CN115472773A - 电化学装置及用电装置 - Google Patents

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CN115472773A CN202211127795.3A CN202211127795A CN115472773A CN 115472773 A CN115472773 A CN 115472773A CN 202211127795 A CN202211127795 A CN 202211127795A CN 115472773 A CN115472773 A CN 115472773A
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Abstract

本申请提供了一种电化学装置及用电装置。该电化学装置的正极极片包括正极集流体、位于所述正极集流体至少一个表面上的底涂层以及位于所述底涂层上的正极活性材料层，其中，所述正极集流体的任意横截面中，任意位置之间的厚度差dμm满足：0≤d≤3.2。本申请能够使得电化学装置和用电装置具备高安全性能。

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
以锂离子二次电池为代表的二次电池具有能量密度高、循环寿命长，以及污染小、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。
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电化学装置及包含其的用电装置，该电化学装置的正极极片中，正极集流体的各个位置具有较小的厚度差异，能够使得电化学装置及用电装置具备高安全性能。
本申请的第一方面提供一种电化学装置，该电化学装置的正极极片包括正极集流体、位于正极集流体至少一个表面上的底涂层以及位于底涂层上的正极活性材料层，其中，正极集流体的任意横截面中，任意位置之间的厚度差dμm满足：0≤d≤3.2。
本申请中的正极集流体任意截面是指表面设有底涂层的正极集流体的截面，并非意在受限于任何理论或解释，发明人意外地发现：在正极集流体与正极活性材料层之间设置上述底涂层，能够阻挡正极活性材料层的颗粒在冷压过程中嵌入正极集流体，从而减小正极集流体在冷压过程中的受损程度。当正极集流体的任意截面中，任意位置之间的厚度差在上述合适的范围内时，正极集流体受损的程度较低，可以保持较高的机械强度。由此，在电化学装置受到机械撞击时，正极集流体一方面不易发生断裂，另一方面也不易产生碎屑，从而能够降低电化学装置发生短路的危害程度，进而提升电化学装置的安全性能。
在任意实施方式中，0≤d≤2。并非意在受限于任何理论或解释，当正极集流体的任意截面中，任意位置之间的厚度差在上述合适的范围内时，能够进一步降低正极集流体的受损程度，从而提升正极集流体的机械强度。由此，能够进一步降低电化学装置发生短路的危害程度，从而提升电化学装置的安全性能。
在任意实施方式中，底涂层的厚度为0.5μm至6μm。底涂层的厚度具有上述合适的厚度，不仅有利于控制正极集流体的任意截面中，任意位置之间的厚度差在合适的范围内，从而有利于提升正极集流体的机械强度，而且有利于正极极片保持较高的体积能量密度。由此，能够使得电化学装置的兼具高安全性能和高体积能量密度。
在任意实施方式中，底涂层的厚度为2.5μm至4.5μm。当底涂层的厚度在上述合适的范围内时，一方面能够控制正极集流体的任意截面中，任意位置之间的厚度差在合适的范围内，从而提升正极集流体的机械强度，进而提升电化学装置的安全性能；另一方面能够使得正极极片保持较高的体积能量密度，从而允许电化学装置具备高体积能量密度。
在任意实施方式中，底涂层包括导电剂、粘结剂以及无机颗粒，其中，无机颗粒的莫氏硬度为3至9。当底涂层具有上述组成时，一方面，在冷压过程中，底涂层中的无机颗粒不易对正极集流体造成损伤，另一方面，底涂层能够具有良好的粘结性能和导电性能。由此，不仅能够提升电化学装置的安全性能，还能够提升电化学装置的安全性能。
在任意实施方式中，无机颗粒的粒径DV50为0.3μm至1.0μm。当底涂层中无机颗粒的粒径DV50在上述合适的范围内时，有利于进一步降低底涂层中的颗粒对正极集流体的损伤，从而使得正极集流体经冷压后能够保持高机械强度，进而有利于提升电化学装置的安全性能。
在任意实施方式中，无机颗粒选自过渡金属氧化物、水合金属氧化物或过渡金属碳酸盐中的一种或几种。
在任意实施方式中，无机颗粒选自碳酸钙、勃姆石、三氧化二铝、氧化镁、氧化锆、氧化锌中的一种或几种。
并非意在受限于任何理论或解释，选自上述种类的无机颗粒具有较低的硬度，有利于进一步降低底涂层中的颗粒对正极集流体的损伤，从而使得正极集流体经冷压后能够保持高机械强度，进而有利于提升电化学装置的安全性能。
在任意实施方式中，正极极片的抗拉强度大于等于2000N/m。本申请的电化学装置中，正极集流体的任意横截面中，任意位置之间的厚度差在合适的范围内，能够显著提升正极极片的抗拉强度。由此，在电化学装置受到机械撞击时，正极集流体一方面不易发生断裂，另一方面也不易产生碎屑，从而能够降低电化学装置发生短路的危害程度，进而提升电化学装置的安全性能。
本申请的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正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3的正极极片的截面扫描电子显微镜(SEM)图。
图6是本申请对比例1的正极极片的截面SEM图。
附图标记说明：
10正极极片；11正极集流体；12底涂层；13正极活性材料层；5电化学装置；51壳体；52电极组件；53盖板
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)。
如背景技术所述，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。
在二次电池的存储、运输及使用过程中，二次电池可能会在外力的作用下(例如受到撞击、穿刺)被破坏，进而发生短路，产生安全隐患。
影响二次电池短路的危害程度的因素多种多样，发明人在研究过程中，意外地发现：正极集流体的机械性能对二次电池短路的危害程度具有重要影响。具体地，发明人发现，在二次电池加工的过程中，经冷压或过辊工序后，随着正极极片厚度的降低，正极活性材料层中的正极活性材料颗粒受压嵌入正极集流体中，导致正极集流体各个位置的厚度差异较大、厚度不均匀。正极集流体的厚度不均匀会使得正极集流体的机械强度降低，由此，在二次电池受到外力的作用时，正极集流体可能会发生断裂，并在断口处产生大量碎屑。一旦负极极片与正极集流体相接触并发生短路，正极集流体产生的碎屑极易在短路产热的作用下发生起火，从而加剧短路的危害。
鉴于此，发明人经深入思考，提供了一种电化学装置及用电装置，以使得电化学装置和用电装置具备高安全性能。
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中，正极极片包括正极集流体、位于正极集流体至少一个表面上的底涂层以及位于底涂层上的正极活性材料层，其中，被底涂层覆盖的正极集流体的任意横截面中，任意位置之间的厚度差dμm满足：0≤d≤3.2，0≤d≤3，0≤d≤2.8，0≤d≤2.5，0≤d≤2，0≤d≤1.8或0≤d≤1.5。图1是本申请的电化学装置中，正极极片的一实施方式的示意图。该示例性的正极极片10包括正极集流体11，位于正极集流体两个表面上的底涂层12，以及位于底涂层表面上的正极活性材料层13。
需要说明的是，上述d的值可通过多种手段控制，在此不作限定。作为一个示例，可以通过调整底涂层的成分、厚度、正极极片的冷压参数或者选取合适种类的正极集流体等手段，控制d的值在本申请限定的范围内。
并非意在受限于任何理论或解释，发明人意外地发现：在正极集流体与正极活性材料层之间设置上述底涂层，能够阻挡正极活性材料层的颗粒在冷压过程中嵌入正极集流体，从而减小正极集流体在冷压过程中的受损程度。当正极集流体的任意截面中，任意位置之间的厚度差在上述合适的范围内时，正极集流体受损的程度较低，可以保持较高的机械强度。由此，在电化学装置受到机械撞击时，正极集流体一方面不易发生断裂，另一方面也不易产生碎屑，从而能够降低电化学装置发生短路的危害程度，进而提升电化学装置的安全性能。
在一些实施方式中，电化学装置可满足：0≤d≤2，可选地0≤d≤1.8，可选地0≤d≤1.5，或甚至0≤d≤1.0。
并非意在受限于任何理论或解释，当正极集流体的任意截面中，任意位置之间的厚度差在上述合适的范围内时，能够进一步降低正极集流体的受损程度，从而提升正极集流体的机械强度。由此，能够进一步降低电化学装置发生短路的危害程度，从而提升电化学装置的安全性能。
在一些实施方式中，底涂层的厚度可以为0.5μm至6μm。例如，底涂层的厚度可以为0.5μm，1μm，1.5μm，2μm，2.5μm，3μm，3.5μm，4μm，4.5μm，5μm，5.5μm，6μm或处于以上任意数值所组成的范围内。
底涂层的厚度具有本领域公知的含义，其可以表示正极极片中，单面底涂层的厚度。例如，当正极集流体的厚度方向上的两个表面均设置有底涂层时，底涂层的厚度可以为正极集流体任意一侧的底涂层的厚度。底涂层的厚度可以通过本领域公知的手段测量得到。例如，可以通过万分尺测量得到，或者通过正极极片截面SEM图测量得到。
并非意在受限于任何理论或解释，一般底涂层越厚，对正极集流体的保护效果就越好，正极极片经冷压后，正极集流体的表面越平整，发明人发现，底涂层的厚度具有上述合适的厚度，不仅有利于控制正极集流体的任意截面中，任意位置之间的厚度差在合适的范围内，从而有利于提升正极集流体的机械强度，而且有利于正极极片保持较高的体积能量密度。由此，能够使得电化学装置的兼具高安全性能和高体积能量密度。
在一些实施方式中，底涂层的厚度可以为2.5μm至4.5μm。例如，底涂层的厚度可以为2.5μm，2.8μm，3μm，3.5μm，3.8μm，4μm，4.5μm或处于以上任意数值所组成的范围内。
并非意在受限于任何理论或解释，当底涂层的厚度在上述合适的范围内时，一方面能够控制正极集流体的任意截面中，任意位置之间的厚度差在合适的范围内，从而提升正极集流体的机械强度，进而提升电化学装置的安全性能；另一方面能够使得正极极片保持较高的体积能量密度，从而允许电化学装置具备高体积能量密度。
在一些实施方式中，底涂层可包括导电剂、粘结剂以及无机颗粒，其中，所述无机颗粒的莫氏硬度为3至9。例如，无机颗粒的莫氏硬度可以为3，4，5，6，7，8，9或处于以上任意数值所组成的范围内。
上述导电剂可以为本领域公知的、可用于底涂层的导电剂，在此不作限定。作为一个示例，导电剂可包括碳纳米管(CNT)、导电炭黑(例如Super P)、碳纤维等中的一种或一种以上的混合物。
上述粘结剂可以为本领域公知的、可用于底涂层的粘结剂。作为一个示例，粘结剂可以包括羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、丙烯酸酯(AR)、聚氧化乙烯(PEO)等及其改性物质中的一种或一种以上的混合物。
上述无机颗粒可以为本领域公知的、可用于底涂层的无机颗粒，本申请对无机颗粒的具体种类不作限定，其莫氏硬度在上述范围内即可。
底涂层中各个组份的含量可以根据实际需要进行调整，在此不作限定。在一些实施方式中，以底涂层的总质量为100wt％计，底涂层可包含0.1wt％至10wt％的导电剂、0.1wt％至10wt％的粘结剂以及余量的无机颗粒。
并非意在受限于任何理论或解释，当底涂层具有上述组成时，一方面，在冷压过程中，底涂层中的无机颗粒不易对正极集流体造成损伤，另一方面，底涂层能够具有良好的粘结性能和导电性能。由此，不仅能够提升电化学装置的安全性能，还能够提升电化学装置的安全性能。
在一些实施方式中，无机颗粒的粒径DV50可以为0.3μm至1.0μm。例如，无机颗粒的粒径DV50可以为0.3μm，0.4μm，0.5μm，0.6μm，0.7μm，0.8μm，1.0μm或处于以上任意数值所组成的范围内。
上述在本申请中无机颗粒的粒径DV50具有本领域公知的含义，Dv50是指在体积基准的粒度分布中，从小粒径测起、达到体积累积50％的粒径(可使用激光粒径测试仪测量)。
并非意在受限于任何理论或解释，当底涂层中无机颗粒的粒径DV50在上述合适的范围内时，有利于进一步降低底涂层中的颗粒对正极集流体的损伤，从而使得正极集流体经冷压后能够保持高机械强度，进而有利于提升电化学装置的安全性能。
在一些实施方式中，无机颗粒可选自过渡金属氧化物、水合金属氧化物或过渡金属碳酸盐中的一种或几种。
在一些实施方式中，无机颗粒可选自碳酸钙、勃姆石、三氧化二铝、氧化镁、氧化锆、氧化锌中的一种或几种。
并非意在受限于任何理论或解释，选自上述种类的无机颗粒具有较低的硬度，有利于进一步降低底涂层中的颗粒对正极集流体的损伤，从而使得正极集流体经冷压后能够保持高机械强度，进而有利于提升电化学装置的安全性能。
在一些实施方式中，正极极片的抗拉强度可大于等于2000N/m。
正极极片的抗拉强度具有本领域公知的含义，可采用本领域已知的方法和仪器测定。例如，可通过如下步骤测定：截取正极极片(宽：20mm，长：100±10mm)，将正极极片上下两端固定于拉力机上；通过拉力机拉伸极片直至极片断裂，记录拉伸期间的拉力值；将记录的最大拉力值换算成单位长度对应的力，即得到正极极片的抗拉强度。
并非意在受限于任何理论或解释，本申请的电化学装置中，正极集流体的任意横截面中，任意位置之间的厚度差在合适的范围内，能够显著提升正极极片的抗拉强度。由此，在电化学装置受到机械撞击时，正极集流体一方面不易发生断裂，另一方面也不易产生碎屑，从而能够降低电化学装置发生短路的危害程度，进而提升电化学装置的安全性能。
本申请对正极极片的正极集流体不作限定。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。
在一些实施方式中，正极集流体具有在自身厚度方向上相对的两个表面，底涂层可以设置在正极集流体的一个表面上，也可以同时设置在正极集流体的两个表面上。例如，正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，底涂层设置在正极集流体相对的两侧中的任意一个表面或两个表面上。
正极极片包括至少一个正极活性材料层，正极活性材料层可以设置在正极集流体的一个表面上，也可以同时设置在正极集流体的两个表面上，且至少有一个正极活性材料层设置于上述底涂层的表面上。
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。
本申请中正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、无机颗粒分散于溶剂中，形成均匀的底涂层浆料；将底涂层浆料涂覆在正极集流体的表面上，经烘干形成底涂层；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，形成正极浆料；将正极浆料涂布在底涂层上，经干燥、冷压得到正极极片。溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮(NMP)，但不限于此。
在一些实施方式中，本申请的电化学装置包括上述正极极片、负极极片、隔离膜和电解液。
本申请的电化学装置中使用的负极极片的材料、构成和其制造方法可包括任何现有技术中公知的技术。
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。
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和盖板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，盖板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。
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，正极集流体的任意横截面中，任意位置之间的厚度差在合适的范围内，从而使得正极集流体具备高机械强度，进而使得电化学装置具备高安全性能，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16
正极极片的制备
将勃姆石、导电碳黑、聚丙烯酸按质量比90:5:5进行混合，加入适量的溶剂NMP，得到底涂层浆料；将底涂层浆料涂布于正极集流体铝箔的表面上，烘干后形成一定厚度的底涂层；将正极活性材料钴酸锂、粘结剂PVDF、导电碳黑按照质量比97:2:1进行混合，加入适量的溶剂NMP，在真空搅拌机作用下获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在底涂层的表面上；然后经过120℃烘箱干燥、冷压、分切后，在85℃真空条件下烘烤12h，得到正极极片。
负极极片的制备
将负极活性材料人造石墨、增稠剂羧甲基纤维素锂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负极集流体铜箔的表面上；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。
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7μm的聚乙烯(PE)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。
各实施例中底涂层勃姆石的DV50以及底涂层的厚度见表1。
对比例1
基于实施例1至16的制备过程，不涂布底涂层，制备对比例1的正极极片。对比例1的负极极片、电解液、隔离膜与锂离子二次电池的制备过程与实施例1至16相同。
测试部分
对上述实施例1至16、对比例1的正极极片、锂离子二次电池进行以下测试，测试结果如下表1所示。
(1)底涂层的厚度测试
拆解锂离子二次电池；将正极极片经过DMC浸泡后，经烘箱80℃烘烤30min；在正极极片上隔10mm取3个样品(宽：20mm，长：20mm)；使用离子抛光对正极极片进行截面处理；对截面进行喷金；用SEM拍摄截面图，用软件自带的测量工具测量不同位置的单层涂层厚度(不包括铝箔)，其中，每个样品取3个位置作截面，每个截面取3个测量点；计算平均值，得到底涂层的厚度d1μm。
(2)正极集流体的厚度差异测试
拆解锂离子二次电池；将正极极片经过DMC浸泡后，经烘箱80℃烘烤30min；在正极极片上隔10mm取3个样品(宽：20mm，长：20mm)；使用离子抛光对正极极片进行截面处理；对截面进行喷金；用SEM拍摄截面图，用软件自带的测量工具测量不同位置的铝箔厚度，其中，每个样品取3个位置作截面，每个截面取3个测量点；根据各个测量点的铝箔厚度，计算正极集流体的厚度差分布范围，得到正极集流体的任意横截面中，任意位置之间的厚度差dμm。
(3)正极极片的抗拉强度测试
截取正极极片(宽：20mm，长：100±10mm)，将正极极片上下两端固定于拉力机上；通过拉力机拉伸极片直至极片断裂，记录拉伸期间的拉力值；将记录的最大拉力值换算成单位长度对应的力，即得到正极极片的抗拉强度T N/m。
(4)机械撞击测试
参照测试标准UL1642进行测试，具体步骤如下。
在20±5℃测试环境，将电池放置于测试台面，使用15.8mm直径的圆棒放置于电池宽面的中心位置，圆棒与电池长轴垂直，使用9.1±0.1kg的重锤，从610±25mm高度垂直自由状态落下，跌落于圆棒与试样交叉处，电池不发生起火或爆炸时，认为电池通过机械撞击测试。每组测试20个电池，记录各实施例及对比例的机械撞击通过率(即，通过测试的电池数量/20p)。
(5)能量密度测试
在25℃下，以0.33C倍率恒流充电至电池额定电压，之后以额定电压恒压充电至电流为0.05C，此时电池达到满充状态，之后静置5min，以0.5C倍率恒流放电至电压为2.5V，再静置5min，记录电池0.5C倍率恒流放电时的容量和电压平台，最后测量电池的体积。
能量密度(Wh/kg)＝(电池0.5C倍率恒流放电时的容量×电池0.5C倍率恒流放电时的电压平台)/电池的体积。
用扫描电子显微镜拍摄实施例3和对比例1的正极极片的截面SEM图，拍摄结果分别如图5、图6所示。
各实施例及对比例的测试数据分别如表1所示。
表1
序号 d<sub>1</sub> D<sub>V</sub>50 d T 机械撞击通过率 能量密度Wh/L
实施例1 0.5 0.5 0≤d≤3.2 1669 7/20p 775.5
实施例2 1.0 0.5 0≤d≤2.5 1801 10/20p 772.4
实施例3 2.5 0.5 0≤d≤2.0 2000 14/20p 763.0
实施例4 3.0 0.5 0≤d≤1.5 2002 15/20p 759.9
实施例5 3.5 0.5 0≤d≤1.3 2008 16/20p 756.8
实施例6 4.0 0.5 0≤d≤1.2 2050 17/20p 753.7
实施例7 4.5 0.5 0≤d≤1.0 2085 19/20p 750.6
实施例8 5.0 0.5 0≤d≤1.0 2090 20/20p 747.5
实施例9 6.0 0.5 0≤d≤1.0 2097 20/20p 741.2
实施例10 7.0 0.5 0≤d≤1.0 2102 20/20p 735.0
实施例11 8.0 0.5 0≤d≤1.0 2112 20/20p 728.8
实施例12 2.5 0.3 0≤d≤1.0 2050 16/20p 763.0
实施例13 2.5 1.0 0≤d≤1.0 1976 13/20p 763.0
实施例14 2.5 2.0 0≤d≤2.5 1764 11/20p 763.0
实施例15 2.5 4.0 0≤d≤3.0 1623 8/20p 764.0
实施例16 2.5 6.0 0≤d≤3.2 1605 5/20p 766.0
对比例1 / / 0≤d≤4.5 1590 0/20p 778.6
综合表1的测试结果可知，在正极集流体的表面设置底涂层，能够有效提升正极集流体表面的平整度，从而显著提升正极极片的抗拉强度，进而提升锂离子二次电池的安全性能。综合实施例1至11可知，随着底涂层厚度的增大，正极集流体的厚度差异相应地减小，正极极片的抗拉强度有所提升，从而使得电池的机械撞击通过率得到提升。然而，随着底涂层厚度的增大，电池的能量密度也相应地减小。因此，在实际生产中，需要根据对电池能量密度的要求，合理控制底涂层的厚度。综合实施例12至16可知，在底涂层的厚度相同的的情况下，底涂层中无机颗粒的粒径增大时，正极集流体的厚度差异相应地增大，对正极极片的抗拉强度的提升效果相应降低。这可能是因为无机颗粒的粒径较大的情况下，无机颗粒接触正极集流体后，也会对正极集流体产生一定的作用力，从而使得正极集流体产生微小的形变。
相对于此，对比例1未在正极集流体表面设置底涂层，在冷压过程中，正极活性材料层中的颗粒直接与正极集流体接触，从而对正极集流体造成损伤，导致正极极片的抗拉强度明显低于实施例1至16。由此，对比例1的电池的机械撞击通过率也大幅降低。
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 (10)

1.一种电化学装置，所述电化学装置的正极极片包括正极集流体、位于所述正极集流体至少一个表面上的底涂层以及位于所述底涂层上的正极活性材料层，其中，所述正极集流体的任意横截面中，任意位置之间的厚度差dμm满足：0≤d≤3.2。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，0≤d≤2。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述底涂层的厚度为0.5μm至6μm。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述底涂层的厚度为2.5μm至4.5μm。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述底涂层包括导电剂、粘结剂以及无机颗粒，其中，所述无机颗粒的莫氏硬度为3至9。
6.根据权利要求5所述的电化学装置，其中，所述无机颗粒的粒径DV50为0.3μm至1.0μm。
7.根据权利要求5或6所述的电化学装置，其中，所述无机颗粒选自过渡金属氧化物、水合金属氧化物或过渡金属碳酸盐中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的电化学装置，其中，所述无机颗粒选自碳酸钙、勃姆石、三氧化二铝、氧化镁、氧化锆、氧化锌中的一种或几种。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电化学装置，所述正极极片的抗拉强度大于等于2000N/m。
10.一种用电装置，包括根据权利要求1至9中任一项所述的电化学装置。
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