CN114122315A - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了电化学装置和电子装置。在本公开的一些实施例中提出一种电化学装置，包括：负极，负极包括负极集流体和位于负极集流体一侧或两侧的负极活性物质层；沿负极集流体的宽度方向，负极活性物质层包括边缘区和目标区，边缘区靠近负极集流体的侧边；边缘区单位面积的容量为A，目标区单位面积的容量为B，A大于B。本公开实施例能够提高电化学装置的安全性。

Description

电化学装置和电子装置
技术领域
本公开涉及电子技术领域，尤其涉及一种电化学装置和电子装置。
背景技术
目前，电化学装置，例如锂离子电池，被广泛应用在各个领域，随着使用工况的变化，对于电化学装置的安全性的要求也逐渐提高，目前的电化学装置的安全性期待进一步的改进。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本公开的目的在于提供一种电化学装置和电子装置。
在本公开的一些实施例中提出一种电化学装置，包括：负极，负极包括负极集流体和位于负极集流体一侧或两侧的负极活性物质层；沿负极集流体的宽度方向，负极活性物质层包括边缘区和目标区，边缘区靠近负极集流体的侧边；边缘区单位面积的容量为A，目标区单位面积的容量为B，A大于B。
一些实施例中，A/B≥1.5。一些实施例中，3.1≥A/B≥1.6。
一些实施例中，边缘区包括沿负极集流体的宽度方向设置的第一边缘区和第二边缘区；沿负极集流体的宽度方向，目标区位于第一边缘区和第二边缘区之间。
一些实施例中，目标区的负极材料包括碳材料，边缘区的负极材料包括含硅材料、或者包括含硅材料和碳材料；或者，
目标区和边缘区的负极材料包括碳材料和含硅材料，边缘区的含硅材料的质量百分含量高于目标区的含硅材料的质量百分含量。
一些实施例中，满足以下条件中的至少一个：碳材料包括石墨、硬碳或软碳中的至少一种；含硅材料包括硅氧化合物或硅碳化合物中的至少一种。
一些实施例中，边缘区的含硅材料为硅氧化合物，边缘区的硅氧化合物在边缘区的负极材料中的质量百分含量为20％至100％。
一些实施例中，边缘区的含硅材料为碳化硅，边缘区的碳化硅在边缘区的负极材料中的质量百分含量为20％至80％。
一些实施例中，电化学装置包括正极和隔离膜，隔离膜位于正极和负极之间；正极包括正极集流体和位于正极集流体一侧或两侧的正极活性物质层，边缘区在正极集流体的宽度方向上超出正极集流体的边。
本公开还提供了一种电子装置，包括上述电极组件或包括上述电化学装置。
本公开提出的一种电化学装置，负极的边缘区单位面积的容量大于目标区单位面积的容量，边缘区能够提供较多的嵌锂空位，从而可以显著改善负极OH区(负极超出正极边缘的区域，Overhang区)的析锂风险，延长了使用寿命，避免了因为析锂导致的自燃或爆炸风险，提高了安全性。
附图说明
图1是本申请一些实施例中的电化学装置的截面图。
图2是本申请一些实施例中的正极(b)和负极(a)的截面图。
图3是本申请一些实施例中的正极(b)和负极(a)的俯视图。
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。
电化学装置，以锂离子电池为例，在使用过程中,由于电极组件内部结构设计的特点：为保证正极脱出的Li+离子可以完全嵌入负极，考虑到制造工艺的需要，通常需保证单侧负极的分切宽度大于正极分切宽度，保证电极组件的安全性。通常称负极超出正极边缘的区域，为Overhang区，简称OH区域，负极与正极一一对应的区域为负极的主体区域。然而在实际应用中，由于极片电流密度分布的差异(边缘位置的电流密度较高)以及负极OH区域阻抗的差异(OH区域正负极极片界面粘结较弱)，相比于主体区域，负极OH区更容易出现析锂，简称负极OH析锂，在电化学装置首次充电或循环后容易出现OH区析锂问题，无可避免的影响使用安全以及循环寿命。一些技术中，通过改善OH区极片的嵌锂动力学来改善或消除OH区析锂问题，比如OH区直接涂覆嵌锂动力学更好的负极活性物质层，或者采用多层涂覆方式，降低边缘区的阻抗，加速Li+在OH区的嵌入，对边缘OH区析锂问题可起到一定程度的解决，但通常边缘涂覆高动力学的负极材料，存在首效较低、可脱嵌锂容量偏低的问题，仍有可能由于嵌锂容量不足导致析锂的风险。
本公开一些实施例中，提出一种电化学装置，能够改善负极边缘OH区析锂问题，可有效缓解负极首次充电或循环过程中出现的OH析锂问题，从而提高了电化学装置的安全性和使用寿命。
在本申请的一些实施例中，提出一种电化学装置，包括：负极，也可以包括正极和设置在正极与负极之间的隔离膜。负极包括负极集流体和位于负极集流体一侧或两侧的负极活性物质层；负极集流体可以采用铜箔或铝箔，沿负极集流体的宽度方向，负极活性物质层包括边缘区和目标区，边缘区靠近负极集流体的侧边；边缘区单位面积的容量为A，目标区单位面积的容量为B，A大于B。
在本申请的一些实施例中，边缘区可以包括OH区，目标区可以是非OH区，负极的边缘区涂覆的负极材料的克容量，可以高于目标区涂覆的负极材料的克容量，当目标区的负极活性物质层与边缘区的负极活性物质层在相同厚度时，边缘区单位面积的负极活性物质层的容量显著提升，对于目标区和边缘区采用如下公式单位面积的容量＝单位面积的涂覆质量×负极材料的质量百分含量×负极材料的克容量，由于边缘区单位面积的容量大于目标区，因此边缘区能够提供更多的嵌锂空位，容量表现为嵌锂能力，也可称为嵌锂容量，嵌锂容量显著提升，由于边缘区具有较多的嵌锂空位，锂离子能够很好的嵌入这些嵌锂空位，从而可以有效缓解负极首次充满或循环过程中出现的边缘区析锂问题，提高电池的安全性和使用寿命。
一些实施例中，可能对技术效果产生影响的因素目前主要如下：一是边缘区负极材料及质量百分含量，该要素决定其与目标区的负极活性物质层嵌锂容量的差异程度；其次是边缘区的负极活性物质层的涂覆范围以及涂覆量，边缘区的负极活性活性物质涂覆范围可以包括并超出OH区，有利于提高负极整体的嵌锂容量，进而起到提高能量密度的作用。
在本申请的一些实施例中，A/B≥1.5，此时边缘区能够提供较多的嵌锂空位，避免边缘区与主体区接触位置因为锂离子堆积造成的析锂。
在本申请的一些实施例中，3.1≥A/B≥1.6，此时一方面可以进一步提高边缘区的嵌锂能力，避免析锂，另一方面，防止边缘区嵌锂空位过多，造成边缘区负载的负极活性物质层过多。
在本申请的一些实施例中，边缘区包括沿负极集流体的宽度方向设置的第一边缘区和第二边缘区；沿负极集流体的宽度方向，目标区位于第一边缘区和第二边缘区之间。在一些实施例中，由于设置有第一边缘区和第二边缘区从而可以在宽度方向两侧防止目标区析锂，充分避免析锂的发生。
在本申请的一些实施例中，目标区的负极材料包括碳材料，边缘区的负极材料包括含硅材料、或者包括含硅材料和碳材料。一些实施例中，不同的材料的容量不同，含硅材料的容量大于碳材料，因此，在边缘区中采用了含硅材料，从而提高了边缘区的容量。
在本申请的一些实施例中，目标区和边缘区的负极材料包括碳材料和含硅材料，边缘区的含硅材料的质量百分含量高于目标区的含硅材料的质量百分含量。一些实施例中，边缘区和目标区中都具有含硅材料，但是边缘区中含有更多的含硅材料，含硅材料具有相比于碳材料更高的克容量，这样也能够使得边缘区单位面积的容量大于目标区单位面积的容量。
在本申请的一些实施例中，碳材料包括石墨、硬碳或软碳中的至少一种。在一些实施例中，含硅材料包括硅氧化合物或硅碳化合物中的至少一种，硅氧化合物可以是氧化硅或氧化亚硅，硅碳化合物可以是碳化硅。
在本申请的一些实施例中，边缘区的含硅材料为硅氧化合物，边缘区的硅氧化合物在边缘区的负极材料中的质量百分含量为20％至100％。在本申请的一些实施例中，边缘区的含硅材料为碳化硅，边缘区的碳化硅在边缘区的负极材料中的质量百分含量为20％至80％。
在本申请的一些实施例中，电化学装置包括正极和隔离膜，隔离膜位于正极和负极之间；正极包括正极集流体和位于正极集流体一侧或两侧的正极活性物质层，边缘区在正极集流体的宽度方向上超出正极集流体的边。一些实施例中，负极集流体的宽度方向与正极集流体的宽度方向相同，边缘区在正极集流的宽度方向上超出正极集流体的边，这表明边缘区包括了OH区。
一些实施例中，请参考图1至图3，电化学装置可以包括正极、负极和隔离膜，隔离膜设置在正极和负极之间，正极包括正极集流体和位于正极集流体一侧或两侧的正极活性物质层3，负极的负极活性物质层包括厚度相同均为d的边缘区1和目标区2，结合图1，目标区2与正极活性物质层3对应，边缘区1可以包括第一边缘区11和第二边缘区12，第一边缘区11的宽度为W1，第二边缘区12的宽度为W2，目标区2的宽度为W3，正极活性物质层3的宽度为W4，W3可以和W4相等，电化学装置中目标区2可以和正极活性物质层3相对，此时第一边缘区11和第二边缘区12分别为目标区2两侧的OH区，由于第一边缘区11和第二边缘区12单位面积的容量大于目标区2单位面积的容量，因此可以提供更多的嵌锂空位，防止析锂，提高安全性。
可以理解的是，本申请中，两个元素相同或相等指的是这两个元素大体或相等。如本文中所使用，术语“大致”、“大体”、“大体上”、“实质”及“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。
本申请一些实施例中公开了一种电化学装置，电化学装置的负极的目标区涂覆含石墨或低硅含量的负极活性物质涂层，边缘区涂覆含高硅含量的负极活性物质涂层。通过边缘区的嵌锂空位数量多于目标区的嵌锂空位，可以显著改善负极边缘区的析锂风险，延长电化学装置的使用寿命，避免因极片析锂导致的自燃或爆炸风险。
本公开的一些实施例提供了一种电化学装置，包括正极、负极以及设置于正极和负极之间的隔离膜。正极可以包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性物质层。在一些实施例中，正极具有正极活性物质层，正极活性物质层可以仅涂覆在正极集流体的部分区域上。正极活性物质层可以包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。正极集流体可以采用Al箔，同样，也可以采用本领域常用的其他正极集流体。导电剂可以包括导电炭黑、片层石墨、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种的组合。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、羧甲基纤维素纳、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、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种的组合。正极活性物质包括但不限于钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝酸锂和镍钴锰酸锂中的一种或几种的组合，以上正极活性物质可以包括经过掺杂或包覆处理的正极活性物质。
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、聚酰亚胺和芳纶中的一种或几种的组合。例如，聚乙烯包括选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯中的一种或几种的组合。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，隔离膜表面还可包括多孔层，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、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或几种的组合。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、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种的组合。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。
在一些实施例中，负极可以包括负极集流体，负极集流体可以为铜箔、铝箔、镍箔、碳基集流体中的一种或几种的组合。在一些实施例中，负极具有负极活性物质层。在一些实施例中，负极活性物质层可以设置于负极集流体上。负极具有第一侧和第二侧，在本公开的实施例中，可以在第一侧和第二侧中的任意一个或两个上都设置有负极活性物质层，负极活性物质层的单位面积容量是指：当负极的集流体的一个表面设置有负极活性物质层时，负极上的具有负极活性物质层的区域的单位面积容量。举例说明，以集流体是铜箔为例，在铜箔任一面的涂覆区域设置负极活性物质，形成单面具有负极活性物质层的负极，该负极在涂覆区域上的单位面积的容量，就是该负极的单位面积容量。负极的单位面积容量取决于所选用的负极活性物质以及在单位面积上涂覆的负极活性物质的量。当负极的两侧均有负极活性物质层时，单位面积的容量是指两侧负极活性物质层单位面积容量的和。
正极活性物质层包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂和镍钴酸锂中的一种或多种。在本公开的一些实施例中，电化学装置为卷绕式或堆叠式。
在一些实施例中，电化学装置包括锂离子电池，但是本公开不限于此。例如，电化学装置可以包括电解液。在一些实施例中，电解液包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、丙酸丙酯(PP)中的至少两种。此外，电解液还可以额外地包括作为电解液添加剂的碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和二腈化合物中的至少一种。
在本公开的一些实施例中，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及循环测试。
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。
本公开的实施例还提供了包括上述电化学装置的电子装置。在一些实施例中，电子装置可以包括手机、平板电脑、充电等使用充电电池的任何电子装置。
下面列举了一些具体实施例和对比例以更好地对本公开进行说明。实施例和对比例中正极、负极和隔离膜的结构可参考图1至图3。
实施例1
正极的制备：将正极材料钴酸锂(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18.69mg/cm2，经过干燥、冷压、裁切后得到正极，冷压过程的正极活性物质层的压实密度为4.15g/cm3，分切后正极宽度W4为92mm。
负极极片的制备：将20％SiOx材料(克容量为1545mAh/g)和80％石墨材料(克容量为355mAh/g)、分散剂(羧甲基纤维素钠)和粘结剂丙烯酸酯、导电剂(导电炭黑、碳纳米管CNT)按重量比95.5：0.5：3.5：0.5的比例溶于去离子水中，形成浆料1；将100％石墨材料(克容量为355mAh/g)、粘结剂丁苯橡胶、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比97.7：0.6：0.7的比例溶于去离子水中，形成浆料2。采用10μm厚度铜箔作为负极集流体，优先将浆料2涂覆于负极集流体上，涂覆量为9.83mg/cm2，干燥，得到负极活性物质层2，然后将负极浆料1涂覆在含负极活性物质层2的极片边缘两侧，涂覆量为9.63mg/cm2，干燥，进行两次冷压(第一次目标压实密度1.65g/cm3，第二次目标压实密度1.70g/cm3，中间间隔2小时以上)，裁切后得到负极，分切后负极活性物质层1在负极两侧的宽度W1和W2均为2.0mm,负极活性物质层2的涂覆宽度W3为92.0mm,极片厚度为124.0μm(含10μm Cu集流体厚度)。
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，容量，脱气，切边等工艺流程得到锂离子电池。
实施例2
实施例2与实施例1的区别仅在于负极的制备，其余步骤相同。
实施例2将40％SiOx材料(克容量为1545mAh/g)和60％石墨材料(克容量为355mAh/g)、分散剂(羧甲基纤维素钠)和粘结剂丙烯酸酯、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比93.0：1.0：5.5：0.5的比例溶于去离子水中，形成浆料1；将100％石墨材料(克容量为355mAh/g)、粘结剂丁苯橡胶、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比97.7：0.6：0.7的比例溶于去离子水中，形成浆料2。采用10μm厚度铜箔作为负极集流体，优先将浆料2涂覆于负极集流体上，涂覆量为9.83mg/cm2，干燥，得到负极活性物质层2，然后将负极浆料1涂覆在含负极活性物质层2极片边缘两侧，涂覆量为9.63mg/cm2，干燥，进行两次冷压(第一次目标压实密度1.65g/cm3，第二次目标压实密度1.70g/cm3，中间间隔2小时以上)，裁切后得到负极极片，分切后负极活性物质层1在极片两侧的宽度W1和W2均为2.0mm,负极活性物质层2的涂覆宽度W3为92.0mm,负极厚度为124.0μm(含10μm的Cu集流体厚度)。
实施例3
实施例3与实施例1的区别仅在于负极的制备，其余步骤相同。
实施例3将80％SiOx材料(克容量为1545mAh/g)和20％石墨材料(克容量为355mAh/g)、分散剂(羧甲基纤维素钠)和粘结剂丙烯酸酯、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比88.5：1.5：8.0：2.0的比例溶于去离子水中，形成浆料1；将100％石墨材料(克容量为355mAh/g)、粘结剂丁苯橡胶、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比97.7：0.6：0.7的比例溶于去离子水中，形成浆料2。采用10μm厚度铜箔作为负极集流体，优先将浆料2涂覆于负极集流体上，涂覆量为9.83mg/cm2，干燥，得到负极活性物质层2，然后将负极浆料1涂覆在含负极活性物质层2极片边缘两侧，涂覆量为9.12mg/cm2，干燥，进行两次冷压(第一次目标压实密度1.65g/cm3，第二次目标压实密度1.70g/cm3，中间间隔2小时以上)，裁切后得到负极极片，分切后负极活性物质层1在极片两侧的宽度W1和W2均为2.0mm,负极活性物质层2的涂覆宽度W3为92.0mm,负极厚度为124.0μm(含10μm的Cu集流体厚度)。
实施例4
实施例4与实施例1的区别仅在于负极的制备，其余步骤相同。
实施例4将100％SiOx材料(克容量为1545mAh/g)、分散剂(羧甲基纤维素钠)和粘结剂丙烯酸酯、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比88.5：1.5：8.0：2.0的比例溶于去离子水中，形成浆料1；将100％石墨材料(克容量为355mAh/g)、粘结剂丁苯橡胶、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比97.7：0.6：0.7的比例溶于去离子水中，形成浆料2。采用10μm厚度铜箔作为负极集流体，优先将浆料2涂覆于负极集流体上，涂覆量为9.83mg/cm2，干燥，得到负极活性物质层2，然后将负极浆料1涂覆在含负极活性物质2极片边缘两侧，涂覆量为7.41mg/cm2，干燥，进行两次冷压(第一次目标压实密度1.65g/cm3，第二次目标压实密度1.70g/cm3，中间间隔2小时以上)，裁切后得到负极极片，分切后负极活性物质层1在极片两侧的宽度W1和W2均为2.0mm,负极活性物质层2的涂覆宽度W3为92.0mm,负极厚度为124.0μm(含10μm Cu集流体厚度)。
对比例1
对比例1与实施例1的区别仅在于负极的制备，其余步骤相同。
对比例1将100％石墨材料(克容量为355mAh/g)、粘结剂丁苯橡胶、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比97.7：0.6：0.7的比例溶于去离子水中，形成浆料。采用10μm厚度铜箔作为负极集流体，将浆料涂覆于负极集流体上，涂覆量为9.83mg/cm2，干燥，得到负极活性物质层，进行两次冷压(第一次目标压实密度1.65g/cm3，第二次目标压实密度1.70g/cm3，中间间隔2小时以上)，裁切后得到负极，分切后负极活性物质在极片两侧的宽度W1和W2均为2.0mm(边缘区宽度，即OH区域宽度),负极活性物质的涂覆宽度W3为92.0mm(目标区宽度),极片厚度为124.0μm(含10μm Cu集流体厚度)。
实施例5
正极的制备：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20.11mg/cm2，经过干燥、冷压、裁切后得到正极，冷压过程的正极活性物质层的压实密度为4.23g/cm3，分切后正极宽度W4为92mm。
负极的制备：实施例5将20％SiC材料(克容量为1620mAh/g)和80％石墨材料(克容量为358mAh/g)、分散剂(羧甲基纤维素钠)和粘结剂丙烯酸酯、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比95.5：0.5：3.5：0.5的比例溶于去离子水中，形成浆料1；将5％SiC材料(克容量为1620mAh/g)和95％石墨材料(克容量为358mAh/g)、分散剂(羧甲基纤维素钠)和粘结剂丁苯橡胶、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比97.0：0.7：1.5：0.8的比例溶于去离子水中，形成浆料2。采用10μm厚度铜箔作为负极集流体，优先将浆料2涂覆于负极集流体上，涂覆量为8.59mg/cm2，干燥，得到负极活性物质层2，然后将负极浆料1涂覆在含负极活性物质层2极片边缘两侧，涂覆量为9.66mg/cm2，干燥，进行两次冷压(第一次目标压实密度1.75g/cm3，第二次目标压实密度1.82g/cm3，中间间隔2小时以上)，裁切后得到负极，分切后负极活性物质层1在极片两侧的宽度W1和W2均为1.0mm,负极活性物质层2的涂覆宽度W3为92.0mm,负极厚度为130.7μm(含10μm的Cu集流体厚度)。
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、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，容量，脱气，切边等工艺流程得到锂离子电池。
实施例6
实施例6与实施例5的区别仅在于负极的制备，其余步骤相同。
实施例6将80％SiC材料(克容量为1620mAh/g)和20％石墨材料(克容量为358mAh/g)、分散剂(羧甲基纤维素钠)和粘结剂丙烯酸酯、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比88.5：1.5：8.0：2.0的比例溶于去离子水中，形成浆料1；将5％SiC材料(克容量为1620mAh/g)和95％石墨材料(克容量为358mAh/g)、分散剂(羧甲基纤维素钠)和粘结剂丁苯橡胶、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比97.0：0.7：1.5：0.8的比例溶于去离子水中，形成浆料2。采用10μm厚度铜箔作为负极集流体，优先将浆料2涂覆于负极集流体上，涂覆量为8.59mg/cm2，干燥，得到负极活性物质层2，然后将负极浆料1涂覆在含负极活性物质层2极片边缘两侧，涂覆量为7.85mg/cm2，干燥，进行两次冷压(第一次目标压实密度1.75g/cm3，第二次目标压实密度1.82g/cm3，中间间隔2小时以上)，裁切后得到负极，分切后负极活性物质层1在极片两侧的宽度W1和W2均为2.0mm,负极活性物质层2的涂覆宽度W3为92.0mm,负极厚度为130.7μm(含10μm Cu集流体厚度)。
对比例2
对比例2与实施例5的区别仅在于负极的制备，其余步骤相同。
对比例2将5％SiC材料(克容量为1620mAh/g)和95％石墨材料(克容量为358mAh/g)、分散剂(羧甲基纤维素钠)和粘结剂丁苯橡胶、导电剂(导电炭黑、CNT)按重量比97.0：0.7：1.5：0.8的比例溶于去离子水中，形成浆料2。采用10μm厚度铜箔作为负极集流体，优先将浆料2涂覆于负极集流体上，涂覆量为8.59mg/cm2，干燥，得到负极活性物质层，进行两次冷压(第一次目标压实密度1.75g/cm3，第二次目标压实密度1.82g/cm3，中间间隔2小时以上)，裁切后得到负极极片，分切后负极活性物质在极片两侧的宽度W1和W2均为2.0mm(边缘区宽度，即OH区宽度),负极活性物质的涂覆宽度W3为94.0mm(目标区宽度),极片厚度为124.0μm(含10μm Cu集流体厚度)。
性能测试
锂离子电池析锂测试：在17℃下，以1.3C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0.025C，静置5min，然后再以0.5C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大于2mm2的区域析锂则判定为负极析锂。另外，可以通过扫描电镜观察是否形成锂枝晶。
循环析锂测试
将锂离子电池置于25℃±2℃的恒温箱中静置2小时，以1.3C倍率进行充电至4.45V(电压值为各实施例的充电截止电压)，然后在4.45V(电压值为各实施例的充电截止电压)下恒压充电至0.025C并且静置15分钟。随后以0.5C倍率放电至3.0V，静置5分钟，此为一次充放电循环过程。以首次放电的容量为100％，反复进行充放电循环过程，以每个循环的放电容量和首次放电容量的比值作为评价锂离子电池的循环性能的指标。电池循环到700圈后，以1.3C倍率进行充电至4.45V(电压值为各实施例的充电截止电压)，然后在4.45V(电压值为各实施例的充电截止电压)下恒压充电至0.025C，拆解电池，确认满充阳极极片是否有析锂。
实施例和对比例中负极活性物质层2为主体区，负极活性物质层1为边缘区。
表1
Figure BDA0003367184630000131
Figure BDA0003367184630000141
表1示出了实施例1至4和对比例1的各个参数和评估结果，从表1可以看出，当A/B大于1时，即边缘区单位面积容量大于主体区单位面积容量时，锂离子电池具有相比于对比例1更高的循环容量保持率、更低的循环膨胀率，并且均不会发生析锂。这是因为负极边缘区提供了较多的嵌锂空位，能够使得锂离子不易析出，进而防止了容量损失以及析出的锂与电解液反应。
从表1还可以看出，随着边缘区含硅材料质量百分含量的增加，循环容量保持率增加到一定数值后保持不变，循环膨胀率逐渐减小，这是因为含硅材料具有更高的克容量，提高含硅材料的质量百分含量，可以增加嵌锂空位，进而提高了A/B的比值，有利于改善OH区(即边缘区)析锂问题，有利于改善电芯的循环寿命和循环膨胀。
表2
Figure BDA0003367184630000142
表2示出了实施例5至6和对比例2的各个参数和评估结果，实施例5至6的评估结果表明，负极的边缘区的在含有不同SiC含量的条件下，均有利于改善析锂问题，同时提高SiC含量可以提高A/B比值，有利于改善电化学装置的循环寿命和循环膨胀。
以上描述仅为本公开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，本公开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，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，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。例如上述特征与本公开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 (10)

1.一种电化学装置，其特征在于，包括：
负极，所述负极包括负极集流体和位于负极集流体一侧或两侧的负极活性物质层；
沿所述负极集流体的宽度方向，所述负极活性物质层包括边缘区和目标区，所述边缘区靠近所述负极集流体的侧边；
所述边缘区单位面积的容量为A，所述目标区单位面积的容量为B，A大于B。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，
A/B≥1.5。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，
3.1≥A/B≥1.6。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，
所述边缘区包括沿所述负极集流体的宽度方向设置的第一边缘区和第二边缘区；
沿所述负极集流体的宽度方向，所述目标区位于所述第一边缘区和第二边缘区之间。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，
所述目标区的负极材料包括碳材料，所述边缘区的负极材料包括含硅材料、或者包括含硅材料和碳材料；
或者，
所述目标区和所述边缘区的负极材料包括碳材料和含硅材料，所述边缘区的含硅材料的质量百分含量高于所述目标区的含硅材料的质量百分含量。
6.根据权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：
所述碳材料包括石墨、硬碳或软碳中的至少一种；
所述含硅材料包括硅氧化合物或硅碳化合物中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，
所述边缘区的含硅材料为硅氧化合物，所述边缘区的所述硅氧化合物在所述边缘区的负极材料中的质量百分含量为20％至100％。
8.根据权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，
所述边缘区的含硅材料为碳化硅，所述边缘区的所述碳化硅在所述边缘区的负极材料中的质量百分含量为20％至80％。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，
所述电化学装置包括正极和隔离膜，所述隔离膜位于所述正极和负极之间；所述正极包括正极集流体和位于所述正极集流体一侧或两侧的正极活性物质层，所述边缘区在所述正极集流体的宽度方向上超出所述正极集流体的边。
10.一种电子装置，包括根据权利要求1至9中任一项所述的电化学装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114597335A (zh) * 2022-03-02 2022-06-07 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及包括该负极片的电池
CN115172661A (zh) * 2022-08-31 2022-10-11 江苏时代新能源科技有限公司 极片、电极组件、电池单体、电池及用电装置
CN116825957A (zh) * 2023-08-28 2023-09-29 深圳市德兰明海新能源股份有限公司 二次电池及其制备方法、用电装置
WO2024026675A1 (zh) * 2022-08-02 2024-02-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205231171U (zh) * 2015-11-30 2016-05-11 上海比亚迪有限公司 一种锂离子电池负极极片及电池
CN111029527A (zh) * 2019-12-11 2020-04-17 宁德新能源科技有限公司 负极和包含所述负极的电化学装置及电子装置
CN111916844A (zh) * 2020-08-13 2020-11-10 东莞新能安科技有限公司 电化学装置及电子装置
CN112310343A (zh) * 2020-11-02 2021-02-02 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及含有该负极片的锂离子电池
WO2021184262A1 (zh) * 2020-03-18 2021-09-23 宁德新能源科技有限公司 一种锂离子电池的电芯、其制备方法及包含其的锂离子电池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205231171U (zh) * 2015-11-30 2016-05-11 上海比亚迪有限公司 一种锂离子电池负极极片及电池
CN111029527A (zh) * 2019-12-11 2020-04-17 宁德新能源科技有限公司 负极和包含所述负极的电化学装置及电子装置
WO2021184262A1 (zh) * 2020-03-18 2021-09-23 宁德新能源科技有限公司 一种锂离子电池的电芯、其制备方法及包含其的锂离子电池
CN111916844A (zh) * 2020-08-13 2020-11-10 东莞新能安科技有限公司 电化学装置及电子装置
CN112310343A (zh) * 2020-11-02 2021-02-02 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及含有该负极片的锂离子电池

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114597335A (zh) * 2022-03-02 2022-06-07 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及包括该负极片的电池
WO2024026675A1 (zh) * 2022-08-02 2024-02-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置
CN115172661A (zh) * 2022-08-31 2022-10-11 江苏时代新能源科技有限公司 极片、电极组件、电池单体、电池及用电装置
CN116825957A (zh) * 2023-08-28 2023-09-29 深圳市德兰明海新能源股份有限公司 二次电池及其制备方法、用电装置

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