CN114695839A - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请的实施例提供了电化学装置和电子装置。电化学装置包括第一极片，第一极片包括集流体和活性材料层。集流体包括层叠设置的第一基材和第二基材。第二基材设于第一基材和活性材料层之间，第一基材的抗拉强度Rm1与第二基材的抗拉强度Rm2满足：100MPa≤Rm1‑Rm2≤400MPa。本申请的实施例通过采用包括第一基材和第二基材的集流体，能够同时抑制极片的延展变形与改善活性材料层的脱膜的问题。

Description

电化学装置和电子装置
本申请是2021年3月29日提交的申请号为202110334935.3的发明名称为“电化学装置和电子装置”的发明专利的分案申请。
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
电化学装置(例如锂离子电池)在循环过程中存在膨胀现象，尤其是极片中的活性材料层在循环过程中的膨胀尤为明显。这导致极片中的集流体在其平面坐标系中的X方向和Y方向上的延展变形，可能还会导致活性材料层与集流体之间的错位剥离，极大地影响电化学装置的安全性能和循环性能。
发明内容
本申请的实施例提供了一种电化学装置，电化学装置包括第一极片，第一极片包括集流体和活性材料层。集流体包括层叠设置的第一基材和第二基材。第二基材设于第一基材和活性材料层之间，第一基材的抗拉强度Rm1与第二基材的抗拉强度Rm2满足：100MPa≤Rm1-Rm2≤400MPa。
在一些实施例中，第一基材的厚度d1与第二基材的厚度d2满足：0.5≤d1/d2≤2.5。在一些实施例中，400MPa≤Rm1≤1000MPa，1MPa≤Rm2≤600MPa。
在一些实施例中，第一基材包括合金材料、无机陶瓷材料、压延铜箔、电沉积镍箔或压延镍箔中的至少一种。在一些实施例中，第二基材包括多孔铜箔、电沉积铜箔、泡沫铜箔或导电高分子材料中的至少一种。在一些实施例中，导电高分子材料包括导电剂和高分子材料。在一些实施例中，导电剂包括碳材料。在一些实施例中，高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、环氧树脂或酚醛树脂中的至少一种。
在一些实施例中，集流体还包括第一粘结层，第一粘结层设置于第一基材和第二基材之间并粘结第一基材和第二基材。
在一些实施例中，第一基材的延伸率小于等于25％，第二基材的延伸率小于等于25％。在一些实施例中，在第一极片的厚度方向上，活性材料层的投影位于第二基材的投影的区域内。在一些实施例中，第一基材与第二基材的总厚度为4μm至20μm。在一些实施例中，活性材料层与第二基材相接。在一些实施例中，第一极片还包括设置于活性材料层和第二基材之间的导电层，导电层与活性材料层和第二基材分别相接。
在一些实施例中，活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括硅基材料，硅基材料包括硅、硅合金、硅的氧化物或硅碳复合物中的至少一种。
在一些实施例中，集流体还包括第三基材，第三基材与第一基材层叠设置，第一基材设于第三基材和第二基材之间，活性材料层还设置在第三基材上，第一基材的抗拉强度Rm1与第三基材的抗拉强度Rm3满足：100MPa≤Rm1-Rm3≤400MPa。
在一些实施例中，电化学装置还包括与第一极片的第一基材或第二基材连接的极耳，与极耳连接的第一基材或第二基材的厚度大于或等于3μm。
本申请的另一实施例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采用包括第一基材和第二基材的集流体，第一基材的抗拉强度Rm1与第二基材的抗拉强度Rm2满足：100MPa≤Rm1-Rm2≤400MPa，抗拉强度较小的第二基材可以改善活性材料层的剥离现象，而抗拉强度较大的第一基材可以改善第一极片的延展变形。因此，采用本申请的集流体，能够同时抑制极片的延展变形与改善活性材料层的脱膜。
附图说明
图1示出了本申请的一些实施例中的第一极片的沿着集流体的厚度(Z)方向和宽度方向(Y)限定的平面截取的示意图。
图2示出了本申请的一些实施例中的第一极片的沿着集流体的厚度方向和宽度方向限定的平面截取的示意图。
图3示出了本申请的一些实施例中的第一极片的沿着集流体的厚度方向和宽度方向限定的平面截取的示意图。
图4示出了本申请的一些实施例中的第一极片的沿着集流体的厚度方向和宽度方向限定的平面截取的示意图。
图5示出了本申请的一些实施例中的集流体的俯视图。
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。
电化学装置的极片的活性材料层在循环过程中存在膨胀现象，导致极片中的集流体在其平面坐标系中的X方向和Y方向上的延展变形，还可能导致活性材料层与集流体之间的错位剥离(即，脱膜)，极大地影响电化学装置的安全性能和循环性能。
为此，本申请的实施例提出一种电化学装置，该电化学装置包括第一极片。在一些实施例中，第一极片可以是正极，也可以是负极。在一些实施例中，如图1所示，第一极片10包括集流体101和活性材料层102。在一些实施例中，集流体101包括层叠设置的第一基材111和第二基材112。在一些实施例中，第二基材112至少部分地设于第一基材111和活性材料层102之间。应该理解，虽然图1中将活性材料层102示出为完全覆盖第二基材112，但这仅是示例性的，而不用于限制，活性材料层102可以仅部分地覆盖第二基材112。另外，第二基材112可以部分地覆盖第一基材111。
在一些实施例中，第一基材的抗拉强度Rm1与第二基材的抗拉强度Rm2满足：100MPa≤Rm1-Rm2≤400MPa。在一些实施例中，集流体试样在拉伸过程中，材料经过屈服阶段后进入强化阶段，随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力Fb，除以试样原始横截面积So所得的应力，称为抗拉强度或者强度极限Rm，单位为MPa。抗拉强度表示材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为：
Rm＝Fb/So
式中：Fb--试样拉断时所承受的最大力，单位为N(牛顿)；So为试样原始横截面积，单位为mm2。抗拉强度通常采用万能材料试验机等来进行测量。
在一些实施例中，活性材料层102在循环过程中伴随着膨胀，进而产生应力，抗拉强度较小的第二基材112在受到该应力作用时，可以在其平面坐标系中的相互垂直的X方向和Y方向(如图5所示)上产生一定的延展，即，第二基材112可以与活性材料层102一起膨胀，从而可以改善活性材料层102的剥离或脱膜现象。在第一基材111受到因活性材料层102的膨胀而产生的应力作用时，由于第一基材111的抗拉强度较大，可以缓解第一极片10的延展变形。因此，采用本申请的集流体101，能够同时抑制第一极片10的延展变形与改善活性材料层102的脱膜。
在一些实施例中，如果第一基材111的抗拉强度Rm1与第二基材112的抗拉强度Rm2的差异过小，则第一基材111的抗拉强度Rm1太小或第二基材112的抗拉强度Rm2太大，第一基材111的抗拉强度Rm1太小，会使得第一基材111难以抑制第一极片10的延展变形，而第二基材112的抗拉强度Rm2太大，会使得第二基材112改善活性材料层102的脱膜的作用不能实现。另一方面，如果第一基材111的抗拉强度Rm1与第二基材112的抗拉强度Rm2的差异过大，则第一基材111的抗拉强度Rm1太大或第二基材112的抗拉强度Rm2太小，第一基材111的抗拉强度Rm1太大，会减弱第二基材112改善活性材料层102的脱膜的作用，而第二基材112的抗拉强度Rm2太小，会使得第二基材112与活性材料层102一起从第一基材111脱膜。
在一些实施例中，第一基材111的厚度d1与第二基材112的厚度d2满足：0.5≤d1/d2≤2.5。在一些实施例中，材料的厚度与该材料的抗拉强度较为相关，为了获得第一基材111的抗拉强度Rm1与第二基材112的抗拉强度Rm2的合适的差值，控制第一基材111的厚度d1与第二基材112的厚度d2满足：0.5≤d1/d2≤2.5。
在一些实施例中，400MPa≤Rm1≤1000MPa，1MPa≤Rm2≤600MPa。在一些实施例中，如果第一基材111的抗拉强度Rm1太小，则会使得第一基材111抑制第一极片10的延展变形的作用相对受限；如果第一基材111的抗拉强度Rm1太大，则会减弱第二基材112改善活性材料层102的脱膜的作用。在一些实施例中，如果第二基材112的抗拉强度Rm2太小，为了与第一基材111适配，通常要求第一基材111的抗拉强度Rm1较小，会减弱第一基材111抑制第一极片10的延展变形的作用；如果第二基材112的抗拉强度Rm2太大，会使得第二基材112改善活性材料层102的脱膜的作用较难实现。
在一些实施例中，第一基材111包括合金材料、无机陶瓷材料、压延铜箔、电沉积镍箔或压延镍箔中的至少一种。在一些实施例中，合金材料包括不锈钢。这些材料可以为第一基材111提供合适大小的抗拉强度Rm1。压延铜箔通常是利用塑性加工原理通过对高精度铜带(厚度通常小于150微米)反复轧制和退火而成的产品(厚度通常介于4微米至100微米，宽度通常＜800毫米)，其延展性、抗弯曲性和导电性等都优于电沉积铜箔，铜纯度也高于电沉积铜箔。
在一些实施例中，第二基材112包括多孔铜箔、电沉积铜箔、泡沫铜箔或导电高分子材料中的至少一种。在一些实施例中，导电高分子材料包括导电剂和高分子材料。在一些实施例中，导电剂包括碳材料。在一些实施例中，高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、环氧树脂或酚醛树脂中的至少一种。第二基材112的这些材料可以为第二基材112提供合适大小的抗拉强度Rm2。在一些实施例中，电沉积铜箔通常是由电解液中的铜离子在光滑旋转不锈钢板(或钛板)圆形阴极滚筒上沉积而成；多孔铜箔通常为具有三维多孔状特征的铜箔材料，具有巨大的表面积，一方面能够承载更多的活性材料，从而增大电化学装置的容量，另一方面可以为电极反应提供更大的反应界面来提升电化学装置的功率；泡沫铜箔通常是在铜基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的多功能材料，泡沫铜的导电性和延展性好，且制备成本比泡沫镍低，导电性能更好。
在一些实施例中，可以通过任何合适的方式将第一基材111和第二基材112复合在一起，包括但不限于压延、电沉积、蒸镀和粘结等。例如，在一些实施例中，如图2所示，集流体101还包括第一粘结层113，第一粘结层113粘结第一基材111和第二基材112。
在一些实施例中，第一基材111的延伸率小于等于25％，第二基材112的延伸率小于等于25％。如果第一基材111或第二基材112的延伸率过大，则会使得第一极片10容易延展变形。
在本申请中，延伸率是指对基材样品进行拉伸测试，基材样品在拉伸断裂后，基材样品的长度的最大延长量与原始基材样品标距长度的百分比。即，基材样品原始标距长度为L1，基材样品拉伸断裂时的长度的最大延长量为L2，延伸率ε＝L2×100％/L1。
在一些实施例中，在第一极片10的厚度方向(Z方向，垂直于第一极片10或集流体101的X方向和Y方向)上，活性材料层102的投影位于第二基材112的投影的区域内。即，活性材料层102不与第一基材111直接接触。如此，第二基材112可以较好地起到缓解活性材料层102的脱膜的作用，避免了在活性材料层102与第一基材111直接接触时造成的活性材料层102的脱膜。这是因为第一基材111的抗拉强度较大，在活性材料层102在循环过程中发生膨胀时，容易与直接接触的第一基材111发生错位剥离。
在一些实施例中，第一基材111与第二基材112的总厚度为4μm至20μm。如果第一基材111与第二基材112的总厚度太小，则可能较难起到抑制第一极片10的延展变形与改善活性材料层102的脱膜的作用。如果第一基材111与第二基材112的总厚度太大，则不利于电化学装置的能量密度的提升。
在一些实施例中，活性材料层102包括负极活性材料，负极活性材料包括硅基材料，硅基材料包括硅、硅合金、硅的氧化物或硅碳复合物中的至少一种。这些硅基材料在循环过程中膨胀率较大(可达300％)，本申请的集流体可以改善活性材料层包括硅基材料时的膨胀的问题。
在一些实施例中，如图1所示，活性材料层102与第二基材112相接。在一些实施例中，如图3所示，第一极片还可以包括设置于活性材料层102和第二基材112之间的导电层103，导电层103与活性材料层102和第二基材112分别相接。在一些实施例中，导电层103包括碳材料和粘结剂，该粘结剂可以包括聚偏氟乙烯、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。在一些实施例中，导电层103中的碳材料和粘结剂的质量比可以为70～90：10～30。在一些实施例中，碳材料可以包括碳纤维、碳纳米管、石墨烯或导电炭黑中的至少一种。应该理解，这仅是示例性的，导电层103还可以包括其他合适的材料和质量比。
在一些实施例中，如图4所示，集流体101还包括第三基材114，第三基材114与第一基材111层叠设置，第一基材111设于第三基材114和第二基材112之间，活性材料层102还设置在第三基材114上，第一基材111的抗拉强度Rm1与第三基材114的抗拉强度Rm3满足：100MPa≤Rm1-Rm3≤400MPa。在一些实施例中，第三基材114可以包括与第二基材112相同的材料，使得集流体101形成夹心结构。当然，第三基材114也可以包括与第二基材112不同的材料。通过使第一基材111的抗拉强度Rm1与第三基材114的抗拉强度Rm3满足：100MPa≤Rm1-Rm3≤400MPa，可以实现抑制第一极片10的延展变形与改善设于第三基材114上的活性材料层102的脱膜问题，这可以参见关于第一基材111和第二基材112配合时的描述，在此不再重复。
在一些实施例中，电化学装置还包括与第一极片10的第一基材111或第二基材112连接的极耳，与极耳连接的第一基材111或第二基材112的厚度大于或等于3μm。在第一基材111或第二基材112的厚度大于或等于3μm时，方便极耳的焊接以及确保焊接的结构的稳定，从而确保电化学装置的性能的稳定。在一些实施例中，与极耳连接的第一基材111或第二基材112的厚度小于或等于10μm，如果厚度太大不利于电化学装置的能量密度的提升。
在一些实施例中，第一基材111可以是导电或不导电的。在一些实施例中，当极耳与第一基材111连接时，第一基材111是导电的。在一些实施例中，第一基材111、第二基材112和第三基材114的每个可以各自独立地为单层基材或多层材质复合。
在一些实施例中，当第一极片10为正极时，集流体101为正极集流体，活性材料层102为正极活性材料层。在一些实施例中，正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂或镍锰酸锂等中的至少一种。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(78～99)：(0.1～10)：(0.1～10)。在一些实施例中，正极活性材料层的厚度可以为10μm至200μm。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，正极的正极集流体可以采用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，正极的正极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正极集流体的部分区域上。
在一些实施例中，当第一极片10为负极时，集流体101为负极集流体，活性材料层102为负极活性材料层。在一些实施例中，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(78至98.5)：(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，负极的负极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，电化学装置还可以包括设置于正极和负极之间的隔离膜。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500μm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，并且为了简单的目的，以负极作为第一极片的示例进行说明，正极也可以采用第一极片的结构。
对比例1
正极的制备：采用铝箔作为正极的正极集流体，将正极活性材料钴酸锂、导电剂导电炭黑、聚偏氟乙烯按重量比97.8：1.4：0.8的比例溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，形成正极活性材料层的浆料，将该浆料涂覆于正极集流体上，涂覆厚度为80μm，得到正极活性材料层。然后经过干燥、冷压、裁切后得到正极。
负极的制备：将人造石墨、氧化硅(SiO)、羧甲基纤维素钠(CMC)和粘结剂丁苯橡胶按重量比82.7：15：1.3：1的比例溶于去离子水中，形成负极浆料。采用单层4μm厚的电沉积铜箔(抗拉强度为380MPa)作为负极的集流体，将负极浆料涂覆于负极的集流体的双侧上，得到两个负极活性材料层，每个负极活性材料层的硅的质量含量为干燥，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。
在对比例2中，负极集流体采用4μm厚的电沉积镍箔，其他参数同对比例1。
在对比例3中，负极集流体的第二基材采用8μm厚的导电苯乙烯，抗拉强度146MPa，第一基材采用8μm厚的压延铜箔，抗拉强度620MPa，利用热压工艺在第一基材的两侧复合第二基材，热压温度为80℃，热压压力为1.5MPa。随后在负极集流体上双面涂布15％硅含量的负极材料。
在对比例4至7和实施例1至7中，仅负极集流体的组成与对比例3不同，其他参见对比例3。在实施例8至10中，仅负极集流体的组成和负极活性材料层的硅含量与对比例3不同，其他参见对比例3。
下面描述本申请的各个参数的测试方法。
极片的延展率测试：
在锂离子电池满充时，会存在X-Y方向及Z方向膨胀，集流体受到极片的膨胀力作用，产生X-Y方向的延展。在极片长度方向(X方向)上，在极片(集流体设置有活性材料层的区域)的头、中、尾、空箔区各取2个样品，粘贴在玻璃板上，用透明胶带隔绝空气，然后用电荷耦合器件(CCD)测量极片宽度，理论上，空箔区不会发生延展可作为基准，满充X-Y延展＝满充区域极片宽度/空箔区宽度-1，六个样品取均值得到XY延展率。XY延展率可以一定程度反馈材料的变形情况。
抗拉强度与延伸率的测试：
国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定。具体测试步骤为：
(1)用取样器分别从样品横纵向裁取5条宽15mm，长200mm的长条集流体试样。
(2)将试样两端分别装夹在设备的上、下夹头，试样的长轴方向应与上、下夹具的中心连线重合。
(3)设置试验速度、试样宽度等参数信息。
(4)点击试验开始选项，试验开始。
(5)仪器自动计算、显示最终的试验结果。
其中，抗拉强度(Rm)：集流体试样在拉伸过程中所承受的最大力Fb，除以试样原始横截面积So所得的应力，单位为MPa。
是否脱膜测试：
通常采用目测观察法，极片脱模后会看到明显的分层，极片被触碰后极易脱落，集流体会有一些褶皱。
表1示出了实施例1至10和对比例1至7的各个参数和评价结果。
表1
Figure BDA0003605160690000121
Figure BDA0003605160690000131
其中，“/”表示不存在，下同。
通过比较实施例1和对比例1、2可知，相对于采用单层集流体，采用包括第一基材和第二基材的集流体，可以明显地减小极片的延展率，并且可以改善极片的脱膜。
通过比较实施例2和对比例3至4可知，在第一基材和第二基材的抗拉强度差小于100MPa或大于400MPa时，虽然由于高抗拉强度的第一基材的采用而减小了极片的延展率，但是发生极片的脱膜。
通过比较实施例7和对比例5至7可知，在第一基材的厚度和第二基材的厚度比小于0.5或大于2.5时，发生极片的脱膜。
通过比较实施例1至10可知，采用各种不同结构的复合集流体，在第一基材与第二基材的抗拉强度差为100MPa至400MPa时，均能实现减小延展率和改善极片的脱膜的效果。
通过比较实施例8和9可知，较厚的集流体可以减小极片的延展率。
通过比较实施例9和10可知，随着负极活性材料层的硅含量的增大，极片的延展率也相应地增大。
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 (12)

1.一种电化学装置，包括第一极片，其中，所述第一极片包括：
集流体，包括层叠设置的第一基材和第二基材；
活性材料层，所述第二基材设置于所述第一基材和所述活性材料层之间，所述第一基材的抗拉强度Rm1与所述第二基材的抗拉强度Rm2满足：100MPa≤Rm1-Rm2≤400MPa，所述电化学装置还包括与所述第一极片的所述第一基材或所述第二基材连接的极耳，与所述极耳连接的所述第一基材或所述第二基材的厚度大于或等于3μm。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一基材的厚度d1与所述第二基材的厚度d2满足：0.5≤d1/d2≤2.5。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一基材包括合金材料、无机陶瓷材料、压延铜箔、电沉积镍箔或压延镍箔中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第二基材包括多孔铜箔、电沉积铜箔、泡沫铜箔或导电高分子材料中的至少一种，
所述导电高分子材料包括导电剂和高分子材料，所述导电剂包括碳材料，所述高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、环氧树脂或酚醛树脂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述集流体还包括第一粘结层，所述第一粘结层设置于所述第一基材和所述第二基材之间并粘结所述第一基材和所述第二基材。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一基材的延伸率小于等于25％，所述第二基材的延伸率小于等于25％。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，在所述第一极片的厚度方向上，所述活性材料层的投影位于所述第二基材的投影的区域内。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一基材与所述第二基材的总厚度为4μm至20μm。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括硅基材料，所述硅基材料包括硅、硅合金、硅的氧化物或硅碳复合物中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，
所述活性材料层与所述第二基材相接；或
所述第一极片还包括设置于所述活性材料层和所述第二基材之间的导电层，所述导电层与所述活性材料层和所述第二基材分别相接。
11.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述集流体还包括第三基材，所述第三基材与所述第一基材层叠设置，所述第一基材设于所述第三基材和所述第二基材之间，所述活性材料层还设置在所述第三基材上，所述第一基材的抗拉强度Rm1与所述第三基材的抗拉强度Rm3满足：100MPa≤Rm1-Rm3≤400MPa。
12.一种电子装置，包括根据权利要求1至11中任一项所述的电化学装置。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014022271A (ja) * 2012-07-20 2014-02-03 Nippon Steel & Sumitomo Metal クラッド箔およびこれを用いる電池用活物質集電体、ならびにリチウムイオン二次電池の負極集電体の製造方法
CN106910897A (zh) * 2017-03-02 2017-06-30 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种集流体及其极片和电池
CN109873164A (zh) * 2017-12-05 2019-06-11 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种集流体，其极片和电化学装置
CN109873166A (zh) * 2017-12-05 2019-06-11 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种集流体，其极片和电化学装置
CN110660995A (zh) * 2018-12-29 2020-01-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电极极片和电化学装置
CN110660998A (zh) * 2018-09-17 2020-01-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 集流体、电极极片及电化学装置
CN110943227A (zh) * 2019-05-31 2020-03-31 宁德时代新能源科技股份有限公司 复合集流体、电极极片及电化学装置
CN111180736A (zh) * 2019-05-31 2020-05-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 正极集流体、正极极片及电化学装置
CN111180735A (zh) * 2019-05-31 2020-05-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极集流体、负极极片及电化学装置
CN111883778A (zh) * 2020-09-07 2020-11-03 中航锂电技术研究院有限公司 锂离子电池

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012074337A (ja) * 2010-09-30 2012-04-12 Sanyo Electric Co Ltd リチウム二次電池
CN102130323B (zh) * 2011-02-12 2013-02-13 中南大学 一种含多孔聚合物弹性体的锂离子电池薄膜负极及制备方法
JP2012252961A (ja) * 2011-06-06 2012-12-20 Hitachi Ltd リチウムイオン二次電池
JP2013114825A (ja) * 2011-11-25 2013-06-10 Nisshin Steel Co Ltd 電極積層体およびそれを用いたリチウムイオン二次電池
JP2015035249A (ja) * 2011-11-28 2015-02-19 パナソニック株式会社 リチウムイオン電池用負極及びリチウムイオン電池
KR101309075B1 (ko) * 2012-02-02 2013-09-16 주식회사 아모그린텍 전극 조립체, 그 제조방법 및 이를 이용한 이차 전지
JP5709024B2 (ja) * 2012-12-17 2015-04-30 トヨタ自動車株式会社 非水電解液二次電池および該二次電池用集電体
TW201448338A (zh) * 2013-01-18 2014-12-16 Furukawa Electric Co Ltd 銅箔、鋰離子電池用負極及鋰離子二次電池
CN110943200B (zh) * 2019-04-15 2021-03-09 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电极极片和电化学装置
CN112349910B (zh) * 2019-04-28 2022-03-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极集流体、负极极片、电化学装置、电动汽车及消费类电子产品
CN111682165A (zh) * 2020-06-24 2020-09-18 东莞新能安科技有限公司 正极极片、电化学装置和电子装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014022271A (ja) * 2012-07-20 2014-02-03 Nippon Steel & Sumitomo Metal クラッド箔およびこれを用いる電池用活物質集電体、ならびにリチウムイオン二次電池の負極集電体の製造方法
CN106910897A (zh) * 2017-03-02 2017-06-30 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种集流体及其极片和电池
CN109873164A (zh) * 2017-12-05 2019-06-11 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种集流体，其极片和电化学装置
CN109873166A (zh) * 2017-12-05 2019-06-11 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种集流体，其极片和电化学装置
CN110660998A (zh) * 2018-09-17 2020-01-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 集流体、电极极片及电化学装置
CN110660995A (zh) * 2018-12-29 2020-01-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电极极片和电化学装置
CN110943227A (zh) * 2019-05-31 2020-03-31 宁德时代新能源科技股份有限公司 复合集流体、电极极片及电化学装置
CN111180736A (zh) * 2019-05-31 2020-05-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 正极集流体、正极极片及电化学装置
CN111180735A (zh) * 2019-05-31 2020-05-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极集流体、负极极片及电化学装置
WO2020238156A1 (zh) * 2019-05-31 2020-12-03 宁德时代新能源科技股份有限公司 正极集流体、正极极片、电化学装置及装置
CN111883778A (zh) * 2020-09-07 2020-11-03 中航锂电技术研究院有限公司 锂离子电池

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