CN113851758B - 一种包装材料、包含该包装材料的电化学装置和电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种包装材料、包含该包装材料的电化学装置及电子装置，该包装材料通过第一端子和第二端子导通后通入电流，产生焦耳热，实现加热功能。具体地，将包装材料应用于电化学装置中，当电化学装置的温度低于第一预定温度时，第一端子和第二端子导通以进行加热，当电化学装置的温度高于第二预定温度时，第一端子和第二端子断开以停止加热。由此，电化学装置的吸热量大于散热量，实现加热速率大于1℃/s的均匀升温，电化学装置的低温充电性能得到显著的改善。电化学装置的低温充电性能提高，有效提升了电化学装置的化学体系的动力学性能，继而在不损失电化学装置的能量密度的同时，改善由于负极析锂现象所引起的安全问题，提高安全性能。

Description

一种包装材料、包含该包装材料的电化学装置和电子装置

技术领域

本申请涉及电化学领域，具体涉及一种包装材料、包含该包装材料的电化学装置和电子装置。

背景技术

锂离子电池在低温条件下，动力学较差导致低温充电能力较差，使得锂离子电池在大倍率充电过程中出现负极严重析锂的现象，引发安全风险。同时，在低温条件下，活性材料活性较低，造成容量发挥受限，使得锂离子电池能量密度受到损失。

在低温条件下，通过对锂离子电池进行加热，能够提升锂离子电池化学体系的动力学性能、有效缓解锂离子电池在低温环境中存在的低容量和负极析锂问题。

锂离子电池的加热方式一般分为外部加热和自身加热。常见的外部加热是通过在锂离子电池外包装外部贴加热片或者排列内注液体管路，该方式加热过程升温速率慢，电池整体温差较大，对电极材料影响较大，易导致电池循环性能恶化，存在安全可靠性风险；同时，外部加热成本增加，管路中的加热液体易出现渗漏，污染电极组件或外包装，影响用户使用。另外，加热片或管路的设置，使锂离子电池的体积增大，进而降低锂离子电池的能量密度。因此，开发一种对锂离子电池自身加热的方式成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种包装材料、包含该包装材料的电化学装置和电子装置，以改善电化学装置的低温性能。

需要说明的是，本申请的内容中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。具体技术方案如下：

本申请第一方面提供了一种用于电化学装置的包装材料，其包括第一层、第二层和设置于第一层和第二层之间的复合层，复合层包括第一端子和第二端子。该包装材料通过第一端子和第二端子在复合层中通入电流，产生焦耳热，实现加热功能。具体地，将包装材料应用于电化学装置中，当电化学装置的温度低于第一预定温度时，第一端子和第二端子导通以进行加热，当电化学装置的温度高于第二预定温度时，第一端子和第二端子断开以停止加热。由此，电化学装置的吸热量大于散热量，实现加热速率大于1℃/s的均匀升温，电化学装置的低温充电性能得到显著的改善。电化学装置的低温充电性能提高，有效提升了电化学装置的化学体系的动力学性能。相较于其他加热方式，本申请提供的技术方案通过复合层的设计，能够实现在不损失电化学装置的能量密度的同时，改善由于负极析锂现象所引起的安全问题，提高安全性能。本申请对第一预定温度和第二预定温度的具体温度值没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，只要能够实现本申请目的即可。

在本申请中，对电化学装置的温度监控方式，以及控制第一端子和第二端子导通和断开的方式没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，可以采用本领域已知的方式，例如，可以采用温度传感器监控电化学装置的温度，通过开关控制第一端子和第二端子导通和断开。

在本申请的一种实施方案中，第一端子与第二端子之间的电阻为R，R≥0.1Ω。在本申请的一些实施例中，第一端子与第二端子之间的电阻R优选为0.1Ω至50Ω。通过将第一端子与第二端子之间的电阻R控制在上述优选范围内，更有利于第一端子和第二端子在复合层中通入电流，产生焦耳热，实现加热功能，进而改善电化学装置的低温性能。在本申请中，可以通过调节第一金属层或第二金属层的材料、第一金属层或第二金属层的厚度、第一金属层或第二金属层上图案的设置，使第一端子与第二端子之间的电阻R调控在上述范围内。

在本申请的一种实施方案中，复合层包括高分子层，以及位于高分子层两个表面上的第一金属层和第二金属层；其中，第一端子和第二端子设置于第一金属层，或，第一端子和第二端子设置于第二金属层。高分子层设置于第一金属层和第二金属层之间，在隔离第一金属层及第二金属层的同时，可以提升结构强度。第一金属层和第二金属层能够防止电化学装置外部水分进入，还可以阻止电化学装置内部产生的副产物(例如氢氟酸)向外腐蚀而影响电化学装置的安全性能。并且，第一金属层或第二金属层上设置的第一端子和第二端子导通后，第一金属层或第二金属层能够产生热量，使包装材料的温度升高，进而加热电化学装置，改善其低温性能。

本申请对第一端子和第二端子的材质、结构、尺寸均没有特别限制，只要能够形成闭合通路，实现本申请目的即可。

在本申请的一种实施方案中，高分子层的厚度为1μm至20μm，优选为9μm至12μm。例如，高分子层的厚度可以为1μm、9μm、11μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，高分子层的厚度过大(例如大于20μm)，复合层的厚度随之增加，进而使电化学装置的体积增大、能量密度降低；高分子层的厚度过小(例如小于1μm)，其力学性能降低，例如，拉伸强度减小。

在本申请的一种实施方案中，第一金属层和第二金属层的厚度和为2μm至6μm，优选为3μm至5μm。例如，第一金属层和第二金属层的厚度和可以为2μm、3μm、4μm、5μm、6μm或上述任两个数值范围间的任一数值。不限于任何理论，第一金属层和第二金属层的厚度和过大(例如大于6μm)，拉伸强度越大，加工难度增大；第一金属层和第二金属层的厚度和过小(例如小于2μm)，拉伸强度减小，安全性能降低。在本申请中，对第一金属层和第二金属层各自的厚度没有特别限制，第一金属层和第二金属层的厚度可以相同或不同，只要能够实现本申请目的即可。

本申请对复合层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，复合层的厚度可以为12μm至22μm。在本申请中，可以通过溅射法、真空沉积法、离子电镀法、激光脉冲沉积法等方法在高分子层的两个表面分别形成第一金属层和第二金属层得到复合层。

在本申请的一种实施方案中，高分子层的材料包括聚对苯二甲酸亚乙酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙二醇、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、环状聚烯烃、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚亚甲基萘、聚偏二氟乙烯、聚萘二甲酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、有机硅、维尼纶、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚、聚酯、聚砜及其衍生物中的至少一种。上述材料的密度小，可以降低包装材料的重量，从而提高电化学装置的能量密度。并且，在机械滥用的情况(例如，穿钉、撞击、挤压等)下，上述材料产生碎屑的概率更小，且对机械破损表面包裹效果更好，可以改善上述机械滥用情况下的安全性能，从而使安全测试通过率得以提高，进一步提高电化学装置的安全性能。

在本申请的一种实施方案中，第一金属层和第二金属层的材料各自独立地包括Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In、Zn、不锈钢(SUS)及其合金中的至少一种。上述材料的隔离可靠性强，且韧性及致密性好，加工厚度可以做到更薄，能够提高电化学装置的能量密度。需要说明的是，第一金属层和第二金属层的材料可以相同，也可以不同。

在本申请的一种实施方案中，第一金属层或第二金属层设置有图案。通过根据电化学装置的温度分布情况选择适应性的图案，以实现更好的加热均匀性。例如，可以对第一金属层或第二金属层的材料宽度及分布进行调整。在本申请中，“图案”可以包括方波形、锯齿形等。

在本申请的一种实施方案中，包装材料还包括保温层，保温层设置于第二层远离复合层的一个表面上。当电化学装置低于第一预定温度时，包装材料加热过程中电化学装置的内外温差较大，散热较快，保温层能够减小散热速率，提高加热速率，进而保持电化学装置在相对较小的温差环境下提高加热速率，进一步提升电化学装置的低温性能和循环性能，同时，保温层的设置可以改善电化学装置升温的均一性，减小电化学体系各处温度上升不一致带来的安全隐患。此外，当电化学装置外部处于热失控状态时，保温层的设置也可以减缓热量的传导，避免单个电化学装置出现热失控时，各电化学装置相互影响导致的电池组整体热失控的问题。在上述实施方案中，包装材料中第二层的材料可以包括尼龙、PET或其他常规外表面封装材料。在本申请中，电池组是指两个以上的电化学装置串联或并联形成的组合。

在本申请中，对保温层的设置方法没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，涂敷法、喷涂法、胶水粘接法或干热复合法等中的至少一种，优选为涂敷法。

在本申请的一种实施方案中，保温层的材料的导热系数h_f1≤0.1W/m·K。通过选用导热系数在上述范围内的材料，电化学装置的散热减慢，更利于保温层保温效果的发挥，进而减小加热过程中电化学装置表面、内外部的温差，且停止加热后，电化学装置降温速率减缓，使电化学装置维持在合适的温度区间，缩短加热时间，提高加热效率。由此，提高电化学装置的低温性能和循环性能。在本申请中，“导热系数”是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度(K，℃)，在1h内，通过1m²面积传递的热量，单位为瓦/米·度(W/m·K，此处K也可用℃代替)，是材料本身的属性。

在本申请的一种实施方案中，保温层的材料包括空气绝热板(0.023W/m·K)、真空绝热板(0.008W/m·K)、气凝胶(0.02W/m·K)、发泡聚氨酯(0.024W/m·K)、挤塑聚苯板(0.028W/m·K至0.03W/m·K)、聚氯乙烯树脂板(0.03W/m·K)、酚醛树脂板(0.032W/m·K)、石墨聚苯板(0.033W/m·K)、橡胶(0.034W/m·K至0.041W/m·K)、改性聚苯板(0.036W/m·K)、膨胀聚苯板(0.039W/m·K)、玻璃棉板(0.042W/m·K)、复合硅酸铝(0.045W/m·K)、发泡水泥板(0.065W/m·K至0.07W/m·K、发泡陶瓷板(0.1W/m·K)或发泡混凝土(0.08W/m·K至0.1W/m·K)中的至少一种。优选为气凝胶。在本申请中，对气凝胶的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，气凝胶可以包括二氧化硅(SiO₂)气凝胶、二氧化钛气凝胶、氧化铝气凝胶、氟化镁气凝胶、氟化钙气凝胶、氨基甲酸乙酯气凝胶或聚酰亚胺气凝胶等中的至少一种。通过选用上述材料，使高温层的高温效果得以提升，电化学装置的温差降低，进而提高电化学装置的低温性能和循环性能。

在本申请的一种实施方案中，保温层的厚度为10μm至3000μm，优选为30μm至2000μm，更优选为50μm至100μm。例如，保温层的厚度可以为10μm、30μm、50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm、1500μm、2000μm、2500μm、3000μm或上述任两个数值范围间的任一数值。保温层的厚度过大(例如大于3000μm)，电化学装置的体积增大，能量密度下降；保温层的厚度过小(例如小于10μm)，保温效果变差，电化学装置的低温性能和循环性能降低。

在本申请的一种实施方案中，第二层的材料的导热系数h_f2≤0.1W/m·K。通过选用导热系数在上述范围内的材料，电化学装置的散热减慢，使第二层不仅可以保护复合层、减少划痕和脏物污染、阻止空气渗入电化学装置内部，还可以具有保温效果，进而减小在加热过程中电化学装置表面、内外部的温差，且停止加热后，电化学装置降温速率减缓，使电化学装置维持在合适的温度区间，缩短加热时间，提高加热效率。由此，提高电化学装置的低温性能和循环性能。

在本申请的一种实施方案中，第二层的材料包括空气绝热板、真空绝热板、气凝胶、发泡聚氨酯、挤塑聚苯板、聚氯乙烯树脂板、酚醛树脂板、石墨聚苯板、橡胶、改性聚苯板、膨胀聚苯板、玻璃棉板、复合硅酸铝、发泡水泥板、发泡陶瓷板或发泡混凝土中的至少一种。通过选用上述材料，使高温层的高温效果得以提升，进而提高电化学装置的低温性能和循环性能。

在本申请中，第二层选用上述材料实现保温效果时，第二层与复合层复合的方式没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，可以包括干热复合法、胶水粘接法等，优选为胶水粘接法。第二层选用上述材料时，本申请对第二层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，第二层的厚度为50μm至200μm。

在本申请中，对第一层的材料没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，第一层的材料可以包括聚丙烯(PP)、酸酐改性聚丙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、环氧树脂、聚酰胺、聚酯、非晶态α-烯烃共聚物及其衍生物等中的至少一种。本申请对第一层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，第一层的厚度为5μm至50μm。

在本申请中，对包装材料的总厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，包装材料的总厚度可以为50μm至3000μm，优选为50μm至1000μm。

在本申请中，对包装材料的制备方法没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，可以采用以下步骤制备本申请的包装材料：

(1)在第一层上通过胶层粘结复合层，其中，复合层是在高分子层的两个表面通过真空沉积法分别形成第一金属层和第二金属层得到；

(2)在复合层上通过胶层粘结第二层，其中，包装层的材料包括尼龙或PET中的至少一种；

(3)在第二层上通过胶层粘结保温层。

例如，还可以采用以下步骤制备本申请的包装材料：

(1)在第一层上通过胶层粘结复合层，其中，复合层是在高分子层的两个表面通过真空沉积法分别形成第一金属层和第二金属层得到；

(2)在复合层上通过胶层粘结第二层，其中，包装层的材料的导热系数h_f2≤0.1W/m·K。

本申请对上述胶层的材料没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，胶层的材料可以包括流延聚丙烯。

本申请第二方面提供了一种电化学装置，其包括本申请第一方面的包装材料。该电化学装置具有良好的低温性能、安全性能和能量密度。

本申请的电化学装置没有特别限制，其可以包括发生电化学反应的任何装置。在一些实施例中，电化学装置可以包括但不限于：锂金属二次电池、锂离子二次电池(锂离子电池)、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池等。

电化学装置的制备过程为本领域技术人员所熟知的，本申请没有特别的限制，例如，可以包括但不限于以下步骤：将正极极片、隔膜和负极极片按顺序堆叠，并根据需要将其卷绕、折叠等操作得到卷绕结构的电极组件，将电极组件放入包装壳内，将电解液注入包装壳并封口，得到电化学装置；或者，将正极极片、隔膜和负极极片按顺序堆叠，然后用胶带将整个叠片结构的四个角固定好得到叠片结构的电极组件，将电极组件置入包装壳内，将电解液注入包装壳并封口，得到电化学装置。此外，也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于包装壳中，从而防止电化学装置内部的压力上升、过充放电。其中，上述包装壳的材料可以是前述任一实施方案中的包装材料。

本申请对正极极片、隔膜、负极极片和电解液没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，只要能够实现本申请目的即可。

本申请第三方面提供了一种电子装置，其包括本申请第二方面所提供的电化学装置。该电子装置具有良好的低温性能、安全性能和能量密度。

本申请的电子装置没有特别限制，其可以包括但不限于以下种类：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。

本申请提供了一种包装材料、包含该包装材料的电化学装置和电子装置，该包装材料包括第一层、第二层和设置于第一层和第二层之间的复合层，复合层包括第一端子和第二端子。通过第一端子和第二端子在复合层通入电流，产生焦耳热，使包装材料实现加热功能。具体地，将该包装材料应用于电化学装置中，当电化学装置的温度低于第一预定温度时，第一端子和第二端子导通以进行加热，当电化学装置的温度高于第二预定温度时，第一端子和第二端子断开以停止加热。由此，使电化学装置的吸热量大于散热量，加热速率大于1℃/s，电化学装置具有自加热功能，使电化学装置的低温性能和循环性能得以改善。电化学装置的低温性能提高，其安全性能和能量密度也得以提高。包含该电化学装置的电子装置也具有良好的低温性能、安全性能和能量密度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例和现有技术的技术方案，下面对本申请实施例和现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请一种实施方案的包装材料的剖面结构示意图；

图2为本申请一种实施方案的复合层的剖面结构示意图；

图3为本申请另一种实施方案的复合层的剖面结构示意图；

图4为本申请一种实施方案的包装材料的剖面结构示意图；

图5为本申请另一种实施方案的包装材料的剖面结构示意图；

图6为本申请一种实施方案的第二金属层的图案示意图(沿包装厚度方向俯视图)。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图和实施例，对本申请进一步详细说明。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。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他技术方案，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的具体实施方式中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。

图1示出了本申请一种实施方案的包装材料100，该包装材料100包括第一层30、第二层10和设置于第一层30和第二层10之间的复合层20。

图2示出了本申请一种实施方案的复合层20，该复合层20具有高分子层23，以及分别位于高分子层23两个表面上的第一金属层21和第二金属层22，其中，第一金属层21和第二金属层22的材料相同。当然，第一金属层21和第二金属层22的材料也可以不同，如图3示出的本申请另一种实施方案的复合层。第一金属层21或第二金属层22还可以设置图案(如图6所示)。其中，第一端子24(如图6所示)和第二端子25(如图6所示)可以设置于第一金属层21，也可以设置于第二金属层22。

图4示出了本申请一种实施方案的包装材料100，该包装材料100包括第一层30、第二层10和设置于第一层30和第二层10之间的复合层20，还包括设置于第二层10远离复合层20的一个表面A上的保温层40。其中，复合层20包括高分子层23，以及分别设置于高分子层23两个表面上的第一金属层21和第二金属层22，第一金属层21和第二金属层22可以相同，也可以不同。

图5示出了本申请一种实施方案的包装材料100，该包装材料100包括第一层30、第二层10和设置于第一层30和第二层10之间的复合层20，复合层20包括高分子层23，以及分别设置于高分子层23两个表面上的第一金属层21和第二金属层22，第一金属层21和第二金属层22可以相同，也可以不同。其中，第二层的材料的导热系数h_f2≤0.1W/m·K。

以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。另外，只要无特别说明，“％”为质量基准。

测试方法和设备：

拉伸强度的测试：

采用多功能拉伸试验机进行，测试过程包括：裁切包装材料，得到长度为150mm、宽度得15mm的样品，然后将样品安装至拉伸试验机的两个夹具中，设定初始拉伸长度为50mm，以5mm/min的拉伸速度进行拉伸测试，直至样品断裂后停止拉伸。记录样品断裂时所承受的最大拉力，最大拉力和样品横截面积(可通过样品的宽度和厚度的乘积计算得到)的比值即为拉伸强度(正常的锂电池包装材料的拉伸强度需要>5.21N/mm，否则易造成封装不良问题)。

加热参数说明：

加热速率：锂离子电池从温度T₁加热至温度T₂所需的时间为t，加热速率计算方法为(T₂-T₁)/t。

加热表面温差：是指锂离子电池在加热过程中，电池表面最高温度T_max与电池表面最低温度T_min之间的差值。

能量密度的测试：

在25℃条件下，将锂离子二次电池以0.2C倍率恒流充电至3.6V，再恒压充电至电流小于等于0.05C，之后静置30min，再以0.2C倍率恒流放电至2.5V，记录锂离子二次电池0.2C倍率的放电容量D₀(Ah)和放电平台V₀(V)。测量计算锂离子电池的体积，记为V(L)。

按如下公式计算锂离子二次电池的能量密度，能量密度＝D₀×V₀/V(Wh/L)。

实施例1

<负极极片的制备>

将负极活性材料石墨、导电剂导电炭黑(Super P)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按照质量比96:1.5:2.5进行混合，然后加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为70％的负极浆料，并搅拌均匀。将负极浆料均匀涂覆在厚度为8μm的负极集流体铜箔的一个表面上，负极极片上负极活性材料的质量为16.8g/cm²。110℃条件下烘干，得到单面涂布负极浆料的负极极片。之后，在该负极极片的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂布负极浆料的负极极片。涂布完成后，将负极极片冷压后裁切成76mm×851mm的规格待用。负极极片的压实密度为1.7g/cm³。

<正极极片的制备>

将正极活性材料钴酸锂(LiCoO₂)、导电剂Super P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比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75％的浆料，并搅拌均匀。将正极浆料均匀涂覆在厚度为10μm的正极集流体铝箔的一个表面上，正极极片上正极活性材料的质量为9.1g/cm²。90℃条件下烘干，得到单面涂布正极浆料的正极极片。之后，在该正极极片的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂布正极浆料的正极极片。涂布完成后，将正极极片冷压后裁切成74mm×867mm的规格待用。正极极片的压实密度为4.1g/cm³。

<电解液的制备>

在干燥氩气气氛手套箱中，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1.15mol的电解液。

<隔膜的制备>

采用厚度为15μm的聚乙烯(PE)薄膜(Celgard公司提供)。

<包装材料的制备>

包装材料包括第一层、第二层和设置于第一层和第二层之间的复合层。其中，第一层的材料为PP、厚度15μm；第二层的材料为PET、厚度18μm。复合层包括高分子层和分别位于高分子层两个表面上的第一金属层和第二金属层。其中，高分子层的材料为PET、厚度为16μm；第一金属层和第二金属层的材料均为Al、第一金属层和第二金属层的厚度和为4μm，第二金属层包括图6所示图案。第一端子和第二端子设置于第二金属层上，第一端子与第二端子之间的阻值R为1.2Ω。

<锂离子电池的制备>

将上述制备的正极极片、隔膜、负极极片按顺序叠好，使隔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。将电极组件装入本申请的包装材料形成的包装壳中，并在80℃下脱去水分，注入配好的电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序得到锂离子电池。

实施例1的性能参数如表2所示。

实施例2中，除了图6所示图案设置在第一金属层，第二金属层不包括该图案以外，其余与实施例1相同。

实施例3中，除了在<包装材料的制备>中，在第二层远离复合层的一个表面上设置有保温层、保温层的厚度为30μm、保温层的材料为h_f1＝0.02W/m·K的SiO₂气凝胶、第二层的厚度为20μm以外，其余与实施例1相同。

实施例4至实施例9中，除了按照表1调整第一金属层和第二金属层的厚度、高分子层的厚度、第一端子和第二端子间的电阻以外，其余与实施例3相同。

实施例10至实施例11中，除了按照表1调整第一金属层、第二金属层、高分子层的材料种类以外，其余与实施例3相同。

实施例12至实施例14中，除了按照表1调整保温层的厚度以外，其余与实施例3相同。

实施例15至实施例17中，除了按照表1调整保温层的材料种类以外，其余与实施例3相同。

实施例18至实施例20中，除了按照表1调整第二层的材料种类以外，其余与实施例1相同。

对比例1中，除了在<包装材料的制备>中包装材料包括第一层、第二层和设置于第一层和第二层之间的第一金属层。其中，第一层的材料为PP、厚度为15μm；第二层的材料为PET、厚度为15μm；第一金属层的材料为Al、厚度为20μm以外，其余与实施例2相同。

对比例2中，除了在锂离子电池的外部设置加热装置镍片，镍片上设置有第一端子和第二端子，第一端子与第二端子间的阻值为1.2Ω以外，其余与对比例1相同。

实施例1至实施例20、对比例1至对比例2的制备参数如表1所示，性能参数如表2所示：

表2

从实施例2、对比例1和对比例2可以看出，电化学装置的低温性能随着复合层的设置得以提升。选用含有本申请范围内复合层的电化学装置，能够实现在不损失电化学装置的能量密度的同时，显著提高其加热速率。

从实施例1和实施例2可以看出，第一金属层或第二金属层上的图案的设置，能够进一步提高电化学装置低温条件下的充电性能。

从实施例3至实施例9可以看出，电化学装置的低温性能随着第一金属层和第二金属层的厚度和、高分子层的厚度、以及第一端子和第二端子之间的电阻R的变化而变化。选用第一金属层和第二金属层的厚度和、高分子层的厚度、第一端子和第二端子之间的电阻R、以及保温层在本申请范围内的电化学装置，在基本不损失能量密度的同时，其加热速率能得到显著的提升。同时，保温层的设置提升了加热过程中电化学体系的均一性，进一步改善电化学装置的安全性能。

从实施例3、实施例10、实施例11可以看出，在本申请范围内选择适当的第一金属层、第二金属层、高分子层的材料，均可实现本申请的目的。

从实施例3、实施例12至实施例14可以看出，电化学装置的加热表面最大温差和低温性能随着保温层的厚度的变化而变化。选用保温层的厚度在本申请范围内的电化学装置，其加热表面最大温差明显更小、低温性能更好，保证了加热过程中电化学体系的均一性，进一步改善电化学装置的安全性能。

从实施例3、实施例15至实施例17可以看出，电化学装置的加热表面最大温差和低温性能随着保温层的材料的导热系数和种类的变化而变化。选用保温层的材料的导热系数和种类在本申请范围内的电化学装置，其加热表面最大温差明显更小、低温性能更好。

第二层的材料的导热系数和种类通常也会影响电化学装置的加热表面最大温差。从实施例18至实施例20可以看出，选用本申请范围内导热系数h_f2≤0.1W/m·K的材料作为第二层材料，包括该包装材料的电化学装置的加热表面最大温差明显更小，电化学装置的低温性能更好。

综合上述分析可知，将本申请的包装材料应用于电化学装置中，电化学装置的吸热量大于散热量，加热速率大于1℃/s，电化学装置具有自加热功能，使电化学装置的低温性能得以改善。包装材料中导热率低的材料的设置，使电化学装置在相对较小的温差环境下提高加热速率，改善其低温性能。电化学装置的低温性能提高，在保证电化学装置的能量密度的同时，进一步改善其安全性能；同时，低导热率材料具有隔热功能，能够有效避免单个电化学装置出现热失控时，各电化学装置相互影响导致的电池组整体热失控的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种电化学装置的包装壳，其由包装材料制成，所述包装材料包括第一层、第二层和位于所述第一层和所述第二层之间的复合层，所述复合层包括第一端子和第二端子；

当所述电化学装置的温度低于第一预定温度时，第一端子和第二端子导通以进行加热，当电化学装置的温度高于第二预定温度时，第一端子和第二端子断开以停止加热；

所述第一端子与所述第二端子之间的电阻为R，R≥0.1Ω；

所述复合层包括高分子层，以及位于所述高分子层两个表面上的第一金属层和第二金属层；其中，所述第一端子和所述第二端子设置于所述第一金属层，或，所述第一端子和所述第二端子设置于所述第二金属层。

2.根据权利要求1所述的包装壳，其中，所述高分子层的厚度为1μm至20μm，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度和为2μm至6μm。

3.根据权利要求1所述的包装壳，其中，所述高分子层的材料包括聚对苯二甲酸亚乙酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙二醇、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、环状聚烯烃、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚亚甲基萘、聚偏二氟乙烯、聚萘二甲酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、有机硅、维尼纶、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚腈、聚氨酯、聚苯醚、聚砜及其衍生物中的至少一种；

所述第一金属层和所述第二金属层的材料各自独立地包括Ni、Ti、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、Cr、W、Mo、Al、Mg、K、Na、Ca、Sr、Ba、Si、Ge、Sb、Pb、In、Zn、不锈钢及其合金中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的包装壳，其中，所述第一金属层或所述第二金属层具有图案。

5.根据权利要求1所述的包装壳，其中，所述包装材料还包括保温层。

6.根据权利要求5所述的包装壳，其中，所述保温层的材料的导热系数h_f1≤0.1W/m·K。

7.根据权利要求6所述的包装壳，其中，所述保温层的材料包括空气绝热板、真空绝热板、气凝胶、发泡聚氨酯、挤塑聚苯板、聚氯乙烯树脂板、酚醛树脂板、石墨聚苯板、橡胶、膨胀聚苯板、玻璃棉板、复合硅酸铝、发泡水泥板、发泡陶瓷板或发泡混凝土中的至少一种。

8.根据权利要求5所述的包装壳，其中，所述保温层的厚度为10μm至3000μm。

9.根据权利要求1所述的包装壳，其中，所述第二层的材料的导热系数h_f2≤0.1W/m·K。

10.根据权利要求9所述的包装壳，其中，所述第二层的材料包括空气绝热板、真空绝热板、气凝胶、发泡聚氨酯、挤塑聚苯板、聚氯乙烯树脂板、酚醛树脂板、石墨聚苯板、橡胶、膨胀聚苯板、玻璃棉板、复合硅酸铝、发泡水泥板、发泡陶瓷板或发泡混凝土中的至少一种。

11.一种电化学装置，其包括权利要求1至10中任一项所述的包装壳。

12.一种电子装置，其包括权利要求11所述的电化学装置。

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