CN113421999A - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了电化学装置和电子装置。电化学装置包括极片，极片包括集流体、第一涂层和第二涂层。第一涂层设置在集流体和第二涂层之间。第二涂层包括第一活性材料。第一涂层的电阻为R1，第二涂层的电阻为R2，第一涂层的厚度为d，第二涂层的厚度为D，其中，R2*d/D＜R1且1.1≤R1/(R2*d/D)≤8。电化学装置满足如下特征：在充电过程中，以第一电流恒流充电至第一电压，然后以小于第一电流的第二电流恒流充电至高于第一电压的第二电压，之后恒压充电至截止电流。本申请在确保电化学装置的安全性能的同时，能够实现更快的充电，提升快充性能。

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
随着电化学储能技术的发展，对电化学装置(例如，锂离子电池)的安全性能和快充性能提出了越来越高的要求。电化学装置的安全性能和快充性能经常是存在一定的矛盾的，如何兼顾电化学装置的安全性能和快充性能是期望解决的问题。
发明内容
本申请的实施例提供了一种电化学装置，电化学装置包括极片，极片包括集流体、第一涂层和第二涂层。第一涂层设置在集流体和第二涂层之间。第二涂层包括第一活性材料。第一涂层的电阻为R1，第二涂层的电阻为R2，第一涂层的厚度为d，第二涂层的厚度为D，其中，R2*d/D＜R1且1.1≤R1/(R2*d/D)≤8。电化学装置满足如下特征：在充电过程中，以第一电流恒流充电至第一电压，然后以小于第一电流的第二电流恒流充电至高于第一电压的第二电压，之后恒压充电至截止电流。
在一些实施例中，第一涂层的厚度大于0.5μm并且小于8μm。在一些实施例中，第二涂层的厚度大于20μm并且小于200μm。
在一些实施例中，极片为正极极片，第一涂层包括导电碳、陶瓷或第二活性材料中的至少一种以及第一粘结剂，第二活性材料的电导率低于第一活性材料的电导率。在一些实施例中，当第一涂层包括第二活性材料时，第一涂层中的第一粘结剂的质量含量为1％至10％；当第一涂层不包括第二活性材料时，第一涂层中的第一粘结剂的质量含量为30％至80％。在一些实施例中，第一粘结剂包括聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶或聚乙烯醇中的至少一种。在一些实施例中，导电碳包括导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯、乙炔黑或纳米碳纤维中的至少一种。
在一些实施例中，极片是负极极片，第一涂层包括导电碳或陶瓷中的至少一种以及第二粘结剂。在一些实施例中，第一涂层中的第二粘结剂的质量含量为30％至80％。在一些实施例中，第二粘结剂包括聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶或聚乙烯醇中的至少一种。在一些实施例中，导电碳包括导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯、乙炔黑或纳米碳纤维中的至少一种。
在一些实施例中，第一电压为电化学装置的荷电状态为100％时的电压，第二电压和第一电压之间的差小于等于500mV，第二电流与第一电流的比值大于0.5并且小于1。在一些实施例中，截止电流大于0.1C并且小于0.6C。
本申请的一些实施例提供了一种电子装置，包括上述任一电化学装置。
本申请的实施例通过使R2*d/D＜R1且1.1≤R1/(R2*d/D)≤8，能够增大极片的整体阻抗，防止短路的发生，提升电化学装置的安全性能。另外，通过采用新的充电方式，即以小于第一电流的第二电流恒流充电至高于第一电压的第二电压，之后恒压充电至截止电流，有利于提升电化学装置的充电速度。因此，本申请的技术方案在确保电化学装置的安全性能的同时，能够实现更快的充电，提升快充性能。
附图说明
图1示出了根据本申请的一些实施例的电化学装置的极片10的沿着其宽度和厚度方向限定的平面截取的截面图。
图2和图3示意性地示出了本申请的充电过程与常规的恒流恒压充电过程的差异。
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。
图1示出了根据本申请的一些实施例的电化学装置的极片10的沿着其宽度和厚度方向限定的平面截取的截面图。本申请的实施例提供了一种电化学装置，该电化学装置包括如图1所示的极片10，该极片10包括集流体101、第一涂层102和第二涂层103，第一涂层102设置在集流体101和第二涂层103之间。应该理解，虽然图1示出了第一涂层102和第二涂层103位于集流体101的两侧上，但这仅是示例性的，第一涂层102和/或第二涂层103可以仅位于集流体101的一侧上。
在一些实施例中，第二涂层103包括第一活性材料。在本申请中，活性材料是指能够可逆地进行锂离子的脱嵌和嵌入的材料。在一些实施例中，第一涂层102的电阻为R1，第二涂层103的电阻为R2，第一涂层102的厚度为d，第二涂层103的厚度为D，其中，R2*d/D＜R1且1.1≤R1/(R2*d/D)≤8。R2*d/D＜R1表明第一涂层102的单位厚度的电阻大于第二涂层103的单位厚度的电阻，即，第一涂层102的存在可以增大极片整体的阻抗，进而能够减少短路产热的发生，防止热失控，提升了电化学装置的安全性能。R2和R1采用相同的单位，为欧姆。D和d采用相同的单位，为微米。
关于上述各个涂层的电阻的测试方法，主要有以下两种，但这仅是示例性的，还可以采用其他合适的测试方法。第一种为膜片电阻测试方法：取包含第一涂层102和第二涂层103的极片，测试极片厚度D’，直接利用膜片电阻仪进行膜片电阻的测试R’，刮去包含第二涂层103的极片，重新测试极片厚度D”和膜片电阻R”，对于第二涂层103，其厚度为D，则第二涂层103的电阻R2＝(R’-R”)/(D’-D”)*D；相似的测试过程，对于第一涂层102的电阻，需要刮去全部第二涂层103和部分第一涂层102，测试剩余部分的阻抗r’，厚度为d’，测试第一涂层102的厚度为d的膜片电阻R1＝r’/d’*d。第二种测试方法为组装成扣电进行交流阻抗(EIS)的测试，得到交流阻抗谱与实轴第一个交点的阻抗Rs进行上述阻抗对比。测试过程和方法一类似，唯一的差异是一个直接进行极片测试，一个是把极片组装成扣电进行EIS测试。
可以通过调整第一涂层102和第二涂层103中的材料种类和各种材料之间的比例来实现第一涂层102和第二涂层103的单位厚度的电阻的调整。相对于不存在第一涂层102的极片，采用单位厚度的电阻大于第二涂层103的第一涂层102，例如，1.1≤R1/(R2*d/D)，一方面提升电化学装置的安全性能，另一方面也避免了采用过厚的第一涂层102来增大极片10的整体阻抗，从而能够最小化对电化学装置的能量密度的不利影响。另外，R1/(R2*d/D)也不宜过大，R1/(R2*d/D)过大时容易对电化学装置的电性能和倍率性能产生不利影响。
通过增加第一涂层102的方式增加了电化学装置整体的阻抗，但是对于第二涂层103的充电能力并没有太大的影响。另外，本申请采用与常规充电方式(先恒流充电，后恒压充电)不同的充电方式，可以有效地提升电化学装置的充电速度。图2和图3示意性地示出了本申请的充电过程与常规的恒流恒压充电过程的差异。具体地，在本申请的充电过程中，以第一电流恒流充电至第一电压，然后以小于第一电流的第二电流恒流充电至高于第一电压的第二电压，之后恒压充电至截止电流。以第一电流恒流充电至第一电压，这与常规充电方式是一致的，但是本申请后续以小于第一电流的第二电流恒流充电至高于第一电压的第二电压，并且在高于第一电压的第二电压进行恒压充电，能够大幅提升充电速度，减少充电时间。
在一些实施例中，第一涂层102的厚度d大于0.5μm并且小于8μm。如果第一涂层102的厚度d太小，则第一涂层102改善电化学装置的安全性能的作用相对有限；如果第一涂层102的厚度d太大，则可能对电化学装置的能量密度和倍率性能产生不利影响。
在一些实施例中，第二涂层103的厚度D大于20μm并且小于200μm。如果第二涂层103的厚度D太小，则不利于提升电化学装置的能量密度；如果第二涂层103的厚度D太大，则靠近集流体101的第二涂层103的锂离子传输路径较长，不利于电化学装置的倍率性能的提升。
在一些实施例中，极片10为正极极片，第一涂层102包括导电碳、陶瓷或第二活性材料中的至少一种以及第一粘结剂，第二活性材料的电导率低于第一活性材料的电导率。导电碳有利于为第一涂层102提供导电性。陶瓷有利于提升第一涂层102的结构强度。第一涂层102中的第二活性材料有利于提升电化学装置的能量密度。第一涂层102中的第一粘结剂的存在有利于将第一涂层102中的各种材料粘结在一起。另外，通过使第二活性材料的电导率低于第一活性材料的电导率，有利于确保第一涂层102的单位厚度的电阻大于第二涂层103的单位厚度的电阻。
在一些实施例中，当第一涂层102包括第二活性材料时，第一涂层102中的第一粘结剂的质量含量为1％至10％。在第一涂层102包括第二活性材料时，为了发挥第二活性材料的克容量，第一涂层102中的第一粘结剂的质量含量相对较低，因为第一粘结剂的质量含量过大时不利于第二活性材料中的锂离子的脱嵌和嵌入。当然，第一粘结剂的质量含量也不宜过低，过低时容易影响第一涂层102的粘结而导致脱膜的风险。在一些实施例中，当第一涂层102不包括第二活性材料时，第一涂层102中的第一粘结剂的质量含量为30％至80％。第一涂层102中的第一粘结剂的质量含量在30％以上可以提升第一涂层102的粘结力，防止发生脱膜。当然，过大的第一粘结剂含量会恶化第一涂层102的电性能。在一些实施例中，第一涂层102中的第一粘结剂的质量含量为40％至60％，这能够在第一涂层102的粘结性能和电性能之间取得较好的平衡。在一些实施例中，第一粘结剂包括聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶或聚乙烯醇中的至少一种。在一些实施例中，导电碳包括导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯、乙炔黑或纳米碳纤维中的至少一种。
在一些实施例中，在极片10是正极极片时，第一活性材料可以包括钴酸锂、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，第二活性材料可以包括磷酸铁锂。在一些实施例中，第二涂层103还可以包括导电剂和粘结剂，第二涂层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，第二涂层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，第二涂层103中的第一活性材料、导电剂和粘结剂的质量比可以为(80～99)：(0.1～10)：(0.1～10)。应该理解，以上所述仅是示例，第二涂层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，第一涂层102可以包括导电剂(例如，导电碳)，第一涂层102中的导电剂的质量含量为20％至70％。在一些实施例中，正极极片的集流体可以采用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，正极极片的集流体的厚度可以为1μm至50μm。
在一些实施例中，极片10是负极极片，第一涂层102包括导电碳或陶瓷中的至少一种以及第二粘结剂。导电碳有利于提高第一涂层102的导电性。陶瓷有利于提升第一涂层102的结构强度。第一涂层102中的第二粘结剂的存在有利于将第一涂层102中的各种材料粘结在一起。在一些实施例中，第一涂层102中的第二粘结剂的质量含量为30％至80％。第一涂层102中的第二粘结剂的质量含量在30％以上可以提升第一涂层102的粘结力，防止发生脱膜。当然，过大的第二粘结剂含量会恶化第一涂层102的电性能。在一些实施例中，第一涂层102中的第二粘结剂的质量含量为40％至60％，这能够在第一涂层102的粘结性能和电性能之间取得较好的平衡。在一些实施例中，第二粘结剂包括聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶或聚乙烯醇中的至少一种。在一些实施例中，导电碳包括导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯、乙炔黑或纳米碳纤维中的至少一种。
在一些实施例中，当极片10是负极极片时，第一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，第二涂层103还可以包括导电剂和粘结剂，第二涂层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，第二涂层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，第二涂层103中的第一活性材料、导电剂和粘结剂的质量比可以为(80～99)：(0.1～10)：(0.1～10)。应该理解，以上所述仅是示例，第二涂层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，第一涂层102可以包括导电剂(例如，导电碳)和第二粘结剂，第一涂层102中的导电剂的质量含量可以为20％至70％。在一些实施例中，负极极片的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，负极极片的集流体的厚度可以为1μm至50μm。
在一些实施例中，电化学装置还可以包括设置于正极极片和负极极片之间的隔离膜。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，将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序卷绕或堆叠成电极组件，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。
在一些实施例中，第一电压为电化学装置的荷电状态为100％时的电压，第二电压和第一电压之间的差小于等于500mV，第二电流与第一电流的比值大于0.5并且小于1。如上所述，在本申请中，首先采用常规的恒流充电方式充电至第一电压，该第一电压为电化学装置的荷电状态为100％时的电压。在一些实施例中，第二电压高于第一电压，但是也不能太高，因为第二电压太高容易引起电化学装置中的电解液的分解，而在第二电压和第一电压之间的差小于等于500mV，能够较好地抑制电解液的分解，同时能够实现快速充电的目的。在一些实施例中，第二电压和第一电压之间的差小于等于100mV，此时能够更好地确保充电过程中的电解液的稳定性。在一些实施例中，第一电流越大，越有利于快速充电，但是过大的电流容易引发负极极片的表面的析锂。在一些实施例中，可以通过以下方式确定最佳的第一电流：先把电化学装置放电至满放状态，然后设定特定温度(例如，25℃)，根据电化学装置设计以不同的倍率，如1C、1.1C、1.2C…进行常规充电(恒流+恒压)，充电后0.2C满放，循环5个周期，对电化学装置满充后进行拆解，观察负极极片是否析锂，在不析锂(负极极片表面不存在白斑)的情况下的最大电流可以确定为第一电流。在一些实施例中，如前所述，第二电流小于第一电流，但是将第二电流与第一电流的比值设置为大于0.5，因为如果第二电流与第一电流的比值过小，会导致第二电流过小，进而影响快速充电。
在一些实施例中，截止电流大于0.1C并且小于0.6C。如果截止电流太小，会使得充电时间太长，但是充电的容量变化不大；如果截止电流太大，则会损害充电的容量，使得电化学装置处于未完全充满的状态。该截止电流通常大于常规常规充电方式的截止电流，能够节约充电时间，同时能够确保充电的容量。
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，并且以正极极片采用上述极片结构作为示例。
实施例1
正极极片的制备：将粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)、导电碳黑及磷酸铁按3：96：1的比例溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，形成第一涂层浆料。采用铝箔作为正极集流体，将第一涂层浆料涂于集流体上。涂布宽度为80mm，厚度为2um。将正极活性材料钴酸锂、导电炭黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按重量比97.6：1.1：1.3的比例溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，形成第二涂层浆料。将第二涂层浆料涂覆于第一涂层上，涂布厚度为50μm，极片宽度为80mm。经过干燥、冷压、分切后得到正极极片。
负极极片的制备：将负极活性材料人造石墨、导电碳和粘结剂丁苯橡胶按重量比97.5：0.5：2的比例溶于去离子水中，形成负极浆料。采用铜箔作为负极集流体，将负极浆料涂布于负极集流体上，涂布厚度为60μm，极片宽度为82mm。经过干燥、冷压、分切后得到负极极片。
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，将六氟磷酸锂与非水有机溶剂(碳酸乙烯酯(EC)：碳酸丙烯酯(PC)：聚丙烯(PP)：二乙基碳酸酯(DEC)＝1：1：1：1，重量比)配制成基础电解液，其中，LiPF6的浓度为1.15mol/L。
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，使隔离膜处于正极和负极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。
其他实施例和对比例是在实施例1的步骤的基础上进行参数变更，具体变更的参数如下所述。
在对比例1中，未涂覆第一涂层。在对比例2至3和实施例2至3中，R1/(R2*d/D)与实施例1不同，在实施例中，可以通过更改涂层中的粘结剂的含量来改变R1/(R2*d/D)的值。在实施例4至7中，第一涂层的厚度与实施例1不同。
下面描述本申请的各个参数的测试方法。
穿钉通过率测试：
将锂离子电池置于25℃恒温箱中，静置30分钟，使锂离子电池达到恒温。将达到恒温的锂离子电池以0.5C恒流充电至电池截止电压，然后以截止电压恒压充电至电流为0.025C。将满充锂离子电池转移至穿钉测试机上，保持测试环境温度25℃±2℃，用直径为4mm的钢钉，以30mm/s的速度匀速穿过锂离子电池中心，保留300s，锂离子电池不起火不爆炸记为通过。对于每个实施例或对比例，每次制作并测试20块锂离子电池，以通过穿钉测试的锂离子电池数量作为评价锂离子电池安全性能的指标。
析锂窗口测试：
先把电化学装置放电至满放状态，然后设定特定温度(例如，25℃)，根据电化学装置设计以不同的倍率，如1C、1.1C、1.2C…进行常规充电(恒流+恒压)，即特定倍率下充电至电池截止电压，之后恒压充电至0.05C截止充电，充电后0.2C满放，对上述充放电流程循环10个周期。最后对电化学装置满充后进行拆解，观察负极极片是否析锂，在不析锂(负极极片表面不存在白斑)的情况下的最大电流定义为该电池的最大不析锂倍率，也就是析锂窗口。
传统方法充电时间测试：
将待测的锂离子电池在25℃环境中静置30分钟，以xC倍率恒流充电至电压至额定电压，随后以恒压充电直到截止电流0.05C时停止充电。计时开始充电的时刻到停止充电的时刻之间的时间为满充时间。
本申请的方法充电时间测试：
将待测的锂离子电池在25℃环境中静置30分钟，以xC倍率恒流充电至电压至额定电压，随后降低充电倍率，以(0.8x)C恒流充电至特定电压(该电压＝额定电压+50mV)，随后以恒压充电直到截止电流0.2C时停止充电。计时开始充电的时刻到停止充电的时刻之间的时间为满充时间。
能量密度测试：
电池能量密度：将待测的锂离子电池在25℃环境中静置30分钟，以0.5C倍率恒流充电至电压至额定电压，随后以恒压充电直到充放电倍率达到0.05C时停止充电，并将待测的电化学装置放置30分钟。之后再以0.2C倍率将电池放电至3.0V，并将待测的锂离子电池放置30分钟。最后取放电容量作为电池的实际电池容量C。测试锂离子电池的长宽高分别为L，W，H，电池的放电平台电压为V，则电池的能量密度VED＝C×V/(L×W×H)。
表1示出了相应实施例1至7和对比例1至3的各个参数和评估结果。
表1
Figure BDA0003125360580000121
通过比较实施例1至3和对比例1可知，通过采用第一涂层，并且使得1.1≤R1/(R2*d/D)≤8，能够提升锂离子电池的穿钉通过率，提高锂离子电池的安全性能。另外，锂离子电池的析锂窗口也得到提升，采用本申请的充电方法进行充电，能够减少满充时间，而锂离子电池的能量密度变化不大。
通过比较实施例1至3和对比例2至3可知，R1/(R2*d/D)小于1.1时，锂离子电池的穿钉通过率太低，即安全性能太低；R1/(R2*d/D)大于8时，锂离子电池的满充时间较高，不利于锂离子电池的快充性能的提升。
通过比较实施例4至7可知，随着第一涂层的厚度的增大，锂离子电池的能量密度有减小的趋势。当第一涂层的厚度大于等于8μm时，能量密度降低明显。另外，当第一涂层的厚度小于等于0.5时，锂离子电池的穿钉通过率会弱一些，即安全性能会稍微差一些。
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，其包括极片，所述极片包括：
集流体；
第一涂层；
第二涂层，包括第一活性材料，其中，所述第一涂层设置在所述集流体和所述第二涂层之间，所述第一涂层的电阻为R1，所述第二涂层的电阻为R2，所述第一涂层的厚度为d，所述第二涂层的厚度为D，其中，R2*d/D＜R1且1.1≤R1/(R2*d/D)≤8，R2和R1的单位为欧姆，D和d的单位为微米；
其中，所述电化学装置满足如下特征：在充电过程中，以第一电流恒流充电至第一电压，然后以小于所述第一电流的第二电流恒流充电至高于所述第一电压的第二电压，之后恒压充电至截止电流。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一涂层的厚度大于0.5μm并且小于8μm。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第二涂层的厚度大于20μm并且小于200μm。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述极片为正极极片，所述第一涂层包括导电碳、陶瓷或第二活性材料中的至少一种以及第一粘结剂，所述第二活性材料的电导率低于所述第一活性材料的电导率。
5.根据权利要求4所述的电化学装置，其中，所述极片满足条件a)至d)中的至少一个：
a)当所述第一涂层包括所述第二活性材料时，所述第一涂层中的所述第一粘结剂的质量含量为1％至10％；
b)当所述第一涂层不包括所述第二活性材料时，所述第一涂层中的所述第一粘结剂的质量含量为30％至80％；
c)所述第一粘结剂包括聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶或聚乙烯醇中的至少一种；
d)所述导电碳包括导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯、乙炔黑或纳米碳纤维中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述极片是负极极片，所述第一涂层包括导电碳或陶瓷中的至少一种以及第二粘结剂。
7.根据权利要求6所述的电化学装置，其中，所述极片满足条件a)至c)中的至少一个：
a)所述第一涂层中的所述第二粘结剂的质量含量为30％至80％；
b)所述第二粘结剂包括聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶或聚乙烯醇中的至少一种；
c)所述导电碳包括导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯、乙炔黑或纳米碳纤维中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一电压为所述电化学装置的荷电状态为100％时的电压，所述第二电压和所述第一电压之间的差小于等于500mV，所述第二电流与所述第一电流的比值大于0.5并且小于1。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述截止电流大于0.1C并且小于0.6C。
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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