CN113851631B

CN113851631B - 电化学装置和电子装置

Info

Publication number: CN113851631B
Application number: CN202111284831.2A
Authority: CN
Inventors: 黄少军
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date: 2021-11-01
Filing date: 2021-11-01
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2041-11-01
Also published as: CN113851631A

Abstract

本申请提供一种电化学装置和电子装置，电化学装置包括电极组件和收容电极组件的壳体。电极组件包括第一极片、第二极片和设置于第一极片和第二极片之间的隔离膜，第一极片、隔离膜和第二极片卷绕形成电极组件。第一极片包括单面活性部，单面活性部朝向电极组件的卷绕中心的一侧为未设活性材料的未涂覆区，单面活性部背离电极组件的卷绕中心的一侧为设有活性材料的涂覆区，单面活性部的未涂覆区设有底涂层，底涂层用于粘接隔离膜与集流体。本申请通过在单面活性部的未涂覆区设置底涂层可有效降低隔离膜褶皱的产生。

Description

电化学装置和电子装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电化学装置和具有所述电化学装置的电子装置。

背景技术

隔离膜在生产过程中，在纵向方向上发生延展，在横向方向上发生收缩。在卷绕之后，由于内应力释放，使得隔离膜在纵向方向上收缩，在横向方向上延展。隔离膜在涂膜区(即设有活性材料的区域)，与活性材料之间形成粘接，延展受到抑制；但在未设置活性材料的空箔区域，由于隔离膜在横向方向没有约束，易产生隔离膜褶皱，褶皱映衬到电芯表面，形成电芯表面凸痕，造成电芯外观不良。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种电化学装置及电子装置以解决现有技术中的隔离膜易产生褶皱造成电芯外观不良的技术问题。

本申请提供一种电化学装置，其包括电极组件和收容该电极组件的壳体。电极组件包括第一极片、第二极片和设置于第一极片和第二极片之间的隔离膜，第一极片、隔离膜和第二极片卷绕形成电极组件，第一极片包括集流体。第一极片包括单面活性部，单面活性部朝向电极组件的卷绕中心的一侧为未设活性材料的未涂覆区，单面活性部背离电极组件的卷绕中心的一侧为设有活性材料的涂覆区，单面活性部的未涂覆区设有底涂层，底涂层用于粘接隔离膜与集流体。

通过在单面活性部的未涂覆区设置底涂层，底涂层与隔离膜粘接，能抑制隔离膜的延展，从而降低褶皱产生的概率。且底涂层设置于单面活性部的未涂覆区，有利于降低对电化学装置的性能的影响。

一种实施方式中，第一极片设有极耳，极耳伸出壳体的方向为第一方向。沿第一方向，单面活性部的宽度为W1，底涂层的宽度为W2，其中，0.80≤W2/W1≤0.95且W1-W2≥10mm。若底涂层沿第一方向的宽度过小，底涂层与隔离膜之间的粘接力将过小，不足以抑制隔离膜的延展；若底涂层沿第一方向的宽度过大，将影响第一极片的卷绕焊接定位。同时，将W1与W2的差值设置在10mm以上，即第一极片的单面活性部在第一方向上具有既未设置活性材料又未设置底涂层的宽度为10mm以上的空箔区，该空箔区利于第一极片的卷绕焊接定位。

一种实施方式中，W2/W1＝0.9。

一种实施方式中，定义同时垂直于第一方向和电极组件的厚度方向的方向为第二方向，沿第二方向，单面活性部的长度为L1，底涂层的长度为L2，0.80≤L2/L1≤0.95。若底涂层沿第二方向的长度过小，底涂层与隔离膜之间的粘接力将过小，不足以抑制隔离膜的延展；若底涂层沿第二方向的长度过大，将影响电化学装置的性能。

一种实施方式中，L2/L1＝0.9。

一种实施方式中，沿电极组件的厚度方向，底涂层的厚度为0.5μm～1μm。将底涂层的厚度设置在0.5μm～1μm范围内，既能保证底涂层与隔离膜之间的粘接力足以抑制隔离膜延展，又有利于降低对电极组件整体厚度的影响甚至不会影响电极组件整体的厚度，因此有利于降低对电化学装置的能量密度的影响甚至不会影响电化学装置的能量密度。

一种实施方式中，底涂层的材质包括石墨电极、粘结剂和分散剂。石墨电极是一种耐高温的石墨质导电材料，石墨电极使底涂层具备导电性。粘结剂为底涂层提供粘性以粘结隔离膜。分散剂用于使石墨电极和粘结剂分散均匀，从而制备出均一的底涂层。

一种实施方式中，粘结剂包括丁苯橡胶。

一种实施方式中，分散剂包括羧甲基纤维素钠。

本申请还提供一种电子装置，其包括用电设备和如上所述的电化学装置，电化学装置用于为用电设备供电。

本申请通过在单面活性部的未涂覆区设置底涂层，底涂层与隔离膜粘接，能抑制隔离膜的延展，从而降低褶皱产生的概率。且底涂层设置于单面活性部的未涂覆区，有利于降低对电化学装置性能的影响。

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为本申请一实施方式提供的电极组件的结构示意图。

图3为本申请一实施方式提供的第一极片的结构示意图。

图4为本申请一实施方式提供的电子装置的结构示意图。

主要元件符号说明

电子装置 1

电化学装置 100

电极组件 10

第一极片 11

隔离膜 13

第二极片 15

集流体 111

活性材料层 112

底涂层 113

极耳 114

单面活性部 101

双面活性部 102

未涂覆区 1011

涂覆区 1012

第一表面 1111

第二表面 1112

第一方向 X

第二方向 Y

厚度方向 Z

卷绕中心 O

卷绕方向 V

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请实施例。

具体实施方式

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实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请实施例。

另外，在本申请中如涉及“第一”“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

请参阅图1，本申请提供一种电化学装置100，其包括电极组件10和容纳电极组件10的壳体(图未示)。图中所示方向Z为电极组件10的厚度方向，第一方向X定义为极耳114伸出壳体的方向，第二方向Y为同时垂直于第一方向X和厚度方向Z的方向。可以理解，第一方向X可以是电极组件10中极片的长度方向，也可以是极片的宽度方向。当第一方向X是电极组件10中极片的长度方向时，第二方向Y是电极组件10中极片的宽度方向；当第一方向X是电极组件10中极片的宽度方向时，第二方向Y是电极组件10中极片的长度方向。电化学装置100可以是电池，例如，二次电池(如锂离子二次电池等)，但并不限于此。电化学装置100还可以是软包电芯、钢壳电芯或铝壳电芯等，本申请并不作限制。电化学装置100可以包括电极组件10和电解液。

请参阅图2，图2为图1沿I-I的剖面示意图，也即电极组件10的卷绕示意图。电极组件10包括第一极片11、隔离膜13和第二极片15，隔离膜13设于第一极片11和第二极片15之间。第一极片11设有极耳114，极耳114电连接集流体111，并从壳体外伸出以连接外部元件(图未示)。第一极片11、隔离膜13和第二极片15层叠形成堆叠体，再由堆叠体围绕卷绕中心O沿卷绕方向V经过多次卷绕形成电极组件10。

如图2所示，第一极片11包括集流体111和设置于集流体111上的活性材料层112。在一些实施例中，第一极片11为负极极片，第二极片15为正极极片。集流体111可以为，但不限于铜箔、镍箔或碳基集流体。活性材料层112设置在集流体111的至少一个表面上。在本实施方式中，第一极片11包括只有一面设有活性材料层112的单面活性部101和两面都设有活性材料层112的双面活性部102，如图3所示。

请参阅图3，集流体111包括朝向卷绕中心O(参图2)的第一表面1111和背离卷绕中心O(参图2)的第二表面1112。第一表面1111上对应单面活性部101的区域单面活性部未设置活性材料层112，定义为未涂覆区1011；第二表面1112上对应单面活性部101的区域设置有活性材料层112，定义为涂覆区1012。活性材料层112包含活性材料，采用本领域已知的能够进行活性离子可逆脱嵌的活性材料，本申请不做限制。例如，可以包括但不限于石墨、软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料、锡基材料、钛酸锂或其他能与锂形成合金的金属等中的一种或多种的组合。其中，石墨可选自人造石墨、天然石墨以及改性石墨中的一种或多种的组合；硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅合金中的一种或多种的组合；锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物、锡合金等中的一种或多种的组合。

请参阅图2和图3，单面活性部101的未涂覆区1011设有底涂层113，底涂层113用于粘接隔离膜13与集流体111。隔离膜13在生产过程中，在纵向方向(第二方向Y)上发生延展，在横向方向(第一方向X)上发生收缩；在卷绕之后，由于内应力释放，使得隔离膜13在纵向方向(第二方向Y)上收缩，在横向方向(第一方向X)上延展。隔离膜13在设有活性材料的区域可与活性材料之间形成粘接，延展受到抑制，但在未设置活性材料的区域，隔离膜13在横向方向(第一方向X)上没有约束，易产生褶皱。本申请在单面活性部101的未涂覆区1011设置底涂层113，利用底涂层113与隔离膜13之间形成粘接，从而抑制隔离膜13在在横向方向(第一方向X)上的延展，进而降低褶皱产生的概率。此外，底涂层113设置于单面活性部101的未涂覆区1011，有利于降低对电化学装置100性能的影响。

请继续参阅图3，沿第一方向X，单面活性部101的宽度为W1，底涂层113的宽度为W2。一些实施例中，0.80≤W2/W1≤0.95且W1-W2≥10mm。若底涂层113沿第一方向X的宽度过小，底涂层113与隔离膜13之间的粘接力将过小，不足以抑制隔离膜13的延展；若底涂层113沿第一方向X的宽度过大，将影响第一极片11的卷绕焊接定位。同时，将W1与W2的差值设置在10mm以上，即第一极片11的单面活性部101在第一方向X上具有既未设置活性材料又未设置底涂层的宽度为10mm以上的空箔区，该空箔区利于第一极片的卷绕焊接定位。

进一步地，一些实施例中，W2/W1＝0.9。一些实施例中，W2/W1＝0.80。一些实施例中，W2/W1＝0.85。一些实施例中，W2/W1＝0.95。当然，W2/W1的取值还可以为0.80至0.95间的除上述数值外的其它任意数值，此处并不一一列举。

请继续参阅图3，沿第二方向Y，单面活性部101的长度为L1，底涂层113的长度为L2。一些实施例中，0.80≤L2/L1≤0.95。若底涂层113沿第二方向Y的长度过小，底涂层113与隔离膜13之间的粘接力将过小，不足以抑制隔离膜13的延展；若底涂层113沿第二方向Y的长度过大，将影响电化学装置100的性能。

进一步地，一些实施例中，L2/L1＝0.9。一些实施例中，L2/L1＝0.80。一些实施例中，L2/L1＝0.85。一些实施例中，L2/L1＝0.95。当然，L2/L1的取值还可以为0.80至0.95间的除上述数值外的其它任意数值，此处并不一一列举。

一些实施例中，沿电极组件10的厚度方向Z，底涂层113的厚度可为0.5μm～1μm。将底涂层113的厚度设置在0.5μm～1μm范围内，既能保证底涂层113与隔离膜13之间的粘接力足以抑制隔离膜13延展，又有利于降低对电极组件10整体厚度的影响甚至不会影响电极组件10整体的厚度，因此有利于降低对电化学装置100的能量密度的影响甚至并不会影响电化学装置100的能量密度。

一些实施例中，底涂层113的材质可包括石墨电极、粘结剂和分散剂。石墨电极是一种耐高温的石墨质导电材料，石墨电极使底涂层113具备导电性。粘结剂为底涂层113提供粘性以粘结隔离膜13。分散剂用于使石墨电极和粘结剂分散均匀，从而制备出均一的底涂层113。

进一步地，粘结剂可包括但不限于丁苯橡胶。丁苯橡胶(SBR)，又称聚苯乙烯丁二烯共聚物，结构式如下所示：

进一步地，分散剂可包括但不限于羧甲基纤维素钠(CMC-Na)，化学式为[C₆H₇O₂(OH)₂OCH₂COONa]_n。

请参阅图4，本申请一实施方式还提供一种电子装置1。电子装置1包括电化学装置100和用电设备(图未示)，电化学装置100用于为用电设备供电。在一实施方式中，本申请的电子装置1可以是，但不限于手机、笔记本电脑、笔输入型计算机、电子书播放器、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、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、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。

以下将结合具体实施例和对比例对本申请作进一步说明。

实施例1

(1)正极极片(第二极片)的制备

将正极活性材料钴酸锂(LiCoO2)、导电炭黑(Super P)、聚偏二氟乙烯(PVDF)按照重量比97.5:1.0:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为0.75的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在Al集流体上，极片上正极有效物质的重量为180g/m²。90℃条件下烘干，即已完成正极的单面涂布，再以同样的方法完成另一面的涂布。完成涂布后，将极片的正极有效物质层冷压至4.0g/cm³的压实密度，随后进行极耳焊接和贴胶纸等辅助工艺，即完成了双面涂布正极极片的全部制备流程。

(2)负极极片(第一极片)的制备

将负极活性材料石墨(Graphite)、导电炭黑(Super P)、丁苯橡胶(SBR)按照重量比96:1.5:2.5进行混合，加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为0.7的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在Cu集流体上，极片上负极有效物质的重量为95g/m²。110℃条件下烘干，即已完成极片负极侧的单面涂布，再以同样的方法完成另一面的涂布。

将石墨电极、丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素钠(CMC-Na)调配成均匀的底涂层浆料，将所述底涂层浆料涂覆在单面活性部的未涂覆区，得到底涂层。其中，所述底涂层的厚度为0.8μm，底涂层沿第一方向的宽度W2与单面活性部的宽度W1的比值(W2/W1)为0.9，底涂层沿第二方向的长度L2与单面活性部的长度L1的比值(L2/L1)为0.9。

完成涂布后，将极片的负极有效物质层冷压至1.7g/cm³的压实密度。随后进行极耳焊接和贴胶纸等辅助工艺，即完成了双面涂布负极极片的全部制备流程。

(3)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锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，得到锂盐的浓度为1.15M的电解液。

(4)电化学装置的制备

选用厚度15μm的聚乙烯(PE)作为隔离膜，将制备好的正极极片、隔离膜、负极极片按照顺序叠好并卷绕得到如图2所示的电极组件，其中，负极极片中涂覆有底涂层的那一面朝向卷绕中心，另一面背离卷绕中心。将电极组件置于壳体(例如，铝塑膜)中，经过顶侧封、注液、化成(0.02C恒流充电到3.3V，再以0.1C恒流充电到3.6V)，得到电化学装置。

对比例1

与实施例1的区别在于：负极极片的制备过程中并不包括涂覆底涂层的步骤。其余与实施例1相同，此处不再赘述。

将上述实施例1和对比例1制备的电化学装置进行表面观察，若肉眼观察到外观有凸痕则一般定义为不良品。观察结果为：实施例1中的10个电化学装置表面都未出现凸痕，对比例1中的10个电化学装置中，有5个表面有凸痕。从上述结果可知，实施例组的电化学装置出现表面凸痕的情况明显减少，表明单面活性部的未涂覆区设置底涂层可有效降低隔离膜褶皱的产生。

以上说明是本申请一些具体实施方式，但在实际的应用过程中不能仅仅局限于这些实施方式。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

1.一种电化学装置，包括电极组件和收容所述电极组件的壳体，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和所述第二极片之间的隔离膜，所述第一极片、所述隔离膜和所述第二极片卷绕形成所述电极组件，所述第一极片包括集流体；

其特征在于，所述第一极片包括单面活性部，所述单面活性部朝向所述电极组件的卷绕中心的一侧为未设活性材料的未涂覆区，所述单面活性部背离所述电极组件的卷绕中心的一侧为设有活性材料的涂覆区，所述单面活性部的所述未涂覆区设有底涂层，所述底涂层用于粘接所述隔离膜与所述集流体；所述底涂层的材质包括石墨质导电材料、粘结剂和分散剂；

所述第一极片设有极耳，所述极耳伸出所述壳体的方向为第一方向；沿所述第一方向，所述单面活性部的宽度为W1，所述底涂层的宽度为W2，0.80≤W2/W1≤0.95且W1-W2≥10mm；

定义同时垂直于所述第一方向和所述电极组件的厚度方向的方向为第二方向，沿所述第二方向，所述单面活性部的长度为L1，所述底涂层的长度为L2，0.80≤L2/L1≤0.95。

2.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，W2/W1＝0.9。

3.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，L2/L1＝0.9。

4.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，沿所述电极组件的厚度方向，所述底涂层的厚度为0.5μm～1μm。

5.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述粘结剂包括丁苯橡胶。

6.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述分散剂包括羧甲基纤维素钠。

7.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括用电设备和如权利要求1-6任一项所述的电化学装置；所述电化学装置用于为所述用电设备供电。