CN113097613A

CN113097613A - 电化学装置及其制备方法和电子装置

Info

Publication number: CN113097613A
Application number: CN202110320924.XA
Authority: CN
Inventors: 吕婉婉
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2021-07-09

Abstract

本申请提供了电化学装置及其制备方法和电子装置。电化学装置包括电极组件和壳体，电极组件设置于壳体内。壳体包括封装膜和第一层，封装膜形成容腔，第一层设置于封装膜远离容腔的表面。第一层包括高分子化合物和碳材料，高分子化合物包括芳香杂环化合物。本申请的封装膜设置的第一层可以增强壳体整体的杨氏模量和尺寸稳定性，进而抑制电极组件的膨胀，减小电化学装置在循环过程中的膨胀率，改善电化学装置的性能。

Description

电化学装置及其制备方法和电子装置

技术领域

本申请涉及电化学储能领域，尤其涉及电化学装置及其制备方法和电子装置。

背景技术

随着电化学装置(例如，锂离子电池)的在各类电子产品中的广泛应用，用户对于电化学装置的能量密度和轻薄化也提出了越来越高的要求。在电化学装置的循环过程中，电化学装置的极片不断地膨胀，相应界面间隙不断增大，一方面导致电化学装置的厚度不断增大，厚度增长率可以达到10％至15％，另一方面导致电化学装置内的相关界面接触不良，影响电化学装置的性能。

发明内容

本申请的实施例提供了一种电化学装置，电化学装置包括电极组件和壳体，电极组件设置于壳体内。壳体包括封装膜和第一层，封装膜形成容腔，第一层设置于封装膜远离容腔的表面。第一层包括高分子化合物和碳材料，高分子化合物包括芳香杂环化合物。

在一些实施例中，高分子化合物的交联度为63％至82％。

在一些实施例中，芳香杂环化合物包括芳香五元杂环化合物或芳香六元杂环化合物中的至少一种。在一些实施例中，芳香杂环化合物包括聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑、聚喹噁啉或聚喹啉中的至少一种。

在一些实施例中，碳材料包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维或炭黑中的至少一种。

在一些实施例中，封装膜包括层叠的密封层和金属层，金属层设于密封层和第一层之间。在一些实施例中，封装膜还包括设于金属层和第一层之间的第二层，第二层包括聚酰胺或聚酯中的至少一种。在一些实施例中，密封层包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。

本申请的一些实施例提供了一种制备电化学装置的方法，其包括：将双键芳香杂环化合物、化学交联剂和碳材料添加到溶剂中溶解，配置得到溶液；用封装膜将电化学装置的电极组件封装在封装膜形成的容腔中；将溶液设置在封装膜的表面上，溶液固化形成第一层，封装膜和第一层组成壳体。

在在一些实施例中，双键芳香杂环化合物包括式1表示的化合物。

其中，X为氧或氮，R1、R2和R3分别为碳原子数为1至5的烷基，m的范围为20至50，n的范围为1至5，m>n。

在在一些实施例中，化学交联剂包括式2或式3表示的化合物中的至少一种。

R4-C＝C-R5 (式2)，

R4-C≡C-R5 (式3)，

R4和R5分别为碳原子数为1至5的烷基。

在在一些实施例中，基于溶液的质量，双键芳香杂环化合物的质量百分含量为2％至10％，化学交联剂的质量含量为0.05％至0.2％，碳材料的质量百分含量为0.2％至1％。在在一些实施例中，碳材料包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维或炭黑中的至少一种。

本申请的实施例还提供了一种电子装置，包括上述电化学装置。

本申请的实施例通过采用设置有第一层的封装膜作为壳体，其中，第一层包括高分子化合物和碳材料，高分子化合物包括芳香杂环化合物。增强了壳体整体的杨氏模量和尺寸稳定性，进而可以抑制电极组件的膨胀，减小电化学装置在循环过程中的膨胀率，改善电化学装置的性能。

附图说明

图1至图3示出了本申请的一些实施例的壳体在厚度方向上的截面示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。

本申请的实施例提供了一种电化学装置，该电化学装置包括电极组件和壳体，电极组件设置于壳体内，封装膜形成容腔。在一些实施例中，该容腔可以用于容纳电化学装置的电极组件。

图1示出了本申请的一些实施例的沿着壳体的厚度方向截取的壳体的部分的截面示意图。壳体包括封装膜101和第一层102，第一层102设置于封装膜101远离容腔的表面。在一些实施例中，第一层102包括高分子化合物和碳材料，高分子化合物包括芳香杂环化合物。在一些实施例中，第一层102中的碳材料对第一层102中的高分子化合物起到物理交联的作用。

第一层102中的芳香杂环化合物是化学交联作用的产物，通过芳香杂环化合物与碳材料的协同作用，使得第一层102既具有化学键的作用，又具有共轭结构的作用，使得壳体整体的杨氏模量和尺寸稳定性显著增强。采用这种壳体，可以大大降低电化学装置在整个生命周期中的厚度增长率，另外没有变动电化学装置的化学体系，并不会影响电化学装置的性能。相反地，由于通过抑制电化学装置的膨胀而改善了电化学装置的内部界面间隙，反而改善了电化学装置的性能。

在一些实施例中，高分子化合物的交联度为63％至82％。如果高分子化合物的交联度太小，会降低第一层102的结构强度，进而使得壳体抑制电化学装置的膨胀的作用减弱；如果高分子化合物的交联度太大，则会使得第一层102的韧性降低，容易导致第一层102的断裂和剥离。

在一些实施例中，芳香杂环化合物包括芳香五元杂环化合物或芳香六元杂环化合物中的至少一种。芳香五元杂环化合物和芳香六元杂环化合物的结构较为稳定，有利于形成稳定的第一层102。在一些实施例中，芳香杂环化合物包括聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑、聚喹噁啉或聚喹啉中的至少一种。

在一些实施例中，碳材料包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维或炭黑中的至少一种。这些碳材料能够起到较好的物理交联的作用，增强第一层102的稳定性。通过控制第一层102中添加的碳材料的含量，可以控制第一层102的整体性能。在一些实施例中，基于封装膜表面设置的溶液的质量，碳材料的质量百分含量为0.2％至1％。如果碳材料的质量百分含量太小，则碳材料起到物理交联的作用相对受限；如果碳材料的质量百分含量太大，则碳材料起到物理交联的作用不再显著增加，甚至会有所降低。

图2和图3示出了本申请的一些实施例的沿着壳体的厚度方向截取的壳体的部分的截面示意图。如图2所示，在一些实施例中，封装膜101由内而外包括层叠的密封层111和金属层112，金属层112设于密封层111和第一层102之间，密封层111靠近容腔，即靠近封装膜的内侧。在本申请的实施例中，由于封装膜密封形成容腔，所以靠近容腔的封装膜的一侧可以称为封装膜的内部，远离容腔的封装膜的另一侧称为封装膜的外侧。

如图3所示，在一些实施例中，封装膜还包括设于金属层112和第一层102之间的第二层113。即封装膜101可以是两层的结构，也可以是三层的结构，或者也可以是多层的结构。在一些实施例中，第二层113包括聚酰胺或聚酯中的至少一种。在一些实施例中，金属层112可以为铝层层，起到较好的阻隔水份作用。在一些实施例中，第二层113使得封装膜耐磨，便于印刷。在一些实施例中，密封层111包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。这些材料使得密封层111可以热封融合并具有较好的密封作用。

在一些实施例中，如上所述，电极组件由壳体密封，即，电极组件设于封装膜形成的容腔中。在一些实施例中，电极组件包括正极极片、负极极片以及设置在正极极片和负极极片之间的隔离膜。

在一些实施例中，正极极片包括正极集流体和设于正极集流体上的正极活性材料层。在一些实施例中，正极活性材料层设于正极集流体的一侧或两侧。在一些实施例中，正极活性材料层包括正极活性材料。在一些实施例中，正极活性材料包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂或锰酸锂中的至少一种。在一些实施例中，正极活性材料层还可以包括导电剂。在一些实施例中，正极活性材料层中的导电剂可以包括导电炭黑、科琴黑、片层石墨、石墨烯、碳纳米管或碳纤维中的至少一种。在一些实施例中，正极活性材料层还可以包括粘结剂，正极活性材料层中的粘结剂可以包括羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚苯胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚硅氧烷、丁苯橡胶、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或聚芴中的至少一种。在一些实施例中，正极活性材料层中的正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比可以为(80～99)：(0.1～10)：(0.1～10)。在一些实施例中，正极活性材料层的厚度可以为10μm至200μm。应该理解，以上所述仅是示例，正极的正极活性材料层可以采用任何其他合适的材料、厚度和质量比。

在一些实施例中，正极集流体可以采用Al箔，当然，也可以采用本领域常用的其他集流体。在一些实施例中，正极集流体的厚度可以为1μm至100μm。在一些实施例中，正极活性材料层可以仅涂覆在正极的集流体的部分区域上。

在一些实施例中，负极极片包括负极集流体和设于负极集流体上的负极活性材料层。在一些实施例中，负极活性材料层设于负极集流体的一侧或两侧上。在一些实施例中，负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料可以包括石墨、硬碳、硅、氧化亚硅或有机硅中的至少一种。在一些实施例中，负极活性材料层中还可以包括导电剂和粘结剂。在一些实施例中，负极活性材料层中的导电剂可以包括导电炭黑、科琴黑、片层石墨、石墨烯、碳纳米管或碳纤维中的至少一种。在一些实施例中，负极活性材料层中的粘结剂可以包括羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚苯胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚硅氧烷、丁苯橡胶、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或聚芴中的至少一种。在一些实施例中，负极活性材料层中的负极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比可以为(80～98)：(0.1～10)：(0.1～10)。应该理解，以上所述仅是示例，可以采用任何其他合适的材料和质量比。在一些实施例中，负极集流体可以采用铜箔、镍箔或碳基集流体中的至少一种。

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50μm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，多孔层包括无机颗粒和粘结剂，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。多孔层的粘结剂选自聚偏氟乙烯、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结性。

在本申请的一些实施例中，电化学装置的电极组件为卷绕式电极组件、堆叠式电极组件或折叠式电极组件。在一些实施例中，电化学装置的正极极片和/或负极极片可以是卷绕或堆叠式形成的多层结构，也可以是单层正极极片、隔离膜、单层负极极片叠加的单层结构。

在一些实施例中，电化学装置包括锂离子电池，但是本申请不限于此。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，因为它具有高的离子导电率并可以改善循环特性。

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。

在本申请的一些实施例中，以锂离子电池为例，将正极、隔离膜、负极按顺序卷绕或堆叠成电极件，之后装入例如铝塑膜中进行封装，注入电解液，化成、封装，即制成锂离子电池。然后，对制备的锂离子电池进行性能测试。

本领域的技术人员将理解，以上描述的电化学装置(例如，锂离子电池)的制备方法仅是实施例。在不背离本申请公开的内容的基础上，可以采用本领域常用的其他方法。

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、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。

下面介绍壳体的形成方法。应该理解，下面描述的壳体的形成方法仅是示例性的，操作的顺序并不旨在限制，仅是为了便于说明。在一些实施例中，常用的封装膜为铝塑膜，该铝塑膜由内而外包括聚丙烯层、铝层层和尼龙层，应该理解，也可以采用其他合适的封装膜。之后，在该铝塑膜的外侧表面上形成第一层102。在一些实施例中，在该铝塑膜的外侧表面上形成第一层102既可以在铝塑膜封装电极组件之前完成，也可以在铝塑膜封装电极组件之后完成。

为了形成第一层102，首先配置由溶剂、交联剂和双键芳香杂环化合物组成的溶液。在一些实施例中，双键芳香杂环化合物的分子量为500至2000，分子结构式可以如式1所示：

其中，X是杂原子，如O、N等；R1、R2、R3分别为碳原子数为1至5的烷基，进一步可以是烷基链；m和n是正数，m的范围为20至50，n的范围为1至5，并且m>n。在一些实施例中，溶液中的双键芳香杂环化合物的质量百分含量为2％至10％。

在一些实施例中，交联剂包括物理交联剂和化学交联剂，化学交联剂分子通式可以如式2或式3所示：

R4-C＝C-R5 (式2)，

R4-C≡C-R5 (式3)，

R4和R5分别为碳原子数为1至5的烷基，进一步可以是烷基链。

在一些实施例中，化学交联剂起化学交联作用。在一些实施例中，溶液中的化学交联剂的质量百分含量为0.05％至0.2％。在一些实施例中，物理交联剂可以包括碳材料，例如石墨烯、碳纳米管、碳纤维、炭黑等。在一些实施例中，物理交联剂起物理交联作用。在一些实施例中，溶液中的物理交联剂的质量百分含量为0.2％至1％。在一些实施例中，溶剂可以包括乙醇、苯乙烯、全氯乙烯、苯、甲苯、二甲苯或丙酮等中的至少一种。

在本申请中，溶液中溶剂、双键芳香杂环化合物、化学交联剂和物理交联剂的质量百分含量之和为100％。

然后通过例如喷涂等方式将配置的溶液涂覆在铝塑膜表面，再经过高温或紫外固化，形成包括热固性材料的第一层102。在一些实施例中，可以在对锂离子电池进行顶侧封后，将锂离子电池浸入该溶液中(将此溶液设置在铝塑膜表面)，再经过高温或紫外固化，形成包括热固性材料的第一层102，得到包括封装膜和第一层102的壳体。由于锂离子电池在顶侧封后会进行注液前的烘烤，因此固化步骤并不会增加额外的工序。

在一些实施例中，固化形成的高分子化合物可以为式4所示：

其中，上述结构中，双键芳香杂环化合物中的芳香杂环结构之间在物理交联剂的作用下具有共轭交联作用，双键芳香杂环化合物中的双键之间由化学交联剂作用形成共价键交联。

这种壳体中的第一层102存在化学交联和物理交联的协同作用，形成化学键又形成共轭结构，双重作用使壳体整体具有很高的杨氏模量和尺寸稳定性。通过设置第一层，电化学装置在整个生命周期中的厚度增长率可以降低，例如降低至7％至9％。另外，没有变动电化学装置的化学体系，并不会对电化学装置的性能造成不利影响，反而由于改善了电化学装置的内部界面间隙而改善电化学装置的性能。

下面列举了一些具体实施例和对比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。

对比例1

正极极片的制备：采用铝层作为正极集流体，将正极活性材料钴酸锂、导电剂导电炭黑、粘结剂聚偏氟乙烯按重量比96：2.2：1.2的比例溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，形成正极活性材料层浆料，将正极活性材料层浆料涂覆于正极集流体上，涂覆厚度为120μm，得到正极活性材料层。然后经过干燥、冷压、裁切后得到正极。其中，正极活性材料层的压实密度为4.1g/cm³。

负极极片的制备：将人造石墨、乙炔黑、羧甲基纤维素钠(CMC)和粘结剂丁苯橡胶按重量比96：1：1.5：1.5的比例溶于去离子水中，形成负极浆料。采用10μm厚度铜箔作为负极集流体，将负极浆料涂覆于负极集流体上，干燥，裁切后得到负极极片。

隔离膜的制备：隔离膜基材为8μm厚的聚乙烯(PE)，在隔离膜基材的两侧各涂覆2μm氧化铝陶瓷层，最后在涂布了陶瓷层的两侧各涂覆2.5mg/cm²的粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)，烘干。

电解液的制备：在含水量小于10ppm的环境下，将LiPF₆加入非水有机溶剂(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)＝20；30；20；28；2，重量比)，LiPF₆的浓度为1.15mol/L，混合均匀，得到电解液。

锂离子电池的制备：将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序依次叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片中间起到隔离的作用，并卷绕得到电极组件。将电极组件置于铝塑膜中，在80℃下脱去水分后，注入上述电解液并封装，经过化成，脱气，切边等工艺流程得到锂离子电池。其中，铝塑膜的厚度为67μm，由内而外依次为聚丙烯层、铝层和尼龙层，其中铝层的厚度为30μm，尼龙层的厚度为20μm，聚丙烯层的厚度为27μm，锂离子电池容量约3Ah，采用1C充电电流恒流充电至4.43V，然后恒压充电至0.05C，接着静置5min，再采用0.7C放电至3.0V，如此循环充放电流程在室温下充放电600次。

实施例1

依照对比例1，差别在于：在铝塑膜的表面涂覆特定溶液，此溶液是由质量百分含量为5％的芳香杂环聚合物聚苯并咪唑、质量百分含量(质量计，下同)为0.05％的化学交联剂戊烯、溶剂甲苯组成，锂离子电池容量和充放电方式和对比例1相同。

在实施例2至27中，与实施例1的差别仅在于铝塑膜表面涂覆溶液的组成材料和含量的差异，具体请见下表，锂离子电池容量和充放电方式和实施例1相同。

下面描述本申请的各个参数的测试方法。

交联度测试：

取待测材料，质量为M，将待测材料浸泡在芳杂环聚合物的溶剂中，80℃下浸泡12h，未发生交联的聚合物会溶解在溶剂中，测量未溶解的聚合物质量m，其重量保持率即为交联度＝(M-m)/M×100％。

封装膜的杨氏模量测试：

在室温条件，使用动态热机械分析(DMA)常温杨氏模量测试模式，样品尺寸8mm宽，10mm长，单位为GPa。

封装膜的尺寸稳定性测试：

在室温条件下，3℃/min升温至60℃，使用热机械分析(TMA)测试测试尺寸形变量，初始样品长度记为L1，升温到60℃再保温20min后测试样品长度记为L2，尺寸稳定性＝(L2-L1)/L1×100％。

容量保持率测试：

在45℃高温炉中，以1C恒定电流将电池充电至4.43V，然后恒压充电至0.05C，接着静置5min，再采用0.7C放电至3.0V，此放电容量为锂离子电池首次放电容量，计为100％。按以上充放电方式，在循环过程中记录600次循环的放电容量，除以首次容量，得到容量保持率。

厚度增长率测试：

在45℃高温炉中，将锂离子电池充电至50％荷电状态(SOC，State of Charge)之后，用PPG测试锂离子电池的厚度，记为锂离子电池的初始厚度THK1，然后600次循环后将锂离子电池满充，用PPG测试锂离子电池的厚度，记为THKX，厚度增长率＝(THKX-THK1)/THK1×100％。

表1示出了实施例1至27以及对比例1的各个参数和评估结果。

表1

其中，“/”表示未添加该材料。

通过比较实施例1至27和对比例1可知，通过采用形成有第一层的壳体，相对于没有第一层的常规铝塑膜，壳体的杨氏模量和尺寸稳定性明显增强，并且锂离子电池的容量保持率和厚度增长率得到显著改善。

通过比较实施例1至3可知，通过调节化学交联剂的使用量，可以调整形成的芳香杂环化合物的交联度。

通过比较实施例3和10至13可知，通过额外添加固含量为0.2至1％的物理交联剂，使得壳体的杨氏模量显著增强，壳体的尺寸稳定性、锂离子电池的容量保持率和厚度增长率也得到不同程度的改善。通过比较实施例1、7至8、14至17，或者通过比较实施例2、18至21，能够得到同样的结果。

另外，通过比较实施例10至13和实施例25至26可知，随着物理交联剂的量的增大，壳体的杨氏模量先增强后降低，壳体的尺寸稳定性先改善后劣化，锂离子电池的容量保持率和厚度增长率先改善后劣化。另外，当物理交联剂碳材料的质量百分含量为0.2％至1％，相对于碳材料的质量百分含量小于0.2(实施例25)或大于1％(实施例26)的情况，壳体的杨氏模量和尺寸稳定性更佳，锂离子电池的容量保持率和厚度增长率的改善更为明显。

通过比较实施例14至17或通过比较实施例18至21可知，随着物理交联剂的量的增大，壳体的杨氏模量有增强的趋势，壳体的尺寸稳定性有增强的趋势，锂离子电池的容量保持率和厚度增长率不断改善。

通过比较实施例4、9、10、14、18可知，通过额外添加固含量为0.05至0.2％的化学交联剂，使得壳体的杨氏模量显著增强，壳体的尺寸稳定性、锂离子电池的容量保持率和厚度增长率也得到不同程度的改善。通过比较实施例5、11、15、19，或者通过比较实施例6、12、16、20，能够得到同样的结果。

通过比较实施例12、22和23可知，随着采用的双键芳香杂环固含量的增大，形成的芳香杂环化合物的交联剂降低，壳体的杨氏模量先增强后降低，壳体的尺寸稳定性、锂离子电池的容量保持率和厚度增长率先改善后劣化。

通过比较实施例10、14、18、24可知，在高分子化合物的交联剂为63％至82％时，相对于交联剂为60％的情况，壳体的杨氏模量和尺寸稳定性显著改善，锂离子电池的容量保持率和厚度增长率显著改善。另外，随着交联度的增大，壳体的杨氏模量不断增大，壳体的尺寸稳定性不断改善，锂离子电池的容量保持率不断提升，厚度增长率不断减小。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims

1.一种电化学装置，其中，所述电化学装置包括电极组件和壳体，所述电极组件设置于所述壳体内，所述壳体包括封装膜和第一层，所述封装膜形成容腔，所述第一层设置于所述封装膜远离所述容腔的表面，

所述第一层包括高分子化合物和碳材料，所述高分子化合物包括芳香杂环化合物。

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述高分子化合物的交联度为63％至82％。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述芳香杂环化合物包括芳香五元杂环化合物或芳香六元杂环化合物中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述芳香杂环化合物包括聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑、聚喹噁啉或聚喹啉中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述碳材料包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维或炭黑中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述封装膜包括层叠的密封层和金属层，所述金属层设于所述密封层和所述第一层之间。

7.根据权利要求6所述的电化学装置，其中，所述封装膜还包括设于所述金属层和所述第一层之间的第二层，所述第二层包括聚酰胺或聚酯中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的电化学装置，其中，所述密封层包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。

9.一种制备电化学装置的方法，其包括：

将双键芳香杂环化合物、化学交联剂和碳材料添加到溶剂中溶解，配置得到溶液；

将所述电化学装置的电极组件封装在封装膜形成的容腔中；

将所述溶液设置在所述封装膜的表面上，所述溶液固化形成第一层，所述封装膜和所述第一层组成壳体。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述双键芳香杂环化合物包括式1表示的化合物，

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述化学交联剂包括式2或式3表示的化合物中的至少一种，

R4-C＝C-R5 式2，

R4-C≡C-R5 式3，

R4和R5分别为碳原子数为1至5的烷基。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，基于所述溶液的质量，所述双键芳香杂环化合物的质量百分含量为2％至10％，所述化学交联剂的质量含量为0.05％至0.2％，所述碳材料的质量含量为0.2％至1％。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述碳材料包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维或炭黑中的至少一种。

14.一种电子装置，包括根据权利要求1至8中任一项所述的电化学装置或根据权利要求9至13中任一项所述的方法制备的电化学装置。