CN113363417A - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请的实施例提供了电化学装置和电子装置。电化学装置包括电极组件，电极组件包括正极极片，正极极片包括正极集流体、第一正极活性材料层和第二正极活性材料层。正极集流体位于第一正极活性材料层和第二正极活性材料层之间，第一正极活性材料层的镍平均质量百分含量a大于第二正极活性材料层的镍平均质量百分含量b。第一正极活性材料层中较高的镍含量有利于提升电化学装置的能量密度，而第二正极活性材料层中的镍含量较低，在第二正极活性材料层所在的这一侧发生析锂或者异物引发的局部内短路的情况下，不易发生热分解释氧，进而提升电化学装置的安全性能。

Description

电化学装置和电子装置
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和电子装置。
背景技术
在电化学装置(例如，锂离子电池)中采用含镍正极活性材料，能够获得较高的能量密度和较好的倍率性能。通常地，随着正极活性材料中的镍元素含量的增大，正极活性材料的克容量相应地增大。然而，随着镍元素含量的增大，正极活性材料的热分解温度降低，导致电极组件的热失控温度的降低。
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，电极组件包括正极极片，正极极片包括正极集流体、第一正极活性材料层和第二正极活性材料层。正极集流体位于第一正极活性材料层和第二正极活性材料层之间，第一正极活性材料层的镍平均质量百分含量a大于第二正极活性材料层的镍平均质量百分含量b。
在一些实施例中，25％≤a≤60％。在一些实施例中，0％≤b≤40％。在一些实施例中，10％≤a-b≤60％。
在一些实施例中，第一正极活性材料层包括第一正极活性材料，第二正极活性材料层包括第二正极活性材料，第一正极活性材料和第二正极活性材料各自独立地包括LiαNixCoyMzNβO2，其中0.7≤α≤1.3，0.3≤x＜1，0＜y＜0.4，0＜z＜0.4，0≤β≤0.05，且x+y+z+β＝1，M选自Mn或Al中的至少一种，N选自Mg、B、Ti、Fe、Cu、Zn、Sn、Ca、W、Si、Zr、Nb、Y、Cr、V、Ge、Mo或Sr中的至少一种。在一些实施例中，第一正极活性材料包括一种或多种正极活性材料，第二正极活性材料包括一种或多种正极活性材料。
在一些实施例中，正极集流体包括第一面和与第一面相对的第二面，第一正极活性材料层设于第一面，第二正极活性材料层设于第二面。
在一些实施例中，电极组件还包括第一隔离膜和第二隔离膜，第一正极活性材料层位于正极集流体和第一隔离膜之间，第二正极活性材料层位于正极集流体和第二隔离膜之间，第一隔离膜的厚度大于第二隔离膜的厚度。
在一些实施例中，第一正极活性材料层的面积密度小于第二正极活性材料层的面积密度。
在一些实施例中，电极组件还包括负极极片和隔离膜，隔离膜设置于正极极片和负极极片之间。负极极片包括负极集流体、第一负极活性材料层和第二负极活性材料层，负极集流体设置在第一负极活性材料层和第二负极活性材料层之间。第一负极活性材料层与第一正极活性材料层相对，第二负极活性材料层与第二正极活性材料层相对，第一负极活性材料层的面积容量大于第二负极活性材料层的面积容量。
在一些实施例中，电极组件还包括负极极片和隔离膜，隔离膜设置于正极极片和负极极片之间。正极极片、隔离膜和负极极片层叠卷绕，第一正极活性材料层背离卷绕中心，第二正极活性材料层朝向卷绕中心。
本申请的另一实施例提供了一种电子装置，包括上述电化学装置。
在本申请的实施例中，通过使第一正极活性材料层的镍平均质量百分含量a大于第二正极活性材料层的镍平均质量百分含量b，第一正极活性材料层中较高的镍含量有利于提升电化学装置的能量密度，而第二正极活性材料层中的镍含量较低，在第二正极活性材料层所在的这一侧发生析锂或者异物引发的局部内短路的情况下，不易发生热分解释氧，进而提升电化学装置的安全性能。
附图说明
图1示出了根据一些实施例的正极极片在厚度方向和宽度方向限定的平面截取的截面图。
图2示出了根据一些实施例的电极组件的部分在极片的宽度方向和厚度方向的平面截取的示意截面图。
图3示出了根据一些实施例的卷绕结构的电化学装置的示意图。
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。
本申请中，两个数值中，较大值与较小值的差值与较大值的比值小于或等于3％时，可以认为两个数值基本相同；较大值与较小值的差值与较大值的比值大于3％时，可以认为两个数值呈现大小关系。
高镍正极活性材料的能量密度高，热稳定性差，热分解温度低。在发生外部高热或者局部内短路引发的内部局部高热时，容易发生正极活性材料的热分解，热分解释氧，释放的氧气到达负极极片与负极活性材料发生产热反应，导致整个电化学装置发生热失控；低镍正极活性材料的热分解温度相对较高，不易发生热分解释氧，低镍电化学装置的热失控温度较高，安全性能好，能量密度相对较低。
为此，本申请的实施例提出一种电化学装置，该电化学装置包括电极组件，电极组件包括正极极片。图1示出了根据一些实施例的正极极片10在厚度方向和宽度方向限定的平面截取的截面图。正极极片10包括正极集流体101、第一正极活性材料层102和第二正极活性材料层103。如图1所示，在一些实施例中，正极集流体101位于第一正极活性材料层102和第二正极活性材料层103之间。应该理解，虽然图1中将第一正极活性材料层102和第二正极活性材料层103示出为均与正极集流体101直接接触，但是这仅是示例性的，在正极集流体101和第一正极活性材料层102之间以及正极集流体101和第二正极活性材料层103之间可以存在额外的层，例如，导电涂层、绝缘涂层或粘结层等。
在一些实施例中，第一正极活性材料层102的镍平均质量百分含量a大于第二正极活性材料层103的镍平均质量百分含量b。
在本申请中，镍平均质量百分含量是指正极活性材料层中镍的质量与相应的正极活性材料层的质量的比值。具体可按照如下方法测试：拆解电极组件，刮下正极极片的相应正极活性材料层，称得其质量为D，将该正极活性材料层的材料在体积为V1的王水溶液中进行消解，用ICP-AES(电感耦合原子发射光谱)测试溶液中镍浓度为n1，利用浓度与溶液体积计算镍的总质量m＝n1×V1，那么该正极活性材料层的镍平均质量百分含量即为(m/D)×100％。
通过使第一正极活性材料层102的镍平均质量百分含量a大于第二正极活性材料层103的镍平均质量百分含量b，第一正极活性材料层102中较高的镍含量有利于提升电化学装置的能量密度，因为镍含量提高有利于提升正极活性材料的克容量。另外，第二正极活性材料层103中的镍含量较低，使得在第二正极活性材料层103所在的这一侧发生析锂或者异物引发的局部内短路的情况下，不易发生热分解释氧，从而不会引发释放的氧在负极与负极活性材料发生放热反应，避免了电化学装置的热失控，进而提升电化学装置的安全性能。
在一些实施例中，25％≤a≤60％，即，第一正极活性材料层102的镍平均质量百分含量a在25％至60％之间。此时，电化学装置具有相对平衡的能量密度和热稳定性。在一些实施例中，40％≤a≤50％，此时既能显著提升电化学装置的能量密度，又能降低正极活性材料层102中的正极活性材料的热分解温度过低的风险，达到能量密度和安全性能的更佳平衡。
在一些实施例中，0％≤b≤40％，即第二正极活性材料层103的镍平均质量百分含量b在0％至40％之间。在第二正极活性材料层103的镍平均质量百分含量b大于40％时，会使得第二正极活性材料层103改善电化学装置的安全性能的作用降低。
在一些实施例中，10％≤a-b≤60％。如果a-b的值太大，则意味着第一正极活性材料层102的镍平均质量百分含量a太大或第二正极活性材料层103的镍平均质量百分含量b太小。如果a太大，不利于电化学装置的热稳定；如果b太小，不利于电化学装置的能量密度的提升。如果a-b的值太小，则意味着第一正极活性材料层102的镍平均质量百分含量a太小或第二正极活性材料层103的镍平均质量百分含量b太大。如果a太小，则对电化学装置的能量密度的提升作用相对有限；如果b太大，则会使得第二正极活性材料层103改善电化学装置的安全性能的作用降低。当a-b的值大于或等于10％并且小于或等于60％时，此时既可以实现第一正极活性材料层102提升电化学装置的能量密度的作用，又可以实现第二正极活性材料层103改善电化学装置的安全性能的作用，能够兼顾电化学装置的能量密度和安全性能。在一些实施例中，25％≤a-b≤45％，此时可以更好地兼顾电化学装置的能量密度和安全性能。
在一些实施例中，第一正极活性材料层102包括第一正极活性材料，第二正极活性材料层103包括第二正极活性材料，第一正极活性材料和第二正极活性材料各自独立地包括LiαNixCoyMzNβO2，其中0.7≤α≤1.3，0.3≤x＜1，0＜y＜0.4，0＜z＜0.4，0≤β≤0.05，且x+y+z+β＝1，M选自Mn或Al中的至少一种，N选自Mg、B、Ti、Fe、Cu、Zn、Sn、Ca、W、Si、Zr、Nb、Y、Cr、V、Ge、Mo或Sr中的至少一种。这些正极活性材料具有较高的克容量，有利于电化学装置的能量密度的提升。
在一些实施例中，第一正极活性材料包括一种或多种正极活性材料，第二正极活性材料包括一种或多种正极活性材料。即，第一正极活性材料和第二正极活性材料均可以是一种含镍正极活性材料，或者是多种含镍正极活性材料，或者是一种含镍正极活性材料与其他一种或多种不含镍的正极活性材料的组合，或者是多种含镍正极活性材料与其他一种或多种不含镍的正极活性材料的组合，只要相应的正极活性材料层的镍平均质量百分含量在上述范围内即可。
在一些实施例中，正极活性材料还包括磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、磷酸锰锂、钴酸锂或锰酸锂中的至少一种。
在一些实施例中，如图1所示，正极集流体101包括第一面1011和与第一面1011相对的第二面1012，第一正极活性材料层102设于第一面1011，第二正极活性材料层103设于第二面1012。
图2示出了根据一些实施例的电极组件的部分在极片的宽度方向和厚度方向的平面截取的示意截面图。在一些实施例中，电极组件还包括第一隔离膜111和第二隔离膜112，第一正极活性材料层102位于正极集流体101和第一隔离膜111之间，第二正极活性材料层103位于正极集流体101和第二隔离膜112之间。在一些实施例中，第一隔离膜111的厚度d1大于第二隔离膜112的厚度d2。由于第一正极活性材料层102的镍平均质量百分含量a大于第二正极活性材料层103的镍平均质量百分含量b，使得第一正极活性材料层102的热分解温度低于第二正极活性材料层103的热分解温度。一方面通过将较大厚度的第一隔离膜111设置在靠近第一正极活性材料层102的位置，可以对第一正极活性材料层102起到较好的保护，使得第一正极活性材料层102不易发生内部短路，降低电化学装置热失控风险；另一方面通过将较小厚度的第二隔离膜112设置在靠近第二正极活性材料层103的位置，可以在维持电化学装置的较好的安全性的基础上，提升锂离子电池的能量密度。
在一些实施例中，第一正极活性材料层102的面积密度小于第二正极活性材料层103的面积密度。面积密度为单位面积的质量，面积密度的测试方法为：裁切面积为S1的正极极片，刮取正极极片一面的活性材料层，测试其质量为m2，则面积密度＝m2/S1。本申请中，为减小测试误差，可以测试10个样本的面积密度，然后求取平均值。由于第一正极活性材料层102的镍平均质量百分含量a大于第二正极活性材料层103的镍平均质量百分含量b，使得第一正极活性材料层102的单位质量的容量更大，通过使第一正极活性材料层102的面积密度小于第二正极活性材料层103的面积密度，可以更好地平衡第一正极活性材料层102和第二正极活性材料层103的单位面积容量。例如，可以使得第一正极活性材料层102和第二正极活性材料层103的单位面积容量基本相等，从而使得与它们相对的负极活性材料层的单位面积容量也可以基本相等，而不用对负极活性材料层的单位面积容量作改变，能够减小工艺复杂度。
在一些实施例中，电极组件还包括负极极片12和隔离膜(例如，111、112)，隔离膜设置在正极极片10和负极极片12之间。如图2所示，在一些实施例中，负极极片12包括负极集流体121、第一负极活性材料层122和第二负极活性材料层123，负极集流体121设置在第一负极活性材料层122和第二负极活性材料层123之间。在一些实施例中，第一负极活性材料层122与第一正极活性材料层102相对，第二负极活性材料层123与第二正极活性材料层103相对。如图2所示，相对是指两个材料层之间相面对并且两个材料层之间不存在正极集流体101或负极集流体121，例如，仅隔着隔离膜。
在一些实施例中，第一负极活性材料层122的面积容量大于第二负极活性材料层123的面积容量。在第一正极活性材料层102和第二正极活性材料层103的面积密度基本相同时，由于第一正极活性材料层102的镍平均质量百分含量a大于第二正极活性材料层103的镍平均质量百分含量b，此时第一正极活性材料层102的面积容量大于第二正极活性材料层103的面积容量，而通过使第一负极活性材料层122的面积容量大于第二负极活性材料层123的面积容量，可以使得面积容量更大的第一正极活性材料层102和第一负极活性材料层122相对，面积容量更小的第二正极活性材料层103和第二负极活性材料层123相对，使得相对的正极活性材料层和负极活性材料层的面积容量更为匹配，避免面积容量的浪费或析锂的发生。
本申请中，面积容量为单位面积的放电容量，具体可以裁切面积S2的正极极片，测试正极极片一面的活性层的放电容量Q，则面积容量＝Q/S2。其中，放电容量测试方法为：将裁切的正极极片保留一面活性层，与锂金属组成扣式电池，在25±3℃下，将扣式电池以0.5C恒定电流充电至4.2V，然后以4.2V恒定电压充电至电流0.05C，静置10min，然后0.5C电流放电至3.0V，记录放电容量Q。为减小测试误差，可以测试10个样本的面积容量，然后求取平均值。
在一些实施例中，如图3所示，正极极片10、隔离膜(例如，112)和负极极片12层叠卷绕形成卷绕结构，第一正极活性材料层102背离卷绕中心，第二正极活性材料层103朝向卷绕中心。在电极组件为卷绕结构时，即正极极片10、隔离膜112和负极极片12围绕着卷绕中心卷绕形成卷绕结构，在卷绕弯折处，负极极片12背离卷绕中心的一侧容易析锂，有导致电化学装置短路的风险。通过将第二正极活性材料层103设置于正极极片10朝向卷绕中心的一侧，提高卷绕弯折处负极极片12背离卷绕中心的一侧的CB(Cell Balance)值，降低析锂的风险，提高安全性能。
在一些实施例中，第一正极活性材料层102和第二正极活性材料层103可以各自包括导电剂和粘结剂。在一些实施例中，第一正极活性材料层102和第二正极活性材料层103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，第一正极活性材料层102和第二正极活性材料层103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，第一正极活性材料层102中的第一正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比可以为(78～99)：(0.5～11)：(0.5～11)。在一些实施例中，第二正极活性材料层103中的第二正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比可以为(78～99)：(0.5～11)：(0.5～11)。在一些实施例中，第一正极活性材料层102和第二正极活性材料层103的厚度可以均为10μm至200μm。应该理解，以上所述仅是示例，第一正极活性材料层102和第二正极活性材料层103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101可以采用铝箔，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101的厚度可以为1μm至200μm。
在一些实施例中，第一负极活性材料层122和第二负极活性材料层123均包括负极活性材料，负极活性材料包括石墨、硬碳、硅、氧化亚硅或有机硅中的至少一种。在一些实施例中，第一负极活性材料层122和第二负极活性材料层123可以各自包括导电剂和粘结剂。在一些实施例中，第一负极活性材料层122和第二负极活性材料层123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，第一负极活性材料层122和第二负极活性材料层123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，第一负极活性材料层122和第二负极活性材料层123中的负极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比可以为(78至98.5)：(0.5至11)：(1至11)。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121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111、112可以各自包括聚乙烯、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，电化学装置的正极和/或负极可以是卷绕或堆叠式形成的多层结构，也可以是单层正极、隔离膜、单层负极叠加的单层结构。
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。
实施例1
正极极片的制备：采用10μm铝箔作为正极集流体，将第一正极活性材料LiNiO2、导电剂导电炭黑、碳纳米管和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比97：1：0.7：1.3溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，形成第一浆料，将第一浆料涂覆于正极集流体的第一面上，涂覆厚度为80μm，得到第一正极活性材料层。将第二正极活性材料LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、导电剂导电炭黑、碳纳米管和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比97：1：0.7：1.3溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，形成第二浆料，将第二浆料涂覆于正极集流体的第二面上，涂覆厚度为80μm，得到第二正极活性材料层。然后经过干燥、冷压、裁切后得到正极极片。
负极极片的制备：将人造石墨、羧甲基纤维素钠(CMC)和粘结剂丁苯橡胶按重量比97.7：1.3：1的比例溶于去离子水中，形成负极浆料。采用8μm铜箔作为负极集流体，将负极浆料涂覆于负极集流体的双侧上，涂覆厚度为单面50μm得到两个负极活性材料层，经过干燥，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的粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)，烘干，得到15μm厚的隔离膜。在两个正极活性材料层侧采用的隔离膜厚度均为15μm。
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)：碳酸丙烯酯(PC)＝50：50，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。将电极组件置于外包装铝塑膜中，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。
在实施例2中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.9Al0.1O2，其他参数同实施例1。
在实施例3中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.9Mn0.1O2，其他参数同实施例1。
在实施例4中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.85Co0.05Al0.1O2，其他参数同实施例1。
在实施例5中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，其他参数同实施例1。
在实施例6中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，第二正极活性材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，其他参数同实施例1。
在实施例7中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，其他参数同实施例1。
在实施例8中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2混合LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，其他参数同实施例1。
在实施例9中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，其他参数同实施例1。
在实施例10中，采用的第二正极活性材料为LiNiO2，第二正极活性材料为LiMn2O4，其他参数同实施例1。
在实施例11中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，第二正极活性材料为LiMn2O4，其他参数同实施例1。
在实施例12中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，第二正极活性材料为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，其他参数同实施例1。
在实施例13中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，第二正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2混合LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，其他参数同实施例1。
在实施例14中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，靠近第二正极活性材料层的隔离膜的厚度为12μm，其他参数同实施例1。
在实施例15中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，靠近第二正极活性材料层的隔离膜的厚度为10μm，其他参数同实施例1。
在实施例16中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，其他参数同实施例1。
在实施例17中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，第一正极活性材料层朝向卷绕中心，其他参数同实施例1。
在对比例1中，采用的第二正极活性材料为LiNiO2，第二正极活性材料为LiNiO2，其他参数同实施例1。
在对比例2中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.9Al0.1O2，第二正极活性材料为LiNi0.9Al0.1O2，其他参数同实施例1。
在对比例3中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.9Mn0.1O2，第二正极活性材料为LiNi0.9Mn0.1O2，其他参数同实施例1。
在对比例4中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.85Co0.05Al0.1O2，第二正极活性材料为LiNi0.85Co0.05Al0.1O2，其他参数同实施例1。
在对比例5中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，第二正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，其他参数同实施例1。
在对比例6中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，第二正极活性材料为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，其他参数同实施例1。
在对比例7中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，第二正极活性材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，其他参数同实施例1。
在对比例8中，采用的第一正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，第二正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，第一正极活性材料层朝向卷绕中心，其他参数同实施例1。
下面描述本申请的各个参数的测试方法。
热失控温度测试：
在锂离子电池充满电后，置于烘箱中，烘箱以1℃/min的升温速率加热至指定温度，恒温静置60min，如果锂离子电池不起火不爆炸，表示锂离子电池通过该温度测试，不能通过测试时的温度即为热失控温度。
析锂程度测试：
将锂离子电池循环300圈后，拆开电池，观察负极极片表面是否析锂，有1～5处析锂的析锂程度评估为析锂，有大于5处析锂的析锂程度评估为严重析锂。
表1示出了实施例1至15和对比例1至7的各个参数和评价结果。
表1
Figure BDA0003134292750000131
Figure BDA0003134292750000141
表2示出了实施例16至17和对比例8的各个参数和评价结果。
表2
Figure BDA0003134292750000142
通过比较实施例1和对比例1可知，通过使第一正极活性材料层的镍平均质量百分含量a大于第二正极活性材料层的镍平均质量百分含量b，锂离子电池的热失控温度从130℃提升至140℃，锂离子电池的能量密度稍微有所降低。通过比较实施例2和对比例2、比较实施例3和对比例3、比较实施例4和对比例4、比较实施例5和对比例5、比较实施例7或8和对比例6、比较实施例9和对比例7同样可以得知，通过使第一正极活性材料层的镍平均质量百分含量a大于第二正极活性材料层的镍平均质量百分含量b，锂离子电池的热失控温度会提升，而锂离子电池的能量密度稍微有所降低。
通过比较实施例1和实施例2可知，相对于第一正极活性材料层采用较低镍含量的实施例2，实施例1的锂离子电池的能量密度提升，锂离子电池的热失控温度会有所降低。通过比较实施例1和10可知，相对于第二正极活性材料层采用较低镍含量的实施例10，实施例1的锂离子电池的能量密度提升，锂离子电池的热失控温度会有所降低。
通过比较实施例5、6、11、12、13和对比例5可知，随着第二正极活性材料层的镍平均质量百分含量b的增大，a-b的值的减小，锂离子电池的热失控温度开始保持不变，之后有降低的趋势，锂离子电池的能量密度先减小后增大。另外，在a-b的值在10％以下时，锂离子电池的热失控温度的降低更为明显。
通过比较实施例5、14和15可知，通过将较大厚度的隔离膜设置在靠近第一正极活性材料层的位置，可以对第一正极活性材料层起到较好的保护，使得第一正极活性材料层不易发生内部短路，降低锂离子电池热失控风险；将较小厚度的隔离膜设置在靠近第二正极活性材料层的位置，可以在维持锂离子电池的较好的安全性的基础上，较大提升锂离子电池的能量密度。
通过比较实施例16、17和对比例8可知，在镍平均质量百分含量更大的第一正极活性材料层朝向卷绕中心时，更容易发生析锂，甚至发生严重析锂。
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 (10)

1.一种电化学装置，包括电极组件，所述电极组件包括正极极片，所述正极极片包括：
正极集流体；
第一正极活性材料层；
第二正极活性材料层，其中，所述正极集流体位于所述第一正极活性材料层和所述第二正极活性材料层之间，所述第一正极活性材料层的镍平均质量百分含量a大于所述第二正极活性材料层的镍平均质量百分含量b。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足以下条件中的至少一个：
25％≤a≤60％；
0％≤b≤40％；或
10％≤a-b≤60％。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一正极活性材料层包括第一正极活性材料，所述第二正极活性材料层包括第二正极活性材料，所述第一正极活性材料和所述第二正极活性材料各自独立地包括LiαNixCoyMzNβO2，其中0.7≤α≤1.3，0.3≤x＜1，0＜y＜0.4，0＜z＜0.4，0≤β≤0.05，且x+y+z+β＝1，M选自Mn或Al中的至少一种，N选自Mg、B、Ti、Fe、Cu、Zn、Sn、Ca、W、Si、Zr、Nb、Y、Cr、V、Ge、Mo或Sr中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一正极活性材料层包括第一正极活性材料，所述第二正极活性材料层包括第二正极活性材料，所述第一正极活性材料包括一种或多种正极活性材料，所述第二正极活性材料包括一种或多种正极活性材料。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述正极集流体包括第一面和与所述第一面相对的第二面，所述第一正极活性材料层设于所述第一面，所述第二正极活性材料层设于所述第二面。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，所述电极组件还包括第一隔离膜和第二隔离膜，所述第一正极活性材料层位于所述正极集流体和所述第一隔离膜之间，所述第二正极活性材料层位于所述正极集流体和所述第二隔离膜之间，所述第一隔离膜的厚度大于所述第二隔离膜的厚度。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一正极活性材料层的面积密度小于所述第二正极活性材料层的面积密度。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电极组件还包括负极极片和隔离膜，所述隔离膜设置于所述正极极片和所述负极极片之间，所述负极极片包括负极集流体、第一负极活性材料层和第二负极活性材料层，所述负极集流体设置在所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层之间，
所述第一负极活性材料层与所述第一正极活性材料层相对，所述第二负极活性材料层与所述第二正极活性材料层相对，所述第一负极活性材料层的面积容量大于所述第二负极活性材料层的面积容量。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电极组件还包括负极极片和隔离膜，所述隔离膜设置于所述正极极片和所述负极极片之间，所述正极极片、所述隔离膜和所述负极极片层叠卷绕，所述第一正极活性材料层背离卷绕中心，所述第二正极活性材料层朝向所述卷绕中心。
10.一种电子装置，包括根据权利要求1至9中任一项所述的电化学装置。
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