CN115939492A - 电化学装置以及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电化学装置，包括叠片结构的第一极片组件、叠片结构的第二极片组件以及隔离膜。第一极片组件包括第一负极极片。第二极片组件包括第二负极极片。第一负极极片包括第一负极活性物质，第二负极极片包括第二负极活性物质，第一负极活性物质的石墨化度G1和第二负极活性物质的石墨化度G2，满足：G2‑G1≥0.5％。其中，隔离膜包括多个隔离部和多个弯折部，任意相邻的两个极片之间设置有隔离部，任意相邻的两个隔离部通过一弯折部相连。通过上述方式，本申请的电化学装置在兼顾高能量密度和高倍率充放电能力的同时，具有优异的结构稳定性，能够提高电化学装置的使用安全性。

Description

电化学装置以及用电装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种电化学装置以及用电装置。

背景技术

随着科技的发展，手机、笔记本电脑、无人机等电子产品大大丰富了人们的日常生活。锂离子电池凭借其高能量密度、高工作电压和长使用寿命等优势，在电子产品中被广泛使用。一方面，人们期望锂离子电池具有较高的能量密度，以满足高续航的要求；另一方面，人们也期望锂离子电池能够兼具良好的高倍率充放电能力，以满足应急充电和大倍率应用的需求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种电化学装置以及用电装置，旨在兼顾电化学装置的高能量密度和高倍率充放电能力的同时，提高电化学装置的结构稳定性。

本申请第一方面，提供一种电化学装置，包括叠片结构的第一极片组件、叠片结构的第二极片组件以及隔离膜。第一极片组件包括第一正极极片和第一负极极片。第二极片组件包括第二正极极片和第二负极极片。沿第一方向，第一正极极片和第一负极极片依次层叠设置，第二正极极片和第二负极极片依次层叠设置。第一负极极片包括第一负极活性物质，第二负极极片包括第二负极活性物质，第一负极活性物质的石墨化度G1和第二负极活性物质的石墨化度G2，满足：G2-G1≥0.5％。其中，隔离膜包括多个隔离部和多个弯折部，任意相邻的两个极片之间设置有隔离部，任意相邻的两个隔离部通过一弯折部相连。

负极活性物质的石墨化度越低，其嵌入和脱出锂离子的速率将越快，由此，第一极片组件相较于第二极片组件能够适应更大的充放电倍率，也即，第一极片组件相较于第二极片组件而言可作为快充体系，第二极片组件可作为慢充体系。快充体系可满足紧急情况下的应急充电以及大倍率应用下的大倍率放电需求；慢充体系可满足常规使用，并可保证电化学装置具有较高的容量，从而满足用电装置高续航的需求。此外，由于使用一整条隔离膜通过Z型折叠的方式将第一极片组件和第二极片组件组装成一个整体，能够抑制第一极片组件和第二极片组件在受到外部冲击时发生错位窜动，从而提高电化学装置内部结构的稳定性，降低发生内部短路的风险。同时，由于无需额外的粘接方式将第一极片组件和第二极片组件固定连接，降低了第一极片组件和第二极片组件的组装难度，提高了制造效率。

在一些实施方式中，第一极片组件包括第一单面极片。第一单面极片位于第一极片组件靠近第二极片组件的一侧，第一单面极片具有未涂覆活性物质层的第一表面。第二极片组件包括与第一单面极片极性相同的第二单面极片。第二单面极片位于第二极片组件靠近第一极片组件的一侧，第二单面极片具有未涂覆活性物质层的第二表面。沿第一方向，第二表面和第一表面相对设置。第一极片组件和第二极片组件之间相邻的第一单面极片和第二单面极片极性相同，能够降低第一极片组件和第二极片组件之间在受到外部冲击发生错位窜动导致两者相接时，引发内部短路的风险，从而提高电化学装置的使用安全性。

在一些实施方式中，电化学装置满足G1≤95％。此时，第一极片组件能够适应较大的充放电倍率，从而更好的满足紧急情况下的应急充电以及大倍率应用下的大倍率放电需求。

在一些实施方式中，电化学装置满足G2≥95.5％。此时，第二负极活性物质的规整度较高，能够提供较多的锂离子容纳位点，从而使得电化学装置能够具有较高的能量密度，更好的满足用电装置高续航的需求。

在一些实施方式中，隔离部与极片之间的粘接强度满足：F≥5N/m。此时，在电化学装置受到外部冲击时，隔离部能够更好地抑制极片之间的错位窜动，从而进一步降低电化学装置发生内部短路的风险。

在一些实施方式中，隔离部与弯折部一体成型，有利于保证隔离膜整体的结构强度，从而更好地抑制第一极片组件和第二极片组件之间以及极片与极片之间的错位窜动，提高电化学装置内部结构的稳定性。

在一些实施方式中，第一极片组件的数量为至少两个。第二极片组件的数量为至少一个。沿所述第一方向，相邻两个第一极片组件之间夹设有第二极片组件。由此，在第一极片组件进行大倍率充放电时，第二极片组件能够促进第一极片组件热量的扩散，从而降低电化学装置的局部温升，提高电化学装置的使用安全性。

在一些实施方式中，第一极片组件的数量为至少一个。第二极片组件的数量为至少两个，沿所述第一方向，相邻两个第二极片组件之间夹设有第一极片组件。由此，在第一极片组件进行大倍率充放电时，有利于第一极片组件产生的热量向相邻两侧扩散，从而降低电化学装置的局部温升，提高电化学装置的使用安全性。

在一些实施方式中，电化学装置还包括第三负极极片，第三负极极片设置于第一极片组件和第二极片组件之间。第一极片组件包括与第三负极极片相邻的第一正极极片，与第三负极极片相邻的第一正极极片包括第一正极集流体和位于第一正极集流体沿第一方向相对的两个表面的第一正极活性层；第二极片组件包括与第三负极极片相邻的第二正极极片，与第三负极极片相邻的第二正极极片包括第二正极集流体和位于第二正极集流体沿第一方向相对的两个表面的第二正极活性层。第三负极极片和第一极片组件之间设置有隔离部。第三负极极片和第二极片组件之间设置有隔离部。第三负极极片包括第三负极集流体、第三负极活性层和第四负极活性层。第三负极活性层位于第三负极集流体靠近第一极片组件的一侧。第三负极活性层包括第三负极活性物质。第四负极活性层位于第三负极集流体靠近第二极片组件的一侧。第四负极活性层包括第四负极活性物质。第三负极活性物质的石墨化度G3与第四负极活性物质的石墨化度G4满足：|G4-G2|≤0.2％，|G3-G1|≤0.2％。由于第一极片组件和第二极片组件之间不再存在单面极片，可减少空间的浪费，有利于提升该电化学装置的能量密度。

在一些实施方式中，电化学装置还包括壳体。第一极片组件、第二极片组件以及隔离膜收容于壳体。第一负极极片包括第一负极极耳。第二负极极片包括第二负极极耳。第一负极极耳与第二负极极耳于壳体内电连接。

在一些实施方式中，电化学装置还包括壳体。第一极片组件、第二极片组件、第三负极极片以及隔离膜收容于壳体。第一负极极片包括第一负极极耳。第二负极极片包括第二负极极耳。第三负极极片包括第三负极极耳。第一负极极耳、第二负极极耳与第三负极极耳于壳体内电连接。

第一负极极耳、第二负极极耳以及可选的第三负极极耳于壳体内电连接，相对于在壳体外连接，当受到外部冲击时，能够抑制第一极片组件、第二极片组件以及可选的第三负极极片之间发生错位窜动，从而提高电化学装置内部结构的稳定性，降低发生内部短路的风险。

在一些实施方式中，电化学装置满足：沿第一方向观察，第一负极极耳与第二负极极耳的投影至少部分重合，以便于对第一负极极耳和第二负极极耳进行连接。

在一些实施方式中，电化学装置满足：电化学装置还包括第一转接极耳。第一转接极耳与第一负极极耳、第二负极极耳于壳体内连接并伸出壳体。通过一个第一转接极耳引出该极性，可减少第一负极极耳与第二负极极耳所占用空间，从而可提高电化学装置的能量密度。

在一些实施方式中，第一正极极片包括第一正极极耳。第二正极极片包括第二正极极耳。电化学装置还包括第二转接极耳和第三转接极耳。第二转接极耳与第一正极极耳于壳体内连接并伸出壳体，第三转接极耳与第二正极极耳于壳体内连接并伸出壳体。此种结构设计，可减少第一正极极耳以及第二正极极耳所占用的空间，从而可提高电化学装置的能量密度。

在一些实施方式中，隔离膜包括基材层、陶瓷层以及粘结层。

在一些实施方式中，所述陶瓷层位于所述基材层的表面。

在一些实施方式中，所述陶瓷层包括无机颗粒和粘结剂。

在一些实施方式中，所述无机颗粒包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、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。

在一些实施方式中，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。

在一些实施方式中，所述粘结层位于所述基材层和/或所述陶瓷层的表面。

在一些实施方式中，所述粘结层包括聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏氟乙烯或偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物中的至少一种。

本申请第二方面，提供一种用电装置，包括如上所述的电化学装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施例中的技术方案，下面将对具体实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请第一实施例提供的一种电化学装置的结构示意图；

图2为图1所示的电化学装置的结构爆炸图；

图3为图1所示的电化学装置的第一极片组件、第二极片组件和隔离膜的剖切图；

图4为本申请第一实施例提供的另一种电化学装置中的第一极片组件、第二极片组件和隔离膜的剖切图；

图5为本申请第二实施例提供的一种电化学装置中的第一极片组件、第二极片组件、第三负极极片和隔离膜的剖切图；

图6为本申请第二实施例提供的另一种电化学装置中的第一极片组件、第二极片组件、第三负极极片和隔离膜的剖切图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，应当说明的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

在本申请的描述中，应当说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

请参阅图1示出的示例，图1为本申请第一实施例提供的一种电化学装置的结构示意图；该电化学装置可为所有能够发生电化学反应的装置，即该电化学装置可为一次电池或二次电池。举例来说，二次电池可为锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池、固态电池或锂离子聚合物二次电池等锂二次电池。

请结合图3一并参阅图2，图2为图1所示的电化学装置的结构爆炸图，图3为图1所示的电化学装置的第一极片组件、第二极片组件和隔离膜的剖切图；该电化学装置包括壳体10、叠片结构的第一极片组件20、叠片结构的第二极片组件30以及隔离膜40。为便于说明，利用图1中的坐标系对该电化学装置中的各方向进行了定义，其中，坐标轴W表示第一方向，其为第一极片组件20和第二极片组件30的相对布置方向，也是电化学装置的厚度方向；坐标轴H表示第二方向，其为第一极片组件20和/或第二极片组件30中的各个极耳伸出壳体10的方向，也是电化学装置的高度方向；坐标轴L表示第三方向，其为电化学装置的宽度方向，亦垂直于坐标轴W和坐标轴H，即其垂直于第一方向W和第二方向H。壳体10具有容腔，第一极片组件20和第二极片组件30均容置于该容腔内，并且第一极片组件20和第二极片组件30沿第一方向W叠置，隔离膜40夹设于相邻的两个极片之间，以将该相邻的两个极片隔开。此外，该电化学装置还包括收容于容腔内的电解液，第一极片组件20、第二极片组件30和隔离膜40均浸润于此电解液中。第一极片组件20包括第一正极极片23和第一负极极片24，第二极片组件30包括第二正极极片33和第二负极极片34；沿第一方向W，第一正极极片23和第一负极极片24依次层叠设置，第二正极极片33和第二负极极片34依次层叠设置；所述第一负极极片24包括第一负极活性物质，所述第二负极极片34包括第二负极活性物质，其中，第一负极极片24中第一负极活性物质的石墨化度G1和第二负极极片34中第二负极活性物质的石墨化度G2满足：G2-G1≥0.5％。应当说明的是，第一极片组件20和第二极片组件30中的负极活性物质包括碳材料，例如天然石墨、人造石墨、硬碳或软碳等。石墨化度用于衡量碳材料的晶体结构接近理想石墨的程度。其中，石墨化度较低的碳材料，其表面的锂嵌入点要比石墨化度较高的碳材料要多，同时，石墨化度较低的碳材料中锂离子扩散的路径要小于石墨化度较高的碳材料，因此，石墨化度较低的碳材料中锂离子嵌入和脱出的速度较快，能够适应更高的充放电倍率。

由此，第一极片组件20相较于第二极片组件30能够适应更高的充放电倍率，也即，第一极片组件20可作为快充体系，第二极片组件30可作为慢充体系，快充体系可满足紧急情况下的应急充电以及大倍率应用下的放电需求；慢充体系可满足常规使用，并可保证电化学装置具有较高的容量，从而满足用电装置高续航的需求。

对于上述隔离膜40，请参阅图3示出的示例，在本申请实施例中，隔离膜40包括多个隔离部41和多个弯折部42。任意相邻的两个极片之间设置有隔离部41，以将该相邻的两个极片分隔开。任意相邻的两个隔离部41通过一弯折部42相连。由于使用一整条隔离膜40，通过Z型折叠的方式将第一极片组件20和第二极片组件30组装成一个整体，能够抑制第一极片组件20和第二极片组件30在受到外部冲击时发生错位窜动，从而提高电化学装置内部结构的稳定性，降低发生内部短路的风险。同时，由于无需额外的粘接方式将第一极片组件20和第二极片组件30固定连接，降低了第一极片组件20和第二极片组件30的组装难度，提高了制造效率。应当说明的是，此处的极片包括上述第一极片组件20中的第一正极极片23和第一负极极片24以及上述第二极片组件30中的第二正极极片33和第二负极极片34。

在一些实施例中，多个隔离部41和多个弯折部42均一体成型，有利于保证隔离膜40整体的结构强度，从而更好地抑制第一极片组件20和第二极片组件30之间以及正极极片与负极极片之间的错位窜动，提高电化学装置内部结构的稳定性。

进一步地，在一些实施例中，第一负极极片24中第一负极活性物质的石墨化度G1满足：G1≤95％，此时，第一极片组件20能够适应较大的充放电倍率，从而更好的满足紧急情况下的应急充电以及大倍率应用下的放电需求。在一些实施例中，第二负极极片34中第二负极活性物质的石墨化度G2满足：G2≥95.5％，此时，第二负极活性物质的规整度较高，能够提供较多的锂离子容纳位点，从而使得电化学装置能够具有较高的能量密度，更好的满足用电装置高续航的需求。更进一步地，第一负极活性物质的石墨化度G1满足：94％≤G1≤95％，第二负极活性物质的石墨化度G2满足：95.5％≤G2≤96.5％。

对于上述壳体10，如图2所示，在本申请实施例中，该壳体10包括第一壳体11和第二壳体12，第一壳体11连接于第二壳体12，并在二者之间形成上述容腔。示例性地，第一壳体11和第二壳体12可通过热封粘结连接。可以理解的是，在本申请其他一些实施例中，第一壳体11和第二壳体12亦可不限于通过焊接连接。

另外，本申请实施例对壳体10的材质和形状不作具体限定，可根据实际使用需求进行适应性调整。例如，壳体10可为不限于铝塑膜或钢塑膜的软包壳体10，或者，壳体10亦可为不限于铝壳或钢壳的硬质壳体10。

对于上述第一极片组件20和第二极片组件30，第一极片组件20和第二极片组件30均为叠片结构，如图3所示，在本申请实施例中，第一极片组件20包括第一单面极片22、第三单面极片21、位于第一单面极片22和第三单面极片21之间的至少一个双面第一正极极片232和/或至少一个双面第一负极极片242。第三单面极片21位于第一极片组件20远离第二极片组件30的一侧，第三单面极片21具有未涂覆活性物质层的第三表面(图未示)。第一单面极片22位于第一极片组件20靠近第二极片组件30的一侧，第一单面极片22具有未涂覆活性物质层的第一表面(图未示)，第一表面与第二极片组件30的第二单面极片32相对设置。至少一个双面第一正极极片232和/或至少一个双面第一负极极片242位于第三单面极片21与第一单面极片22之间。基于此，第三单面极片21和第一单面极片22的极性均与第一负极极片24的极性相同，即第三单面极片21、第一单面极片22和任一双面第一负极极片242均包括上述第一负极极片24中的第一负极活性物质。

具体而言，任一第一负极极片24均包括第一负极极耳241，第一负极极耳241位于第一极片组件20的中部，第一负极极耳241的一端连接于相应第一负极极片24的集流体，第一负极极耳241的另一端电连接于电化学装置的第一转接极耳51。示例性地，任一第一负极极耳241均与相对应的第一负极极片24的集流体一体成型，即第一负极极片24为经过模切后得到的负极极片，而第一负极极耳241为模切极耳，第一负极极耳241的另一端可与第一转接极耳51焊接连接。当然，第一负极极耳241亦可不限于通过焊接或导电粘接件粘接与第一负极极片24的集流体相连，本申请实施例对此不作具体限定。

任一第一正极极片23均包括第一正极极耳231，第一正极极耳231和第一负极极耳241均位于壳体10的容腔内，沿第三方向L，第一正极极耳231与第一负极极耳241相分离。其中，第一正极极耳231的一端与相应第一正极极片23的集流体相连接，第一正极极耳231的另一端与电化学装置的第二转接极耳52相电连接。示例性地，任一第一正极极耳231均与相应的第一正极极片23的集流体一体成型，即第一正极极片23经过模切后得到的极片，而第一正极极耳231为模切极耳，第一正极极耳231的另一端可与第二转接极耳52焊接连接。当然，第一正极极耳231亦可不限于通过焊接或导电粘接件粘接与第一正极极片23的集流体相连，本申请实施例对此不作具体限定。

请继续参阅图3，第二极片组件30包括第四单面极片31、第二单面极片32、位于第二单面极片32和第四单面极片31之间的至少一个双面第二正极极片332和/或至少一个双面第二负极极片342。第四单面极片31位于第二极片组件30远离第一极片组件20的一侧，第四单面极片31具有未涂覆活性物质层的第四表面(未示出)。第二单面极片32位于第二极片组件30靠近第一极片组件20的一侧，第二单面极片32具有未涂覆活性物质层的第二表面(未示出)，第二表面与第一单面极片22的第一表面相对设置。至少一个双面第二正极极片332和/或至少一个双面第二负极极片342位于第四单面极片31与第二单面极片32之间。基于此，第四单面极片31和第二单面极片32的极性均与双面第二负极极片342的极性相同，即第四单面极片31、第二单面极片32和任一双面第二负极极片342均包括上述第二负极极片34中的第二负极活性物质。应当说明的是，本申请实施例中的第一单面极片22、第二单面极片32、第三单面极片21和第四单面极片31均是相对于集流体两相对表面均涂覆活性物质层的双面极片而言的，其是仅在集流体的某一表面涂覆活性物质层后所形成的极片。

具体而言，任一第二负极极片34均包括第二负极极耳341，第二负极极耳341的一端与相应第二负极极片34的集流体相连接，第二负极极耳341的另一端用于与电化学装置的第一转接极耳51相电连接。示例性地，任一第二负极极耳341均与相应的第二负极极片34的集流体一体成型，即第二负极极片34经过模切后得到的极片，而第二负极极耳341为模切极耳，第二负极极耳341的另一端可与第一转接极耳51焊接连接。当然，第二负极极耳341亦可不限于通过焊接或导电粘接件粘接与第二负极极片34的集流体相连，本申请实施例对此不作具体限定。

进一步地，沿第一方向W观察，第二负极极耳341与第一负极极耳241的投影至少部分重合，由此可便于对第一负极极耳241和第二负极极耳341进行连接，提高连接的可靠性。

任一第二正极极片33均包括第二正极极耳331，第二正极极耳331和第二负极极耳341均位于壳体10的容腔内，沿第三方向L，第二正极极耳331与第二负极极耳341相分离。其中，第二正极极耳331的一端与相应第二正极极片33的集流体相连接，第二正极极耳331的另一端用于与电化学装置的第三转接极耳53相电连接。示例性地，任一第二正极极耳331均与相应的第二正极极片33的集流体一体成型，即第二正极极片33经过模切后得到的极片，而第二正极极耳为模切极耳，第二正极极耳331的另一端可与第三转接极耳53焊接连接。当然，第二正极极耳331亦可不限于通过焊接或导电粘接件粘接与第二正极极片33的集流体相连，本申请实施例对此不作具体限定。

第三转接极耳53、第二转接极耳52和第一转接极耳51的一端伸出于壳体10外。第三转接极耳53和/或第二转接极耳52与第一转接极耳51可与外接设备电连接，以向外接设备供电。

可以理解的是，第一极片组件20和第二极片组件30的具体构造并不局限于此。在本申请另一些实施例中，与前述第一极片组件20的具体构造不同之处在于，第三单面极片21和第一单面极片22均为第一正极极片23。在本申请另一些实施例中，与前述第一极片组件20的具体构造不同之处在于，第三单面极片21和第一单面极片22的极性不同。同理，在本申请另一些实施例中，与前述第二极片组件30的具体构造不同之处在于，第四单面极片31和第二单面极片32均为第二正极极片33。在本申请另一些实施例中，与前述第二极片组件30的具体构造不同之处在于，第四单面极片31和第二单面极片32的极性不同。

如图3所示，在本申请实施例中，第一单面极片22和第二单面极片32的极性相同。第一极片组件20和第二极片组件30之间相邻的第一单面极片22和第二单面极片32的极性相同，能够降低第一极片组件20和第二极片组件30之间在受到外部冲击发生错位窜动导致两者相接时，引发内部短路的风险，从而提高电化学装置的使用安全性。

为了改善第一极片组件20和/或第二极片组件30中极性相反的极片在隔离膜40中错位而引发析锂或短路的情形，从而保证电化学装置的使用安全性，可选地，隔离膜40具有粘结性。例如，在本申请实施例中，隔离膜40可包括基材层，基材层可为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层可包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。示例性地，基材层可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。由此隔离膜40可经过热压之后具有一定的粘接性。当然，在本申请其他一些实施例中，隔离膜40还可包括粘结层，粘结层涂覆于基材层的外表面，粘结层可以为聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯烷氧、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种聚合物的聚合物层。由此，隔离膜40可因具有粘结性涂层而自身具有粘结性。进一步地，隔离膜40还可包括陶瓷层，陶瓷层夹设于基材层和粘结层之间。陶瓷层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的至少一种。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、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯烷氧、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的至少一种。

进一步地，隔离膜40的任一隔离部41与其相邻的极片之间的粘接强度F满足：F≥5N/m，由此，在电化学装置受到外部冲击时，隔离部能够更好地抑制极片之间的错位窜动，从而进一步降低电化学装置发生析锂或内部短路的风险，提高电化学装置的使用安全性。更进一步地，5N/m≤F≤25N/m。

请继续参阅图4示出的示例，图4为本申请第一实施例提供的另一种电化学装置中的第一极片组件、第二极片组件和隔离膜的剖切图；与前述实施例中的所述电化学装置结构不同之处在于。在本申请实施例中，第一极片组件20的数量为至少两个，第二极片组件30的数量为至少一个，沿第一方向W，一第二极片组件30的两相对侧分别叠置有一第一极片组件20，即该电化学装置为快充+慢充+快充体系，由此在该电化学装置的快充体系进行高倍率充放电时，位于两侧的快充体系所产生的热量能够迅速的向外扩散，从而降低了该电化学装置的局部温升，进而提升了该电化学装置的使用安全性。

可替代地，第一极片组件20的数量为至少一个，第二极片组件30的数量为至少两个，沿第一方向W，一第一极片组件20的两相对侧分别叠置有一第二极片组件30，即该电化学装置为慢充+快充+慢充体系，由此在该电化学装置的快充体系进行高倍率充放电时，位于两侧的慢充体系可分散快充体系所产生的热量，从而改善了该电化学装置的局部温升，进而提高了该电化学装置的使用安全性。

请继续参阅图5示出的示例，图5为本申请第二实施例提供的一种电化学装置中的第一极片组件、第二极片组件、第三负极极片和隔离膜的剖切图，以第一极片组件20’仍包括第三单面极片21’、至少一个双面第一正极极片232’和/或至少一个双面第一负极极片242’，第二极片组件30’仍包括第四单面极片31’、至少一个双面第二正极极片332’和/或至少一个双面第二负极极片342’为例说明。本申请实施例与上述第一实施例不同之处在于，第一极片组件20’不再包括第一单面极片，第二极片组件30’不再包括第二单面极片。取而代之的是，电化学装置还包括第三负极极片60。

第三负极极片60包括第三负极集流体61、第三负极活性层62和第四负极活性层63。第三负极极片60夹设于第一极片组件20’和第二极片组件30’之间，第三负极活性层62涂覆于第三负极集流体61靠近第一极片组件20’的一侧，第三负极活性层62和第一极片组件20’中与第三负极极片60相邻的第一正极极片23’被隔离膜的隔离部隔开。第四负极活性层63涂覆于第三集流体靠近第二极片组件30’的一侧，第四负极活性层63和第二极片组件30’中与第三负极极片60相邻的第二正极极片33’被隔离膜的隔离部隔开。其中，|G4-G2|≤0.2％，|G3-G1|≤0.2％。这样设置的好处在于，第三负极极片60既可与第一极片组件20’组合作为快充体系，又可与第二极片组件30’组合作为慢充体系。进一步地，第三负极活性层62中第三负极活性物质的石墨化度G3满足：G3≤95％，第四负极活性层63中第四负极活性物质的石墨化度G4满足：G4≥95.5％。更进一步地，第三负极活性物质的石墨化度G3满足：94％≤G3≤95％，第四负极活性物质的石墨化度G4满足：95.5％≤G4≤96.5％。

相较于第一实施例提供的电化学装置而言，由于第一极片组件20’和第二极片组件30’的内部不再存在单面极片，可减少空间的浪费，有利于提升该电化学装置的能量密度。

在本申请的一些实施例中，第三负极活性层62中第三负极活性物质的石墨化度G3和第四负极活性物质层63中第四负极活性物质的石墨化度G4满足：G4-G3≥0.5％。

进一步地，第三负极极片60还可包括容置于壳体容腔内的第三负极极耳(图未示)，第三负极极耳的一端连接于第三负极集流体61，第三负极极耳的另一端可与第一转接极耳于壳体容腔内电连接。

可以理解的是，第一极片组件20’和第二极片组件30’的具体构造并不局限于此。在本申请另一些实施例中，与前述第一极片组件20’的具体构造不同之处在于，第三单面极片21’为第一正极极片23’。同理，在本申请另一些实施例中，与前述第二极片组件30’的具体构造不同之处在于，第四单面极片31’为第二正极极片33’。此外，在本申请另一些实施例中，与前述电化学装置的具体构造不同之处在于，使用第三正极极片替代第三负极极片60，第三正极极片和第一极片组件20’中与第三正极极片相邻的第一负极极片24’被隔离膜的隔离部隔开，第三正极极片和第二极片组件30’中与第三正极极片相邻的第二负极极片34’被隔离膜的隔离部隔开，亦可实现如上所述的技术效果。

请继续参阅图6示出的示例，图6为本申请第二实施例提供的另一种电化学装置中的第一极片组件、第二极片组件、第三负极极片和隔离膜的剖切图，与前述实施例中的所述电化学装置结构不同之处在于。在本申请实施例中，第一极片组件20’和第三负极极片60的数量为至少两个，第二极片组件30’的数量为至少一个，沿第一方向，一第二极片组件30’的两相对侧分别叠置有一第一极片组件20’，一第三负极极片60夹设于一第二极片组件30’和一第一极片组件20’之间，即该电化学装置为快充+慢充+快充体系，由此在该电化学装置的快充体系进行高倍率充放电时，位于两侧的快充体系所产生的热量能够迅速的向外扩散，从而降低了该电化学装置的局部温升，进而提升了该电化学装置的使用安全性。

可替代地，第一极片组件20’的数量为至少一个，第二极片组件30’和第三负极极片60的数量为至少两个，沿第一方向，一第一极片组件20’的两相对侧分别叠置有一第二极片组件30’，一第三负极极片60夹设于一第一极片组件20’和一第二极片组件30’之间，即该电化学装置为慢充+快充+慢充体系，由此在该电化学装置的快充体系进行高倍率充放电时，位于两侧的慢充体系可分散快充体系所产生的热量，从而改善了该电化学装置的局部温升，进而提高了该电化学装置的使用安全性。

本申请的实施例中，以快充+慢充体系、快充+慢充+快充体系的锂离子电池为例，对其进行充电温升测试以及跌落测试。

锂离子电池的制备

实施例1

(1)快充体系和慢充体系负极极片的制备：快充体系选择石墨化度G1为94.8％的人造石墨作为负极活性材料、慢充体系选择石墨化度G2为95.5％的人造石墨作为负极活性材料，将负极活性材料人造石墨、粘结剂丁苯橡胶(SBR)和增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照重量比96:2:2进行混合，加入去离子水作为溶剂，调配成固含量为70wt％的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为10μm的负极集流体铜箔的一个表面上，烘干，得到单面涂覆有负极活性层的负极极片。在负极集流体铜箔的另一个表面上，重复以上步骤，得到双面涂覆有负极活性层的负极极片。经冷压后，将负极极片裁切成41mm×61mm的规格待用。

(2)正极极片的制备：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，调配成固含量为75wt％的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为12μm的正极集流体铝箔的一个表面上，烘干，得到单面涂覆有正极活性层的正极极片。在正极集流体铝箔的另一个表面上，重复以上步骤，得到双面涂覆有正极活性层的正极极片。经冷压后，将正极极片裁切成38mm×58mm的规格待用。

(3)电解液的制备：在干燥氩气中，首先将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC:EMC:DEC＝30:50:20混合形成基础有机溶剂，然后向基础有机溶剂中加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF₆)溶解并混合均匀，得到LiPF₆质量浓度为12.5％的电解液。

(4)隔离膜的制备：以聚乙烯多孔膜作为基材层，在基材层的一侧表面涂覆含氧化铝陶瓷和PVDF粘结剂的陶瓷层作为隔离膜(CCS)，其中，陶瓷层中氧化铝陶瓷的质量百分含量为95％。

(5)电极组件的制备：将隔离膜Z型折叠，并先依次层叠快充体系的正极极片与负极极片形成快充体系的第一极片组件，再依次层叠慢充体系的正极极片与负极极片形成慢充体系的第二极片组件，使隔离膜的隔离部位于相邻的两个极片之间，其中，快充体系的第一极片组件和慢充体系的第二极片组件的两侧均为单面正极极片，隔膜收尾端卷绕包裹整个电极组件，组成叠片结构的电极组件以备用。

(6)电极组件的组装：将冲坑成型的铝塑膜置于组装夹具内，坑面朝上，将电极组件置于坑内，接着，将快充体系极片组件重叠的多个负极极耳、快充体系极片组件重叠的多个正极极耳、慢充体系极片组件重叠的多个负极极耳、慢充体系极片组件重叠的多个正极极耳分别通过激光焊接在一起，并分别转接极耳引出，然后将另一个冲坑成型的铝塑膜坑面朝下覆盖于电极组件上，采用热压的方式热封四周，得到组装电极组件。

(7)注液封装：给组装电极组件注入电解液，经过真空封装、静置、热压化成、整形等工序，即制得锂离子电池。

实施例2与实施例1的区别在于，快充体系的第一极片组件和慢充体系的第二极片组件均去除内部的单面正极极片，改为设置第三负极极片，其中，第三负极极片朝向第一极片组件的一面涂覆快充体系的负极活性层，朝向第二极片组件的一面涂覆慢充体系的负极活性层。

实施例3与实施例1的区别在于，在慢充体系的第二极片组件上进一步依次层叠快充体系的正极极片与负极极片，形成快充体系的第三极片组件，第三极片组件的两侧也均为单面正极极片。

实施例4与实施例1的区别在于，快充体系选择石墨化度G1为94.1％的人造石墨作为负极活性材料；隔离膜的制备中，陶瓷层中氧化铝陶瓷的质量百分含量为40％(PCCS)。

实施例5与实施例1的区别在于，快充体系选择石墨化度G1为94.1％的人造石墨作为负极活性材料、慢充体系选择石墨化度G2为96.1％的人造石墨作为负极活性材料；隔离膜的制备中，将陶瓷层替代为仅含PVDF的粘结层(PCS)。

实施例6与实施例1的区别在于，快充体系选择石墨化度G1为94.0％的人造石墨作为负极活性材料、慢充体系选择石墨化度G2为96.1％的人造石墨作为负极活性材料。隔离膜的制备中，陶瓷层中氧化铝陶瓷的质量百分含量为85％。

实施例7与实施例2的区别在于，快充体系选择石墨化度G1为94.2％的人造石墨作为负极活性材料、慢充体系选择石墨化度G2为96.2％的人造石墨作为负极活性材料。隔离膜的制备中，将陶瓷层替代为仅含PVDF的粘结层(PCS)。

实施例8与实施例3的区别在于，快充体系选择石墨化度G1为94.5％的人造石墨作为负极活性材料、慢充体系选择石墨化度G2为95.8％的人造石墨作为负极活性材料。

实施例9与实施例1的区别在于，电极组件的组装中，快充体系极片组件和慢充体系极片组件的多个负极极耳重叠，将上述重叠的负极极耳通过激光焊接在一起，并转接极耳引出。

对比例1与实施例1的区别在于，电极组件的制备中，先用一隔离膜Z型折叠置于层叠的快充体系负极极片与正极极片之间，隔离膜收尾端卷绕包裹整个电极组件，组成叠片结构的快充体系电极组件以备用。再用另一隔离膜Z型折叠置于层叠的慢充体系负极极片与正极极片之间，隔离膜收尾端卷绕包裹整个电极组件，组成叠片结构的慢充体系电极组件以备用。电极组件的组装中，先将快充体系电极组件置于坑内，然后将慢充体系电极组件置于快充体系电极组件上，使得边沿对齐，施加外力压紧。接着，将快充体系电极组件重叠的多个负极极耳、快充体系电极组件重叠的多个正极极耳、慢充体系电极组件重叠的多个负极极耳、慢充体系电极组件重叠的多个正极极耳分别通过激光焊接在一起，并分别转接极耳引出，然后将另一个冲坑成型的铝塑膜坑面朝下覆盖于电极组件上，采用热压的方式热封四周，得到组装电极组件。

测试方法

快充温升测试：对快充体系进行充电，25℃温度下，以10C倍率恒流充电至4.45V，恒压充电至0.05C，监控充电过程中电池表面的最大温升。

慢充温升测试：对慢充体系进行充电，25℃温度下，以1C倍率恒流充电至4.45V，恒压充电至0.02C，监控充电过程中电池表面的最大温升。

石墨化度测试：采用布鲁克测试仪器进行XRD测试，其中XRD参考标准为JIS K0131-1996《General rules of X-ray diffractometric analysis X射线衍射分析法通则》。测试时硅粉和待测石墨负极活性材料质量比为1：5。靶材为Cu Kα，电压为40KV，电流为40mA，扫描角度范围为52°至58°，扫描步长为0.008°，每步长时间为0.3s。

跌落测试：在水泥跌落地面，将电池从1m跌落高度沿着6面跌落1次，4角跌落1次，共进行5轮测试；判定标准：极片组件之间宽度方向错位≤0.2mm，判定为无错位；0.2mm＜极片组件之间宽度方向错位≤0.5mm，判定为轻度错位；0.5mm＜极片组件之间宽度方向错位≤1.0mm，判定为中度错位；极片组件之间宽度方向错位>1.0mm，判定为重度错位。

粘接强度测试：①测试前准备，打开高铁拉力机电源，确认拉力机上下夹具是否在水平位置，拉力杆是否能正常上下，确认拉力机的速度控制为50mm/min；②制作样品，裁取宽度W的粘接区域样品；③样品上夹具，夹具夹持粘接区域样品两侧的材料；④拉力测试，点击清零和运行按钮开始测试，输出拉力值P，则粘接强度F＝P/W。

测试结果如表1所示

表1

根据上述测试结果可以发现，快充体系负极活性材料的石墨化度G1小于慢充体系负极活性材料的石墨化度G2，并且，结合实施例1-9可知，G2-G1≥0.5％时，可满足电化学装置的快充与慢充需求。

进一步的，当G1≤95％，和/或G2≥95.5％时，在对快充体系电极组件进行快充以及对慢充体系电极组件进行慢充时的电池温升均较小。再进一步的，94％≤G1≤95％；和/或95.5％≤G2≤96.5％，在此范围内，快充和慢充条件下的电池温升可达到较优的效果。

另外，在跌落测试中，结合实施例1-9以及对比例1可知，通过隔离膜Z型折叠一体化的实施例1-9相较于非一体化的对比例1，跌落测试中快充体系极片组件和慢充体系极片组件的错位程度显著降低，表明使用一整条隔离膜通过Z型折叠的方式将快充体系极片组件和慢充体系极片组件组装成一个整体，能够抑制两者在跌落时发生错位窜动，从而提高锂离子电池内部结构的稳定性，降低发生内部短路的风险。

结合实施例1以及实施例4-6可知，极片与隔离膜的粘结强度F≥7.8N/m时，能够进一步抑制极片之间的错位窜动，从而进一步降低锂离子电池发生内部短路的风险。结合实施例1以及实施例9可知，将快充体系电极组件和慢充体系电极组件的负极极耳在壳体内焊接连接，可进一步抑制跌落测试时的错位，从而降低内部发生短路的风险，提高锂离子电池的使用安全性。。

基于同一技术构思，本申请实施例第三方面还提供一种用电装置，包括上述任一实施例所述的电化学装置。可以理解的是，本申请实施例中的用电装置没有特别限定，其可以是现有技术中已知的任何用电装置。例如，用电装置包括但不限于蓝牙耳机、手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的保护范围内。

Claims (11)

1.一种电化学装置，包括叠片结构的第一极片组件、叠片结构的第二极片组件以及隔离膜，所述第一极片组件包括第一正极极片和第一负极极片，所述第二极片组件包括第二正极极片和第二负极极片；沿第一方向，所述第一正极极片和所述第一负极极片依次层叠设置，所述第二正极极片和所述第二负极极片依次层叠设置；所述第一负极极片包括第一负极活性物质，所述第二负极极片包括第二负极活性物质，其特征在于，

所述第一负极活性物质的石墨化度G1和所述第二负极活性物质的石墨化度G2，满足：G2-G1≥0.5％；

所述隔离膜包括多个隔离部和多个弯折部，任意相邻的两个极片之间设置有所述隔离部，任意相邻的两个所述隔离部通过一所述弯折部相连。

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述第一极片组件包括第一单面极片，所述第一单面极片位于所述第一极片组件靠近所述第二极片组件的一侧，所述第一单面极片具有未涂覆活性物质层的第一表面；

所述第二极片组件包括与所述第一单面极片极性相同的第二单面极片，所述第二单面极片位于所述第二极片组件靠近所述第一极片组件的一侧，所述第二单面极片具有未涂覆活性物质层的第二表面，沿所述第一方向，所述第二表面和所述第一表面相对设置。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置满足下列条件中的至少一者：

(1)G1≤95％；

(2)G2≥95.5％；

(3)所述隔离部与所述极片之间的粘接强度F满足：F≥5N/m；

(4)所述隔离部与所述弯折部一体成型。

4.根据权利要求3所述的电化学装置，其特征在于，94％≤G1≤95％；和/或95.5％≤G2≤96.5％。

5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述第一极片组件的数量为至少两个，所述第二极片组件的数量为至少一个，沿所述第一方向，相邻两个所述第一极片组件之间夹设有所述第二极片组件；或者，

所述第一极片组件的数量为至少一个，所述第二极片组件的数量为至少两个，沿所述第一方向，相邻两个所述第二极片组件之间夹设有所述第一极片组件。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置还包括第三负极极片，所述第三负极极片设置于所述第一极片组件和所述第二极片组件之间；所述第一极片组件包括与所述第三负极极片相邻的第一正极极片，所述与所述第三负极极片相邻的第一正极极片包括第一正极集流体和位于所述第一正极集流体沿所述第一方向相对的两个表面的第一正极活性层；所述第二极片组件包括与所述第三负极极片相邻的第二正极极片，所述与所述第三负极极片相邻的第二正极极片包括第二正极集流体和位于所述第二正极集流体沿所述第一方向相对的两个表面的第二正极活性层；所述第三负极极片和所述第一极片组件之间设置有所述隔离部，所述第三负极极片和所述第二极片组件之间设置有所述隔离部；

所述第三负极极片包括第三负极集流体、第三负极活性层和第四负极活性层，所述第三负极活性层位于所述第三负极集流体靠近所述第一极片组件的一侧，所述第三负极活性层包括第三负极活性物质；所述第四负极活性层位于所述第三负极集流体靠近所述第二极片组件的一侧，所述第四负极活性层包括第四负极活性物质，所述第三负极活性物质的石墨化度G3与所述第四负极活性物质的石墨化度G4满足：|G4-G2|≤0.2％，|G3-G1|≤0.2％。

7.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置还包括壳体，所述第一极片组件、所述第二极片组件以及所述隔离膜收容于所述壳体；所述第一负极极片包括第一负极极耳，所述第二负极极片包括第二负极极耳，所述第一负极极耳与所述第二负极极耳于所述壳体内电连接。

8.根据权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置还包括壳体，所述第一极片组件、所述第二极片组件、所述第三负极极片以及所述隔离膜收容于所述壳体；所述第一负极极片包括第一负极极耳，所述第二负极极片包括第二负极极耳，所述第三负极极片包括第三负极极耳，所述第一负极极耳、所述第二负极极耳与所述第三负极极耳于所述壳体内电连接。

9.根据权利要求7或8所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置满足下列条件中的至少一者：

(1)沿所述第一方向观察，所述第一负极极耳与所述第二负极极耳的投影至少部分重合；

(2)所述电化学装置还包括第一转接极耳，所述第一转接极耳与所述第一负极极耳、所述第二负极极耳于所述壳体内连接并伸出所述壳体；

(3)所述第一正极极片包括第一正极极耳，所述第二正极极片包括第二正极极耳，所述电化学装置还包括第二转接极耳和第三转接极耳，所述第二转接极耳与所述第一正极极耳于所述壳体内连接并伸出所述壳体，所述第三转接极耳与所述第二正极极耳于所述壳体内连接并伸出所述壳体。

10.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述隔离膜包括基材层、陶瓷层以及粘结层，满足下列条件中的至少一者：

(1)所述基材层包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种；

(2)所述陶瓷层位于所述基材层的表面；

(3)所述陶瓷层包括无机颗粒和粘结剂，所述无机颗粒包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、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；所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种；

(4)所述粘结层位于所述基材层和/或所述陶瓷层的表面；

(5)所述粘结层包括聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏氟乙烯或偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物中的至少一种。

11.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括如权利要求1-10中任一项所述的电化学装置。

Images