CN114008819A - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

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、负极和设置于正极和负极之间的隔离膜。正极或所述负极中的至少一个包括集流体、第一涂层和第二涂层，第二涂层包括活性材料，集流体的至少一侧的表面设置有第二涂层，集流体靠近极耳部的一侧表面设置有第一涂层。第一涂层包括陶瓷颗粒、粘结剂和导电剂。本申请的第一涂层可以防止切割极耳时产生的毛刺刺穿隔离膜引起短路的问题，同时通过在第一涂层中添加导电剂，可以增加陶瓷颗粒与集流体的接触粘结点，增加第一涂层的粘结力，从而在保证电化学装置具备良好安全性能的前提下，改善电化学装置的容量发挥和动力学性能。

Description

电化学装置和电子装置

技术领域

本申请涉及电化学储能领域，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、容量和动力学性能提出了越来越高的要求。为了提升电化学装置的动力学性能，目前通常将极片切割成多极耳结构，同时在切割位置附近涂覆一层绝缘层，起到绝缘和防止切割产生的毛刺刺穿隔离膜的作用。

然而，该绝缘层与活性材料层在涂布过程中存在相互扩散，形成交互区域，不仅影响极片的外观，而且因绝缘层浆料完全绝缘，扩散到活性材料层后导致靠近绝缘层的活性材料层的导电网络结构受到破坏，恶化电化学装置的容量发挥和动力学性能。因此，期待进一步的改进。

发明内容

本申请的一些实施例提供了一种电化学装置，电化学装置包括电极，电极包括集流体、第一涂层和第二涂层，第二涂层包括活性材料，第二涂层设置于集流体的至少一个表面上，第一涂层沿集流体靠近极耳部的侧边设置，并邻接于第二涂层或与第二涂层部分重合，第一涂层包括陶瓷颗粒、粘结剂和导电剂。

在一些实施例中，导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、碳纤维或石墨烯中的至少一种。在一些实施例中，基于第一涂层的总质量，导电剂的质量含量为0.1％至1.4％。在一些实施例中，第一涂层还包括分散剂，分散剂包括酰胺化合物、脂类化合物或醚类化合物中的至少一种。在一些实施例中，分散剂包括聚吡咯烷酮、聚丙烯酸脂、聚醚改性硅氧烷、聚醚改性聚丙烯酸酯、聚醚改性醇氧硅烷、脂肪酸甲酯、异丁醇胺、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯或聚(1,4-丁二醇丁二酸)酯中的至少一种。

在一些实施例中，第一涂层还包括分散剂，基于第一涂层的总质量，分散剂的质量含量为0.05％至0.7％。在一些实施例中，第一涂层中的分散剂与导电剂的质量含量的比率为0.07至1。在一些实施例中，第一涂层的厚度与第二涂层的厚度的比率小于等于0.7，并且第一涂层的厚度范围为20μm至100μm。在一些实施例中，第一涂层的宽度范围为3mm至10mm。在一些实施例中，导电剂的比表面积为50m²/g至1500m²/g。

在一些实施例中，陶瓷颗粒包括氧化物、氮化物或碳化物中的至少一种。在一些实施例中，陶瓷颗粒包括Al₂O₃、ZrO₂、TiN、Si₃N₄、SiC、TiC、Cr₃C₂、VC或B₄C中的至少一种。在一些实施例中，第一涂层中的陶瓷颗粒的质量含量为77％至98％。在一些实施例中，粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚酰亚胺或过氧乙酰硝酸酯中的至少一种。在一些实施例中，第一涂层中的所述粘结剂的质量含量为1％至22％。

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。

本申请的实施例通过在集流体的靠近极耳部的一侧表面设置第一涂层，第一涂层包括陶瓷颗粒、粘结剂和导电剂，一方面第一涂层可以防止切割极耳时产生的毛刺刺穿隔离膜引起短路的问题，另一方面，通过在第一涂层中添加导电剂，可以改善由于第一涂层与第二涂层相接处组分互相扩散引起的第二涂层导电网络的破坏，避免了电极电阻增大和电池电性能的降低，从而在保证电化学装置具备良好安全性能的前提下，改善电化学装置的容量发挥和动力学性能。

附图说明

图1至图2示出了本申请的一些实施例的正极沿着正极集流体的厚度方向和宽度方向限定的平面获得的截面图。

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。

为了防止切割多极耳结构时产生的毛刺刺穿隔离膜，在集流体的靠近极耳部的位置设置绝缘涂层(例如，陶瓷涂层)。然而，该绝缘涂层干燥后存在向活性材料层扩散的问题(扩散距离通常为0.1mm至2mm)，导致活性材料层的导电网络受到破坏，进而导致电化学装置的容量衰减和动力学性能恶化。为此，通过在第一涂层中添加导电剂，即使第一涂层向包括活性材料的第二涂层扩散，也能缓解或减轻对第二涂层的导电网络的破坏，从而在保证电化学装置具备良好安全性能的前提下，改善电化学装置的容量发挥和动力学性能。

本申请的一些实施例提供了一种电化学装置，电化学装置包括电极。在一些实施例中，电极包括集流体、第一涂层和第二涂层，第二涂层包括活性材料，第二涂层设置于集流体的至少一个表面上，第一涂层沿集流体靠近极耳部的侧边设置。第一涂层邻接于第二涂层或与第二涂层部分重合。其中电极可以为正极或者负极，为了简单的目的，本申请实施例中以电极为正极作为示例进行说明，负极也可以具有相应的结构。

如图1所示，正极包括正极集流体111、第一涂层112和第二涂层113，第二涂层113设置在正极集流体111的至少一个表面上。在一些实施例中，第一涂层112沿正极集流体111靠近极耳部1111的侧边设置且邻接于第二涂层113。在一些实施例中，极耳部1111可以与外接极耳连接。在一些实施例中，极耳部1111本身可以作为极耳，从而省去了外接极耳。在一些实施例中，第二涂层113包括活性材料。正极的第二涂层113也称为正极活性材料层，并且包括正极活性材料。应该理解，虽然图1中将第一涂层112和第二涂层113示出为正极集流体111的两侧上，但是这仅是示例性的，而不用于限制本申请，第一涂层112和/或第二涂层113可以仅位于正极集流体111的一侧上。

在一些实施例中，第一涂层112包括陶瓷颗粒、粘结剂和导电剂。在一些实施例中，在切割形成正极的正极极耳时，第一涂层112可以保护隔离膜免受切割产生的正极集流体111的毛刺的不利影响。此外，陶瓷颗粒本身是绝缘的，使得该第一涂层112具有一定的电阻，即使该第一涂层112与负极直接接触，也不会引起大的风险。通过在正极集流体111上设置第一涂层112，提高了相应的电化学装置的安全性能。另外，通过在第一涂层112中添加导电剂，即使第一涂层112向第二涂层113扩散，也能缓解或减轻对第二涂层113的导电网络的破坏，从而在保证电化学装置具备良好安全性能的前提下，改善电化学装置的容量发挥和动力学性能。

在一些实施例中，第一涂层112中的陶瓷颗粒使得第一涂层112可以起到防止正负极短路以及防止切割极耳时产生的毛刺刺穿隔离膜的作用。在一些实施例中，第一涂层112中的粘结剂使得第一涂层112可以形成稳定的层并且与集流体111较好地粘结在一起。在一些实施例中，第一涂层112中的导电剂的存在使得第一涂层112即使扩散至第二涂层113，也不会对第二涂层113的导电网络造成太大的影响，从而可以改善电化学装置的容量发挥和动力学性能。

在一些实施例中，如图1所示，图1示出了第一涂层112与第二涂层113邻接的情况。此时，第一涂层112与第二涂层113重合的距离为0。在一些实施例中，如图2所示，第一涂层112与第二涂层113可以部分重合，第一涂层112与第二涂层113重合区域的宽度为第一涂层112与第二涂层113的交互区宽度。

在一些实施例中，第一涂层112中的导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、碳纤维或石墨烯中的至少一种。在一些实施例中，基于第一涂层112的总质量，导电剂的质量含量为0.1％至1.4％。如此在确保电化学装置的安全性能的情况下，提升电化学装置的动力学性能。若导电剂的质量含量太高，则满充后的第一涂层112的电阻过低，影响电化学装置的安全性能；若导电剂的质量含量太低，则第一涂层112的电阻太高，第一涂层112的电化学性能变差，并且在第一涂层112扩散到第二涂层113时缓解第二涂层113的导电网络的破坏的作用相对受限。在一些实施例中，导电剂的比表面积为50m²/g至1500m²/g。具有处于该范围的比表面积的导电剂提高了第一涂层112中单位面积构建的网络通路的数量，从而达到更好的导电连通作用，有利于提升了电化学装置的倍率性能和动力学性能。如果导电剂的比表面积太小，则不利于第一涂层112中的导电网络的构建，进而不利于电化学装置的电性能的提升；如果导电剂的比表面积太大，则不利于导电剂的均匀分散。

在一些实施例中，第一涂层112中的粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚酰亚胺或过氧乙酰硝酸酯中的至少一种。在一些实施例中，第一涂层112中的粘结剂的质量含量为1％至22％。如果第一涂层112中的粘结剂的质量含量太低，则不利于陶瓷颗粒和导电剂的粘结，使得第一涂层112与正极集流体111之间的粘结力变弱。如果第一涂层112中的粘结剂的质量含量太大，则由于粘结剂的绝缘性而增大第一涂层112的电阻，影响电化学装置的电性能。

在一些实施例中，陶瓷颗粒包括氧化物、氮化物或碳化物中的至少一种。在一些实施例中，陶瓷颗粒包括Al₂O₃、ZrO₂、TiN、Si₃N₄、SiC、TiC、Cr₃C₂、VC或B₄C中的至少一种。这些陶瓷颗粒一方面起到绝缘的作用，使得第一涂层112的电阻例如达到1000Ω以上，另一方面起到防止切割极耳时产生的毛刺刺穿隔离膜的作用。在一些实施例中，第一涂层112中的陶瓷颗粒的质量含量为77％至98％。如果第一涂层112中的陶瓷颗粒的质量含量太小，则陶瓷颗粒起到防止毛刺刺穿隔离膜的作用相对受限；如果第一涂层112中的陶瓷颗粒的质量含量太大，则第一涂层112中的导电剂和/或粘结剂太少，第一涂层112中的导电剂太少则导电剂改善电化学装置的电性能的作用相对受限，第一涂层112中的粘结剂太少则第一涂层112的稳定性较弱，难以粘结形成稳定的层。

在一些实施例中，第一涂层112还可以包括分散剂，分散剂包括酰胺化合物、脂类化合物或醚类化合物中的至少一种。在一些实施例中，分散剂包括聚吡咯烷酮、聚丙烯酸脂、聚醚改性硅氧烷、聚醚改性聚丙烯酸酯、聚醚改性醇氧硅烷、脂肪酸甲酯、异丁醇胺、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯或聚(1,4-丁二醇丁二酸)酯中的至少一种。这些分散剂可以将导电剂包覆到陶瓷颗粒的表面，在保证第一涂层112整体绝缘的前提下(安全性保证)，改善单个陶瓷颗粒的导电性，即使第二涂层113和第一涂层112在涂布干燥过程中发生相互扩散，也不会对极片的外观有明显影响，而且因单个陶瓷颗粒已具备一定导电性，扩散到第二涂层113之后也不再影响第二涂层113的导电网络结构，从而改善电化学装置的容量发挥和动力学性能。

在一些实施例中，基于第一涂层112的总质量，分散剂的质量含量为0.05％至0.7％。如果分散剂的质量含量太小，则分散剂实现将导电剂包覆到陶瓷颗粒的表面上的作用相对受限；如果分散剂的质量含量太大，则分散剂将导电剂包覆到陶瓷颗粒的表面上的作用不再显著增加，同时分散剂过多也不利于电化学装置的能量密度的提升。

在一些实施例中，第一涂层112中的分散剂与导电剂的质量含量的比率为0.07至1。如果分散剂与导电剂的质量含量的比率太小，则分散剂不能将尽量多的导电剂包覆到陶瓷颗粒的表面上；如果分散剂与导电剂的质量含量的比率太大，则分散剂将导电剂包覆到陶瓷颗粒的表面上的作用不再显著增加，同时分散剂过多也不利于电化学装置的能量密度的提升。

在一些实施例中，第一涂层112的厚度与第二涂层113的厚度的比率小于等于0.7。如果第一涂层112的厚度与第二涂层113的厚度的比率太大，则表明第一涂层112的厚度过大，一方面第一涂层112的保护作用不再显著增加，另一方面不利于电化学装置的能量密度的提升；另外，第一涂层112的厚度过大容易引起在第二涂层113与隔离膜之间形成间隙，导致第二涂层113的极化增大。在一些实施例中，第一涂层112的厚度T的范围为20μm至100μm。如果第一涂层112的厚度太小，则第一涂层112的保护作用不能充分地发挥。如果第一涂层112的厚度太大，一方面第一涂层112的保护作用不再显著增加，另一方面不利于电化学装置的能量密度的提升。第一涂层112或第二涂层113的厚度可以通过万分尺来测量。

在一些实施例中，第一涂层112的宽度W的范围为3mm至10mm。第一涂层112的宽度W太小容易出现漏涂情况，难以稳定实现。另一方面，第一涂层112的宽度W太大会降低整体电化学装置的能量密度，并降低整体电化学装置的电化学性能。

在一些实施例中，第一涂层112在满充状态下的电阻大于等于1000Ω。如此可以起到更好的保护效果，改善电化学装置的安全性能。若满充状态下的电阻过低，当出现第一涂层-负极短路时，短路电流过大导致温升过高，易出现热失控风险。可以通过以下方法测试第一涂层112的电阻：将满充的电池进行拆解，保留完整极片(正极或负极)；将极片用碳酸二甲酯漂洗30min，在100℃下烘干4h；之后将第一涂层裁剪出来，用四探针电阻仪器测试，测试时将第一涂层置于探针平面中间，取第15秒的电阻值，即为第一涂层的电阻。应该理解，电阻的该测试方法仅是示例性的，而不用于限制，还可以采用其他合适的方法。

在一些实施例中，在正极包括上述结构时，第二涂层113为正极活性材料层，并且包括正极活性材料。在一些实施例中，正极活性材料包括钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸铁钠、磷酸钒锂、磷酸钒钠、磷酸钒氧锂、磷酸钒氧钠、钒酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基材料或镍钴铝酸锂中的至少一种。在一些实施例中，正极活性材料层还可以包括导电剂。在一些实施例中，正极活性材料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，正极活性材料层还可以包括粘结剂，正极活性材料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。在一些实施例中，正极活性材料层中的正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比可以为(80至99)：(0.1至10)：(0.1至10)。在一些实施例中，正极活性材料层的厚度可以为10μm至500μm。应该理解，以上所述仅是示例，正极的正极活性材料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，正极的集流体可以采用Al箔，当然，也可以采用本领域常用的其他集流体。在一些实施例中，正极的集流体的厚度可以为1μm至200μm。在一些实施例中，正极活性材料层可以仅涂覆在正极的集流体的部分区域上。

在一些实施例中，当负极包括上述结构时，第二涂层113为负极活性材料层。在一些实施例中，负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料可以包括石墨、硬碳、硅、氧化亚硅或有机硅中的至少一种。在一些实施例中，负极活性材料层中还可以包括导电剂和粘结剂。在一些实施例中，负极活性材料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，负极活性材料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。在一些实施例中，负极活性材料层中的负极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比可以为(80至98)：(0.1至10)：(0.1至10)。应该理解，以上所述仅是示例，可以采用任何其他合适的材料和质量比。在一些实施例中，负极的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，隔离膜包括聚乙烯、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至50μm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基材的至少一个表面上，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至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结性。

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、堆叠式电极组件或折叠式电极组件。在一些实施例中，电化学装置的正极和/或负极可以是卷绕或堆叠式形成的多层结构，也可以是单层正极、隔离膜、单层负极叠加的单层结构。

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，因为它具有高的离子导电率并可以改善循环特性。

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、隔离膜、负极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

正极的制备：采用铝箔作为正极的正极集流体，将正极活性材料磷酸铁锂、导电剂导电炭黑、聚偏二氟乙烯按重量比96：2.4：1.6的比例溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，形成第二涂层的浆料，将该浆料涂覆于正极集流体上，涂覆厚度为120μm，得到第二涂层，在正极集流体上邻接第二涂层涂布一层第一涂层浆料，得到第一涂层，具体地，将88.9wt％陶瓷颗粒Al₂O₃、0.1wt％碳纳米管和11wt％聚偏氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，形成第一涂层浆料。然后经过干燥、冷压、裁切后得到正极。其中，第一涂层的涂覆厚度为60μm，宽度为5μm，第一涂层和第二涂层之间的交互宽度为1mm。

负极的制备：将人造石墨，羧甲基纤维素钠(CMC)和粘结剂丁苯橡胶按重量比97.7：1.3：1的比例溶于去离子水中，形成负极浆料。采用10μm厚度铜箔作为负极的集流体，将负极浆料涂覆于负极的集流体上，干燥，裁切后得到负极。

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/cm²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LiPF₆加入非水有机溶剂(碳酸乙烯酯(EC)：碳酸丙烯酯(PC)＝50：50，重量比)，LiPF₆的浓度为1.15mol/L，混合均匀，得到电解液。

锂离子电池的制备：将正极、隔离膜、负极按顺序依次叠好，使隔离膜处于正极和负极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。

实施例和对比例是在实施例1或实施例5的步骤的基础上进行参数变更，具体变更的参数如下面的表格所示。

下面描述本申请的各个参数的测试方法。

锂离子电池的容量测试：

在25±3℃环境中静置30min，以0.5C(1C为锂离子电池的额定容量)电流恒流充电至电压至3.6V(额定电压)，转恒压充电，电流至0.05C时停止充电；静置30min；以0.2C电流将锂离子电池放电至2.5V，静置30min；取放电容量作为锂离子电池的实际容量。

倍率放电容量保持率测试：

将锂离子电池置于25℃±2℃的恒温箱中静置2小时，以1C倍率进行充电至4.48V，然后在4.48V下恒压充电至0.05C。以1C倍率放电至3.0V进行循环性能测试，得到参考放电容量；以2C倍率放电至3.0V进行循环性能测试，得到实际放电容量，2C放电倍率下容量保持率＝实际放电容量/参考放电容量*100％。

导电剂BET的测试方法：

将电池拆解得到正极(含集流体、第一涂层和第二涂层)，使用碳酸二甲酯(DMC)溶剂将极片浸泡30min后清洗掉电解液，反复浸泡与清洗3次。然后将正极自然风干。风干后的极片，使用德亨DHTW-15取样切台，沿距离第二涂层0.5mm处将极片切开，得到含集流体和第一涂层的极片，然后裁切成长40mm的样品，共20份。将20份样品放入洁净的500mL烧杯中，加入NMP 200g浸泡1h，然后用镊子夹取样品清洗后，将铝箔捞出，得到含第一涂层的浆料。将烧杯浆料使用超声清洗机(频率10Hz)分散1h，然后将浆料倒入离心管，使用离心机离心(转速4000rpm，时间30min)，取上层液体超声分散后用0.5μm的滤纸过滤，并用NMP反复冲洗5次，将滤纸表面所得固态样品放入烤箱100℃烘烤30min，得到的粉末使用MicromeriticsTriStarⅡ3020设备测试其BET。

厚度的测试方法：

将电池拆解得到正极(含集流体、第一涂层和第二涂层)，使用DMC溶剂将极片浸泡30min后清洗掉电解液，反复浸泡与清洗3次。然后将正极自然风干。风干后的极片，使用万分尺分别测试极耳处空铝箔的厚度T3、极耳处第一涂层的极片厚度(要求测试第一涂层的中心)T4、第二涂层的极片厚度(要求测试第二涂层距离边缘50mm处)T5，然后通过公式计算：(1)第一涂层厚度T1＝(T4-T3)/2；(2)第二涂层厚度T2＝(T5-T3)/2。要求测试15组数据，取平均值。

第一涂层的电阻测试：

将电池拆解得到正极(含集流体、第一涂层和第二涂层)，使用DMC溶剂将极片浸泡30min后清洗掉电解液，反复浸泡与清洗3次。然后将正极自然风干。风干后的极片，使用德亨DHTW-15取样切台，沿距离第二涂层0.5mm处将极片切开，得到含集流体和第一涂层的极片，然后裁切成长*宽＝40mm*2mm的样品，共100份。将100份样品放入洁净的50mL烧杯中，加入NMP 10g浸泡1h，然后用镊子夹取样品清洗后，将铝箔捞出，得到含第一涂层的浆料。将烧杯浆料使用超声清洗机(频率10Hz)分散1h后，使用深圳科晶MSK-AFA-SC200平板涂覆机，50um的刮刀将浆料刮涂到10um厚的铝箔上，然后将刮涂极片放入烘箱120℃烘烤30min干燥。得到的第一涂层的极片样品使用日置BT3562电阻仪进行数据采集，接触铜柱直径14mm，测试压力25MPa(0.4t)，采点时间15s。将样品放置于两个铜柱之间，按下开关测试电阻。测试原理：交流四端子测试法，向测试物加载交流电流I_s，传感器采集测试物引起的电压降V_IS，根据欧姆定律推导相应电阻R。

表1示出了实施例1至7和对比例1的各个参数和评估结果。其中，在实施例3和4中，第一涂层中的陶瓷颗粒和导电剂的含量与实施例1不同。

在对比例1中，第一涂层的成分为88wt％的陶瓷颗粒Al₂O₃和12wt％聚偏氟乙烯(PVDF)。

在实施例4至7中，在第一涂层中添加了分散剂PVP，并且第一涂层的各成分含量与实施例1不同。

表1

其中，“/”表示不存在，下同。

通过比较实施例1至3和对比例1可知，通过在第一涂层中添加导电剂，电化学装置的容量和容量保持率均具有显著提升，这是由于第一涂层中的导电剂可以缓解或减轻对第二涂层的导电网络的破坏。

另外，通过比较实施例1至3可知，随着第一涂层中的导电剂的质量含量的增大，电化学装置的容量和容量保持率有增大的趋势。这是由于添加导电剂的第一涂层在扩散到第二涂层之后对第二涂层的导电网络的影响更小，有利于第二涂层的容量发挥和倍率性能。

通过比较实施例1和4可知，在第一涂层中添加聚吡咯烷酮(PVP)之后，电化学装置的容量和容量保持率提升。这是由于作为分散剂的PVP可以将导电剂包覆到陶瓷颗粒的表面，在保证第一涂层整体绝缘的前提下，改善单个陶瓷颗粒的导电性，即使第二涂层和第一涂层在涂布干燥过程中发生相互扩散，也不会对极片的外观有明显影响，而且因单个陶瓷颗粒已具备一定导电性，扩散到第二涂层之后也不再影响第二涂层的导电网络结构，从而改善电化学装置的容量发挥和动力学性能。通过比较2和5以及比较实施例3和6可以得到同样的结论。

通过比较实施例4至7可知，在导电剂含量较大时，第一涂层的电阻减小，会增加正极和负极接触短路的几率。

表2示出了实施例8至35的各个参数和评估结果。其中，在实施例8至11中，第一涂层中的陶瓷颗粒的种类与实施例5不同。

在实施例12至14中，第一涂层的陶瓷颗粒和粘结剂聚偏氟乙烯的质量含量与实施例5不同。

在实施例15至17中，第一涂层的分散剂的种类与实施例5不同。

在实施例18至20中，第一涂层的分散剂PVP的质量含量与实施例5不同。

在实施例21至24中，第一涂层的厚度与实施例5不同。

在实施例25和27中，第一涂层的宽度与实施例5不同。

在实施例28至32中，第一涂层中的导电剂的比表面积(BET)与实施例5不同。

在实施例33至35中，第一涂层和第二涂层的交互区宽度与实施例5不同。应该理解，该交互区是由第一涂层和第二涂层的重叠涂布或第一涂层向第二涂层的扩散引起的。

表2

通过比较实施例8至11可知，采用不同种类的陶瓷颗粒，均可以获得较好的电化学装置的容量和容量保持率，陶瓷颗粒种类对第一涂层与第二涂层交互区或重叠区构建导电网络的能力无明显影响，对第二涂层的容量发挥和放电倍率无明显影响。

通过比较实施例12至14可知，陶瓷颗粒的质量含量越高，PVDF的质量含量降低，第一涂层的导电性提升，与第二涂层形成的交互区构建导电网络能力越强，第二涂层的容量发挥和放电倍率更好。

通过比较实施例15至17可知，采用不同种类的分散剂，均可以获得较好的电化学装置的容量和容量保持率，第一涂层中的分散剂种类对与第二涂层形成的交互区构建导电网络能力无影响，不影响第二涂层的容量发挥和倍率放电。

通过比较实施例18至20可知，第一涂层中的分散剂改善导电剂的分散，有利于第一涂层和第二涂层的交互区导电网络构建，但过多分散剂会阻碍Li⁺扩散，影响第二涂层的容量发挥和倍率放电，第一涂层中的分散剂的质量含量优选小于等于0.7％。

通过比较实施例21至24可知，第一涂层的厚度越厚，则第一涂层与第二涂层形成的交互区中的绝缘陶瓷颗粒越多，不利于第二涂层的导电网络构建，从而恶化第二涂层的容量发挥和倍率性能。另外，第一涂层的厚度与第二涂层的厚度的比值优选小于等于0.7，以避免在冷压时冷压辊接触第一涂层导致第一涂层的损坏。

通过比较实施例25至27可知，在第一涂层和第二涂层的交互区宽度相同条件下，第一涂层的宽度对第二涂层的容量发挥和倍率性能无明显影响，但宽度太大会降低电化学装置的能量密度。

通过比较实施例28至32可知，第一涂层的导电剂的比表面积在50m²/g至1500m²/g时，导电剂的比表面积越大，越有利于第一涂层和第二涂层的交互区的导电网络的构建，容量发挥和倍率放电更优。但时在第一涂层的导电剂的比表面积小于50m²/g或者大于1500m²/g，第一涂层和第二涂层的交互区的导电网络的构建较差，容量发挥和倍率放电反而恶化。另外，导电剂的比表面积过大影响导电剂的均匀分散。

通过比较实施例33至35可知，第一涂层与第二涂层的交互区宽度越小，则第一涂层对第二涂层的导电网络影响越小，第二涂层的容量发挥和倍率性能越好。

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 (9)

1.一种电化学装置，其包括电极，所述电极包括集流体、第一涂层和第二涂层，所述第二涂层包括活性材料，所述第二涂层设置于所述集流体的至少一个表面上，所述第一涂层沿所述集流体靠近极耳部的侧边设置，并邻接于所述第二涂层或与所述第二涂层部分重合，其中，所述第一涂层包括陶瓷颗粒、粘结剂和导电剂。

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、碳纤维或石墨烯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，基于所述第一涂层的总质量，所述导电剂的质量含量为0.1％至1.4％。

4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一涂层还包括分散剂，所述分散剂包括酰胺化合物、脂类化合物或醚类化合物中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的电化学装置，其中，所述分散剂包括聚吡咯烷酮、聚丙烯酸脂、聚醚改性硅氧烷、聚醚改性聚丙烯酸酯、聚醚改性醇氧硅烷、脂肪酸甲酯、异丁醇胺、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯或聚(1,4-丁二醇丁二酸)酯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一涂层还包括分散剂，基于所述第一涂层的总质量，所述分散剂的质量含量为0.05％至0.7％。

7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足以下条件中的至少一个：

所述第一涂层还包括分散剂，所述第一涂层中的所述分散剂与所述导电剂的质量含量的比率为0.07至1；

所述第一涂层的厚度与所述第二涂层的厚度的比率小于等于0.7，并且所述第一涂层的厚度范围为20μm至100μm；

所述第一涂层的宽度范围为3mm至10mm；

所述导电剂的比表面积为50m²/g至1500m²/g。

8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置满足以下条件中的至少一个：

所述陶瓷颗粒包括氧化物、氮化物或碳化物中的至少一种；

所述陶瓷颗粒包括Al₂O₃、ZrO₂、TiN、Si₃N₄、SiC、TiC、Cr₃C₂、VC或B₄C中的至少一种；

所述第一涂层中的所述陶瓷颗粒的质量含量为77％至98％；

所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚酰亚胺或过氧乙酰硝酸酯中的至少一种；

所述第一涂层中的所述粘结剂的质量含量为1％至22％。

9.一种电子装置，包括根据权利要求1至8中任一项所述的电化学装置。

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