CN115148952A - 电化学装置及电子装置 - Google Patents

电化学装置及电子装置 Download PDF

Info

Publication number
CN115148952A
CN115148952A CN202110347445.7A CN202110347445A CN115148952A CN 115148952 A CN115148952 A CN 115148952A CN 202110347445 A CN202110347445 A CN 202110347445A CN 115148952 A CN115148952 A CN 115148952A
Authority
CN
China
Prior art keywords
active material
electrochemical device
material layer
hard carbon
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110347445.7A
Other languages
English (en)
Inventor
张涵翔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningde Amperex Technology Ltd
Original Assignee
Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningde Amperex Technology Ltd filed Critical Ningde Amperex Technology Ltd
Priority to CN202110347445.7A priority Critical patent/CN115148952A/zh
Priority to EP22165713.3A priority patent/EP4075543A3/en
Publication of CN115148952A publication Critical patent/CN115148952A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/443—Particulate material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H01M50/461—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes with adhesive layers between electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

本申请提供了一种电化学装置以及电子装置。所述电化学装置包括负极活性材料层以及隔离膜，所述隔离膜包括基材以及粘接层。所述负极活性材料层包括硬碳，所述负极活性材料层的孔隙率为20％至60％，所述粘接层的粘接力为5N至20N。所述电化学装置具有优异的快充循环性能以及低的硬碳变形率。

Description

电化学装置及电子装置
技术领域
本申请涉及电化学领域，具体涉及一种电化学装置及电子装置。
背景技术
目前市场上5G手机已大范围推广，后续更快速的通讯手机也会逐步落地，随之带来的是电池能耗问题。数据显示，5G能耗比4G大约提升30％至50％，极大的降低了电池的续航能力，这也对后续电池的能量密度提出了更高的要求。电池中负极材料多使用石墨，但石墨的克容量(374mAh/g)较低，且商业化应用的石墨材料开发已接近理论克容量，继续提升收益较小，因此亟需开发新型负极材料提升电池的能量密度。
高克容量负极材料多种多样，例如硬碳、硅、金属氧化物等。对于硬碳材料，我们可以实现其克容量＞1000mAh/g，这可以极大提高电池的能量密度。但目前硬碳在手机端的开发存在多种问题，其中关键瓶颈为电芯循环过程中由于硬碳较硬、脆性大出现拐角脱膜导致的异常变形，这限制了硬碳的市场端应用。
发明内容
鉴于背景技术存在的问题，本申请的目的在于提供一种电化学装置及电子装置，所述电化学装置具有优异的快充循环性能以及低的硬碳变形率。
在一些实施例中，电化学装置包括负极活性材料层以及隔离膜；所述隔离膜包括基材以及粘接层；所述负极活性材料层包括硬碳，所述负极活性材料层的孔隙率为20％至60％；所述粘接层的粘接力为5N至20N。
在一些实施例中，所述粘接层设置在所述基材靠近所述负极活性材料层的表面上，所述粘接层的粘接力为所述粘接层与所述负极活性材料层之间的粘接力。
在一些实施例中，硬碳的体积基准累积粒径Dv99为12μm至30μm。
在一些实施例中，硬碳的比表面积为2m2/g至8m2/g。
在一些实施例中，所述负极活性材料层的压实密度为0.8g/cm3至1.5g/cm3。
在一些实施例中，所述基材包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种形成的单层或多层。
在一些实施例中，所述粘接层包括聚偏二氟乙烯、乙烯基-聚倍半硅氧烷中的至少一种形成的单层或多层。
在一些实施例中，所述隔离膜进一步包括陶瓷层。
在一些实施例中，所述负极活性材料层的孔隙率为40％至60％。
在一些实施例中，电子装置包括本申请所述的电化学装置。
本申请的有益效果如下：
本申请的电化学装置基于硬碳负极材料，结合高粘接隔离膜，可以改善硬碳的循环变形问题，同时利用硬碳材料特性，提高电芯层间保液能力，改善高粘接隔膜界面问题，实现高粘隔膜在快充体系应用，改善循环性能和跌落现象。
说明书附图
图1为本申请对比例1的电极组件界面的CT/界面图，其中，图1a展示了拐角起翘情况，图1b展示了界面析锂情况。
图2为本申请实施例1的电极组件界面的CT/界面图，其中，图2a展示了拐角起翘情况，图2b展示了界面析锂情况。
图3为本申请实施例2的电极组件界面的CT/界面图，其中，图3a展示了拐角起翘情况，图3b展示了界面析锂情况。
图4为本申请实施例3的电极组件界面的CT/界面图，其中，图4a展示了拐角起翘情况，图4b展示了界面析锂情况。
图5为本申请实施例4的电极组件界面的CT/界面图，其中，图5a展示了拐角起翘情况，图5b展示了界面析锂情况
图6为本申请实施例5的电极组件界面的CT/界面图，其中，图6a展示了拐角起翘情况，图6b展示了界面析锂情况。
具体实施方式
应理解的是，所公开的实施例仅是本申请的示例，本申请可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本申请。在本申请的说明中，CT图指的是二维投影和扫描图，CT图可通过本领域技术人员公知的仪器或设备(例如GE Phoenixvtomex S设备)测定得到。
在本申请的说明中，未明确说明的术语、专业用词均为本领域技术人员的公知常识，未明确说明的方法均为本领域技术人员公知的常规方法。
下面详细说明本申请的电化学装置。
本申请的电化学装置可以是选自如下装置中的任意一种：锂二次电池、超级电容器、锂-硫电池、钠离子电池、锂-空气电池、锌-空气电池、铝-空气电池和镁离子电池。特别地，所述电化学装置可以是锂二次电池。
[正极片]
在一些实施例中，电化学装置包含正极片。
正极片是本领域技术公知的可被用于电化学装置的正极片。在一些实施例中，正极片包含正极集流体以及设置在正极集流体上的正极活性物质层。
在一些实施例中，正极活性物质层包含正极活性物质。在一些实施例中，正极活性物质含有含锂以及从钴、锰和镍中选择的至少一种的复合氧化物；在一些实施例中，所述复合氧化物包含钴酸锂、三元正极材料等。
在一些实施例中，正极活性物质层可还包含导电剂。导电剂用于为正极提供导电性，可改善正极导电率。导电剂是本领域公知的可被用于正极活性物质层的导电材料。导电剂可以选自任何导电的材料，只要它不引起化学变化即可。在一些实施例中，导电剂包含碳基材料(例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维)、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)中的至少一种。
在一些实施例中，正极活性物质层可还包含粘结剂。粘结剂是本领域公知的可被用于正极活性物质层的粘结剂。粘结剂可以改善正极活性物质颗粒彼此之间以及正极活性物质颗粒与正极集流体之间的粘结性能。在一些实施例中，粘结剂包含聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、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、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙中的至少一种。
在一些实施例中，正极片的结构为本领域技术公知的可被用于电化学装置的正极片的结构。
在一些实施例中，正极片的制备方法是本领域技术公知的可被用于电化学装置的正极片的制备方法。在一些实施例中，在正极浆料的制备中，通常加入正极活性物质、粘结剂，并根据需要加入导电材料和增稠剂后溶解或分散于溶剂中制成正极浆料。溶剂在干燥过程中挥发去除。溶剂是本领域公知的可被用作正极活性物质层的溶剂，溶剂例如但不限于N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
[负极片]
在一些实施例中，电化学装置包含负极片。
负极片是本领域技术公知的可被用于电化学装置的负极片。在一些实施例中，负极片包含负极集流体以及设置在负极集流体上的负极活性物质层。在一些实施例中，负极活性物质层可包含负极活性物质、导电剂以及粘结剂。
在一些实施例中，负极活性材料层包含硬碳、且负极活性材料层的孔隙率为20％至60％，此时可以提高电芯在制备过程中的储存电解液能力，保证循环过程中的电解液补给。负极活性材料层的孔隙率低于20％会由于储液不足，导致电解液消耗后无补给，恶化循环性能；孔隙率大于60％会导致化成成膜不稳定且消耗锂离子过多，降低能量密度。在一些实施例中，优选地，负极活性材料层的孔隙率为40％至60％。在一些实施例中，负极活性材料层孔隙率可采用压汞仪测试得到。
在一些实施例中，硬碳的粒径Dv99为12μm至30μm，其中，Dv99为在体积基准的累积分布中，从粒子的小直径侧开始累积99％时的粒径。
硬碳的粒径Dv99可通过本领域公知的方法通过粒度分析仪进行测试得到。在一些实施例中，Dv99可通过筛分法、通过比表面积(BET)表面测量法、或者通过激光衍射分析法而测量得到。
激光衍射分析法是激光束穿过分散的颗粒样品时，通过测量散射光的强度，可得到相应的颗粒尺寸。在一些实施例中，Dv99可通过在Malvern型分析仪上的激光衍射分析而测量得到。Malvern型分析仪例如但不限于Malvern 2000型、Malvern MasterSizer(如Mastersizer S)型、Malvern 2600型、Mastersizer 3000型或Malvern 3600型。
在一些实施例中，硬碳的比表面积为2m2/g至8m2/g，硬碳的比表面积小于2m2/g，会导致孔隙率不足，影响电池极片储液，恶化循环性能；比表面积大于8m2/g会导致化成成膜不稳定且消耗锂离子过多，降低能量密度。硬碳的比表面积可通过比表面积测定仪测试得到。
在一些实施例中，硬碳的前驱体包括高分子聚合物、植物、树脂中的至少一种，不同类型的硬碳前驱体材料结合不同的工艺参数，可获得比表面积为2m2/g至8m2/g的硬碳材料，进而获得20％至60％孔隙率的负极活性材料层。不同类型的硬碳前驱体材料结合不同的工艺参数，获得不同比表面积的硬碳材料的技术是本领域内的现有技术，在此不展开描述。
在一些实施例中，负极活性材料层的压实密度为0.8g/cm3～1.5g/cm3，负极活性材料层的压实密度小于0.8g/cm3会导致负极极片粘接力较低，导致活性物质与集流体脱膜，失去电接触，影响循环性能；负极活性材料层的压实密度大于1.5g/cm3导致孔隙率不足，影响电池极片储液，恶化循环性能。在一些实施例中，负极活性材料层的压实密度可利用冲片机、千分尺等通过本领域公知的方法测试得到。
在一些实施例中，负极活性物质层还可包含导电剂。导电剂用于为负极提供导电性，可改善负极导电率。导电剂是本领域公知的可被用于负极活性物质层的导电材料。导电剂可以选自任何导电的材料，只要它不引起化学变化即可。在一些实施例中，导电剂包含碳基材料(例如碳纳米管、天然石墨、人造石墨、导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维)、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)中的至少一种。
在一些实施例中，负极活性物质层还可包含粘结剂。粘结剂是本领域公知的可被用于负极活性物质层的粘结剂。在一些实施例中，粘结剂包含丁苯橡胶(SBR)、二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-co-HFP)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、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、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙中的至少一种。
在一些实施例中，负极活性材料层可包含如下组合中的至少一种：硬碳、碳纳米管以及丁苯橡胶的组合；硬碳、导电炭黑以及聚偏二氟乙烯的组合；硬碳、人造石墨以及聚氟乙烯的组合、硬碳、科琴黑以及聚丙烯腈的组合。在一些实施例中，优选地，负极活性材料层包含硬碳、碳纳米管以及丁苯橡胶的组合，该组合相对于其他组合能够获得进一步的有益效果。
在一些实施例中，负极片的结构为本领域技术公知的可被用于电化学装置的负极片的结构。
在一些实施例中，负极片的制备方法是本领域技术公知的可被用于电化学装置的负极片的制备方法。在一些实施例中，在负极浆料的制备中，通常加入负极活性物质、粘合剂，并根据需要加入导电材料和增稠剂后溶解或分散于溶剂中制成负极浆料。溶剂在干燥过程中挥发去除。溶剂是本领域公知的可被用作负极活性物质层的溶剂，溶剂例如但不限于水。增稠剂(分散剂)是本领域公知的可被用作负极活性物质层的增稠剂，增稠剂例如但不限于羧甲基纤维素钠。
[隔离膜]
在一些实施例中，电化学装置包含隔离膜。
隔离膜是本领域技术公知的可被用于电化学装置的隔离膜，例如但不限于聚烯烃类多孔膜。
在一些实施例中，隔离膜包含基材。在一些实施例中，基材包含聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种形成的单层或多层。例如，聚乙烯可包含选自高密度聚乙烯、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化学装置的稳定性。在一些实施例中，隔离膜基材厚度在约5μm至500μm的范围内。
在一些实施例中，隔离膜含多孔层。在一些实施例中，多孔层可设置在隔离膜的基材的至少一个表面上形成单层或多层。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接性。在一些实施例中，隔离膜多孔层的孔具有在约0.01μm至1μm的范围的直径。
在一些实施例中，多孔层是聚合物多孔层或无机物多孔层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的多孔层。在一些实施例中，无机物多孔层包含无机颗粒和/或粘接剂。在一些实施例中，无机物多孔层中的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，无机物多孔层中的粘接剂选自聚偏氟乙烯、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。
在一些实施例中，隔离膜包含粘接层。粘接层可以设置在基材的至少一面上，或者多孔层的至少一面上，或基材与多孔层之间。例如，所述粘接层可以设置在所述基材靠近负极活性材料层的表面上。粘结层可以增强负极极片与隔离膜之间的界面，进而抑制电化学装置在使用中的变形。
在一些实施例中，粘接层为聚合物粘接层，聚合物粘接层中包含聚合物颗粒。在一些实施例中，聚合物颗粒在聚合物粘接层中堆积成多层，优选地，堆积层数小于或等于四层。
在一些实施例中，所述聚合物颗粒为聚偏氯乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚丙烯腈、丁二烯-丙烯腈聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯和丙烯酸酯-苯乙烯共合物中的至少一种，或以上聚合物单体中的至少两种的共聚物。在一些实施例中，所述聚合物颗粒的粒径为0.2μm至2μm。在另一些实施例中，所述聚合物颗粒的粒径为0.3μm至1μm。
在一些实施例中，特别地，粘接层包含聚偏二氟乙烯、乙烯基-聚倍半硅氧烷中的至少一种形成的单层或多层。
在一些实施例中，电化学装置可包含如下组合中的至少一种：以硬碳为负极材料、以聚乙烯(PE)为基材且以聚偏二氟乙烯为粘接层的隔离膜组合；以硬碳为负极材料、以聚丙烯(PP)为基材且以聚偏二氟乙烯为粘接层的隔离膜组合；以乙烯-己烯共聚物为基材且以乙烯基-聚倍半硅氧烷为粘接层的隔离膜组合。在一些实施例中，优选地，电化学装置包含以硬碳为负极材料、以聚乙烯(PE)为基材且以聚偏二氟乙烯为粘接层的隔离膜组合，该组合相对于其他组合能够获得进一步的有益效果。
在一些实施例中，粘接层的粘接力(例如，粘接层与负极活性材料层之间的粘接力)为5N至20N，可以实现较高的层间作用力，起到抑制负极材料硬碳循环变形的作用。
在一些实施例中，隔离膜还包含陶瓷层。陶瓷层可在发生隔离膜刺穿、短路时能起到支撑隔离膜的作用，防止隔离膜收缩、塌陷，以免对电化学装置造成更严重的情况。在一些实施例中，陶瓷层可包含勃姆石、氧化铝、二氧化硅等一种或多种组成的混合物。在一些实施例中，陶瓷层可设置于粘接层上。在一些实施例中，粘接层设置于基材和陶瓷层之间形成多层。
本申请对隔离膜的形态和厚度没有特别的限制。隔离膜的制备方法是本领域技术公知的可被用于电化学装置的隔离膜的制备方法。
在一些实施例中，在本申请的电化学装置中，负极片包括硬碳且负极活性材料层的孔隙率为20％至60％，隔离膜包含基材、粘接层，粘接层的粘接力为5N至20N。此时，基于包含硬碳的负极活性材料层高孔隙率的保液能力，在含有硬碳体系中引入高粘接力的隔离膜，可以增强层间的界面粘接力，改善硬碳循环变形问题；同时利用硬碳的高保液能力，改善由于高粘接隔膜挤压层间电解液，电解液不足导致的界面析锂，实现高粘接隔离膜在快充体系的应用，改善跌落现象。
[电解液]
在一些实施例中，电化学装置包含电解液。
在一些实施例中，电解液包含电解质盐。电解质盐是本领域技术公知的适用于电化学装置的电解质盐。针对不同的电化学装置，可以选用合适的电解质盐。例如对于锂离子电池，电解质盐通常使用锂盐。
在一些实施例中，电解液还包含有机溶剂。有机溶剂是本领域技术公知的适用于电化学装置的有机溶剂，例如通常使用非水有机溶剂。在一些实施例中，非水有机溶剂包含碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂、醚类溶剂、砜类溶剂或其他非质子溶剂中的至少一种。
在一些实施例中，电解液还包含添加剂。添加剂是本领域技术公知的适用于电化学装置的添加剂，可根据需要的电化学装置的性能进行添加。
在一些实施例中，电解液的电导率为8mS/cm至14mS/cm，当电解液电导率低于8mS/cm时，会恶化电压反弹，降低能量密度，同时导致电化学装置动力学不足，恶化循环性能；而电解液电导率大于14mS/cm时，会造成高温下电解液的不稳定，副反应加剧，从而恶化循环性能。在一些实施例中，优选地，电解液的电导率为8mS/cm至12mS/cm。
电解液的配置可通过本领域技术人员公知的方法调配而成，其组成可根据实际需要进行选择。
其次说明本申请的电子装置。
本申请的电子装置可以是任何电子装置，例如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、锂离子电容器。注意的是，本申请的电化学装置除了适用于上述列举的电子装置外，还适用于储能电站、海运运载工具、空运运载工具。空运运载装置包含在大气层内的空运运载装置和大气层外的空运运载装置。
在一些实施例中，电子装置包含本申请所述的电化学装置。
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。在下述实施例、对比例中，所使用到的试剂、材料等如没有特殊的说明，均可商购获得或合成获得。下述实施例、对比例中的“锂离子电池”是根据本申请的一些实施例的“电化学装置”。
实施例1至20和对比例1的锂离子电池均按照下述方法制备。
(1)正极片的制备
将正极活性物质钴酸锂(分子式为LiCoO2)、导电剂导电碳黑、粘接剂聚四氟乙烯(PTFE)按照9：0.4：0.6的质量比例在溶剂中充分搅拌混合，形成均匀的正极浆料；通过挤压涂布的方式将正极浆料均匀涂覆在铝箔上，经一次冷压、分条后得到正极片。
(2)负极片的制备
将负极活性物质硬碳、分散剂羧甲基纤维素(CMC)、粘接剂丁苯橡胶(SBR)、导电剂碳纳米管在溶剂中经捏合搅拌混合后，使其形成均匀的负极浆料；通过挤压涂布的方式将负极浆料均匀涂覆在铜箔上，经冷压、分条后得到负极片。其中，实施例1-5和对比例1的负极片的相关参数参见表1。
(3)隔离膜的制备
使用PE多孔聚合物薄膜作为隔离膜，其中，实施例1-20和对比例1的隔离膜的相关参数参见表1。
(4)电解液的制备
电解液的制备均在干燥氩气气氛中进行。将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)、以质量比EC:PC:DEC:PP＝10:15:35:20混合，然后将浓度为1.15mol/L的锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)溶解在混合液中，得到电解液。
(5)锂离子电池的制备
将制得的正极片、隔离膜、负极片按次序层叠，使隔离膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件；将电极组件置于外包装箔中，留下注液口，从注液口灌注上述制备的电解液，经过真空封装、静置、化成、成形等工序，即完成锂离子电池的制备。
接下来说明实施例1-20和对比例1的锂离子电池的性能测试过程。
(1)高温循环性能测试
在45℃条件下，通过恒流-恒压方式对锂离子电池进行高温循环性能测试。将锂离子电池以3C恒流充电至4.4V，然后以4.4V恒压充电至0.05C，之后以1C放电至2V，记录此时的放电容量数据为首圈放电容量。按照上述步骤，将锂离子电池循环进行500圈得到的放电容量与首圈放电容量的比值即为锂离子电池循环500圈后的容量保持率。
(2)电极组件变形率测试
将电极组件荷电状态为50％电量)时的电极组件厚度记为d0，45℃条件电池循环500圈后的电芯厚度记为d1，电极组件变形率＝d1/d0，其中，电极组件的厚度使用700G东莞诚立SMU-TG-1050平板厚度测试仪测试得到。
(3)电极组件的界面性能测试
将锂离子电池在45℃环境下循环500圈后进行拆解得到电极组件，采用X射线对电极组件进行二维投影和扫描(CT测试；仪器名称GE Phoenix vtomex S)，评估电极组件的界面性能(包括拐角有无起翘和界面有无析锂)，测试结果参见附图以及表2。
(4)负极活性材料层孔隙率的测试
截取10片极片样品，尺寸为50mm×100mm，将10片负极活性材料层置于真孔隙率测试仪中(型号为AccuPyc II 1340)，测试样品的孔隙率，测试出样品的真实体积Vol，然后使用万分测厚仪测试10片样品的厚度T，计样品的表观体积Vol0＝50×100×T，则样品的孔隙率计算值为(Vol0-Vol)/Vol0×100％。
(5)负极活性材料层的压实密度的测试
负极活性材料层的压实密度通过下述方法得到：1)通过冲片机将负极片制成1540.25mm2圆片，其质量记为M1；2)取与负极集流体同样材质的铜箔，称取与1)步骤圆片同等面积的空铜箔，其质量记为M2；3)通过万分尺测量出圆片厚度记为H1，空铜箔厚度记为H2；4)通过公式：(M1-M2)/(H1-H2)*1540.25，计算得到负极活性材料层的压实密度。
(6)硬碳比表面积测试
硬碳的比表面积通过北京彼奥德电子科技有限公司SSA-3600型比表面积测定仪测试得到，测试步骤包括：将氦氮混合气体(体积比4:1)连续通入装有一定质量硬碳样品的U型管，在液氮环境下，混合气体中的氮气可被吸附，当吸附饱和后，液氮杯下降，样品中吸附的氮气会脱附出来，TCD检测并记录气体吸脱附过程中浓度变化值。切峰后，通过标准样品与被测样品脱附峰面积比对计算，得到样品的比表面积值。
(7)硬碳粒径Dv99的测试
通过malvern公司的Mastersizer型激光衍射式粒度分布测定装置，测定硬碳的粒径Dv99。在体积基准的累积分布中，从所述粒子的小直径侧开始累积99％时的粒径为Dv99。
(8)隔离膜粘接力的测试
拆开电池，将电极组件整体用刀裁出长100mm，宽10mm的长方型，用双面胶将负极粘在不锈钢板上并固定在设备上，另一端隔离膜连接拉力测量设备，采用180℃剥离方法测试隔离膜与负极的粘接力，测试速度为300mm/min，测试长度为40mm。
实施例1至20和对比例1中所涉及到的锂离子电池相关的参数以及锂离子电池的性能测试结果分别如表1-2所示。
表1
Figure BDA0003001219960000121
Figure BDA0003001219960000131
注：表1中“-”表示无对应数据。
表2
Figure BDA0003001219960000132
对比实施例1-4与对比例1的性能测试结果可以看出：提高负极活性材料层的孔隙率与隔离膜的粘接力可有效改善锂离子电池的高温循环性能，同时电极组件的变形率也有明显的改善。
对比实施例5与实施例1的性能测试结果可以看出：材料粒径过大时，会导致活性材料层的孔隙率较小，在锂离子电池循环过程电解液补给不足，从而恶化锂离子电池的循环性能。
对比实施例6与实施例4的测试结果可以看出：材料粒径过小时，锂离子电池的循环性能也会恶化，这主要是因为粒径过小，在锂离子电池的循环过程中锂离子需要不断地消耗锂离子来成膜保护，进而导致恶化循环性能。
对比实施例7-9和实施例1的性能测试结果可以看出，通过获得不同比表面积的硬碳材料，可获得不同孔隙率的负极活性材料层，进而制备得到可满足性能要求的锂离子电池。
对比实施例10与实施例1的性能测试结果可以看出，比表面积较小的硬碳材料，负极活性材料层的孔隙率相应降低，由于锂离子电池在循环过程中储存电解液不足，导致循环性能恶化。
对比实施例11与实施例9的性能测试结果可以看出，比表面积较大的硬碳材料，由于极片与电解液的接触面积增加，在锂离子电池循环时易发生副反应，这会消耗锂离子，进而恶化循环性能。
对比实施例15与实施例12的性能测试结果可以看出：负极活性材料层的压实密度较小时，虽然可获得较高孔隙率的负极极片，但这会增大极片与电解液的接触面积，导致副反应增多，进而恶化循环性能。
对比实施例16与实施例12的性能测试结果可以看出：负极活性材料层的压实密度较大时，极片孔隙率较低，由于锂离子电池在循环过程中储存电解液不足，进而恶化循环性能。
对比实施例20与实施例19的性能测试结果可以看出：隔离膜的粘接力较大时，由于极片间存储的电解液被隔离膜的粘接特性挤出，导致残余电解液不足，恶化循环性能。
通过上述实施例、对比例并且接合附图可以看出，将高孔隙率硬碳极片与高粘接隔膜结合使用，可以有效改善高粘接隔膜体系的循环与硬碳体系的变形，这主要归因于两点：一是利用高粘接隔膜的超强层间粘接效果，抑制硬碳体系的循环变形；二是利用硬碳的高孔隙率提高电池的保液能力，改善高粘接隔膜体系的循环，实现1+1＞2的改善效果。
以上所述，仅是本申请的示例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均在本申请技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电化学装置，包括负极活性材料层以及隔离膜，所述隔离膜包括基材以及粘接层，其中，
所述负极活性材料层包括硬碳，所述负极活性材料层的孔隙率为20％至60％；
所述粘接层的粘接力为5N至20N。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述粘接层设置在所述基材靠近所述负极活性材料层的表面上，所述粘接层的粘接力为所述粘接层与所述负极活性材料层之间的粘接力。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述硬碳的体积基准的Dv99为12μm至30μm。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述硬碳的比表面积为2m2/g至8m2/g。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极活性材料层的压实密度为0.8g/cm3至1.5g/cm3。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述基材包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种形成的单层或多层。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述粘接层包括聚偏二氟乙烯或乙烯基-聚倍半硅氧烷中的至少一种形成的单层或多层。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述隔离膜进一步包括陶瓷层。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述负极活性材料层的孔隙率为40％至60％。
10.一种电子装置，包括根据权利要求1至9中任一项所述的电化学装置。
CN202110347445.7A 2021-03-31 2021-03-31 电化学装置及电子装置 Pending CN115148952A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110347445.7A CN115148952A (zh) 2021-03-31 2021-03-31 电化学装置及电子装置
EP22165713.3A EP4075543A3 (en) 2021-03-31 2022-03-30 Electrochemical device and electronic device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110347445.7A CN115148952A (zh) 2021-03-31 2021-03-31 电化学装置及电子装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115148952A true CN115148952A (zh) 2022-10-04

Family

ID=80999699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110347445.7A Pending CN115148952A (zh) 2021-03-31 2021-03-31 电化学装置及电子装置

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4075543A3 (zh)
CN (1) CN115148952A (zh)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013137943A (ja) * 2011-12-28 2013-07-11 Panasonic Corp リチウムイオン二次電池およびその製造方法
JP2014120456A (ja) * 2012-12-19 2014-06-30 Nissan Motor Co Ltd 二次電池
CN108736014A (zh) * 2017-04-19 2018-11-02 中国科学院物理研究所 复合负极及其制备方法、包括复合负极的碱金属电池

Also Published As

Publication number Publication date
EP4075543A3 (en) 2022-11-02
EP4075543A2 (en) 2022-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111987296B (zh) 负极材料及使用其的电化学装置和电子装置
EP3886218A1 (en) Negative electrode plate, electrochemical device, and electronic device
CN113097431B (zh) 电化学装置和电子装置
US20220231276A1 (en) Negative electrode plate, and electrochemical apparatus and electronic apparatus including such negative electrode plate
CN111029543A (zh) 负极材料及包含其的电化学装置和电子装置
CN113161532B (zh) 负极活性材料及包含该负极活性材料的负极、二次电池和电子设备
CN112151748B (zh) 负极、电化学装置和电子装置
US20240297302A1 (en) Electrode and preparation method thereof, electrochemical apparatus, and electronic apparatus
EP4207353A1 (en) Electrochemical device and electronic device
CN117317137A (zh) 电化学装置和电子装置
US20230261201A1 (en) Electrochemical apparatus and electronic apparatus
CN114730883A (zh) 一种负极复合材料及其应用
CN111146396B (zh) 电化学装置及包含所述电化学装置的电子装置
CN113950758A (zh) 一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置及电子装置
CN113036081A (zh) 电化学装置和电子装置
US20220328832A1 (en) Electrochemical device and electronic device
US11984579B2 (en) Positive electrode material, electrochemical device containing same, and electronic device
CN117276465A (zh) 电池极片、二次电池和装置
CN113097474B (zh) 电化学装置和电子装置
CN115207281A (zh) 电化学装置和电子装置
EP4075543A2 (en) Electrochemical device and electronic device
CN117936786A (zh) 极片、电化学装置和电子装置
EP4089781A1 (en) Electrochemical device and electronic device
EP4432386A1 (en) Electrode and preparation method therefor, electrochemical device, and electronic device
EP4270532A1 (en) Negative electrode pole piece, electrochemical device comprising same, and electronic device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination