm＝s1/(2π×c10)；第二集流体可选地包括第二末端至第二区域中心的第二段，第二段的长度为s2 mm，第二段的卷绕角度为α2°，第二段的卷绕圈数c20＝α2/360，第二段的卷绕半径r20 mm＝s2/(2π×c20)。

3、沿极片组件由内到外的卷绕方向，第一涂覆区和第二涂覆区的卷绕圈数为n，第i圈第一涂覆区的卷绕半径为r1i mm,第i圈第二涂覆区的卷绕半径为r2i mm,第i圈中第一有效区的长度为l1i mm，第i圈中第一有效区的占比x1i＝l1i/l1；第i圈中第二有效区的长度为l2i mm，第i圈中第二有效区的占比x2i＝l2i/l2。第一涂覆区中第i圈的等效电流强度λ1i＝x11+…+x1(i-1)+0.5x1i，第二涂覆区中第i圈的等效电流强度λ2i＝x21+…+x2(i-1)+0.5x2i。第一涂覆区中第i圈的等效磁场强度为λ1i×f(r1i)，第一段的等效磁场强度为c10×f(r10)，第二涂覆区中第i圈的等效磁场强度为λ2i×f(r2i)，第二段的等效磁场强度为c20×f(r20)。其中，f(r)＝0.000016866r4-0.0002591r3+0.001204r2-0.00198162r+0.0018255。第一集流体的等效磁场强度之和为f1，f1＝c10×f(r10)+λ11×f(r11)+λ12×f(r12)+…λ1n×f(r1n)。第二集流体的等效磁场强度之和为f2，f2＝c20×f(r20)+λ21×f(r21)+λ22×f(r22)+…λ2n×f(r2n)，满足：|f1-f2|≤4×10-5。

4、本技术的发明人通过研究发现，由于卷绕结构的极片组件具有螺旋渐开线的特殊结构，卷绕内侧第一极片和卷绕外侧第二极片在相同圈数下的卷绕半径存在差异，使得相同圈数下的第一极片和第二极片在轴向上所产生的磁场强度产生差异，同时，由于同一极片中的有效电流大小由内到外逐渐增大，进一步使得由内到外各圈第一极片和第二极片所产生的轴向磁场强度的差异不断增大，从而在极片组件端面累积产生较强的轴向磁场。本技术通过延长位于卷绕内侧第一极片的有效长度，并控制第一区域超出第二区域的长度直至第一集流体的等效磁场强度之和f1与第二集流体的等效磁场强度之和f2满足：|f1-f2|≤4×10-5，当电极组件放电产生电流时，第一极片超出第二区域的部分所产生的磁场可以更好地抵消螺旋渐开线结构所产生的轴向磁场，从而更好地降低卷绕结构端面的轴向磁场，进而有利于降低电化学装置对用电设备的干扰。

5、在一些实施例中，进一步满足|f1-f2|≤3×10-5，如此，能够进一步降低卷绕结构端面的轴向磁场，从而进一步降低对用电设备的干扰。

6、在一些实施例中，沿极片组件由内到外的卷绕方向，第一区域超出第二区域的卷绕长度小于一圈。如此，有利于减小第一集流体延伸的长度，从而降低第一集流体延伸过长而容易错位引发短路的风险。

7、在一些实施例中，第一极片为负极极片，第二极片为正极极片，沿极片组件由内到外的卷绕方向的相反方向，第一活性物质层的卷绕起始段超出第二活性物质层的卷绕起始段，和/或沿极片组件由内到外的卷绕方向，第一活性物质层的卷绕尾段超出第二活性物质层的卷绕尾段。如此，有利于降低析锂风险，提升电化学装置的安全性。

8、在一些实施例中，壳体包括极性相异的第一壳部和第二壳部，第一壳部包括顶壁、底壁和侧壁，第二壳部包括极柱，顶壁设有通孔，极柱设于通孔，如此，有利于壳体内电极组件的极性引出。

9、在一些实施例中，沿极片组件由内到外的卷绕方向，第一集流体的卷绕尾段还包括超出第一区域且表面未设置第一活性物质层的空白段，空白段覆盖第二集流体的卷绕尾段。如此，第二集流体的卷绕尾段与第一壳部之间设有第一集流体的空白段，有利于增强第二集流体和第一壳部之间的隔离效果，从而有利于降低第二集流体与第一壳部直接接触而造成短路的风险。

10、在一些实施例中，第一极耳包括第一连接部和第一弯折部，第一连接部与第一区域连接，第一弯折部包括与第一壳部连接的第三区域；电化学装置还包括第一连接件，第一连接件位于壳体外，第一连接件包括第一端部以及第二端部，第一端部与第一壳部连接，第二端部包括用于和外部负载连接的第四区域，第三区域中心至第一区域中心的射线与第三区域中心至第四区域中心的射线之间的夹角为θ1，满足θ1≤45°。如此，有利于降低电流通过第一弯折部对轴向磁场的影响，从而进一步降低对用电设备的干扰。

11、在一些实施例中，第二极耳包括第二连接部和第二弯折部，第二连接部与第二区域连接，第二弯折部包括与第二壳部连接的第五区域；电化学装置还包括第二连接件，第二连接件位于壳体外，第二连接件包括第三端部以及第四端部，第三端部与第二壳部连接，第四端部包括用于和外部负载连接的第六区域，第五区域中心至第二区域中心的射线与第五区域中心至第六区域中心的射线之间的夹角为θ2，满足θ2≤45°。如此，有利于降低电流通过第二弯折部对轴向磁场的影响，从而进一步降低对用电设备的干扰。

12、在一些实施例中，极片组件还包括第一隔膜，第一隔膜设于第一极片和第二极片之间，沿极片组件由内到外的卷绕方向，第一隔膜的卷绕尾段超出第一极片。如此，第一极片的卷绕尾端被第一隔膜覆盖，有利于降低第一极片与第二极片直接接触的风险。

13、在一些实施例中，极片组件还包括第二隔膜，第二隔膜设于第一极片和第二极片之间，沿极片组件由内到外的卷绕方向，第二隔膜的卷绕尾段超出第二极片。如此，第二极片的卷绕尾段被第二隔膜覆盖，有利于降低第二极片与第一极片或壳体直接接触的风险。

14、在一些实施例中，电化学装置还包括绝缘件，绝缘件设置于壳体和极片组件之间。如此，有利于降低极片组件与壳体直接接触的风险，从而有利于降低电化学装置发生内部短路的风险。

15、本技术第二方面，还提供一种用电设备，包括上述任一实施例中的电化学装置。上述实施例中的电化学装置轴向磁场降低，降低了对用电设备的电磁干扰，从而提升了用电设备使用的可靠性。

16、本技术第三方面，还提供一种电化学装置的制备方法，电化学装置包括壳体和电极组件。电极组件收容于壳体，且电极组件包括极片组件、第一极耳以及第二极耳。极片组件包括卷绕设置的第一极片和第二极片，第一极片包括第一集流体和第一活性物质层；第二极片包括第二集流体和第二活性物质层；第二活性物质层的卷绕起始段相对于第一活性物质层的卷绕起始段位于极片组件的卷绕外侧。第一极耳与第一集流体卷绕尾段的第一区域连接。第二极耳与第二集流体卷绕尾段的第二区域连接。沿极片组件由内到外的卷绕方向，第一区域超出第二区域。其中，第一活性物质层包括第一有效区，第一有效区为第一活性物质层中与第二活性物质层相对的区域，沿极片组件由内到外的卷绕方向，第一有效区的总长度为l1 mm；第一集流体包括第一涂覆区，第一有效区设于第一涂覆区的表面。第二活性物质层包括第二有效区，第二有效区为第二活性物质层中与第一活性物质层相对的区域，沿极片组件由内到外的卷绕方向，第二有效区的总长度为l2 mm；第二集流体包括第二涂覆区，第二有效区设于第二涂覆区的表面。沿极片组件由内到外的卷绕方向，第一涂覆区包括第一起始端和第一末端，第二涂覆区包括第二起始端和第二末端。第一集流体包括第一末端至第一区域中心的第一段，第一段的长度为s1 mm；第二集流体可选地包括第二末端至第二区域中心的第二段，第二段的长度为s2 mm。

17、沿极片组件由内到外的卷绕方向，第一涂覆区和第二涂覆区的卷绕圈数为n，第i圈第一涂覆区的卷绕半径为r1i mm,第i圈第二涂覆区的卷绕半径为r2i mm,第i圈中第一有效区的长度为l1i mm，第i圈中第一有效区的占比x1i＝l1i/l1；第i圈中第二有效区的长度为l2i mm，第i圈中第二有效区的占比x2i＝l2i/l2。第一涂覆区中第i圈的等效电流强度λ1i＝x11+…+x1(i-1)+0.5x1i，第二涂覆区中第i圈的等效电流强度λ2i＝x21+…+x2(i-1)+0.5x2i。

18、根据第一涂覆区中第i圈的等效电流强度λ1i在第一涂覆区中第i圈所产生的等效磁场强度，计算第一涂覆区所产生的等效磁场强度之和；以及根据第二涂覆区中第i圈的等效电流强度λ2i在第二涂覆区中第i圈所产生的等效磁场强度，计算第二涂覆区所产生的等效磁场强度之和；基于第一涂覆区所产生的等效磁场强度之和与第二涂覆区所产生的等效磁场强度之和的差异，确定第一段的长度s1 mm大于第二段的长度s2 mm的值以使得第一集流体所产生的等效磁场强度之和f1与第二集流体所产生的等效磁场强度之和f2之间的差异较小。

19、通过综合考虑第一集流体和第二集流体中每一圈卷绕半径以及电流大小的差异，选择较优的第一段的长度s1 mm大于第二段的长度s2 mm的值，使得第一集流体所产生的等效磁场强度之和f1与第二集流体所产生的等效磁场强度之和f2之间的差异较小，从而能够方便地制备出对用电设备干扰较小的电化学装置。

20、在一些实施例中，根据f(r)＝0.000016866r4-0.0002591r3+0.001204r2-0.00198162r+0.0018255，计算第一涂覆区中第i圈所产生的等效磁场强度为λ1i×f(r1i)，第二涂覆区中第i圈所产生的等效磁场强度为λ2i×f(r2i)。

21、在一些实施例中，还包括计算第一段的等效磁场强度以及第二段的等效磁场强度的步骤，其中，第一段的卷绕角度为α1°，第一段的卷绕圈数c10＝α1/360，第一段的卷绕半径r10 mm＝s1/(2π×c10)，第二段的卷绕角度为α2°，第二段的卷绕圈数c20＝α2/360，第二段的卷绕半径r20 mm＝s2/(2π×c20)；第一段的等效磁场强度为c10×f(r10)，第二段的等效磁场强度为c20×f(r20)；则f1＝c10×f(r10)+λ11×f(r11)+λ12×f(r12)+…λ1n×f(r1n)；f2＝c20×f(r20)+λ21×f(r21)+λ22×f(r22)+…λ2n×f(r2n)；确定第一段的长度s1 mm大于第二段的长度s2 m m的值以使得f1和f2满足：|f1-f2|≤4×10-5。