CN114447443A - 电化学装置、电化学装置的制造方法及用电设备 - Google Patents

电化学装置、电化学装置的制造方法及用电设备 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种电化学装置、电化学装置的制造方法及用电设备，该电化学装置包括第一离子绝缘层，第一离子绝缘层设置于第一极片的至少一个表面，第二极片连接有第二极耳，在第一极片、隔膜和第二极片层叠卷绕状态下，第一离子绝缘层位于第二极耳和第一极片之间，第一离子绝缘层用于对第二极耳和第一极片之间绝缘。通过在第一极片上设置第一离子绝缘层，可以防止第一极片对应第二极耳的位置发生脱锂，并可防止第二极片发生析锂，相较于传统的胶纸，第一离子绝缘层的厚度更小，可节省电化学装置的内部空间，以提高电化学装置的能量密度。

Description

电化学装置、电化学装置的制造方法及用电设备
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、电化学装置的制造方法及用电设备。
背景技术
锂离子电池因具有高能量密度、长循环性以及污染小等特点，被广泛的应用在手机、平板、笔记本电脑以及电动车等产品中。随着市场的快速发展以及科技的进步，对锂离子电池的能量密度要求也越来越高，锂离子电池的内阻会影响锂离子电池的快充性能，如何使得锂离子电池在提高快充性能的同时兼具高能量密度，是目前亟需解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提供了一种电化学装置、电化学装置的制造方法及用电设备，以至少提高电化学装置的能量密度。
本申请的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请的提供了一种电化学装置，包括第一极片、第二极片和隔膜，所述隔膜设置于所述第一极片和所述第二极片之间，所述第一极片、隔膜和第二极片依次层叠并卷绕设置。该电化学装置还包括第一离子绝缘层，所述第一离子绝缘层设置于所述第一极片的至少一个表面，所述第二极片连接有第二极耳，在所述第一极片、隔膜和第二极片层叠卷绕状态下，所述第一离子绝缘层位于所述第二极耳和所述第一极片之间，所述第一离子绝缘层用于对所述第二极耳和所述第一极片之间绝缘。
在本申请实施例的技术方案中，通过在第一极片上设置第一离子绝缘层，可以防止第一极片对应第二极耳的位置发生脱锂，并可防止第二极片发生析锂，相较于传统的胶纸，第一离子绝缘层的厚度更小，可节省电化学装置的内部空间，以提高电化学装置的能量密度。可以理解的是，沿第二极片的长度方向，第二极耳设置于第二极片的中间时，可有效降低电化学装置的内阻，以提高电化学装置的快充性能，使得本实施例中的电化学装置可兼具高能量密度的同时提高快充性能。
根据本申请的一些实施例，所述电化学装置还包括第二离子绝缘层。所述第二离子绝缘层设置于所述第二极片的至少一个表面，所述第一极片设置有第一极耳，在所述第一极片、隔膜和第二极片层叠卷绕状态下，所述第二离子绝缘层位于所述第一极耳和所述第二极片之间，所述第二离子绝缘层用于对所述第一极耳和所述第二极片之间绝缘。
通过在第二极片上设置第二离子绝缘层，可以防止第一极片的第一极耳处发生脱锂，并可防止第二极片发生析锂，相较于传统的胶纸，第二离子绝缘层的厚度更小，可进一步节省电化学装置的内部空间，以提高电化学装置的能量密度。
根据本申请的一些实施例，所述第一极片设置有第一凹槽，所述第一极耳设置于所述第一凹槽，所述第二离子绝缘层完全覆盖所述第一凹槽。
第一凹槽可收容第一极耳，从而可节省电化学装置的内部空间，以提高电化学装置的能量密度，而第二离子绝缘层则完全覆盖第一凹槽，以隔离第一凹槽和第二极片，从而缓解第一极片的脱锂并可缓解第二极片的析锂。
根据本申请的一些实施例，所述第二极片设置有第二凹槽，所述第二极耳设置于所述第二凹槽，所述第一离子绝缘层完全覆盖所述第二凹槽。
第二凹槽同第一凹槽一样，设置第二凹槽可节省电化学装置的内部空间，以进一步提高电化学装置的能量密度，而第一离子绝缘层则完全覆盖第二凹槽，以隔离第二凹槽和第一极片，从而缓解第一极片的脱锂并可缓解第二极片的析锂。
根据本申请的一些实施例，所述第一离子绝缘层和所述第二离子绝缘层均满足以下条件中的至少一个：
(a)、所述第一离子绝缘层和所述第二离子绝缘层的密度均为0.1mg/cm2-20mg/cm2，以隔绝锂离子；
(b)、在3V-4.55V的电压区间内，所述第一离子绝缘层和所述第二离子绝缘层均不会发生氧化还原反应；第一离子绝缘层和第二离子绝缘层的化学性质稳定，以提高电化学装置具有的使用寿命；
(c)、所述第一离子绝缘层和所述第二离子绝缘层在碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸丙烯酯中溶解度均小于0.01g/100g；以保证第一离子绝缘层和第二离子绝缘层的化学性质稳定，提高电化学装置的使用寿命；
(d)、所述第一离子绝缘层和所述第二离子绝缘层的离子电导率均小于或等于100pS/m(离子电导率单位：S/m(西门子/米)，1.0S/m＝1.0×1012pS/m)；以绝缘第一极片和第二极片；
(e)、所述第一离子绝缘层和所述第二离子绝缘层的粘度均为100mPa·s-30000mPa·s(粘度单位：毫帕·秒)；以保证第一离子绝缘层和第二离子绝缘层稳定附着于第一极片或第二极片上。
根据本申请的一些实施例，所述第一离子绝缘层和第二离子绝缘层均为二甲基硅油或乙基硅油。
二甲基硅油或乙基硅油均具有卓越的耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理惰性和较小的表面张力，此外还具有低的粘温系数、较高的抗压缩性。因此，本实施例中的第一离子绝缘层的化学性质更为稳定，其使用寿命更长。
根据本申请的一些实施例，沿所述第一离子绝缘层至所述第一极片的方向，所述第一离子绝缘层的厚度为0.1μm-3μm；沿所述第二离子绝缘层至所述第二极片的方向，所述第二离子绝缘层的厚度为0.1μm-3μm。
根据本申请的一些实施例，沿所述第一离子绝缘层至所述第一极片的方向，所述第一离子绝缘层的厚度为0.1μm-2μm；沿所述第二离子绝缘层至所述第二极片的方向，所述第二离子绝缘层的厚度为0.1μm-2μm。
相较于传统的胶纸，第一离子绝缘层的厚度更小，可节省电化学装置的内部空间，以提高电化学装置的能量密度。
根据本申请的一些实施例，第二方面，本申请还提供了一种制造如上述任一实施例所述的电化学装置的方法，所述方法包括：
S10，提供第一极片和第一极耳，所述第一极片设置有第一凹槽，所述第一极耳设置于所述第一凹槽；
S20，提供第二极片和第二极耳，所述第二极片设置有第二凹槽，所述第二极耳设置于所述第二凹槽；
S30，在第一极片的表面涂敷上第一离子绝缘层，并在第二极片的表面涂敷上第二离子绝缘层；
S40，提供隔膜，将第一极片、隔膜和第二极片依次层叠并卷绕，其中，所述第一离子绝缘层完全覆盖所述第一凹槽，所述第二离子绝缘层完全覆盖所述第二凹槽。
第一凹槽用于收容第一极耳，第二凹槽可收容第二极耳，从而可节省电化学装置的内部空间，以提高电化学装置的能量密度。而第二离子绝缘层则完全覆盖第一凹槽，以隔离第一凹槽和第二极片，第一离子绝缘层则完全覆盖第二凹槽，以隔离第二凹槽和第一极片，从而可缓解第一极片的脱锂并可缓解第二极片的析锂。
根据本申请的一些实施例，第三方面，本申请还提供了一种用电设备，包括如上述任一实施例所述的电化学装置。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。
图1为本申请一些实施例的第一极片和第二极片的结构示意图；
图2为本申请一些实施例的第一极片、隔膜第二极片的层叠卷绕示意图；
图3为本申请一些实施例的第一极片、隔膜第二极片的层叠卷绕的结构示意图；
图4为本申请一些实施例的第一极片的俯视图；
图5为本申请一些实施例的第一极片的左视图；
图6为本申请一些实施例的第一极片和第二极片的层叠示意图；
图7为本申请一些实施例的第一极片和第二极片的结构示意图；
图8为本申请一些实施例的第一极片和第二极片的层叠示意图；
图9为本申请一些实施例的制造电化学装置的方法的流程图；
图10为本申请一些实施例的测试离子绝缘层的电导率的方法的流程图；
图11为本申请一些实施例的锂离子电池的拆解界面的示意图；
图12为本申请一些实施例的充放电循环的电池容量保持量示意图；
图13为本申请一些实施例的测试后的阳极极片的示意图；
图14为对比例1的测试后的阳极极片的示意图。
具体实施方式中的附图标号如下：
10、第一极片；11、集流体；12、第一膜片；13、第一极耳；14、第一凹槽；
20、第二极片；21、第二极耳；22、第二凹槽；
30、隔膜；
40、第一离子绝缘层；
50、第二离子绝缘层。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
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例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
在本申请实施例的描述中，技术术语“中间”“纵向”“长度”“宽度”“厚度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
锂离子电池因具有高能量密度、长循环性以及污染小等特点，被广泛的应用在手机、平板、笔记本电脑以及电动车等产品中。随着市场的快速发展以及科技的进步，提高快充能力是锂离子电池的主流发展方向。
为了降低锂离子电池的整体内阻，以提高锂离子电池的快充性能，一种常见的方案是将阴阳极极耳放置于极片中间，在极片卷绕时，阴极极片的对应阳极极耳处会贴上一层胶纸，胶纸的厚度通常为15μm-25μm，胶纸可以防止阴极极片的此处脱锂并可防止在对应的阳极极片处析锂，但是胶纸占用了一定的空间，胶纸的存在降低了锂离子电池的体积能量密度。
另一种方法是在胶纸的位置进行开槽处理，再将胶纸贴入槽内，但是此方案需要胶纸与槽位的大小完全匹配，由于贴胶定位存在公差，胶纸仍会有部分超出槽位，这就会增加了电芯厚度，以致于锂离子电池的能量密度降低。
为缓解上述问题，第一方面，本申请提出了一种电化学装置，请参照图1和图2，该电化学装置包括第一极片10、第二极片20、隔膜30和第一离子绝缘层40。需要说明的是，本实施例的电化学装置可为锂离子电池，后续实施例同样适用。
对于上述第一极片10，请参照图2和图3，第一极片10作为电化学装置的重要组成部件，其通常需要进行层叠并卷绕成型。为便于层叠或卷绕，第一极片10可设置为长片状，且该第一极片10具有长度方向、宽度方向和厚度方向，请参照图4和图5，图4为一些实施例第一极片10的俯视图，图5为一些实施例的第一极片10的左视图，根据图4和图5可知，第一极片10的的长度方向即为图4中的X方向，宽度方向即为图4和图5中的Y方向，厚度方向即为图5中的Z方向。
请参照图4和图5，第一极片10包括第一集流体11、第一膜片12，第一集流体11为第一极片10的导电基材，第一极片10可设置为阴极极片或阳极极片，根据第一极片10种类的不同，可选择不同的材料作为第一极片10的集流体11；例如，对于锂离子电池，第一极片10为阴极极片时，可采用铝箔作为第一集流体11；第一极片10为阳极极片时，可采用铜箔作为第一集流体11。第一膜片12则设置于第一集流体11的至少一个表面，第一膜片12通常包括活性材料、导电剂和粘接剂等，根据第一极片10种类的不同，第一膜片12可采用不同的活性材料。
对于上述第二极片20，同第一极片10一样，第二极片20也需要卷绕成型，需要说明的是，第二极片20的极性与第一极片10的极性相反，若第一极片10为阴极极片，则第二极片20为阳极极片；若第一极片10为阳极极片，则第二极片20为阴极极片。为便于区分，在本实施例及后续实施例中，均以第一极片10作为阴极极片，第二极片20作为阳极极片。
第二极片20连接有第二极耳21，极耳是将电化学装置的阴阳极引出的金属导体，通俗的说锂离子电池阴阳两极的极耳就是在进行充放电时的接触点。请参照图1，本实施例中的第二极耳21可连接于第二极片20宽度方向的一侧，连接方式可采用焊接，沿第二极片20的长度方向，第二极耳21位于第二极片20的中间。可以理解的是，当第二极耳21设置于第二极片20长度方向的中间时，可有效降低电化学装置的内阻，以提高锂离子电池的快充性能。第二极耳21的极性与第二极片20的极性相同，若第二极片20为阴极极片，则第二极耳21可采用铝材料；若第二极片20为阳极极片，则第二极耳21可采用镍或铜镀镍材料。
对于上述隔膜30，请参照图2，隔膜30设置于第一极片10和第二极片20之间，且第一极片10、隔膜30和第二极片20依次层叠并卷绕设置，隔膜30用于分隔第一极片10和第二极片20。
对于上述第一离子绝缘层40，请参照图1和图6，第一离子绝缘层40设置于第一极片10的至少一个表面，第一离子绝缘层40可隔绝第一极片10和第二极片20上的阴极或阳极材料，在第一极片10、隔膜30和第二极片20层叠卷绕状态下，第一离子绝缘层40位于第二极耳21和第一极片10之间，第一离子绝缘层40用于对第二极耳21和第一极片10之间绝缘。
对于第一离子绝缘层40的厚度，沿第一离子绝缘层40至第一极片10的方向，第一离子绝缘层40的厚度可设置为0.1μm-3μm。可以理解的是，沿第一离子绝缘层40至第一极片10的方向即为图5中的Z方向，也即第一极片10的厚度方向。较佳的，沿第一离子绝缘层40至第一极片10的方向，第一离子绝缘层40的厚度还可为0.1μm-2μm。相较于传统的胶纸(胶纸的厚度为15μm-25μm)，第一离子绝缘层40的厚度更小，可节省电化学装置的内部空间。
通过在第一极片10上设置第一离子绝缘层40，可以防止第一极片10对应第二极耳21的位置发生脱锂，并可防止第二极片20发生析锂，相较于传统的胶纸，第一离子绝缘层40的厚度更小，可节省电化学装置的内部空间，以提高电化学装置的能量密度。可以理解的是，沿第二极片20的长度方向，第二极耳21设置于第二极片20的中间时，可有效降低电化学装置的内阻，以提高电化学装置的快充性能，使得本实施例中的电化学装置可兼具高能量密度的同时提高快充性能。
根据本申请的一些实施例，请参照图7和图8，第一极片10连接有第一极耳13，本实施例中的第一极耳13可连接于第一极片10宽度方向的一侧，连接方式也可采用焊接，沿第一极片10的长度方向，第一极耳13位于第一极片10的中间，第一极耳13设置于第一极片10的中间时，可有效降低电化学装置的内阻，以进一步提高电化学装置的快充性能，第一极耳13的极性与第一极片10的极性相同。电化学装置还包括第二离子绝缘层50，第二离子绝缘层50设置于第二极片20的至少一个表面，在第一极片10、隔膜30和第二极片20层叠卷绕状态下，第二离子绝缘层50位于第一极耳13和第二极片20之间，第二离子绝缘层50用于对第一极耳13和第二极片20之间绝缘。
对于第二离子绝缘层50的厚度，沿第二离子绝缘层50至第二极片20的方向，第二离子绝缘层50的厚度可设置为0.1μm-3μm。较佳的，沿第一离子绝缘层40至第一极片10的方向，第一离子绝缘层40的厚度还可为0.1μm-2μm。
通过在第二极片20上设置第二离子绝缘层50，可以防止第一极片10的第一极耳13处发生脱锂，并可防止第二极片20发生析锂，相较于传统的胶纸，第二离子绝缘层50的厚度更小，可进一步节省电化学装置的内部空间，以提高电化学装置的能量密度。
根据本申请的一些实施例，请一并参照图7和图8，第一极片10设置有第一凹槽14，第一极耳13设置于第一凹槽14，第二离子绝缘层50完全覆盖第一凹槽14。
可以理解的是，第一极耳13也具有一定的厚度，为保证第一极耳13与第一极片10连接固定，第一极耳13需要与第一极片10部分重叠，这就会导致第一极片10的厚度增加，不利于提高电化学装置的能量密度。
为进一步提高电化学装置的能量密度，在本实施例中，通过在第一极片10上设置一个第一凹槽14，第一凹槽14可开设在第一膜片12上，第一极耳13设置于第一凹槽14并在该第一凹槽14内连接于第一极片10，沿第一极片10的厚度方向(图5中的Z方向)，第一凹槽14的深度可设置为与第一极耳13的厚度相同或设置为大于第一极耳13的厚度，以防止第一极耳13在第一极片10的厚度方向上凸出于第一极片10的表面，从而可节省电化学装置的内部空间，以提高电化学装置的能量密度。而第二离子绝缘层50则完全覆盖第一凹槽14，以隔离第一凹槽14和第二极片20，从而缓解第一极片10的脱锂并可缓解第二极片20的析锂。
根据本申请的一些实施例，请参照图7和图8，第二极片20设置有第二凹槽22，第二极耳21设置于第二凹槽22，第一离子绝缘层40完全覆盖第二凹槽22。
第二凹槽22同第一凹槽14一样，设置第二凹槽22可节省电化学装置的内部空间，以进一步提高电化学装置的能量密度，而第一离子绝缘层40则完全覆盖第二凹槽22，以隔离第二凹槽22和第一极片10，从而缓解第一极片10的脱锂并可缓解第二极片20的析锂。
根据本申请的一些实施例，第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50均满足以下条件中的至少一个：
(a)、第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50的密度均为0.1mg/cm2-20mg/cm2；
(b)、在3V-4.55V的电压区间内，第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50均不会发生氧化还原反应；
(c)、第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50在碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸丙烯酯中溶解度均小于0.01g/100g；
(d)、第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50的离子电导率均小于或等于100pS/m；
(e)、第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50的粘度均为100mPa·s-30000mPa·s。
可以理解的是，第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50均需要隔绝锂离子，这就需要第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50具有较高的密度，在本实施例中，第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50的密度均为0.1mg/cm2-20mg/cm2，以隔绝锂离子。
在电化学装置的充放电循环过程中，始终需要保证第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50的化学性质保持稳定，因此，本实施例中，在3V-4.55V的电压区间内，要保证第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50均不会发生氧化还原反应。电化学装置内部会充满电解液，通常情况下碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸丙烯酯为电解液的主要成分，为保证第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50的化学性质稳定，第一离子绝缘层应尽可能不溶于电解液，具体的，第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50在碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸丙烯酯中溶解度应均小于0.01g/100g。同样，为绝缘第一极片10和第二极片20，第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50的离子电导率应均小于100pS/m。第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50需要稳定附着于第一极片10或第二极片20上，为保证连接稳定，第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50的粘度均可设置为100mPa·s-30000mPa·s。
根据本申请的一些实施例，第一离子绝缘层40和第二离子绝缘层50均为二甲基硅油或乙基硅油等。二甲基硅油或乙基硅油均具有卓越的耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理惰性和较小的表面张力，此外还具有低的粘温系数、较高的抗压缩性。因此，本实施例中的第一离子绝缘层40的化学性质更为稳定，其使用寿命更长。
根据本申请的一些实施例，第二方面，本申请还提出了一种制造如上述任一实施例所述的电化学装置的方法，请参照图9，该方法包括以下步骤：
S10，提供第一极片10和第一极耳13，所述第一极片10设置有第一凹槽14，所述第一极耳13设置于所述第一凹槽14；
对于步骤S10，本实施例中的第一极耳13可连接于第一极片10宽度方向的一侧，沿第一极片10的长度方向，第一极耳13可设置于第一极片10的中间，以降低电化学装置的内阻。第一凹槽14的深度可设置为与第一极耳13的厚度相同或设置为大于第一极耳13的厚度，以防止第一极耳13在第一极片10的厚度方向上凸出于第一极片10的表面，从而可节省电化学装置的内部空间，以提高电化学装置的能量密度。
S20，提供第二极片20和第二极耳21，所述第二极片20设置有第二凹槽22，所述第二极耳21设置于所述第二凹槽22；
对于步骤S20，同步骤S10一样，设置第二凹槽22可节省电化学装置的内部空间，以进一步提高电化学装置的能量密度。
S30，在第一极片10的表面涂敷上第一离子绝缘层40，并在第二极片20的表面涂敷上第二离子绝缘层50；
第一离子绝缘层40需设置在对应第二极耳21的位置，以隔绝第二极耳21和第一极片10，同样，第二离子绝缘层50需设置在对应第一极耳13的位置，以隔绝第一极耳13和第二极片20。
S40，提供隔膜30，将第一极片10、隔膜30和第二极片20依次层叠并卷绕，其中，所述第一离子绝缘层40完全覆盖所述第一凹槽14，所述第二离子绝缘层50完全覆盖所述第二凹槽22。
第一凹槽14用于收容第一极耳13，第二凹槽22可收容第二极耳21，从而可节省电化学装置的内部空间，以提高电化学装置的能量密度。而第二离子绝缘层50则完全覆盖第一凹槽14，以隔离第一凹槽14和第二极片20，第一离子绝缘层40则完全覆盖第二凹槽22，以隔离第二凹槽22和第一极片10，从而可缓解第一极片10的脱锂并可缓解第二极片20的析锂。
根据本申请的一些实施例，第一极片10包括第一集流体11和第一膜片12，第一膜片12设置于第一集流体11的至少一个表面，第一离子绝缘层40设置于第一膜片12。为便于测试离子绝缘层的电导率，本申请的实施例还提出了一种用于测试离子绝缘层的电导率的方法，以便于获取离子绝缘层的最佳电导率范围，请参照图10，该方法包括如下步骤：
S100，取得涂敷有第一离子绝缘层40的第一膜片12；
S200，提供金属锂片，并将所述第一膜片12与所述金属锂片组装成扣式电池；
S300，通过电化学阻抗法对所述扣式电池进行测试，以获得电化学阻抗图谱；
S400，对所述图谱进行拟合，以得到阻抗R；
S500，通过公式计算所述第一离子绝缘层40的离子电导率，所述公式为
Figure BDA0003502236000000131
其中，σ为离子电导率，L第一极片10的厚度，S为第一离子绝缘层40的宽度方向的截面积。
对于上述步骤S300和步骤S400，其中，可具体通过电化学阻抗法(EIS)对扣式电池进行测试，以获得电化学阻抗图谱，使用Z-view软件对得到的EIS图谱进行拟合，以得到阻抗R。
本申请的实施例还提出了一种离子绝缘层粘度的测试方法：
(样品是指未涂覆的离子绝缘层材料，如第一离子绝缘层为二甲基硅油，那么样品指二甲基硅油，本申请中用测得的离子绝缘层材料的粘度表示离子绝缘层的粘度)
1.取平氏粘度计垂直放置，将样品吸入粘度计中；
2.让试样自由流下，观察试样的液面位置，当液位到达第一标线位置a时，启动秒表开始计时，当液面到达第二标线位置b时，停止计时；
3.用上述方法测试流动时间四次，取四次的算数平均值t；
4.粘度的计算公式为v＝Ct；
其中C：粘度计常数，按照JJG 115检索常数。
另外，本申请的实施例还提出了一种离子绝缘层的密度测试方法：
在极片上裁切涂覆有离子绝缘层的5个小圆片(每个小圆片面积1540.25mm2)，称重得到涂覆离子绝缘层后的小圆片的质量均值，在极片上裁切未涂覆离子绝缘层的5个小圆片，称重得到未涂覆离子绝缘层的小圆片的质量均值，上述两个质量均值之差即为涂覆层质量，结合小圆片面积即可算出涂覆层密度。
根据本申请的一些实施例，第三方面，本申请还提出了一种用电设备，包括如上述任一实施例所述的电化学装置。
根据本申请的一些实施例，本申请还提出了电化学装置的测试实验，测试如下。
实施例1：
1.依次按照搅拌-涂布-冷压-分条-焊接工序制备出极耳中置型卷绕结构用阴阳极极片，需要说明的是，极耳中置型即为极耳设置在极片的长度方向的中间。
2.使用涂布刮刀将粘度为2000mPa·s的二甲基硅油均匀地涂覆在卷绕时阳极极耳对应的阴极膜片位置，涂覆面的密度控制为0.2mg/cm2(极耳槽位大小20*10mm，涂覆规格25*16mm)，需要说明的是，二甲基硅油即为离子绝缘层，离子绝缘层可为上述实施例的第一离子绝缘层40或第二离子绝缘层50，阴极膜片可为上述实施例的第一膜片12。
3.按照注液-化成-成型工序制备出卷绕型电化学装置，使用平板测厚仪测试电化学装置的厚度(均值3.74mm)。
将得到的阴极极片在卷绕前在阳极极耳对应位置涂抹一层二甲基硅油，涂覆面密度为0.2mg/cm2，涂覆面积为25mm*16mm。
对比例1：
在卷绕前，将得到的阴极极片在阳极极耳对应位置贴一层双面绝缘胶纸，胶纸规格为25mm*16mm。
将实施例1与对比例1进行卷绕、铝塑膜封装并留下注液口。从注液口灌注电解液，封装、再经过化成、容量等工序制得锂离子电池。
再采用不同密度及不同电导率的离子绝缘层进行了多组测试实验，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003502236000000141
Figure BDA0003502236000000151
根据表1可知，绝缘胶纸和离子绝缘层均不会影响电池的长度、宽度和放电电压平台。采用绝缘胶纸时，其电池的体积能量密度明显低于采用离子绝缘层。而离子绝缘层的厚度为30mg/cm2时，会导致电池的厚度明显增加，因此，在本申请的各实施例中，离子绝缘层的厚度可选用0.2mg/cm2-20mg/cm2。
锂离子绝缘层的电导率为150pS/m时，会导致满充极耳位析锂，而锂离子绝缘层的电导率为20pS/m或100pS/m时不会发生析锂，因此，离子绝缘层的离子电导率可设置为小于或等于100pS/m。
另外，本申请的一些实施例还对上述表1中的实施例1和对比例1进行了循环充放电测试，测试方法如下：
1.将锂离子电池进行充电处理：2C恒流充电至4.45V，恒压充电至0.05C，拆解界面如图11所示，充放电循环的电池容量保持量如图12所示。
2.将对比例1及实施例1电池在室温条件下(25℃)进行循环充放电测试(测试流程：2C恒流充电至4.45V，恒压充电至0.05C，0.5C恒流放电至3.0V)；同时使用千分尺及卡尺测试电芯的厚度，长度及宽度。测试结果如表2：
表2
Figure BDA0003502236000000161
其中实施例1和对比例1中测试后的阳极极片可参照图13和图14，，其中循环次数为1600圈，图13为实施例1的阳极极片，图14为对比例的阳极极片，根据图13和图14可知，两个阳极极片的极耳处均不会发生析锂。继续参照表2，根据表2可知，采用离子绝缘层的电化学装置，其厚度明显减小，可提到电池的能量密度。
需要说明的是，本申请的说明书及其附图中给出了本申请的较佳的实施例，但是，本申请可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本申请内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本申请说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电化学装置，包括第一极片、第二极片和隔膜，所述隔膜设置于所述第一极片和所述第二极片之间，所述第一极片、隔膜和第二极片依次层叠并卷绕设置，其特征在于，还包括第一离子绝缘层；
所述第一离子绝缘层设置于所述第一极片的至少一个表面，所述第二极片连接有第二极耳，在所述第一极片、隔膜和第二极片层叠卷绕状态下，所述第一离子绝缘层位于所述第二极耳和所述第一极片之间，所述第一离子绝缘层用于对所述第二极耳和所述第一极片之间绝缘。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，还包括第二离子绝缘层；
所述第二离子绝缘层设置于所述第二极片的至少一个表面，所述第一极片设置有第一极耳，在所述第一极片、隔膜和第二极片层叠卷绕状态下，所述第二离子绝缘层位于所述第一极耳和所述第二极片之间，所述第二离子绝缘层用于对所述第一极耳和所述第二极片之间绝缘。
3.根据权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述第一极片设置有第一凹槽，所述第一极耳设置于所述第一凹槽，所述第二离子绝缘层完全覆盖所述第一凹槽。
4.根据权利要求3所述的电化学装置，其特征在于，所述第二极片设置有第二凹槽，所述第二极耳设置于所述第二凹槽，所述第一离子绝缘层完全覆盖所述第二凹槽。
5.根据权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述第一离子绝缘层和所述第二离子绝缘层均满足以下条件中的至少一个：
(a)、所述第一离子绝缘层和所述第二离子绝缘层的密度均为0.1mg/cm2-20mg/cm2；
(b)、在3V-4.55V的电压区间内，所述第一离子绝缘层和所述第二离子绝缘层均不会发生氧化还原反应；
(c)、所述第一离子绝缘层和所述第二离子绝缘层在碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸丙烯酯中溶解度均小于0.01g/100g；
(d)、所述第一离子绝缘层和所述第二离子绝缘层的离子电导率均小于或等于100pS/m；
(e)、所述第一离子绝缘层和所述第二离子绝缘层的粘度均为100mPa·s-30000mPa·s。
6.根据权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，所述第一离子绝缘层和第二离子绝缘层均为二甲基硅油或乙基硅油。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的电化学装置，其特征在于，
沿所述第一离子绝缘层至所述第一极片的方向，所述第一离子绝缘层的厚度为0.1μm-3μm；
沿所述第二离子绝缘层至所述第二极片的方向，所述第二离子绝缘层的厚度为0.1μm-3μm。
8.根据权利要求7所述的电化学装置，其特征在于，
沿所述第一离子绝缘层至所述第一极片的方向，所述第一离子绝缘层的厚度为0.1μm-2μm；
沿所述第二离子绝缘层至所述第二极片的方向，所述第二离子绝缘层的厚度为0.1μm-2μm。
9.一种制造如权利要求1-8中任一项所述的电化学装置的方法，其特征在于，包括：
提供第一极片和第一极耳，所述第一极片设置有第一凹槽，所述第一极耳设置于所述第一凹槽；
提供第二极片和第二极耳，所述第二极片设置有第二凹槽，所述第二极耳设置于所述第二凹槽；
在第一极片的表面涂敷上第一离子绝缘层，并在第二极片的表面涂敷上第二离子绝缘层；
提供隔膜，将第一极片、隔膜和第二极片依次层叠并卷绕，其中，所述第一离子绝缘层完全覆盖所述第一凹槽，所述第二离子绝缘层完全覆盖所述第二凹槽。
10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的电化学装置。
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