CN113728469B - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

电化学装置和电子装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113728469B
CN113728469B CN202080025070.6A CN202080025070A CN113728469B CN 113728469 B CN113728469 B CN 113728469B CN 202080025070 A CN202080025070 A CN 202080025070A CN 113728469 B CN113728469 B CN 113728469B
Authority
CN
China
Prior art keywords
active material
material layer
electrochemical device
positive electrode
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202080025070.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113728469A (zh
Inventor
龚锣
余红明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningde Amperex Technology Ltd
Original Assignee
Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningde Amperex Technology Ltd filed Critical Ningde Amperex Technology Ltd
Publication of CN113728469A publication Critical patent/CN113728469A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113728469B publication Critical patent/CN113728469B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本申请提供了电化学装置和电子装置。电化学装置包括正极极片、隔离膜和负极极片，隔离膜设置在正极极片和负极极片之间，正极极片包括正极集流体和设置在正极集流体上的正极活性物质层，正极活性物质层包括正极活性物质，其中，负极极片包括：负极集流体；导电材料层，包括导电材料；以及负极活性物质层，包括负极活性物质，负极活性物质层设置在负极集流体和导电材料层之间。本申请的电化学装置能够在基本不影响体积能量密度的情况下，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
本申请涉及电子技术领域，尤其涉及电化学装置和电子装置。
背景技术
随着电化学装置(例如，锂离子电池)的发展和进步，对其安全性能提出了越来越高的要求。为了提高电化学装置的安全性能，一个重要的要求是抑制负极表面的析锂和锂枝晶的形成，因为形成的锂枝晶可能会刺穿隔离膜，进而影响电化学装置的安全性能。
发明内容
本申请能够在基本不影响电化学装置的体积能量密度的情况下，提升电化学装置的安全性能。
本申请的实施例提供了一种电化学装置，其包括正极极片、隔离膜和负极极片，隔离膜设置在正极极片和负极极片之间，正极极片包括正极集流体和设置在正极集流体上的正极活性物质层，正极活性物质层包括正极活性物质，其中，负极极片包括：负极集流体；导电材料层，包括导电材料；以及负极活性物质层，包括负极活性物质，负极活性物质层设置在负极集流体和导电材料层之间。
在上述电化学装置中，其中，导电材料的比表面积为25m2/g至300m2/g。
在上述电化学装置中，其中，导电材料包括乙炔黑、导电炭黑、活性炭或碳纳米管中的至少一种。
在上述电化学装置中，其中，导电材料层的厚度h为0.1μm至3μm。
在上述电化学装置中，其中，负极活性物质层的压实密度为1.0g/cm3至1.9g/cm3。
在上述电化学装置中，其中，负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、硬碳、中间相碳微球、氧化硅、硅碳复合物或纯硅中的至少一种。
在上述电化学装置中，其中，电化学装置满足如下关系式：0.8≤(A’*B’*C’)/(A*B*C)≤1.4，其中，A表示正极活性物质占正极活性物质层的质量比例，B表示正极活性物质的克容量，单位为mAh/g，C表示正极活性物质层的单位面积的质量，单位为mg/cm2，A’表示负极活性物质占负极活性物质层的质量比例，B’表示负极活性物质的克容量，单位为mAh/g，C’表示负极活性物质层的单位面积的质量，单位为mg/cm2。
在上述电化学装置中，其中，电化学装置进一步满足如下关系式：0.8≤(A’*B’*C’)/(A*B*C)<1.0。
在上述电化学装置中，其中，C’的取值范围为7.45mg/cm2至13.02mg/cm2。
在上述电化学装置中，其中，电化学装置进一步满足如下关系式：
0≤h*|[(A’*B’*C’)/(A*B*C)-1]|≤0.4，
其中所述h表示所述导电材料层厚度的单位为μm时的取值。
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。
本申请通过将负极活性物质层设置在负极集流体和导电材料层之间，即在负极活性物质层上还形成有导电材料层，该导电材料层有利于形成较多的析锂位点，当负极活性物质层嵌满锂而开始析锂时，析锂优先发生在该导电材料层与负极活性物质层接触的部位，使得负极活性物质层表面不会出现析锂。另外，由于该导电材料可以形成大量的成核位点，从而可以有效抑制锂枝晶的形成，提升电化学装置的安全性能。
附图说明
图1示出了现有的电化学装置的电极组件的示意图。
图2示出了现有的电化学装置的负极活性物质层表面出现锂枝晶的示意图。
图3示出了本申请的实施例的电化学装置的电极组件的示意图。
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。
目前，随着电化学装置的发展和进步，负极活性物质的克容量和循环膨胀比例越来越逼近极限值，体积能量密度的提升空间有限。目前，增大负极极片的压实密度是提升电化学装置的体积能量密度的常用方法，但是当负极极片的压实密度提升到一定程度以后，锂离子进出负极极片的通道受阻，浓差极化增大，会导致负极极片表面析锂，影响电化学装置的电化学性能和安全性能。
如图1所示，提供了现有的电化学装置的示意图。电化学装置包括正极极片1、负极极片2以及设置在正极极片1和负极极片2之间的隔离膜3。正极极片1包括正极集流体11和设置在正极集流体11上的正极活性物质层12、13。负极极片2包括负极集流体21和设置在负极集流体21上的负极活性物质层22、23。
如图2所示，在这种电化学装置的结构中，当负极活性物质层(例如，22)嵌满锂而开始析锂时，在负极活性物质层表面形成锂金属和锂枝晶41，形成的锂枝晶41可能会刺穿隔离膜3，进而影响电化学装置的安全性能。应该理解，锂枝晶41的形状仅是示例性的。
为了抑制负极活性物质层表面处的锂枝晶的形成，本申请提供了一种在负极极片上具有额外的导电材料层的电化学装置。如图3所示，电化学装置包括正极极片1、负极极片2以及设置在正极极片1和负极极片2之间的隔离膜3。正极极片1包括正极集流体11和设置在正极集流体11上的正极活性物质层12、13。负极极片2包括负极集流体21、设置在负极集流体21上的负极活性物质层22、23以及分别设置在负极活性物质层22、23上的导电材料层24、25。
应该理解，虽然图3中将正极活性物质层12、13示出为分别位于正极集流体11的两侧上，但是这仅是示例性的，可以例如仅存在正极活性物质层12。在一些实施例中，正极集流体11可以采用Al箔，当然，也可以采用本领域常用的其他正极集流体。在一些实施例中，正极集流体的厚度可以为1μm～200μm。在一些实施例中，正极活性物质层12、13可以仅涂覆在正极集流体11的部分区域上。在一些实施例中，正极活性物质层12、13的厚度可以各自独立地为10μm～500μm。
在一些实施例中，正极活性物质层12、13包括正极活性物质。在一些实施例中，正极活性物质可以包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂或镍锰酸锂中的至少一种。在一些实施例中，正极活性物质层还包括粘结剂和导电剂。在一些实施例中，正极活性物质层中的粘结剂可以包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、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、聚醋酸乙烯酯、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。在一些实施例中，正极活性物质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，正极活性物质层中的正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比可以为70～98：1～15：1～15。应该理解，以上所述仅是示例，正极活性物质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，隔离膜3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～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～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接性。
应该理解，虽然图3中将负极活性物质层和导电材料层示出为设置在负极集流体的两侧上，但是这仅是示例性的，可以仅在负极集流体的一侧存在负极活性物质层和导电材料层，例如，可以仅存在负极活性物质层22和导电材料层24，或者仅存在负极活性物质层23和导电材料层24。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，负极活性物质层可以包括负极活性物质。在一些实施例中，如图3所示，负极活性物质层设置在负极集流体和导电材料层之间。
通过将负极活性物质层设置在负极集流体和导电材料层之间，即在负极活性物质层上还形成有导电材料层，该导电材料层有利于形成较多的析锂位点，当负极活性物质层嵌满锂而开始析锂时，析锂优先发生在该导电材料层内，使得负极活性物质层不会出现析锂。另外，由于该导电材料可以形成大量的成核位点，从而可以有效抑制锂枝晶的形成，提升电化学装置的安全性能。
在一些实施例中，导电材料层中的导电材料的比表面积为25m2/g至300m2/g。由于该导电材料的大的比表面积，有利于形成大量的成核位点，从而可以有效抑制锂枝晶的形成。另外，如果导电材料的比表面积太小，例如，低于25m2/g，则不利于成核位点的形成。如果导电材料的比表面积太大，例如，大于300m2/g，则可能使得导电材料的粒度太小而不利于锂离子通过。
在一些实施例中，导电材料包括乙炔黑、导电炭黑、活性炭或碳纳米管中的至少一种。这些导电材料具有三维立体结构，而三维立体结构能提供较大的比表面积和内部中空结构，有利于形成较多的析锂位点，在其材料内部析锂，从而抑制负极活性物质层析锂。在一些实施例中，导电材料层的厚度h为0.1μm至3μm。如果导电材料层的厚度太薄，一方面不利于加工，另一方面安全保护作用有限。如果导电材料层的厚度太厚，则导电材料层占据较大的体积，损失电化学装置的体积能量密度。
在一些实施例中，导电材料层还可以包括分散剂和粘结剂。在一些实施例中，导电材料层中的分散剂可以包括例如羧甲基纤维素钠(CMC)。在一些实施例中，导电材料层中的粘结剂可以包括例如丁苯橡胶(SBR)。在一些实施例中，导电材料层中的导电材料、分散剂和粘结剂的质量比例为95～99：0.5～2.5：0.5～2.5，应该理解，这仅是示例性的，可以采用其他合适的质量比例。
在一些实施例中，负极活性物质层的压实密度为1.0g/cm3至1.9g/cm3。如果负极活性物质层的压实密度太小，则损失电化学装置的体积能量密度。如果负极活性物质层的压实密度太大，则不利于锂离子通过，极化增大，影响电化学性能，并且在电化学装置的充电过程中容易析锂。
在一些实施例中，负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、硬碳、中间相碳微球、氧化硅、硅碳复合物或纯硅中的至少一种。在一些实施例中，负极活性物质层中还可以包括导电剂和粘结剂。负极活性物质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，负极活性物质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。应该理解，以上公开的材料仅是示例性，负极活性物质层可以采用任何其他合适的材料。
在一些实施例中，负极活性物质层中的负极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比可以为70～98：1～15：1～15。应该理解，以上所述仅是示例，可以采用任何其他合适的质量比。
在一些实施例中，电化学装置满足如下关系式：0.8≤(A’*B’*C’)/(A*B*C)≤1.4，其中，A表示正极活性物质占正极活性物质层的质量比例，B表示正极活性物质的克容量，单位为mAh/g，C表示正极活性物质层的单位面积的质量，单位为mg/cm2，A’表示负极活性物质占负极活性物质层的质量比例，B’表示负极活性物质的克容量，单位为mAh/g，C’表示负极活性物质层的单位面积的质量，单位为mg/cm2。在一些实施例中，将比例(A’*B’*C’)/(A*B*C)称为CB，CB越接近1，电化学装置的体积能量密度通常越大，而CB越大于1通常越有利于抑制锂枝晶的形成。本申请的实施例能够在抑制锂枝晶的形成的基础上，将CB降低到1以下，这样在确保电化学装置的安全性能的同时，大大增强了电化学装置的体积能量密度。例如，将CB从1.055降低到1，体积能量密度可以提升约3％。
在一些实施例中，电化学装置进一步满足如下关系式：0.8≤(A’*B’*C’)/(A*B*C)<1.0，即，CB＜1.0。在一些实施例中，为了进一步提升电化学装置的体积能量密度，使CB小于1并且大于等于0.8，通常地，CB小于1使得锂枝晶更容易形成，但是由于本申请中的导电材料层的存在，使得并不会形成锂枝晶。在本申请的实施例中，通过形成额外的导电材料层，能够在避免负极极片表面的锂枝晶形成的同时，将CB设置为小于1.0，使得在确保电化学装置的安全性能的同时，大大增强了电化学装置的体积能量密度。另外，在CB小于0.8时，电化学装置的体积能量密度反而会下降，同时析锂风险更高，因此将CB设置为大于等于0.8。
在一些实施例中，C’的取值范围为7.45mg/cm2至13.02mg/cm2。如果C’太小，则负极活性物质层太薄或压实密度太低，导致体积能量密度过低。如果C’太大，则负极活性物质层太厚，导致负极活性物质层在厚度方向的锂离子传导速率差异，也会导致锂枝晶在负极活性物质层的表层形成。
在一些实施例中，电化学装置进一步满足如下关系式：0≤h*|[(A’*B’*
C’)/(A*B*C)-1]|≤0.4，所述h表示所述导电材料层厚度的单位为μm时的取值，当所述电化学装置满足该范围时，电化学装置的CB和导电材料层的厚度达到一个均衡，因为CB偏离1越远，导电材料层的厚度需要越薄，这样才能使得电化学装置不析锂的同时，能量密度更高。
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或堆叠式电极组件。
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。
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：将正极活性物质钴酸锂(克容量为181mAh/g)、导电剂导电炭黑、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，形成正极浆料。采用铝箔作为正极集流体，将正极浆料涂覆于正极集流体上，涂覆量为18.37mg/cm2，经过干燥、冷压、裁切后得到正极极片，冷压过程的正极活性物质层的压实密度为4.15g/cm3。
负极极片的制备：将负极活性物质人造石墨(克容量为357mAh/g)、分散剂羧甲基纤维素钠和粘结剂丁苯橡胶按重量比97.7：1.1：1.2的比例溶于去离子水中，形成活性物质层浆料。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，涂覆量为9.3mg/cm2，干燥，得到负极活性物质层；
将导电材料乙炔黑、分散剂羧甲基纤维素钠和粘结剂丁苯橡胶按重量比96：2：2的比例溶于去离子水中，形成导电材料浆料，将导电材料浆料涂覆于负极活性物质层上，单面涂覆厚度为2μm，干燥，进行两次冷压(第一次目标压实密度为1.70g/cm3，第二次目标压实密度为1.76g/cm3，中间间隔2小时以上)，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。
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)：碳酸二甲酯(DMC)＝40：60，重量比)按重量比8：92配制以形成电解液。
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。
实施例2～31和对比例1～5是在实施例1步骤的基础上进行参数变更，具体变更的参数如下表1-表6所示。
下面描述本申请的各个参数的测试方法。
克容量测试：
可以将锂离子电池拆开后，将正极极片或负极极片与对电极锂片做成扣式电池进行容量测试，以获得正极活性物质或负极活性物质的克容量。
导电材料的比表面积测试：
在恒温低温下，测定不同相对压力时的气体在固体表面的吸附量后，基于布朗诺尔-埃特-泰勒吸附理论及其公式求得试样单分子层吸附量，从而计算出固体的比表面积。
BET公式：
Figure BDA0003282119150000101
其中：W—相对压力下固体样品所吸附的气体的质量
Wm---铺满一单分子层的气体饱和吸附量
斜率：(c-1)/(WmC)，截距：1/WmC，总比表面积：(Wm*N*Acs/M)
比表面积：S＝St/m，其中m为样品质量，Acs：每个N2分子的所占据的平均面积16.2A2。
称取1.5～3.5g粉末样品装入TriStar II 3020的测试测试样品管中，200℃脱气120min后进行测试。
负极活性物质层的压实密度测试：
采用30t的压力压实，冲出面积为1540.25mm2的圆片，用千分尺测量圆片厚度，对圆片称重，去除负极集流体的厚度和质量，计算圆片中的负极活性物质层的质量和体积，即可计算出负极活性物质层的压实密度。
体积能量密度的测试方法：
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恒流充电至电压为4.4V，然后以4.4V恒压充电至电流为0.05C，0.5C放电至电压为3.0V，记录放电能量。
体积能量密度＝放电能量/(锂离子电池的长度*宽度*厚度)。
负极极片是否析锂和形成锂枝晶：
在17℃下，以0.7C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1C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。另外，可以通过扫描电镜观察是否形成锂枝晶。
表1示出了实施例1-5和对比例1的各个参数和评估结果。
表1
Figure BDA0003282119150000102
Figure BDA0003282119150000111
通过比较实施例1～5和对比例1可知，通过在负极活性物质层上形成导电材料层，使得负极极片表面最多存在轻微析锂，而不产生锂枝晶，相对于没有导电材料层的对比例1，实施例1～5中的电化学装置的安全性能得到大幅提升。另外，相对于没有导电材料层的对比例1，实施例1～5中的锂离子电池的体积能量密度变化不大。
通过比较实施例1～5可知，随着导电材料层的厚度的增大，电化学装置的体积能量密度有减小的趋势，但是在抑制锂枝晶的性能方面有提升。通过采用0.1μm至3μm的厚度的导电材料层，在保持较高的体积能量密度的基础上，抑制了锂枝晶的形成，提升了电化学装置的安全性能。
表2示出了实施例4、6-10的各个参数和评估结果。
表2
Figure BDA0003282119150000112
通过比较实施例4和6～10可知，随着导电材料的比表面积的增大，电化学装置的体积能量密度基本不受影响，但是有助于抑制锂枝晶的形成，从而提升电化学装置的安全性能。
表3示出了实施例8、11-14的各个参数和评估结果。
表3
Figure BDA0003282119150000121
通过比较实施例8和11～14可知，随着负极活性物质层的压实密度的提高，电化学装置的体积能量密度有增大的趋势。通过使负极活性物质层的压实密度为1.0g/cm3至1.9g/cm3，既能获得较大的体积能量密度，同时能够抑制锂枝晶的形成，确保电化学装置的安全性能。
表4示出了实施例8、15-19的各个参数和评估结果。
表4
Figure BDA0003282119150000122
通过比较实施例8和15～19可知，随着负极活性物质层的单位面积涂覆量的减小，即随着CB的减小，体积能量密度有增大的趋势。
表5示出了实施例20-25的各个参数和评估结果。
表5
Figure BDA0003282119150000123
Figure BDA0003282119150000131
通过比较实施例8和20～25可知，所述电化学装置满足0≤h*|[(A’*B’*C’)/(A*B*C)-1]|≤0.4，不仅具有更高的能量密度，同时也有很好的抑制锂枝晶的效果。
表6示出了实施例26-32和对比例2-5的各个参数和评估结果。
表6
Figure BDA0003282119150000132
Figure BDA0003282119150000141
通过比较实施例26～28可知，具有三维立体结构的导电材料的种类的不同，均能抑制锂枝晶的形成，并且对电化学装置的体积能量密度基本没有影响。
通过比较实施例29和对比例2，比较实施例30和对比例3，比较实施例31和对比例4，比较实施例32和对比例5，通过形成导电材料层，在保证体积能量密度基本不变的情况下，抑制了锂枝晶的形成，提升了电化学装置的安全性能。
通过比较实施例1和29～32可知，采用的负极活性物质的不同，会影响电化学装置的体积能量密度，但是并不会影响抑制锂枝晶的性能的实现。
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 (8)

1.一种电化学装置，其包括正极极片、隔离膜和负极极片，所述隔离膜设置在所述正极极片和所述负极极片之间，所述正极极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质，其中，所述负极极片包括：
负极集流体；
导电材料层，包括导电材料；以及
负极活性物质层，包括负极活性物质，所述负极活性物质层设置在所述负极集流体和所述导电材料层之间；
其中，所述电化学装置满足如下关系式：
0.8≤(A’*B’*C’)/(A*B*C)<1.0，
其中，A表示所述正极活性物质占所述正极活性物质层的质量比例，B表示所述正极活性物质的克容量，单位为mAh/g，C表示所述正极活性物质层的单位面积的质量，单位为mg/cm2，A’表示所述负极活性物质占所述负极活性物质层的质量比例，B’表示所述负极活性物质的克容量，单位为mAh/g，C’表示所述负极活性物质层的单位面积的质量，单位为mg/cm2；
其中，所述导电材料的比表面积为189m2/g至300m2/g。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述导电材料包括乙炔黑、导电炭黑、活性炭或碳纳米管中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述导电材料层的厚度为0.1μm至3μm。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极活性物质层的压实密度为1.0g/cm3至1.9g/cm3。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、硬碳、中间相碳微球、氧化硅、硅碳复合物或纯硅中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述C’的取值范围为7.45mg/cm2至13.02mg/cm2。
7.根据权利要求3所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足如下关系式：
0≤h*|[(A’*B’*C’)/(A*B*C)-1]|≤0.4，
其中h表示所述导电材料层厚度的单位为μm时的取值。
8.一种电子装置，其包括根据权利要求1至7中任一项所述的电化学装置。
CN202080025070.6A 2020-06-30 2020-06-30 电化学装置和电子装置 Active CN113728469B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2020/099112 WO2022000226A1 (zh) 2020-06-30 2020-06-30 电化学装置和电子装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113728469A CN113728469A (zh) 2021-11-30
CN113728469B true CN113728469B (zh) 2023-05-09

Family

ID=78672468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080025070.6A Active CN113728469B (zh) 2020-06-30 2020-06-30 电化学装置和电子装置

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN113728469B (zh)
WO (1) WO2022000226A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114497498B (zh) * 2022-01-26 2024-03-26 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和电子装置
CN114551980A (zh) * 2022-02-28 2022-05-27 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和电子装置
EP4258404A4 (en) * 2022-02-28 2024-05-08 Ningde Amperex Technology Ltd ELECTROCHEMICAL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE
CN114614108A (zh) * 2022-03-28 2022-06-10 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置和电子装置
CN114824508A (zh) * 2022-05-17 2022-07-29 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及包含该电化学装置的电子装置
CN115224236A (zh) * 2022-09-20 2022-10-21 江苏时代新能源科技有限公司 阳极片及其制备方法、电极组件、电池单体和用电装置
CN116888795A (zh) * 2022-10-28 2023-10-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池单体、电池及用电装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012147647A1 (ja) * 2011-04-27 2012-11-01 新神戸電機株式会社 リチウムイオン二次電池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100878718B1 (ko) * 2007-08-28 2009-01-14 한국과학기술연구원 리튬이차전지용 실리콘 박막 음극, 이의 제조방법 및 이를포함하는 리튬이차전지
CN103022414B (zh) * 2012-12-30 2015-02-11 无锡富洪科技有限公司 锂离子电池及其负极极片
US20180123129A1 (en) * 2015-04-28 2018-05-03 Kaneka Corporation Package
KR102160708B1 (ko) * 2016-09-30 2020-09-28 주식회사 엘지화학 이중 보호층이 형성된 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102268175B1 (ko) * 2017-03-15 2021-06-22 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지용 음극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
JP7370728B2 (ja) * 2018-05-08 2023-10-30 日立造船株式会社 全固体電池およびその製造方法
CN109718999B (zh) * 2018-11-14 2020-11-06 中航锂电（洛阳）有限公司 一种锂离子电池极片的制备方法及锂离子电池的制备方法
CN110556511B (zh) * 2019-09-03 2021-09-14 珠海格力电器股份有限公司 循环性能优异的锂电池负极极片及其制备方法、锂离子电池

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012147647A1 (ja) * 2011-04-27 2012-11-01 新神戸電機株式会社 リチウムイオン二次電池

Also Published As

Publication number Publication date
CN113728469A (zh) 2021-11-30
WO2022000226A1 (zh) 2022-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020187106A1 (en) Anode material, anode and electrochemical device comprising anode material
CN113728469B (zh) 电化学装置和电子装置
CN113394375B (zh) 电化学装置和电子装置
CN114175310B (zh) 一种正极补锂材料、包含该材料的正极极片和电化学装置
CN113066961B (zh) 负极极片、电化学装置和电子装置
CN113366673B (zh) 电化学装置和电子装置
CN113422063B (zh) 电化学装置和电子装置
CN113839023B (zh) 一种电化学装置及电子装置
CN114068864A (zh) 一种负极极片及包含其的电化学装置和电子设备
CN113597696A (zh) 负极极片、电化学装置和电子装置
EP4084127A2 (en) Electrochemical device and electronic equipment
CN113330601A (zh) 极片、电化学装置和电子装置
CN116504923A (zh) 电化学装置、电子装置和负极极片的制备方法
CN115380398A (zh) 电极及其制作方法、电化学装置和电子装置
CN115398667A (zh) 电极及其制备方法、电化学装置和电子装置
CN114097111A (zh) 一种正极补锂材料、包含该材料的正极极片和电化学装置
CN114144919A (zh) 一种正极极片、包含该正极极片的电化学装置和电子装置
CN114497498B (zh) 电化学装置和电子装置
CN116314608A (zh) 电化学装置和电子装置
CN113745452B (zh) 一种电化学装置及电子装置
CN113097474B (zh) 电化学装置和电子装置
CN113078287B (zh) 电化学装置和电子装置
CN113646933B (zh) 极片、电化学装置和电子装置
CN116097472A (zh) 电化学装置、电子装置和制备负极极片的方法
CN113363417A (zh) 电化学装置和电子装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant