CN114730962A - 电化学装置及用电设备 - Google Patents

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CN114730962A CN202180006137.6A CN202180006137A CN114730962A CN 114730962 A CN114730962 A CN 114730962A CN 202180006137 A CN202180006137 A CN 202180006137A CN 114730962 A CN114730962 A CN 114730962A
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魏红梅
张楠
岳影影
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Abstract

本申请公开一种电化学装置及用电设备。电化学装置包括正极片、负极片和隔离层，负极片包括第一伸出区，即A/C overhang；隔离层包括位于正极片与负极片之间的第一区域，及位于第一伸出区表面的第二区域，第二区域的厚度大于第一区域的厚度。本申请利用第二区域的隔离层弥补正极片未设于第一伸出区上的部分，缩小电极组件在A/C overhang区域和非A/C overhang区域的厚度差异，有利于避免A/C overhang上出现析锂现象，保证电池性能。

Description

电化学装置及用电设备
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种电化学装置及用电设备。
背景技术
电化学装置(例如，锂离子电池)具有电压高、体积小、质量轻、比容量高、无记忆效应、无污染、自放电小和循环寿命长等优点，已广泛应用于众多领域。随着电化学装置的广泛应用，其性能也受到越来越多的关注。
在目前的电化学装置中，负极片的宽度大于正极片的宽度，沿负极片的宽度方向，负极片超出正极片的区域产生伸出区(overhang)，又称A/C overhang，研究人员认为，电池设计中增加overhang区域可调节正负极容量，一般正极容量小于负极容量，以提升电池可靠性，避免充电过程中正极脱出的锂离子过多，无法完全插入负极活性材料中，从而在负极片表面出现析锂，带来安全风险。但是，电极组件在overhang区域和其他区域(非overhang区域)存在厚度差异(结构层的厚度之和不同)，在热压化成过程中，电极组件受到的压力不均匀，导致电池界面恶化，充电时容易在overhang表面出现析锂现象，影响充放电性能。
发明内容
本申请第一方面提供一种电化学装置，包括正极片、负极片和隔离层。负极片包括第一伸出区，第一伸出区为沿负极片的宽度方向，负极片超出正极片的区域。隔离层包括位于正极片与负极片之间的第一区域，以及位于第一伸出区表面的第二区域，第二区域的厚度大于第一区域的厚度。
在一些实施方式中，第一区域的厚度为H1，第二区域的厚度为H2，正极片的厚度为Hc，1/4≤(H2-H1)/Hc≤5/4。
在一些实施方式中，5μm≤H1≤30μm。
在一些实施方式中，35μm≤H2≤230μm。
在一些实施方式中，30μm≤Hc≤200μm。
在一些实施方式中，隔离层还包括第二伸出区，第二伸出区为沿负极片的宽度方向，隔离层超出负极片的区域，第二伸出区的厚度大于第二区域的厚度。
在一些实施方式中，第二伸出区的厚度为H3，第二区域的厚度为H2，负极片的厚度为HA，1/4≤(H3-H2)/HA≤5/4。
在一些实施方式中，25μm≤HA≤200μm。
在一些实施方式中，第一区域与负极片之间的粘接力为F1，第二区域与负极片之间的粘接力为F2，满足：1≤F2/F1≤5。
在一些实施方式中，5N/m≤F2≤25N/m。
在一些实施方式中，隔离层包括聚合物纤维，以及可选地进一步包括颗粒，颗粒包括无机氧化物、锂离子传导性无机物以及有机物中的至少一种。
在一些实施方式中，聚合物纤维包括以下至少一种：聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-三氟氯乙烯)及其衍生物。
在一些实施方式中，无机氧化物包括以下至少一种：氧化铪、钛酸锶、二氧化锡、氧化铯、氧化镁、氧化镍、氧化钙、氧化钡、氧化锌、氧化锆、氧化钇、氧化铝、氧化钛、二氧化硅、水合氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铝。
在一些实施方式中，锂离子传导性无机物包括以下至少一种：磷酸锂、锂钛磷酸盐、锂铝钛磷酸、锂镧钛酸盐、锂锗硫代磷酸盐、锂氮化物、SiS2玻璃、P2S5玻璃、氧化锂、氟化锂、氢氧化锂、碳酸锂、偏铝酸锂、锂锗磷硫陶瓷、石榴石陶瓷。
在一些实施方式中，有机物包括以下至少一种：聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-三氟氯乙烯)及其衍生物。
本申请第二方面提供一种用电设备，包括上述任一项电化学装置。
在本申请的电化学装置及用电设备中，隔离层在第二区域的厚度大于第一区域的厚度，利用第二区域的隔离层弥补正极片未设置于第一伸出区表面上的部分，从而缩小电极组件在overhang区域和非overhang区域的厚度差异，有利于避免在overhang表面出现析锂现象，保证电池性能。
附图说明
图1至图10是本申请的电化学装置的十种极片与隔离层的配合示意图；
图11是本申请一实施例的隔离层的制备方法的流程示意图；
图12为本申请一实施例的隔离层的微观结构示意图；
图13为本申请另一实施例的隔离层的微观结构示意图。
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，下面将结合各个实施例及各个实施例的附图，对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述实施例仅是一部分实施例，而非全部。基于本申请中的实施例，在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
应理解，在本申请实施例的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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相应实施例的技术方案和简化描述，而非指示或暗示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的限制。
考虑到现有的电化学装置中，负极片超出正极片的区域产生overhang，使得电极组件在overhang区域和非overhang区域存在厚度差异，从而导致在overhang区域出现析锂现象的几率较高，影响充放电性能。针对于此，本申请实施例提供一种电化学装置，利用隔离层的厚度差异来弥补电极组件在overhang区域和非overhang区域的厚度差异，即隔离层在overhang区域的厚度大、在非overhang区域的厚度小，以此保证电化学装置的充放电性能。
在具体场景中，本申请实施例的电化学装置包括但不限于所有种类的原电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池和电容器(例如超级电容器)电池。电化学装置可优选为锂离子电池，包括但不限于锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池和锂离子聚合物二次电池。本申请实施例的电化学装置可以以电池、电池单元、电池模块或者电池模组的形式存在。
请参阅图1，电化学装置包括正极片11、负极片12和隔离层13。隔离层13设于正极片11和负极片12之间，用于隔离正极片11和负极片12并使电化学装置内的电子不能自由穿过，而让电解液中的离子自由通过。正极片11、负极片12和隔离层13卷绕或堆叠形成电化学装置的电极组件。应理解，正极片、负极片和隔离层的数量，本申请实施例不予以限制，本文选取其中一个隔离层13为例进行描述，电化学装置还包括其他隔离层14。
正极片11
正极片11包括正极集流体111和形成于正极集流体111的两个表面上的正极活性物质层112，该正极活性物质层112包含正极活性物质。
正极集流体111的材质没有特别限制，可以为任何适于用作正极集流体的材质。在一些实例中，正极集流体111包括但不限于：铝(Al)、不锈钢、镍(Ni)镀层、钛(Ti)、钽(Ta)等金属材料；碳布、碳纸等碳材料。
在一些实现中，正极活性物质层112可以是一层或多层，多层正极活性物质中的每层包含相同或不同的正极活性物质。正极活性物质为能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子等金属离子的物质。优选地，正极活性物质层112的可充电容量小于负极活性物质层122的放电容量，以防止充电时锂金属析出在负极片12上。
本申请实施例并不限定正极活性物质的种类，只要是能够以电化学方式吸藏和释放金属离子(例如，锂离子)即可。在一些实现中，正极活性物质可以为含有锂和至少一种过渡金属的物质。正极活性物质的实例可包括但不限于：锂过渡金属复合氧化物和含锂过渡金属磷酸化合物，过渡金属包括但不限于为钒(V)、钛、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍、铜(Cu)等。
在正极活性物质层112的表面可附着与其组成不同的物质。该附着物质包括但不限于：氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化硼、氧化锑、氧化铋等氧化物；硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝等硫酸盐；碳酸锂、碳酸钙、碳酸镁等碳酸盐；碳等。
物质附着于正极活性物质表面的方法包括但不限于：使附着物质溶解或悬浮于溶剂中而渗入添加到该正极活性物质中并进行干燥的方法；使附着物质溶解或悬浮于溶剂中，在渗入添加到该正极活性物质中后，利用加热等使其反应的方法；添加到正极活性物质前体中同时进行烧制的方法等。在附着碳的实例中，可以使用碳材料(例如活性炭等)进行机械附着的方法。
在正极活性物质表面附着物质，可抑制正极活性物质表面的电解液的氧化反应，有利于提高电化学装置的寿命。本文的描述中，可以将正极活性物质及其表面的附着物质也称为正极活性物质层112。
负极片12
负极片12包括负极集流体121和形成于负极集流体121的两个表面上的负极活性物质层122，该负极活性物质层122包含负极活性物质。
在一些实现中，负极集流体121包括但不限于为：金属箔、金属薄膜、金属网、冲压金属板、发泡金属板等；导电性树脂板。
在一些实现中，负极活性物质层122可以是一层或多层，多层负极活性物质中的每层可以包含相同或不同的负极活性物质。负极活性物质为任何能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子等金属离子的物质。
本申请实施例不限定负极活性物质的种类，只要是能够以电化学方式吸藏和释放金属离子即可。在一些实例中，负极活性物质包括但不限于：石墨、硬质碳、软质碳、仲炭微珠(MCMB)等碳材料、硅(Si)、以SiOx(0＜x＜2)表示的硅氧化物等含硅化合物、金属锂、与锂形成合金的金属及其合金、以二氧化锡等氧化物为主体的非晶化合物和钛酸锂。
请继续参阅图1，负极片12包括第一伸出区12a，第一伸出区12a为沿负极片12的宽度方向(即沿图1中箭头x所示的方向)，负极片12超出正极片11的区域，又称为A/Coverhang。
隔离层13
隔离层13是设置于正极片11和负极片12之间的一层隔膜，如图1所示，隔离层13可以设置于正极活性物质层112和负极活性物质层122之间。隔离层13的主要作用之一是：隔离正极片11和负极片12，并使电子不能自由穿过，而让电解液中的离子自由通过。
隔离层13包括：位于正极片11与负极片12之间的第一区域13a，以及位于第一伸出区12a表面的第二区域13b。第二区域13b的厚度H2大于第一区域13a的厚度H1，即H2＞H1。厚度可使用本领域常用的测试方法，例如，通过扫描电子显微镜(SEM)拍摄截面处的照片，分别测量第一区域13a和第二区域13b的厚度。于此，第二区域13b能弥补正极片11未设于第一伸出区(即A/C overhang)12a表面上的部分，缩小电化学装置在A/C overhang区域和非A/Coverhang区域的厚度差异，从而有利于避免在A/C overhang上出现析锂现象，保证电化学装置的充放电性能。所谓厚度差异表示在A/C overhang区域和非A/C overhang区域的结构层厚度之和的差值。
在一些实例中，例如在图4所示的实例中，第二区域13b的厚度H2可以恰好弥补正极片11未设置于第一伸出区12a表面上的部分，即，电化学装置在A/C overhang区域和非A/C overhang区域的结构层的厚度之和完全相等，此时(H2-H1)＝Hc，Hc为正极片11的厚度。
在其他一些实例中，第二区域13b的厚度H2也可以在一定阈值内大于或小于图4所示实例中的厚度。第二区域13b的厚度H2过大或过小，均会导致A/C overhang区域和非A/Coverhang区域的厚度差异，例如H2过大，会使非A/C overhang区域的厚度小于A/Coverhang区域的厚度；而H2过小，A/C overhang区域和非A/C overhang区域的厚度差异仍会导致在A/C overhang区域出现析锂现象，对此，在一些实现中，第一区域13a的厚度H1、第二区域13b的厚度H2和正极片11的厚度Hc可满足关系：1/4≤(H2-H1)/Hc≤5/4。
例如，请参阅图1、图6至图10，(H2-H1)/Hc＝3/4；请参阅图2，(H2-H1)/Hc＝1/4；请参阅图3，(H2-H1)/Hc＝1/2；请参阅图4，(H2-H1)/Hc＝1；请参阅图5，(H2-H1)/Hc＝5/4。优选地，1/2≤(H2-H1)/Hc＝1。
在一些具体场景中，5μm≤H1≤30μm。
在一些具体场景中，35μm≤H2≤230μm。
在一些具体场景中，30μm≤Hc≤200μm。
隔离层13的最小厚度(即第一区域13a的厚度H1)在上述范围内，可确保绝缘性和结构强度，保证电化学装置的倍率特性和能量密度。
请参阅图1至图10所示，隔离层13还包括第二伸出区13c，第二伸出区13c为沿负极片12的宽度方向(即沿图1中箭头x所示的方向)，隔离层13超出负极片12的区域，又称为S/Aoverhang。
第二伸出区13c的厚度H3大于第二区域13b的厚度H2，H3＞H2。第二伸出区13c能够弥补负极片12未设于第二伸出区(即S/A overhang)13c表面上的部分，能够缩小电化学装置在S/A overhang区域和非S/A overhang区域的结构层的厚度差异，有利于保证电化学装置性能。
在一些实例中，例如在图9所示的实例中，第二伸出区13c的厚度H3可以恰好弥补正极片11未设置于第二伸出区13c表面上的部分，即，电化学装置在S/A overhang区域和非S/A overhang区域的结构层厚度之和完全相等，此时(H3-H2)＝HA，HA为负极片12的厚度。
在其他一些实现中，第二伸出区13c的厚度H3也可以在一定阈值内大于或小于图9所示实例中的厚度。在一些实现中，H3、H2和HA可满足如下：1/4≤(H3-H2)/HA≤5/4。
例如，请参阅图6，(H3-H2)/HA＝1/4；请参阅图7，(H3-H2)/HA＝1/2；请参阅图8，(H3-H2)/HA＝3/4；请参阅图10，(H3-H2)/HA＝5/4。优选地，1/2≤(H3-H2)/HA≤1。
在一些具体场景中，25μm≤HA≤200μm。
隔离层13与负极片12之间的粘接力满足预设需求，可以避免隔离层13在高温下发生收缩、或者跌落时由于电解液的冲击导致隔离层13在边缘处内翻等，确保正极片11和负极片12之间隔离以防止短路。在一些实现中，第一区域13a与负极片12之间的粘接力为F1，第二区域13b与负极片12之间的粘接力为F2，满足：1≤F2/F1≤5。在一些场景中，5N/m≤F2≤25N/m。
为保证在电子不能自由穿过的前提下，有利于电解液中的离子自由通过，在一些实现中，隔离层13的孔隙率为α，孔径为Ф，满足以下条件的至少一者：
a)30％≤α≤95％；
b)10nm≤Ф≤5μm。
本申请实施例进一步提供有隔离层13的制备方法。下文以隔离层13的材质至少聚合物纤维为例，描述该隔离层13的制备方法。
如图11所示，为本申请一实施例的制备方法，包括步骤S11和S12。
S11：采用纺丝工艺将至少含有聚合物的溶液喷涂于正极片11或负极片12的至少一表面上，并烘干形成隔离层13。
S12：将正极片和负极片经预定处理后组装成电化学装置。
正极片11和负极片12的制备工艺及材料，本申请实施例不予以限制。
在一些实例中，可以将负极活性材料石墨(Graphite)、导电炭黑(Super P)、丁苯橡胶(SBR)按照重量比96:1.5:2.5进行混合，加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为0.7的浆料，并搅拌均匀，然后将浆料均匀涂覆在负极集流体(例如铜箔)121的一表面上，在110℃条件下烘干，得到一负极活性物质层122，接着采用相同工艺在负极集流体122的另一表面上形成另一负极活性物质层122。进一步地，再经过裁片和焊接极耳，得到负极片12。
将正极活性材料钴酸锂(LiCoO2)、导电炭黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)按照重量比97.5:1.0:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为0.75的浆料，并搅拌均匀，然后将浆料均匀涂覆在正极集流体(例如铝箔)111上，在90℃条件下烘干，得到一正极活性物质层112。接着采用相同工艺在正极集流体111的另一表面上形成另一正极活性物质层112。进一步地，再经过裁片和焊接极耳，得到正极片11。
本申请实施例也不限制聚合物的种类，在一些场景中，包括但不限于以下至少一种：聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-三氟氯乙烯)及其衍生物。
本申请可以通过聚合物形成隔离层13，如图12所示，隔离层13为一聚合物纤维层，具有满足锂离子等反应离子通过的孔径和孔隙率。
聚合物形成的结构层，即聚合物纤维层的孔径和孔隙率可能过大，于此，隔离层13还可以设有颗粒，如图13所示，通过颗粒使得隔离层13的孔径和孔隙率符合预定要求。
在一些实现中，颗粒可以设于聚合物纤维层内。
在另一些实现中，颗粒可以设于聚合物纤维层上，即，隔离层13包括两层结构，第一层为聚合物纤维层，第二层为颗粒层。
颗粒层(即第二层)的孔隙率为α0，孔径为Ф0，厚度为H0，电阻率为ρ，离子电导率为σ，满足以下条件的至少一者：
a)10％≤α0≤40％；
b)0.1nm≤Ф0≤1μm；
c)0.1μm≤H0≤20μm；
d)ρ＞107Ω·m；
e)10-2S/cm≤σ≤10-8S/cm。
颗粒层(即第二层)的孔隙率α0、孔径Ф0、厚度H0在上述范围内，可有利于确保电解液中的锂离子等反应离子自由通过。
在一些实例中，颗粒的材质包括无机氧化物、锂离子传导性无机物以及有机物中的至少一种。
无机氧化物包括以下至少一种：氧化铪、钛酸锶、二氧化锡、氧化铯、氧化镁、氧化镍、氧化钙、氧化钡、氧化锌、氧化锆、氧化钇、氧化铝、氧化钛、二氧化硅、水合氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铝。
锂离子传导性无机物包括以下至少一种：磷酸锂、锂钛磷酸盐、锂铝钛磷酸、锂镧钛酸盐、锂锗硫代磷酸盐、锂氮化物、SiS2玻璃、P2S5玻璃、氧化锂、氟化锂、氢氧化锂、碳酸锂、偏铝酸锂、锂锗磷硫陶瓷、石榴石陶瓷。
有机物包括以下至少一种：聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-三氟氯乙烯)及其衍生物。
隔离层13可以形成于正极片11的一个或者两个表面上，也可以形成于负极片12的一个或者两个表面上，本申请实施例不予限制。
本申请又一实施例提供一种用电设备，包括负载以及上述任一实施例的电化学装置，该电化学装置用于为负载供电。
用电设备可以以各种具体形式来实施，例如，无人机、电动车、电动清洁工具、储能产品、电动汽车、电动自行车、电动导航工具等电子产品。在实用场景中，用电设备具体包括但不限于为：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。
本领域技术人员可理解的是，除特别用于移动目的的元件之外，根据本申请实施例的构造也能够应用于固定类型的用电设备。
由于用电设备具有前述任一实施例的电化学装置，因此，该用电设备能够产生对应实施例的电化学装置具有的有益效果。
在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
另外，尽管本文采用术语“第一、第二、第三”等描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
以下通过具体实施例对本申请的技术方案做示例性描述：
实施例1
(1)负极片的制备：将负极活性材料石墨、导电炭黑(Super P)、丁苯橡胶(SBR)按照重量比96:1.5:2.5进行混合，加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为0.7的浆料，并搅拌均匀，然后将浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的一表面上，在110℃条件下烘干，得到一负极活性物质层，接着采用相同工艺在负极集流体的另一表面上形成另一负极活性物质层。进一步地，再经过裁片和焊接极耳，得到厚度HA为120μm的负极片。
(2)正极片的制备：将正极活性材料钴酸锂(LiCoO2)、导电炭黑(Super P)、聚偏二氟乙烯(PVDF)按照重量比97.5:1.0:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为0.75的浆料，并搅拌均匀，然后将浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔上，在90℃条件下烘干，得到一正极活性物质层。接着采用相同工艺在正极集流体的另一表面上形成另一正极活性物质层。进一步地，再经过裁片和焊接极耳，得到厚度Hc为100μm的正极片。
(3)隔离层的制备：将95％的聚偏二氟乙烯、4.5％丙烯腈和0.5％三氟化硼分散在二甲基甲酰胺与丙酮重量比为7:3的溶剂中，并搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到质量分数为25％的溶液A。在负极片的一表面上，利用溶液A作为原料通过电纺丝工艺，制备一层H1为10μm、H2为35μm的聚合物纤维层。之后，采用相同工艺在负极片的另一表面上也制备一层聚合物纤维层。接着，在40℃条件下真空烘干去除溶剂，随后升高温度至80℃热处理6h以完成交联过程，得到双面均有隔离层的负极片。
(4)电解液的制备
在干燥氩气环境中，首先将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比30:50:20混合，然后加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，得到LiPF6浓度为1.15mol/L的电解液。
(5)锂离子电池的制备：将前述得到的正极片和集成隔离层的负极片相对叠好并卷绕，置于外包装箔中，经注液、封装等工序后得到锂离子电池。
实施例2：与实施例1的区别在于：控制H2为60μm。
实施例3：与实施例1的区别在于：控制H2为85μm。
实施例4：与实施例1的区别在于：控制H2为110μm。
实施例5：与实施例1的区别在于：控制H2为135μm。
实施例6：与实施例3的区别在于：在利用溶液A进行电纺丝的同时，通过气纺丝工艺沉积氧化铝陶瓷。
实施例7
与实施例3的区别在于：在负极片表面的第一区域使用的纺丝溶液为将95％的聚偏二氟乙烯、3.8％丙烯腈、0.5％三氟化硼、0.7％的丁苯橡胶分散在二甲基甲酰胺与丙酮重量比为7:3的溶剂中，并搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到质量分数为25％的溶液。在负极片表面的第二区域使用的纺丝溶液为将95％的聚偏二氟乙烯、4.3％丙烯腈、0.5％三氟化硼、0.2％的丁苯橡胶分散在二甲基甲酰胺与丙酮重量比为7:3的溶剂中，并搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到质量分数为25％的溶液。
实施例8
与实施例3的区别在于：在负极片表面的第一区域使用的纺丝溶液为将95％的聚偏二氟乙烯、3.2％丙烯腈、0.5％三氟化硼、1.3％的丁苯橡胶分散在二甲基甲酰胺与丙酮重量比为7:3的溶剂中，并搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到质量分数为25％的溶液。在负极片表面的第二区域使用的纺丝溶液为将95％的聚偏二氟乙烯、4.3％丙烯腈、0.5％三氟化硼、0.2％的丁苯橡胶分散在二甲基甲酰胺与丙酮重量比为7:3的溶剂中，并搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到质量分数为25％的溶液。
实施例9：与实施例7的区别在于：控制H3为115μm。
实施例10：与实施例7的区别在于：控制H3为145μm。
实施例11：与实施例7的区别在于：控制H3为175μm。
实施例12：与实施例7的区别在于：控制H3为205μm。
实施例13：与实施例7的区别在于：控制H3为245μm。
对比例1：与实施例1的区别在于：使用传统的聚乙烯作为隔离膜。
测试方法
析锂测试：将制得的锂离子电池在1C倍率下进行大倍率充电，充电至100％SOC拆解电池观察负极片表面，10％以上面积存在灰色金属层的定义为严重析锂，5-10％面积存在灰色金属层的定义为轻微析锂，5％面积以下存在或不存在灰色金属层的定义为不析锂。
厚度膨胀率和循环容量保持率测试：在25℃下，利用千分尺测量锂离子电池的初始厚度H0，将锂离子电池以0.5C恒流充电至4.45V，然后以4.45V恒压充电至电流为0.05C，再以0.5C恒流放电至3.0V，得到放电容量，即为首次放电容量。将上述步骤重复100次，记录第100次的放电容量，并利用千分尺测量锂离子电池第100循环后的厚度H1。
100次充放电后的膨胀率＝(H1-H0)/H0×100％；
100次循环的容量保持率＝第100次的放电容量/首次放电容量。
跌落测试：取10支锂离子电池进行跌落测试，记录通过测试的锂离子电池数目。跌落测试通过率＝通过测试的锂离子电池数目/10。
实施例1-13与对比例1的结构参数及性能测试结果如下表所示。
Figure BDA0003617398550000121
“/”表示不添加或不具备该特征。
结果表明，相比较于传统隔离层的电化学装置，本申请实施例的电化学装置具有如下特点：能够显著改善析锂现象，多次循环充放电后的膨胀率低，在跌落时的安全性高，多次循环充放电后的电容量损耗小。
另外，隔离层13在A/C overhang上的厚度H2满足1/2≤(H2-H1)/Hc≤1，以及与负极片12之间的粘接力满足F2/F1≥1.5，或者在S/A overhang上的厚度H3进一步满足1/2≤(H3-H2)/HA≤1时，电化学装置可具有相对较好的性能。
以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构变换，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种电化学装置，包括：
正极片和负极片，所述负极片包括第一伸出区，所述第一伸出区为沿所述负极片的宽度方向，所述负极片超出所述正极片的区域；
隔离层，包括位于所述正极片与所述负极片之间的第一区域，以及位于所述第一伸出区表面的第二区域，所述第二区域的厚度大于所述第一区域的厚度。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一区域的厚度为H1，所述第二区域的厚度为H2，所述正极片的厚度为Hc，1/4≤(H2-H1)/Hc≤5/4。
3.根据权利要求2所述的电化学装置，满足以下条件的至少一者：
a)5μm≤H1≤30μm；
b)35μm≤H2≤230μm；
c)30μm≤Hc≤200μm。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述隔离层还包括第二伸出区，所述第二伸出区为沿所述负极片的宽度方向，所述隔离层超出所述负极片的区域，所述第二伸出区的厚度大于所述第二区域的厚度。
5.根据权利要求4所述的电化学装置，其中，所述第二伸出区的厚度为H3，所述第二区域的厚度为H2，所述负极片的厚度为HA，1/4≤(H3-H2)/HA≤5/4。
6.根据权利要求4所述的电化学装置，其中，25μm≤HA≤200μm。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，
所述第一区域与所述负极片之间的粘接力为F1，所述第二区域与所述负极片之间的粘接力为F2，满足：1≤F2/F1≤5。
8.根据权利要求7所述的电化学装置，其中，5N/m≤F2≤25N/m。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述隔离层包括聚合物纤维，以及可选地进一步包括颗粒；所述颗粒包括无机氧化物、锂离子传导性无机物以及有机物中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的电化学装置，其中，
所述聚合物纤维包括以下至少一种：
聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-三氟氯乙烯)及其衍生物；
所述无机氧化物包括以下至少一种：
氧化铪、钛酸锶、二氧化锡、氧化铯、氧化镁、氧化镍、氧化钙、氧化钡、氧化锌、氧化锆、氧化钇、氧化铝、氧化钛、二氧化硅、水合氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铝；
所述锂离子传导性无机物包括以下至少一种：磷酸锂、锂钛磷酸盐、锂铝钛磷酸、锂镧钛酸盐、锂锗硫代磷酸盐、锂氮化物、SiS2玻璃、P2S5玻璃、氧化锂、氟化锂、氢氧化锂、碳酸锂、偏铝酸锂、锂锗磷硫陶瓷、石榴石陶瓷；
所述有机物包括以下至少一种：聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯-三氟氯乙烯)及其衍生物。
11.一种用电设备，包括根据权利要求1-10中任一项所述的电化学装置。
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