CN113078293A - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供一种电化学装置和电子装置。其中，电化学装置包括第一极片，第一极片包括集流体和设于集流体的活性物质层。活性物质层包括第一层和第二层，第二层位于集流体和第一层之间。第一层含有第一导电剂，第二层含有第二导电剂。其中，第一层中第一导电剂的质量百分含量a1与第二层中第二导电剂的质量百分含量a2满足：1％≤a2‑a1≤3％。本申请能够减少电化学装置循环过程的体积膨胀，并有利于降低离子析出的风险，还可以平衡电化学装置的能量密度。

Description

电化学装置和电子装置

技术领域

本申请涉及电化学技术领域，尤其涉及一种电化学装置和电子装置。

背景技术

近年来，随着电子产品和电动汽车的快速发展，对电化学装置(例如锂离子电池)的安全性能和能量密度的要求也越来越高。电化学装置一般包括极片，在使用过程中，极片会出现膨胀、析锂等情况，降低了电化学装置的安全性能。在降低极片膨胀、析锂等风险时，有时会损失电化学装置的能量密度。

发明内容

本申请提供一种电化学装置，以至少解决现有技术中存在的技术问题。

本申请一些实施例中提供一种电化学装置，包括第一极片。第一极片包括集流体和活性物质层，活性物质层设于集流体。活性物质层包括第一层和第二层，第二层设于集流体和第一层之间。第一层含有第一导电剂，第二层含有第二导电剂。其中，基于第一层的质量，第一导电剂的质量百分含量为a1，基于第二层的质量，第二导电剂的质量百分含量为a2，a1和a2满足：1％≤a2-a1≤3％。

一些实施例中，0.5％≤a1≤3％，1.5％≤a2≤5％。

一些实施例中，在第一极片的厚度方向上，第一层、第二层和集流体层叠设置。一些实施例中，第二层与集流体相接。

一些实施例中，第二层的孔隙率大于第一层的孔隙率。

一些实施例中，第一层的孔隙率为20％至25％，第二层的孔隙率为大于25％且小于等于35％。

一些实施例中，第一导电剂和第二导电剂各自独立的选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、碳纳米线或石墨烯中的至少一种。

一些实施例中，活性物质层包括硅材料，硅材料包括硅、硅氧化物或硅合金中的至少一种。

一些实施例中，活性物质层还包括第三层，第三层设于第一层和第二层之间。一些实施例中，在第一极片的厚度方向上，第一层、第三层、第二层和集流体层叠设置。

一些实施例中，第三层含有第三导电剂，基于第三层的质量，第三导电剂的质量百分含量为a3，a1、a2和a3满足：a1≤a3＜a2。

一些实施例中，第一层的厚度为d1，第二层的厚度为d2，|(d1-d2)/d1|≤5％。

本申请实施例还提出一种电子装置，包括本申请提出的任一的电化学装置。

本申请一些实施例中通过将第一极片设置为第一层和第二层，第二层靠近集流体并含有第二导电剂，第一层远离集流体并含有第一导电剂，并控制第二导电剂在第二层的质量百分含量和第一导电剂在第一层的质量百分含量的差值，从而降低电化学装置在循环过程中的体积膨胀，并有利于降低离子析出的风险，还可以平衡电化学装置的能量密度。

附图说明

结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。

图1是本公开实施例的一种第一极片的示意图。

图2是本公开实施例的另一种第一极片的示意图。

图3是本公开实施例的另一种第一极片的示意图。

图4是本公开实施例的另一种第一极片的示意图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本申请的实施例。虽然显示了本申请的某些实施例，然而应当理解的是，本申请可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本申请。应当理解的是，本申请的实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本申请的保护范围。

电化学装置，例如锂离子电池，被广泛应用在各个领域。在电化学装置循环过程中，正极极片和负极极片会出现体积膨胀的问题，正极极片和负极极片的体积膨胀会导致安全性能下降，其可能会导致正极材料或负极材料颗粒破碎，造成电解液的消耗增多并增加产气。

特别是当负极极片中采用了硅和硅基材料时，在循环过程中硅和硅基材料的体积膨胀尤其明显，导致硅和硅基材料的颗粒粉碎，不仅降低了安全性能，并且还容易造成容量快速衰减，并且容易析锂。

因此，降低电化学装置在循环过程中的体积膨胀，有利于提高电化学装置的循环性能和安全性能。

本申请的一些实施例中提供一种电化学装置，包括第一极片，第一极片可以是电化学装置的正极极片也可以是电化学装置的负极极片。请参考图1，第一极片包括集流体12和活性物质层11。集流体12例如可以采用金属箔，金属箔例如可以是铜箔或铝箔，集流体12也可以采用本领域熟知的其他材料制备。在第一极片为正极的情况下，活性物质层11为正极活性物质层，在第一极片为负极的情况下，活性物质层11为负极活性物质层。

可以理解的是，在本申请中，活性物质层是指包括可以嵌入或脱出锂离子的物质的层。

活性物质层11设于集流体12上，活性物质层11可以设于集流体12的一面或者两面上。活性物质层11包括第一层111和第二层112，第二层112设于集流体12和第一层111之间，即第一层111设于第二层112远离集流体12的一侧。第一层111含有第一导电剂，第二层112含有第二导电剂，第一导电剂和第二导电剂可以是同一种导电剂，也可以是不同的导电剂。在本申请中，第一层111中第一导电剂的质量百分含量a1与第二层112中第二导电剂的质量百分含量a2满足：1％≤a2-a1≤3％。

在本申请中，第一层111中第一导电剂的质量百分含量是指：基于第一层111的质量，第一导电剂的质量百分含量。第二层112中第二导电剂的质量百分含量是指基于第二层112的质量，第二导电剂的质量百分含量。上述导电剂的质量百分含量可以通过采集多分样品，测试导电剂含量，取平均值。

一些实施例中，由于1％≤a2-a1≤3％，使得第一极片在垂直于集流体12的方向上存在导电剂的浓度梯度，图1中双箭头a所指向的方向为垂直于集流体12的方向(也即第一极片的厚度方向或集流体12的厚度方向)，第二层112的第二导电剂质量百分含量大于第一层111的第一导电剂质量百分含量，第二层112的动力学优于第一层111的动力学。所以在第一极片嵌入离子的情况下，离子会更快的嵌入到第二层112，进而优先在第二层112嵌入离子。而嵌入离子程度较低的第一层111就可以起到抑制第二层112膨胀的作用，从而减少电化学装置在循环过程中的膨胀。并且因为离子优先嵌入第二层112，可以防止离子在第一极片的表面堆积造成的离子析出的问题。在a2-a1<1的情况下，由于第一导电剂的质量百分含量和第二导电层的质量百分含量的差异不足，无法起到促使离子优先嵌入第二层112的效果，而在a2-a1>3％的情况下，导电剂浓度的差异虽然增大，但改善效果不会明显增加，反而会因为第二层加入过多的导电剂导致电化学装置的容量下降，从而降低能量密度。综上可知，本申请一些实施例中通过控制第二导电剂在第二层的质量百分含量和第一导电剂在第一层的质量百分含量的差值从而可以降低电化学装置在循环过程中的体积膨胀，并有利于抑制离子析出(例如析锂)现象的发生，还可以平衡电化学装置的能量密度。

在本申请的一些实施例中，第一层111中第一导电剂的质量百分含量为0.5％至3％，第二层112中第二导电剂的质量百分含量为1.5％至5％。在本申请的一些实施例中，第一导电剂和第二导电剂的质量百分含量如果过低，可能会导致第一极片的电导率下降，不利于循环性能和倍率性能，如果第一导电剂的质量百分含量和第二导电剂的质量百分含量过高，会影响第一极片的能量密度。

在本申请的一些实施例中，第二层112的孔隙率大于第一层111的孔隙率。在一些实施例中，孔隙率较高的第二层能够为离子的传输提供更多的传输通道。因此第二层112具有比第一层111更好的离子导电性能，从而优先嵌入离子，由于第二层112优先嵌入离子，所以嵌入离子少的第一层111能够抑制第二层112的膨胀。并且第二层112较大的孔隙率能够缓冲膨胀过程中在第二层112产生的应力，避免活性物质层从第一极片的集流体12上脱落，提高电化学装置循环过程的结构稳定性，孔隙率较低的第一层111能够有利于提高能量密度。由此可知，通过控制第二层112的孔隙率大于第一层111的孔隙率，能够改善电化学装置循环过程中的结构稳定性和能量密度。

在本申请的一些实施例中，本申请还可以提供一种电化学装置，包括第一极片。可以继续参考图1，第一极片可以是正极极片，也可以是负极极片，第一极片包括集流体12和设置在集流体上的活性物质层11，活性物质层11包括第一层111和设于第一层111和集流体12之间的第二层112。其中，第二层112的孔隙率大于第一层111的孔隙率。基于上述分析，如此设置的电化学装置可以改善循环过程中的结构稳定性和能量密度。本申请任一实施例中的电化学装置的技术特征，均可适用于本实施例中提出的电化学装置，即本实施例中的电化学装置可以与任意一个或两个以上其他实施例中的电化学装置的技术特征进行组合，这种组合得到的技术方案也应该视为本申请的技术方案。

在本申请的一些实施例中，第一层111的孔隙率为20％至25％，第二层112的孔隙率为大于25％且小于等于35％。一些实施例中，第一层111和第二层112的孔隙率过低时，对于膨胀的缓冲效果会降低，并且不利于离子的传输和电解液的浸润，而当第一层111和第二层112的孔隙率过高时，可能会导致电化学装置的能量密度降低。

在本申请的一些实施例中，第一导电剂和第二导电剂各自独立的选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、碳纳米线或石墨烯中的至少一种。在一些实施例中，第一导电剂和第二导电剂可以是同一种材料，例如可以都是采用石墨材料，第一导电剂和第二导电剂也可以是不同的材料，其中，第二导电剂的电导率可以高于第一导电剂的电导率，从而促使离子优先嵌入第二层。

在本申请的一些实施例中，活性物质层11包括硅材料，硅材料包括硅、硅氧化物或硅合金中的至少一种。在一些实施例中，硅材料的尺寸可以不作限制，其可以是纯硅材料，也可以是SiO₂、SiO_x(x为0.5至1.5)。硅材料具有较高的克容量，采用硅材料有利于提高电化学装置的能量密度，并且本申请提出的电化学装置的第一极片充分考虑了硅材料循环时的体积膨胀，能够有效地抑制硅材料循环过程中的体积膨胀，并且降低离子析出的风险，改善了循环性能。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，活性物质层11还包括第三层113，第三层113设于第一层111和第二层112之间。在一些实施例中，通过在第一层111和第二层112之间设置第三层113可以缓冲第一层111和第二层112因为离子嵌入量不同导致的第一层111和第二层112的体积差异，减小活性物质层11整体的内应力。

在本申请的一些实施例中，第三层113含有第三导电剂，第三层113中第三导电剂的质量百分含量a3满足：a1≤a3＜a2。在一些实施例中，从第一层111、第三层113到第二层112的方向导电剂的质量百分含量逐渐增加，形成浓度梯度，从而促使离子依次从第一层111传输到第二层112，而不会过多的滞留在第一层111和第三层113。

在本申请中，第三层113中第三导电剂的质量百分含量是指：基于第三层113的质量，第三导电剂的质量百分含量。

在本申请的一些实施例中，活性物质层还可以包括设置在第一层111和第二层112之间的其他层。

在本申请的一些实施例中，在第一极片的厚度方向上，活性物质层11的各层依次层叠设置。

在本申请的一些实施例中，活性物质层11的各层之间的分界线可以清晰分辨。

在本申请的一些实施例中，活性物质层11的各层之间可以相互交错，即在第一极片的厚度方向上，第一层111和第二层112的厚度并不均匀。

在本申请的一些实施例中，活性物质层11的各层之间的分界线可以相互融合。可以理解的是，当第一层111、第二层112、第三层113以及其他可能层中包括相同的活性物质时，层与层之间的分界线可以不明显，即在第一极片的厚度方向上，活性物质层11形成均匀的整体。在本申请的一些实施例中，活性物质层靠近集流体的一侧的导电剂的质量百分含量a2与远离集流体的一侧的导电剂的质量百分含量a1的关系可以满足：1％≤a2-a1≤3％。在本申请的一些实施例中，可以采集活性物质层靠近集流体的一侧的活性材料，如与集流体相接的一侧，基于此活性材料的质量，其中导电剂的质量百分含量为a2；采集活性物质层远离集流体的一侧的活性材料，基于此活性材料的质量，其中导电剂的质量百分含量为a1，a1和a2满足上述关系。在本申请的一些实施例中，活性物质层靠近集流体的一侧的孔隙率大于远离集流体的一侧的孔隙率。

在本申请的一些实施例中，活性物质层11的各层可以包括相同的活性物质，也可以包括不同的活性物质。

在本申请的一些实施例中，如图1和图2所示，第二层112可以与集流体12相接。

在本申请的一些实施例中，第一层111可以包括与集流体12相接的部分。即第一层111可以包覆在第二层112的表面以及第二层112的四周，可以进一步改善第二层112的膨胀。

在本申请的一些实施例中，如图3所示，第一极片还包括设置于第二层112和集流体12之间的导电层114。在本申请的一些实施例中，导电层114分别与集流体12和第二层112相接。在本申请的一些实施例中，导电层114包括导电剂和粘结剂。

在本申请的一些实施例中，如图4所示，第一层111的厚度为d1，第二层112的厚度为d2，|(d1-d2)/d1|≤5％。在本申请的一些实施例中，第一层111和第二层112的厚度相近，如果第一层111的厚度比第二层112厚太多，则可能会导致离子难以穿过第一层111到达第二层112，造成离子在第一层111堆积，如果第一层111比第二层112薄太多，由于第二层112的第二导电剂的质量百分含量较高，会不利于电化学装置的能量密度，可选的第一层111和第二层112的厚度相同。

在本申请的一些是实施例中，活性物质层包括活性物质、导电剂和粘结剂，其中导电剂包括第一导电剂和第二导电剂，活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为(85至97.5)：(0.5至5)：(0.5至10)。粘结剂可以采用聚丙烯酸，其具有良好的粘结力。

在本申请的一些实施例中提出了一种电化学装置，电化学装置可以包括电极组件和收容该电极组件的壳体。电极组件包括正极极片、负极极片和隔离膜，隔离膜设于正极极片和负极极片之间。电化学装置可以是锂离子电池，锂离子电池可以是二次电池(如锂离子二次电池)，也可以是一次电池(如锂一次电池等)等，但并不限于此。电极组件可以是将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序堆叠形成的层叠结构体，也可以是将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序堆叠后经卷绕得到的卷绕结构体。其中，隔离膜处于正极极片与负极极片之间起到隔离的作用。第一极片可以是正极极片，也可以是负极极片，优选为负极极片。

在一些实施例中，可以在集流体上采用双层涂布的方式涂覆第一层和第二层。例如，可以先在集流体上涂覆第二层，然后在第二层远离集流体的一面上涂覆第一层。

在一些实施例中，活性物质层的多层结构可以采用上述方法制造。

一些实施例中，正极极片包括正极材料，对于锂离子电池来说，正极材料可选自锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、过渡金属磷酸盐、磷酸铁锂等，但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作锂离子电池正极材料的传统公知的材料。这些正极材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。优选地，正极材料可选自LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂(NCM₃₃₃)、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM₅₂₃)、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM₆₂₂)、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM₈₁₁)、LiNi_0.85Co_0.15Al_0.05O₂、LiFePO₄、LiMnPO₄中的一种或几种。

在一些实施例中，隔离膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。例如，聚乙烯包括选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯中的至少一种。尤其是聚乙烯和聚丙烯，它们对防止短路具有良好的作用，并可以通过关断效应改善电池的稳定性。在一些实施例中，隔离膜的厚度在约5μm至500μm的范围内。

在一些实施例中，隔离膜表面还可以包括多孔层，多孔层设置在隔离膜的基材的至少一个表面上，多孔层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。例如，无机物层包括无机颗粒和粘接剂，无机颗粒选自氧化铝(Al₂O₃)、氧化硅(SiO₂)、氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO₂)、二氧化铪(HfO₂)、氧化锡(SnO₂)、二氧化铈(CeO₂)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)、氧化钙(CaO)、氧化锆(ZrO₂)、氧化钇(Y₂O₃)、碳化硅(SiC)、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。

在一些实施例中，隔离膜的孔具有在约0.01μm至1μm的范围的直径。多孔层的粘接剂选自聚偏氟乙烯、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、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。隔离膜表面的多孔层可以提升隔离膜的耐热性能、抗氧化性能和电解质浸润性能，增强隔离膜与极片之间的粘接性。

在本申请的一些实施例中，电化学装置为卷绕式锂离子电池或堆叠式锂离子电池。

在一些实施例中，电化学装置还可以包括电解质。电解质可以是凝胶电解质、固态电解质和电解液中的一种或多种，电解液包括锂盐和非水溶剂。锂盐选自LiPF₆、LiBF₄、LiAsF₆、LiClO₄、LiB(C₆H₅)₄、LiCH₃SO₃、LiCF₃SO₃、LiN(SO₂CF₃)₂、LiC(SO₂CF₃)₃、LiSiF₆、LiBOB或者二氟硼酸锂中的一种或多种。例如，锂盐选用LiPF₆，因为它可以给出高的离子导电率并改善循环特性。

非水溶剂可为碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、其它有机溶剂或它们的组合。碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物、氟代碳酸酯化合物或其组合。

链状碳酸酯化合物的实例为碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)及其组合。所述环状碳酸酯化合物的实例为碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)或者其组合。所述氟代碳酸酯化合物的实例为碳酸氟代亚乙酯(FEC)、碳酸1,2-二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯、碳酸三氟甲基亚乙酯或者其组合。

羧酸酯化合物的实例为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯、甲酸甲酯或者其组合。

醚化合物的实例为二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃或者其组合。

其它有机溶剂的实例为二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯、和磷酸酯或者其组合。

本申请的实施例还提供了包括上述电化学装置的电子装置。本申请实施例的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，电子装置可以包括，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、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机和家庭用大型蓄电池等。

下面列举了一些具体实施例以更好地对本申请进行说明，其中，采用锂离子电池作为示例。为了便于说明本申请的技术效果，各个实施例的区别仅在于负极极片上的负极活性物质层不同，以下的实施例仅用作示意性的说明，不应对本申请的保护范围产生限制。

实施例1

(1)正极制备

将钴酸锂、碳纳米管、Super P(导电炭黑)和聚偏氟乙烯按照质量比为96.2％：0.5％：0.3％：3.0％，进行混合，加入氮甲基吡咯烷酮进行溶解，混合均匀后，均匀涂覆在Al箔上，然后烘干，按照一定的压实密度进行冷压，分条后得到正极极片。

(2)负极制备

将硅基材料、导电炭黑和粘结剂进行混合，导电炭黑的质量占比为2％，硅基材料的质量占比为95％，粘结剂为丁苯橡胶，粘结剂的质量占比为3％，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得浆料1；将浆料1均匀涂布在铜箔上形成第二层。然后将硅及硅基材料按照、导电剂和粘结剂进行混合，导电剂的质量占比0.5％，粘结剂质量占比3％，硅基材料的质量占比96.5％，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得浆料2。将浆料2涂覆在第二层远离铜箔的一面上形成第一层，第一层和第二层厚度相同，经烘干、冷压、分条处理后得到负极极片。

(3)电解液制备

在干燥的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)按照体积比1：1：1进行混合得到有机溶剂，然后将充分干燥的锂盐LiPF₆溶解于混合后的有机溶剂中，配置成浓度为1mol/L的电解液。

(4)隔离膜的制备

采用聚乙烯隔离膜。

(5)锂离子电池的制备

将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极极片、负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件；焊接极耳后将电极组件置于外包装箔铝塑膜中，将上述制备好的电解液注入到干燥后的电极组件中，经过真空封装、静置、化成、整形、容量测试工序，获得锂离子电池(或称为电池)。

实施例2至20与实施例1的区别在于第一层中导电剂的含量、第二层中导电剂的含量、第一层的孔隙率、第二层的孔隙率中的至少一个，同时保持各层中负极材料的质量占比不变。

下面描述本申请的各个参数的测试方法。

1、负极极片析锂：

在25℃下，以X(X＝0.5,0.7,0.9,1.0,1.2,1.5,1.7,2.0)C恒定电流将锂离子电池充电至4.45V。然后以4.45V的恒定电压充电至电流为0.05C，静置2min。然后再以1.0C的恒定电流放电至3.0V，静置2min。以此为一个循环，重复10个循环后。拆解锂离子电池获得电极组件，将电极组件平展铺开，若发现负极极片有任意一处≥2mm²的区域析锂则判定为负极极片析锂，单位为C。

2、电池容量测试：

在25℃下，以0.2C恒定电流将锂离子电池充电至4.45V。然后以4.45V的恒定电压充电至电流为0.05C，静置5min。然后再以1.0C的恒定电流放电至不同截止电压X(X＝2.5,3.0,3.2,3.4)V，静置2min，取此时的放电容量为电池的容量。

3、循环测试：

在25℃下，以0.5C恒定电流将锂离子电池充电至4.45V。然后以4.45V的恒定电压充电至电流为0.05C，静置5min。然后再以1.0C的恒定电流放电至不同截止电压X(X＝2.5,3.0,3.2,3.4)V，静置2min。以此为一个循环，依照上述循环，循环到电池容量衰减至第一次循环的容量的80％。此外，在每100次循环使用PPG软包电池测厚仪(厂家：英昊达，型号：PPG1000)在500gf下测量电池整体厚度，使用此时整体厚度相比于初始整体厚度增加百分比为此时的循环膨胀率P。

P＝(PPG1/PPG0-1)×100％，PPG1为循环过程电池整体厚度，PPG0为初始电池整体厚度

4、孔隙率测试：

依据国标“铁矿石表观密度、真密度和孔隙率的测定”(GB/T24586-2009)进行测试，使用气体置换法，样品孔体积占总面积的百分比，P＝(V-V0)/V×100％，V0：真体积，V：表观体积。

实施例1至实施例20中负极极片上的负极活性物质层(第一层和第二层)的参数和锂离子电池的测试结果如表1所示。

表1

注：表1中的含量为质量百分含量。

请参考表1，对比实施例17、8、18、1和2可以看出在第一层孔隙率、第二层孔隙率和第一层导电剂质量百分含量不变的情况下，在第二层的导电剂质量百分含量与第一层的导电剂的质量百分含量差值大于1％的情况下，随着第二层的导电剂质量百分含量的增加，循环膨胀率逐渐减小，且析锂水平逐渐升高，循环容量保持率升高，容量略微损失。

对比实施例1至6可发现，第二层和第一层的导电剂质量百分含量差值对循环膨胀，电池容量和析锂水平均有影响。当第二层和第一层的导电剂质量百分含量差值在≥1％时，可改善循环膨胀，表明第二层会优先嵌锂，从而抑制循环膨胀；且随着导电剂含量增加，循环膨胀、析锂水平和500圈容量保持率有改善。

对比实施例2和实施例10可以看出，当第二层的导电剂的质量百分含量与第一层的质量百分含量相差大于3％时，析锂水平虽然上升，但循环膨胀率不再下降，且循环容量保持率开始下降。

对比实施例18和实施例7，当第一层导电剂质量百分含量过低(＜0.5％)时，电池容量和500圈的循环容量保持率恶化严重，这是因为第一层导电性不足，影响电池容量的发挥。以及对比实施例18和实施例8可发现，当第二层导电剂质量百分含量过低(＜1.5％)时，第一层和第二层导电剂质量百分含量差值过小，对电池膨胀无明显改善，这是因为第二层的导电性不足，无法促进锂离子嵌入第二层。

通过对比实施例5和9，对比实施例2和10，可发现，当第一层导电剂含量过高(>3％)时，多余的导电剂已无明显改善效果，电池膨胀无改善；当第二层导电剂含量过高(>5％，差值大于3％)时，电池膨胀已无更多改善。

平衡对电池膨胀的改善效果和电池容量损失后，选择实施例4的导电剂含量为实施例11至16的基础。

通过对比实施例4、11和12可发现，保持第一层和第二层导电剂的质量百分含量不变，改变表面层和非表面层的孔隙率会影响循环膨胀，电池容量和析锂水平，其中，当第一层孔隙率为20％，第二层孔隙率为30％时循环膨胀最小。这是因为第一层与第二层的孔隙率的差异会使第二层具有更多的离子通路，更容易嵌锂，从而改善电池循环膨胀。

通过对比实施例4和13，对比实施例11和14，可发现，当第一层孔隙率过低(＜20％)，或第二层孔隙率过低(＜25％)时，电池容量恶化、析锂水平恶化，这是因为较小的孔隙率会导致离子通路减少，导致电池容量的下降。

通过对比实施例11和15，对比实施例12和16，可发现，当第一层孔隙率过高(>25％)，或第二层孔隙率过高(＜25％)时，电池容量恶化，这是因为过高的孔隙率使活性材料间接触减少，导致电池容量下降。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (12)

1.一种电化学装置，包括第一极片，所述第一极片包括：

集流体；和，

活性物质层，设于所述集流体，所述活性物质层包括第一层和第二层，所述第二层设于所述集流体和所述第一层之间，所述第一层含有第一导电剂，所述第二层含有第二导电剂；

其中，基于所述第一层的质量，所述第一导电剂的质量百分含量为a1，基于所述第二层的质量，所述第二导电剂的质量百分含量为a2，1％≤a2-a1≤3％。

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，0.5％≤a1≤3％，1.5％≤a2≤5％。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第二层的孔隙率大于所述第一层的孔隙率。

4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一层的孔隙率为20％至25％，所述第二层的孔隙率为大于25％且小于等于35％。

5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一导电剂和所述第二导电剂各自独立的选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、碳纳米线或石墨烯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述活性物质层包括硅材料，所述硅材料包括硅、硅氧化物或硅合金中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述活性物质层还包括第三层，所述第三层设于所述第一层和所述第二层之间。

8.根据权利要求7所述的电化学装置，其中，所述第三层含有第三导电剂，基于所述第三层的质量，所述第三导电剂的质量百分含量为a3，a1≤a3＜a2。

9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一层的厚度为d1，所述第二层的厚度为d2，|(d1-d2)/d1|≤5％。

10.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，在所述第一极片的厚度方向上，所述第一层、所述第二层和所述集流体层叠设置。

11.根据权利要求10所述的电化学装置，其中，所述第二层与所述集流体相接。

12.一种电子装置，包括根据权利要求1至11任一项所述的电化学装置。

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