CN113659105A - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电化学装置，包括第一极片、第二极片和设置于第一极片与第二极片之间的隔膜组成的电极组件，第一极片包括集流体、极耳和活性物质层，活性物质层由主体区和边缘区组成，边缘区和主体区的宽度分别为w1、w2，0＜w1/w2≤5％，边缘区和主体区的厚度分别为t1、t2，95％≤t1/t2≤100％。具有上述参数的边缘区，有利于提高电化学装置的能量密度，降低析锂风险，提高电化学装置的安全性。另，本申请还提供一种电子装置。

Description

电化学装置和电子装置
技术领域
本申请涉及一种电化学装置和具有电化学装置的电子装置。
背景技术
随着消费电子类的产品如笔记本电脑、手机、掌上游戏机、平板电脑、移动电源和无人机等的普及，人们对电化学装置(例如，锂离子电池)的要求越来越严格。
然而，电化学装置的能量密度及安全性仍无法得到有效的保障。
发明内容
为解决现有技术以上不足之处，本申请提供一种电化学装置以及包括上述电化学装置的电子装置。
根据本申请的一个方面，本申请提供一种电化学装置，包括壳体和容纳于壳体的电极组件，电极组件包括第一极片、第二极片和设置于第一极片与第二极片之间的隔膜。第一极片包括集流体、极耳和活性物质层。集流体包括第一端、与第一端相对设置的第二端以及连接于第一端和第二端之间的第三端和第四端，第三端和第四端相对设置。极耳与集流体一体成型并伸出第三端。活性物质层设置于集流体的表面，活性物质层由主体区和边缘区组成，主体区和边缘区均从第一端向第二端延伸设置，并且，沿极耳的伸出方向，边缘区相比主体区更靠近第三端，并与主体区相邻接设置。其中，边缘区和主体区的宽度分别为W1、W2，0＜W1/W2≤5％，边缘区和主体区的厚度分别为t1、t2，95％≤t1/t2≤100％。
本申请通过设置具有上述参数的边缘区，减少了边缘区在活性物质层中的面积占比，同时提高了边缘区相比主体区的厚度比例，一方面，边缘区的单面面积上的活性物质含量得以提高，有利于提高电化学装置的能量密度，另外一方面，可以降低析锂风险，从而提高了电化学装置的安全性。
在本申请的一些实施例中，活性物质层包括活性材料和粘结剂，活性材料在主体区和边缘区的种类相同，粘结剂在主体区和边缘区的种类相同。如此，主体区和边缘区可通过相同的活性物质浆料同时涂布在集流体上，节省涂布工序。
在本申请的一些实施例中，第一极片为阳极极片，活性材料包括天然石墨、人造石墨、中间相微碳球、硬碳、软碳、硅、硅碳复合物、硅氧化物、锂锡合金、锂锡氧合金、金属锡、锡氧化物、钛酸锂、锂铝合金或金属锂中的至少一种。通过将第一极片设置为阳极极片，边缘区为锂离子的嵌入和脱出提供了更多的活性物质，因此可以降低阳极析锂的风险，提供电化学装置的安全性。
在本申请的一些实施例中，第一极片为阴极极片，活性材料包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂中的至少一种。通过将第一极片设置为阴极极片，边缘区的活性物质提供了更多的锂离子，有利于提高电化学装置的能量密度。
在本申请的一些实施例中，第一极片还包括设置于集流体表面的绝缘层，绝缘层从第一端向第二端延伸设置，并且，沿极耳的伸出方向，绝缘层相比边缘区更靠近第三端，并与边缘区相邻接或至少部分重叠设置。通过绝缘层的设置，可以防止极片在裁切过程中产生的毛刺刺穿隔膜，导致阴阳极片接触短路，或者在高温下因隔离膜收缩等引起的阴阳极短路。
在本申请的一些实施例中，绝缘层包括无机粒子和聚合物，无机粒子包括氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、二氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡的至少一种。聚合物包括聚丙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸锂、聚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、丁苯橡胶、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、水性丙烯酸树脂、羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠中的至少一种。
在本申请的一些实施例中，绝缘层的宽度为W3，0.1mm≤W3≤4mm。通过将绝缘层宽度设置在上述范围内，既能防止阴极极片在切割过程中产生毛刺，又不会因为绝缘层的涂覆而大大降低电化学装置的能量密度。
在本申请的一些实施例中，0＜W1≤4mm，10mm≤W2≤600mm。
在本申请的一些实施例中，19μm≤t1≤200μm，20μm≤t2≤200μm
在本申请的一些实施例中，极耳的数量至少为两个。通过设置多个极耳，能够降低第一极片的内阻，从而提高第一极片的充放电倍率。
根据本申请的另一个方面，本申请还提供了一种电子装置，其包括上述的电化学装置。
本申请的第一极片通过限定活性物质层的边缘区的宽度和的厚度参数，减少了边缘区在活性物质层中的面积占比，同时提高了边缘区相比主体区的厚度比例，一方面，边缘区的单面面积上的活性物质含量得以提高，有利于提高电化学装置的能量密度，另外一方面，可以降低析锂风险，从而提高了电化学装置的安全性。
附图说明
图1为本申请一实施方式提供的电化学装置的结构示意图。
图2为图1所示的电化学装置的电极组件的俯视图。
图3为图2所示的电极组件的第一极片的示意图。
图4为图3所示的第一极片沿IV-IV的剖视图。
图5为图2所示的电极组件的第一极片于另一些实施例中的示意图。
图6为图5所示的第一极片沿VI-VI的剖视图。
图7为图2所示的电极组件的第一极片于又一些实施例中的示意图。
图8为图7所示的第一极片沿VIII-VIII的剖视图。
图9为本申请一实施方式提供的电子装置的模块组成图。
主要元件符号说明
壳体 10
电极组件 20
第一极片 21
第二极片 22
隔膜 23
绝缘层 30
电化学装置 100
电子装置 200
集流体 210
极耳 211
活性物质层 212
第一端 2101
第二端 2102
第三端 2103
第四端 2104
空箔区 2110
主体区 2121
边缘区 2122
极耳伸出方向 D1
厚度 Tx
测试点 Px
宽度 W1、W2、W3
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
为能进一步阐述本申请达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施方式，对本申请作出如下详细说明。
请参阅图1和图2，本申请一实施方式提供一种电化学装置100。电化学装置100包括壳体10和设置于壳体10内的电极组件20。电极组件20包括第一极片21、第二极片22和设置在第一极片21与第二极片22之间的隔膜23。隔膜23用于防止第一极片21和第二极片22直接接触，从而防止电极组件20短路。
第一极片21、隔膜23和第二极片22通过依次层叠设置为叠片式电极组件，或通过卷绕形成卷绕式电极组件。在一些具体的实施例中，如图2所示，第一极片21、隔膜23和第二极片22通过卷绕以形成卷绕式电极组件20。
请一并参阅图2、图3和图4，第一极片21包括集流体210、电连接于集流体210的极耳211、及设置于集流体210表面的活性物质层212。其中，集流体210包括第一端2101、与第一端2101相对的第二端2102、及连接于第一端2101和第二端2102之间的第三端2103和第四端2104，第三端2103和第四端2104相对设置。即第一端2101和第二端2102分别是集流体210长度或宽度方向上的两端，相应地，第三端2103和第四端2104分别是集流体210宽度或长度方向上的两端。极耳211与集流体210一体成型并伸出第三端2103(如，极耳211由集流体210裁切形成)。活性物质层212设置于集流体210的表面，应当理解的是，集流体210包括两个表面，活性物质层212至少设置在其中一个表面上。
请继续参阅图3，设置于第一极片21上的活性物质层212由主体区2121和边缘区2122组成，主体区2121从集流体210的第一端2101向第二端2102延伸设置，边缘区2122也从集流体210的第一端2101向第二端2102延伸设置。并且，沿极耳211的伸出方向(图3中的方向D1)，边缘区2122相比主体区2121更靠近集流体210的第三端2103，边缘区2122和主体区2121相邻接设置。
应当理解的是，主体区2121和边缘区2122均从第一端2101向第二端2102延伸设置并不必然意味着从第一端2101至第二端2102的集流体210的表面均覆盖了主体区2121和边缘区2122，集流体210的部分表面仍可以设置为单面区或空箔区，在单面区，集流体210的一面设置了活性物质层212，另一面为空集流体210，在空箔区，集流体210的两面均为空集流体210，未设置活性物质层212。此外，“邻接”指的是主体区2121和边缘区2122相接触的区域不存在彼此覆盖，即在第一极片21的厚度方向上，主体区2121和边缘区2122的投影不存在部分重叠。
还应当理解的是，极耳211的伸出方向，即图3中的方向D1，既可能为第一极片21的宽度方向，也可能为第一极片21的长度方向，其具体指向与第一极片21的具体形状相关。
请参阅图4，图4为图3中所示的第一极片21沿IV-IV的剖视图。如图4所示，边缘区2122的宽度为W1，厚度为t1，主体区2121的宽度为W2，厚度为t2，其中，0＜W1/W2≤5％，95％≤t1/t2≤100％。
通常，极片的制备工艺包括浆料制备、极片涂布、极片辊压、极片分条等工序。当将由活性材料等制备而成活性物质浆料通过挤压涂布方式涂布至集流体表面时，由于大多数的浆料呈现液体状态而具有流动性，在表面能及重力作用下，位于集流体表面的边缘处活性物质较少，表现在极片上，极片的边缘区域的活性物质层的厚度相比中部区域的厚度相对较小，从而形成常见的薄区。当薄区的宽度较大时，一方面，由于位于薄区的活性物质含量减少，导致能量密度降低；另一方面，若负极极片的活性物质层形成薄区，在充放电过程，当正极极片单位面积的活性物质层脱出相同数量的锂离子时，负极极片单位面积的薄区由于含有较少的活性物质而无法完全嵌入这些锂离子，从而导致过量的锂离子囤积在薄区的表面，沉积后形成锂枝晶。锂枝晶会戳破隔膜，导致负极极片和正极极片直接接触而发生电化学短路，从而降低安全性。
本申请中，通过限定活性物质层212的边缘区2122的宽度和的厚度参数在上述范围内，减少了边缘区2122在活性物质层212中的面积占比，同时提高了边缘区2122相比主体区2121的厚度比例，一方面，边缘区2122的单面面积上的活性物质含量得以提高，有利于提高电化学装置100的能量密度，另外一方面，可以降低析锂风险，从而提高了电化学装置100的安全性。
本申请中边缘区与主体区的区别方法为：取极片测试样品，沿极片的宽度方向做垂直极片厚度方向的截面，在镜下，从极片边缘朝极片中部，每隔50μm作为一个测试点，测试点依次标记为P1、P2、P3、P4、P5、P6、Px等，对应地，其活性物质层的厚度值依次记为T1、T2、T3、T4、T5、T6、Tx等，定义T1为活性物质层的边缘位置P1的厚度值，即0微米位置的测试值，类似地，T2为50微米位置P2的测试值，T3为100微米位置P3的测试值，等。其中，活性物质层的厚度是指从活性物质层的表面到活性物质层与集流体的界面处的距离，即极片上单面的活性物质层的厚度。然后计算各位置处的厚度增加率，即P2位置的厚度增加率K1＝(T2-T1)/T1，P3位置的厚度增加率K2＝(T3-T2)/T2，P4位置的厚度增加率K3＝(T4-T3)/T3，Px位置的厚度增加率Kx-1＝(Tx-Tx-1)/Tx-1，等。定义厚度增加率小于1％的位置为边缘区与主体区的分界点Px，边缘区的宽度W1为该分界点Px距离活性物质层边缘点P1的距离，边缘区的厚度t1为包括该分界点Px在内的之前所有测试点的厚度值的平均值，即t1＝(T1+T2+T3+……+Tx-2+Tx-1+Tx)/(x)，主体区的宽度W2为活性物质层的总宽度与W1的差值，主体区的厚度t2为该分界点处的厚度值Tx。
其中，可以理解，在一些实施例中，活性物质层212可仅设于集流体210的一个表面，集流体210的另一表面可设置其他活性物质层。在一些其他实施例中，集流体210的两个表面均设置活性物质层212，如此，能够最大化地增加电化学装置的能量密度，降低析锂风险。
在一些实施例中，活性物质层包括活性材料和粘结剂，活性材料在主体区和边缘区的种类相同，粘结剂在主体区和边缘区的种类相同。如此，主体区和边缘区可通过相同的活性物质浆料同时涂布在集流体上，节省涂布工序。
在一些实施例中，第一极片21为阳极极片，对应地，第二极片22为阴极极片。活性物质层212为阳极活性物质层，包括阳极活性材料和粘结剂，阳极活性材料包括天然石墨、人造石墨、中间相微碳球、硬碳、软碳、硅、硅碳复合物、硅氧化物、锂锡合金、锂锡氧合金、金属锡、锡氧化物、钛酸锂、锂铝合金或金属锂中的至少一种。通过将第一极片设置为阳极极片，边缘区为锂离子的嵌入和脱出提供了更多的活性物质，因此可以降低阳极析锂的风险，提供电化学装置的安全性。
在一些实施例中，第一极片21为阴极极片，对应地，第二极片22为阳极极片。活性物质层212为阴极活性物质层，包括阴极活性材料和粘结剂，阴极活性材料包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂中的至少一种。通过将第一极片设置为阴极极片，边缘区的活性物质提供了更多的锂离子，有利于提高电化学装置的能量密度。
在本申请的一些实施例中，边缘区2122的宽度W1和主体区2121的宽度W2具有如下范围：0＜W1≤4mm，10mm≤W2≤600mm，此条件下，即使极片具有较大的宽度，边缘区2122的宽度相对极片的宽度仍旧较小，在极片长度相等的情况下，边缘区2122占比极片的面积较小，有利于提高极片的能量密度，降低极片边缘析锂风险。
在本申请的一些实施例中，19μm≤t1≤200μm，20μm≤t2≤200μm。
在一些实施例中，极耳211的数量至少为两个。通过设置至少两个极耳211，能够使得第一极片21的电流分布不会过于集中，降低第一极片21的内阻，从而提高第一极片21的充放电倍率。
请参阅图5和图6，在另一些实施例中，第一极片21还包括设置于集流体210表面的绝缘层30。绝缘层30从第一端2101向第二端2102延伸设置，并且，沿极耳211的伸出方向，绝缘层30相比边缘区2122更靠近第三端2103，并与边缘区2122相邻接或至少部分重叠设置。即，沿方向D1，绝缘层30位于边缘区2122朝向第一极耳211的一侧。通过绝缘层30的设置，可以防止第一极片21在裁切过程中产生的毛刺刺穿隔膜23，导致阴阳极片接触短路，或者在高温下因隔膜23收缩等引起的阴阳极短路。
应当理解的是，本申请中的“部分重叠”是指在极片的厚度方向上，边缘区2122的投影与绝缘层30的投影存在重叠区域，即在边缘区2122与绝缘层30相接触的区域存在绝缘层30的边缘部分覆盖边缘区的2122的情况。该情况下，对边缘区2122的厚度进行测量时，以活性物质层212与绝缘层30的界面作为厚度测算点。
在一些实施例中，极耳211的部分表面也设置有绝缘层30，部分表面为空箔区。如图7和图8所示，在极耳211的尾部(即极耳211与集流体210连接的一端)设置有绝缘层30，在极耳211的头部(即极耳211远离集流体210的一端)设置为空箔区2110，空箔区2110未设有绝缘层30，空箔区2110伸出壳体10以和外部元件电连接。通过在极耳211的部分表面设置绝缘层30，可以防止裁切极耳211的过程中产生的毛刺刺穿隔膜23引发短路。
在一些实施例中，绝缘层包括无机粒子和聚合物，无机粒子包括氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、二氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡的至少一种，聚合物包括聚丙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸锂、聚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、丁苯橡胶、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、水性丙烯酸树脂、羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠中的至少一种。
在一些实施例中，绝缘层30的宽度为W3，0.1mm≤W3≤4mm。通过将绝缘层30宽度设置在上述范围内，既能防止阴极极片在切割过程中产生毛刺，又不会因为绝缘层30的涂覆而大大降低电化学装置100的能量密度。应当理解的是，绝缘层30的宽度不包括在绝缘层30在极耳211上的宽度。
在一些实施例中，第二极片22可采用与第一极片21相似的结构，在此不再重复描述。通过将第二极片22也设置为具有类似第一极片21的参数特征的边缘区，减少了边缘区在活性物质层中的面积占比，同时提高了边缘区相比主体区的厚度比例，一方面，边缘区的单面面积上的活性物质含量得以提高，有利于提高电化学装置100的能量密度，另外一方面，可以降低析锂风险，从而提高了电化学装置的安全性。
在一些实施例中，本申请的电化学装置100还包括电解质，电解质可以是凝胶电解质、固态电解质和电解液中的至少一种，电解液包括锂盐和非水溶剂。在本申请一些实施例中，锂盐可以包括LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiSiF6、LiBOB或二氟硼酸锂等中的至少一种。优选地，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、醚化合物或其它有机溶剂等中的至少一种。碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物或氟代碳酸酯化合物等中的至少一种。链状碳酸酯化合物可以包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)或碳酸甲乙酯(MEC)等中的至少一种。环状碳酸酯化合物可以包括碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)或碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)等中的至少一种。氟代碳酸酯化合物可以包括碳酸氟代亚乙酯(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-甲基亚乙酯或碳酸三氟甲基亚乙酯等中的至少一种。羧酸酯化合物可以包括甲酸甲酯、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、甲瓦龙酸内酯或己内酯等中的至少一种。醚化合物可以包括二丁醚、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-甲基四氢呋喃或四氢呋喃等中的至少一种。上述其它有机溶剂可以包括二甲亚砜、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、磷酸三辛酯或磷酸酯等中的至少一种。
请再次参阅图1，在本申请的一些实施例中，壳体10可以为采用封装膜(如铝塑膜)封装得到的包装袋，即电化学装置100为软包电池。在另一些实施例中，电化学装置100并不限于软包电池，还可以为钢壳电池或铝壳电池等，本申请并不作限制。
其中，虽然以上以锂离子电池进行举例说明，然而，本申请的电化学装置100还包括其他能够发生电化学反应的装置。具体的，电化学装置100包括原电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池和电容器(例如超级电容器)。可选地，电化学装置100可以为锂二次电池，包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池和锂离子聚合物二次电池。
请参阅图9，本申请还提供一种电子装置200，包括上述电化学装置100。本申请的电子装置200可以是，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。
以下通过具体实施例和对比例对本申请作详细说明。其中，以锂离子二次电池为例并结合具体制备过程和测试方法对本申请进行说明，本领域技术人员应理解，本申请中描述的制备方法仅是实例，其他任何合适的制备方法均在本申请的范围内。
实施例1
以第一极片为阴极极片，第二极片为阳极极片为例：
阴极极片制备：将磷酸铁锂、导电炭黑以及聚偏二氟乙烯按质量比为96.5：1.5：2.0的比例溶于N33-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中，形成阴极活性物质浆料。采用铝箔作为阴极集流体，按极片宽度设计要求将胶纸粘贴在铝箔上，进一步地，按设计要求通过凹版印刷方式形成凹版底涂；然后再将阴极活性物质浆料涂覆于带有胶纸以及凹版底涂的阴极集流体上，经过干燥去除溶剂(去离子水)后，通过剥胶、除尘、冷压、极耳成型、裁切工序后得到阴极极片。
阳极极片制备：将石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠(CMC)以及丁苯橡胶(SBR)按质量比为96.5：1.0：1.0：1.5的比例溶于去离子水中，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得阳极活性物质浆料。采用铜箔作为负极集流体，按极片设计宽度要求将胶纸粘贴在铜箔上，进一步地，设计要求通过凹版印刷方式形成凹版底涂；然后再将阳极活性物质浆料涂覆于带有胶纸以及凹版底涂的负极集流体上，经过干燥去除溶剂(去离子水)后，通过剥胶、除尘、冷压、极耳成型、裁切工序后得到阳极极片。
电解液的制备：在干燥氩气气氛中，首先将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC:EMC:DEC＝30:50:20混合，然后向有机溶剂中加入六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，得到锂盐的浓度为1.15M的电解液。
电池制备：将PE材质的隔膜置于阴极极片以及阳极极片之间，卷绕后得到电极组件，将电极组件置于外包装壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得锂离子电池。
实施例2
与实施例1不同的是，将氧化铝、聚丙烯酸按质量比80：20的比例溶于N33-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中，形成绝缘物质浆料。按极片宽度设计要求将胶纸粘贴在铝箔上，进一步地，按设计要求通过凹版印刷方式形成凹版底涂；然后再将阴极活性物质浆料涂覆于带有胶纸以及凹版底涂的阴极集流体上，经过干燥去除溶剂(去离子水)后，进行剥胶，在剥胶后露出的阴极集流体上涂覆绝缘物质浆料，然后再一次经过干燥去除溶剂(去离子水)，然后除尘、冷压、极耳成型、裁切工序后得到阴极极片。
对比例1
与实施例1不同之处在于，在制备阴极极片时，采用铝箔作为阴极集流体，按设计要求通过凹版印刷方式形成凹版底涂；然后再将阴极活性物质浆料涂覆于凹版底涂的阴极集流体上，经过干燥去除溶剂(去离子水)后，通过除尘、冷压、极耳成型、裁切工序后得到阴极极片。
对比例2
与实施例2不同之处在于，在制备阳极极片时，采用铜箔作为阴极集流体，按设计要求通过凹版印刷方式形成凹版底涂；然后再将阳极活性物质浆料涂覆于凹版底涂的阳极集流体上，经过干燥去除溶剂(去离子水)后，通过除尘、冷压、极耳成型、裁切工序后得到阳极极片。
对各实施例和对比例的极片厚度、宽度进行测试，具体测试方法参见前文所述，测试结果记录于表1和表2；并将各实施例和对比例的极片进行组装以形成锂离子电池，并分别对各电池进行能量密度(ED)以及析锂测试，并在镜下观察集流体边缘的毛刺现象，测试结果记录于表3。
其中，能量密度的测试步骤包括：电池置于在25℃±2℃的恒温箱中，以0.7C(C为电池容量)充电到4.35V，截至电流0.025C；以0.2C放电到3.0V得到电池容量，再除以电池体积，得到能量密度。能量密度的提升比例为各实施例的能量密度与对比例1的能量密度的差值与对比例1的能量密度的比值。
析锂的测试步骤包括：电池置于25℃±2℃的恒温箱中静置2小时，以3C恒流充电至4.4V，然后以4.4V恒压充电至0.02C并静置15分钟；再以0.5C恒流放电至3.0V，此为一次析锂测试循环，重复100次上述析锂测试循环后，将电池以0.5C恒流放电至3.00V，之后拆解电池并检查负极极片的活性物质层的表面是否析锂，若有呈灰色的地方则为析锂，若无灰色的地方则无析锂。
表1阴极极片测试结果
Figure BDA0003216148310000111
表2阳极极片测试结果
Figure BDA0003216148310000112
表3电池性能测试结果
阴极极片毛刺情况 ED提升比例(％) 阳极析锂情况
实施例1 局部轻微毛刺 20 无析锂
实施例2 无毛刺 16 无析锂
对比例1 局部轻微毛刺 / 无析锂
对比例2 局部轻微毛刺 20 局部析锂
从表1数据可知，阴极极片中，与对比例1相比，无论是实施例1还是实施例2中，边缘区和主体区的宽度比值较小，边缘区和主体区的厚度比值较大，即在阴极极片上，边缘区所占的面积较小，但是边缘区的厚度却和主体区的厚度相差不多，因此，与对比例1相比，实施例1、实施例2的阴极活性物质含量都相对增加，从而提供了更多的锂离子，从表3看，与对比例1相比，实施例1、实施例2的电池的能量密度都得以提升。
从表2数据可知，阳极极片中，与对比例2相比，无论是实施例1还是实施例2中，边缘区和主体区的宽度比值较小，边缘区和主体区的厚度比值较大，即在阳极极片上，边缘区所占的面积较小，但是厚度却和主体区的厚度相差不多，因此，与对比例2相比，实施例1、实施例2的阳极活性物质含量都相对增加，从而为锂离子的嵌入提供了更多的容纳空间，从表3看，与对比例2相比，实施例1、实施例2均没有出现析锂问题，提高了电池的安全性。
此外，从表3可知，与实施例1相比，实施例2的阴极极片上设置了绝缘层，绝缘层的存在防止了毛刺的产生，有利于提高电池的安全性。
以上说明仅仅是对本申请一种优化的具体实施方式，但在实际的应用过程中不能仅仅局限于这种实施方式。对本领域的普通技术人员来说，根据本申请的技术构思做出的其他变形和改变，都应该属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种电化学装置，包括壳体和容纳于所述壳体的电极组件，所述电极组件包括第一极片、第二极片和设置于所述第一极片与所述第二极片之间的隔膜，其特征在于，所述第一极片包括：
集流体，包括第一端、与所述第一端相对设置的第二端以及连接于所述第一端和所述第二端之间的第三端和第四端，所述第三端和所述第四端相对设置；
极耳，与所述集流体一体成型并伸出所述第三端；
活性物质层，设置于所述集流体的表面，所述活性物质层由主体区和边缘区组成，所述主体区和所述边缘区均从所述第一端向所述第二端延伸设置，并且，沿所述极耳伸出所述第三端的方向，所述边缘区相比所述主体区更靠近所述第三端，并与所述主体区相邻接设置；
其中，所述边缘区和所述主体区的宽度分别为W1、W2，0＜W1/W2≤5％；所述边缘区和所述主体区的厚度分别为t1、t2，95％≤t1/t2≤100％。
2.如权利要求1的电化学装置，其特征在于，所述活性物质层包括活性材料和粘结剂，所述活性材料在所述主体区和所述边缘区的种类相同，所述粘结剂在所述主体区和所述边缘区的种类相同。
3.如权利要求2的电化学装置，其特征在于，所述第一极片为阳极极片，所述活性材料包括天然石墨、人造石墨、中间相微碳球、硬碳、软碳、硅、硅碳复合物、硅氧化物、锂锡合金、锂锡氧合金、金属锡、锡氧化物、钛酸锂、锂铝合金或金属锂中的至少一种。
4.如权利要求2的电化学装置，其特征在于，所述第一极片为阴极极片，所述活性材料包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂中的至少一种。
5.如权利要求4的电化学装置，其特征在于，所述第一极片还包括设置于所述集流体表面的绝缘层，所述绝缘层从所述第一端向所述第二端延伸设置，并且，沿所述极耳伸出所述第三端的方向，所述绝缘层相比所述边缘区更靠近所述第三端，并与所述边缘区相邻接或至少部分重叠设置。
6.如权利要求5的电化学装置，其特征在于，所述绝缘层包括无机粒子和聚合物，所述无机粒子包括氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、二氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡的至少一种，所述聚合物包括聚丙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸锂、聚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、丁苯橡胶、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、水性丙烯酸树脂、羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠中的至少一种。
7.如权利要求5的电化学装置，其特征在于，所述绝缘层的宽度为W3，0.1mm≤W3≤4mm。
8.如权利要求1的电化学装置，其特征在于，0＜W1≤4mm，10mm≤W2≤600mm，和/或，19μm≤t1≤200μm，20μm≤t2≤200μm。
9.如权利要求1的电化学装置，其特征在于，所述极耳的数量至少为两个。
10.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求1至9项中任一项的电化学装置。
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