CN114530575B

CN114530575B - 电化学装置和用电装置

Info

Publication number: CN114530575B
Application number: CN202210112459.5A
Authority: CN
Inventors: 黄永强
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date: 2022-01-29
Filing date: 2022-01-29
Publication date: 2024-04-05
Anticipated expiration: 2042-01-29
Also published as: CN114530575A

Abstract

本申请涉及一种电化学装置和用电装置，该电化学装置包括正极极片，正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体表面的正极活性材料层，沿展开后的正极极片的宽度方向，正极活性材料层包括正极边缘区域和正极非边缘区域，正极边缘区域的能量密度为ED1，正极非边缘区域的能量密度为ED2，0.9≤ED1/ED2＜1。本申请的电化学装置能够减缓电化学装置中负极极片边缘区域析锂的问题，从而提高电化学装置的循环性能。

Description

电化学装置和用电装置

技术领域

本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种电化学装置和用电装置。

背景技术

随着社会的发展，智能手机、笔记本在我们的生活中扮演重要角色，而可穿戴设备、智能家居的市场规格也在蓬勃发展。锂离子电池由于其具有高的能量密度、环保等特点被广泛应用到上述领域，因此锂离子电池的市场需求也迅猛增长。为了适应市场需求，缩短终端设备所需的充电时间以提升用户的体验是近些年发展的方向。同时，为了满足便携轻便的需求，方形软包电池逐渐向高镍正极、硅负极材料、高电压、高压实密度、厚电极等高能量密度方向发展。

目前消费类锂离子电池多采用挤压涂布，因边界层的存在，极片边缘区域单位时间的流量质量小于正常区，域粘滞力对流场的影响，导致边缘涂布重量小于正常区域，因此沿极片宽度方向，边缘区域厚度显著低于正常区域厚度。为了保证涂覆一致性，通常采用垫片倒角的设计增大边缘流速，提高涂布边缘区域和正常区域的重量一致性。但是，削薄管控存在一些困难，首先在单极耳焊接工艺中，边角料可以裁切废弃。但是多极耳焊接工艺由于边缘出极耳，无法像单极耳焊接等工艺一样裁切边角料。其次，针对硅负极高能量密度快充体系，一方面负极浆料粘度增大，另一方面涂布重量变轻，导致边缘削薄的管控更加困难。针对多极耳工艺，极片边缘的位置连接集流体，属于电流密度最大的位置，边缘削薄的恶化导致负极边缘极片偏薄造成电芯头部厚度比其他位置薄，化成后头部界面不良，该薄弱区在循环过程中提前析锂，无法满足循环寿命要求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本申请提供了一种电化学装置，用于减缓电化学装置中负极极片边缘区域析锂的问题，从而提高电化学装置的循环性能。本申请还涉及包括这种电化学装置的用电装置。

本申请的第一方面提供了一种电化学装置，其包括正极极片，正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体表面的正极活性材料层，沿展开后的正极极片的宽度方向，正极活性材料层包括正极边缘区域和正极非边缘区域，正极边缘区域的能量密度为ED1，正极非边缘区域的能量密度为ED2，0.9≤ED1/ED2＜1。本申请通过控制正极边缘区域的能量密度与正极非边缘区域的能量密度在上述范围内，降低了正极边缘区域的能量密度，弱化了边缘的正极区域的动力学，既达到了提高负极容量过量于正极容量的目的，又降低了边缘削薄差带来的恶化影响，能够改善电化学装置在循环过程中负极极片边缘区域析锂导致界面失效的问题，从而延长电化学装置的循环次数和使用寿命。

根据本申请的一些实施方式，0.9＜ED1/ED2＜1。根据本申请的一些实施方式，640Wh/L≤ED1≤680Wh/L。根据本申请的一些实施方式，650Wh/L≤ED2≤700Wh/L。

根据本申请的一些实施方式，正极边缘区域的厚度为D1，正极非边缘区域的厚度为D2，D1≥D2。根据本申请的一些实施方式，D1＞D2。本申请中，正极边缘区域的厚度大于正极非边缘区域的厚度时，能够提升电化学装置的厚度一致性，使得当有厚度一致性较差的情况发生的时候，依然能够保证边缘不发生界面恶化，减缓电化学装置在循环过程中负极极片边缘区域析锂的问题。

根据本申请的一些实施方式，1.0≤D1/D2≤1.1。根据本申请的一些实施方式，1.0＜D1/D2≤1.1。根据本申请的一些实施方式，1.0＜D1/D2＜1.1。

根据本申请的一些实施方式，1μm≤D1-D2≤10μm。

根据本申请的一些实施方式，40μm≤D1≤100μm。

根据本申请的一些实施方式，40μm≤D2≤100μm。

根据本申请的一些实施方式，正极边缘区域包括第一活性材料层，正极非边缘区域包括第二活性材料层，第一活性材料层的导电率为R1，第二活性材料层的导电率为R2，1＜R2/R1<1.5。

根据本申请的一些实施方式，第一活性材料层包括第一活性材料、第一导电剂和第一粘结剂，第二活性材料层包括第二活性材料、第二导电剂和第二粘结剂，第一活性材料的克容量为C1，第二活性材料的克容量为C2，C1≤C2。根据本申请的一些实施方式，C1＜C2。

根据本申请的一些实施方式，1.0≤C2/C1≤1.1。根据本申请的一些实施方式，1.0＜C2/C1≤1.1。根据本申请的一些实施方式，1.0＜C2/C1＜1.1。

根据本申请的一些实施方式，0mAh/g≤C2-C1≤18mAh/g。根据本申请的一些实施方式，0mAh/g＜C2-C1≤18mAh/g。根据本申请的一些实施方式，0mAh/g＜C2-C1＜18mAh/g。

根据本申请的一些实施方式，150mAh/g≤C1≤200mAh/g。

根据本申请的一些实施方式，150mAh/g≤C2≤200mAh/g。

根据本申请的一些实施方式，第一活性材料包括钴酸锂、磷酸铁锂或锰酸锂中的一种或多种。

根据本申请的一些实施方式，第二活性材料包括钴酸锂、磷酸铁锂或锰酸锂中的一种或多种。

根据本申请的一些实施方式，第一活性材料的金属元素掺杂量为H1，第二活性材料的金属元素掺杂量为H2，H1＞H2。根据本申请的一些实施方式，500ppm<H1-H2<2000ppm。

根据本申请的一些实施方式，基于第一活性材料层的质量，第一活性材料的含量为a₁％、第一导电剂的含量为b₁％，第一粘结剂的含量为c₁％；基于第二活性材料层的质量，第二活性材料的含量为a₂％、第二导电剂的含量为b₂％，第二粘结剂的含量为c₂％，a₁<a₂。本申请中，正极边缘区域的活性材料含量低于正极非边缘区域的活性材料含量，有利于弱化正极边缘区域的反应活性，达到提高负极容量过量于正极容量的水平，有利于减缓在循环过程中负极极片边缘区域析锂的问题。

根据本申请的一些实施方式，b₁<b₂。本申请中，正极边缘区域的导电剂含量低于正极非边缘区域的导电剂含量，正极边缘区域的电子电导率和离子电导率都要弱于正极非边缘区域，从而使得正极边缘区域的反应活性低于正极非边缘区域的反应活性，进而有利于减缓在循环过程中负极极片边缘区域析锂的问题。

根据本申请的一些实施方式，90≤a₁≤98，0.2≤b₁≤5，0.2≤c₁≤5。根据本申请的一些实施方式，90≤a₂≤98，0.2≤b₂≤5，0.2≤c₂≤5。根据本申请的一些实施方式，90≤a₁≤98，0.2≤b₁≤5，0.2≤c₁≤5。根据本申请的一些实施方式，90≤a₂≤98，0.2≤b₂≤5，0.2≤c₂≤5。本申请中，通过调整第一活性材料层和第二活性材料层的组分和/或其用量，包括调整其中活性材料、导电剂或粘结剂的种类或用量等，使得正极边缘区域的反应活性低于正极非边缘区域的反应活性，从而减缓在循环过程中负极极片边缘区域析锂的问题。

根据本申请的一些实施方式，沿正极边缘区域至正极非边缘区域的方向，正极边缘区域的宽度为W1，正极非边缘区域的宽度为W2，0.005≤W1/W2≤0.05。根据本申请的一些实施方式，0.5mm≤W1≤10mm。根据本申请的一些实施方式，70mm≤W2≤90mm。

根据本申请的一些实施方式，沿展开后的正极极片的宽度方向，正极极片还包括设置在正极集流体表面的陶瓷涂层，正极边缘区域设置在正极非边缘区域与陶瓷涂层之间。根据本申请的一些实施方式，陶瓷涂层的厚度为1.5mm至3mm。

本申请的第二方面提供了一种用电装置，其包含第一方面的电化学装置。

本申请通过控制正极边缘区域的能量密度与正极非边缘区域的能量密度在特定范围内，降低了正极边缘区域的能量密度，既达到了负极容量过量于正极容量的目的，又降低了边缘削薄差带来的恶化影响，能够改善电化学装置在循环过程中负极极片边缘区域析锂界面失效的问题，延长电化学装置的循环次数和使用寿命。

附图说明

图1示出了现有技术中多极耳工艺边缘析锂的电池满充拆解图。

图2示出了本申请的一个实施方式的正极极片的结构示意图，其中，1为陶瓷涂层，2为正极边缘区域，3为正极非边缘区域。

图3示出了本申请的一个实施方式的电化学装置的结构示意图，其中(a)为从电池极耳方向的剖面图，(b)为(a)旋转180°的剖面图，(c)为(b)标记部分的放大图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在此所描述的有关实施例为说明性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。

为了简明，本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。

在本文的描述中，除非另有说明，“以上”、“以下”包含本数。

除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量(例如，可以按照在本申请的实施例中给出的方法进行测试)。

术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个组分或多个组分。项目B可包含单个组分或多个组分。项目C可包含单个组分或多个组分。

根据本申请的一些实施方式，0.9＜ED1/ED2＜1。在本申请的一些实施方式中，ED1/ED2的取值为0.9、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99或这些值中任意两者组成的范围。根据本申请的一些实施方式，640Wh/L≤ED1≤680Wh/L。在一些实施方式中，ED1为640Wh/L、645Wh/L、650Wh/L、655Wh/L、660Wh/L、665Wh/L、670Wh/L、675Wh/L、680Wh/L或这些值中任意两者组成的范围。根据本申请的一些实施方式，650Wh/L≤ED2≤700Wh/L。在一些实施方式中，ED2为650Wh/L、655Wh/L、660Wh/L、665Wh/L、670Wh/L、675Wh/L、680Wh/L、685Wh/L、690Wh/L、695Wh/L、700Wh/L或这些值中任意两者组成的范围。

根据本申请的一些实施方式，1.0≤D1/D2≤1.1。在本申请的一些实施方式中，D1/D2的取值为1.0、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.0、1.08、1.09、1.1或这些值中任意两者组成的范围。根据本申请的一些实施方式，1.0＜D1/D2≤1.1。根据本申请的一些实施方式，1.0＜D1/D2＜1.1。

根据本申请的一些实施方式，1μm≤D1-D2≤10μm。在本申请的一些实施方式中，D1-D2的取值为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或这些值中任意两者组成的范围。

根据本申请的一些实施方式，40μm≤D1≤100μm。在本申请的一些实施方式中，D1的取值为40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm或这些值中任意两者组成的范围。

根据本申请的一些实施方式，40μm≤D2≤100μm。在本申请的一些实施方式中，D1的取值为40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm或这些值中任意两者组成的范围。

根据本申请的一些实施方式，正极边缘区域包括第一活性材料层，正极非边缘区域包括第二活性材料层，第一活性材料层的导电率为R1，第二活性材料层的导电率为R2，1＜R2/R1<1.5。在本申请的一些实施方式中，R2/R1的取值为1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45或这些值中任意两者组成的范围。

根据本申请的一些实施方式，1.0≤C2/C1≤1.1。在本申请的一些实施方式中，C2/C1的取值为1.0、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.0、1.08、1.09、1.1或这些值中任意两者组成的范围。根据本申请的一些实施方式，1.0＜C2/C1≤1.1。根据本申请的一些实施方式，1.0＜C2/C1＜1.1。

根据本申请的一些实施方式，0mAh/g≤C2-C1≤18mAh/g。在本申请的一些实施方式中，C2-C1的取值为0mAh/g、2mAh/g、4mAh/g、6mAh/g、8mAh/g、10mAh/g、12mAh/g、14mAh/g、16mAh/g、18mAh/g或这些值中任意两者组成的范围。根据本申请的一些实施方式，0mAh/g＜C2-C1≤18mAh/g。根据本申请的一些实施方式，0mAh/g＜C2-C1＜18mAh/g。

根据本申请的一些实施方式，150mAh/g≤C1≤200mAh/g。在本申请的一些实施方式中，C1为150mAh/g、155mAh/g、160mAh/g、165mAh/g、170mAh/g、175mAh/g、180mAh/g、185mAh/g、190mAh/g、195mAh/g、200mAh/g或这些值中任意两者组成的范围。

根据本申请的一些实施方式，150mAh/g≤C2≤200mAh/g。在本申请的一些实施方式中，C2为150mAh/g、155mAh/g、160mAh/g、165mAh/g、170mAh/g、175mAh/g、180mAh/g、185mAh/g、190mAh/g、195mAh/g、200mAh/g或这些值中任意两者组成的范围。

根据本申请的一些实施方式，第一活性材料的粒径满足：3μm<D10<9μm、11μm<D50<19μm、19μm<D90<32μm。

根据本申请的一些实施方式，第二活性材料的粒径满足：3μm<D10<9μm、11μm<D50<19μm、19μm<D90<32μm。

根据本申请的一些实施方式，第一活性材料的金属元素掺杂量为H1，第二活性材料的金属元素掺杂量为H2，H1＞H2。根据本申请的一些实施方式，500ppm<H1-H2<2000ppm。在本申请的一些实施方式中，H1-H2的值可以为500ppm、1000ppm、1500ppm、2000ppm或这些值中任意两者组成的范围。

根据本申请的一些实施方式，90≤a₁≤98，0.2≤b₁≤5，0.2≤c₁≤5。根据本申请的一些实施方式，90≤a₂≤98，0.2≤b₂≤5，0.2≤c₂≤5。本申请中，通过调整第一活性材料层和第二活性材料层的组分和/或其用量，包括调整其中活性材料、导电剂或粘结剂的种类或用量等，使得正极边缘区域的反应活性低于正极非边缘区域的反应活性，从而减缓在循环过程中负极极片边缘区域析锂的问题。

根据本申请的一些实施方式，沿正极边缘区域至正极非边缘区域的方向，正极边缘区域的宽度为W1，正极非边缘区域的宽度为W2，0.005≤W1/W2≤0.05。根据本申请的一些实施方式，W1/W2的取值可以为0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或这些值中任意两者组成的范围。根据本申请的一些实施方式，0.5mm≤W1≤10mm。根据本申请的一些实施方式，W1为0.5mm、1mm、2mm、4mm、6mm、8mm、10mm或这些值中任意两者组成的范围。根据本申请的一些实施方式，70mm≤W2≤90mm。根据本申请的一些实施方式，W2为70mm、75mm、80mm、85mm、90mm或这些值中任意两者组成的范围。

根据本申请的一些实施方式，沿展开后的正极极片的宽度方向，正极极片还包括设置在正极集流体表面的陶瓷涂层，正极边缘区域设置在正极非边缘区域与陶瓷涂层之间。根据本申请的一些实施方式，陶瓷涂层的厚度为1.5mm至3mm，例如可以为1.5mm、2mm、2.5mm、4mm或这些值中任意两者组成的范围。根据本申请的一些实施方式，陶瓷涂层用于防止极耳位置正负极接触短路，宽度和厚度按照现有技术水平设定，陶瓷材料依据现有技术进行选择。在一些实施例中，陶瓷涂层选用氧化铝材料。

本申请的电化学装置还包括负极极片、隔离膜和电解液。

根据本申请的一些实施方式，负极极片包括负极集流体和形成在负极集流体上的负极活性物质层，负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质可以包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料、锂金属、锂金属合金、能够掺杂/脱掺杂锂的材料或过渡金属氧化物，例如Si、SiO_x等材料。可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料可以是碳材料。碳材料可以是在锂离子可再充电电化学装置中通常使用的任何碳基负极活性物质。碳材料的示例包括结晶碳、非晶碳和它们的组合。结晶碳可以是无定形的或板形的、小片形的、球形的或纤维形的天然石墨或人造石墨。非晶碳可以是软碳、硬碳、中间相沥青碳化产物、烧制焦炭等。低结晶碳和高结晶碳均可以用作碳材料。作为低结晶碳材料，可通常包括软碳和硬碳。作为高结晶碳材料，可通常包括天然石墨、结晶石墨、热解碳、中间相沥青基碳纤维、中间相碳微珠、中间相沥青和高温锻烧炭(如石油或衍生自煤焦油沥青的焦炭)。

负极活性物质层包含有粘结剂，且该粘结剂可以包括各种粘结剂聚合物，如二氟乙烯一六氟丙烯共聚物(PVDF-co-HFP)，聚偏二氟乙烯、聚丙烯睛、聚甲基丙烯酸甲醋、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等，但不限于此等。

负极活性物质层还包括导电材料来改善电极导电率。可以使用任何导电的材料作为该导电材料，只要它不引起化学变化即可。导电材料的示例包括：碳基材料，例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；金属基材料，例如包括铜、镍、铝、银等的金属粉或金属纤维；导电聚合物，例如聚亚苯基衍生物等；或它们的混合物。集流体可以为铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、包覆有导电金属的聚合物基板或它们的组合。

在一些实施方式中，本申请的电化学装置在正极极片与负极极片之间设有隔离膜以防止短路。本申请的电化学装置中使用的隔离膜的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔离膜包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。

例如隔离膜可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。具体的，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。

基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。

无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、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、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯烷氧、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。

聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料选自聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯烷氧、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。

可用于本申请实施方式的电解液可以为现有技术中已知的电解液。在一些实施方式中，电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂。根据本申请的电解液的有机溶剂可为现有技术中已知的任何可作为电解液的溶剂的有机溶剂。在一些实施例中，有机溶剂包括，但不限于：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚丙酯或丙酸乙酯。根据本申请的锂盐包括，但不限于：六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、二氟磷酸锂(LiPO₂F₂)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF₃SO₂)₂(LiTFSI)、双(氟磺酰)亚胺锂Li(N(SO₂F)₂)(LiFSI)、双草酸硼酸锂LiB(C₂O₄)₂(LiBOB)或二氟草酸硼酸锂LiBF₂(C₂O₄)(LiDFOB)。在一些实施例中，电解液中锂盐的浓度为：约0.5mol/L至3mol/L、约0.5mol/L至2mol/L或约0.8mol/L至1.5mol/L。根据本申请的电解液的添加剂可为现有技术中已知的任何可作为电解液添加剂的添加剂。根据本申请的一些实施方式，添加剂包括含有至少两个氰基的多腈化合物，例如1,2,3-三-(2-氰乙氧基)丙烷、1,3,6-己烷三腈、己二腈或丁二腈。

本申请的用电装置没有特别限定。在一些实施例中，本申请的用电装置包括但不限于，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。

下面结合实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。

测试方法：

1.能量密度测试

将准备好的极片转移到惰性七分手套箱内，准备扣式电池组装部件：负极壳、金属锂片、隔膜、垫片、泡沫镍、正极壳、电解液，以及压片模具、移液器和镊子。将各部件组装成扣式电池，共24个平行样样本，在新蓝电设备上进行测试。体积能量密度＝电池容量×放电平台/体积，可得被测物能量密度数据。

2.厚度测试

测试设备选用激光测厚仪，光斑大小：25μm*1400μm，通过测试两个激光位移传感器的距离、上传感器到被测物的距离、下传感器到被测物的距离，可得被测物的厚度。

3.压实密度测试

设备选用三思纵横UTM7305，模具选用CARVER#3619，利用模具取样，称取试制样品的质量，收集位移传感器记录压片高度以及固定压片底面积，共收集32个平行数据，得到压实密度结果。

4.电阻率测试

通过四探针法原理对电极极片电阻进行了测试评价。将极片剪切成4cm×8cm的方形尺寸，然后把极片放在两探头下面，两探头通过两极柱与电阻计连接，转动测试装置手柄，探头受到稳定压力挤压极片，压力大小通过压力计控制，到达某一压力后，读取电阻计电阻数据。计算得到电阻率数据。

5.析锂测试

完成测试后的电池在常温下按标准充电方式(0.5C CC至截止电压，CV至0.02C)满充电，拆解电池，检查负极极片表面黑斑及析锂分布情况。

实施例及对比例

1)正极的制备：

步骤1：①、将导电剂和钴酸锂放入行星式高能球磨机进行干磨10分钟至100分钟；②、将①所得物料转移至自转公转搅拌机，在搅拌机中加入按配方比重量的全部粘结剂和1/3至2/3配方比重量的分散介质，高速搅拌5分钟至30分钟，搅拌完除泡2分钟至10分钟；③、在②所制得的物料中加入剩余1/3至2/3配方比重量的分散介质，高速搅拌5分钟至30分钟，搅拌完除泡1分钟至5分钟，得到的正极浆料。分散介质为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，导电剂为导电炭黑和碳纳米管；粘结剂为聚偏氟乙烯；正极浆料的固含量为75％，正极浆料的配方如表1所示。

步骤2：将上述正极浆料涂布在正极集流体铝箔的表面，按照极片设计，正极集流体的涂覆区域按照宽度方向分为绝缘区域L0(宽度为1.5mm至3mm)、正极边缘区域L1(宽度为0.5mm至10mm)和正极非边缘区域L2(70mm至90mm，与电池宽度匹配)，其中L0为陶瓷涂层，正极边缘区域L1选用第一正极浆料涂覆，正极非边缘区域L2选用第二正极浆料涂覆；

步骤3：涂覆完成后，在100℃烘干、辊压后，得到正极。

2)负极的制备：将负极活性材料人造石墨、导电剂Super P、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按照重量比96:2:0.8:1.2进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料，其中负极浆料的固含量为54wt％；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上；将涂覆后的铜箔在85℃下烘干，然后经过冷压、裁片、分切，随后在120℃的真空条件下干燥12h，得到负极。

3)隔离膜：以PE多孔聚合物薄膜作为隔离膜。

4)电解液：将碳酸乙烯酯(EC)与碳酸二乙酯(DEC)按照体积比3：7进行混合，接着将充分干燥的锂盐LiPF₆按照1mol/L的比例溶解于混合有机溶剂中，基于上述基础电解液，最后额外添加2wt％的氟代碳酸乙烯酯(FEC)，配制得到电解液。

5)锂离子电池的制备：将正极、隔离膜、负极按顺序叠好，使隔离膜处于正极和负极之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电池；将裸电池置于外包装箔中，将上述制备好的电解液注入到干燥后的电池中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，即完成锂离子电池的制备。

测试结果

参照上述制备方法制备实施例1至实施例8和对比例1至对比例3的锂离子电池。

以下实施例和对比例中采用不同掺杂、包覆结构的钴酸锂材料，分别为钴酸锂A、钴酸锂B和钴酸锂C，钴酸锂A、B、C的金属元素掺杂量依次增大，差值为1000ppm，从而具有不同的克容量，其中，钴酸锂A的克容量为178mAh/g，钴酸锂B的克容量为173mAh/g，钴酸锂C的克容量为168mAh/g；三组钴酸锂材料的粒径均满足3μm<D10<9μm、11μm<D50<19μm、19μm<D90<32μm。

表1

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表3

对比例1作为用于对比的基准方案，其正极的正极边缘区域L1和正极非边缘区域L2没有差别，结果显示在300圈电池即出现循环失效。对比例2和对比例3降低了第一正极浆料的导电能力，即弱化了正极的动力学，结果显示其循环能力有一定提升，但未得到彻底改善。而实施例1至实施例4通过调整第一正极浆料的配方，补偿正极边缘区域的厚度和弱化边缘正极的动力学，结果显示其明显改善了电池的循环使用寿命。实施例5至实施例8示出了正极边缘区域厚度对于锂离子电池性能的影响。表2和表3的结果表明，正极边缘区域厚度补偿在一定范围内有利于提升锂离子电池的循环性能，但若正极边缘区域厚度太厚，其循环性能会有所下降。

尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims

1.一种电化学装置，包括正极极片，所述正极极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体表面的正极活性材料层，沿展开后的所述正极极片的宽度方向，所述正极活性材料层包括正极边缘区域和正极非边缘区域，所述正极边缘区域的能量密度为ED1，所述正极非边缘区域的能量密度为ED2，0.9≤ED1/ED2＜1；

沿所述正极边缘区域至所述正极非边缘区域的方向，所述正极边缘区域的宽度为W1，所述正极非边缘区域的宽度为W2，0.005≤W1/W2≤0.05；

所述正极边缘区域的厚度为D1，所述正极非边缘区域的厚度为D2，1.0<D1/D2≤1.1；

所述正极边缘区域包括第一活性材料层，所述正极非边缘区域包括第二活性材料层，所述第一活性材料层包括第一活性材料、第一导电剂和第一粘结剂，所述第二活性材料层包括第二活性材料、第二导电剂和第二粘结剂，所述第一活性材料的克容量为C1，所述第二活性材料的克容量为C2，1.0＜C2/C1≤1.1。

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，满足如下条件(a)至(c)中至少一者：

(a)1μm≤D1-D2≤10μm；

(b)40μm≤D1≤100μm；

(c)40μm≤D2≤100μm。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述第一活性材料层的导电率为R1，所述第二活性材料层的导电率为R2，1＜R2/R1<1.5。

4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，满足如下条件(e)至(g)中至少一者：

(e)0mAh/g＜C2-C1≤18mAh/g；

(f)150mAh/g≤C1≤200mAh/g；

(g)150mAh/g≤C2≤200mAh/g。

5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，满足如下条件(h)至(j)中至少一者：

(h)所述第一活性材料包括钴酸锂、磷酸铁锂或锰酸锂中的一种或多种；

(i)所述第二活性材料包括钴酸锂、磷酸铁锂或锰酸锂中的一种或多种；

(j)所述第一活性材料的金属元素掺杂量为H1，所述第二活性材料的金属元素掺杂量为H2，500ppm<H1-H2<2000ppm。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，基于所述第一活性材料层的质量，所述第一活性材料的含量为a₁％、所述第一导电剂的含量为b₁％，所述第一粘结剂的含量为c₁％；基于所述第二活性材料层的质量，所述第二活性材料的含量为a₂％、所述第二导电剂的含量为b₂％，所述第二粘结剂的含量为c₂％，满足如下条件(k)至(n)中至少一者：

(k)a₁<a₂；

(l)b₁<b₂；

(m)90≤a₁≤98，0.2≤b₁≤5，0.2≤c₁≤5；

(n)90≤a₂≤98，0.2≤b₂≤5，0.2≤c₂≤5。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学装置，其特征在于，沿展开后的所述正极极片的宽度方向，所述正极极片还包括设置在所述正极集流体表面的陶瓷涂层，所述正极边缘区域设置在所述正极非边缘区域与所述陶瓷涂层之间。

8.一种用电装置，其包含权利要求1至7中任一项所述的电化学装置。