CN115036464B - 电化学装置及用电装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种电化学装置及用电装置。该电化学装置包括一种负极极片，该负极极片包括负极集流体、位于负极集流体至少一个表面的负极活性材料层以及位于负极集流体与负极活性材料层之间的粘结层，其中，粘结层与负极集流体之间以剥离强度测试的粘结力为6N/m至10N/m。本申请的电化学装置能够兼具高安全性能和良好的长期循环性能。

Description

电化学装置及用电装置
技术领域
本申请属于电化学技术领域，具体涉及一种电化学装置及用电装置。
背景技术
二次电池具有能量密度高、循环寿命长，以及无污染、无记忆效应等突出特点。作为清洁能源，二次电池的应用已由电子产品逐渐普及到电动汽车等大型装置领域，以适应环境和能源的可持续发展战略。由此，也对二次电池的安全性能提出了更高的要求。
二次电池在运输、储存和使用过程中，受到机械撞击时，电极组件的结构容易遭到破坏，从而导致正极极片和负极极片直接接触，引发危险短路。危险短路可能会导致电池起火，甚至导致电池发生爆炸。因此，寻找合适的方法以提升二次电池的安全性能，对二次电池的发展具有重要的意义。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本申请提供一种提供了一种电化学装置，其包括一种负极极片，该负极极片中，粘结层与负极集流体之间的粘结力在合适的范围内，能够使得电化学装置兼具高安全性能和良好的长期循环性能。
本申请的第一方面提供一种电化学装置，包括一种负极极片，该负极极片包括负极集流体、位于负极集流体至少一个表面的负极活性材料层以及位于负极集流体与负极活性材料层之间的粘结层，其中，粘结层与负极集流体之间以剥离强度测试的粘结力为6N/m至10N/m。
粘结层与负极集流体之间的粘结力在上述范围内，在受到机械撞击时，负极活性材料层能够在正极与负极接触之前脱落，从而将电化学装置的短路类型限制为负极集流体与正极活性材料层接触而引发的短路以及负极集流体与正极集流体接触而引发的短路。由此，即使正极与负极之间发生短路，也不易导致电化学装置着火或爆炸，显著降低了电化学装置短路后造成的危害程度。此外，粘结层与负极集流体之间的粘结力在上述范围内时，本申请的电化学装置还能够在正常状态下具备良好的电化学性能和循环稳定性。由此，本申请的电化学装置能够兼具高安全性能和良好的长期循环性能。
在任意实施方式中，粘结层与负极集流体之间以剥离强度测试的粘结力为6N/m至8N/m。粘结层与负极集流体之间的粘结力在上述较低的范围内，能够进一步提升电化学装置的安全性能。
在任意实施方式中，粘结层包括导电剂和粘结剂。粘结层中包括导电剂和粘结剂时，能够具备良好的电子传导能力，从而能够使得负极极片具有好的电子传导能力。由此，本申请的电化学装置能够具备良好的电化学性能。
在任意实施方式中，导电剂包括碳纳米管、导电炭黑、碳纤维中的至少一者。上述导电剂应用于粘结层中，能够提升粘结层的电子传导能力，从而允许应用本申请的电化学装置具备良好的电化学性能。
在任意实施方式中，导电剂的直径为2μm至8μm。导电剂具有合适的直径，能够均匀地分散于粘结层中，从而允许粘结层具备良好的导电性能和合适的厚度，并且允许粘结层与负极集流体之间具备合适的粘结力。由此，能够允许本申请的电化学装置具备良好的电化学性能和安全性能。
在任意实施方式中，粘结剂包括羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸（PAA）、丙烯酸酯（AR）、聚氧化乙烯（PEO）中的至少一种。上述粘结剂具有高溶胀的性质或低粘结力。粘结层中包括上述粘结剂，能够使得粘结层与负极集流体之间具有较弱的界面粘结力。由此，本申请的电化学装置在受到机械撞击时，负极活性材料层和粘结层可以从负极集流体表面脱落，从而降低了电化学装置短路的危害程度，进而提升了电化学装置的安全性能。
在任意实施方式中，基于粘结层的总质量，导电剂的质量百分含量为60%至80%，粘结剂的质量百分含量为20%至40%。导电剂和粘结剂在粘结层中的含量在上述合适的范围内，能够在提升电化学装置的安全性能的同时，使得负极极片具备低欧姆阻抗，从而使得电化学装置具备低内阻，进而允许电化学装置具备良好的充电倍率性能。
在任意实施方式中，粘结层的厚度为1μm至20μm。
在任意实施方式中，粘结层的厚度为2μm至10μm。
粘结层的厚度在合适的范围内，一方面能够使得电化学装置具备低内阻，另一方面能够降低粘结层对电化学装置的能量密度的影响，从而允许电化学装置具备良好的倍率性能和高能量密度。
本申请第二方面提供一种用电装置，包括本申请第一方面的电化学装置。
附图说明
图1是本申请的电化学装置中负极极片的一实施方式的示意图。
图2是本申请电化学装置的实施方式的示意图。
图3是图2所示的本申请的电化学装置的实施方式的分解图。
图4是本申请的电化学装置的实施例用作电源的用电装置的示意图。
图5是本申请实施例12的电压曲线/表层温度监控图。
图6是本申请对比例1的电压曲线/表层温度监控图。
附图标记说明：
10负极极片；11负极集流体；12负极活性材料层；13粘结层； 5电化学装置；51壳体；52电极组件；53顶盖组件。
具体实施方式
以下，适当地参照附图具体说明本申请的电化学装置和用电装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
如果没有特别的说明，在本申请中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真（或存在）并且B为假（或不存在）；A为假（或不存在）而B为真（或存在）；或A和B都为真（或存在）。
为了提升二次电池的安全性能，降低危险短路的发生或者降低危险短路发生后带来的危害十分重要。
相关技术中，多是提升二次电池的结构稳定性，以使得二次电池在受到机械撞击时可以基本保持原有的结构。例如，提高隔离膜的耐刺强度、提高电极活性材料层与集流体之间的结合力，以降低二次电池受到机械撞击时正极极片、负极极片相接触的风险。但是，为了保证二次电池的能量密度及电化学性能，隔离膜的改进空间有限，在受到较为严重的机械撞击时，二次电池仍然不可避免地发生危险短路。因此，相关技术提供的技术方案对安全性能的提升作用十分有限。
发明人经深入研究，意外地发现：二次电池发生短路时，正极极片与负极极片的接触类型不同，短路导致的危害程度也有所不同。具体地，二次电池的短路类型可包括负极集流体与正极集流体接触而引发的短路、负极集流体与正极活性材料层接触而引发的短路、负极活性材料层与正极集流体接触而引发的短路以及负极活性材料层与正极活性材料层接触而引发的短路。相较于其他短路类型，负极集流体与正极集流体接触而引发的短路以及负极集流体与正极活性材料层接触而引发的短路的危害程度极低，即使发生短路，也不会导致电池着火及爆炸。
鉴于此，发明人经深入思考，从提高负极集流体参与短路的概率、降低负极活性材料层参与短路的概率出发，提供了一种电化学装置及用电装置，以提升电化学装置和用电装置的安全性能。
电化学装置
本申请第一方面提出了一种电化学装置，包括其中发生电化学反应以将化学能与电能互相转化的任何装置。电化学装置可以是一次电池或二次电池，其具体实例包括所有种类的锂一次电池、锂二次电池、钠一次电池或钠二次电池。
本申请的电化学装置包括一种负极极片，该负极极片包括负极集流体、位于负极集流体至少一个表面的负极活性材料层以及位于负极集流体与负极活性材料层之间的粘结层，其中，粘结层与负极集流体之间以剥离强度计的粘结力为6N/m至10N/m。图1是本申请的电化学装置中，负极极片的一实施方式的示意图。该示例性的负极极片10包括负极集流体11，位于负极集流体两个表面的负极活性材料层12，以及位于负极集流体11与负极活性材料层12之间的粘结层13。
需要说明的是，粘结层与负极集流体之间以剥离强度计的粘结力可通过拉力机测得。具体地，可通过如下步骤测试：截取双面胶（宽：20mm，长：60至70mm）贴于钢板上；截取待测负极极片将沿厚度方向，远离集流体的表面贴于双面胶面（负极极片长于双面胶，宽度完全覆盖）；2kg压辊辊压保证胶纸与测试面贴合；拉力机拉伸集流体进行剥离测试，将集流体剥离时的测试结果作为粘结层与负极集流体之间的粘结力。
需要说明的是，粘结层与负极集流体之间的粘结力可通过多种方式实现，本申请对此不作限定。作为一个示例，粘结层与负极集流体之间的粘结力可通过选取合适种类的粘结剂、控制粘结层中粘结剂的含量、粘结层与负极集流体之间的接触面积或粘结层的厚度等实现，但不限于此。
并非意在受限于任何理论或解释，发明人意外地发现：粘结层与负极集流体之间的粘结力在本申请的范围内，能够显著降低电化学装置发生短路后造成的危害程度。具体地，粘结层与负极集流体之间的粘结力在上述范围内，在受到机械撞击时，负极活性材料层能够在正极与负极接触之前脱落，从而将电化学装置的短路类型限制为负极集流体与正极活性材料层接触而引发的短路以及负极集流体与正极集流体接触而引发的短路。由此，即使正极与负极之间发生短路，也不易导致电化学装置着火或爆炸，显著降低了电化学装置短路后造成的危害程度。此外，粘结层与负极集流体之间的粘结力在上述范围内时，本申请的电化学装置能够在正常状态下具备良好的电化学性能和循环稳定性。由此，本申请的电化学装置能够兼具高安全性能和良好的长期循环性能。
在一些实施方式中，粘结层与负极集流体之间以剥离强度计的粘结力可为6N/m至8N/m。粘结层与负极集流体之间的粘结力在上述较低的范围内，能够进一步提升电化学装置的安全性能。
在一些实施方式中，粘结层可包括导电剂和粘结剂。
并非意在受限于任何理论或解释，粘结层中包括导电剂和粘结剂时，能够具备良好的电子传导能力，从而能够使得负极极片具有好的电子传导能力。由此，本申请的电化学装置能够具备良好的电化学性能。此外，粘结层中包括导电剂和粘结剂，还便于控制粘结层与负极集流体之间的粘结力在本申请的范围内，从而使得本申请的电化学装置具备高安全性能。
在一些实施方式中，导电剂可包括碳纳米管CNT、导电炭黑、碳纤维中的至少一者。
并非意在受限于任何理论或解释，上述导电剂应用于粘结层中，能够提升粘结层的电子传导能力，从而允许本申请的电化学装置具备良好的电化学性能。
在一些实施方式中，导电剂的直径可以为2μm至8μm。例如，导电剂的直径可以为2μm至8μm，3μm至8μm，4μm至8μm，5μm至8μm，6μm至8μm，7μm至8μm，2μm至7μm，3μm至7μm，4μm至7μm，5μm至7μm，6μm至7μm，2μm至6μm，3μm至6μm，4μm至6μm，5μm至6μm，2μm至5μm，3μm至5μm，4μm至5μm，2μm至4μm，3μm至4μm或2μm至3μm。
上述导电剂的直径可以表示粘结层中导电剂的直径分布范围，其可以通过本领域公知的方法测试得到。作为一个示例，可以利用SEM对粘结层的截面进行拍摄，获得图像。统计拍摄范围内导电剂颗粒，统计数量范围为50至100，分别记录每个导电剂颗粒的大小，得到导电剂的直径分布范围。
并非意在受限于任何理论或解释，导电剂具有合适的直径，能够均匀地分散于粘结层中，从而允许粘结层具备良好的导电性能和合适的厚度，并且允许粘结层与负极集流体之间具备合适的粘结力。由此，能够允许本申请的电化学装置具备良好的电化学性能和安全性能。
在一些实施方式中，粘结剂可包括羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸（PAA）、丙烯酸酯（AR）、聚氧化乙烯（PEO）中的至少一种。
在一些实施方式中，粘结剂还可以包括上述物质的改性物，例如还可以包括羧甲基纤维素钠CMC-Na、羧甲基纤维素锂CMC-Li等。
作为一个示例，粘结剂可包括PAA、AR、PEO中的至少一种与CMC的组合。
并非意在受限于任何理论或解释，上述粘结剂具有高溶胀的性质或低粘结力。粘结层中包括上述粘结剂，能够通过羧基、羟基等官能团与负极集流体（例如铜箔）以范德华力、氢键等弱作用力相结合，从而能够使得粘结层与负极集流体之间具有较弱的界面粘结力。由此，本申请的电化学装置在受到机械撞击时，负极活性材料层和粘结层可以从负极集流体表面脱落，从而降低了电化学装置短路后造成的危害程度，进而提升了电化学装置的安全性能。
在一些实施方式中，基于粘结层的总质量，导电剂的质量百分含量可以为60%至80%，粘结剂的质量百分含量可以为20%至40%。
并非意在受限于任何理论或解释，导电剂和粘结剂在粘结层中的含量在上述合适的范围内，能够在提升电化学装置的安全性能的同时，使得负极极片具备低欧姆阻抗，从而使得电化学装置具备低内阻，进而允许电化学装置具备良好的充电倍率性能。
在一些实施方式中，粘结层的厚度可以为1μm至20μm。例如，粘结层的厚度可以为1μm，2μm，3μm，5μm，8μm，10μm，12μm，15μm，18μm，20μm或处于以上任意数值所组成的范围内。
在一些实施方式中，粘结层的厚度可以为2μm至10μm。
并非意在受限于任何理论或解释，粘结层的厚度在上述合适的范围内，一方面能够使得电化学装置具备低内阻，另一方面能够降低粘结层对电化学装置的能量密度的影响，从而允许电化学装置具备良好的倍率性能和高能量密度。
本申请对负极极片的负极集流体不作限定。可以使用金属箔材或多孔金属板，例如使用铜、镍、钛、铁等金属或它们的合金的箔材或多孔板。作为示例，负极集流体为铜箔。
在一些实施方式中，所述负极集流体具有在自身厚度方向上相对的两个表面，负极活性材料层可以设置在负极集流体的一个表面，也可以同时设置在负极集流体的两个表面。例如，负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极活性材料层设置在负极集流体相对的两侧中的任意一个表面或两个表面上。
本申请对负极活性材料层中负极活性材料的种类不作限定，可根据需求进行选择。作为示例，其他负极活性材料包括但不限于天然石墨、人造石墨、中间相微碳球（MCMB）、硬碳，软碳、硅、硅-碳复合物、SiO、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO2、尖晶石结构的Li4Ti5O12、Li-Al合金中的至少一种。
在一些实施方式中，所述负极活性材料层还可选地包括粘结剂。粘结剂的具体种类不受到具体的限制，可根据需求进行选择。作为示例，粘结剂包括但不限于丁苯橡胶（SBR）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、水性丙烯酸树脂（Water-based acrylic resin）及羧甲基纤维素中的至少一种。
在一些实施方式中，负极活性材料层还可选地包括导电剂。导电剂的具体种类不受到具体的限制，可根据需求进行选择。作为示例，导电剂包括但不限于导电石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，负极活性材料层还可选地包括其他助剂，例如增稠剂（如羧甲基纤维素钠（CMC-Na））等。
但本申请并不限定于上述材料，本申请的负极极片还可以使用可被用作负极活性材料、导电剂、粘结剂和增稠剂的其它公知材料。
本申请中负极极片可以按照本领域常规方法制备。例如将导电剂、粘结剂分散于溶剂中，溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮（NMP）或去离子水，形成均匀的粘结层浆料；将粘结层浆料涂覆在负极集流体上，经烘干形成粘结层；将负极活性材料，可选的导电剂，粘结剂和增稠剂分散于溶剂中，溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮（NMP）或去离子水，形成均匀的负极浆料，将负极浆料涂覆在粘结层表面，经烘干、冷压等工序得到负极极片。
需要说明的是，本申请所给的各负极活性材料层、粘结层参数均指单侧负极活性材料层或单侧的粘结层参数范围。当负极活性材料层和粘结层设置在负极集流体的两侧时，其中任意一侧的负极活性材料层和粘结层参数满足本申请，即认为落入本申请的保护范围内。
在一些实施方式中，本申请的电化学装置包括正极极片、上述负极极片、隔离膜和电解液。
在一些实施方式中，正极极片、上述负极极片和隔离膜可通过卷绕工艺或叠片工艺制成电极组件。
本申请的电化学装置还包括外包装，用于封装电极组件及电解液。在一些实施方式中，外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等，也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，如聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）中的至少一种。
本申请对电化学装置的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。例如，图2是作为一个示例的方形结构的电化学装置5。
在一些实施方式中，参照图3，外包装可包括壳体51和顶盖组件53。其中，壳体51可包括底板和连接于底板上的侧板，底板和侧板围合形成容纳腔。壳体51具有与容纳腔连通的开口，顶盖组件53能够盖设于所述开口，以封闭所述容纳腔。正极极片、负极极片和隔离膜可经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件52。电极组件52封装于所述容纳腔内。电解液浸润于电极组件52中。电化学装置5所含电极组件52的数量可以为一个或多个，本领域技术人员可根据具体实际需求进行选择。
本申请的电化学装置中使用的正极极片的材料、构成和其制造方法可包括任何现有技术中公知的技术。
正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料的正极活性物质层。作为示例，正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，正极活性物质层设置在正极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。
在一些实施方式中，正极活性物质层包括正极活性材料，正极活性材料的具体种类不受到具体的限制，可根据需求进行选择。例如，正极活性材料可以包括锂过渡金属氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐及其各自的改性化合物中的一种或几种。在本申请的电化学装置中，上述各正极活性材料的改性化合物可以是对正极活性材料进行掺杂改性、表面包覆改性、或掺杂同时表面包覆改性。
作为示例，锂过渡金属氧化物可以包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物及其改性化合物中的一种或几种。作为示例，橄榄石结构的含锂磷酸盐可以包括磷酸铁锂、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料及其改性化合物中的一种或几种。这些正极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。
在一些实施方式中，正极活性物质层还可选的包括导电剂。作为示例，所述导电剂可以包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，正极活性物质层还可选的包括粘结剂。作为示例，导电剂可选自基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物或上述物质的任意组合。作为示例，基于碳的材料可选自天然石墨、人造石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。基于金属的材料可选自金属粉、金属纤维。导电聚合物可包括聚亚苯基衍生物。
在一些实施方式中，正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。作为金属箔片的示例，正极集流体可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层以及形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属材料层。作为示例，金属材料可选自铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银、银合金中的一种或几种。作为示例，高分子材料基层可选自聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚乙烯等。
本申请中正极极片可以按照本领域常规方法制备。例如，正极活性物质层通常是将正极浆料涂布在正极集流体上，经干燥、冷压而成的。正极浆料通常是将正极活性材料、可选的导电剂、可选的粘结剂以及任意的其他组分分散于溶剂中并搅拌均匀而形成的。溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮（NMP），但不限于此。
本申请的正极极片并不排除除了正极活性物质层之外的其他附加功能层。例如，在一些实施方式中，本申请的正极极片还包括夹在正极集流体和正极活性物质层之间、设置于正极集流体表面的导电底涂层（例如由导电剂和粘结剂组成）。在另外一些实施方式中，本申请的正极极片还包括覆盖在正极活性物质层表面的保护层。
电解液在正极极片和负极极片之间起到传导活性离子的作用。可用于本申请电化学装置的电解液可以为现有技术已知的电解液。
在一些实施方式中，所述电解液包括有机溶剂、锂盐和可选的添加剂，有机溶剂、锂盐和添加剂的种类均不受到具体的限制，可根据需求进行选择。
在一些实施方式中，作为示例，所述锂盐包括但不限于LiPF6（六氟磷酸锂）、LiBF4（四氟硼酸锂）、LiClO4（高氯酸锂）、LiFSI（双氟磺酰亚胺锂）、LiTFSI（双三氟甲磺酰亚胺锂）、LiTFS（三氟甲磺酸锂）、LiDFOB（二氟草酸硼酸锂）、LiBOB（二草酸硼酸锂）、LiPO2F2（二氟磷酸锂）、LiDFOP（二氟二草酸磷酸锂）及LiTFOP（四氟草酸磷酸锂）中的至少一种。上述锂盐可以单独使用一种，也可以同时使用两种或两种以上。
在一些实施方式中，作为示例，所述有机溶剂包括但不限于碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）、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）、碳酸亚丁酯（BC）、氟代碳酸亚乙酯（FEC）、甲酸甲酯（MF）、乙酸甲酯（MA）、乙酸乙酯（EA）、乙酸丙酯（PA）、丙酸甲酯（MP）、丙酸乙酯（EP）、丙酸丙酯（PP）、丁酸甲酯（MB）、丁酸乙酯（EB）、1,4-丁内酯（GBL）、环丁砜（SF）、二甲砜（MSM）、甲乙砜（EMS）及二乙砜（ESE）中的至少一种。上述有机溶剂可以单独使用一种，也可以同时使用两种或两种以上。可选地，上述有机溶剂同时使用两种或两种以上。
在一些实施方式中，所述添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
作为示例，所述添加剂包括但不限于氟代碳酸乙烯酯（FEC）、碳酸亚乙烯酯（VC）、乙烯基碳酸乙烯酯（VEC）、硫酸乙烯酯（DTD）、硫酸丙烯酯、亚硫酸乙烯酯（ES）、1,3-丙磺酸内酯（PS）、1,3-丙烯磺酸内酯（PST）、磺酸酯环状季铵盐、丁二酸酐、丁二腈（SN）、己二腈（AND）、三（三甲基硅烷）磷酸酯（TMSP）、三（三甲基硅烷）硼酸酯（TMSB）中的至少一种。
电解液可以按照本领域常规的方法制备。例如，可以将有机溶剂、锂盐、可选的添加剂混合均匀，得到电解液。各物料的添加顺序并没有特别的限制，例如，将锂盐、可选的添加剂加入到有机溶剂中混合均匀，得到电解液；或者，先将锂盐加入有机溶剂中，然后再将可选的添加剂加入有机溶剂中混合均匀，得到电解液。
隔离膜设置在正极极片和负极极片之间，主要起到防止正负极短路的作用，同时可以使活性离子通过。本申请对隔离膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。
在一些实施方式中，隔离膜的材质可以选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯中的一种或几种，但不仅限于这些。可选地，隔离膜的材质可以包括聚乙烯和/或聚丙烯。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜。隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料相同或不同。在一些实施方式中，隔离膜上还可以设置陶瓷涂层、金属氧化物涂层。
虽然在上面关于电化学装置的实施例的描述中，主要以二次电池为具体示例说明了根据本申请的电化学装置能够实现的有益效果，但是本领域技术人员容易理解，根据本申请的电化学装置中，负极极片的粘结层与负极集流体之间具备低粘结力，因此应用于其它类型的电化学装置中时，同样能够实现相应的有益效果。
用电装置
本申请第二方面提供了一种用电装置，其包括本申请第一方面的电化学装置。
本申请的用电装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子设备。在一些实施方式中，用电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。
图4是作为一个示例的用电装置。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。
实施例
以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1至20
负极极片的制备
将导电剂和粘结剂混合后，加入适量的去离子水，搅拌均匀后得到粘结层浆料；将粘结层浆料涂覆在铜箔表面，烘干后形成粘结层；将负极活性材料石墨、增稠剂CMC-Li、苯丙类粘结剂按质量比98:1:1进行混合，加入适量的溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在粘结层的表面上；然后经过120℃烘箱干燥、冷压、分切后，在85℃真空条件下烘烤12h，得到负极极片。
其中，基于粘结层中粘结剂浆料中固体组份的总质量，各实施例中粘结剂浆料的固体组份质量含量如表1所示。
正极极片的制备
将正极活性材料钴酸锂、导电剂、粘结剂PVDF按照质量比97:1:2进行混合，加入适量的溶剂NMP，在真空搅拌机作用获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的两个表面上；然后经过120℃烘箱干燥、冷压、分切后，在85℃真空条件下烘烤12h，得到正极极片。
电解液的制备
将碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）及碳酸二乙酯（DEC）按照体积比为1:1:1进行混合，得到有机溶剂；将LiPF6溶解在上述有机溶剂中，再加入氟代碳酸乙烯酯（FEC）混合均匀，得到电解液。其中，LiPF6的浓度为1mol/L，基于电解液的总质量，氟代碳酸乙烯酯的质量百分含量为5%。
隔离膜的制备
采用厚度为14μm的多孔聚丙烯膜（来自Celgard公司）作为隔离膜。
锂离子二次电池的制备
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序堆叠并卷绕得到电极组件，将电极组件放入外包装中，加入上述电解液，经封装、静置、化成、整形等工序后，得到锂离子二次电池。
对比例1
将负极活性材料石墨、增稠剂CMC-Li、聚丙烯酸按质量比98:1:1进行混合，加入适量的溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在粘结层的表面上；然后经过120℃烘箱干燥、冷压、分切后，在85℃真空条件下烘烤12h，得到负极极片。
对比例1中，正极极片、电解液、隔离膜以及锂离子二次电池的制备过程与实施例1至20相同。
测试部分
对上述实施例1至20、对比例1的负极极片、锂离子二次电池进行以下测试，测试结果如下表2所示。
（1）粘结力测试
截取双面胶（宽：20mm，长：60至70mm）贴于钢板上；截取待测负极极片将沿厚度方向，远离集流体的表面贴于双面胶面（负极极片长于双面胶，宽度完全覆盖）；2kg压辊辊压保证胶纸与测试面贴合；拉力机拉伸集流体进行剥离强度测试，将集流体剥离时的拉力测试结果作为粘结层与负极集流体之间的粘结力F。
（2）电池安全性能测试
将满充的锂离子二次电池放置于平面铁板上，将直径为φ15.8±0.1mm、长度至少6cm圆棒垂直于试样中部(即重叠区域214)，用9.1±0.1kg的重锤，距离圆棒与试样交叉处61±2.5cm，垂直自由状态落下。每个实施例或对比例对20组锂离子二次电池进行测试，实时监测二次电池的电压和表层温度，以得到二次电池的电压曲线/表层温度监控图。记录每个实施例、对比例的锂离子二次电池的通过率。通过的判定标准为：完成测试后，锂离子电池不起火、不爆炸。
实施例12和对比例1的电压曲线/表层温度监控图分别如图5、图6所示。
表1
Figure 528753DEST_PATH_IMAGE001
表2
Figure 802258DEST_PATH_IMAGE002
根据上述结果可知，实施例1至20的锂离子二次电池的负极极片中，粘结层与负极集流体之间具有较低的粘结力，由此，锂离子二次电池在受到机械撞击时，发生短路而引起起火、爆炸等危害的风险显著降低，由此能够具有高安全性能。
而相对于此，对比例1中的锂离子二次电池的负极极片中，粘结层与负极集流体之间的粘结力不在本申请限定的范围内。因此，锂离子二次电池在受到机械撞击时，极易发生起火、爆炸，安全性能远低于实施例1至20。
需要说明的是，本申请不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例，在本申请的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含在本申请的技术范围内。此外，在不脱离本申请主旨的范围内，对实施方式施加本领域技术人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其它方式也包含在本申请的范围内。

Claims (9)

1.一种电化学装置，包括一种负极极片，所述负极极片包括负极集流体、位于所述负极集流体至少一个表面的负极活性材料层以及位于所述负极集流体与所述负极活性材料层之间的粘结层，其中，所述粘结层与所述负极集流体之间以剥离强度测试的粘结力为6N/m至8N/m。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述粘结层包括导电剂和粘结剂。
3.根据权利要求2所述的电化学装置，其中，所述导电剂包括碳纳米管、导电炭黑、碳纤维中的至少一者。
4.根据权利要求3所述的电化学装置，其中，所述导电剂的直径为2μm至8μm。
5.根据权利要求2所述的电化学装置，其中，所述粘结剂包括羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸（PAA）、丙烯酸酯（AR）、聚氧化乙烯（PEO）中的至少一种。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的电化学装置，其中，基于所述粘结层的总质量，所述导电剂的质量百分含量为60%至80%，所述粘结剂的质量百分含量为20%至40%。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的电化学装置，其中，所述粘结层的厚度为1μm至20μm。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的电化学装置，其中，所述粘结层的厚度为2μm至10μm。
9.一种用电装置，包括根据权利要求1-8中任一项所述的电化学装置。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109390588A (zh) * 2017-08-11 2019-02-26 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极集流体、负极极片、锂离子二次电池及制备方法
CN113474913A (zh) * 2020-12-31 2021-10-01 东莞新能源科技有限公司 电化学装置、电子装置及电化学装置的制备方法
CN215896445U (zh) * 2021-06-23 2022-02-22 惠州锂威新能源科技有限公司 一种正极极片、锂离子电池及用电装置
CN114631204A (zh) * 2021-06-21 2022-06-14 宁德新能源科技有限公司 负极、电化学装置和电子装置
CN114665066A (zh) * 2022-03-31 2022-06-24 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及电子装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2111660B2 (en) * 2006-12-27 2015-08-26 Energizer Brands, LLC Process for making a metal-air battery cell with a catalytic electrode
CN109494349B (zh) * 2018-10-17 2020-08-28 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片及二次电池
CN111200114B (zh) * 2018-11-16 2021-06-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种正极极片及电化学装置
CN112599928A (zh) * 2020-12-03 2021-04-02 天津市捷威动力工业有限公司 一种具有补锂效果的复合隔膜及其制备方法和锂离子电池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109390588A (zh) * 2017-08-11 2019-02-26 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极集流体、负极极片、锂离子二次电池及制备方法
CN113474913A (zh) * 2020-12-31 2021-10-01 东莞新能源科技有限公司 电化学装置、电子装置及电化学装置的制备方法
CN114631204A (zh) * 2021-06-21 2022-06-14 宁德新能源科技有限公司 负极、电化学装置和电子装置
CN215896445U (zh) * 2021-06-23 2022-02-22 惠州锂威新能源科技有限公司 一种正极极片、锂离子电池及用电装置
CN114665066A (zh) * 2022-03-31 2022-06-24 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及电子装置

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