CN116454415A - 电极组件、电池和用电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电极组件、电池和用电设备，电极组件包括正极片，正极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极集流体包括相连接的主体区和第一边缘区，正极活性物质层设置于主体区；负极片，负极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层包括削薄区和平涂区；削薄区的宽度D和第一边缘区的宽度OH上满足关系式：CB削薄区=m[0.0013(D‑OH上)+0.1152]，CB削薄区≥1。通过对负极削薄区宽度D和第一边缘区的宽度OH上之间的关系进行调整，使负极削薄区与其正对面的正极区域的CB削薄区≥1.0，从而能够确保负极削薄区的容量过量，有效减少了负极削薄区的析锂现象，进而提升了电池的循环寿命和安全性能。

Description

电极组件、电池和用电设备
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电极组件、电池和用电设备。
背景技术
锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命、环境友好等优势被广泛应用于生活的各个方面。随着用户需求的不断提高，对锂离子电池的电性能和安全性能的要求也越来越高。在电池设计中，需要确保负极容量满足活性锂嵌入的需求，能够有效避免析锂，并进一步避免负极容量的不可逆损失和锂枝晶的产生。
但是，由于涂布过程中负极削薄区的存在，导致电池在循环过程中出现削薄区析锂特别严重的现象，影响电池循环寿命和安全性能。因此，需要对现有的电池进行进一步的改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种电极组件、电池和用电设备。本发明通过对负极削薄区宽度D和第一边缘区的宽度OH上之间的关系进行调整，使负极削薄区与其正对面的正极区域的CB削薄区≥1.0，从而能够确保负极削薄区的容量过量，有效减少了负极削薄区的析锂现象，进而提升电池的循环寿命和安全性能。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种电极组件。根据本发明的实施例，所述电极组件包括：
正极片，所述正极片包括正极集流体和正极活性物质层，所述正极集流体包括相连接的主体区和第一边缘区，所述正极活性物质层设置于所述主体区，所述第一边缘区未设置所述正极活性物质层，所述第一边缘区设置在所述主体区沿第一方向的一端，所述第一方向为所述正极片和负极片均处于展开状态下的所述正极片和所述负极片的宽度方向；
负极片，所述负极片与所述正极片层叠设置，所述负极片包括负极集流体及形成于所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括相邻设置的削薄区和平涂区，所述削薄区的厚度小于等于所述平涂区的厚度；所述第一边缘区远离所述主体区的边沿与所述削薄区远离所述平涂区的边沿在第二方向上齐平，所述第二方向垂直于所述第一方向；
在所述负极片和所述正极片均处于展开状态的条件下，所述削薄区沿所述第一方向的尺寸D和所述第一边缘区沿所述第一方向的尺寸OH上满足关系式：
CB削薄区= m[0.0013(D-OH上)+0.1152]，CB削薄区为所述削薄区与所述削薄区正对的所述正极活性物质层的CB值，且CB削薄区≥1，则D-OH上≥[1/(m•0.0013)-0.1152/0.0013]，其中m=(负极活性物质克容量×负极压实密度×所述削薄区的负极活性物质含量)/(正极活性物质克容量×正极压实密度×正极活性物质层厚度×与所述削薄区正对的所述正极活性物质层的正极活性物质含量)。
根据本发明实施例的电极组件，通过在负极削薄区正对的正极集流体上设置第一边缘区，并通过对负极削薄区沿第一方向的尺寸D（即负极削薄区的宽度D）和第一边缘区沿第一方向的尺寸OH上（即第一边缘区的宽度OH上）之间的关系进行调整，使负极削薄区与其正对面的正极区域的CB削薄区≥1.0，从而能够确保负极削薄区的容量过量，有效减少了负极削薄区的析锂现象，进而提升了电池的循环寿命和安全性能。
另外，根据本发明上述实施例的电极组件还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，CB削薄区≤2，则[1/(m•0.0013)-0.1152/0.0013]≤D-OH上≤[2/(m•0.0013)-0.1152/0.0013]。
在本发明的一些实施例中，D≤22mm。
在本发明的一些实施例中，m=8.35，则3.5mm<D-OH上≤22mm。
在本发明的一些实施例中，3.5mm<D≤22mm。
在本发明的一些实施例中，所述主体区沿所述第一方向的另一端设有第二边缘区，所述第二边缘区未设置所述正极活性物质层，所述第二边缘区沿所述第一方向的尺寸OH下的范围为：0＜OH下≤5 mm。
在本发明的一些实施例中，0＜OH下≤OH上≤5 mm。
在本发明的一些实施例中，所述负极片与所述正极片呈卷绕式且形成平直区及弯折区，所述弯折区位于所述平直区的两端；在所述平直区的垂直于所述正极片与所述负极片的层叠方向的平面上，所述削薄区的正投影覆盖所述第一边缘区的正投影，所述平涂区的正投影覆盖所述第二边缘区的正投影。
在本发明的一些实施例中，所述第一边缘区沿所述第一方向的尺寸OH上、所述正极活性物质层沿所述第一方向的尺寸和所述第二边缘区沿所述第一方向的尺寸OH下之和等于所述削薄区沿所述第一方向的尺寸D和所述平涂区沿所述第一方向的尺寸之和。
在本发明的一些实施例中，所述第一边缘区沿所述第一方向远离所述主体区的一端设有正极耳，所述第一边缘区包括相邻设置的第一区域和第二区域，所述第一区域靠近所述正极活性物质层设置，所述第二区域设置在所述正极耳与所述第一区域之间。
在本发明的一些实施例中，所述第一区域的宽度A1的范围为1≤A1≤4mm；和/或，所述第二区域的宽度A2的范围为0≤A2≤4mm。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种电池。根据本发明的实施例，电池具有以上实施例的电极组件。由此，在保证电池的能量密度的同时，减少削薄区析锂，提高电池的循环寿命和安全性能。
在本发明的第三个方面，本发明提出了一种用电设备。根据本发明的实施例，所述用电设备具有如上所述的电池。由此，所述用电设备具有所述电池的所有优点，在此不再赘述。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明一个实施例的电极组件的结构示意图；
图2为本发明再一个实施例的电极组件的结构示意图；
图3为图1所示电极组件的卷绕示意图。
附图标注，100-正极片，101-主体区，102-正极活性物质层，103-第一边缘区，104-第二边缘区，105-正极耳，200-负极片，201-负极集流体，202-平涂区，203-削薄区，204-负极耳，300-隔膜，1001-平直区，1002-弯折区。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种电极组件。根据本发明的实施例，参考附图1和2，上述电极组件包括：正极片100，正极片100包括正极集流体和正极活性物质层102，正极集流体包括相连接的主体区101和第一边缘区103，正极活性物质层102设置于主体区101，第一边缘区103未设置正极活性物质层102，第一边缘区103设置在主体区101沿第一方向（即X方向）的一端，第一方向（即X方向）为正极片和负极片均处于展开状态下的正极片和负极片的宽度方向；负极片200，负极片200与正极片100层叠设置，负极片200包括负极集流体201及形成于负极集流体201表面的负极活性物质层，负极活性物质层包括相邻设置的削薄区203和平涂区202（即正常涂膜区），削薄区的厚度小于等于正常涂膜区的厚度，第一边缘区103远离主体区101的边沿与削薄区203远离平涂区202的边沿在第二方向（即Y方向）上齐平，第二方向垂直于第一方向；在负极片和正极片均处于展开状态的条件下，削薄区沿第一方向的尺寸D（即削薄区的宽度D）和第一边缘区沿第一方向的尺寸OH上（即第一边缘区的宽度OH上）满足关系式：CB削薄区= m[0.0013(D-OH上)+0.1152]，CB削薄区为削薄区与其正对面的正极活性物质层的CB值，且CB削薄区≥1，则D-OH上≥[1/(m•0.0013)-0.1152/0.0013]，其中m=(负极活性物质克容量×负极压实密度×削薄区的负极活性物质含量)/(正极活性物质克容量×正极压实密度×正极活性物质层厚度×与削薄区正对的正极活性物质层的正极活性物质含量)。由此，本发明通过在负极削薄区正对的正极集流体上设置第一边缘区，并通过对负极削薄区宽度D和第一边缘区的宽度OH上之间的关系进行调整，使负极削薄区与其正对面的正极区域的CB削薄区≥1.0，从而能够确保负极削薄区的容量过量，有效减少了负极削薄区的析锂现象，进而提升了电池的循环寿命和安全性能。
下面对本发明提出的电极组件能够实现上述有益效果的原理进行详细说明：
在电池设计中，负极容量与正极容量的比值CB值通常设计为CB≥1.0，从而确保负极容量满足活性锂嵌入的需求，能够有效避免析锂，并进一步避免负极容量的不可逆损失和锂枝晶的产生。但是在负极片的涂布过程中，为避免负极片产生厚边、鼓边等问题，会对负极片的边缘区域的涂布进行削薄，从而产生了削薄区。由于负极削薄区的存在，负极削薄区与正极正对面区域会出现过量不足的情况，即负极削薄区的CB<1.0，会导致在充电过程中负极削薄区出现析锂的现象，进而影响电池的循环寿命和安全性能。
为了解决上述问题，本发明通过在负极削薄区正对的正极集流体上设置第一边缘区，并通过对负极削薄区宽度D和第一边缘区的宽度OH上（即正极过量尺寸）之间的关系进行调整，使负极削薄区与其正对面的正极区域的CB削薄区≥1.0，从而能够确保负极削薄区的容量过量，有效减少了负极削薄区的析锂现象，进而提升了电池的循环寿命和安全性能。
具体地，负极削薄区宽度D和第一边缘区的宽度OH上（即正极过量尺寸）之间的关系的计算方法为：
根据本领域已知公式：CB = (负极活性物质克容量×负极面密度×负极活性物质含量)/(正极活性物质克容量×正极面密度×正极活性物质含量)，可推出：
CB削薄区=(负极活性物质克容量×负极压实密度×负极削薄区厚度×负极活性物质含量)/(正极活性物质克容量×正极压实密度×正极极片厚度×正极活性物质含量)（1）
需要说明的是，式（1）中的负极活性物质克容量、负极压实密度、负极削薄区厚度和负极活性物质含量均指削薄区的负极活性物质克容量、削薄区的负极压实密度、削薄区的负极削薄区厚度和削薄区的负极活性物质含量。式（1）中的正极活性物质克容量、正极压实密度、正极极片厚度和正极活性物质含量均指与削薄区正对的正极活性物质层的正极活性物质克容量、正极压实密度、正极极片厚度和正极活性物质含量。
式（1）中，负极活性物质克容量、负极压实密度、负极活性物质含量、正极活性物质克容量、正极压实密度、正极活性物质层厚度和正极活性物质含量均为已知设计数值，将上述已知设计数值代入公式（1）可得：
CB削薄区=m•负极削薄区厚度（2）
其中m=(负极活性物质克容量×负极压实密度×负极活性物质含量)/(正极活性物质克容量×正极压实密度×正极活性物质层厚度×正极活性物质含量)。
对削薄区厚度随削薄区宽度D的数据变化进行拟合，拟合得到的削薄区厚度随削薄区宽度D的变化符合线性关系：
削薄区厚度=0.0013•削薄区宽度+0.1152（3）
因此，削薄区厚度与削薄区宽度之间为线性关系，例如当削薄区的宽度为22mm时，削薄区厚度=0.0013•22mm+0.1152=0.1438mm。
将线性关系式（3）代入式（2），得到：
CB削薄区=m(0.0013•削薄区宽度+0.1152)（4）
负极削薄区与正极活性物质层正对的宽度为：D-OH上，代入公式（4），得到负极削薄区与其正对面的正极区域的CB值：
CB削薄区= m[0.0013(D-OH上)+0.1152]（5）
其中，m=(负极活性物质克容量×负极压实密度×削薄区的负极活性物质含量)/(正极活性物质克容量×正极压实密度×正极活性物质层厚度×与削薄区正对的正极活性物质层的正极活性物质含量)，将上述已知设计数值代入上式即可计算出m，由此通过对负极削薄区宽度D和第一边缘区的宽度OH上（即正极过量尺寸）之间的关系进行调整，即可使负极削薄区与其正对面的正极区域的CB削薄区≥1.0，从而能够确保负极削薄区的容量过量，有效减少了负极削薄区的析锂现象，进而提升了电池的循环寿命和安全性能。
在本发明的实施例中，削薄区的厚度小于等于平涂区的厚度。作为一个具体示例，参考附图1和2，削薄区203与平涂区202相接触的区域，削薄区203与平涂区202的厚度相等；沿着远离平涂区202的第一方向，削薄区203的厚度线性递减。
根据本发明的一些具体实施例，1≤CB削薄区≤2，则[1/(m•0.0013)-0.1152/0.0013]≤D-OH上≤[2/(m•0.0013)-0.1152/0.0013]。通过对负极削薄区宽度D和第一边缘区的宽度OH上之间的关系进行调整，使使负极削薄区与其正对面的正极区域的CB削薄区满足1≤CB削薄区≤2。其中使削薄区的CB值满足CB削薄区≥1.0，能够有效减少负极活性材料层削薄区的析锂现象，从而提高使用该负极的电池的循环寿命和安全性能。使削薄区CB值控制在CB削薄区≤2.0，能够防止负极削薄区的容量过量过度，避免造成电池总体容量的下降和能量密度的下降，并且避免电池循环过程中正极电位过高导致的正极氧化性过强。优选地，1≤CB削薄区≤1.2，则[1/(m•0.0013)-0.1152/0.0013]≤D-OH上≤[1.2/(m•0.0013)-0.1152/0.0013]。
同时，根据负极削薄区的常规要求限定负极削薄区的宽度D≤22mm，发明人发现，如果负极削薄区的宽度D大于22mm，会导致负极容量下降，造成电池容量下降。
如前，m=(负极活性物质克容量×负极压实密度×负极活性物质含量)/(正极活性物质克容量×正极压实密度×正极活性物质层厚度×正极活性物质含量)，将上述已知设计数值代入上式即可计算出m，作为一个具体示例，将上述已知设计数值代入上式即可计算出m=8.35。将上述m代入式（5）中得到：CB削薄区= 8.35[0.0013(D-OH上)+0.1152]，计算得到3.5mm<D-OH上≤22mm。由此，通过将负极削薄区宽度D和第一边缘区的宽度OH上之间的关系调整为如上范围内，即可确保负极削薄区与其正对面的正极区域的1≤CB削薄区≤2，从而既能确保负极削薄区的容量过量，有效减少了负极削薄区的析锂现象，进而提升了电池的循环寿命与安全性能；又能防止负极削薄区的容量过量过度，避免造成电池总体容量的下降和能量密度的下降，并且避免电池循环过程中正极电位过高导致的正极氧化性过强。
在附图1中，负极削薄区靠近负极耳204设置。
根据本发明的再一些具体实施例，3.5mm<D≤22mm，通过将负极削薄区宽度D限定在上述范围内，进一步能够确保负极削薄区容量过量，减少析锂，同时还能有效避免因削薄区宽度D过大而导致的电池总体容量下降以及能量密度下降。
根据本发明的再一些具体实施例，参考附图1和2，主体区101沿第一方向的另一端设有第二边缘区104，第二边缘区104未设置正极活性物质层102，第二边缘区沿第一方向的尺寸0＜OH下≤5 mm，通过设置正极过量尺寸（即第二边缘区）OH下且将正极过量尺寸OH下限定在上述范围内，进一步能够确保负极削薄区容量过量，减少析锂。可以理解的是，如果正极过量尺寸OH下过大，OH下占用过多体积但不贡献容量，导致特定体积下，电池的体积能量密度降低。
根据本发明的又一些具体实施例，0＜OH下≤OH上≤5 mm，通过在主体区沿第一方向的一端设置过量尺寸（即第一边缘区）OH上，在主体区沿第一方向的另一端设置过量尺寸（即第二边缘区104）OH下，能够保证正极活性材料层被负极活性材料层完全包裹，进一步能够确保负极削薄区容量过量，减少析锂。可以理解的是，如果正极过量尺寸OH上或OH下过大，OH上或OH下占用过多体积但不贡献容量，导致特定体积下，电池的体积能量密度降低。
在本发明的实施例中，参考附图1-3，负极片200与正极片100呈卷绕式且形成平直区1001及弯折区1002，弯折区1002位于平直区1001的两端；在平直区1001的垂直于正极片100与负极片200的层叠方向的平面上，削薄区203的正投影覆盖第一边缘区103的正投影，平涂区202的正投影覆盖第二边缘区104的正投影。
在本发明的实施例中，参考附图1和2，第一边缘区的宽度OH上、正极活性物质层的宽度和第二边缘区104的宽度OH下之和等于削薄区的宽度D和平涂区202的宽度之和。正极活性物质层和负极的平涂区202均为正常涂膜。
在本发明的实施例中，负极片削薄区宽度D可通过负极浆料粘度来调整，增大负极浆料粘度则削薄区宽度D减小，也可通过涂布阀或间歇阀的开关时间、涂布间隙、浆料流速等方面进行调整。OH上和OH下尺寸可通过调整正极涂布膜宽来调整。
在本发明的实施例中，采用激光测厚仪结合软尺可测量出削薄区的宽度D、第二边缘区的宽度OH下以及第一边缘区的宽度OH上。
在本发明的实施例中，参考附图1，第一边缘区103沿第一方向远离主体区101的一端设有正极耳105；第一边缘区包括相邻设置的第一区域和第二区域，第一区域靠近正极活性物质层设置，第二区域设置在正极耳105与第一区域之间。模切后，第二区域残留于正极耳上。
在本发明的实施例中，参考附图1和2，电极组件还包括隔膜300，隔膜300设置在正极片和负极片之间。
在本发明的实施例中，负极片包括负极集流体及形成于负极集流体表面的负极活性物质层，负极活性物质层包括负极活性材料，该负极活性材料可以包括碳素材料，例如石墨、软碳（如焦炭等）、硬碳等，也可以包括非碳材料，例如氮化物、PAS、锡基氧化物、锡合金、纳米负极材料以及其他的一些金属间化合物等。负极集流体是将负极活性物质层中的负极活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此负极集流体应与负极活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小为佳。
在本发明的实施例中，按照本领域常规方法制备负极极片。例如将负极活性材料及可选的导电剂、粘结剂和增稠剂分散于溶剂中，溶剂可以是去离子水，形成均匀的负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，经烘干、冷压等工序后，得到负极极片。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种电池。根据本发明的实施例，电池具有以上实施例的电极组件。由此，提高了电池的循环寿命和安全性能。
具体地，上述电池可以为单体电池，可以为电池模组，也可以为电池包。当上述电池为单体电池时，该单体电池除了包括上述实施例的电极组件外，还包括壳体和盖板组件，壳体内装入电极组件后与盖板组件上的电极相连通，然后将盖板组件焊接在壳体的顶部，然后向其中注入电解液，然后再进行密封即可完成单体电池的装配。上述电池模组或电池包除了包括上述单体电池外，还包括箱体，单体电池设置于箱体内。
作为一个具体示例，上述单体电池为锂离子电池。在锂离子电池中，负极片包括负极集流体及形成于负极集流体表面的负极活性物质层，负极集流体可以采用具有良好导电性及机械强度的材质，优选铜箔。在锂离子电池中，负极活性物质层中的负极活性材料包括石墨、中间相微碳球(简写MCMB)、硬碳及软碳中的至少一种，优选石墨。石墨可选自人造石墨及天然石墨中的至少一种。
在本发明的锂离子电池中，负极活性物质层还可选地包括导电剂、粘结剂及增稠剂，对它们的种类不做具体限制，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。优选地，用于负极活性物质层的导电剂可以选自石墨、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；粘结剂可以选自聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚乙烯醇(PVA)、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)、海藻酸钠(SA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)及羧甲基壳聚糖(CMCS)中的至少一种；增稠剂可以是羧甲基纤维素钠(CMC)。
在本发明的锂离子电池中，按照本领域常规方法制备负极极片。例如将负极活性材料及可选的导电剂、粘结剂和增稠剂分散于溶剂中，溶剂可以是去离子水，形成均匀的负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，经烘干、冷压等工序后，得到负极极片。
在本发明的锂离子电池中，正极片包括正极集流体及形成于正极集流体至少一个表面的正极活性物质层，其中正极集流体可以采用具有良好导电性及机械强度的材质，优选为铝箔。
在本发明的锂离子电池中，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做具体限制，可以采用能够进行可逆脱嵌活性离子的材料，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。优选地，正极活性材料可以选自锂过渡金属氧化物及其改性材料中的至少一种，该改性材料可以是对锂过渡金属氧化物进行掺杂改性和/或包覆改性形成的材料。优选地，锂过渡金属氧化物可选自锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物中的至少一种。
在本发明的锂离子电池中，正极活性物质层还可以包括粘结剂和/或导电剂，对粘结剂、导电剂的种类不做具体限制，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。优选地，用于正极活性物质层的粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)及聚四氟乙烯(PTFE)中的至少一种；导电剂可以包括石墨、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。
在本发明的锂离子电池中，按照本领域常规方法制备上述正极片。例如将正极活性材料及可选的导电剂和粘结剂分散于溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮，简称为NMP)中，形成均匀的正极浆料，将正极浆料涂覆在正极集流体上，经烘干、冷压等工序后，得到正极极片。
在本发明的锂离子电池中，对电解质的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。电解质可以选自固态电解质及液态电解质(即电解液)中的至少一种。当电解质为电解液时，电解液包括电解质盐和溶剂。
在本发明的锂离子电池中，对上述电解质盐的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。优选地，电解质盐可以选自LiPF6(六氟磷酸锂)、LiBF4(四氟硼酸锂)、LiClO4(高氯酸锂)、LiAsF6(六氟砷酸锂)、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。
在本发明的锂离子电池中，对上述电解液中的溶剂的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。优选地，上述溶剂可以选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(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)、碳酸丁烯酯(BC)、氟代碳酸乙烯酯(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。
在本发明的锂离子电池中，上述电解液中还可选地包括添加剂，其中对添加剂的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂，也可以包括正极成膜添加剂，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、改善电池高温性能的添加剂、改善电池低温性能的添加剂等。
在本发明的锂离子电池中，隔膜在正极片和负极片之间起到隔离的作用。对隔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膜，例如玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜。当隔膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同，也可以不同。
在本发明的锂离子电池中，采用本领域公知的方法制备锂离子电池。作为示例，将正极片、隔膜、负极片按顺序卷绕(或叠片)，使隔膜处于正极片与负极片之间起到隔离的作用，得到电芯，将电芯置于外包装中，注入电解液并封口，得到锂离子电池。
在本发明的第三个方面，本发明提出了一种用电设备。根据本发明的实施例，用电设备具有如上的电池，电池用于为用电设备提供电能。由此，用电设备具有电池的所有优点，在此不再赘述。
具体地，上述用电设备可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。
下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。
实施例1
本实施例提供一种锂离子电池，其制备方法包括：
正极片的制备：将磷酸铁锂、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)和导电炭黑Super-P加入到NMP溶剂中搅拌均匀，然后涂布到铝箔集流体上，烘干，在铝箔集流体上形成正极活性物质层，分切成带极耳的正极片备用。其中，如附图1所示，正极集流体包括相连接的主体区和第一边缘区，正极活性物质层设置于主体区，第一边缘区未设置正极活性物质层，第一边缘区设置在主体区沿X方向的一端，第一边缘区远离主体区的边沿与削薄区远离平涂区的边沿在Y上齐平；主体区沿X方向的另一端设有第二边缘区，第二边缘区未设置正极活性物质层，第一边缘区的宽度OH上为5.00mm，第二边缘区的宽度OH下为5.00mm。
负极片的制备：将天然石墨、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、导电炭黑Super-P及增稠剂碳甲基纤维素钠(CMC)加入到去离子水中搅拌均匀，然后涂布到铜箔集流体上，且在靠近负极耳的一端形成削薄区（如附图1所示），烘干，在铜箔集流体上形成负极活性物质层，分切成带极耳的负极片备用。其中，削薄区的宽度D为22.00mm。
其中，将负极活性物质克容量、负极压实密度、负极活性物质含量、正极活性物质克容量、正极压实密度、正极活性物质层厚度以及正极活性物质含量代入公式CB削薄区=(负极活性物质克容量×负极压实密度×负极削薄区厚度×负极活性物质含量)/(正极活性物质克容量×正极压实密度×正极极片厚度×正极活性物质含量)=8.35×负极削薄区厚度。对削薄区厚度随削薄区宽度D的数据变化进行拟合，得到负极削薄区厚度=0.0013×削薄区宽度+0.1152，因此，CB削薄区=8.35×(0.0013×削薄区宽度+0.1152)=8.35×[0.0013×(D-OH上)+0.1152]=1.15。
电池组装：将正极片-隔膜-负极片按照layer by layer的形式叠片，注入电解液，并用铝塑膜密封，制备得到锂离子电池。
实施例2
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=22.00mm，第一边缘区的宽度OH上=3.00mm，CB削薄区=1.17。
其他内容均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=22.00mm，第一边缘区的宽度OH上=1.00mm，CB削薄区=1.19。
其他内容均与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=22.00mm，第一边缘区的宽度OH上=0.10mm，CB削薄区=1.20。
其他内容均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=17.50mm，第一边缘区的宽度OH上=5.00mm，CB削薄区=1.10。
其他内容均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=17.50mm，第一边缘区的宽度OH上=3.00mm，CB削薄区=1.12。
其他内容均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=17.50mm，第一边缘区的宽度OH上=1.00mm，CB削薄区=1.14。
其他内容均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=17.50mm，第一边缘区的宽度OH上=0.10mm，CB削薄区=1.15。
其他内容均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=12.80mm，第一边缘区的宽度OH上=5.00mm，CB削薄区=1.05。
其他内容均与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=12.80mm，第一边缘区的宽度OH上=3.00mm，CB削薄区=1.07。
其他内容均与实施例1相同。
实施例11
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=12.80mm，第一边缘区的宽度OH上=1.00mm，CB削薄区=1.09。
其他内容均与实施例1相同。
实施例12
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=12.80mm，第一边缘区的宽度OH上=0.10mm，CB削薄区=1.10。
其他内容均与实施例1相同。
实施例13
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=10.00mm，第一边缘区的宽度OH上=2.00mm，CB削薄区=1.05。
其他内容均与实施例1相同。
实施例14
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=10.00mm，第一边缘区的宽度OH上=1.00mm，CB削薄区=1.06。
其他内容均与实施例1相同。
实施例15
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=8.50mm，第一边缘区的宽度OH上=0.10mm，CB削薄区=1.05。
其他内容均与实施例1相同。
实施例16
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=3.60mm，第一边缘区的宽度OH上=0.05mm，CB削薄区=1.00。
其他内容均与实施例1相同。
实施例17
本实施例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=27.00mm，第一边缘区的宽度OH上=5.00mm，CB削薄区=1.20。
其他内容均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=17.00mm，第一边缘区的宽度OH上=17.00mm，CB削薄区=0.96。
其他内容均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=2.00mm，第一边缘区的宽度OH上=3.00mm，CB削薄区=0.95。
其他内容均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种锂离子电池，与实施例1的区别在于：
负极削薄区宽度D=3.00mm，第一边缘区的宽度OH上=1.00mm，CB削薄区=0.98。
其他内容均与实施例1相同。
分别对实施例1-17以及对比例1-3制备的锂离子电池进行性能测试：
（1）电池能量密度测试：在25℃下，将实施例1-17以及对比例1-3制备得到的锂离子电池以1P放电至2.5V，记录放电能量E，再以1P充电至3.65V(额定电压)。重复3次，记录每次放电能量，计算平均放电能量Eaverage，能量密度为Eaverage与电池体积的比值，单位为Wh/L，测试结果如表1所示。
（2）动力学性能测试：在25℃下，将实施例1-17以及对比例1-3制备得到的锂离子电池以1P放电至2.5V，再以1P充电至3.65V，重复30次后，将锂离子电池以1P充电至3.65V，然后拆解出负极极片，并观察与正极正对面的负极削薄区的表面的析锂情况，测试结果如表1所示。其中，在与正极正对面的负极削薄区表面，析锂面积不大于20%认为是轻微析锂，析锂面积大于20%且不大于50%认为是中度析锂，析锂面积大于50%认为是严重析锂。
表1
D(mm) OH上(mm) CB值 动力学性能 能量密度(Wh/L)
实施例1 22.00 5.00 1.15 不析锂 343.5
实施例2 22.00 3.00 1.17 不析锂 343.8
实施例3 22.00 1.00 1.19 不析锂 344.9
实施例4 22.00 0.10 1.20 不析锂 345.2
实施例5 17.50 5.00 1.10 轻微析锂 345.0
实施例6 17.50 3.00 1.12 轻微析锂 345.4
实施例7 17.50 1.00 1.14 轻微析锂 345.7
实施例8 17.5 0.1 1.15 不析锂 346.0
实施例9 12.8 5 1.05 中度析锂 345.9
实施例10 12.8 3 1.07 中度析锂 346.1
实施例11 12.8 1 1.09 轻微析锂 346.5
实施例12 12.8 0.1 1.10 轻微析锂 346.7
实施例13 10 2 1.05 中度析锂 346.8
实施例14 10 1 1.06 中度析锂 347.0
实施例15 8.5 0.1 1.05 中度析锂 347.3
实施例16 3.6 0.05 1.00 中度析锂 347.5
实施例17 27 5 1.20 不析锂 280.3
对比例1 17 17 0.96 严重析锂 280.4
对比例2 2 3 0.95 严重析锂 346.9
对比例3 3 1 0.98 严重析锂 347.1
从表1中可以看出，与对比例1-3相比，实施例1-17的综合性能（池能量密度和动力学性能综合来看）较优异。
具体来说，实施例1中的D与OH上同时较大，由于CB值较大，因此与正极正对面的负极削薄区未出现析锂，但由于D与OH上值较大，导致电池能量密度较小。实施例11和实施例12中，随着D值与OH上的减小，CB值略微下降，出现轻微析锂情况，但能量密度增大。实施例13-15中，随着D值和OH上值持续降低，电池能量密度增大，但CB值较低，导致与正极正对面的负极削薄区析锂增多，但析锂仍在可接受范围内。实施例17中，D值过大，CB值偏大使电池避免析锂，但电池能量密度较低。
对比例1中，当OH上值设计过大时，导致CB值小于1，从而导致与正极正对面的负极削薄区严重析锂，且电池能量密度偏低。对比例2-3中，虽然D值与OH上值都在限定范围内，但CB值小于1时，导致负极削薄区严重析锂。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种电极组件，其特征在于，包括：
正极片，所述正极片包括正极集流体和正极活性物质层，所述正极集流体包括相连接的主体区和第一边缘区，所述正极活性物质层设置于所述主体区，所述第一边缘区未设置所述正极活性物质层，所述第一边缘区设置在所述主体区沿第一方向的一端，所述第一方向为所述正极片和负极片均处于展开状态下的所述正极片和所述负极片的宽度方向；
负极片，所述负极片与所述正极片层叠设置，所述负极片包括负极集流体及形成于所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括相邻设置的削薄区和平涂区，所述削薄区的厚度小于等于所述平涂区的厚度；所述第一边缘区远离所述主体区的边沿与所述削薄区远离所述平涂区的边沿在第二方向上齐平，所述第二方向垂直于所述第一方向；
在所述负极片和所述正极片均处于展开状态的条件下，所述削薄区沿所述第一方向的尺寸D和所述第一边缘区沿所述第一方向的尺寸OH上满足关系式：
CB削薄区= m[0.0013(D-OH上)+0.1152]，CB削薄区为所述削薄区与所述削薄区正对的所述正极活性物质层的CB值，且CB削薄区≥1，则D-OH上≥[1/(m•0.0013)-0.1152/0.0013]，其中m=(负极活性物质克容量×负极压实密度×所述削薄区的负极活性物质含量)/(正极活性物质克容量×正极压实密度×正极活性物质层厚度×与所述削薄区正对的所述正极活性物质层的正极活性物质含量)。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，CB削薄区≤2，则[1/(m•0.0013)-0.1152/0.0013]≤D-OH上≤[2/(m•0.0013)-0.1152/0.0013]。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，D≤22mm。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其特征在于，m=8.35，则3.5mm<D-OH上≤22mm。
5.根据权利要求4所述的电极组件，其特征在于，3.5mm<D≤22mm。
6.根据权利要求5所述的电极组件，其特征在于，所述主体区沿所述第一方向的另一端设有第二边缘区，所述第二边缘区未设置所述正极活性物质层，所述第二边缘区沿所述第一方向的尺寸OH下的范围为：0＜OH下≤5 mm。
7.根据权利要求6所述的电极组件，其特征在于，0＜OH下≤OH上≤5 mm。
8.根据权利要求6或7所述的电极组件，其特征在于，所述负极片与所述正极片呈卷绕式且形成平直区及弯折区，所述弯折区位于所述平直区的两端；
在所述平直区的垂直于所述正极片与所述负极片的层叠方向的平面上，所述削薄区的正投影覆盖所述第一边缘区的正投影，所述平涂区的正投影覆盖所述第二边缘区的正投影。
9.根据权利要求8所述的电极组件，其特征在于，所述第一边缘区沿所述第一方向的尺寸OH上、所述正极活性物质层沿所述第一方向的尺寸和所述第二边缘区沿所述第一方向的尺寸OH下之和等于所述削薄区沿所述第一方向的尺寸D和所述平涂区沿所述第一方向的尺寸之和。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述第一边缘区沿所述第一方向远离所述主体区的一端设有正极耳，所述第一边缘区包括相邻设置的第一区域和第二区域，所述第一区域靠近所述正极活性物质层设置，所述第二区域设置在所述正极耳与所述第一区域之间。
11.根据权利要求10所述的电极组件，其特征在于，所述第一区域的宽度A1的范围为1≤A1≤4mm；
和/或，所述第二区域的宽度A2的范围为0≤A2≤4mm。
12.一种电池，其特征在于，具有权利要求1-11中任一项所述的电极组件。
13.一种用电设备，其特征在于，具有权利要求12所述的电池。
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