CN113826242B - 极片、二次电池及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种极片和电池，所述极片包括：集流体以及位于所述集流体至少一侧的活性物质层，所述活性物质层包括第一区域和第二区域，所述活性物质层包括活性物质颗粒，所述极片满足式(1)所表示的条件：H2<Dv99<H1式(1)，其中，Dv99表示在体积基准的粒度分布中，活性物质颗粒从小粒径侧起、达到体积累积99％的粒径，H1表示第一区域的单面厚度，H2表示第二区域的单面厚度。本发明的极片和电池具有良好的安全性等品质。

Description

极片、二次电池及电子装置
技术领域
本发明涉及电池领域，具体涉及一种极片、二次电池及电子装置。
背景技术
近年来，手机、汽车等科技产品不断发展，电池作为其重要的一部分，在电池能量密度等品质方面要求越来越高，在高能量密度电池的研发中，提高极片上单位面积的活性物质含量是比较直接的手段，目前主要是通过增加极片上活性物质涂层厚度或压实密度以实现增加极片上活性物质的量，提高活性材料的容量发挥，进而达到电池能量密度提升的目的。
然而，涂层面积密度的增加往往会使电极集流体(或称集电体)承受较大的压力，易造成集流体表面破坏、强度变低以及由此导致的极片安全性等性能变差等问题，从而影响电池的安全性和放电容量等品质。
发明内容
本发明提供一种极片、二次电池及电子装置，具有良好的安全性和放电容量等品质，可有效克服上述现有技术所存在的缺陷。
本发明的一方面，提供一种极片，包括：集流体以及位于集流体至少一侧的活性物质层，活性物质层包括第一区域和第二区域，活性物质层包括活性物质颗粒，极片满足式(1)所表示的条件：H2＜Dv99＜H1式(1)，其中，Dv99表示在体积基准的粒度分布中，活性物质颗粒从小粒径侧起、达到体积累积99％的粒径，H1表示第一区域的单面厚度，H2表示第二区域的单面厚度。
根据本发明的一些实施例，上述极片包括具有形成卷绕式结构的弯折段和平直段的卷绕式极片，第一区域位于卷绕式极片的平直段，第二区域位于卷绕式极片的弯折段。
根据本发明的一些实施例，第二区域位于第一区域周围的任意位置。
根据本发明的一些实施例，上述极片为正极或负极中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，Dv99的取值范围为10μm至45μm。
根据本发明的一些实施例，第二区域与第一区域的面积之比为0.1至0.0001。
根据本发明的一些实施例，第二区域与第一区域的面积密度之比为0.1至0.95。
根据本发明的一些实施例，第二区域与第一区域的压实密度之比为0.2至1.2。
根据本发明的一些实施例，第二区域与第一区域的活性物质不同。
根据本发明的一些实施例，第二区域的表面存在绝缘层。
根据本发明的一些实施例，第二区域在上述极片长度方向上的宽度为W1，W1≥2×H1；根据本发明的一些实施例，W1的取值范围为0.5mm至4mm。
本发明的另一方面，提供一种二次电池，包括上述极片。
根据本发明的一些实施例，上述二次电池还包括电解液，上述电解液的电导率≥7mS/cm。
本发明的再一方面，提供一种电子装置，包括上述二次电池。
本发明提供的极片，通过特殊结构设计，能够提高极片的安全性等性能，利于其使用，尤其可应用于卷绕式电池和柔性电池，解决极片弯折段集流体易遭破坏以及由此导致的电池安全性和放电容量差等问题，在产业应用上具有重要的实用意义。
附图说明
图1为本发明一实施方式的极片平行于其长度方向的截面示意图；
图2为本发明另一实施方式的极片平行于其长度方向的截面示意图；
图3为本发明一实施方式的极片活性物质层的平面示意图；
图4为本发明一实施方式的极片形成卷绕结构的示意图；
图5为本发明一实施方式卷绕式电池的卷绕式结构示意图；
附图标记说明：
1：集流体；2：活性物质层；21：第一区域；22：第二区域；221：第二区域的中线；4：隔离膜；5：正极；51：正极极耳；6：负极；61：负极极耳；7：负极集流体；H1：第一区域的单面厚度；H2：第二区域的单面厚度；W1：第二区域在极片长度方向上的宽度。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图对本发明作进一步地详细说明。
本发明的一方面，提供一种极片，如图1至图4所示，该极片包括：集流体1以及位于集流体1至少一侧的活性物质层2，该活性物质层2包括第一区域21和第二区域22，活性物质层2包括活性物质颗粒，极片满足式(1)所表示的条件：H2＜Dv99＜H1式(1)，其中，Dv99表示在体积基准的粒度分布中，活性物质颗粒从小粒径侧起、达到体积累积99％的粒径，H1表示第一区域21的单面厚度，H2表示第二区域22的单面厚度。
本发明提供的极片能够缓解活性物质层对集流体造成的压力，避免集流体的断裂风险，有效提升极片的安全性，同时兼顾保证极片的能量密度等特性，进而提高电池的循环性和安全性、稳定性、使用寿命等品质；其中，若Dv99过小，则活性物质层压实过高，易破坏集流体，影响集流体强度，进而影响极片的安全性等性能；若Dv99过大，则极片表面易存在划痕、凹凸点等异常现象，同样会影响极片性能，因此，控制H2＜Dv99＜H1能够有效提高极片整体的安全性、稳定性和能量密度等特性。
上述H1是集流体单面的第一区域位置处的涂层厚度，上述H2是集流体单面的第二区域位置处的涂层厚度，以第二区域为例，当第二区域只有活性物质层时，H2是第二区域的活性物质层的厚度，当第二区域的涂层是由活性物质层和其他涂层(如下述的绝缘层)组成时，H2是第二区域的活性物质层厚度和绝缘层的厚度的总和。
在一些实施例中，上述极片可以包括具有形成卷绕式结构的弯折段(或称弯曲部/弯折部/折痕处/折痕区等)和平直段的卷绕式极片，上述第一区域21具体可以位于卷绕式极片的平直段，第二区域22位于卷绕式极片的弯折段。其中，平直段可以全部是第一区域(即第一区域为平直段)；第二区域22的中线可以与弯折段的中线重合，第二区域22的中线是指与极片的宽度方向平行且平分第二区域22的虚线，弯折段的中线是指与极片的宽度方向平行且平分弯折段的虚线，例如弯折段可以全部是第二区域(即第二区域为弯折段)。
在一些实施例中，上述卷绕式极片的弯折段可以有多个，第二区域可以位于该多个弯折段中的一个弯折段，或者第二区域位于/分布于该多个弯折段的部分或全部的弯折段。
本发明的极片可根据需要应用于常规形式的电池，例如可应用于卷绕式电池或柔性电池等，应用于该类电池时一般需极片具有形成卷绕式结构的弯折段和平直段，而在极片形成卷绕式结构后，弯折段的集流体更易断裂，影响电池的安全性和充放电容量等品质，采用本发明的极片可有效解决该类问题。举例来说，如图4所示，极片形成卷绕式结构后，第一区域21为平直段，第二区域22为弯折段，不仅可以减少极片冷压制备过程中对弯折段集流体造成的破坏，而且可以减小极片弯折(或对折)时的弯折半径，降低第二集流体所承受应力，减少极片制备或使用过程中对集流体造成的破坏，从而提升极片的安全性等品质。
在一些实施例中，第二区域22在极片长度方向上的宽度为W1，W1≥2×H1，利于极片的安全性和使用，举例来说，当极片形成卷绕(或称弯折、弯曲、折叠等)式结构时，弯折段的宽度至少不低于弯折段两侧的平直段的厚度之和，因此，控制W1≥2×H1，第二区域22位于弯折段、第一区域位于平直段，利于极片形成卷绕式结构，降低弯折段集流体的断裂风险。在一些实施例中，极片形成卷绕式结构后，其弯折段一般类似于半圆，该半圆的半径不低于平直段的厚度，意即，弯折段的宽度W1不低于以平直段的厚度为半径形成的半圆的弧长，控制W1≥π×H1，更利于缓解弯折段集流体所承受的压力，降低弯折段集流体断裂的风险，提高极片的安全性等性能。
本发明中，所述极片长度方向如图1和图3中的双向箭头所示，极片宽度方向与极片长度方向垂直，极片长度方向、极片宽度方向均与极片表面所在平面平行。
在一些实施例中，W1的取值范围为0.5mm至4mm，比如可以为0.8mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或其中任意两个数值组成的范围等，相对而言，W1＜0.5mm，会增加电极的制备难度，尤其是在冷压处理过程中功能膜层(即活性物质层)延展，不利于对第二区域22结构的控制，降低对极片安全性等性能的改善效果，而W1＞4mm，对极片的能量密度浪费较大，因此，0.5mm≤W1≤4mm更利于兼顾极片的安全性和能量密度等特性。
第二区域22可以位于第一区域21周围的任意位置，例如第二区域22可以位于第一区域21的至少一侧(如图1和图2所示)。在一些实施例中，第二区域22可以有多个，该多个第二区域22中的每两者均被第一区域21隔开，例如第二区域22可以有两个，该两个第二区域22分别位于第一区域21的两侧，再如第二区域22可以有三个，该三个第二区域22分别被两个第一区域21隔开，即第一个第二区域22和第二个第二区域22之间被一个第一区域21隔开，第二个第二区域22和第三个第二区域22之间被另一个第一区域21隔开。第二区域的数量可以根据需要设置，例如，多个第二区域22的数量可以等于上述卷绕式极片的弯折段的数量，每一个弯折段分布一个第二区域22。
上述极片可以为正极(或称正极片、阴极、阴极极片等)或负极(或称负极片、阳极、阳极极片等)中的至少一种。当上述极片为正极片时，上述活性物质颗粒可以包括含锂活性物质颗粒等本领域常规正极活性物质颗粒，例如可以包括钴酸锂(LCO)、磷酸铁锂(LFP)、锰酸锂、镍钴锰(NCM)三元材料、镍钴铝(NCA)三元材料中的至少一种，上述集流体可以是铝箔等本领域常规正极集流体；当上述极片为负极片时，上述活性物质颗粒亦可以是本领域常规负极活性物质颗粒，例如可以包括石墨、中间相微碳球(MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物(或称硅碳化合物)等颗粒，石墨具体可以包括人造石墨和/或天然石墨，上述集流体可以是铜箔等本领域常规负极集流体。
在一些实施例中，集流体1的厚度一般可以为4-20μm，能够更好的与上述特定结构设计的活性物质层协同配合，提高极片整体的安全性等性能。
上述活性物质层还包括粘结剂和导电剂，其中，粘合剂可以提高活性材料颗粒彼此间的结合，并且还可以提高活性物质层与集流体的结合。举例来说，上述粘合剂包括但不限于聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1，1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶(SBR)、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等中的至少一种；上述导电剂可以包括但不限于导电碳黑(SP)、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等中的至少一种。
一般情况下，上述Dv99的取值范围可以为10μm至45μm，例如10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40或其中任意两个数值组成的范围等。相对而言，若Dv99大于45μm，则离子(如锂离子)固相扩散阻抗较大，导致采用该极片的电芯动力学性能较差，若Dv99小于10μm，则活性物质颗粒粒径较小，使得活性物质颗粒与电解液反应面积较大，导致采用该极片的电芯副反应较多，从而影响电池的高温存储以及高温循环等性能。
进一步地，H1一般不小于50μm，其取值范围例如可以为50μm至100μm，如50μm、55μm、60μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm或其中任意两个数值组成的范围等，利于兼顾提高极片的循环性和安全性等性能。H2小于45μm，具体可以不大于40μm，其取值范围例如可以为10μm至40μm，如可以为10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm或其中任意两个数值组成的范围等。本发明中，单面厚度是指集流体一侧(或称一表面)的活性物质层的平均厚度，而非集流体两侧(或称两表面)的活性物质层的厚度之和，亦非极片的整体厚度。
本发明中，第二区域22的面积可以小于第一区域21的面积，在一些实施例中，第二区域22与第一区域21的面积之比可以为0.1至0.0001(即第二区域的面积是第一区域面积的0.1至0.0001倍)，例如可以为0.1、0.05、0.01、0.005、0.001、0.0005、0.0001或其中任意两个数值组成的范围等，利于极片兼具良好的安全性及较高的能量密度等特性。当极片上的第二区域22有多个时，该面积之比是指单个第二区域22的面积与极片上第一区域21总面积的比值。
本发明中，第二区域22的面积密度(即单位面积的质量，或称面积密度)可以小于第一区域21的面积密度，能够进一步兼顾提高极片的能量密度和安全性等性能。在一些实施例中，第二区域22与第一区域21的面积密度之比可以为0.1至0.95(即第二区域22的面积密度是第一区域21的面积密度的0.1至0.95倍)，例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、0.95或其中的任意两个数值组成的范围。其中，第一区域21的面积密度可以为200g/m2至650g/m2，例如200g/m2、250g/m2、300g/m2、350g/m2、400g/m2、450g/m2、500g/m2、550g/m2、600g/m2、650g/m2或其中的任意两个数值组成的范围；第二区域22的面积密度可以为20g/m2至190g/m2，例如20g/m2、50g/m2、80g/m2、100g/m2、120g/m2、150g/m2、170g/m2、190g/m2或其中的任意两个数值组成的范围。
本发明中，第二区域22的压实密度(即单位体积内的质量)可以小于第一区域21的压实密度，利于进一步缓解活性物质层对第二区域22位置处的集流体造成破坏，例如当极片形成卷绕(或称弯折、弯曲、折叠等)式结构时，第二区域22位于形成卷绕式结构的弯折段，能够有效降低弯折段集流体的断裂风险，提高极片的安全性等性能。在一些实施例中，第二区域22与第一区域21的压实密度之比可以为0.2至1.2，例如0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2或其中的任意两个数值组成的范围。其中，第一区域21的压实密度可以为2.6g/cc至4.4g/cc，例如2.6g/cc、3g/cc、3.5g/cc、4g/cc、4.4g/cc或其中的任意两个数值组成的范围；第二区域22的压实密度可以为2.1g/cc至4.3g/cc，优选2.2g/cc至4.2g/cc，例如2.2g/cc、2.5g/cc、2.8g/cc、3g/cc、3.2g/cc、3.5g/cc、3.8g/cc、4g/cc、4.2g/cc或其中的任意两个数值组成的范围。
本发明中，活性物质颗粒可以包括第一活性物质和第二活性物质，第二区域与第一区域的活性物质不同。具体来说，所述第二区域与第一区域的活性物质不同，可以是第二区域和第一区域的活性物质原料种类不同和活性物质粒径大小不同中的至少一种，意即，第二区域的活性物质可以为第一活性物质和第二活性物质中的一种，第一区域的活性物质可以为第一活性物质和第二活性物质中的另一种，第一活性物质和第二活性物质的原料种类和/或粒径大小不同，一般优选原料种类不同。具体实施时，可以根据需要选择第一区域和第二区域的活性物质，以进一步改善极片安全性等性能，例如，当上述极片为卷绕式极片时，第二区域位于卷绕式极片的弯折段，第一区域位于卷绕式极片的平直段，弯折段集流体更易被破坏，可以根据不同活性物质的特性，使所选择的第二区域的活性物质对集流体的破坏能力更小，而通过第一区域活性物质兼顾提高极片的能量密度等特性。
在一些实施例中，第二区域22的表面存在绝缘层(或称绝缘物质层)，利于进一步提高极片的安全性等性能，该绝缘层可以是本领域常规绝缘涂层，举例来说，绝缘层可以包括粘结剂和无机颗粒，基于绝缘层的总质量，粘结剂的质量百分含量为2％至50％，余量为无机颗粒(即无机颗粒的质量百分含量为50％至98％)，通过控制粘结剂和无机颗粒的含量在该含量范围内，有利于提高绝缘层与第二区域表面之间的粘结力。举例来说，粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯、聚丙烯酸酯、丙烯腈多元共聚物或羧甲基纤维素盐中的至少一种，粘结剂的加入能够提高绝缘层的粘性，从而提高绝缘层与第二区域表面之间的粘结力；无机颗粒可以包括勃姆石、水铝石或氧化铝中的至少一种，无机颗粒的加入能够提高绝缘层的强度和绝缘性能。
在一些实施例中，第二区域可以包括活性物质层和存在于该活性物质层表面的绝缘层，或者，第二区域全部是绝缘层。绝缘层的厚度一般可以小于45μm，具体可以不大于40μm，例如为0.02μm至30μm，优选为0.02μm至10μm，通过控制绝缘层的厚度在上述范围内，能够使绝缘层具有良好的强度和绝缘性能。
绝缘层可以设置在第二区域22表面的任何位置，例如可以是第二区域22表面部分存在绝缘层，也可以是全部存在绝缘层，一般绝缘层对第二区域表面的覆盖度不低于90％，能够使极片具有更高的绝缘性能，利于极片的安全性和循环性等特性。本发明中，集流体1的一侧(记为第一侧)设有包括第一区域21和第二区域22的活性物质层，其另一侧(记为第二侧)可以设有活性物质层，也可以是未设有活性物质层的空箔区，一般优选前者，利于提高极片的能量密度等特性。当集流体1的第二侧设有活性物质层2时，该活性物质层2可以是不包括第二区域的活性物质层(例如全部由第一区域21组成，如图1所示)，也可以是包括第二区域22和第一区域21的活性物质层2(如图2所示)，当第二侧的活性物质层2包括第二区域22和第一区域21时，该第二侧的第二区域22与第一侧的第二区域22的单面厚度、面积密度、压实密度等参数可以相同或不同，其面积大小也可以相同或不同，但第二侧的第二区域22与第一侧的第二区域22的中线221最好重合，该中线是指与极片的宽度方向平行并平分第二区域22的虚线(如图3所示)，意即，在如图2所示的极片截面图中，集流体两侧的第二区域21均分别以图2中的虚线为对称轴呈轴对称，更利于极片的制备及使用，解决集流体易被破坏等问题，同时简化极片制作工艺的管控复杂度。
可以理解，本发明中所述的中线、虚线是为了更便于表征上述第二区域等结构的相对位置关系，以更清楚说明/解释实施方案，其均为虚拟线，而非实体存在。
活性物质层2及活性物质颗粒对集流体1产生压力，影响集流体1表面的粗糙度，第一区域21部位的集流体1的粗糙度与第二区域22部位的集流体1的粗糙度差值越大，表明第二区域22部位的集流体1被破坏越小，一般情况下，第一区域21部位的集流体1的粗糙度为R1，第二区域22部位的集流体1的粗糙度为R2，R1-R2≥500mm-1，优选情况下，R1-R2≥1000mm-1。集流体1粗糙度可按照本领域常规方法测定，一般可以先去除极片表面的活性物质层等涂层，再使用粗糙度测试仪测定各部位的粗糙度。
本发明的极片可以按照本领域常规方法制得，例如，在一些实施例中，极片的制备过程可以包括：将含有活性物质层原料的浆料涂敷于集流体上，经干燥、冷压处理后，得到极片；其中，控制H2＜Dv99＜H1。
具体实施时，可以将上述浆料涂覆于集流体上后，采用压条压在预设形成第二区域的位置处，经干燥后，去掉压条，然后经冷压处理，得到极片；其中，可以根据第二区域的预设区域大小、预设厚度选择特定结构的压条，一般压条的宽度等于第二区域的宽度，压条的长度等于第二区域的长度，压条的厚度等于第二区域的单面厚度与第一区域的单面厚度的差值，压条的数量等于第二区域的数量。该过程中，采用压条压在形成第二区域的位置处，可以降低该位置处的涂层厚度，在冷压处理时，缓解对集流体的压力和破坏，提高所制得的极片的安全性等性能。具体操作时，可以将上述活性物质层的原料置于N-甲基吡咯烷酮(NMP)、水等本领域常规溶剂中分散均匀形成上述浆料，上述干燥、冷压处理等工序均可以是本领域常规工序，本发明对此不做特别限制，不再赘述。
本发明的另一方面，提供一种二次电池，包括上述极片。
上述极片可以是正极片，或者可以是负极片，或者可以包括正极片和负极片。当上述极片为正极片时，上述二次电池还包括负极片，该负极片可以是含石墨负极片、含硅负极片等本领域常规负极片；当上述极片为负极片时，上述二次电池还包括正极片，该正极片亦可以是本领域常规正极片，本发明对此不做特别限制。
上述二次电池还包括位于正极片和负极片之间的隔离膜，该隔离膜用于间隔正极片和负极片，其可以是本领域常规隔离膜，本发明对此亦不做特别限制。
上述二次电池还包括电解液，电解液的电导率≥7mS/cm，利于离子(如锂离子)的快速运动，提高电池的快速充放电能力，尤其可以克服采用厚电极(活性物质层厚度较大)所存在的离子扩散阻抗大等问题，从而使电池兼具高能量密度以及快速充放电能力等性能。
在一些实施例中，电解液可以包括锂盐和非水溶剂，电解液中锂盐的浓度一般可以为0.7mol/L至1.4mol/L。
举例来说，锂盐可以包括LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiSiF6、LiBOB和二氟硼酸锂中的至少一种；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，其中，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)、碳酸甲乙酯(MEC)及其组合，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)及其组合，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及其组合，羧酸酯化合物的实例为甲酸甲酯、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、己内酯及其组合，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、四氢呋喃及其组合，上述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、和磷酸酯及其组合。
本发明的二次电池可以是锂离子电池，如卷绕式锂离子电池、柔性锂离子电池等。在一些实施例中，该二次电池为卷绕式电池，上述极片为正极片，如图5所示，该卷绕式电池包括形成卷绕结构的正极(Cathode)5、负极(Anode)6和位于正极5与负极6之间的隔离膜(Separator)4，正极5包括正极集流体1和位于正极集流体1两侧的活性物质层2，活性物质层2具有第一区域21和第二区域22，正极集流体1位于卷绕结构内部的一端设有正极极耳51；负极6包括负极集流体7和位于负极集流体7上的负极活性层，负极集流体7位于卷绕结构内部的一端设有负极极耳61。其中，正极极耳可以是铝极耳(Al tap)，正极集流体可以是铝箔(Al foil)；负极极耳可以是镍极耳(Ni tap)，负极集流体可以是铜箔(Cu foil)。
上述二次电池可按照本领域常规方法制得，例如，可以将正极片、隔离膜、负极片层叠设置，卷绕成裸电芯，再经封装、注液、静置等工序，得到待浸润充分的电芯，然后经化成及容量等处理，使负极表面(或称阳极表面)形成SEI膜，从而激活电池，使其处于荷电状态，得到二次电池，该些步骤/工序均可以是本领域常规操作，不再赘述。
本发明的再一方面，还提供一种电子装置，包括上述二次电池。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例中，具有第一区域和第二区域的极片为正极片，该正极片包括：正极集流体1及位于正极集流体1两侧的活性物质层2，活性物质层2包括第一区域21和第二区域22，极片满足式(1)所表示的条件：H2＜Dv99＜H1式(1)，Dv99表示在体积基准的粒度分布中，活性物质颗粒从小粒径侧起、达到体积累积99％的粒径，H1表示第一区域的单面厚度，H2表示第二区域的单面厚度；
其中，第二区域的涂层为活性物质层；H1＝75μm，H2＝40μm，Dv99＝42μm；第一区域的面积密度为311g/m2，第二区域的面积密度为152g/m2；第一区域的压实密度为4.15g/cc，第二区域的压实密度为3.8g/cc；单个第二区域22的面积与极片上第一区域21的总面积比为0.001；第二区域在正极片长度方向上的宽度W1＝1mm；正极集流体1为铝箔，其厚度为10μm。
本实施例的二次电池包括上述正极片，该正极片及二次电池具体按照如下过程制得：
(1)正极片/阴极极片的制备
将钴酸锂(LCO)、聚偏二氟乙烯、导电碳黑按照重量比97∶1.5∶1.5置于NMP中，充分搅拌混合均匀后形成正极浆料；将该正极浆料涂布于正极集流体两个表面，涂布结束后，采用宽度为2mm的压条(压条的长度与所形成的活性物质层的长度相同)压在两个表面的待形成第二区域的位置处，然后烘干，取掉压条，再经冷压处理后，得到正极片；
(2)负极片/阳极极片的制备：
将人造石墨、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠(CMC，增稠剂)按照重量比97.4∶1.2∶1.4置于去离子水中，充分搅拌混合均匀后形成负极浆料；将该负极浆料涂布在预先涂覆有底涂涂层的负极集流体(铜箔)上，经烘干、冷压处理后，得到负极片。
(3)二次电池的制备：将负极片、隔离膜、正极片层叠设置，卷绕制成裸电芯，再经封装、注液(即注入电解液)、静置，得到待浸润充分的电芯，然后经化成及容量处理，得到卷绕式锂离子电池(软包电池)。其中，电解液由DMC、MEC、EC、DEC和LiPF6组成，DMC、MEC、EC、DEC的质量比为1∶1∶1∶1，电解液中LiPF6的浓度为1mol/L，电解液的电导率为11S/cm。
参照实施例1的制备过程获得实施例2至实施例16的极片及二次电池，其中：
(1)实施例2至实施例7、以及实施例12、14、16与实施例1的区别见表1，除表1示出的区别外，其余条件均与实施例1相同；
(2)实施例8、实施例13与实施例1的区别在于，第二区域的涂层为绝缘物质层，绝缘物质层由聚偏氟乙烯和勃姆石组成(聚偏氟乙烯与勃姆石的质量比为90∶10)，其他区别条件见表1，除该些区别外，其余条件与实施例1相同；
(3)实施例9与实施例1的区别在于，第二区域由活性物质层和位于活性物质层表面的绝缘物质层组成，绝缘物质层由聚偏氟乙烯和勃姆石组成(聚偏氟乙烯与勃姆石的质量比为10∶90)，绝缘物质层的厚度为30μm，其他区别条件见表1，除该些区别外，其余条件与实施例1相同；
(4)实施例10与实施例1的区别在于，第二区域的活性物质为LFP，其他区别条件见表1，除该些区别外，其余条件与实施例1相同；
(5)实施例11、实施例15与实施例1的区别在于，具有第一区域和第二区域的极片为负极，正极的正极集流体表面全部为实施例1中的第一区域，其他区别条件见表1，除该些区别外，其余条件均与实施例1相同；
(6)对比例1相对于实施例2的区别在于，其正极不具有第二区域，其正极活性物质层的厚度(H1)、Dv99、面积密度、压实密度、活性物质等参数见表1，除表1示出的区别外，其余条件与实施例2相同；
(7)对比例2相对于实施例11的区别在于，其负极不具有第二区域，其负极活性物质层的厚度(H1)、Dv99、面积密度、压实密度、活性物质等参数见表1，除表1示出的区别外，其余条件与实施例11相同。
按照如下过程对各实施例具有第一区域和第二区域的极片及电池进行性能测试：
(1)按照如下过程测定正极集流体的粗糙度(R1、R2)：将正极片浸泡于NMP中10min；使用刮板刮去正极集流体表面的活性物质层；使用干净的NMP冲洗正极集流体表面，使其表面无异物；将正极集流体置于烘箱中于80℃烘干，使用日本三丰SJ-210粗糙度测试仪测定第一区域集流体的粗糙度R1和第二区域集流体的粗糙度R2；测得R1-R2结果见表2。
(2)按照如下方法测定电池1C放电容量(25℃环境下进行测试)：静置5min；0.2C恒流放电至3V；静置5min；0.5C恒流充电至100％SOC，恒压充电至0.025C；静置5min；1C恒流放电至0％SOC；静置5min；记录1C放电容量，测得1C倍率见表2。
(3)按照如下方法对电芯进行穿钉测试：在室温(25±3℃)下，使电芯静置5min，0.5C恒流充电至4.48V，再恒压充电至100mA，满足测试电压(OCV)不低于4.43V，否则补电；使用直径为2.5mm的钢钉(水泥钉)对电芯进行穿钉测试，穿钉速度30mm/s，穿钉深度25mm，穿钉位置为距离电芯负极侧边3mm、且在上下边中心处，记录穿钉过程中OCV和电芯表面温度，采样间隔为10ms，保持时间3min；电芯不起火不爆炸则记为通过；按照上述穿钉测试过程，每个实施例测定10支电芯，记录各实施例电芯的穿钉通过率(x1/10，x1为通过的电芯数量)，结果见表2。
(4)按照如下方法对电芯进行挤压测试：测试前：将电芯充电至100％SOC(先0.5C恒流充电至4.45V，再恒压充电至0.05C)，满足测试电压(OCV)不低于4.4V，否则补电；测试前，检查外观并拍照，使用新挤压测试设备进行测试；；测试时，记录仪取点精度为10ms；将直径为φ15.8±0.1mm、长度至少6cm的圆棒垂直于电芯极耳位(Tab位)，用9.1±0.1Kg的重锤，使其自距离圆棒与电芯交叉处61±2.5cm处于垂直自由状态落下；测试电芯样品监控2min数据，结束测试(若电芯失效，监控1min数据结束)；电芯测试结束后，升起重锤，拍照记录经重锤砸后每个电芯的分离状态；电芯不起火不爆炸记为通过；按照上述穿钉测试过程，每个实施例测定10支电芯，记录各实施例电芯的挤压通过率(x2/10，x2为通过的电芯数量)，结果见表2。
表2性能测试结果
实施例 1C倍率 R正常-R缓/mm-1 穿钉测试通过率 挤压测试通过率
实施例1 95.8％ 800 9/10 9/10
实施例2 98％ 700 9/10 9/10
实施例3 99％ 1200 10/10 10/10
实施例4 99％ 1100 10/10 10/10
实施例5 99％ 1300 10/10 10/10
实施例6 99％ 750 9/10 9/10
实施例7 99％ 850 9/10 9/10
实施例8 98％ 2000 10/10 10/10
实施例9 99％ 2100 10/10 10/10
实施例10 99％ 1800 10/10 10/10
实施例11 99％ 1600 10/10 10/10
实施例12 99％ 1200 610 7/10
实施例13 98％ 1200 7/10 6/10
实施例14 98％ 600 5/10 6/10
实施例15 99％ 1500 7/10 5/10
实施例16 93％ 1200 10/10 9/10
对比例1 99％ 0 0/10 0/10
对比例2 99％ 0 0/10 0/10
可以看到，实施例1至实施例16的电池均具有较高的1C倍率，尤其是实施例1至实施例11的电池，在高要求的穿钉、挤压标准下依然能够具有非常高的通过率，表现出优异的安全性能，且还兼具良好的循环性以及较高的能量密度等特性。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种极片，其特征在于，包括：集流体以及位于所述集流体至少一侧的活性物质层，所述活性物质层包括第一区域和第二区域，所述活性物质层包括活性物质颗粒，所述极片满足式(1)所表示的条件：
H2<Dv99< H1 式(1)
其中，Dv99表示在体积基准的粒度分布中，所述活性物质颗粒从小粒径侧起、达到体积累积99％的粒径，H1表示所述第一区域的单面厚度，H2表示所述第二区域的单面厚度；所述Dv99的取值范围为10μm至45μm；
所述极片包括具有形成卷绕式结构的弯折段和平直段的卷绕式极片，所述第一区域位于卷绕式极片的平直段，所述第二区域位于卷绕式极片的弯折段；
所述极片按照包括如下步骤的过程制得：将含有活性物质层原料的浆料涂敷于集流体上后，采用压条压在预设形成第二区域的位置处，经干燥后，去掉压条，然后经冷压处理，得到极片。
2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第二区域位于所述第一区域周围的任意位置。
3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极片为正极或负极中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第二区域与所述第一区域的面积之比为0.1至0.0001。
5.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第二区域与所述第一区域的面积密度之比为0.1至0.95。
6.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第二区域与所述第一区域的压实密度之比为0.2至1.2。
7.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第二区域与所述第一区域的活性物质不同。
8.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第二区域的表面存在绝缘层。
9.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述第二区域在所述极片长度方向上的宽度为W1，W1≥2×H1。
10.根据权利要求9所述的极片，其特征在于，所述W1的取值范围为0.5mm至4mm。
11.一种二次电池，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的极片。
12.根据权利要求11所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池还包括电解液，所述电解液的电导率≥7mS/cm。
13.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求11-12任一项所述的二次电池。
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