CN116111037A - 电化学装置和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请的实施例提供了电化学装置和电子装置。电化学装置包括卷绕式电极组件和包装壳，卷绕式电极组件包括正极极片、负极极片和隔离膜。正极极片包括正极集流体、第一层和第二层。第一层包括无机颗粒，基于第一层的质量，无机颗粒的质量含量大于或等于50%。第二层包括正极活性材料。第一层的厚度为d1μm，第一层的正投影面积为S1 mm2，第二层的正投影面积为S2 mm2，满足：d1/S1≥2×10‑6，d1/S2≥2.5×10‑6。第一层与包装壳相接触。本申请能够减少裸电芯与包装壳之间的窜动，提升电化学装置的安全性能。

Description

电化学装置和电子装置
技术领域
本申请涉及电化学储能领域，具体地涉及电化学装置和电子装置。
背景技术
伴随电化学储能技术的发展，对电化学装置（例如，锂离子电池）的安全性能和循环性能提出了越来越高的要求。例如，对电化学装置的循环性能的要求不断提高，对电化学装置的跌落和/或针刺时的安全性能的要求不断提高。因此，期望这方面的进一步改进。
发明内容
本申请提供了一种电化学装置，电化学装置包括卷绕式电极组件和包装壳，卷绕式电极组件包括正极极片、负极极片和隔离膜，隔离膜设置在正极极片和负极极片之间。正极极片包括正极集流体、第一层和第二层，第一层设置于正极集流体的表面，第二层设置于第一层的表面。第一层包括无机颗粒，基于第一层的质量，无机颗粒的质量含量大于或等于50%。第二层包括正极活性材料，基于第二层的质量，正极活性材料的质量含量大于90%。第一层的厚度为d1μm，第一层的正投影面积为S1 mm2，第二层的正投影面积为S2 mm2，满足：d1/S1≥2×10-6，d1/S2≥2.5×10-6。第一层与包装壳相接触。
在一些实施例中，8×104≤S1≤6×105，7×104≤S2≤5.5×105。在一些实施例中，沿卷绕式电极组件的厚度方向上，卷绕式电极组件的正投影面积为S3mm2，满足1≤(S1-S2)/S3≤2。在一些实施例中，沿卷绕式电极组件的厚度方向上，卷绕式电极组件的正投影面积为S3mm2，满足1.2≤(S1-S2)/S3≤2。
在一些实施例中，第一层的厚度为0.5μm至10μm。在一些实施例中，第一层的厚度为3μm至7μm。在一些实施例中，正极集流体包括铝箔，铝箔的厚度为7μm至20μm。
在一些实施例中，第一层还包括第一导电剂和第一粘结剂，无机颗粒、第一导电剂和第一粘结剂的质量比为（50-95）:（0.5-10）:（2-49.5）。在一些实施例中，无机颗粒包括勃姆石、水铝石、氧化铝、硫酸钡、硫酸钙或硅酸钙中的至少一种。在一些实施例中，无机颗粒的Dv50为D0μm，0.3≤D0≤5，优选地，0.6≤D0≤3。在一些实施例中，D0与第二层的正投影面积S2 满足：2.1×10-6≤D0/S2≤8.6×10-4。
在一些实施例中，第一导电剂包括导电碳黑、碳纤维、石墨烯或碳纳米管中的至少一种。在一些实施例中，第一粘结剂包括聚丙烯类、聚丙烯酸酯类、丙烯氰多元共聚物或羧甲基纤维素盐中的至少一种。在一些实施例中，第一层与正极集流体的粘结力大于等于150N/m。
本申请的实施例还提供了一种电子装置，包括上述的电化学装置。
本申请通过使得第一层的厚度d1和第一层的正投影面积S1满足：d1/S1≥2×10-6，第一层的厚度d1和第二层的正投影面积S2满足：d1/S2≥2.5×10-6，第一层与包装壳相接触，如此，确保了正极极片中存在与包装壳接触并且未由第二层覆盖的第一层，配合第一层的厚度与卷绕式电极组件的第一层、第二层的正投影面积满足上述范围，能够减少裸电芯与包装壳之间的窜动，提升电化学装置的安全性能。
附图说明
图1示出了根据一些实施例的正极极片的沿着长度方向的截面图。
图2示出了根据另一些实施例的正极极片的沿着长度方向的截面图。
图3示出了根据又一些实施例的正极极片的沿着长度方向的截面图。
实施方式
下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。
本申请提供了一种电化学装置，电化学装置包括卷绕式电极组件和包装壳。在一些实施例中，卷绕式电极组件包括正极极片、负极极片和隔离膜，隔离膜设置在正极极片和负极极片之间以隔开正极极片和负极极片。如图1和图2所示，在一些实施例中，正极极片包括正极集流体101、第一层102和第二层103。在一些实施例中，第一层102位于正极集流体101和第二层103之间。在一些实施例中，第一层102设置于正极集流体101的表面，第二层103设置于第一层102的表面。应该理解，虽然图1中将第一层102和第二层103示出为位于正极集流体101的两侧，但是这仅是示例性的，第一层102和第二层103可以仅位于正极集流体101的一侧，例如，图1和图2中仅正极集流体101的上侧存在第一层102和第二层103。
在一些实施例中，第二层103包括正极活性材料，基于第二层103的质量，正极活性材料的质量含量大于90%。在一些实施例中，第一层102的厚度为d1μm，第一层102的正投影面积为S1mm2，第二层103的正投影面积为S2mm2，满足：d1/S1≥2×10-6，d1/S2≥2.5×10-6。正投影是指投射线的中心线垂直于投影的平面，在本申请中，如果在正极集流体101的两侧均存在第一层102和第二层103，则第一层102和第二层103的正投影面积为面积较大的那一侧的相应层的正投影面积。例如，在图1中，正极集流体101的下侧处的第二层103的面积比正极集流体101的上侧处的第二层103的面积大，因此图1中的第二层103的正投影面积是指正极集流体101的下侧处的第二层103的正投影面积。其中，当第一层102和第二层103位于正极集流体101的两侧时，本案所指的投影面积为第一层102或第二层103的正极两侧投影面积之和。
在一些实施例中，第一层102包括无机颗粒，基于第一层102的质量，无机颗粒的质量含量大于或等于50%。在一些实施例中，无机颗粒的存在一方面可以缓解正极集流体101在切割后引起的毛刺的不利影响，另一方面也可以增大第一层102的整体电阻，提升电化学装置的安全性能，例如，降低短路电流，降低电化学装置的产热速率，从而避免因热量累计造成热失控、起火等高风险问题的产生。
在一些实施例中，第一层102与包装壳（未示出）相接触。在一些实施例中，包装壳包括铝塑膜。通常地，裸电芯封装在包装壳中。如图1至图3所示，正极集流体101的一侧的第一层102具有未由第二层103覆盖的部分。此时，图1、图2和图3的左侧的正极极片位于卷绕结构的内侧，图1至图3的右侧的正极极片位于卷绕结构的外侧，如此处于卷绕结构外侧的未由第二层103覆盖的第一层102可以与包装壳相接触。即，未由第二层103覆盖的第一层102至少位于卷绕式电极组件的最外圈。其中，如图2所示，第一层102，在一些实施例中，正极集流体101处于卷绕结构外侧未被第一层102和第二层103所覆盖的区域，贴有绝缘胶纸（未示出）。通常地，第一层102与包装壳的摩擦系数大于正极集流体101和包装壳的摩擦系数，从而可以有效减少裸电芯和包装壳之间的窜动，降低电化学装置在跌落过程中的失效。通过使得第一层102的厚度d1和第一层102的正投影面积S1满足：d1/S1≥2×10-6，第一层102的厚度d1和第二层103的正投影面积S2满足：d1/S2≥2.5×10-6，第一层102与包装壳相接触，如此，确保了正极极片中存在与包装壳接触并且未由第二层103覆盖的第一层102的部分，能够减少裸电芯与包装壳之间的窜动，提升电化学装置的安全性能。
在一些实施例中，8×104≤S1≤6×105，7×104≤S2≤5.5×105。第一层102的正投影面积S1和第二层103的正投影面积S2决定了电池卷绕层数或电池尺寸，在进行针刺或跌落等安全测试时的电池的产热量，电池的重量，电池的尺寸等会直接影响到安全测试通过率(在第一层102的厚度d1一定的情况下)，根据正投影面积S1和正投影面积S2匹配第一层102的合适的厚度d1，有利于获得更好的安全性能。
在一些实施例中，沿卷绕式电极组件的厚度方向上，卷绕式电极组件的正投影面积为S3mm2，满足1≤(S1-S2)/S3≤2。此时，卷绕式电极组件外圈的正极集流体101可以均由第一层102覆盖。在一些实施例中，沿卷绕式电极组件的厚度方向上，卷绕式电极组件的正投影面积为S3mm2，满足1.2≤(S1-S2)/S3≤2。此时，卷绕式电极组件外圈的正极集流体101的至少部分未由第一层102覆盖。
在一些实施例中，第一层102的厚度d1为0.5μm至10μm。如果第一层102的厚度d1太大，则电化学装置的能量密度损失较大；如果第一层102的厚度d1太小，则第一层102提升电化学装置的安全性能的作用相对受限。在一些实施例中，第一层102的厚度d1为3μm至7μm。此时，既有利于提升电化学装置的安全性能，例如，跌落时的安全性能，也不至于对电化学装置的能量密度产生明显影响。
在一些实施例中，正极集流体101可以包括铝箔，当然，也可以采用本领域常用的其他正极集流体。在一些实施例中，铝箔的厚度为7μm至20μm。此时，电化学装置能够保持良好的循环性能和安全性能。在一些实施例中，铝箔的厚度为9μm至13μm。
在一些实施例中，第一层102还包括第一导电剂和第一粘结剂，无机颗粒、第一导电剂和第一粘结剂的质量比为（50-95）:（0.5-10）:（2-49.5）。在一些实施例中，无机颗粒包括勃姆石、水铝石、氧化铝、硫酸钡、硫酸钙或硅酸钙中的至少一种。
在一些实施例中，无机颗粒的Dv50为D0μm，满足0.3≤D0≤5。在一些实施例中，满足0.6≤D0≤3。Dv50是指从小粒径到大粒径，体积分布达到50%时所对应的粒径。在一些实施例中，在无机颗粒的添加量一定的情况下，D0的大小和无机颗粒的比表面积（BET）成反比例关系。当第一层102的厚度、第一层102的正投影面积和第二层103的正投影面积为S2mm2满足：d1/S1≥2×10-6，d1/S2≥2.5×10-6时，如果D0较小，则无机颗粒可能出现团聚现象；如果D0较大，则无机颗粒的BET过小，可能出现无机颗粒的覆盖度低，第一层102的绝缘效果及安全性能受到影响。在一些实施例中，无机颗粒的Dv50（D0）与第二层103的正投影面积S2 满足：2.1×10-6≤D0/S2≤8.6×10-4。无机颗粒的Dv50与第二层103的正投影面积S2的比值可以反映无机颗粒的BET与正投影面积S2的比例关系，也就是无机颗粒的覆盖度和第二层103的正投影面积S2的关系。通过使得无机颗粒的Dv50与第二层103的正投影面积S2在上述范围内，可以确保电化学装置的较好的安全性能。
在一些实施例中，第一导电剂包括导电碳黑、碳纤维、石墨烯或碳纳米管中的至少一种。在一些实施例中，第一粘结剂包括聚丙烯类、聚丙烯酸酯类、丙烯氰多元共聚物或羧甲基纤维素盐中的至少一种。在一些实施例中，第一层102与正极集流体101的粘结力大于等于150N/m。如此，能够减少跌落过程中的第一层102与正极集流体101之间的剥离，从而提升电化学装置的安全性能。
在一些实施例中，正极活性材料可以包括钴酸锂、磷酸铁锂、铝酸锂、锰酸锂或镍钴锰酸锂中的至少一种。在一些实施例中，第二层103还可以包括导电剂和粘结剂。在一些实施例中，第二层103中的导电剂可以包括导电炭黑、片层石墨、石墨烯或碳纳米管中的至少一种。在一些实施例中，第二层103中的粘结剂可以包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚醋酸乙烯酯、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，第二层103中的正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为(90-99)： (0.1-10)：(0.1-10)，但是这仅是示例，可以采用任何其他合适的质量比。
在一些实施例中，电化学装置还包括负极极片和隔离膜，正极极片和负极极片由设置在它们之间的隔离膜间隔开。在一些实施例中，负极极片包括负极集流体和负极活性材料层。在一些实施例中，负极活性材料层可以设置在负极集流体的一侧或两侧上。
在一些实施例中，负极活性材料层可以包括负极活性材料、导电剂和粘结剂。在一些实施例中，负极活性材料可以包括石墨。在一些实施例中，负极活性材料可以包括硅基材料。在一些实施例中，硅基材料包括硅、硅氧材料、硅碳材料或硅氧碳材料中的至少一种。
在一些实施例中，负极活性材料层中的导电剂可以包括导电炭黑、科琴黑、片层石墨、石墨烯、碳纳米管或碳纤维中的至少一种。在一些实施例中，负极活性材料层中的粘结剂可以包括羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚苯胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚硅氧烷、丁苯橡胶、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或聚芴中的至少一种。在一些实施例中，负极活性材料层中的负极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比可以为（78至98.5）：（0.1至10）：（0.1至10）。应该理解，以上所述仅是示例，可以采用任何其他合适的材料和质量比。在一些实施例中，负极集流体可以采用铜箔、镍箔或碳基集流体中的至少一种。
在一些实施例中，隔离膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。例如，聚乙烯包括选自高密度聚乙烯、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池的稳定性。在一些实施例中，隔离膜的厚度在约3μm至20μm的范围内。
在一些实施例中，隔离膜的表面还可以包括多孔层，多孔层设置在隔离膜的至少一个表面上，多孔层包括无机颗粒和粘结剂，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，隔离膜的孔具有在约0.01μm至1μm的范围的直径。多孔层的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、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。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结性。
在一些实施例中，电化学装置包括锂离子电池，但是本申请不限于此。在一些实施例中，电化学装置还包括电解液，电解液包括氟醚、氟代碳酸乙烯酯或醚腈中至少一种。在一些实施例中，电解液还包括锂盐，锂盐包括双（氟磺酰基）酰亚胺锂和六氟磷酸锂，锂盐的浓度为1mol/L至2mol/L，且双（氟磺酰基）酰亚胺锂和六氟磷酸锂的质量比为0.06至5。在一些实施例中，电解液还可以包括非水溶剂。非水溶剂可为碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、其它有机溶剂或它们的组合。
碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物、氟代碳酸酯化合物或其组合。
链状碳酸酯化合物的实例为碳酸二乙酯（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）、碳酸甲乙酯（MEC）及其组合。所述环状碳酸酯化合物的实例为碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸亚丁酯（BC）、碳酸乙烯基亚乙酯（VEC）或者其组合。所述氟代碳酸酯化合物的实例为碳酸氟代亚乙酯（FEC）、碳酸1,2-二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯、碳酸三氟甲基亚乙酯或者其组合。
羧酸酯化合物的实例为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯、甲酸甲酯或者其组合。
醚化合物的实例为二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃或者其组合。
其它有机溶剂的实例为二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯、和磷酸酯或者其组合。
本申请的实施例还提供了包括上述电化学装置的电子装置。本申请实施例的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，电子装置可以包括，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、无人机、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。
下面列举了一些具体实施例和对比例以更好地对本申请进行说明，其中，采用锂离子电池作为示例。
实施例1
负极极片的制备：集流体采用10μm厚度的铜箔，将石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素按质量百分含量比97：1.5：1.5混合后分散于去离子水中形成浆料。搅拌均匀后将浆料涂布于铜箔上，干燥，形成负极活性材料层，负极活性材料层的厚度为80μm，冷压、分条后得到负极极片。
正极极片制备：将无机颗粒勃姆石、导电炭黑和聚丙烯酸酯按质量百分含量比90：5：5在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，形成第一浆料，涂覆于正极集流体铝箔上，得到第一层。将正极活性材料钴酸锂、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）按质量百分含量比97.2：1.5：1.3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，形成第二浆料，涂覆于第一层上，得到第二层，第二层的厚度为68μm。再经烘干、冷压，得到正极极片。正极极片的一些具体参数请见表1和表2。
隔离膜的制备：隔离膜基材为8μm厚的聚乙烯（PE），在隔离膜基材的两侧各涂覆2μm氧化铝陶瓷层，最后在涂布了陶瓷层的两侧各涂覆2 .5mg/cm2的粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF），烘干。
电解液的制备：在含水量小于10 ppm的环境下，将六氟磷酸锂与非水有机溶剂（碳酸丙烯酯(PC)：碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)＝1：1：0.5：1，重量比）配制成锂盐浓度为1.15mol/L的电解液。
锂离子电池的制备：将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序依次叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片中间起到隔离的作用，并卷绕得到电极组件。将电极组件置于外包装铝塑膜中，在80℃下脱去水分后，注入上述电解液并封装，经过化成、脱气、整形等工艺流程得到锂离子电池。
对比例1的参数与实施例1相同，除了在正极极片中不涂布第一层之外。
实施例2至12与对比例2至3的参数除了表1和表2示出的差别之外，与实施例1相同。实施例13至17与对比例4的参数除了表3示出的差别之外，与实施例1相同。
另外，在本申请中，采用如下方法测量相应的参数。
1. 第一层的厚度：
a) 在（25±5）℃的环境下，取仅涂覆有第一层的正极集流体和涂覆第一层所用的正极集流体；
b) 用万分尺测试涂覆第一层所用的正极集流体至少10个不同点的的厚度，记所有测试点的厚度均值为T0；
c) 用万分尺测试仅涂覆有第一层的正极集流体至少10个不同点的的厚度，记所有测试点的厚度均值为T1；
d) 第一层的厚度为：（T1-T0）。
2. 粘结力：
采用锂电行业内常用的高铁拉力机、90°角法测试第一层与正极集流体的粘结力，即：
a) 将正极集流体涂覆有第一层的正极极片制成条状，沿长度方向从正极极片的一端将正极极片的一部分通过双面胶粘附在钢板上；
b) 将钢板固定在高铁拉力机相应位置，拉起未被粘在钢板上的正极极片，通过连接物或直接将正极极片放入夹头内夹紧，待夹口拉力在大于0kgf且小于0.02kgf时，即可开始用高铁拉力机测试；
c) 最终测得平稳区域的拉力平均值记为第一层与正极集流体的粘结力。
3. 第一层的内阻：
a）采用元能科技设备膜片电阻仪测试；
b）设备电源保持220V，气压大于0.7MPa；
c）在电池满放状态下取出正极极片，并将剪裁好的正极极片（60mm×80mm）平放置在载样台中；
d）然后将载样台放置设备测试腔中，开始测试；
e）整个测试过程中，测试气压设置为“0”。
4.钢钉刺穿通过率：
将待测试的锂离子电池以0.05C 的倍率恒流充电至电压为4.50V（即满充电压），随后以4.50V 恒压充电至电流为0.025C（截至电流），使锂离子电池达到满充状态，记录测试前锂离子电池外观。在25±3℃环境中对电池进行穿钉测试，钢钉直径4mm，穿刺速度30mm/s，穿钉位置位于锂离子电池平面几何中心，测试进行3.5min或者电极组件表面温度降到50℃ 以后停止测试，以10个锂离子电池为一组，观察测试过程中锂离子电池状态，以锂离子电池不燃烧、不爆炸为判定标准，10次穿钉测试通过7次以上判定为通过穿钉测试。
5.电池循环寿命
a) 将锂离子电池放在温度为25±3℃的环境中；
b) 以1C倍率的恒流充电到电压4.50V，并继续在4.50V下采用恒压充电，直至电流≤0.025C停止充电，再以0.5C倍率恒流放电，直至电压≤2.75V；记为一个充放电循环过程；
c) 重复上述步骤，直至锂离子电池的容量低于80%；此时的循环次数为该锂离子电池的循环寿命。
6.跌落测试通过率
参照国标GB 8897.4-2008的规定进行测试，以“通过数量/总测试数量”方式记录跌落测试通过率。
表1和表2示出了实施例1至12和对比例1至3的各项参数和评估结果。
表1
第一层的厚度d1/μm <![CDATA[第一层的正投影面积S1/(mm<sup>2</sup>)]]> <![CDATA[第二层的正投影面积S2/(mm<sup>2</sup>)]]> 正极集流体的厚度/μm <![CDATA[D<sub>0</sub>/μm]]> d1/S1 d1/S2 <![CDATA[D<sub>0</sub>/S2]]>
实施例1 1 230514 214977 10 1.5 4.3E-06 4.7E-06 7.0E-06
实施例2 3 230514 214977 10 1.5 1.3E-05 1.4E-05 7.0E-06
实施例3 5 230514 214977 10 1.5 2.2E-05 2.3E-05 7.0E-06
实施例4 7 230514 214977 10 1.5 3.0E-05 3.3E-05 7.0E-06
实施例5 5 230514 214977 12 1.5 2.2E-05 2.3E-05 7.0E-06
实施例6 5 230514 214977 7 1.5 2.2E-05 2.3E-05 7.0E-06
实施例7 5 230514 214977 10 0.6 2.2E-05 2.3E-05 2.8E-06
实施例8 5 230514 214977 10 3 2.2E-05 2.3E-05 1.4E-05
实施例9 5 230514 214977 10 5 2.2E-05 2.3E-05 1.4E-05
实施例10 5 230514 214977 10 7 2.2E-05 2.3E-05 3.3E-05
实施例11 11 230514 214977 10 1.5 4.8E-05 5.1E-05 7.0E-06
实施例12 0.5 184410 171980 10 1.5 2.7E-06 2.9E-06 8.7E-06
对比例1 / / 214977 10 / / / /
对比例2 0.2 230514 214977 10 1.5 8.7E-07 9.3E-07 7.0E-06
对比例3 0.5 280180 261150 10 1.5 1.8E-06 1.9E-06 5.7E-06
表2
粘结力/(N/m) 第一层的内阻/Ω 钢钉刺穿通过率 电池循环寿命 跌落测试通过率
实施例1 >200 1 8/10P 满足900圈 7/10P
实施例2 >200 2 8/10P 满足1000圈 8/10P
实施例3 >200 4 10/10P 满足1000圈 9/10P
实施例4 >200 8 10/10P 满足1000圈 8/10P
实施例5 >200 4 10/10P 满足1000圈 10/10P
实施例6 >200 4 10/10P 满足1000圈 7/10P
实施例7 >200 3 9/10P 满足1000圈 10/10P
实施例8 >200 6 10/10P 满足1000圈 10/10P
实施例9 >200 6 9/10P 满足1000圈 9/10P
实施例10 >150 9 7/10P 满足1000圈 8/10P
实施例11 >200 23 10/10P 满足700圈 9/10P
实施例12 >200 0.8 7/10P 满足900圈 7/10P
对比例1 / / 0/10P 满足1000圈 2/10P
对比例2 >200 0.5 4/10P 满足1000圈 5/10P
对比例3 >200 0.8 5/10P 满足900圈 5/10P
通过比较实施例1至4和对比例1至2、或比较实施例12和对比例3可知，相对于不形成第一层的正极极片，或者相对于不满足d1/S1≥2×10-6与d1/S2≥2.5×10-6的正极极片，锂离子电池的钢钉刺穿通过率和跌落测试通过率均显著改善。
通过比较实施例1至4、实施例11和对比例2可知，在第一层的厚度d1在0.5μm至10μm的范围内时，锂离子电池的钢钉刺穿通过率和跌落测试通过率的改善更为明显，同时具有较好的循环性能。
通过比较实施例5至6可知，在正极集流体的厚度为7μm至12μm时，锂离子电池的钢钉刺穿通过率和跌落测试通过率均能得到较好的改善。
通过比较实施例7至8可知，在D0和第二层的正投影面积S2满足2.1×10-6≤D0/S2≤8.6×10-4时，锂离子电池的钢钉刺穿通过率能够得到较好的改善。
在实施例10中，第一层中的无机颗粒的Dv50（D0）较大，第一层的覆盖度降低，钢钉穿刺过程中局部受到一定影响。
表3示出了实施例13至17和对比例4的各项参数和评估结果。
表3
第一层的第一粘结剂含量（wt%） 第一层的导电炭黑含量（wt%） 第一层的无机颗粒氧化铝含量（wt%） 粘结力/(N/m) 第一层的内阻/Ω 钢钉刺穿通过率 电池循环寿命 跌落测试通过率
实施例13 2% 5% 93% 152 0.5 10/10P 满足1000圈 7/10P
实施例14 10% 5% 85% 169 2 10/10P 满足1000圈 9/10P
实施例15 30% 5% 65% 196 4 10/10P 满足1000圈 10/10P
实施例16 50% 5% 45% 228 10 9/10P 满足1000圈 10/10P
实施例17 1.50% 5% 93.5% 138 21 10/10P 满足800圈 7/10P
对比例4 55% 5% 40% 235 15 6/10P 满足800圈 7/10P
通过比较实施例13至17和对比例4可知，在第一层中的无机颗粒、第一导电剂和第一粘结剂的质量比为（50-95）:（0.5-10）:（2-49.5）时，锂离子电池的钢钉刺穿通过率和跌落测试通过率的改善更为显著，且锂离子电池的循环寿命更长。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (13)

1.一种电化学装置，其特征在于，包括：
卷绕式电极组件，所述卷绕式电极组件包括正极极片、负极极片和隔离膜，所述隔离膜设置在所述正极极片和所述负极极片之间；
所述正极极片包括正极集流体、第一层和第二层，所述第一层设置于所述正极集流体的表面，所述第二层设置于所述第一层的表面；
其中，所述第一层包括无机颗粒，基于所述第一层的质量，所述无机颗粒的质量含量大于或等于50%，所述第二层包括正极活性材料，基于第二层的质量，所述正极活性材料的质量含量大于90%；
所述第一层的厚度为d1μm，所述第一层的正投影面积为S1mm2，所述第二层的正投影面积为S2mm2，满足：d1/S1≥2×10-6，d1/S2≥2.5×10-6；
包装壳，所述第一层与所述包装壳相接触。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，8×104≤S1≤6×105，7×104≤S2≤5.5×105。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，沿所述卷绕式电极组件的厚度方向上，所述卷绕式电极组件的正投影面积为S3mm2，满足 1≤(S1-S2)/S3≤2。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，沿所述卷绕式电极组件的厚度方向上，所述卷绕式电极组件的正投影面积为S3mm2，满足 1.2≤(S1-S2)/S3≤2。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述第一层的厚度为0.5μm至10μm。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述第一层的厚度为3μm至7μm。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述正极集流体包括铝箔，所述铝箔的厚度为7μm至20μm。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述第一层还包括第一导电剂和第一粘结剂，所述无机颗粒、所述第一导电剂和所述第一粘结剂的质量比为（50-95）:（0.5-10）:（2-49.5）。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述无机颗粒的Dv50为D0 μm，0.3≤D0≤5。
10.根据权利要求9所述的电化学装置，其特征在于，所述无机颗粒包括勃姆石、水铝石、氧化铝、硫酸钡、硫酸钙或硅酸钙中的至少一种。
11.根据权利要求10所述的电化学装置，其特征在于，满足：2.1×10-6≤D0/S2≤8.6×10-4，0.6≤D0≤3。
12.根据权利要求8所述的电化学装置，其特征在于，满足以下至少之一：
1）所述第一导电剂包括导电碳黑、碳纤维、石墨烯或碳纳米管中的至少一种；
2）所述第一粘结剂包括聚丙烯类、聚丙烯酸酯类、丙烯氰多元共聚物或羧甲基纤维素盐中的至少一种；
3）所述第一层与所述正极集流体的粘结力大于等于150N/m。
13.一种电子装置，其特征在于，包括根据权利要求1至12中任一项所述的电化学装置。
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